> Atmosfera Pământului

Descriere Atmosfera Pământului pentru copii de toate vârstele: în ce constă aerul, prezența gazelor, straturile foto, clima și vremea celei de-a treia planete din sistemul solar.

Pentru cei mici Se știe deja că Pământul este singura planetă din sistemul nostru care are o atmosferă viabilă. Pătura de gaz nu este doar bogată în aer, ci ne protejează și de căldura excesivă și radiațiile solare. Important explica copiilor că sistemul este incredibil de bine conceput, deoarece permite suprafeței să se încălzească ziua și să se răcească noaptea, menținând în același timp un echilibru acceptabil.

A incepe explicatie pentru copii Este posibil din faptul că globul atmosferei terestre se întinde pe 480 km, dar cea mai mare parte este situat la 16 km de suprafață. Cu cât altitudinea este mai mare, cu atât presiunea este mai mică. Dacă luăm nivelul mării, atunci presiunea este de 1 kg pe centimetru pătrat. Dar la o altitudine de 3 km, se va schimba - 0,7 kg pe centimetru pătrat. Desigur, în astfel de condiții este mai greu să respiri ( copii ai putea simți dacă ai făcut vreodată drumeții în munți).

Compoziția aerului Pământului - o explicație pentru copii

Gazele includ:

• Azot - 78%.
• Oxigen - 21%.
• Argon - 0,93%.
• Dioxid de carbon - 0,038%.
• În cantități mici există și vapori de apă și alte impurități gazoase.

Straturile atmosferice ale Pământului - o explicație pentru copii

Părinţi sau profesori la scoala Trebuie amintit că atmosfera pământului este împărțită în 5 niveluri: exosferă, termosferă, mezosferă, stratosferă și troposferă. Cu fiecare strat, atmosfera se dizolvă din ce în ce mai mult, până când gazele se dispersează în cele din urmă în spațiu.

Troposfera este cea mai apropiată de suprafață. Cu o grosime de 7-20 km, alcătuiește jumătate din atmosfera terestră. Cu cât mai aproape de Pământ, cu atât aerul se încălzește mai mult. Aproape toți vaporii de apă și praful sunt colectați aici. Copiii poate să nu fie surprinși că la acest nivel plutesc norii.

Stratosfera începe de la troposferă și se ridică la 50 km deasupra suprafeței. Există mult ozon aici, care încălzește atmosfera și scutește de radiațiile solare dăunătoare. Aerul este de 1000 de ori mai subțire decât deasupra nivelului mării și neobișnuit de uscat. De aceea, avioanele se simt minunat aici.

Mezosfera: 50 km până la 85 km deasupra suprafeței. Vârful se numește mezopauză și este cel mai răcoros loc din atmosfera pământului (-90°C). Este foarte greu de explorat deoarece avioanele cu reacție nu pot ajunge acolo, iar altitudinea orbitală a sateliților este prea mare. Oamenii de știință știu doar că aici ard meteorii.

Termosfera: 90 km si intre 500-1000 km. Temperatura ajunge la 1500°C. Este considerat parte a atmosferei pământului, dar este important explica copiilor că densitatea aerului aici este atât de scăzută încât cea mai mare parte a acestuia este deja percepută ca spațiu exterior. De fapt, aici se află navetele spațiale și Stația Spațială Internațională. În plus, aici se formează aurore. Particulele cosmice încărcate intră în contact cu atomii și moleculele termosferei, transferându-le la un nivel de energie mai înalt. Din această cauză, vedem acești fotoni de lumină sub formă de aurore.

Exosfera este cel mai înalt strat. Linia incredibil de subțire a fuziunii atmosferei cu spațiul. Constă din particule de hidrogen și heliu larg dispersate.

Clima și vremea Pământului - o explicație pentru copii

Pentru cei mici nevoie explica că Pământul reușește să susțină multe specii vii datorită climei regionale, care este reprezentată de frig extrem la poli și căldură tropicală la ecuator. Copii trebuie să știți că clima regională este vremea care într-o anumită zonă rămâne neschimbată timp de 30 de ani. Desigur, uneori se poate schimba timp de câteva ore, dar în cea mai mare parte rămâne stabil.

În plus, se distinge și clima terestră globală - media celei regionale. S-a schimbat de-a lungul istoriei omenirii. Astăzi are loc o încălzire rapidă. Oamenii de știință trag un semnal de alarmă, deoarece gazele cu efect de seră cauzate de om captează căldura în atmosferă, riscând să transforme planeta noastră în Venus.

ATMOSFERA PĂMÂNTULUI(greacă atmos steam + bilă sphaira) - înveliș gazos care înconjoară Pământul. Masa atmosferei este de aproximativ 5,15·10 15 Semnificația biologică a atmosferei este enormă. În atmosferă, există un schimb de masă-energie între natura animată și cea neînsuflețită, între floră și faună. Azotul atmosferic este asimilat de microorganisme; plantele sintetizează substanțe organice din dioxid de carbon și apă datorită energiei soarelui și eliberează oxigen. Prezența atmosferei asigură conservarea apei pe Pământ, care este și o condiție importantă pentru existența organismelor vii.

Studiile efectuate cu ajutorul rachetelor geofizice de mare altitudine, a sateliților de pământ artificial și a stațiilor automate interplanetare au stabilit că atmosfera pământului se întinde pe mii de kilometri. Limitele atmosferei sunt instabile, sunt influențate de câmpul gravitațional al lunii și de presiunea fluxului de lumină solară. Deasupra ecuatorului, în regiunea umbrei pământului, atmosfera atinge înălțimi de aproximativ 10.000 km, iar deasupra polilor limitele sale sunt la 3.000 km de suprafața pământului. Masa principală a atmosferei (80-90%) se află la altitudini de până la 12-16 km, ceea ce se explică prin natura exponențială (neliniară) a scăderii densității (rarefacției) mediului gazos ca înălțime. deasupra nivelului mării crește.

Existența majorității organismelor vii în condiții naturale este posibilă în limitele și mai înguste ale atmosferei, până la 7-8 km, unde o combinație de factori atmosferici precum compoziția gazului, temperatura, presiunea și umiditatea, necesară pentru cursul activ al procesele biologice, are loc. Mișcarea și ionizarea aerului, precipitațiile atmosferice și starea electrică a atmosferei sunt, de asemenea, de importanță igienă.

Compoziția gazelor

Atmosfera este un amestec fizic de gaze (Tabelul 1), în principal azot și oxigen (78,08 și 20,95 % vol.). Raportul gazelor atmosferice este aproape același până la altitudini de 80-100 km. Constanța părții principale a compoziției gazoase a atmosferei se datorează echilibrării relative a proceselor de schimb de gaze între natura animată și cea neînsuflețită și amestecării continue a maselor de aer în direcțiile orizontale și verticale.

Tabelul 1. CARACTERISTICI ALE COMPOZIȚIEI CHIMICE A AERULUI USC ATMOSFERIC ÎN LÂNGĂ SUPRAFAȚĂ PĂMÂNTULUI

Compoziția gazelor	Concentrație în volum, %
Oxigen
Dioxid de carbon
Oxid de azot
Dioxid de sulf	0 până la 0,0001
	0 la 0,000007 vara, 0 la 0,000002 iarna
dioxid de azot	0 până la 0,000002
Monoxid de carbon

La altitudini de peste 100 km, procentul de gaze individuale se modifică datorită stratificării difuze a acestora sub influența gravitației și a temperaturii. În plus, sub acțiunea părții cu lungime de undă scurtă a ultravioletelor și a razelor X la o altitudine de 100 km sau mai mult, moleculele de oxigen, azot și dioxid de carbon se disociază în atomi. La altitudini mari, aceste gaze sunt sub formă de atomi puternic ionizați.

Conținutul de dioxid de carbon din atmosfera diferitelor regiuni ale Pământului este mai puțin constant, ceea ce se datorează parțial distribuției inegale a marilor întreprinderi industriale care poluează aerul, precum și distribuției neuniforme a vegetației și a bazinelor de apă care absorb dioxidul de carbon. pe Pământ. De asemenea, variabil în atmosferă este și conținutul de aerosoli (vezi) - particule suspendate în aer cu dimensiuni variind de la câțiva milimicroni la câteva zeci de microni - formate ca urmare a erupțiilor vulcanice, a exploziilor artificiale puternice, a poluării de către întreprinderile industriale. Concentrația de aerosoli scade rapid odată cu altitudinea.

Cea mai instabilă și importantă dintre componentele variabile ale atmosferei este vaporii de apă, a căror concentrație la suprafața pământului poate varia de la 3% (la tropice) la 2 × 10 -10% (în Antarctica). Cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât mai multă umiditate, ceteris paribus, poate fi în atmosferă și invers. Cea mai mare parte a vaporilor de apă se concentrează în atmosferă până la altitudini de 8-10 km. Conținutul de vapori de apă din atmosferă depinde de influența combinată a proceselor de evaporare, condensare și transport orizontal. La altitudini mari, din cauza scaderii temperaturii si a condensarii vaporilor, aerul este practic uscat.

Atmosfera Pământului, pe lângă oxigenul molecular și atomic, conține o cantitate mică de ozon (vezi), a cărui concentrație este foarte variabilă și variază în funcție de înălțime și anotimp. Cea mai mare parte a ozonului este conținută în regiunea polilor până la sfârșitul nopții polare, la o altitudine de 15-30 km, cu o scădere bruscă în sus și în jos. Ozonul apare ca urmare a acțiunii fotochimice a radiației solare ultraviolete asupra oxigenului, în principal la altitudini de 20-50 km. În acest caz, moleculele de oxigen diatomic se descompun parțial în atomi și, unind moleculele necompuse, formează molecule triatomice de ozon (formă polimerică, alotropă de oxigen).

Prezența în atmosferă a unui grup de așa-numite gaze inerte (heliu, neon, argon, kripton, xenon) este asociată cu fluxul continuu al proceselor naturale de dezintegrare radioactivă.

Semnificația biologică a gazelor atmosfera este foarte mare. Pentru majoritatea organismelor pluricelulare, un anumit conținut de oxigen molecular într-un mediu gazos sau apos este un factor indispensabil în existența lor, care în timpul respirației determină eliberarea de energie din substanțele organice create inițial în timpul fotosintezei. Nu este o coincidență că limitele superioare ale biosferei (partea suprafeței globului și partea inferioară a atmosferei unde există viață) sunt determinate de prezența unei cantități suficiente de oxigen. În procesul de evoluție, organismele s-au adaptat la un anumit nivel de oxigen din atmosferă; modificarea conținutului de oxigen în direcția scăderii sau creșterii are un efect advers (vezi Răul de altitudine, Hiperoxie, Hipoxie).

Forma ozon-alotropă a oxigenului are, de asemenea, un efect biologic pronunțat. La concentrații care nu depășesc 0,0001 mg/l, ceea ce este tipic pentru zonele de stațiune și coastele mării, ozonul are un efect de vindecare - stimulează respirația și activitatea cardiovasculară, îmbunătățește somnul. Odată cu creșterea concentrației de ozon, se manifestă efectul său toxic: iritație oculară, inflamație necrotică a membranelor mucoase ale tractului respirator, exacerbare a bolilor pulmonare, nevroze autonome. Intrând în combinație cu hemoglobina, ozonul formează methemoglobină, ceea ce duce la o încălcare a funcției respiratorii a sângelui; transferul oxigenului de la plămâni la țesuturi devine dificil, se dezvoltă fenomenele de sufocare. Oxigenul atomic are un efect advers similar asupra organismului. Ozonul joacă un rol semnificativ în crearea regimurilor termice ale diferitelor straturi ale atmosferei datorită absorbției extrem de puternice a radiației solare și a radiațiilor terestre. Ozonul absoarbe cel mai intens razele ultraviolete și infraroșii. Razele solare cu o lungime de undă mai mică de 300 nm sunt aproape complet absorbite de ozonul atmosferic. Astfel, Pământul este înconjurat de un fel de „ecran de ozon” care protejează multe organisme de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete de la soare. Azotul din aerul atmosferic are o mare importanță biologică, în primul rând ca sursă de așa-numitele. azot fix - o resursă de hrană vegetală (și în cele din urmă animală). Semnificația fiziologică a azotului este determinată de participarea acestuia la crearea nivelului de presiune atmosferică necesar proceselor de viață. În anumite condiții de modificare a presiunii, azotul joacă un rol major în dezvoltarea unui număr de tulburări în organism (vezi Boala de decompresie). Sunt controversate ipotezele că azotul slăbește efectul toxic al oxigenului asupra organismului și este absorbit din atmosferă nu numai de microorganisme, ci și de animalele superioare.

Gazele inerte ale atmosferei (xenon, cripton, argon, neon, heliu) la presiunea parțială pe care o creează în condiții normale pot fi clasificate drept gaze indiferente din punct de vedere biologic. Cu o creștere semnificativă a presiunii parțiale, aceste gaze au un efect narcotic.

Prezența dioxidului de carbon în atmosferă asigură acumularea de energie solară în biosferă datorită fotosintezei compușilor complecși ai carbonului, care apar, se schimbă și se descompun continuu în cursul vieții. Acest sistem dinamic este menținut ca urmare a activității algelor și a plantelor terestre care captează energia luminii solare și o folosesc pentru a transforma dioxidul de carbon (vezi) și apa într-o varietate de compuși organici cu eliberare de oxigen. Extinderea în sus a biosferei este parțial limitată de faptul că la altitudini mai mari de 6-7 km plantele care conțin clorofilă nu pot trăi din cauza presiunii parțiale scăzute a dioxidului de carbon. Dioxidul de carbon este, de asemenea, foarte activ din punct de vedere fiziologic, deoarece joacă un rol important în reglarea proceselor metabolice, activitatea sistemului nervos central, respirația, circulația sângelui și regimul de oxigen al organismului. Totuși, această reglare este mediată de influența dioxidului de carbon produs de organismul însuși, și nu de atmosferă. În țesuturile și sângele animalelor și oamenilor, presiunea parțială a dioxidului de carbon este de aproximativ 200 de ori mai mare decât presiunea sa în atmosferă. Și numai cu o creștere semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă (mai mult de 0,6-1%), există încălcări în organism, notate cu termenul de hipercapnie (vezi). Eliminarea completă a dioxidului de carbon din aerul inhalat nu poate avea un efect negativ direct asupra organismelor umane și animale.

Dioxidul de carbon joacă un rol în absorbția radiațiilor cu lungime de undă lungă și în menținerea „efectului de seră” care ridică temperatura în apropierea suprafeței Pământului. Se studiază și problema efectului asupra regimurilor termice și de altă natură a atmosferei a dioxidului de carbon, care pătrunde în aer în cantități uriașe ca deșeu al industriei.

Vaporii de apă atmosferici (umiditatea aerului) afectează și corpul uman, în special schimbul de căldură cu mediul.

Ca urmare a condensării vaporilor de apă în atmosferă, se formează nori și cad precipitații (ploaie, grindină, zăpadă). Vaporii de apă, împrăștiind radiația solară, participă la crearea regimului termic al Pământului și a straturilor inferioare ale atmosferei, la formarea condițiilor meteorologice.

Presiunea atmosferică

Presiunea atmosferică (barometrică) este presiunea exercitată de atmosferă sub influența gravitației pe suprafața Pământului. Valoarea acestei presiuni în fiecare punct al atmosferei este egală cu greutatea coloanei de aer de deasupra cu o bază unitară, extinzându-se deasupra locului de măsurare până la limitele atmosferei. Presiunea atmosferică se măsoară cu un barometru (vezi) și se exprimă în milibari, în newtoni pe metru pătrat sau înălțimea coloanei de mercur din barometru în milimetri, redusă la 0 ° și valoarea normală a accelerației gravitației. În tabel. 2 prezintă cele mai frecvent utilizate unități de presiune atmosferică.

Modificarea presiunii se produce din cauza încălzirii neuniforme a maselor de aer situate deasupra solului și apei la diferite latitudini geografice. Pe măsură ce temperatura crește, densitatea aerului și presiunea pe care o creează scade. O acumulare uriașă de aer în mișcare rapidă cu presiune redusă (cu o scădere a presiunii de la periferie la centrul vortexului) se numește ciclon, cu presiune crescută (cu o creștere a presiunii spre centrul vortexului) - un anticiclon. Pentru prognoza meteo sunt importante modificările neperiodice ale presiunii atmosferice, care apar în mase vaste în mișcare și sunt asociate cu apariția, dezvoltarea și distrugerea anticiclonilor și cicloanelor. Schimbările deosebit de mari ale presiunii atmosferice sunt asociate cu mișcarea rapidă a ciclonilor tropicali. În același timp, presiunea atmosferică poate varia cu 30-40 mbar pe zi.

Scăderea presiunii atmosferice în milibari pe o distanță de 100 km se numește gradient barometric orizontal. De obicei, gradientul barometric orizontal este de 1–3 mbar, dar în ciclonii tropicali se ridică uneori la zeci de milibari la 100 km.

Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea atmosferică scade într-o relație logaritmică: la început foarte brusc, apoi din ce în ce mai puțin vizibil (Fig. 1). Prin urmare, curba presiunii barometrice este exponențială.

Scăderea presiunii pe unitatea de distanță verticală se numește gradient barometric vertical. Adesea folosesc reciproca acesteia - treapta barometrică.

Deoarece presiunea barometrică este suma presiunilor parțiale ale gazelor care formează aerul, este evident că odată cu ridicarea la înălțime, odată cu scăderea presiunii totale a atmosferei, presiunea parțială a gazelor care formează sus scade si aerul. Valoarea presiunii parțiale a oricărui gaz din atmosferă se calculează prin formula

unde P x ​​este presiunea parțială a gazului, P z este presiunea atmosferică la altitudinea Z, X% este procentul de gaz a cărui presiune parțială urmează să fie determinată.

Orez. 1. Modificarea presiunii barometrice în funcție de înălțimea deasupra nivelului mării.

Orez. 2. Modificarea presiunii parțiale a oxigenului din aerul alveolar și saturarea sângelui arterial cu oxigen în funcție de modificarea altitudinii la respirația aerului și oxigenului. Respirația cu oxigen începe de la o înălțime de 8,5 km (experiment într-o cameră de presiune).

Orez. 3. Curbe comparative ale valorilor medii ale conștiinței active la o persoană în minute la diferite înălțimi după o creștere rapidă în timp ce respiră aer (I) și oxigen (II). La altitudini de peste 15 km, conștiința activă este la fel de perturbată atunci când respiră oxigen și aer. La altitudini de până la 15 km, respirația cu oxigen prelungește semnificativ perioada de conștiință activă (experiment într-o cameră de presiune).

Deoarece compoziția procentuală a gazelor atmosferice este relativ constantă, pentru a determina presiunea parțială a oricărui gaz, este necesar doar să se cunoască presiunea barometrică totală la o altitudine dată (Fig. 1 și Tabelul 3).

Tabelul 3. TABELUL ATMOSFEREI STANDARD (GOST 4401-64) 1

Înălțimea geometrică (m)	Temperatura		presiune barometrică			Presiunea parțială a oxigenului (mmHg)
				mmHg Artă.

1 Dată sub formă prescurtată și completată cu coloana „Presiunea parțială a oxigenului”.

La determinarea presiunii parțiale a unui gaz în aer umed, presiunea (elasticitatea) vaporilor saturați trebuie scăzută din presiunea barometrică.

Formula pentru determinarea presiunii parțiale a unui gaz în aer umed va fi ușor diferită de cea a aerului uscat:

unde pH 2 O este elasticitatea vaporilor de apă. La t° 37°, elasticitatea vaporilor de apă saturați este de 47 mm Hg. Artă. Această valoare este utilizată la calcularea presiunilor parțiale ale gazelor din aerul alveolar în condiții de sol și de mare altitudine.

Efectele tensiunii arteriale ridicate și scăzute asupra organismului. Modificările presiunii barometrice în sus sau în jos au o varietate de efecte asupra organismului animalelor și oamenilor. Influența presiunii crescute este asociată cu acțiunea fizică și chimică mecanică și penetrantă a mediului gazos (așa-numitele efecte de compresie și penetrare).

Efectul de compresie se manifesta prin: compresie volumetrica generala, datorita cresterii uniforme a fortelor de presiune mecanica asupra organelor si tesuturilor; mecanonarcoză datorată compresiei volumetrice uniforme la presiune barometrică foarte mare; presiune locală neuniformă asupra țesuturilor care limitează cavitățile care conțin gaz atunci când există o legătură întreruptă între aerul exterior și aerul din cavitate, de exemplu, urechea medie, cavitățile accesorii ale nasului (vezi Barotrauma); o creștere a densității gazelor în sistemul respirator extern, ceea ce determină o creștere a rezistenței la mișcările respiratorii, în special în timpul respirației forțate (exercitare, hipercapnie).

Efectul de penetrare poate duce la efectul toxic al oxigenului și al gazelor indiferente, o creștere a conținutului cărora în sânge și țesuturi provoacă o reacție narcotică, primele semne ale unei tăieturi atunci când se utilizează un amestec de azot-oxigen la oameni apar la o presiune de 4-8 atm. O creștere a presiunii parțiale a oxigenului reduce inițial nivelul de funcționare a sistemelor cardiovasculare și respiratorii din cauza opririi efectului de reglare a hipoxemiei fiziologice. Odată cu o creștere a presiunii parțiale a oxigenului în plămâni cu mai mult de 0,8-1 ata, se manifestă efectul său toxic (afectarea țesutului pulmonar, convulsii, colaps).

Efectele penetrante și compresive ale presiunii crescute a mediului gazos sunt utilizate în medicina clinică în tratamentul diferitelor boli cu afectarea generală și locală a aportului de oxigen (vezi Baroterapie, Oxigenoterapia).

Scăderea presiunii are un efect și mai pronunțat asupra organismului. În condițiile unei atmosfere extrem de rarefiate, principalul factor patogenetic care duce la pierderea cunoștinței în câteva secunde și la moarte în 4-5 minute, este scăderea presiunii parțiale a oxigenului în aerul inhalat și apoi în alveolar. aer, sânge și țesuturi (Fig. 2 și 3). Hipoxia moderată determină dezvoltarea reacțiilor adaptative ale sistemului respirator și ale hemodinamicii, care vizează menținerea alimentării cu oxigen în primul rând organelor vitale (creier, inimă). Cu o lipsă pronunțată de oxigen, procesele oxidative sunt inhibate (datorită enzimelor respiratorii), iar procesele aerobe de producere a energiei în mitocondrii sunt perturbate. Acest lucru duce mai întâi la o defalcare a funcțiilor organelor vitale și apoi la leziuni structurale ireversibile și moartea corpului. Dezvoltarea reacțiilor adaptative și patologice, o schimbare a stării funcționale a corpului și a performanței umane cu o scădere a presiunii atmosferice este determinată de gradul și rata de scădere a presiunii parțiale a oxigenului în aerul inhalat, durata șederii. la inaltime, intensitatea muncii prestate, starea initiala a corpului (vezi Raul de altitudine).

O scădere a presiunii la altitudini (chiar cu excluderea lipsei de oxigen) provoacă tulburări grave în organism, unite prin conceptul de „tulburări de decompresie”, care includ: flatulență la altitudine mare, barotită și barozinuzită, boala de decompresie la altitudine mare. și emfizemul tisular de mare altitudine.

Flatulența la altitudine mare se dezvoltă datorită expansiunii gazelor în tractul gastrointestinal cu scăderea presiunii barometrice pe peretele abdominal la urcarea la altitudini de 7-12 km sau mai mult. De o anumită importanță este eliberarea gazelor dizolvate în conținutul intestinal.

Expansiunea gazelor duce la întinderea stomacului și a intestinelor, ridicarea diafragmei, schimbarea poziției inimii, iritarea aparatului receptor al acestor organe și provocând reflexe patologice care perturbă respirația și circulația sângelui. Adesea există dureri ascuțite în abdomen. Fenomene similare apar uneori la scafandri atunci când urcă de la adâncime la suprafață.

Mecanismul de dezvoltare a barotitei și barozinuzitei, manifestat printr-o senzație de congestie și, respectiv, durere în urechea medie sau cavitățile accesorii ale nasului, este similar cu dezvoltarea flatulenței de mare altitudine.

Scăderea presiunii, pe lângă extinderea gazelor conținute în cavitățile corpului, determină și eliberarea de gaze din lichide și țesuturi în care acestea au fost dizolvate sub presiune la nivelul mării sau la adâncime și formarea de bule de gaz în organism. .

Acest proces de ieșire a gazelor dizolvate (în primul rând azotul) provoacă dezvoltarea unei boli de decompresie (vezi).

Orez. 4. Dependența punctului de fierbere al apei de altitudine și presiunea barometrică. Numerele de presiune sunt situate sub numerele de altitudine corespunzătoare.

Odată cu scăderea presiunii atmosferice, punctul de fierbere al lichidelor scade (Fig. 4). La o altitudine de peste 19 km, unde presiunea barometrică este egală (sau mai mică) decât elasticitatea vaporilor saturați la temperatura corpului (37 °), poate apărea „fierberea” fluidului interstițial și intercelular al corpului, rezultând în vene mari, în cavitatea pleurei, stomacului, pericardului, în țesutul adipos lax, adică în zonele cu presiune hidrostatică și interstițială scăzută, se formează bule de vapori de apă, se dezvoltă emfizemul tisular de mare altitudine. „Fierberea” altitudinii nu afectează structurile celulare, fiind localizată doar în lichidul intercelular și sânge.

Bulele de abur masive pot bloca activitatea inimii și circulația sângelui și pot perturba funcționarea sistemelor și organelor vitale. Aceasta este o complicație gravă a înfometării acute de oxigen care se dezvoltă la altitudini mari. Prevenirea emfizemului tisular de mare altitudine poate fi realizată prin crearea unei contrapresiuni externe asupra corpului cu echipamente de mare altitudine.

Însuși procesul de scădere a presiunii barometrice (decompresie) sub anumiți parametri poate deveni un factor dăunător. În funcție de viteză, decompresia este împărțită în lină (lentă) și explozivă. Acesta din urmă se desfășoară în mai puțin de 1 secundă și este însoțit de o bubuitură puternică (ca într-o lovitură), formarea de ceață (condensarea vaporilor de apă datorită răcirii aerului în expansiune). În mod obișnuit, decompresia explozivă are loc la altitudini atunci când geamul unui cockpit sub presiune sau al costumului sub presiune se sparge.

În decompresia explozivă, plămânii sunt primii care suferă. O creștere rapidă a excesului de presiune intrapulmonar (mai mult de 80 mm Hg) duce la o întindere semnificativă a țesutului pulmonar, care poate provoca ruptura plămânilor (cu extinderea lor de 2,3 ori). Decompresia explozivă poate provoca, de asemenea, leziuni ale tractului gastrointestinal. Cantitatea de suprapresiune care apare în plămâni va depinde în mare măsură de rata de ieșire a aerului din aceștia în timpul decompresiei și de volumul de aer din plămâni. Este deosebit de periculos dacă căile aeriene superioare în momentul decompresiei se dovedesc a fi închise (la înghițire, la ținerea respirației) sau decompresia coincide cu faza de inspirație profundă, când plămânii sunt umpluți cu o cantitate mare de aer.

Temperatura atmosferică

Temperatura atmosferei scade inițial odată cu creșterea altitudinii (în medie, de la 15° lângă sol la -56,5° la o altitudine de 11-18 km). Gradientul vertical de temperatură în această zonă a atmosferei este de aproximativ 0,6° la fiecare 100 m; se modifică în timpul zilei și anului (Tabelul 4).

Tabelul 4. MODIFICĂRI ALE GRADIENTULUI VERTICAL DE TEMPERATURĂ PE FÂȘIA DE MIJLOC A TERITORIULUI URSS

Orez. 5. Schimbarea temperaturii atmosferei la diferite înălțimi. Limitele sferelor sunt indicate printr-o linie punctată.

La altitudini de 11 - 25 km, temperatura devine constantă și se ridică la -56,5 °; apoi temperatura începe să crească, atingând 30–40° la o altitudine de 40 km, și 70° la o altitudine de 50–60 km (Fig. 5), ceea ce este asociat cu absorbția intensă a radiației solare de către ozon. De la o înălțime de 60-80 km, temperatura aerului scade din nou ușor (până la 60°C), apoi crește progresiv și atinge 270°C la altitudinea de 120 km, 800°C la altitudinea de 220 km, 1500. °C la o altitudine de 300 km, și

la granița cu spațiul cosmic - mai mult de 3000 °. Trebuie remarcat faptul că, datorită rarefării ridicate și a densității scăzute a gazelor la aceste înălțimi, capacitatea lor de căldură și capacitatea de a încălzi corpurile mai reci este foarte mică. În aceste condiții, transferul de căldură de la un corp la altul are loc numai prin radiație. Toate schimbările considerate de temperatură în atmosferă sunt asociate cu absorbția de către masele de aer a energiei termice a Soarelui - directă și reflectată.

În partea inferioară a atmosferei de lângă suprafața Pământului, distribuția temperaturii depinde de afluxul radiației solare și, prin urmare, are un caracter preponderent latitudinal, adică liniile de temperatură egală - izoterme - sunt paralele cu latitudinile. Deoarece atmosfera din straturile inferioare este încălzită de la suprafața pământului, schimbarea orizontală a temperaturii este puternic influențată de distribuția continentelor și oceanelor, ale căror proprietăți termice sunt diferite. De obicei, cărțile de referință indică temperatura măsurată în timpul observațiilor meteorologice din rețea cu un termometru instalat la o înălțime de 2 m deasupra suprafeței solului. Cele mai ridicate temperaturi (până la 58°C) sunt observate în deșerturile Iranului, iar în URSS - în sudul Turkmenistanului (până la 50°), cele mai scăzute (până la -87°) în Antarctica și în URSS - în regiunile Verkhoyansk și Oymyakon (până la -68 ° ). Iarna, gradientul vertical de temperatură în unele cazuri, în loc de 0,6 °, poate depăși 1 ° la 100 m sau chiar poate lua o valoare negativă. În timpul zilei, în sezonul cald, poate fi egal cu multe zeci de grade la 100 m. Există, de asemenea, un gradient de temperatură orizontal, care este de obicei menționat ca o distanță de 100 km de-a lungul normalului la izotermă. Mărimea gradientului de temperatură orizontal este de zecimi de grad la 100 km, iar în zonele frontale poate depăși 10° la 100 m.

Corpul uman este capabil să mențină homeostazia termică (vezi) într-un interval destul de restrâns de fluctuații ale temperaturii exterioare - de la 15 la 45 °. Diferențele semnificative de temperatură a atmosferei în apropierea Pământului și la înălțimi necesită utilizarea unor mijloace tehnice speciale de protecție pentru a asigura echilibrul termic între corpul uman și mediul înconjurător în zborurile la mare altitudine și în spațiu.

Modificările caracteristice ale parametrilor atmosferei (temperatura, presiunea, compoziția chimică, starea electrică) fac posibilă împărțirea condiționată a atmosferei în zone sau straturi. troposfera- cel mai apropiat strat de Pământ, a cărui limită superioară se extinde la ecuator până la 17-18 km, la poli - până la 7-8 km, la latitudini medii - până la 12-16 km. Troposfera se caracterizează printr-o cădere exponențială de presiune, prezența unui gradient vertical constant de temperatură, mișcări orizontale și verticale ale maselor de aer și modificări semnificative ale umidității aerului. Troposfera conține cea mai mare parte a atmosferei, precum și o parte semnificativă a biosferei; aici apar toate tipurile principale de nori, se formează mase de aer și fronturi, se dezvoltă cicloni și anticicloni. În troposferă, datorită reflectării razelor solare de către stratul de zăpadă al Pământului și răcirii straturilor de aer de la suprafață, are loc așa-numita inversiune, adică o creștere a temperaturii în atmosferă de la fund. în sus în loc de scăderea obișnuită.

În sezonul cald în troposferă are loc o amestecare constantă turbulentă (aleatorie, haotică) a maselor de aer și transfer de căldură prin fluxuri de aer (convecție). Convecția distruge ceața și reduce conținutul de praf din atmosfera inferioară.

Al doilea strat al atmosferei este stratosferă.

Pornește din troposferă ca o zonă îngustă (1-3 km) cu o temperatură constantă (tropopauză) și se extinde până la înălțimi de aproximativ 80 km. O caracteristică a stratosferei este rarefierea progresivă a aerului, intensitatea excepțional de mare a radiațiilor ultraviolete, absența vaporilor de apă, prezența unei cantități mari de ozon și creșterea treptată a temperaturii. Conținutul ridicat de ozon provoacă o serie de fenomene optice (miraje), provoacă reflexia sunetelor și are un efect semnificativ asupra intensității și compoziției spectrale a radiațiilor electromagnetice. În stratosferă există o amestecare constantă a aerului, astfel încât compoziția sa este asemănătoare cu aerul din troposferă, deși densitatea sa la limitele superioare ale stratosferei este extrem de scăzută. Vânturile predominante în stratosferă sunt de vest, iar în zona superioară are loc o tranziție către vânturile de est.

Al treilea strat al atmosferei este ionosferă, care începe din stratosferă și se extinde până la altitudini de 600-800 km.

Caracteristicile distinctive ale ionosferei sunt rarefierea extremă a mediului gazos, o concentrație mare de ioni moleculari și atomici și electroni liberi, precum și temperatura ridicată. Ionosfera afectează propagarea undelor radio, determinând refracția, reflectarea și absorbția acestora.

Principala sursă de ionizare în straturile înalte ale atmosferei este radiația ultravioletă a Soarelui. În acest caz, electronii sunt scoși din atomii de gaz, atomii se transformă în ioni pozitivi, iar electronii eliminați rămân liberi sau sunt capturați de molecule neutre cu formarea de ioni negativi. Ionizarea ionosferei este influențată de meteoriți, radiațiile corpusculare, de raze X și gama ale Soarelui, precum și de procesele seismice ale Pământului (cutremure, erupții vulcanice, explozii puternice), care generează unde acustice în ionosferă, care crește amplitudinea și viteza oscilațiilor particulelor atmosferice și contribuie la ionizarea moleculelor și atomilor de gaz (vezi Aeroionizare).

Conductivitatea electrică în ionosferă, asociată cu o concentrație mare de ioni și electroni, este foarte mare. Conductivitatea electrică crescută a ionosferei joacă un rol important în reflectarea undelor radio și apariția aurorelor.

Ionosfera este zona de zboruri ale sateliților de pământ artificial și ale rachetelor balistice intercontinentale. În prezent, medicina spațială studiază posibilele efecte asupra corpului uman al condițiilor de zbor din această parte a atmosferei.

Al patrulea, stratul exterior al atmosferei - exosfera. De aici, gazele atmosferice sunt împrăștiate în spațiul lumii datorită disipării (depășirea forțelor gravitaționale de către molecule). Apoi are loc o tranziție treptată de la atmosferă la spațiul exterior interplanetar. Exosfera se deosebește de aceasta din urmă prin prezența unui număr mare de electroni liberi care formează a 2-a și a 3-a centură de radiație a Pământului.

Împărțirea atmosferei în 4 straturi este foarte arbitrară. Deci, conform parametrilor electrici, întreaga grosime a atmosferei este împărțită în 2 straturi: neutrosfera, în care predomină particulele neutre, și ionosfera. Temperatura distinge troposfera, stratosfera, mezosfera si termosfera, separate, respectiv, prin tropo-, strato- si mezopauza. Stratul atmosferei situat intre 15 si 70 km si caracterizat printr-un continut ridicat de ozon se numeste ozonosfera.

În scopuri practice, este convenabil să se utilizeze atmosfera standard internațională (MCA), pentru care sunt acceptate următoarele condiții: presiunea la nivelul mării la t ° 15 ° este de 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2 sau 760 mm Hg). ); temperatura scade cu 6,5° la 1 km la un nivel de 11 km (stratosfera condiționată), apoi rămâne constantă. În URSS, a fost adoptată atmosfera standard GOST 4401 - 64 (Tabelul 3).

Precipitare. Deoarece cea mai mare parte a vaporilor de apă atmosferici este concentrată în troposferă, procesele de tranziție de fază a apei, care provoacă precipitații, se desfășoară în principal în troposferă. Norii troposferici acoperă de obicei aproximativ 50% din întreaga suprafață a pământului, în timp ce norii din stratosferă (la altitudini de 20-30 km) și din apropierea mezopauzei, numiți nori sidefați și respectiv noctilucenți, sunt observați relativ rar. Ca urmare a condensării vaporilor de apă în troposferă, se formează nori și au loc precipitații.

După natura precipitațiilor, precipitațiile se împart în 3 tipuri: continue, torențiale, burnițe. Cantitatea de precipitații este determinată de grosimea stratului de apă căzută în milimetri; precipitațiile sunt măsurate cu pluviometre și pluviometre. Intensitatea precipitațiilor este exprimată în milimetri pe minut.

Distribuția precipitațiilor în anumite anotimpuri și zile, precum și asupra teritoriului, este extrem de neuniformă, datorită circulației atmosferei și influenței suprafeței Pământului. Astfel, pe Insulele Hawaii, în medie, cad 12.000 mm pe an, iar în regiunile cele mai uscate din Peru și Sahara, precipitațiile nu depășesc 250 mm, iar uneori nu cad timp de câțiva ani. În dinamica anuală a precipitaţiilor se disting următoarele tipuri: ecuatorială - cu un maxim de precipitaţii după echinocţiul de primăvară şi toamnă; tropical - cu un maxim de precipitații vara; muson - cu un vârf foarte pronunțat vara și iarna uscată; subtropical - cu precipitații maxime iarna și vara uscată; latitudini temperate continentale - cu un maxim de precipitații vara; latitudini marine temperate – cu un maxim de precipitaţii iarna.

Întregul complex atmosferico-fizic de factori climatici și meteorologici care alcătuiesc vremea este utilizat pe scară largă pentru promovarea sănătății, întărire și în scopuri medicinale (vezi Climatoterapia). Împreună cu aceasta, s-a stabilit că fluctuațiile bruște ale acestor factori atmosferici pot afecta negativ procesele fiziologice din organism, provocând dezvoltarea diferitelor stări patologice și exacerbarea bolilor, care sunt numite reacții meteotropice (vezi Climatopatologie). De o importanță deosebită în acest sens sunt perturbările frecvente, pe termen lung, ale atmosferei și fluctuațiile bruște ale factorilor meteorologici.

Reacțiile meteorotrope sunt observate mai des la persoanele care suferă de boli ale sistemului cardiovascular, poliartrită, astm bronșic, ulcer peptic, boli de piele.

Bibliografie: Belinsky V. A. și Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfera și resursele sale, ed. V. A. Kovdy, Moscova, 1971. Danilov A. D. Chimia ionosferei, L., 1967; Kolobkov N. V. Atmosfera și viața ei, M., 1968; Kalitin H.H. Fundamentele fizicii atmosferice aplicate în medicină, L., 1935; Matveev L. T. Fundamentele meteorologiei generale, Fizica atmosferei, L., 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Air ionization and its hygienic value, M., 1963, bibliogr.; it, Metode de cercetări igienice, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P. N. Curs de meteorologie, L., 1962; Umansky S.P. Omul în spațiu, M., 1970; Hvostikov I. A. Straturi înalte ale atmosferei, L., 1964; X r g şi a N A. X. Fizica atmosferei, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologie și climatologie pentru facultățile geografice, L., 1968.

Efectele tensiunii arteriale ridicate și scăzute asupra organismului- Armstrong G. Medicina aviatica, trad. din engleză, M., 1954, bibliogr.; Saltsman G.L. Bazele fiziologice ale șederii unei persoane în condiții de presiune ridicată a gazelor din mediu, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. și Khromushkin A. I. Sisteme de susținere a vieții umane în timpul zborurilor la mare altitudine și în spațiu, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K., etc. Teoria și practica medicinei aviatice, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. și Chernyakov I. N. Oxigenul țesăturilor la factorii extremi ai zborului, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Medicina subacvatica, trad. din engleză, M., 1971, bibliografie; Busby D. E. Medicină clinică spațială, Dordrecht, 1968.

I. H. Cernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.

Atmosfera este învelișul gazos al planetei noastre care se rotește cu Pământul. Gazul din atmosferă se numește aer. Atmosfera este în contact cu hidrosfera și acoperă parțial litosfera. Dar este dificil să se determine limitele superioare. În mod convențional, se presupune că atmosfera se extinde în sus pe aproximativ trei mii de kilometri. Acolo curge lin în spațiul fără aer.

Compoziția chimică a atmosferei Pământului

Formarea compoziției chimice a atmosferei a început în urmă cu aproximativ patru miliarde de ani. Inițial, atmosfera era formată doar din gaze ușoare - heliu și hidrogen. Potrivit oamenilor de știință, premisele inițiale pentru crearea unui înveliș de gaz în jurul Pământului au fost erupțiile vulcanice, care, împreună cu lava, au emis o cantitate imensă de gaze. Ulterior, schimbul de gaze a început cu spațiile de apă, cu organismele vii, cu produsele activității lor. Compoziția aerului s-a schimbat treptat și în forma sa actuală a fost fixată în urmă cu câteva milioane de ani.

Principalele componente ale atmosferei sunt azotul (aproximativ 79%) și oxigenul (20%). Procentul rămas (1%) este reprezentat de următoarele gaze: argon, neon, heliu, metan, dioxid de carbon, hidrogen, cripton, xenon, ozon, amoniac, dioxid de sulf și azot, protoxid de azot și monoxid de carbon incluse în acesta. la sută.

În plus, aerul conține vapori de apă și particule (polen de plante, praf, cristale de sare, impurități de aerosoli).

Recent, oamenii de știință au observat o schimbare nu calitativă, ci cantitativă a unor ingrediente din aer. Iar motivul pentru aceasta este persoana și activitatea sa. Numai în ultimii 100 de ani, conținutul de dioxid de carbon a crescut semnificativ! Aceasta este plină de multe probleme, dintre care cea mai globală este schimbările climatice.

Formarea vremii și a climei

Atmosfera joacă un rol vital în modelarea climei și a vremii de pe Pământ. Multe depind de cantitatea de lumină solară, de natura suprafeței subiacente și de circulația atmosferică.

Să ne uităm la factorii în ordine.

1. Atmosfera transmite căldura razelor solare și absoarbe radiațiile nocive. Grecii antici știau că razele Soarelui cad pe diferite părți ale Pământului în unghiuri diferite. Însuși cuvântul „climă” în traducere din greaca veche înseamnă „pantă”. Deci, la ecuator, razele soarelui cad aproape vertical, pentru că aici este foarte cald. Cu cât este mai aproape de poli, cu atât unghiul de înclinare este mai mare. Și temperatura scade.

2. Din cauza încălzirii neuniforme a Pământului, în atmosferă se formează curenți de aer. Ele sunt clasificate în funcție de mărimea lor. Cele mai mici (zeci și sute de metri) sunt vânturile locale. Urmează musoni și alizee, cicloane și anticicloni, zone frontale planetare.

Toate aceste mase de aer se misca constant. Unele dintre ele sunt destul de statice. De exemplu, alizeele care bat din subtropicale spre ecuator. Mișcarea celorlalți depinde în mare măsură de presiunea atmosferică.

3. Presiunea atmosferică este un alt factor care influențează formarea climei. Aceasta este presiunea aerului de pe suprafața pământului. După cum știți, masele de aer se deplasează dintr-o zonă cu presiune atmosferică mare către o zonă în care această presiune este mai mică.

Sunt 7 zone în total. Ecuatorul este o zonă de joasă presiune. În plus, de ambele părți ale ecuatorului până la a treizecea latitudine - o zonă de înaltă presiune. De la 30° la 60° - din nou presiune joasă. Și de la 60° la poli - o zonă de înaltă presiune. Masele de aer circulă între aceste zone. Cei care merg de la mare la uscat aduc ploi și vreme rea, iar cei care sufla de pe continente aduc vreme senină și uscată. În locurile în care curenții de aer se ciocnesc, se formează zonele frontale atmosferice, care se caracterizează prin precipitații și vreme nefavorabilă, cu vânt.

Oamenii de știință au demonstrat că chiar și bunăstarea unei persoane depinde de presiunea atmosferică. Conform standardelor internaționale, presiunea atmosferică normală este de 760 mm Hg. coloană la 0°C. Această cifră este calculată pentru acele zone de teren care sunt aproape la nivelul mării. Presiunea scade cu altitudinea. Prin urmare, de exemplu, pentru Sankt Petersburg 760 mm Hg. - este norma. Dar pentru Moscova, care este situată mai sus, presiunea normală este de 748 mm Hg.

Presiunea se schimbă nu numai pe verticală, ci și pe orizontală. Acest lucru se simte mai ales în timpul trecerii cicloanelor.

Structura atmosferei

Atmosfera este ca un tort stratificat. Și fiecare strat are propriile sale caracteristici.

. troposfera este stratul cel mai apropiat de Pământ. „Grosimea” acestui strat se modifică pe măsură ce vă îndepărtați de ecuator. Deasupra ecuatorului, stratul se extinde în sus pe 16-18 km, în zonele temperate - pe 10-12 km, la poli - pe 8-10 km.

Aici sunt conținute 80% din masa totală de aer și 90% din vaporii de apă. Aici se formează nori, se ridică cicloni și anticicloni. Temperatura aerului depinde de altitudinea zonei. În medie, scade cu 0,65°C la fiecare 100 de metri.

. tropopauza- stratul de tranziție al atmosferei. Înălțimea sa este de la câteva sute de metri până la 1-2 km. Temperatura aerului vara este mai mare decât iarna. Deci, de exemplu, peste poli iarna -65 ° C. Și peste ecuator în orice moment al anului este -70 ° C.

. Stratosferă- acesta este un strat, a cărui limită superioară se află la o altitudine de 50-55 de kilometri. Turbulența este scăzută aici, conținutul de vapori de apă din aer este neglijabil. Dar mult ozon. Concentrația sa maximă este la o altitudine de 20-25 km. În stratosferă, temperatura aerului începe să crească și ajunge la +0,8 ° C. Acest lucru se datorează faptului că stratul de ozon interacționează cu radiația ultravioletă.

. Stratopauza- un strat intermediar jos între stratosferă și mezosferă care îl urmează.

. Mezosfera- limita superioară a acestui strat este de 80-85 de kilometri. Aici au loc procese fotochimice complexe care implică radicalii liberi. Ei sunt cei care oferă acea strălucire albastră blândă a planetei noastre, care este văzută din spațiu.

Majoritatea cometelor și meteoriților ard în mezosferă.

. Mezopauza- următorul strat intermediar, temperatura aerului în care este de cel puțin -90 °.

. Termosferă- limita inferioară începe la o altitudine de 80 - 90 km, iar limita superioară a stratului trece aproximativ la marcajul de 800 km. Temperatura aerului crește. Poate varia de la +500° C la +1000° C. În timpul zilei, fluctuațiile de temperatură se ridică la sute de grade! Dar aerul de aici este atât de rarefiat încât înțelegerea termenului „temperatură” așa cum ne imaginăm nu este potrivită aici.

. ionosferă- unește mezosfera, mezopauza și termosfera. Aerul de aici este format în principal din molecule de oxigen și azot, precum și din plasmă cvasi-neutră. Razele soarelui, care cad în ionosferă, ionizează puternic moleculele de aer. În stratul inferior (până la 90 km), gradul de ionizare este scăzut. Cu cât este mai mare, cu atât mai multă ionizare. Deci, la o altitudine de 100-110 km, electronii sunt concentrați. Acest lucru contribuie la reflectarea undelor radio scurte și medii.

Cel mai important strat al ionosferei este cel superior, care se află la o altitudine de 150-400 km. Particularitatea sa este că reflectă undele radio, iar acest lucru contribuie la transmiterea semnalelor radio pe distanțe lungi.

În ionosferă are loc un astfel de fenomen precum aurora.

. Exosfera- constă din atomi de oxigen, heliu și hidrogen. Gazul din acest strat este foarte rarefiat și adesea atomii de hidrogen scapă în spațiul cosmic. Prin urmare, acest strat este numit „zonă de împrăștiere”.

Primul om de știință care a sugerat că atmosfera noastră are greutate a fost italianul E. Torricelli. Ostap Bender, de exemplu, în romanul „Vițelul de aur” se plângea că fiecare persoană era presată de o coloană de aer care cântărea 14 kg! Dar marele strateg s-a înșelat puțin. O persoană adultă se confruntă cu o presiune de 13-15 tone! Dar nu simțim această greutate, deoarece presiunea atmosferică este echilibrată de presiunea internă a unei persoane. Greutatea atmosferei noastre este de 5.300.000.000.000.000 de tone. Cifra este colosală, deși este doar o milioneme din greutatea planetei noastre.

Atmosfera Pământului

Atmosfera(din. altul grecescἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - gaz coajă ( geosferă) înconjurând planeta Pământ. Suprafața sa interioară este acoperită hidrosferăși parțial latra, cel exterior se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Totalitatea secțiunilor de fizică și chimie care studiază atmosfera este numită în mod obișnuit fizica atmosferei. Atmosfera determină vreme pe suprafața Pământului, este angajat în studiul vremii meteorologie, și variații pe termen lung climat - climatologie.

Structura atmosferei

Structura atmosferei

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul inferior, principal al atmosferei. Conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. foarte dezvoltat în troposferă turbulenţăși convecție, apărea nori, dezvolta cicloniiși anticiclonii. Temperatura scade odată cu creșterea înălțimii cu o verticală medie gradient 0,65°/100 m

Pentru „condiții normale” la suprafața Pământului se iau: densitatea 1,2 kg/m3, presiunea barometrică 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C și umiditatea relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o valoare pur inginerească.

Stratosferă

Stratul atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și creșterea acesteia în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° DIN(stratosfera superioară sau regiune inversiuni). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 ° C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune de temperatură constantă se numește stratopauzași este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. Există un maxim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Atmosfera Pământului

Mezosfera incepe de la o altitudine de 50 km si se extinde pana la 80-90 km. Temperatura scade odată cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m. Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi, moleculele excitate vibrațional etc., determină strălucirea atmosferei.

Mezopauza

Stratul de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).

Linia Karman

Altitudinea deasupra nivelului mării, care este convențional acceptată ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Termosferă

articolul principal: Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare ultraviolete și razelor X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului (" aurore”) - domenii principale ionosferă se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic.

Straturi atmosferice până la o înălțime de 120 km

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Exosfera- zona de împrăștiere, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat și, prin urmare, particulele sale se scurg în spațiul interplanetar ( disipare).

Până la o înălțime de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor în înălțime depinde de masele lor moleculare, concentrația gazelor mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazului, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200–250 km corespunde unei temperaturi de ~1500 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera trece treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz este doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este compusă din particule asemănătoare prafului de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele extrem de rarefiate asemănătoare prafului, în acest spațiu pătrunde radiația electromagnetică și corpusculară de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera reprezintă aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutrosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăși heterosferă. heterosferă - aceasta este o zonă în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. De aici urmează compoziția variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 2000 - 3000 km de suprafața Pământului. Masa totală aer- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Masă molară aer curat uscat este 28.966. Presiune la 0 °C la nivelul mării 101.325 kPa; temperatura critica-140,7 °C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048×103 J/(kg K)(la 0°C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (la 0 °C). Solubilitatea aerului în apă la 0 °C - 0,036%, la 25 °C - 0,22%.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării se dezvoltă o persoană neantrenată lipsa de oxigenși fără adaptare, performanța umană este semnificativ redusă. Aici se termină zona fiziologică a atmosferei. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne oferă oxigenul de care avem nevoie pentru a respira. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei pe măsură ce vă ridicați la o înălțime, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Plămânii omului conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiune parțială oxigenul din aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mm Hg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și a dioxidului de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Fluxul de oxigen în plămâni se va opri complet atunci când presiunea aerului din jur devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această înălțime, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punct de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, se exercită un efect intens asupra organismului prin ionizare. radiatii- raze cosmice primare; la altitudini de peste 40 km, funcţionează partea ultravioletă a spectrului solar, care este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime din ce în ce mai mare deasupra suprafeței Pământului, slăbim treptat și apoi dispar complet, astfel de fenomene care ne sunt familiare observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția aerodinamicii. forta de ridicareși rezistență, transfer de căldură convecție si etc.

În straturi rarefiate de aer, propagare sunet se dovedește a fi imposibil. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Dar pornind de la altitudini de 100-130 km, concepte familiare fiecărui pilot numerele Mși bariera de sunetîși pierd sensul, acolo trece condiționalul Linia Karman dincolo de care începe sfera zborului pur balistic, care poate fi controlată doar prin folosirea forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este, de asemenea, lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transfera energia termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente de echipamente, echipamente ale stației spațiale orbitale nu vor putea fi răcite din exterior în modul în care se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La o astfel de înălțime, ca în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldura este Radiație termala.

Compoziția atmosferei

Compoziția aerului uscat

Atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri marine, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H 2 O) și a dioxidului de carbon (CO 2).

Compoziția aerului uscat
Azot
Oxigen
argon
Apă
Dioxid de carbon
Neon
Heliu
Metan
Krypton
Hidrogen
Xenon
Oxid de azot

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, HF, cupluri hg, I 2 , și NUși multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant un număr mare de particule solide și lichide în suspensie ( spray).

Istoria formării atmosferei

Conform teoriei celei mai comune, atmosfera Pământului a fost în patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare ( hidrogenși heliu) capturat din spațiul interplanetar. Acest așa-zis atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, aburi). Acesta este cum atmosfera secundara(aproximativ trei miliarde de ani înainte de zilele noastre). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiu interplanetar;

reacții chimice care au loc în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de N 2 se datorează oxidării atmosferei amoniac-hidrogen de către O 2 molecular, care a început să vină de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N 2 intră în reacții numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Poate fi oxidat cu un consum redus de energie și transformat într-o formă biologic activă cianobacteriile (alge albastre-verzi)și bacterii nodulare care formează rizobia simbioză Cu leguminoase plante, așa-numitele. gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organisme vii, ca urmare fotosintezăînsoţită de eliberarea de oxigen şi absorbţia dioxidului de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor redusi - amoniac, hidrocarburi, formă de oxid. glandă conținute în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosfera, litosferăși biosferă, acest eveniment se numește Catastrofa de oxigen.

Pe parcursul Fanerozoic compoziţia atmosferei şi conţinutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu rata de depunere a rocilor sedimentare organice. Deci, în perioadele de acumulare a cărbunelui, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit vizibil nivelul modern.

Dioxid de carbon

Conținutul de CO 2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales - de intensitatea biosintezei și descompunerii materiei organice în biosferă Pământ. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 × 10 12 tone ) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Îngropat în ocean, în mlaștini si in paduri materia organică devine cărbune, uleiși gaz natural. (cm. Ciclul geochimic al carbonului)

gaze nobile

Sursa de gaze inerte - argon, heliuși cripton- erupții vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul ca întreg și atmosfera în special sunt epuizate în gaze inerte în comparație cu spațiul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar.

Poluarea aerului

Recent, evoluția atmosferei a început să fie influențată de uman. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în epocile geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă din cauza descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și din cauza vulcanismului și a activităților de producție umană. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO 2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă rata de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50 - 60 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și poate duce la schimbările climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă a ambelor gaze poluante ( ASA DE, NU, ASA DE 2 ). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la ASA DE 3 în atmosfera superioară, care la rândul său interacționează cu vaporii de apă și amoniacul, și rezultatul acid sulfuric (H 2 ASA DE 4 ) și sulfat de amoniu ((NH 4 ) 2 ASA DE 4 ) reveni la suprafața Pământului sub forma unui așa-numit. ploaie acidă. Utilizare motoare de combustie internă conduce la o poluare semnificativă a aerului cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului ( tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și de activitatea economică umană (exploatarea minereurilor și a materialelor de construcție, arderea combustibililor, producția de ciment etc.). .). Eliminarea intensă pe scară largă a particulelor solide în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Învelișul de aer care înconjoară planeta noastră și se rotește cu ea se numește atmosferă. Jumătate din masa totală a atmosferei este concentrată în cei 5 km inferiori, iar trei sferturi din masă în cei 10 km inferiori. Mai sus, aerul este mult rarefiat, deși particulele sale se găsesc la o altitudine de 2000-3000 km deasupra suprafeței pământului.

Aerul pe care îl respirăm este un amestec de gaze. Cel mai mult conține azot - 78% și oxigen - 21%. Argonul este mai mic de 1% și 0,03% este dioxid de carbon. Numeroase alte gaze, cum ar fi criptonul, xenonul, neonul, heliul, hidrogenul, ozonul și altele, formează miimi și milionatimi de procent. Aerul mai conține vapori de apă, particule de diferite substanțe, bacterii, polen și praf cosmic.

Atmosfera este formată din mai multe straturi. Stratul inferior până la o înălțime de 10-15 km deasupra suprafeței Pământului se numește troposferă. Se încălzește de pe Pământ, astfel încât temperatura aerului aici cu înălțime scade cu 6 ° C la 1 kilometru de urcare. Aproape toți vaporii de apă se află în troposferă și aproape toți norii sunt formați - nota .. Înălțimea troposferei la diferite latitudini ale planetei nu este aceeași. Se ridică până la 9 km deasupra polilor, până la 10-12 km peste latitudini temperate și până la 15 km peste ecuator. Procesele care au loc în troposferă - formarea și mișcarea maselor de aer, formarea ciclonilor și anticiclonilor, apariția norilor și precipitațiilor - determină vremea și clima în apropierea suprafeței pământului.

Deasupra troposferei se află stratosfera, care se întinde până la 50-55 km. Troposfera și stratosfera sunt separate printr-un strat de tranziție numit tropopauză, de 1–2 km grosime. În stratosferă, la o altitudine de aproximativ 25 km, temperatura aerului începe să crească treptat și atinge + 10 +30 °С la 50 km. O astfel de creștere a temperaturii se datorează faptului că în stratosferă există un strat de ozon la altitudini de 25-30 km. La suprafața Pământului, conținutul său în aer este neglijabil, iar la altitudini mari, moleculele de oxigen diatomic absorb radiația solară ultravioletă, formând molecule triatomice de ozon.

Dacă ozonul ar fi localizat în straturile inferioare ale atmosferei, la o înălțime cu presiune normală, grosimea stratului său ar fi de doar 3 mm. Dar chiar și într-o cantitate atât de mică, joacă un rol foarte important: absoarbe o parte din radiația solară dăunătoare organismelor vii.

Deasupra stratosferei, până la aproximativ 80 km, se extinde mezosfera, în care temperatura aerului scade odată cu înălțimea până la câteva zeci de grade sub zero.

Partea superioară a atmosferei este caracterizată de temperaturi foarte ridicate și se numește termosferă - notă .. Este împărțită în două părți - ionosfera - până la o înălțime de aproximativ 1000 km, unde aerul este puternic ionizat, iar exosfera - peste 1000 km. În ionosferă, moleculele de gaz atmosferice absorb radiația ultravioletă de la Soare și se formează atomi încărcați și electroni liberi. Aurorele sunt observate în ionosferă.

Atmosfera joacă un rol foarte important în viața planetei noastre. Protejează Pământul de încălzirea puternică de către razele soarelui în timpul zilei și de hipotermie noaptea. Majoritatea meteoriților ard în straturile atmosferice înainte de a ajunge la suprafața planetei. Atmosfera conține oxigen, necesar tuturor organismelor, un scut de ozon care protejează viața de pe Pământ de partea dăunătoare a radiației ultraviolete a Soarelui.

ATMOSFERELE PLANETELOR SISTEMULUI SOLAR

Atmosfera lui Mercur este atât de rarefiată încât, s-ar putea spune, este practic inexistentă. Învelișul de aer al lui Venus este format din dioxid de carbon (96%) și azot (aproximativ 4%), este foarte dens - presiunea atmosferică de lângă suprafața planetei este de aproape 100 de ori mai mare decât pe Pământ. Atmosfera marțiană este formată în principal din dioxid de carbon (95%) și azot (2,7%), dar densitatea sa este de aproximativ 300 de ori mai mică decât cea a pământului, iar presiunea sa este de aproape 100 de ori mai mică. Suprafața vizibilă a lui Jupiter este de fapt stratul superior al atmosferei hidrogen-heliu. Învelișurile de aer ale lui Saturn și Uranus au aceeași compoziție. Frumoasa culoare albastră a lui Uranus se datorează concentrației mari de metan din partea superioară a atmosferei sale - aproximativ .. Neptun, învăluit în ceață de hidrocarburi, are două straturi principale de nori: unul este format din cristale de metan înghețate, iar al doilea, situat dedesubt, conține amoniac și hidrogen sulfurat.