Encyklopedický YouTube

1 / 5

✪ Vesmírna loď Zeme (14. epizóda) - Atmosféra

✪ Prečo nebola atmosféra stiahnutá do vesmírneho vákua?

✪ Vstup do zemskej atmosféry kozmickej lode "Sojuz TMA-8"

✪ Štruktúra atmosféry, význam, štúdium

✪ O. S. Ugolnikov "Horná atmosféra. Stretnutie Zeme a vesmíru"

titulky

Hranica atmosféry

Za atmosféru sa považuje oblasť okolo Zeme, v ktorej plynné médium rotuje spolu so Zemou ako celkom. Atmosféra prechádza do medziplanetárneho priestoru postupne, v exosfére, počnúc výškou 500-1000 km od povrchu Zeme.

Podľa definície, ktorú navrhla Medzinárodná letecká federácia, je hranica medzi atmosférou a vesmírom vedená pozdĺž línie Karmana, ktorá sa nachádza v nadmorskej výške asi 100 km, nad ktorou sú letecké lety úplne nemožné. NASA používa značku 122 kilometrov (400 000 stôp) ako hranicu atmosféry, kde sa raketoplány prepínajú z poháňaného manévrovania na aerodynamické.

Fyzikálne vlastnosti

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NIE 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), uhľovodíky , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), páry Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), ako aj mnoho iných plynov v malých množstvách. V troposfére je neustále veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc (aerosólov). Najvzácnejší plyn v zemskej atmosfére je Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Štruktúra atmosféry

hraničná vrstva atmosféry

Spodná vrstva troposféry (hrúbka 1-2 km), v ktorej stav a vlastnosti zemského povrchu priamo ovplyvňujú dynamiku atmosféry.

Troposféra

Jeho horná hranica je v nadmorskej výške 8-10 km v polárnych, 10-12 km v miernych a 16-18 km v tropických zemepisných šírkach; v zime nižšia ako v lete.
Spodná, hlavná vrstva atmosféry obsahuje viac ako 80 % celkovej hmotnosti atmosférického vzduchu a asi 90 % všetkej vodnej pary prítomnej v atmosfére. V troposfére je silne vyvinutá turbulencia a konvekcia, objavujú sa oblaky, vznikajú cyklóny a anticyklóny. Teplota klesá s nadmorskou výškou s priemerným vertikálnym gradientom 0,65°/100 metrov.

tropopauza

Prechodná vrstva z troposféry do stratosféry, vrstva atmosféry, v ktorej sa pokles teploty s výškou zastavuje.

Stratosféra

Vrstva atmosféry sa nachádza vo výške 11 až 50 km. Typická je mierna zmena teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a jej zvýšenie vo vrstve 25-40 km z mínus 56,5 na plus 0,8 °C (horná stratosféra alebo inverzná oblasť). Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosférou.

Stratopauza

Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vo vertikálnom rozložení teplôt je maximum (asi 0 °C).

mezosféra

Termosféra

Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, potom zostáva takmer konštantná až do vysokých nadmorských výšok. Pôsobením slnečného žiarenia a kozmického žiarenia dochádza k ionizácii vzduchu („polárne svetlá“) – hlavné oblasti ionosféry ležia vo vnútri termosféry. Vo výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík. Horná hranica termosféry je do značnej miery určená aktuálnou aktivitou Slnka. V obdobiach nízkej aktivity – napríklad v rokoch 2008 – 2009 – dochádza k výraznému poklesu veľkosti tejto vrstvy.

Termopauza

Oblasť atmosféry nad termosférou. V tejto oblasti je absorpcia slnečného žiarenia zanedbateľná a teplota sa v skutočnosti s výškou nemení.

Exosféra (sféra rozptylu)

Do výšky 100 km je atmosféra homogénna, dobre premiešaná zmes plynov. Vo vyšších vrstvách závisí rozloženie plynov na výšku od ich molekulových hmotností, koncentrácia ťažších plynov klesá rýchlejšie so vzdialenosťou od zemského povrchu. V dôsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C v stratosfére na mínus 110 °C v mezosfére. Kinetická energia jednotlivých častíc však vo výškach 200-250 km zodpovedá teplote ~ 150 °C. Nad 200 km sú pozorované výrazné výkyvy teploty a hustoty plynu v čase a priestore.

Vo výške cca 2000-3500 km exosféra postupne prechádza do tzv. blízke vesmírne vákuum, ktorý je naplnený vzácnymi časticami medziplanetárneho plynu, najmä atómami vodíka. Ale tento plyn je len časťou medziplanetárnej hmoty. Druhá časť je zložená z prachových častíc kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne riedkych prachových častíc do tohto priestoru preniká elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.

Preskúmanie

Troposféra predstavuje asi 80 % hmotnosti atmosféry, stratosféra asi 20 %; hmotnosť mezosféry nie je väčšia ako 0,3 %, termosféra je menšia ako 0,05 % z celkovej hmotnosti atmosféry.

Na základe elektrických vlastností v atmosfére vyžarujú neutrosféra a ionosféra .

V závislosti od zloženia plynu v atmosfére vyžarujú homosféra a heterosféra. heterosféra- je to oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje oddeľovanie plynov, pretože ich miešanie v takej výške je zanedbateľné. Z toho vyplýva premenlivé zloženie heterosféry. Pod ním leží dobre premiešaná, homogénna časť atmosféry, nazývaná homosféra. Hranica medzi týmito vrstvami sa nazýva turbopauza, leží vo výške okolo 120 km.

Ďalšie vlastnosti atmosféry a účinky na ľudský organizmus

Už vo výške 5 km nad morom sa u netrénovaného človeka rozvinie hladovanie kyslíkom a bez prispôsobenia sa výrazne znižuje výkonnosť človeka. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Ľudské dýchanie sa stáva nemožným vo výške 9 km, hoci až do výšky 115 km obsahuje atmosféra kyslík.

Atmosféra nám poskytuje kyslík, ktorý potrebujeme na dýchanie. Avšak v dôsledku poklesu celkového tlaku atmosféry, keď človek stúpa do výšky, zodpovedajúcim spôsobom klesá aj parciálny tlak kyslíka.

História vzniku atmosféry

Podľa najbežnejšej teórie mala zemská atmosféra počas svojej histórie tri rôzne zloženie. Spočiatku ho tvorili ľahké plyny (vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Tento tzv primárna atmosféra. V ďalšom štádiu aktívna sopečná činnosť viedla k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). To je ako sekundárna atmosféra. Táto atmosféra bola obnovujúca. Ďalej bol proces tvorby atmosféry určený nasledujúcimi faktormi:

• únik ľahkých plynov (vodík a hélium) do medziplanetárneho priestoru;
• chemické reakcie prebiehajúce v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, bleskových výbojov a niektorých ďalších faktorov.

Postupne tieto faktory viedli k vzniku terciárna atmosféra, vyznačujúci sa oveľa nižším obsahom vodíka a oveľa vyšším obsahom dusíka a oxidu uhličitého (vzniká ako výsledok chemických reakcií z amoniaku a uhľovodíkov).

Dusík

Vznik veľkého množstva dusíka je spôsobený oxidáciou amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym kyslíkom O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), ktorý začal pochádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy pred 3 miliardami rokov. Tiež dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) uvoľnené do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík sa ozónom oxiduje na NIE (\displaystyle ((\ce (NO)))) v horných vrstvách atmosféry.

Dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) vstupuje do reakcií len za špecifických podmienok (napríklad pri výboji blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom pri elektrických výbojoch sa v malých množstvách využíva pri priemyselnej výrobe dusíkatých hnojív. Pri nízkej spotrebe energie sa dá oxidovať a premeniť na biologicky aktívnu formu cyanobaktériami (modrozelené riasy) a nodulovými baktériami, ktoré tvoria rizobiálnu symbiózu so strukovinami, čo môžu byť účinné rastliny na zelené hnojenie, ktoré pôdu nevyčerpávajú, ale obohacujú s prírodnými hnojivami.

Kyslík

Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s príchodom živých organizmov na Zem, v dôsledku fotosyntézy, sprevádzanej uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík vynakladal na oxidáciu redukovaných zlúčenín – amoniaku, uhľovodíkov, železitej formy železa obsiahnutej v oceánoch a iných. Na konci tejto fázy sa obsah kyslíka v atmosfére začal zvyšovať. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra s oxidačnými vlastnosťami. Keďže to spôsobilo vážne a náhle zmeny v mnohých procesoch vyskytujúcich sa v atmosfére, litosfére a biosfére, táto udalosť sa nazývala kyslíková katastrofa.

vzácnych plynov

Znečistenie vzduchu

V poslednej dobe človek začal ovplyvňovať vývoj atmosféry. Výsledkom ľudskej činnosti bolo neustále zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických epochách. Obrovské množstvá sa spotrebujú pri fotosyntéze a pohltia ich svetové oceány. Tento plyn sa dostáva do atmosféry rozkladom karbonátových hornín a organických látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj vulkanizmom a ľudskou výrobnou činnosťou. Obsah za posledných 100 rokov CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) v atmosfére vzrástol o 10 %, pričom hlavná časť (360 miliárd ton) pochádzala zo spaľovania paliva. Ak bude tempo rastu spaľovania paliva pokračovať, potom v najbližších 200-300 rokoch množstvo CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) zdvojnásobuje v atmosfére a môže viesť k

Strana 4 z 10

Tvorba zemskej atmosféry sa začala v dávnych dobách – v protoplanetárnom štádiu vývoja Zeme, v období aktívnych sopečných erupcií s uvoľňovaním obrovského množstva plynov. Neskôr, keď sa na Zemi objavili oceány a biosféra, tvorba atmosféry pokračovala v dôsledku výmeny plynov medzi vodou, rastlinami, živočíchmi a produktmi ich rozkladu.

Počas geologickej histórie prešla zemská atmosféra sériou hlbokých premien.

Primárna atmosféra Zeme. zotavenie.

Časť Primárna atmosféra Zeme v protoplanetárnom štádiu vývoja Zeme (pred viac ako 4,2 miliardami rokov) boli zaradené prevažne metán, amoniak a oxid uhličitý. V dôsledku odplyňovania zemského plášťa a neustálych zvetrávacích procesov na zemskom povrchu sa potom zloženie primárnej atmosféry Zeme obohatilo o vodnú paru, zlúčeniny uhlíka (CO 2, CO) a síru, ako aj silné halogénové kyseliny. (HCI, HF, HI) a kyselina boritá. Počiatočná atmosféra bola veľmi riedka.

Sekundárna atmosféra Zeme. Oxidačný.

Následne sa primárna atmosféra začala premieňať na sekundárnu. Stalo sa to v dôsledku rovnakých procesov zvetrávania, ktoré prebiehali na povrchu zeme, vulkanickej a slnečnej činnosti, ako aj v dôsledku životnej aktivity siníc a modrozelených rias.

Transformácia viedla k rozkladu metánu na vodík a oxid uhličitý a amoniaku na dusík a vodík. Oxid uhličitý a dusík sa začali hromadiť v zemskej atmosfére.

Modrozelené riasy začali fotosyntézou produkovať kyslík, ktorý sa takmer celý minul na oxidáciu iných plynov a hornín. V dôsledku toho sa amoniak oxidoval na molekulárny dusík, metán a oxid uhoľnatý - na oxid uhličitý, síru a sírovodík - na SO2 a SO3.

Atmosféra sa tak postupne menila z redukčnej na oxidujúcu.

Vznik a vývoj oxidu uhličitého v primárnej a sekundárnej atmosfére.

Zdroje oxidu uhličitého v počiatočných štádiách tvorby zemskej atmosféry:

• oxidácia metánu,
• Odplynenie zemského plášťa,
• Zvetrávanie hornín.

Na prelome prvohôr a paleozoika (asi pred 600 miliónmi rokov) obsah oxidu uhličitého v atmosfére klesol a tvoril len desatiny percenta z celkového objemu plynov v atmosfére.

Súčasná úroveň obsahu oxidu uhličitého v atmosfére dosiahla len pred 10-20 miliónmi rokov.

Vznik a vývoj kyslíka v primárnej a sekundárnej atmosfére Zeme.

Zdroje kyslíka skoré štádiá tvorby atmosféry Pozemky:

• Odplynenie zemského plášťa – takmer všetok kyslík sa minul na oxidačné procesy.
• Fotodisociácia vody (rozklad na molekuly vodíka a kyslíka) v atmosfére pôsobením ultrafialového žiarenia - v dôsledku toho sa v atmosfére objavili voľné molekuly kyslíka.
• Spracovanie oxidu uhličitého na kyslík eukaryotmi. Objavenie sa voľného kyslíka v atmosfére viedlo k smrti prokaryotov (prispôsobených životu v redukčných podmienkach) a vzniku eukaryotov (prispôsobených na život v oxidačnom prostredí).

Zmeny koncentrácie kyslíka v zemskej atmosfére.

Archean - prvá polovica prvohôr – koncentrácia kyslíka 0,01 % aktuálnej úrovne (Urey bod). Takmer všetok výsledný kyslík sa minul na oxidáciu železa a síry. Toto pokračovalo, kým sa všetko železné železo na povrchu zeme nezoxidovalo. Odvtedy sa v atmosfére začal hromadiť kyslík.

Druhá polovica prvohôr – koniec raného vendianu – koncentrácia kyslíka v atmosfére je 0,1 % súčasnej úrovne (Pasteurov bod).

Neskorý vendsko - silurské obdobie. Voľný kyslík podnietil rozvoj života – proces anaeróbnej fermentácie nahradil energeticky perspektívnejší a progresívnejší metabolizmus kyslíka. Odvtedy je akumulácia kyslíka v atmosfére pomerne rýchla. Vznik rastlín z mora na pevninu (pred 450 miliónmi rokov) viedol k stabilizácii hladiny kyslíka v atmosfére.

Stredná krieda . Konečná stabilizácia koncentrácie kyslíka v atmosfére je spojená s výskytom kvitnúcich rastlín (pred 100 miliónmi rokov).

Vznik a vývoj dusíka v primárnej a sekundárnej atmosfére Zeme.

Dusík vznikal v raných štádiách vývoja Zeme rozkladom amoniaku. Väzba atmosférického dusíka a jeho pochovávanie v morských sedimentoch sa začalo s príchodom organizmov. Po vypustení živých organizmov na súš sa dusík začal pochovávať v kontinentálnych sedimentoch. Proces fixácie dusíka sa zintenzívnil najmä s príchodom suchozemských rastlín.

Zloženie zemskej atmosféry teda určovalo vlastnosti života organizmov, prispelo k ich evolúcii, vývoju a usadeniu na povrchu zeme. Ale v histórii Zeme sa niekedy vyskytli zlyhania v distribúcii zloženia plynu. Dôvodom boli rôzne katastrofy, ktoré sa počas kryptozoika a fanerozoika vyskytli viackrát. Tieto zlyhania viedli k masovému vymieraniu organického sveta.

Zloženie starej a modernej atmosféry Zeme v percentách je uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1. Zloženie primárnej a modernej atmosféry Zeme.

plynov	Zloženie zemskej atmosféry
	Primárna atmosféra, %	Moderná atmosféra, %
dusík N2
Kyslík O2
Ozón O3
Oxid uhličitý CO2
Oxid uhoľnatý CO
vodná para
Argon Ar

Bol to článok „Tvorba zemskej atmosféry. Primárna a sekundárna atmosféra Zeme. Čítajte ďalej: «

Atmosféra je plynný obal našej planéty, ktorý rotuje so Zemou. Plyn v atmosfére sa nazýva vzduch. Atmosféra je v kontakte s hydrosférou a čiastočne pokrýva litosféru. Ale je ťažké určiť hornú hranicu. Konvenčne sa predpokladá, že atmosféra siaha smerom nahor v dĺžke asi tritisíc kilometrov. Tam plynulo prúdi do bezvzduchového priestoru.

Chemické zloženie zemskej atmosféry

Tvorba chemického zloženia atmosféry sa začala asi pred štyrmi miliardami rokov. Spočiatku sa atmosféra skladala len z ľahkých plynov – hélia a vodíka. Prvotným predpokladom na vytvorenie plynového obalu okolo Zeme boli podľa vedcov sopečné erupcie, ktoré spolu s lávou uvoľnili obrovské množstvo plynov. Následne začala výmena plynov s vodnými priestormi, so živými organizmami, s produktmi ich činnosti. Zloženie ovzdušia sa postupne menilo a do dnešnej podoby sa ustálilo pred niekoľkými miliónmi rokov.

Hlavnými zložkami atmosféry sú dusík (asi 79 %) a kyslík (20 %). Zostávajúce percento (1%) pripadá na tieto plyny: argón, neón, hélium, metán, oxid uhličitý, vodík, kryptón, xenón, ozón, amoniak, oxid siričitý a dusík, oxid dusný a oxid uhoľnatý, zahrnuté v tomto jedno percento.

Okrem toho vzduch obsahuje vodnú paru a častice (peľ rastlín, prach, kryštály soli, aerosólové nečistoty).

Nedávno vedci zaznamenali nie kvalitatívnu, ale kvantitatívnu zmenu niektorých zložiek vzduchu. A dôvodom je človek a jeho činnosť. Len za posledných 100 rokov sa obsah oxidu uhličitého výrazne zvýšil! Je to spojené s mnohými problémami, z ktorých najglobálnejším je zmena klímy.

Formovanie počasia a klímy

Atmosféra zohráva dôležitú úlohu pri formovaní klímy a počasia na Zemi. Veľa závisí od množstva slnečného žiarenia, charakteru podkladového povrchu a atmosférickej cirkulácie.

Pozrime sa na faktory v poradí.

1. Atmosféra prenáša teplo slnečných lúčov a pohlcuje škodlivé žiarenie. Starí Gréci vedeli, že lúče Slnka dopadajú na rôzne časti Zeme pod rôznymi uhlami. Samotné slovo „klíma“ v preklade zo starovekej gréčtiny znamená „svah“. Na rovníku teda slnečné lúče dopadajú takmer kolmo, pretože je tu veľmi teplo. Čím bližšie k pólom, tým väčší je uhol sklonu. A teplota klesá.

2. Vplyvom nerovnomerného zahrievania Zeme vznikajú v atmosfére vzdušné prúdy. Sú klasifikované podľa ich veľkosti. Najmenšie (desiatky a stovky metrov) sú lokálne vetry. Potom nasledujú monzúny a pasáty, cyklóny a anticyklóny, planetárne frontálne zóny.

Všetky tieto vzdušné masy sa neustále pohybujú. Niektoré z nich sú dosť statické. Napríklad pasáty, ktoré vanú zo subtrópov smerom k rovníku. Pohyb ostatných je do značnej miery závislý od atmosférického tlaku.

3. Atmosférický tlak je ďalším faktorom ovplyvňujúcim tvorbu klímy. Ide o tlak vzduchu na zemskom povrchu. Ako viete, vzduchové hmoty sa pohybujú z oblasti s vysokým atmosférickým tlakom do oblasti, kde je tento tlak nižší.

Celkovo je 7 zón. Rovník je zóna nízkeho tlaku. Ďalej na oboch stranách rovníka až po tridsiate zemepisné šírky - oblasť vysokého tlaku. Od 30° do 60° - opäť nízky tlak. A od 60 ° k pólom - zóna vysokého tlaku. Medzi týmito zónami cirkulujú vzduchové hmoty. Tie, ktoré idú z mora na pevninu, prinášajú dážď a zlé počasie, a tie, ktoré fúkajú z kontinentov, prinášajú jasné a suché počasie. V miestach, kde sa zrážajú vzdušné prúdy, vznikajú atmosférické frontové zóny, ktoré sú charakteristické zrážkami a nevľúdnym, veterným počasím.

Vedci dokázali, že aj blaho človeka závisí od atmosférického tlaku. Podľa medzinárodných noriem je normálny atmosférický tlak 760 mm Hg. kolóne pri 0 °C. Toto číslo je vypočítané pre tie oblasti pevniny, ktoré sú takmer v jednej rovine s hladinou mora. S nadmorskou výškou tlak klesá. Preto napríklad pre Petrohrad 760 mm Hg. - je normou. Ale pre Moskvu, ktorá sa nachádza vyššie, je normálny tlak 748 mm Hg.

Tlak sa mení nielen vertikálne, ale aj horizontálne. Je to cítiť najmä pri prechode cyklónov.

Štruktúra atmosféry

Atmosféra je ako poschodová torta. A každá vrstva má svoje vlastné charakteristiky.

. Troposféra je vrstva najbližšie k Zemi. „Hrúbka“ tejto vrstvy sa mení, keď sa vzďaľujete od rovníka. Nad rovníkom sa vrstva rozprestiera nahor na 16-18 km, v miernych pásmach - na 10-12 km, na póloch - na 8-10 km.

Práve tu sa nachádza 80 % celkovej hmotnosti vzduchu a 90 % vodnej pary. Tvorí sa tu oblačnosť, vznikajú cyklóny a anticyklóny. Teplota vzduchu závisí od nadmorskej výšky oblasti. V priemere klesá o 0,65 °C na každých 100 metrov.

. tropopauza- prechodná vrstva atmosféry. Jeho výška je od niekoľkých stoviek metrov do 1-2 km. Teplota vzduchu v lete je vyššia ako v zime. Takže napríklad nad pólmi v zime -65 ° C. A nad rovníkom je kedykoľvek počas roka -70 ° C.

. Stratosféra- je to vrstva, ktorej horná hranica prebieha v nadmorskej výške 50-55 kilometrov. Turbulencie sú tu nízke, obsah vodnej pary vo vzduchu je zanedbateľný. Ale veľa ozónu. Jeho maximálna koncentrácia je v nadmorskej výške 20-25 km. V stratosfére začína teplota vzduchu stúpať a dosahuje +0,8 ° C. Je to spôsobené tým, že ozónová vrstva interaguje s ultrafialovým žiarením.

. Stratopauza- nízka medzivrstva medzi stratosférou a na ňu nadväzujúcou mezosférou.

. mezosféra- horná hranica tejto vrstvy je 80-85 kilometrov. Tu prebiehajú zložité fotochemické procesy zahŕňajúce voľné radikály. Sú to oni, ktorí poskytujú jemnú modrú žiaru našej planéty, ktorá je viditeľná z vesmíru.

Väčšina komét a meteoritov zhorí v mezosfére.

. Mezopauza- ďalšia medzivrstva, ktorej teplota vzduchu je najmenej -90 °.

. Termosféra- spodná hranica začína v nadmorskej výške 80 - 90 km a horná hranica vrstvy prechádza približne pri značke 800 km. Teplota vzduchu stúpa. Môže sa pohybovať od +500°C do +1000°C. Počas dňa sú teplotné výkyvy v stovkách stupňov! Ale vzduch je tu taký riedky, že chápanie pojmu „teplota“, ako si predstavujeme, tu nie je vhodné.

. Ionosféra- spája mezosféru, mezopauzu a termosféru. Vzduch sa tu skladá hlavne z molekúl kyslíka a dusíka, ako aj z kvázi neutrálnej plazmy. Slnečné lúče dopadajúce do ionosféry silne ionizujú molekuly vzduchu. V spodnej vrstve (do 90 km) je stupeň ionizácie nízky. Čím vyššia, tým väčšia ionizácia. Takže v nadmorskej výške 100-110 km sa koncentrujú elektróny. To prispieva k odrazu krátkych a stredných rádiových vĺn.

Najdôležitejšou vrstvou ionosféry je vrchná vrstva, ktorá sa nachádza v nadmorskej výške 150-400 km. Jeho zvláštnosťou je, že odráža rádiové vlny, čo prispieva k prenosu rádiových signálov na veľké vzdialenosti.

Práve v ionosfére dochádza k takému javu, akým je polárna žiara.

. Exosféra- pozostáva z atómov kyslíka, hélia a vodíka. Plyn v tejto vrstve je veľmi riedky a atómy vodíka často unikajú do vesmíru. Preto sa táto vrstva nazýva „zóna rozptylu“.

Prvým vedcom, ktorý naznačil, že naša atmosféra má váhu, bol Talian E. Torricelli. Ostap Bender napríklad v románe „Zlaté teľa“ lamentoval, že každého človeka tlačí vzduchový stĺp s hmotnosťou 14 kg! Veľký stratég sa však trochu mýlil. Dospelý človek zažije tlak 13-15 ton! Túto ťažkosť však necítime, pretože atmosférický tlak je vyvážený vnútorným tlakom človeka. Hmotnosť našej atmosféry je 5 300 000 000 000 ton. Postava je to kolosálna, hoci je to len milióntina hmotnosti našej planéty.

ATMOSFÉRA

Atmosféra - vzduchový obal Zeme (najvzdialenejší zo zemských obalov), ktorý je v nepretržitej interakcii so zvyškom obalov našej planéty, neustále zažíva vplyv vesmíru a predovšetkým vplyv Slnka. Hmotnosť atmosféry sa rovná jednej milióntine hmotnosti Zeme.

Spodná hranica atmosféry sa zhoduje so zemským povrchom. Atmosféra nemá ostro vyjadrenú hornú hranicu: postupne prechádza do medziplanetárneho priestoru. Za hornú hranicu atmosféry sa zvyčajne považuje 2-3 000 km nad zemským povrchom. Teoretické výpočty ukazujú, že zemská gravitácia dokáže udržať jednotlivé častice vzduchu, ktoré sa podieľajú na pohybe Zeme, vo výške 42 000 km na rovníku a 28 000 km na póloch. Donedávna sa verilo, že vo veľkej vzdialenosti od zemského povrchu sa atmosféra skladá zo vzácnych častíc plynov, ktoré do seba takmer nenarážajú a sú držané zemskou gravitáciou. Nedávne štúdie naznačujú, že hustota častíc v hornej atmosfére je oveľa väčšia, ako sa očakávalo, že častice majú elektrický náboj a nie sú držané hlavne zemskou gravitáciou, ale jej magnetickým poľom. Vzdialenosť, na ktorú je geomagnetické pole schopné nielen zadržať, ale aj zachytiť častice z medziplanetárneho priestoru, je veľmi veľká (až 90 000 km).

Štúdium atmosféry sa vykonáva vizuálne aj pomocou mnohých špeciálnych prístrojov. Dôležité údaje o vysokých vrstvách atmosféry sa získavajú vypúšťaním špeciálnych meteorologických a geofyzikálnych rakiet (do 800 km), ako aj umelých zemských satelitov (do 2000 km).

Zloženie atmosféry

Čistý a suchý vzduch je mechanická zmes niekoľkých plynov. Hlavné sú: dusík-78%, kyslík-21%, argón-1%, oxid uhličitý. Obsah ostatných plynov (neón, hélium, kryptón, xenón, amoniak, vodík, ozón) je zanedbateľný.

Množstvo oxidu uhličitého v atmosfére kolíše od 0,02 do 0,032 %, je to viac nad priemyselnými oblasťami, menej nad oceánmi, nad povrchom pokrytým snehom a ľadom.

Vodná para vstupuje do atmosféry v množstve 0 až 4 % objemu. Do atmosféry sa dostáva v dôsledku vyparovania vlhkosti zo zemského povrchu, a preto jej obsah s výškou klesá: 90 % všetkej vodnej pary je obsiahnutých v spodnej päťkilometrovej vrstve atmosféry, nad 10-12 km je veľmi málo vodnej pary. Význam vodnej pary pri cirkulácii tepla a vlhkosti v atmosfére je obrovský.

Pôvod atmosféry

Podľa najbežnejšej teórie mala zemská atmosféra v priebehu času štyri rôzne zloženie. Spočiatku ho tvorili ľahké plyny (vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Ide o takzvanú primárnu atmosféru (asi pred štyri a pol miliardou rokov). V ďalšom štádiu aktívna sopečná činnosť viedla k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). Takto vznikla sekundárna atmosféra (asi tri a pol miliardy rokov dodnes). Táto atmosféra bola obnovujúca. Ďalej v procese úniku ľahkých plynov (vodík a hélium) do medziplanetárneho priestoru a chemických reakcií prebiehajúcich v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, bleskových výbojov a niektorých ďalších faktorov sa vytvorila terciárna atmosféra, ktorá sa vyznačuje oveľa nižším obsah vodíka a oveľa vyšší obsah dusíka a oxidu uhličitého (vzniká ako výsledok chemických reakcií z amoniaku a uhľovodíkov).

Tvorba veľkého množstva N 2 je spôsobená oxidáciou amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym O 2, ktorý začal prichádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy pred 3,8 miliardami rokov. Dusík sa oxiduje ozónom na NO vo vyšších vrstvách atmosféry.

Kyslík

Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s príchodom živých organizmov na Zem, v dôsledku fotosyntézy, sprevádzanej uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík vynakladal na oxidáciu redukovaných zlúčenín - amoniaku, uhľovodíkov, železitej formy železa obsiahnutej v oceánoch atď. Na konci tejto etapy začal obsah kyslíka v atmosfére rásť. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra s oxidačnými vlastnosťami.

Oxid uhličitý

V atmosférickej vrstve od zemského povrchu do 60 km sa nachádza ozón (O 3) - trojatómový kyslík, vznikajúci štiepením obyčajných molekúl kyslíka a prerozdeľovaním jeho atómov. V nižších vrstvách atmosféry sa ozón objavuje pod vplyvom náhodných faktorov (výboje blesku, oxidácia niektorých organických látok), vo vyšších vrstvách vzniká vplyvom ultrafialového žiarenia zo Slnka, ktoré pohlcuje. Koncentrácia ozónu je obzvlášť vysoká v nadmorskej výške 22–26 km. Celkové množstvo ozónu v atmosfére je zanedbateľné: pri teplote 0C za podmienok normálneho tlaku na povrchu Zeme sa všetok ozón zmestí do vrstvy hrubej 3 mm. Obsah ozónu je v atmosfére polárnych šírok vyšší ako v rovníkových, na jar sa zvyšuje a na jeseň klesá. Ozón úplne pohlcuje ultrafialové žiarenie zo Slnka, ktoré je škodlivé pre život. Odďaľuje aj tepelné vyžarovanie Zeme, čím chráni jej povrch pred ochladením.

Okrem plynných zložiek sú v atmosfére vždy v suspenzii aj najmenšie častice rôzneho pôvodu, rôzneho tvaru, veľkosti, chemického zloženia a fyzikálnych vlastností (dym, prach) - aerosóly.. Do atmosféry sa dostávajú častice pôdy, produkty zvetrávania hornín z povrchu Zeme, sopečný prach, morská soľ, dym, organické častice (mikroorganizmy, spóry, peľ).

Kozmický prach sa do zemskej atmosféry dostáva z medziplanetárneho priestoru. Vrstva atmosféry do výšky 100 km obsahuje viac ako 28 miliónov ton kozmického prachu, ktorý pomaly padá na povrch.

Existuje názor, že väčšina prachu je zabalená do špeciálnej formy organizmami v moriach.

Aerosólové častice hrajú dôležitú úlohu pri vývoji množstva atmosférických procesov. Mnohé z nich sú kondenzačné jadrá potrebné na tvorbu hmly a oblačnosti. Javy atmosférickej elektriny sú spojené s nabitými aerosólmi.

Do výšky okolo 100 km je zloženie atmosféry konštantné. Atmosféru tvorí prevažne molekulárny dusík a molekulárny kyslík, v spodnej vrstve množstvo nečistôt s výškou výrazne klesá. Nad 100 km sa vplyvom ultrafialového žiarenia štiepia molekuly kyslíka a následne dusík (nad 220 km). Vo vrstve od 100 do 500 km prevláda atómový kyslík. Vo výške 500 až 2000 km tvorí atmosféru prevažne ľahký inertný plyn – hélium, nad 2000 km – atómový vodík.

Atmosférická ionizácia

Atmosféra obsahuje nabité častice – ióny a vďaka ich prítomnosti nie je ideálnym izolantom, má však schopnosť viesť elektrický prúd. Ióny sa tvoria v atmosfére pod vplyvom ionizátorov, ktoré dodávajú atómom energiu dostatočnú na odstránenie elektrónu z obalu atómu. Odpojený elektrón je takmer okamžite pripojený k inému atómu. Výsledkom je, že prvý atóm z neutrálneho sa stáva kladne nabitý a druhý získava záporný náboj. Takéto ióny neexistujú dlho, spájajú sa s nimi molekuly okolitého vzduchu a vytvárajú takzvané ľahké ióny. Ľahké ióny sa viažu na aerosóly, dodávajú im náboj a vytvárajú väčšie ióny – ťažké.

Atmosférické ionizátory sú: ultrafialové žiarenie Slnka, kozmické žiarenie, žiarenie rádioaktívnych látok obsiahnutých v zemskej kôre a v atmosfére. Ultrafialové lúče nemajú ionizačný účinok na spodné vrstvy atmosféry - ich vplyv je hlavný v horných vrstvách atmosféry. Rádioaktivita väčšiny hornín je veľmi nízka, ich ionizačný účinok je už vo výške niekoľko stoviek metrov nulový (s výnimkou ložísk rádioaktívnych prvkov, rádioaktívnych zdrojov a pod.). Zvlášť veľký je význam kozmického žiarenia. S veľmi vysokou prenikavou silou preniká kozmické žiarenie celou hrúbkou atmosféry a preniká hlboko do oceánov a zemskej kôry. Intenzita kozmického žiarenia s časom veľmi málo kolíše. Ich ionizačný účinok je najmenší na rovníku a najväčší pri 20º zemepisnej šírky; s nadmorskou výškou sa intenzita ionizácie v dôsledku kozmického žiarenia zvyšuje a dosahuje maximum vo výške 12–18 km.

Ionizácia atmosféry je charakterizovaná koncentráciou iónov (ich obsah v 1 cm3); elektrická vodivosť atmosféry závisí od koncentrácie a pohyblivosti ľahkých iónov. Koncentrácia iónov sa zvyšuje s výškou. Vo výške 3–4 km je to až 1000 párov iónov, pričom maximálne hodnoty dosahuje vo výške 100–250 km. V súlade s tým sa tiež zvyšuje elektrická vodivosť atmosféry. Keďže v čistom vzduchu je viac ľahkých iónov, má väčšiu vodivosť ako prašný vzduch.

V dôsledku spoločného pôsobenia nábojov obsiahnutých v atmosfére a náboja zemského povrchu vzniká elektrické pole atmosféry. Vo vzťahu k zemskému povrchu je atmosféra kladne nabitá. Medzi atmosférou a zemským povrchom vznikajú prúdy pozitívnych (od zemského povrchu) a negatívnych (k zemskému povrchu) iónov. Podľa elektrického zloženia sa uvoľňuje do atmosféry neutrosféra (do výšky 80 km) - vrstva s neutrálnym zložením a ionosféra (nad 80 km) - ionizované vrstvy.

Štruktúra atmosféry

Atmosféra je rozdelená do piatich sfér, ktoré sa líšia predovšetkým teplotou. Gule sú oddelené prechodnými vrstvami - pauzami.

Troposféra- spodná vrstva atmosféry, obsahujúca asi ¾ celej jej hmoty. Troposféra obsahuje takmer všetku vodnú paru v atmosfére. Jeho horná hranica dosahuje najvyššiu výšku - 17 km - pri rovníku a smerom k pólom klesá na 8-10 km. V miernych zemepisných šírkach je priemerná výška troposféry 10–12 km. Kolísanie hornej hranice troposféry závisí od teploty: v zime je táto hranica vyššia, v lete nižšia; a počas dňa môžu výkyvy e dosiahnuť niekoľko kilometrov.

Teplota v troposfére od zemského povrchu po tropopauzu klesá v priemere o 0,6º na každých 100 m.V troposfére sa neustále premiešava vzduch, tvoria sa oblaky a dochádza k zrážkam. V horizontálnej leteckej doprave dominujú pohyby zo západu na východ.

Spodná vrstva atmosféry, ktorá bezprostredne susedí so zemským povrchom, sa nazýva povrchová vrstva. Fyzikálne procesy v tejto vrstve pod vplyvom zemského povrchu sa vyznačujú svojou originalitou. Tu sú zmeny teploty počas dňa a počas roka obzvlášť výrazné.

tropopauza- prechodná vrstva z troposféry do stratosféry. Výška tropopauzy a jej teplota sa líšia v závislosti od zemepisnej šírky. Od rovníka k pólom sa tropopauza znižuje a tento pokles nastáva nerovnomerne: približne na 30–40 ° severnej a južnej zemepisnej šírky sa pozoruje prerušenie tropopauzy. V dôsledku toho sa zdá, že je rozdelený na dve tropické a polárne časti, ktoré sa nachádzajú 35–40º nad sebou. Čím je tropopauza vyššia, tým je jej teplota nižšia. Výnimkou sú polárne oblasti, kde je tropopauza nízka a studená. Najnižšia teplota zaznamenaná v tropopauze je 92º.

Stratosféra- od troposféry sa líši vysokou riedkosťou vzduchu, takmer úplnou absenciou vodnej pary a relatívne vysokým obsahom ozónu, dosahujúcim maximum vo výške 22–26 km. Teplota v stratosfére stúpa s výškou veľmi pomaly. Na spodnej hranici stratosféry nad rovníkom je teplota po celý rok okolo -76º, v severnej polárnej oblasti v januári -65º, v júli -42º. Rozdiely teplôt spôsobujú pohyb vzduchu. Rýchlosť vetra v stratosfére dosahuje 340 km/h.

V strednej stratosfére vznikajú tenké oblaky - perleť, pozostávajúce z ľadových kryštálikov a kvapiek podchladenej vody.

V stratopauze je teplota približne 0º

mezosféra- vyznačuje sa výraznými zmenami teploty s výškou. Do výšky 60 km teplota stúpa a dosahuje +20º, na hornej hranici gule teplota klesá na -75º. Vo výške 75–80 km je pokles t nahradený novým nárastom. V lete sa v tejto výške tvoria brilantné tenké oblaky – striebristé, pravdepodobne pozostávajúce z podchladenej vodnej pary. Pohyb noctilucentných oblakov naznačuje veľkú variabilitu v smere a rýchlosti pohybu vzduchu (od 60 do niekoľko stoviek km/h), čo je badateľné najmä v obdobiach prechodu z jednej sezóny do druhej.

AT termosféra - (v ionosfére) teplota stúpa s výškou a dosahuje +1000º na hornej hranici. Rýchlosti častíc plynov sú obrovské, ale pri extrémne riedkom priestore sú ich zrážky veľmi zriedkavé.

Spolu s neutrálnymi časticami obsahuje termosféra voľné elektróny a ióny. V jednom kubickom centimetri objemu sú ich stovky a tisíce a vo vrstvách maximálnej hustoty milióny. Termosféra je sféra riedeného ionizovaného plynu, pozostávajúca zo série vrstiev. Ionizované vrstvy, ktoré odrážajú, absorbujú a lámu rádiové vlny, majú obrovský vplyv na rádiovú komunikáciu. Ionizačné vrstvy sú počas dňa dobre vyjadrené. Ionizácia spôsobuje, že termosféra je elektricky vodivá a prúdia v nej silné elektrické prúdy. V termosfére sa v závislosti od slnečnej aktivity výrazne mení hustota (stonásobne) a teplota (o stovky stupňov). Aktivita Slnka je spojená s výskytom polárnych žiaroviek v termosfére.

Exosféra- rozptylová zóna, vonkajšia časť termosféry, nachádzajúca sa nad 700 km. Plyn v exosfére je veľmi riedky, a preto jeho častice unikajú do medziplanetárneho priestoru.

Vo výške asi 2000-3000 km exosféra postupne prechádza do takzvaného blízkeho vesmírneho vákua, ktoré je vyplnené vysoko riedkymi časticami medziplanetárneho plynu, najmä atómami vodíka. Ale tento plyn je len časťou medziplanetárnej hmoty. Druhá časť je zložená z prachových častíc kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne riedkych prachových častíc do tohto priestoru preniká elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.

Vodík unikajúci z exosféry tvorí tzv pozemská koruna siaha do nadmorskej výšky 20 000 km.

Slnečné žiarenie

Zem dostane od Slnka 1,36 x 10 24 cal tepla za rok. V porovnaní s týmto množstvom energie je zvyšné množstvo energie žiarenia dopadajúceho na zemský povrch zanedbateľné. To, že žiarivá energia hviezd je stomilióntina slnečnej energie, kozmické žiarenie sú dve miliardtiny, vnútorné teplo Zeme na jej povrchu sa rovná jednej päťtisícine slnečného tepla.

Slnečné žiarenie - slnečné žiarenie - je hlavným zdrojom energie pre takmer všetky procesy prebiehajúce v atmosfére, hydrosfére a hornej atmosfére.

Slnečné žiarenie- elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie Slnka.

Elektromagnetická zložka slnečného žiarenia sa šíri rýchlosťou svetla a preniká do zemskej atmosféry. Slnečné žiarenie dopadá na zemský povrch vo forme priameho a difúzneho žiarenia. Celkovo Zem prijíma zo Slnka menej ako jednu dve miliardy žiarenia. Spektrálny rozsah elektromagnetického žiarenia Slnka je veľmi široký – od rádiových vĺn až po röntgenové žiarenie – jeho maximálna intenzita však pripadá na viditeľnú (žlto-zelenú) časť spektra.

Existuje aj korpuskulárna časť slnečného žiarenia, pozostávajúca najmä z protónov pohybujúcich sa od Slnka rýchlosťou 300-1500 km/s. Pri slnečných erupciách vznikajú aj vysokoenergetické častice (hlavne protóny a elektróny), ktoré tvoria slnečnú zložku kozmického žiarenia.

Energetický príspevok korpuskulárnej zložky slnečného žiarenia k jeho celkovej intenzite je v porovnaní s elektromagnetickým malý. Preto sa v mnohých aplikáciách používa pojem "slnečné žiarenie" v užšom zmysle, čím sa myslí len jeho elektromagnetická časť.

Mernou jednotkou intenzity slnečného žiarenia je počet kalórií tepla absorbovaných 1 cm 2 absolútne čiernej plochy kolmej na smer slnečných lúčov na 1 palec. (cal / cm 2 x min).

Tok žiarivej energie zo Slnka, ktorý sa dostáva do zemskej atmosféry, je veľmi stály. Jej intenzitu nazývam slnečná konštanta (I 0) a beriem v priemere 1,88 kcal/cm 2 x min.

Hodnota slnečnej konštanty kolíše v závislosti od vzdialenosti Zeme od Slnka a od slnečnej aktivity. Jeho výkyvy v priebehu roka sú 3,4–3,5 %.

Ak by slnečné lúče všade dopadli vertikálne na zemský povrch, potom by pri absencii atmosféry a so slnečnou konštantou 1,88 kcal / cm 2 x min každý jej štvorcový centimeter dostal 1 000 kcal za rok. Vďaka Ohmovi, že Zem je sférická, sa toto množstvo zníži 4-krát a 1 štvorcový. cm prijme v priemere 250 kcal ročne.

Množstvo slnečného žiarenia, ktoré povrch dostane, závisí od uhla dopadu lúčov.

Povrch, ktorý je kolmý na smer slnečných lúčov, dostáva maximálne množstvo žiarenia, pretože v tomto prípade je všetka energia rozložená na plochu s prierezom rovným prierezu lúča lúčov - a. Pri šikmom dopade toho istého zväzku lúčov sa energia rozloží na veľkú plochu (prierez b) a jednotka povrchu ho prijíma menej. Čím menší je uhol dopadu lúčov, tým nižšia je intenzita slnečného žiarenia.

Závislosť intenzity slnečného žiarenia od uhla dopadu lúčov vyjadruje vzorec:

ja 1 =ja 0 hriechu h

ja 1 je oveľa menej ja 0 koľkokrát prierez a menšia sekcia b.

Uhol dopadu slnečných lúčov (výška Slnka) sa rovná 90º iba v zemepisných šírkach medzi obratníkmi. V iných zemepisných šírkach je to vždy menej ako 90º. Podľa zmenšovania uhla dopadu lúčov by sa mala znižovať aj intenzita slnečného žiarenia prichádzajúceho na povrch v rôznych zemepisných šírkach. Keďže výška Slnka nezostáva konštantná počas celého roka a počas dňa, množstvo slnečného tepla prijatého povrchom sa neustále mení.

Atmosféra je zmesou rôznych plynov. Rozprestiera sa od povrchu Zeme do výšky až 900 km, chráni planétu pred škodlivým spektrom slnečného žiarenia a obsahuje plyny potrebné pre všetok život na planéte. Atmosféra zachytáva slnečné teplo, ohrieva sa blízko zemského povrchu a vytvára priaznivú klímu.

Zloženie atmosféry

Atmosféru Zeme tvoria najmä dva plyny – dusík (78 %) a kyslík (21 %). Okrem toho obsahuje nečistoty oxidu uhličitého a iných plynov. v atmosfére existuje vo forme pary, kvapiek vlhkosti v oblakoch a ľadových kryštálikov.

Vrstvy atmosféry

Atmosféra pozostáva z mnohých vrstiev, medzi ktorými nie sú jasné hranice. Teploty rôznych vrstiev sa navzájom výrazne líšia.

• bezvzduchová magnetosféra. Väčšina satelitov Zeme sem lieta mimo zemskej atmosféry.
• Exosféra (450-500 km od povrchu). Takmer neobsahuje plyny. Niektoré meteorologické satelity lietajú v exosfére. Termosféru (80-450 km) charakterizujú vysoké teploty dosahujúce 1700°C v hornej vrstve.
• Mezosféra (50-80 km). V tejto sfére teplota klesá so zvyšujúcou sa nadmorskou výškou. Práve tu zhorí väčšina meteoritov (úlomkov vesmírnych hornín), ktoré sa dostanú do atmosféry.
• Stratosféra (15-50 km). Obsahuje ozónovú vrstvu, teda vrstvu ozónu, ktorá pohlcuje ultrafialové žiarenie zo slnka. To vedie k zvýšeniu teploty v blízkosti zemského povrchu. Bežne sem lietajú prúdové lietadlá, ako viditeľnosť v tejto vrstve je veľmi dobrá a nedochádza takmer k žiadnemu rušeniu spôsobenému poveternostnými podmienkami.
• Troposféra. Výška sa pohybuje od 8 do 15 km od zemského povrchu. Práve tu sa formuje počasie planéty, keďže v r táto vrstva obsahuje najviac vodnej pary, prachu a vetrov. Teplota klesá so vzdialenosťou od zemského povrchu.

Atmosférický tlak

Hoci to necítime, vrstvy atmosféry vyvíjajú tlak na povrch Zeme. Najvyššia je pri povrchu a ako sa od nej vzďaľujete, postupne klesá. Závisí od rozdielu teplôt medzi pevninou a oceánom, a preto v oblastiach nachádzajúcich sa v rovnakej výške nad morom je často rozdielny tlak. Nízky tlak prináša vlhké počasie, zatiaľ čo vysoký tlak zvyčajne nastavuje jasné počasie.

Pohyb vzdušných hmôt v atmosfére

A tlaky spôsobujú premiešanie spodnej atmosféry. To vytvára vetry, ktoré fúkajú z oblastí vysokého tlaku do oblastí nízkeho tlaku. V mnohých regiónoch sa vyskytujú aj lokálne vetry spôsobené rozdielmi teplôt zeme a mora. Hory majú tiež významný vplyv na smer vetra.

Skleníkový efekt

Oxid uhličitý a iné plyny v zemskej atmosfére zachytávajú slnečné teplo. Tento proces sa bežne nazýva skleníkový efekt, keďže je v mnohom podobný cirkulácii tepla v skleníkoch. Skleníkový efekt spôsobuje globálne otepľovanie planéty. V oblastiach vysokého tlaku - anticyklóny - sa ustanovila jasná slnečná. V oblastiach nízkeho tlaku – cyklónach – býva počasie nestabilné. Teplo a svetlo vstupujúce do atmosféry. Plyny zachytávajú teplo odrazené od zemského povrchu, čím spôsobujú zvýšenie teploty na zemi.

V stratosfére sa nachádza špeciálna ozónová vrstva. Ozón blokuje väčšinu ultrafialového žiarenia zo Slnka, čím chráni Zem a všetok život na nej pred ňou. Vedci zistili, že príčinou deštrukcie ozónovej vrstvy sú špeciálne plyny chlórfluórovaný oxid uhličitý obsiahnuté v niektorých aerosóloch a chladiacich zariadeniach. Nad Arktídou a Antarktídou sa v ozónovej vrstve našli obrovské diery, ktoré prispievajú k zvýšeniu množstva ultrafialového žiarenia, ktoré pôsobí na zemský povrch.

Ozón sa tvorí v spodnej atmosfére ako výsledok medzi slnečným žiarením a rôznymi výfukovými plynmi a plynmi. Zvyčajne sa rozptýli atmosférou, ale ak sa pod vrstvou teplého vzduchu vytvorí uzavretá vrstva studeného vzduchu, ozón sa koncentruje a vzniká smog. Bohužiaľ to nemôže nahradiť stratu ozónu v ozónových dierach.

Satelitná snímka jasne ukazuje dieru v ozónovej vrstve nad Antarktídou. Veľkosť otvoru je rôzna, no vedci sa domnievajú, že sa neustále zväčšuje. Uskutočňujú sa pokusy o zníženie úrovne výfukových plynov v atmosfére. Znížte znečistenie ovzdušia a používajte bezdymové palivá v mestách. Smog u mnohých ľudí spôsobuje podráždenie očí a dusenie.

Vznik a vývoj zemskej atmosféry

Moderná atmosféra Zeme je výsledkom dlhého evolučného vývoja. Vznikla v dôsledku spoločného pôsobenia geologických faktorov a životnej činnosti organizmov. Počas geologickej histórie prešla zemská atmosféra niekoľkými hlbokými prestavbami. Na základe geologických údajov a teoretických (predpokladov) by primordiálna atmosféra mladej Zeme, ktorá existovala asi pred 4 miliardami rokov, mohla pozostávať zo zmesi inertných a vzácnych plynov s malým prídavkom pasívneho dusíka (N. A. Yasamanov, 1985 A. S. Monin, 1987, O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. V súčasnosti sa pohľad na zloženie a štruktúru ranej atmosféry trochu zmenil. Primárna atmosféra (protoatmosféra) je v najskoršom protoplanetárnom štádiu. 4,2 miliardy rokov , by mohla pozostávať zo zmesi metánu, amoniaku a oxidu uhličitého. V dôsledku odplyňovania plášťa a aktívnych zvetrávacích procesov prebiehajúcich na zemskom povrchu sa vodná para, zlúčeniny uhlíka vo forme CO 2 a CO, síra a jej Do atmosféry sa začali dostávať zlúčeniny, ako aj silné halogénové kyseliny - HCl, HF, HI a kyselina boritá, ktoré boli doplnené o metán, amoniak, vodík, argón a niektoré ďalšie vzácne plyny v atmosfére. extrémne tenký. Preto bola teplota v blízkosti zemského povrchu blízka teplote radiačnej rovnováhy (AS Monin, 1977).

Plynné zloženie primárnej atmosféry sa postupom času začalo premieňať vplyvom zvetrávania hornín, ktoré vyčnievali na zemský povrch, životnej činnosti siníc a modrozelených rias, vulkanických procesov a pôsobenia slnečného žiarenia. To viedlo k rozkladu metánu na a oxidu uhličitého, amoniaku - na dusík a vodík; oxid uhličitý sa začal hromadiť v sekundárnej atmosfére, ktorá pomaly klesala k zemskému povrchu, a dusík. Vďaka životne dôležitej aktivite modrozelených rias sa v procese fotosyntézy začal produkovať kyslík, ktorý sa však spočiatku vynakladal najmä na „oxidáciu atmosférických plynov a potom hornín. Zároveň sa v atmosfére začal intenzívne hromadiť amoniak, oxidovaný na molekulárny dusík. Predpokladá sa, že významná časť dusíka v modernej atmosfére je reliktná. Metán a oxid uhoľnatý sa oxidovali na oxid uhličitý. Síra a sírovodík boli oxidované na SO 2 a SO 3, ktoré boli vďaka svojej vysokej pohyblivosti a ľahkosti rýchlo odstránené z atmosféry. Atmosféra z redukčnej, ako to bolo v archeách a raných prvohorách, sa teda postupne zmenila na oxidačnú.

Oxid uhličitý sa do atmosféry dostal ako dôsledok oxidácie metánu, tak aj v dôsledku odplynenia plášťa a zvetrávania hornín. V prípade, že by všetok oxid uhličitý uvoľnený počas celej histórie Zeme zostal v atmosfére, jeho parciálny tlak by teraz mohol byť rovnaký ako na Venuši (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ale na Zemi bol proces obrátený. Značná časť oxidu uhličitého z atmosféry sa rozpustila v hydrosfére, v ktorej ho využili vodné organizmy na stavbu schránok a biogénne sa premenil na uhličitany. Následne sa z nich vytvorili najmohutnejšie vrstvy chemogénnych a organogénnych uhličitanov.

Kyslík bol dodávaný do atmosféry z troch zdrojov. Dlhý čas, počnúc okamihom vzniku Zeme, sa uvoľňoval pri odplyňovaní plášťa a vynakladal sa najmä na oxidačné procesy.Ďalším zdrojom kyslíka bola fotodisociácia vodnej pary tvrdým ultrafialovým slnečným žiarením. vzhľad; voľný kyslík v atmosfére viedol k smrti väčšiny prokaryotov, ktoré žili v redukčných podmienkach. Prokaryotické organizmy zmenili svoje biotopy. Nechali povrch Zeme do jej hĺbok a oblastí, kde boli ešte zachované redukčné podmienky. Nahradili ich eukaryoty, ktoré začali energicky prerábať oxid uhličitý na kyslík.

Počas archeánu a významnej časti proterozoika sa takmer všetok kyslík, vznikajúci abiogénne aj biogénne, vynakladal najmä na oxidáciu železa a síry. Na konci prvohor sa všetko kovové dvojmocné železo, ktoré bolo na zemskom povrchu, buď oxidovalo, alebo sa presunulo do zemského jadra. To viedlo k tomu, že sa zmenil parciálny tlak kyslíka v atmosfére raného proterozoika.

V strede proterozoika dosiahla koncentrácia kyslíka v atmosfére Ureyov bod a dosahovala 0,01 % súčasnej úrovne. Od tej doby sa kyslík začal hromadiť v atmosfére a pravdepodobne už na konci Ripheanu jeho obsah dosiahol Pasteurov bod (0,1% súčasnej úrovne). Je možné, že ozónová vrstva vznikla vo vendianskom období a vtedy nikdy nezmizla.

Objavenie sa voľného kyslíka v zemskej atmosfére podnietilo vývoj života a viedlo k vzniku nových foriem s dokonalejším metabolizmom. Ak skoršie eukaryotické jednobunkové riasy a kyanidy, ktoré sa objavili na začiatku prvohôr, vyžadovali obsah kyslíka vo vode len 10 -3 svojej súčasnej koncentrácie, potom so vznikom nekostrových Metazoí na konci raného Vendianu, t.j. asi pred 650 miliónmi rokov mala byť koncentrácia kyslíka v atmosfére oveľa vyššia. Koniec koncov, Metazoa používala dýchanie kyslíkom a to si vyžadovalo, aby parciálny tlak kyslíka dosiahol kritickú úroveň - Pasteurov bod. V tomto prípade bol proces anaeróbnej fermentácie nahradený energeticky perspektívnejším a progresívnejším metabolizmom kyslíka.

Potom došlo k ďalšej akumulácii kyslíka v zemskej atmosfére pomerne rýchlo. Postupné zvyšovanie objemu modrozelených rias prispelo k dosiahnutiu hladiny kyslíka v atmosfére potrebnej na podporu života živočíšneho sveta. K určitej stabilizácii obsahu kyslíka v atmosfére došlo od momentu, keď rastliny prišli na zem – asi pred 450 miliónmi rokov. Vznik rastlín na súši, ktorý nastal v období silúru, viedol ku konečnej stabilizácii hladiny kyslíka v atmosfére. Odvtedy začala jeho koncentrácia kolísať v pomerne úzkych medziach, ktoré nikdy neprekračovali existenciu života. Koncentrácia kyslíka v atmosfére sa od objavenia sa kvitnúcich rastlín úplne stabilizovala. Táto udalosť sa odohrala v polovici obdobia kriedy, t.j. asi pred 100 miliónmi rokov.

Prevažná časť dusíka vznikla v raných fázach vývoja Zeme, najmä v dôsledku rozkladu amoniaku. S príchodom organizmov sa začal proces viazania atmosférického dusíka na organickú hmotu a jeho pochovávanie v morských sedimentoch. Po uvoľnení organizmov na súš sa dusík začal pochovávať v kontinentálnych sedimentoch. Procesy spracovania voľného dusíka sa zintenzívnili najmä s príchodom suchozemských rastlín.

Na prelome kryptozoika a fanerozoika, teda asi pred 650 mil. pred rokmi.

Zloženie plynov v atmosfére teda nielenže poskytovalo životný priestor organizmom, ale určovalo aj charakteristiky ich životnej činnosti, podporovalo osídlenie a vývoj. Výsledné poruchy v distribúcii plynného zloženia atmosféry priaznivého pre organizmy z kozmických aj planetárnych príčin viedli k hromadnému vymieraniu organického sveta, ku ktorému opakovane dochádzalo počas kryptozoika a pri určitých míľnikoch fanerozoickej histórie.

Etnosférické funkcie atmosféry

Atmosféra Zeme poskytuje potrebnú látku, energiu a určuje smer a rýchlosť metabolických procesov. Zloženie plynu modernej atmosféry je optimálne pre existenciu a rozvoj života. Ako oblasť tvorby počasia a klímy musí atmosféra vytvárať pohodlné podmienky pre život ľudí, zvierat a vegetácie. Odchýlky v jednom alebo druhom smere v kvalite atmosférického vzduchu a poveternostných podmienok vytvárajú extrémne podmienky pre život živočíšneho a rastlinného sveta vrátane ľudí.

Atmosféra Zeme poskytuje nielen podmienky pre existenciu ľudstva, pretože je hlavným faktorom vo vývoji etnosféry. Zároveň sa ukazuje ako energetický a surovinový zdroj pre výrobu. Vo všeobecnosti je ovzdušie faktorom, ktorý chráni zdravie človeka, a niektoré územia, vzhľadom na fyzikálne a geografické podmienky a kvalitu ovzdušia, slúžia ako rekreačné oblasti a sú priestormi určenými na sanatóriá a rekreáciu ľudí. Atmosféra je teda faktorom estetického a emocionálneho vplyvu.

Etnosférické a technosférické funkcie atmosféry, určené pomerne nedávno (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), potrebujú nezávislú a hĺbkovú štúdiu. Štúdium atmosférických energetických funkcií je teda veľmi aktuálne ako z hľadiska výskytu a fungovania procesov poškodzujúcich životné prostredie, tak aj z hľadiska vplyvu na zdravie a pohodu človeka. V tomto prípade hovoríme o energii cyklónov a anticyklón, atmosférických víroch, atmosférickom tlaku a iných extrémnych atmosférických javoch, ktorých efektívne využitie prispeje k úspešnému riešeniu problému získavania alternatívnych zdrojov energie, ktoré neznečisťujú životné prostredie. Koniec koncov, ovzdušie, najmä jeho časť, ktorá sa nachádza nad svetovým oceánom, je oblasťou na uvoľnenie obrovského množstva voľnej energie.

Napríklad sa zistilo, že tropické cyklóny priemernej sily uvoľňujú energiu ekvivalentnú energii 500 000 atómových bômb zhodených na Hirošimu a Nagasaki za jediný deň. Za 10 dní existencie takéhoto cyklónu sa uvoľní dostatok energie na pokrytie všetkých energetických potrieb krajiny ako sú Spojené štáty na 600 rokov.

V posledných rokoch bolo publikovaných veľké množstvo prác prírodovedcov, ktoré do určitej miery súvisia s rôznymi aspektmi činnosti a vplyvom atmosféry na zemské procesy, čo poukazuje na zintenzívnenie interdisciplinárnych interakcií v moderných prírodných vedách. Zároveň sa prejavuje integrujúca úloha niektorých jeho smerov, medzi ktorými je potrebné poznamenať funkčno-ekologický smer v geoekológii.

Tento smer podnecuje analýzu a teoretické zovšeobecňovanie ekologických funkcií a planetárnej úlohy rôznych geosfér, čo je zase dôležitým predpokladom pre rozvoj metodológie a vedeckých základov pre holistické štúdium našej planéty, racionálne využívanie a ochranu jej prírodných zdrojov.

Atmosféra Zeme pozostáva z niekoľkých vrstiev: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra, ionosféra a exosféra. V hornej časti troposféry a spodnej časti stratosféry sa nachádza vrstva obohatená ozónom, nazývaná ozónová vrstva. Boli stanovené určité (denné, sezónne, ročné atď.) zákonitosti v distribúcii ozónu. Od svojho vzniku atmosféra ovplyvňovala priebeh planetárnych procesov. Primárne zloženie atmosféry bolo úplne iné ako v súčasnosti, ale postupom času sa podiel a úloha molekulárneho dusíka neustále zvyšovala, asi pred 650 miliónmi rokov sa objavil voľný kyslík, ktorého množstvo sa neustále zvyšovalo, ale zodpovedajúcim spôsobom klesala aj koncentrácia oxidu uhličitého. . Vysoká pohyblivosť atmosféry, jej zloženie plynov a prítomnosť aerosólov predurčujú jej vynikajúcu úlohu a aktívnu účasť na rôznych geologických a biosférických procesoch. Úloha atmosféry pri prerozdeľovaní slnečnej energie a rozvoji katastrofálnych prírodných javov a katastrof je veľká. Atmosférické víry - tornáda (tornáda), hurikány, tajfúny, cyklóny a iné javy majú negatívny vplyv na organický svet a prírodné systémy. Hlavnými zdrojmi znečistenia spolu s prírodnými faktormi sú rôzne formy ľudskej hospodárskej činnosti. Antropogénne vplyvy na atmosféru sa prejavujú nielen výskytom rôznych aerosólov a skleníkových plynov, ale aj nárastom množstva vodnej pary a prejavujú sa vo forme smogu a kyslých dažďov. Skleníkové plyny menia teplotný režim zemského povrchu, emisie niektorých plynov zmenšujú objem ozónovej clony a prispievajú k tvorbe ozónových dier. Etnosférická úloha zemskej atmosféry je skvelá.

Úloha atmosféry v prírodných procesoch

Povrchová atmosféra vo svojom prechodnom stave medzi litosférou a vonkajším priestorom a jej zloženie plynov vytvára podmienky pre život organizmov. Zároveň zvetrávanie a intenzita deštrukcie hornín, presun a hromadenie suťového materiálu závisí od množstva, charakteru a frekvencie zrážok, od frekvencie a sily vetrov a najmä od teploty vzduchu. Atmosféra je ústredným prvkom klimatického systému. Teplota a vlhkosť vzduchu, oblačnosť a zrážky, vietor – to všetko charakterizuje počasie, teda neustále sa meniaci stav atmosféry. Tieto isté zložky zároveň charakterizujú aj klímu, teda priemerný dlhodobý režim počasia.

Zloženie plynov, prítomnosť mrakov a rôznych nečistôt, ktoré sa nazývajú aerosólové častice (popol, prach, častice vodnej pary), určujú vlastnosti prechodu slnečného žiarenia atmosférou a zabraňujú úniku tepelného žiarenia Zeme. do kozmického priestoru.

Atmosféra Zeme je veľmi pohyblivá. Procesy v ňom vznikajúce a zmeny jeho zloženia plynu, hrúbky, zákalu, priehľadnosti a prítomnosti určitých aerosólových častíc v ňom ovplyvňujú počasie aj klímu.

Pôsobenie a smerovanie prírodných procesov, ako aj život a činnosť na Zemi určuje slnečné žiarenie. Dáva 99,98 % tepla prichádzajúceho na zemský povrch. Ročne to robí 134*10 19 kcal. Toto množstvo tepla možno získať spaľovaním 200 miliárd ton uhlia. Zásoby vodíka, ktorý vytvára tento tok termonukleárnej energie v hmote Slnka, vystačia minimálne na ďalších 10 miliárd rokov, t. j. na obdobie dvakrát dlhšie, než existuje samotná planéta.

Asi 1/3 celkového množstva slnečnej energie vstupujúcej na hornú hranicu atmosféry sa odráža späť do svetového priestoru, 13 % pohltí ozónová vrstva (vrátane takmer všetkého ultrafialového žiarenia). 7% - zvyšok atmosféry a len 44% dosahuje zemský povrch. Celkové slnečné žiarenie dopadajúce na Zem za deň sa rovná energii, ktorú ľudstvo prijalo v dôsledku spaľovania všetkých druhov palív za posledné tisícročie.

Množstvo a charakter rozloženia slnečného žiarenia na zemskom povrchu sú úzko závislé od oblačnosti a priehľadnosti atmosféry. Množstvo rozptýleného žiarenia je ovplyvnené výškou Slnka nad obzorom, priehľadnosťou atmosféry, obsahom vodnej pary, prachu, celkovým množstvom oxidu uhličitého atď.

Maximálne množstvo rozptýleného žiarenia dopadá do polárnych oblastí. Čím nižšie je Slnko nad horizontom, tým menej tepla vstupuje do danej oblasti.

Veľký význam má priehľadnosť atmosféry a oblačnosť. Počas zamračeného letného dňa býva chladnejšie ako za jasného dňa, keďže denné mraky bránia zohrievaniu zemského povrchu.

Obsah prachu v atmosfére hrá dôležitú úlohu pri distribúcii tepla. Jemne rozptýlené pevné častice prachu a popola v ňom, ktoré ovplyvňujú jeho priehľadnosť, nepriaznivo ovplyvňujú distribúciu slnečného žiarenia, ktorého väčšina sa odráža. Jemné častice sa dostávajú do atmosféry dvoma spôsobmi: sú to buď popol emitovaný počas sopečných erupcií, alebo púštny prach prenášaný vetrom zo suchých tropických a subtropických oblastí. Najmä veľa takého prachu vzniká počas sucha, keď je prúdmi teplého vzduchu unášaný do vyšších vrstiev atmosféry a je tam schopný dlho zotrvať. Po erupcii sopky Krakatoa v roku 1883 zostal prach vyvrhnutý desiatky kilometrov do atmosféry v stratosfére asi 3 roky. V dôsledku erupcie sopky El Chichon (Mexiko) v roku 1985 sa prach dostal do Európy, a preto došlo k miernemu poklesu povrchových teplôt.

Atmosféra Zeme obsahuje premenlivé množstvo vodnej pary. V absolútnom vyjadrení, podľa hmotnosti alebo objemu, sa jeho množstvo pohybuje od 2 do 5 %.

Vodná para, podobne ako oxid uhličitý, zosilňuje skleníkový efekt. V oblakoch a hmle, ktoré vznikajú v atmosfére, prebiehajú zvláštne fyzikálno-chemické procesy.

Primárnym zdrojom vodnej pary v atmosfére je povrch oceánov. Ročne sa z nej vyparí vrstva vody s hrúbkou 95 až 110 cm, časť vlahy sa po kondenzácii vracia do oceánu a druhá je smerovaná vzdušnými prúdmi na kontinenty. V oblastiach s premenlivou a vlhkou klímou zrážky zvlhčujú pôdu a vo vlhkých oblastiach vytvárajú zásoby podzemnej vody. Atmosféra je teda akumulátorom vlhkosti a zásobárňou zrážok. a hmly, ktoré sa tvoria v atmosfére, dodávajú pôdnemu pokryvu vlhkosť, a tým zohrávajú rozhodujúcu úlohu vo vývoji sveta živočíchov a rastlín.

Atmosférická vlhkosť je rozložená po zemskom povrchu vďaka pohyblivosti atmosféry. Má veľmi zložitý systém rozloženia vetra a tlaku. Vzhľadom na to, že atmosféra je v neustálom pohybe, neustále sa mení charakter a rozsah rozloženia prúdenia vetra a tlaku. Stupnice obehu sú rôzne, od mikrometeorologických, s veľkosťou len niekoľko sto metrov, až po globálne, s veľkosťou niekoľko desiatok tisíc kilometrov. Obrovské atmosférické víry sa podieľajú na vytváraní systémov veľkých prúdov vzduchu a určujú všeobecnú cirkuláciu atmosféry. Okrem toho sú zdrojom katastrofických atmosférických javov.

Rozloženie poveternostných a klimatických podmienok a fungovanie živej hmoty závisí od atmosférického tlaku. V prípade, že atmosférický tlak kolíše v malých medziach, nezohráva rozhodujúcu úlohu pre pohodu ľudí a správanie zvierat a neovplyvňuje fyziologické funkcie rastlín. S tlakovými zmenami sú spravidla spojené frontálne javy a zmeny počasia.

Atmosférický tlak má zásadný význam pre vznik vetra, ktorý ako reliéfotvorný činiteľ najsilnejšie pôsobí na flóru a faunu.

Vietor dokáže potlačiť rast rastlín a zároveň podporuje prenos semien. Úloha vetra pri vytváraní poveternostných a klimatických podmienok je veľká. Pôsobí aj ako regulátor morských prúdov. Vietor ako jeden z exogénnych faktorov prispieva k erózii a deflácii zvetraného materiálu na veľké vzdialenosti.

Ekologická a geologická úloha atmosférických procesov

Zníženie priehľadnosti atmosféry v dôsledku výskytu aerosólových častíc a pevného prachu v nej ovplyvňuje distribúciu slnečného žiarenia, zvyšuje albedo alebo odrazivosť. K rovnakému výsledku vedú rôzne chemické reakcie, ktoré spôsobujú rozklad ozónu a vytváranie „perlových“ oblakov, ktoré pozostávajú z vodnej pary. Globálna zmena odrazivosti, ako aj zmeny v zložení plynov v atmosfére, najmä skleníkových plynov, sú príčinou klimatických zmien.

Nerovnomerné zahrievanie, ktoré spôsobuje rozdiely v atmosférickom tlaku na rôznych častiach zemského povrchu, vedie k atmosférickej cirkulácii, ktorá je charakteristickým znakom troposféry. Keď je rozdiel v tlaku, vzduch prúdi z oblastí vysokého tlaku do oblastí nízkeho tlaku. Tieto pohyby vzdušných hmôt spolu s vlhkosťou a teplotou určujú hlavné ekologické a geologické vlastnosti atmosférických procesov.

V závislosti od rýchlosti vietor produkuje na zemskom povrchu rôzne geologické práce. Rýchlosťou 10 m/s trasie hrubé konáre stromov, zbiera a unáša prach a jemný piesok; láme konáre stromov rýchlosťou 20 m/s, unáša piesok a štrk; rýchlosťou 30 m/s (búrka) trhá strechy domov, vyvracia stromy, láme stĺpy, presúva kamienky a unáša drobný štrk a orkán rýchlosťou 40 m/s ničí domy, láme a búra stĺpy elektrické vedenie, vyvracia veľké stromy.

Víchrice a tornáda (tornáda) majú veľký negatívny vplyv na životné prostredie s katastrofálnymi následkami - atmosférické víry, ktoré sa vyskytujú v teplom období na silných atmosférických frontoch s rýchlosťou až 100 m/s. Víchrice sú horizontálne víry s rýchlosťou hurikánového vetra (do 60-80 m/s). Často ich sprevádzajú silné prehánky a búrky trvajúce od niekoľkých minút do pol hodiny. Výbuchy pokrývajú oblasti široké až 50 km a cestujú na vzdialenosť 200-250 km. Silná búrka v Moskve a Moskovskej oblasti v roku 1998 poškodila strechy mnohých domov a vyvrátila stromy.

Tornáda, nazývané tornáda v Severnej Amerike, sú silné lievikovité atmosférické víry, ktoré sa často spájajú s búrkovými mrakmi. Ide o stĺpy vzduchu zužujúce sa v strede s priemerom niekoľkých desiatok až stoviek metrov. Tornádo má vzhľad lievika, veľmi podobného chobotu slona, ​​zostupuje z oblakov alebo stúpa z povrchu zeme. Vďaka silnej riedkosti a vysokej rýchlosti rotácie prejde tornádo až niekoľko stoviek kilometrov, pričom nasáva prach, vodu z nádrží a rôzne predmety. Silné tornáda sú sprevádzané búrkami, dažďom a majú veľkú ničivú silu.

Tornáda sa zriedka vyskytujú v subpolárnych alebo rovníkových oblastiach, kde je neustále chladno alebo horúco. Niekoľko tornád na otvorenom oceáne. Tornáda sa vyskytujú v Európe, Japonsku, Austrálii, USA a v Rusku sú obzvlášť časté v regióne strednej čiernej zeme, v regiónoch Moskva, Jaroslavľ, Nižný Novgorod a Ivanovo.

Tornáda zdvíhajú a presúvajú autá, domy, vagóny, mosty. Obzvlášť ničivé tornáda (tornáda) sú pozorované v Spojených štátoch. Ročne je zaznamenaných 450 až 1 500 tornád s priemerom okolo 100 obetí. Tornáda sú rýchlo pôsobiace katastrofické atmosférické procesy. Vznikajú len za 20-30 minút a ich doba existencie je 30 minút. Preto je takmer nemožné predpovedať čas a miesto výskytu tornád.

Ďalšími ničivými, no dlhodobými atmosférickými vírmi sú cyklóny. Vznikajú v dôsledku poklesu tlaku, ktorý za určitých podmienok prispieva k vzniku kruhového pohybu prúdov vzduchu. Atmosférické víry vznikajú okolo silných vzostupných prúdov vlhkého teplého vzduchu a rotujú vysokou rýchlosťou v smere hodinových ručičiek na južnej pologuli a proti smeru hodinových ručičiek na severnej pologuli. Cyklóny, na rozdiel od tornád, vznikajú nad oceánmi a spôsobujú svoje ničivé akcie nad kontinentmi. Hlavnými ničivými faktormi sú silný vietor, intenzívne zrážky v podobe sneženia, lejakov, krupobitia a prívalových povodní. Vietor s rýchlosťou 19 - 30 m / s tvorí búrku, 30 - 35 m / s - búrku a viac ako 35 m / s - hurikán.

Tropické cyklóny – hurikány a tajfúny – majú priemernú šírku niekoľko stoviek kilometrov. Rýchlosť vetra vo vnútri cyklónu dosahuje silu hurikánu. Tropické cyklóny trvajú niekoľko dní až niekoľko týždňov, pohybujú sa rýchlosťou 50 až 200 km/h. Cyklóny strednej šírky majú väčší priemer. Ich priečne rozmery sa pohybujú od tisíc do niekoľko tisíc kilometrov, rýchlosť vetra je búrlivá. Pohybujú sa na severnej pologuli zo západu a sprevádzajú ich krupobitie a sneženie, ktoré sú katastrofálne. Cyklóny a s nimi spojené hurikány a tajfúny sú po povodniach najväčšími prírodnými katastrofami z hľadiska počtu obetí a spôsobených škôd. V husto obývaných oblastiach Ázie sa počet obetí počas hurikánov meria v tisíckach. V roku 1991 v Bangladéši počas hurikánu, ktorý spôsobil vytvorenie morských vĺn vysokých 6 m, zomrelo 125 tisíc ľudí. Tajfúny spôsobujú Spojeným štátom veľké škody. V dôsledku toho zomierajú desiatky a stovky ľudí. V západnej Európe spôsobujú hurikány menšie škody.

Búrky sú považované za katastrofický atmosférický jav. Vyskytujú sa, keď teplý, vlhký vzduch stúpa veľmi rýchlo. Na hranici tropického a subtropického pásma sa búrky vyskytujú 90-100 dní v roku, v miernom pásme 10-30 dní. U nás sa najväčší počet búrok vyskytuje na severnom Kaukaze.

Búrky zvyčajne trvajú menej ako hodinu. Nebezpečenstvo predstavujú najmä intenzívne lejaky, krupobitie, údery bleskov, poryvy vetra a vertikálne prúdenie vzduchu. Nebezpečenstvo krupobitia je určené veľkosťou krúp. Na severnom Kaukaze hmotnosť krúp raz dosiahla 0,5 kg a v Indii boli zaznamenané krúpy s hmotnosťou 7 kg. Najnebezpečnejšie oblasti sa u nás nachádzajú na severnom Kaukaze. V júli 1992 krupobitie poškodilo 18 lietadiel na letisku Minerálne vody.

Blesk je nebezpečný jav počasia. Zabíjajú ľudí, hospodárske zvieratá, spôsobujú požiare, poškodzujú elektrickú sieť. V dôsledku búrok a ich následkov zomrie na celom svete ročne okolo 10 000 ľudí. Navyše v niektorých častiach Afriky, vo Francúzsku a Spojených štátoch je počet obetí blesku vyšší ako v prípade iných prírodných javov. Ročné ekonomické škody spôsobené búrkami v Spojených štátoch predstavujú najmenej 700 miliónov dolárov.

Suchá sú typické pre púštne, stepné a lesostepné oblasti. Nedostatok zrážok spôsobuje vysychanie pôdy, znižovanie hladiny podzemných vôd a v nádržiach až do ich úplného vyschnutia. Nedostatok vlhkosti vedie k smrti vegetácie a plodín. Suchá sú obzvlášť závažné v Afrike, na Blízkom a Strednom východe, v Strednej Ázii a na juhu Severnej Ameriky.

Suchá menia podmienky ľudského života, nepriaznivo vplývajú na prírodné prostredie procesmi ako zasoľovanie pôdy, suché vetry, prašné búrky, erózia pôdy a lesné požiare. Požiare sú obzvlášť silné počas sucha v oblastiach tajgy, tropických a subtropických lesoch a savanách.

Suchá sú krátkodobé procesy, ktoré trvajú jednu sezónu. Keď suchá trvajú viac ako dve sezóny, hrozí hladomor a masová úmrtnosť. Typicky sa vplyv sucha rozširuje na územie jednej alebo viacerých krajín. Obzvlášť často sa dlhotrvajúce suchá s tragickými následkami vyskytujú v oblasti Sahelu v Afrike.

Atmosférické javy ako snehové zrážky, občasné silné dažde a dlhotrvajúce dlhotrvajúce dažde spôsobujú veľké škody. Sneženie spôsobuje v horách masívne lavíny a rýchle topenie napadaného snehu a dlhotrvajúce výdatné dažde vedú k povodniam. Obrovská masa vody dopadajúca na zemský povrch, najmä v oblastiach bez stromov, spôsobuje silnú eróziu pôdneho krytu. Dochádza k intenzívnemu rastu roklinovo-brámových systémov. Povodne vznikajú v dôsledku veľkých povodní v období výdatných zrážok alebo povodní po náhlom oteplení alebo jarnom topení snehu, a preto sú pôvodom atmosférické javy (rozoberáme v kapitole o ekologickej úlohe hydrosféry).

Antropogénne zmeny v atmosfére

V súčasnosti existuje veľa rôznych zdrojov antropogénnej povahy, ktoré spôsobujú znečistenie ovzdušia a vedú k závažným narušeniam ekologickej rovnováhy. Z hľadiska rozsahu majú na atmosféru najväčší vplyv dva zdroje: doprava a priemysel. V priemere sa doprava podieľa asi 60% na celkovom množstve znečistenia ovzdušia, priemysel - 15%, tepelná energetika - 15%, technológie na ničenie domáceho a priemyselného odpadu - 10%.

Doprava v závislosti od použitého paliva a druhov oxidačných činidiel uvoľňuje do ovzdušia oxidy dusíka, síru, oxidy a oxidy uhlíka, olovo a jeho zlúčeniny, sadze, benzopyrén (látka zo skupiny polycyklických aromatických uhľovodíkov, ktorá je silný karcinogén, ktorý spôsobuje rakovinu kože).

Priemysel vypúšťa do atmosféry oxid siričitý, oxidy uhlíka a oxidy uhlíka, uhľovodíky, amoniak, sírovodík, kyselinu sírovú, fenol, chlór, fluór a ďalšie zlúčeniny a chemikálie. Ale dominantné postavenie medzi emisiami (až 85 %) má prach.

V dôsledku znečistenia sa mení priehľadnosť atmosféry, objavujú sa v nej aerosóly, smog a kyslé dažde.

Aerosóly sú rozptýlené systémy pozostávajúce z pevných častíc alebo kvapiek kvapaliny suspendovaných v plynnom médiu. Veľkosť častíc dispergovanej fázy je zvyčajne 10 -3 -10 -7 cm V závislosti od zloženia dispergovanej fázy sa aerosóly delia do dvoch skupín. Jeden zahŕňa aerosóly pozostávajúce z pevných častíc rozptýlených v plynnom médiu, druhý - aerosóly, ktoré sú zmesou plynnej a kvapalnej fázy. Prvé sa nazývajú dymy a druhé - hmly. Dôležitú úlohu v procese ich vzniku zohrávajú kondenzačné centrá. Ako kondenzačné jadrá pôsobí sopečný popol, kozmický prach, produkty priemyselných emisií, rôzne baktérie atď.. Počet možných zdrojov koncentračných jadier neustále rastie. Napríklad, keď je suchá tráva zničená požiarom na ploche 4 000 m 2, vytvorí sa priemerne 11 x 10 22 aerosólových jadier.

Aerosóly sa začali vytvárať od okamihu vzniku našej planéty a ovplyvnili prírodné podmienky. Ich počet a pôsobenie v rovnováhe so všeobecným obehom látok v prírode však nespôsobili hlboké ekologické zmeny. Antropogénne faktory ich vzniku posunuli túto rovnováhu smerom k výrazným biosférickým preťaženiam. Táto vlastnosť je obzvlášť výrazná odvtedy, čo ľudstvo začalo používať špeciálne vytvorené aerosóly ako vo forme toxických látok, tak aj na ochranu rastlín.

Pre vegetačný kryt sú najnebezpečnejšie aerosóly oxidu siričitého, fluorovodíka a dusíka. Pri kontakte s mokrým povrchom listov tvoria kyseliny, ktoré majú škodlivý vplyv na živé organizmy. Kyslé opary sa spolu s vdychovaným vzduchom dostávajú do dýchacích orgánov zvierat a ľudí a agresívne pôsobia na sliznice. Niektoré z nich rozkladajú živé tkanivo a rádioaktívne aerosóly spôsobujú rakovinu. Spomedzi rádioaktívnych izotopov je SG 90 obzvlášť nebezpečný nielen pre svoju karcinogenitu, ale aj ako analóg vápnika, ktorý ho nahrádza v kostiach organizmov a spôsobuje ich rozklad.

Počas jadrových výbuchov sa v atmosfére tvoria oblaky rádioaktívneho aerosólu. Malé častice s polomerom 1 - 10 mikrónov dopadajú nielen do horných vrstiev troposféry, ale aj do stratosféry, v ktorej sú schopné zotrvať dlhodobo. Aerosólové oblaky vznikajú aj pri prevádzke reaktorov priemyselných závodov, ktoré vyrábajú jadrové palivo, ako aj v dôsledku havárií v jadrových elektrárňach.

Smog je zmes aerosólov s kvapalnými a pevnými rozptýlenými fázami, ktoré vytvárajú hmlistú clonu nad priemyselnými oblasťami a veľkými mestami.

Existujú tri druhy smogu: ľadový, mokrý a suchý. Ľadový smog sa nazýva aljašský. Ide o kombináciu plynných znečisťujúcich látok s prídavkom prachových častíc a ľadových kryštálikov, ktoré vznikajú pri zamrznutí kvapiek hmly a pary z vykurovacích systémov.

Mokrý smog alebo smog londýnskeho typu sa niekedy nazýva aj zimný smog. Ide o zmes plynných škodlivín (hlavne oxidu siričitého), prachových častíc a kvapiek hmly. Meteorologickým predpokladom pre vznik zimného smogu je pokojné počasie, pri ktorom sa nad povrchovou vrstvou studeného vzduchu (pod 700 m) nachádza vrstva teplého vzduchu. Zároveň absentuje nielen horizontálna, ale aj vertikálna výmena. Škodliviny, ktoré sú zvyčajne rozptýlené vo vysokých vrstvách, sa v tomto prípade hromadia v povrchovej vrstve.

Suchý smog sa vyskytuje počas leta a často sa označuje ako smog typu LA. Ide o zmes ozónu, oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka a kyslých pár. Takýto smog vzniká v dôsledku rozkladu škodlivín slnečným žiarením, najmä jeho ultrafialovou časťou. Meteorologickým predpokladom je atmosférická inverzia, ktorá sa prejavuje výskytom vrstvy studeného vzduchu nad teplým. Plyny a pevné častice, ktoré sú zvyčajne unášané teplými prúdmi vzduchu, sú potom rozptýlené v horných studených vrstvách, ale v tomto prípade sa hromadia v inverznej vrstve. V procese fotolýzy sa oxid dusičitý vznikajúci pri spaľovaní paliva v motoroch automobilov rozkladajú:

NO 2 → NO + O

Potom dochádza k syntéze ozónu:

O + O2 + M → O3 + M

NIE + O → NIE 2

Procesy fotodisociácie sú sprevádzané žltozelenou žiarou.

Okrem toho prebiehajú reakcie podľa typu: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, t.j. vzniká silná kyselina sírová.

Pri zmene meteorologických podmienok (nástup vetra alebo zmena vlhkosti) sa studený vzduch rozptýli a smog zmizne.

Prítomnosť karcinogénov v smogu vedie k zlyhaniu dýchania, podráždeniu slizníc, poruchám prekrvenia, astmatickému uduseniu, často aj smrti. Smog je nebezpečný najmä pre malé deti.

Kyslé dažde sú atmosférické zrážky okyslené priemyselnými emisiami oxidov síry, oxidov dusíka a v nich rozpustených pár kyseliny chloristej a chlóru. V procese spaľovania uhlia a plynu sa väčšina síry v ňom, ako vo forme oxidu, tak aj v zlúčeninách so železom, najmä v pyrite, pyrhotite, chalkopyrite atď., mení na oxid sírový, ktorý spolu s uhlíkom oxid uvoľňuje do atmosféry. Pri spojení atmosférického dusíka a technických emisií s kyslíkom vznikajú rôzne oxidy dusíka, pričom objem vzniknutých oxidov dusíka závisí od teploty spaľovania. Prevažná časť oxidov dusíka vzniká pri prevádzke vozidiel a dieselových lokomotív, menšia časť sa vyskytuje v energetike a priemyselných podnikoch. Oxidy síry a dusíka sú hlavnými tvorcami kyselín. Pri reakcii so vzdušným kyslíkom a vodnou parou v ňom vznikajú kyseliny sírové a dusičné.

Je známe, že alkalicko-kyslá rovnováha média je určená hodnotou pH. Neutrálne prostredie má hodnotu pH 7, kyslé prostredie má hodnotu pH 0 a zásadité prostredie má hodnotu pH 14. V modernej dobe je hodnota pH dažďovej vody 5,6, hoci v nedávnej minulosti bol neutrálny. Pokles hodnoty pH o jednu zodpovedá desaťnásobnému zvýšeniu kyslosti, a preto v súčasnosti takmer všade padajú dažde so zvýšenou kyslosťou. Maximálna kyslosť dažďov zaznamenaná v západnej Európe bola 4-3,5 pH. Je potrebné vziať do úvahy, že hodnota pH rovnajúca sa 4-4,5 je pre väčšinu rýb smrteľná.

Kyslé dažde pôsobia agresívne na vegetačný kryt Zeme, na priemyselné a obytné budovy a prispievajú k výraznému urýchleniu zvetrávania obnažených hornín. Zvýšenie kyslosti bráni samoregulácii neutralizácie pôd, v ktorých sú rozpustené živiny. To následne vedie k prudkému poklesu úrod a spôsobuje degradáciu vegetačného krytu. Kyslosť pôdy prispieva k uvoľňovaniu ťažkých látok, ktoré sú vo viazanom stave, ktoré rastliny postupne absorbujú, spôsobujú v nich vážne poškodenie tkanív a prenikajú do potravinového reťazca človeka.

Zmena alkalicko-kyslého potenciálu morských vôd, najmä v plytkých vodách, vedie k zastaveniu rozmnožovania mnohých bezstavovcov, spôsobuje úhyn rýb a narúša ekologickú rovnováhu v oceánoch.

V dôsledku kyslých dažďov sú lesy západnej Európy, pobaltských štátov, Karélie, Uralu, Sibíri a Kanady pod hrozbou smrti.