A légkör felszíni rétegének oxigéntartalma az. Földrajz téma - hangulat

A Föld összetétele. Levegő

A levegő a Föld légkörét alkotó különféle gázok mechanikus keveréke. A levegő szükséges az élő szervezetek légzéséhez, és széles körben használják az iparban.

Joseph Black skót tudós kísérletei során bebizonyosodott, hogy a levegő keverék, és nem homogén anyag. Az egyik során a tudós felfedezte, hogy a fehér magnézium (magnézium-karbonát) hevítésekor „kötött levegő” szabadul fel, azaz szén-dioxid, és égetett magnézium (magnézium-oxid) keletkezik. A mészkő égetésekor éppen ellenkezőleg, a „kötött levegő” eltávolításra kerül. E kísérletek alapján a tudós arra a következtetésre jutott, hogy a szén-dioxid és a maró lúgok között az a különbség, hogy az előbbi szén-dioxidot tartalmaz, amely a levegő egyik alkotóeleme. Ma már tudjuk, hogy a szén-dioxidon kívül a földi levegő összetétele a következőket tartalmazza:

A táblázatban feltüntetett gázarány a föld atmoszférájában az alsó rétegeire jellemző, 120 km-es magasságig. Ezeken a területeken egy jól kevert, homogén régió található, amelyet homoszférának neveznek. A homoszféra felett helyezkedik el a heteroszféra, amelyet a gázmolekulák atomokra és ionokra való bomlása jellemez. A régiókat turbószünet választja el egymástól.

Azt a kémiai reakciót, amelyben a molekulák atomokra bomlanak a nap- és kozmikus sugárzás hatására, fotodisszociációnak nevezzük. A molekuláris oxigén bomlása során atomi oxigén keletkezik, amely 200 km feletti magasságban a légkör fő gáza. 1200 km feletti magasságban a hidrogén és a hélium kezd uralkodni, amelyek a legkönnyebb gázok.

Mivel a levegő zöme a 3 alsó légköri rétegben koncentrálódik, a levegő összetételének 100 km feletti magasságban bekövetkezett változása nincs észrevehető hatással a légkör általános összetételére.

A nitrogén a leggyakoribb gáz, amely a Föld levegőmennyiségének több mint háromnegyedét teszi ki. A modern nitrogén a korai ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigénnel történő oxidációjával jött létre, amely a fotoszintézis során keletkezik. Jelenleg kis mennyiségű nitrogén kerül a légkörbe a denitrifikáció eredményeként - a nitrátok nitritté redukálódása, majd a gáznemű oxidok és a molekuláris nitrogén képződése, amelyet anaerob prokarióták termelnek. A nitrogén egy része a vulkánkitörések során kerül a légkörbe.

A légkör felső rétegeiben, amikor ózon részvételével elektromos kisüléseknek vannak kitéve, a molekuláris nitrogén nitrogén-monoxiddá oxidálódik:

N 2 + O 2 → 2NO

Normál körülmények között a monooxid azonnal reakcióba lép az oxigénnel, és dinitrogén-oxidot képez:

2NO + O 2 → 2N 2 O

A nitrogén a Föld légkörének legfontosabb kémiai eleme. A nitrogén a fehérjék része, és ásványi táplálékot biztosít a növények számára. Meghatározza a biokémiai reakciók sebességét és oxigénhígító szerepét tölti be.

A Föld légkörében a második leggyakoribb gáz az oxigén. Ennek a gáznak a képződése a növények és baktériumok fotoszintetikus aktivitásával függ össze. És minél változatosabbá és számosabbá vált a fotoszintetikus organizmus, annál jelentősebbé vált a légkör oxigéntartalmának folyamata. A köpeny gáztalanítása során kis mennyiségű nehéz oxigén szabadul fel.

A troposzféra és a sztratoszféra felső rétegeiben ultraibolya napsugárzás hatására (hν-ként jelöljük) ózon képződik:

O 2 + hν → 2O

Ugyanazon ultraibolya sugárzás hatására az ózon lebomlik:

O 3 + hν → O 2 + O

О 3 + O → 2О 2

Az első reakció eredményeként atomi oxigén, a második eredményeként molekuláris oxigén képződik. Mind a 4 reakciót „Chapman-mechanizmusnak” nevezik, Sidney Chapman brit tudósról nevezték el, aki 1930-ban fedezte fel őket.

Az oxigént az élő szervezetek légzésére használják. Segítségével oxidációs és égési folyamatok mennek végbe.

Az ózon arra szolgál, hogy megvédje az élő szervezeteket az ultraibolya sugárzástól, amely visszafordíthatatlan mutációkat okoz. A legmagasabb ózonkoncentráció az alsó sztratoszférában figyelhető meg az ún. ózonréteg vagy ózonernyő, amely 22-25 km magasságban fekszik. Az ózontartalom kicsi: normál nyomáson a földi légkör összes ózonja mindössze 2,91 mm vastag réteget foglalna el.

A légkörben a harmadik leggyakoribb gáz, az argon, valamint a neon, a hélium, a kripton és a xenon képződése a vulkánkitörésekkel és a radioaktív elemek bomlásával függ össze.

A hélium különösen az urán, tórium és rádium radioaktív bomlásának terméke: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (ezekben a reakciókban az α-részecske a hélium atommag, amely az energiaveszteség során elektronokat fog be és 4 He) lesz.

A kálium radioaktív izotópjának bomlása során argon képződik: 40 K → 40 Ar + γ.

A neon kiszökik a magmás sziklákból.

A kripton az urán (235 U és 238 U) és a tórium Th bomlási végtermékeként képződik.

A légköri kripton zöme a Föld evolúciójának korai szakaszában keletkezett a fenomenálisan rövid felezési idejű transzurán elemek bomlása következtében, vagy az űrből származott, ahol a kriptontartalom tízmilliószorosa a földinek.

A xenon az urán hasadásának eredménye, de ennek a gáznak a nagy része a Föld kialakulásának korai szakaszából, az őslégkörből marad.

A szén-dioxid vulkánkitörések következtében és a szerves anyagok bomlása során kerül a légkörbe. Tartalma a Föld középső szélességi köreinek légkörében az évszakok függvényében erősen változó: télen nő, nyáron pedig csökken a CO 2 mennyisége. Ez a fluktuáció a fotoszintézis folyamatában szén-dioxidot használó növények aktivitásával függ össze.

A hidrogén a víz napsugárzás általi bomlásának eredményeként keletkezik. De mivel a légkört alkotó gázok közül a legkönnyebb, folyamatosan elpárolog a világűrbe, ezért a légkörben lévő tartalma nagyon kicsi.

A vízgőz a tavak, folyók, tengerek és a szárazföld felszínéről való víz elpárolgásának eredménye.

A fő gázok koncentrációja a légkör alsóbb rétegeiben a vízgőz és a szén-dioxid kivételével állandó. Kis mennyiségben a légkör tartalmaz kén-oxid SO 2, ammónia NH 3, szén-monoxid CO, ózon O 3, hidrogén-klorid HCl, hidrogén-fluorid HF, nitrogén-monoxid NO, szénhidrogének, higanygőz Hg, jód I 2 és még sok más. Az alsó légköri rétegben, a troposzférában mindig nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskék találhatók.

A Föld légkörében található részecskék forrásai a vulkánkitörések, a pollen, a mikroorganizmusok és újabban az emberi tevékenységek, például a fosszilis tüzelőanyagok elégetése a termelés során. A legkisebb porszemcsék, amelyek kondenzációs magok, köd és felhőképződést okoznak. A légkörben állandóan jelen lévő részecskék nélkül nem hullana csapadék a Földre.

Tengerszinten 1013,25 hPa (kb. 760 Hgmm). A Föld felszínén a levegő globális átlaghőmérséklete 15°C, a hőmérséklet a szubtrópusi sivatagok körülbelül 57°C-tól az Antarktiszon -89°C-ig terjed. A levegő sűrűsége és nyomása a magassággal az exponenciálishoz közeli törvény szerint csökken.

A légkör szerkezete. Függőlegesen a légkör réteges szerkezetű, amelyet elsősorban a függőleges hőmérséklet-eloszlás jellemzői határoznak meg (ábra), amely függ a földrajzi elhelyezkedéstől, évszaktól, napszaktól stb. A légkör alsó rétegét - a troposzférát - a hőmérséklet csökkenése jellemzi a magassággal (körülbelül 6 °C-kal 1 km-enként), magassága a sarki szélességeken 8-10 km-től a trópusokon 16-18 km-ig terjed. A levegő sűrűségének magassággal történő gyors csökkenése miatt a légkör teljes tömegének körülbelül 80% -a a troposzférában található. A troposzféra felett található a sztratoszféra, egy olyan réteg, amelyet általában a magassággal növekvő hőmérséklet jellemez. A troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteget tropopauzának nevezik. Az alsó sztratoszférában körülbelül 20 km-es szintig a hőmérséklet alig változik a magassággal (az úgynevezett izoterm régió), sőt gyakran kissé csökken is. Efelett a Nap UV-sugárzásának ózon általi elnyelése miatt emelkedik a hőmérséklet, eleinte lassan, 34-36 km-es szinttől gyorsabban. A sztratoszféra felső határa - a sztratopauza - a maximum hőmérsékletnek (260-270 K) megfelelő 50-55 km magasságban található. A légkör 55-85 km magasságban elhelyezkedő rétegét, ahol a hőmérséklet a magassággal ismét csökken, mezoszférának nevezzük, felső határán - mezopauza - a hőmérséklet nyáron eléri a 150-160 K-t, a 200-230 fokot. Télen K. A mezopauza felett kezdődik a termoszféra - a hőmérséklet gyors növekedésével jellemezhető réteg, amely 250 km-es magasságban eléri a 800-1200 K-t. A termoszférában a Nap korpuszkuláris és röntgensugárzása nyelődik el, a meteorok lelassulnak és elégnek, így a Föld védőrétegeként működik. Még magasabban van az exoszféra, ahonnan a légköri gázok szétszóródnak a világűrbe a disszipáció következtében, és ahol fokozatos átmenet történik a légkörből a bolygóközi térbe.

Légköri összetétel. Kb. 100 km-es magasságig a légkör kémiai összetételében szinte homogén, a levegő átlagos molekulatömege (kb. 29) állandó. A Föld felszíne közelében a légkör nitrogénből (körülbelül 78,1 térfogatszázalék) és oxigénből (kb. 20,9 százalék) áll, emellett kis mennyiségben tartalmaz argont, szén-dioxidot (szén-dioxid), neont és egyéb állandó és változó komponenseket (lásd Levegő). ).

Ezenkívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz ózont, nitrogén-oxidokat, ammóniát, radont stb. A levegő fő összetevőinek relatív tartalma időben állandó, és a különböző földrajzi területeken egyenletes. A vízgőz és az ózon tartalma térben és időben változó; Alacsony tartalmuk ellenére szerepük a légköri folyamatokban igen jelentős.

100-110 km felett az oxigén, szén-dioxid és vízgőz molekulák disszociációja megy végbe, így a levegő molekulatömege csökken. Körülbelül 1000 km-es magasságban a könnyű gázok - hélium és hidrogén - kezdenek uralkodni, és még magasabban a Föld légköre fokozatosan bolygóközi gázzá alakul.

A légkör legfontosabb változó komponense a vízgőz, amely a víz felszínéről és a nedves talajról párolgás útján, valamint a növények transzspirációjával kerül a légkörbe. A relatív vízgőztartalom a Föld felszínén a trópusi 2,6%-tól a poláris szélességi körök 0,2%-áig terjed. A magassággal gyorsan zuhan, már 1,5-2 km-es magasságban felére csökken. A mérsékelt övi szélességi körökben a légkör függőleges oszlopa körülbelül 1,7 cm „kicsapódott vízréteget” tartalmaz. A vízgőz lecsapódása során felhők képződnek, amelyekből a légköri csapadék eső, jégeső és hó formájában hullik le.

A légköri levegő fontos összetevője az ózon, amely 90%-ban a sztratoszférában (10-50 km között) koncentrálódik, körülbelül 10%-a a troposzférában található. Az ózon biztosítja a kemény (290 nm-nél kisebb hullámhosszúságú) UV-sugárzás elnyelését, és ez a bioszféra védő szerepe. A teljes ózontartalom értékei a szélességtől és az évszaktól függően változnak 0,22-0,45 cm tartományban (az ózonréteg vastagsága nyomáson p = 1 atm és hőmérsékleten T = 0 °C). Az 1980-as évek eleje óta tavasszal megfigyelt ózonlyukakban az Antarktiszon az ózontartalom 0,07 cm-re csökkenhet, az egyenlítőtől a sarkokig növekszik, éves ciklusa tavasszal a maximum, ősszel a minimum, amplitúdója pedig kb. az éves ciklus kicsi a trópusokon, és a magas szélességek felé növekszik. A légkör jelentős változó összetevője a szén-dioxid, amelynek a légkör tartalma az elmúlt 200 évben 35%-kal nőtt, ami elsősorban az antropogén tényezővel magyarázható. Megfigyelhető szélességi és szezonális változékonysága, ami a növények fotoszintéziséhez és a tengervízben való oldhatóságához kapcsolódik (Henry törvénye szerint a gáz vízoldhatósága a hőmérséklet emelkedésével csökken).

A bolygó klímájának alakításában fontos szerepet játszanak a légköri aeroszolok - a levegőben lebegő szilárd és folyékony részecskék, amelyek mérete több nm-től több tíz mikronig terjed. Vannak természetes és antropogén eredetű aeroszolok. Az aeroszol gázfázisú reakciók során keletkezik a növényi élet és az emberi gazdasági tevékenység termékeiből, vulkánkitörésekből, a szél által a bolygó felszínéről, különösen annak sivatagi területeiről felszálló por eredményeként, és szintén a légkör felső rétegeibe hulló kozmikus porból keletkezett. Az aeroszol nagy része a troposzférában koncentrálódik, a vulkánkitörésekből származó aeroszol körülbelül 20 km-es magasságban alkotja az úgynevezett Junge réteget. A legnagyobb mennyiségű antropogén aeroszol a légkörbe a járművek és hőerőművek működése, vegyi előállítás, tüzelőanyag elégetése stb. következtében kerül. Emiatt egyes területeken a légkör összetétele érezhetően eltér a normál levegőtől, ami szükségessé tette a légköri légszennyezettség szintjének megfigyelésére és nyomon követésére szolgáló speciális szolgáltatás létrehozása.

A légkör evolúciója. A modern légkör láthatóan másodlagos eredetű: a Föld szilárd héja által kibocsátott gázokból jött létre, miután a bolygó kialakulása körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt befejeződött. A Föld geológiai története során a légkör összetételében jelentős változásokon ment keresztül számos tényező hatására: gázok, elsősorban könnyebb gázok disszipációja (elpárolgása) a világűrbe; gázok kibocsátása a litoszférából a vulkáni tevékenység következtében; kémiai reakciók a légkör összetevői és a földkérget alkotó kőzetek között; fotokémiai reakciók magában a légkörben a nap UV-sugárzásának hatására; anyag felhalmozódása (befogása) a bolygóközi közegből (például meteorikus anyag). A légkör fejlődése szorosan összefügg a geológiai és geokémiai folyamatokkal, valamint az elmúlt 3-4 milliárd év során a bioszféra tevékenységével is. A modern légkört alkotó gázok (nitrogén, szén-dioxid, vízgőz) jelentős része vulkáni tevékenység és behatolás során keletkezett, amely a Föld mélyéről szállította őket. Az oxigén jelentős mennyiségben jelent meg körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt az eredetileg az óceán felszíni vizeiben keletkezett fotoszintetikus organizmusok eredményeként.

A karbonátlelőhelyek kémiai összetételére vonatkozó adatok alapján becsléseket kaptak a geológiai múlt légkörében lévő szén-dioxid és oxigén mennyiségére vonatkozóan. A fanerozoikum idején (a Föld történetének utolsó 570 millió éve) a légkörben lévő szén-dioxid mennyisége széles skálán változott a vulkáni aktivitás szintjétől, az óceán hőmérsékletétől és a fotoszintézis sebességétől függően. Ez idő nagy részében a légkör szén-dioxid-koncentrációja lényegesen magasabb volt, mint ma (akár 10-szer). Az oxigén mennyisége a fanerozoos atmoszférában jelentősen megváltozott, és a tendencia a növekedés irányába mutat. A prekambriumi légkörben a szén-dioxid tömege általában nagyobb, az oxigén tömege pedig kisebb volt a fanerozoos atmoszférához képest. A szén-dioxid mennyiségének ingadozása korábban jelentős hatást gyakorolt ​​az éghajlatra, növelve az üvegházhatást a szén-dioxid koncentrációjának növekedésével, így az éghajlat a fanerozoikum nagy részében a modern korhoz képest sokkal melegebbé vált.

A légkör és az élet. Légkör nélkül a Föld halott bolygó lenne. A szerves élet szoros kölcsönhatásban fordul elő a légkörrel és a kapcsolódó éghajlattal és időjárással. A bolygó egészéhez viszonyítva jelentéktelen tömegű (kb. egymillió része), a légkör az élet minden formája nélkülözhetetlen feltétele. Az élőlények életében a légköri gázok közül a legfontosabbak az oxigén, a nitrogén, a vízgőz, a szén-dioxid és az ózon. Amikor a szén-dioxidot a fotoszintetikus növények felszívják, szerves anyag keletkezik, amelyet az élőlények túlnyomó többsége, így az ember is energiaforrásként használ. Az oxigén szükséges az aerob organizmusok létezéséhez, amelyek számára az energiaáramlást a szerves anyagok oxidációs reakciói biztosítják. Az egyes mikroorganizmusok által asszimilált nitrogén (nitrogénfixáló szerek) szükséges a növények ásványi táplálásához. Az ózon, amely elnyeli a Nap kemény UV-sugárzását, jelentősen gyengíti a napsugárzásnak ezt az életre káros részét. A légkörben a vízgőz lecsapódása, a felhők képződése és az azt követő csapadék víz juttatja a szárazföldet, amely nélkül semmilyen életforma nem lehetséges. Az élőlények létfontosságú tevékenységét a hidroszférában nagymértékben meghatározza a vízben oldott légköri gázok mennyisége és kémiai összetétele. Mivel a légkör kémiai összetétele jelentősen függ az élőlények tevékenységétől, a bioszféra és a légkör egyetlen rendszer részének tekinthető, amelynek fenntartása és fejlődése (lásd Biogeokémiai ciklusok) nagy jelentőséggel bírt az élőlények összetételének megváltoztatása szempontjából. légkör a Föld mint bolygó története során.

A légkör sugárzás-, hő- és vízmérlege. A napsugárzás gyakorlatilag az egyetlen energiaforrás a légkörben zajló összes fizikai folyamathoz. A légkör sugárzási rezsimjének fő jellemzője az úgynevezett üvegházhatás: a légkör elég jól továbbítja a napsugárzást a földfelszínre, de aktívan elnyeli a földfelszínről érkező hosszúhullámú termikus sugárzást, amelynek egy része visszatér a felszínre. ellensugárzás formájában, kompenzálva a földfelszín sugárzási hőveszteségét (lásd Légköri sugárzás). Légkör hiányában a földfelszín átlaghőmérséklete -18°C lenne, a valóságban azonban 15°C. A beérkező napsugárzás részben (kb. 20%-ban) elnyelődik a légkörbe (főleg vízgőz, vízcseppek, szén-dioxid, ózon és aeroszolok), valamint szétszórják (kb. 7%) az aeroszol részecskék és a sűrűség-ingadozások (Rayleigh-szórás) . A földfelszínt érő teljes sugárzás részben (kb. 23%) visszaverődik róla. A reflexiós együtthatót az alatta lévő felület, az úgynevezett albedó visszaverő képessége határozza meg. Átlagosan a Föld albedója a napsugárzás integrált fluxusához közel 30%. Néhány százaléktól (száraz talaj és fekete talaj) a frissen hullott hó 70-90%-áig terjed. A földfelszín és a légkör közötti sugárzó hőcsere jelentősen függ az albedótól, és a földfelszín effektív sugárzása és az általa elnyelt légkör ellensugárzása határozza meg. A világűrből a föld légkörébe belépő és onnan vissza távozó sugárzási fluxusok algebrai összegét sugárzási mérlegnek nevezzük.

A napsugárzásnak a légkör és a földfelszín általi elnyelése utáni átalakulásai meghatározzák a Föld mint bolygó hőmérlegét. A légkör fő hőforrása a földfelszín; hő belőle nemcsak hosszúhullámú sugárzás, hanem konvekció útján is átadódik, és a vízgőz kondenzációja során is felszabadul. E hőbeáramlások aránya átlagosan 20%, 7%, illetve 23%. A közvetlen napsugárzás elnyelése miatt itt is hozzáadódik a hő mintegy 20%-a. A napsugárzás egységnyi idő alatti fluxusa egyetlen, a Nap sugaraira merőleges és a légkörön kívül, a Földtől a Naptól átlagos távolságban elhelyezkedő területen (ún. szoláris állandó) 1367 W/m2, a változások 1-2 W/m2 a naptevékenység ciklusától függően. Körülbelül 30%-os bolygóalbedó mellett a napenergia globális beáramlása a bolygóra idő szerint 239 W/m2. Mivel a Föld mint bolygó átlagosan ugyanannyi energiát bocsát ki az űrbe, így a Stefan-Boltzmann törvény szerint a kilépő hosszúhullámú termikus sugárzás effektív hőmérséklete 255 K (-18 °C). Ugyanakkor a Föld felszínének átlaghőmérséklete 15°C. A 33°C-os eltérés az üvegházhatásnak köszönhető.

A légkör vízháztartása általában megfelel a Föld felszínéről elpárolgott nedvesség és a Föld felszínére hulló csapadék mennyiségének egyenlőségének. Az óceánok feletti légkör több nedvességet kap a párolgási folyamatokból, mint a szárazföld felett, és csapadék formájában 90%-át veszíti. Az óceánok feletti vízgőzfelesleget légáramlatok szállítják a kontinensekre. Az óceánokból a kontinensekre a légkörbe kerülő vízgőz mennyisége megegyezik az óceánokba ömlő folyók térfogatával.

Légmozgás. A Föld gömb alakú, ezért sokkal kevesebb napsugárzás éri el magas szélességeit, mint a trópusokon. Ennek eredményeként nagy hőmérsékleti kontrasztok keletkeznek a szélességi fokok között. A hőmérséklet-eloszlást jelentősen befolyásolja az óceánok és kontinensek egymáshoz viszonyított helyzete is. Az óceán vizeinek nagy tömege és a víz nagy hőkapacitása miatt az óceán felszíni hőmérsékletének szezonális ingadozása sokkal kisebb, mint a szárazföldön. Ebben a tekintetben a középső és a magas szélességeken a levegő hőmérséklete az óceánok felett nyáron észrevehetően alacsonyabb, mint a kontinenseken, és magasabb télen.

A légkör egyenetlen felmelegedése a földgömb különböző területein a légköri nyomás térbeli inhomogén eloszlását okozza. Tengerszinten a nyomáseloszlást az egyenlítő közelében viszonylag alacsony értékek jellemzik, a szubtrópusokon (nagynyomású övezetek) növekszik, a középső és magas szélességeken pedig csökken. Ugyanakkor az extratrópusi szélességi körök kontinensein a nyomás általában télen növekszik, nyáron pedig csökken, ami a hőmérséklet-eloszlással függ össze. A nyomásgradiens hatására a levegő a nagy nyomású területekről az alacsony nyomású területekre irányuló gyorsulást tapasztal, ami a légtömegek mozgásához vezet. A mozgó légtömegekre hatással van a Föld forgásának eltérítő ereje (Coriolis-erő), a magassággal csökkenő súrlódási erő, illetve ívelt pályák esetén a centrifugális erő is. A levegő turbulens keveredésének nagy jelentősége van (lásd Turbulencia a légkörben).

A bolygó nyomáseloszlásához a légáramlások összetett rendszere (általános légköri keringés) kapcsolódik. A meridionális síkban átlagosan két-három meridionális keringési sejt nyomon követhető. Az Egyenlítő közelében a felmelegített levegő felemelkedik és süllyed a szubtrópusokon, és Hadley sejtet alkot. A fordított Ferrell-cella levegője is oda száll le. Magas szélességi fokon gyakran látható egy egyenes poláris cella. A meridionális keringési sebesség 1 m/s vagy ennél kisebb nagyságrendű. A Coriolis-erő hatására a légkör nagy részében nyugati szelek figyelhetők meg, a középső troposzférában körülbelül 15 m/s sebességgel. Vannak viszonylag stabil szélrendszerek. Ide tartoznak a passzátszelek – a szubtrópusi magasnyomású zónákból az egyenlítőig fújó szelek, amelyeknek keleti komponense észrevehető (keletről nyugatra). A monszunok meglehetősen stabilak - légáramlatok, amelyek egyértelműen meghatározott szezonális karakterrel rendelkeznek: nyáron az óceánból fújnak a szárazföldre, télen pedig az ellenkező irányba. Az Indiai-óceáni monszunok különösen rendszeresek. A középső szélességeken a légtömegek mozgása elsősorban nyugati (nyugatról keletre) irányul. Ez a légköri frontok övezete, amelyen nagy örvények keletkeznek - ciklonok és anticiklonok, amelyek sok száz, sőt több ezer kilométert fednek le. A trópusokon is előfordulnak ciklonok; itt kisebb méretükkel, de igen nagy szélsebességgel, hurrikán erejű (33 m/s vagy annál nagyobb) széllel tűnnek ki, az úgynevezett trópusi ciklonok. Az Atlanti-óceánon és a Csendes-óceán keleti részén hurrikánoknak, a Csendes-óceán nyugati részén tájfunoknak nevezik. A felső troposzférában és az alsó sztratoszférában, a közvetlen Hadley meridionális keringési sejtet és a fordított Ferrell-sejtet elválasztó területeken gyakran megfigyelhetők viszonylag keskeny, több száz kilométer széles, élesen meghatározott határú sugárfolyamok, amelyeken belül a szél eléri a 100-150 fokot. és még 200 m/ -val.

Klíma és időjárás. A Föld felszínére különböző szélességi fokokon érkező napsugárzás mennyiségének különbsége, amely fizikai tulajdonságaiban változatos, meghatározza a Föld éghajlatának változatosságát. Az Egyenlítőtől a trópusi szélességi körökig a levegő hőmérséklete a Föld felszínén átlagosan 25-30°C, és egész évben alig változik. Az egyenlítői övben általában sok csapadék esik, ami ott túlzott nedvesség feltételeit teremti meg. A trópusi övezetekben a csapadék csökken, egyes területeken pedig nagyon alacsony lesz. Itt vannak a Föld hatalmas sivatagai.

A szubtrópusi és középső szélességeken a levegő hőmérséklete egész évben jelentősen változik, a nyári és téli hőmérsékletek közötti különbség pedig különösen nagy a kontinensek óceánoktól távol eső területein. Így Kelet-Szibéria egyes területein az éves léghőmérséklet-tartomány eléri a 65°C-ot. A párásítási viszonyok ezeken a szélességi körökben nagyon változatosak, főként az általános légköri keringési rendszertől függenek, és évről évre jelentősen változnak.

A sarki szélességi körökön a hőmérséklet egész évben alacsony marad, még akkor is, ha érezhető szezonális eltérések vannak. Ez hozzájárul a jégtakaró széles körben elterjedéséhez az óceánokon és a szárazföldön, valamint az örökfagyon, amelyek Oroszország területének több mint 65%-át foglalják el, főleg Szibériában.

Az elmúlt évtizedekben a globális éghajlat változásai egyre észrevehetőbbé váltak. A hőmérséklet jobban emelkedik a magas szélességeken, mint az alacsony szélességeken; több télen, mint nyáron; inkább éjjel, mint nappal. A 20. század során Oroszországban 1,5-2°C-kal nőtt az éves átlagos levegőhőmérséklet a földfelszínen, Szibéria egyes területein pedig több fokos emelkedés volt megfigyelhető. Ez az üvegházhatás fokozódásával függ össze a nyomokban előforduló gázok koncentrációjának növekedése miatt.

Az időjárást a légköri cirkuláció körülményei és a terület földrajzi elhelyezkedése határozzák meg, a trópusokon a legstabilabb, a középső és a magas szélességeken a legváltozatosabb. Az időjárás leginkább a légköri frontok, a csapadékot hordozó ciklonok és anticiklonok átvonulása miatt változó légtömegű zónákban változik, megnövekedett szél. Az időjárás-előrejelzéshez szükséges adatokat földi meteorológiai állomásokon, hajókon és repülőgépeken, valamint meteorológiai műholdakról gyűjtik. Lásd még Meteorológia.

Optikai, akusztikai és elektromos jelenségek a légkörben. Amikor elektromágneses sugárzás terjed a légkörben, a levegő és a különböző részecskék (aeroszol, jégkristályok, vízcseppek) törése, elnyelése és szórása következtében különféle optikai jelenségek keletkeznek: szivárványok, koronák, halo, délibáb stb. a fényszóródás határozza meg az égboltozat látszólagos magasságát és az ég kék színe. Az objektumok láthatósági tartományát a fény légkörben való terjedésének feltételei határozzák meg (lásd: Légköri láthatóság). A légkör átlátszósága különböző hullámhosszokon meghatározza a kommunikációs tartományt és a tárgyak műszeres észlelésének lehetőségét, beleértve a Föld felszínéről történő csillagászati ​​megfigyelések lehetőségét is. A sztratoszféra és a mezoszféra optikai inhomogenitásának vizsgálatában a szürkületi jelenség fontos szerepet játszik. Például az alkonyat űrhajóról történő fényképezése lehetővé teszi az aeroszolrétegek észlelését. Az elektromágneses sugárzás légkörben való terjedésének jellemzői meghatározzák a paraméterek távérzékelésére szolgáló módszerek pontosságát. Mindezeket a kérdéseket, csakúgy, mint sok mást, az atmoszférikus optika vizsgálja. A rádióhullámok fénytörése és szórása meghatározza a rádióvétel lehetőségeit (lásd: Rádióhullámok terjedése).

A hang terjedése a légkörben a hőmérséklet és a szélsebesség térbeli eloszlásától függ (lásd Légköri akusztika). A távoli módszerekkel történő légköri érzékelés szempontjából érdekes. A rakéták által a felső légkörbe indított töltetek robbanásai gazdag információkat szolgáltattak a szélrendszerekről és a sztratoszféra és a mezoszféra hőmérsékleti változásairól. Stabilan rétegzett légkörben, amikor a hőmérséklet az adiabatikus gradiensnél (9,8 K/km) lassabb magassággal csökken, úgynevezett belső hullámok keletkeznek. Ezek a hullámok felfelé terjedhetnek a sztratoszférába, sőt a mezoszférába is, ahol gyengülnek, hozzájárulva a szél és a turbulencia növekedéséhez.

A Föld negatív töltése és az ebből eredő elektromos tér, a légkör az elektromosan töltött ionoszférával és magnetoszférával együtt globális elektromos áramkört hoz létre. Ebben fontos szerepe van a felhőképződésnek és a zivatar elektromosságnak. A villámkisülés veszélye szükségessé tette villámvédelmi módszerek kidolgozását az épületek, építmények, elektromos vezetékek és a kommunikáció területén. Ez a jelenség különös veszélyt jelent a repülésre. A villámkisülések légköri rádióinterferenciát okoznak, amelyet atmoszferikusnak neveznek (lásd: Fütyülő légkör). Az elektromos térerősség éles növekedése során fénykisülések figyelhetők meg, amelyek a földfelszín fölé kiálló tárgyak hegyein és éles sarkain, a hegyek egyes csúcsain stb. (Elma fények) jelennek meg. A légkör mindig nagyon változó mennyiségű könnyű és nehéz iont tartalmaz, az adott körülményektől függően, amelyek meghatározzák a légkör elektromos vezetőképességét. A földfelszín közelében lévő levegő fő ionizálói a földkéregben és a légkörben található radioaktív anyagok sugárzása, valamint a kozmikus sugarak. Lásd még: Légköri elektromosság.

Emberi hatás a légkörre. Az elmúlt évszázadok során az emberi gazdasági tevékenységek következtében megnőtt az üvegházhatású gázok koncentrációja a légkörben. A szén-dioxid százalékos aránya a kétszáz évvel ezelőtti 2,8-10 2-ről 2005-ben 3,8-10 2-re, a metántartalom a körülbelül 300-400 évvel ezelőtti 0,7-10 1-ről 1,8-10 -4-re nőtt 21. elejére. század; Az üvegházhatás elmúlt évszázadban bekövetkezett növekedésének mintegy 20%-a a freonokból származott, amelyek a XX. század közepéig gyakorlatilag hiányoztak a légkörben. Ezeket az anyagokat sztratoszférikus ózonlebontó anyagokként ismerik el, és előállításukat az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv tiltja. A légkör szén-dioxid-koncentrációjának növekedését az egyre nagyobb mennyiségű szén, olaj, gáz és egyéb szén-tüzelőanyagok elégetése, valamint az erdők irtása okozza, aminek következtében a szén-dioxid felszívódása a szén-dioxid a fotoszintézis révén csökken. A metán koncentrációja nő az olaj- és gáztermelés növekedésével (a veszteségei miatt), valamint a rizstermés bővülésével és a szarvasmarha-létszám növekedésével. Mindez hozzájárul az éghajlat felmelegedéséhez.

Az időjárás megváltoztatására módszereket dolgoztak ki a légköri folyamatok aktív befolyásolására. A mezőgazdasági növények jégeső elleni védelmére szolgálnak speciális reagensekkel a zivatarfelhőkben. Léteznek módszerek a repülőtereken a köd eloszlatására, a növények fagy elleni védelmére, a felhők befolyásolására, hogy növeljék a csapadék mennyiségét a kívánt területeken, vagy a felhők szétoszlatására nyilvános rendezvények során.

A légkör tanulmányozása. A légkörben zajló fizikai folyamatokról elsősorban meteorológiai megfigyelésekből nyerünk információkat, amelyeket minden kontinensen és számos szigeten állandóan működő meteorológiai állomások és állomások globális hálózata végez. A napi megfigyelések a levegő hőmérsékletéről és páratartalmáról, légköri nyomásról és csapadékról, felhőzetről, szélről stb. adnak tájékoztatást. A napsugárzás és átalakulásainak megfigyelése aktinometriai állomásokon történik. A légkör tanulmányozása szempontjából nagy jelentőséggel bírnak az aerológiai állomások hálózatai, amelyeken 30-35 km magasságig végeznek meteorológiai méréseket rádiószondákkal. Számos állomáson megfigyelik a légköri ózont, a légkör elektromos jelenségeit és a levegő kémiai összetételét.

A földi állomások adatait kiegészítik az óceánokon végzett megfigyelések, ahol „időjárási hajók” működnek, folyamatosan elhelyezve a Világóceán bizonyos területein, valamint a kutató- és egyéb hajóktól kapott meteorológiai információk.

Az elmúlt évtizedekben egyre több információt szereztek a légkörről meteorológiai műholdak segítségével, amelyeken felhők fényképezésére és a Nap ultraibolya, infravörös és mikrohullámú sugárzásának áramlásának mérésére szolgáló műszerek vannak. A műholdak lehetővé teszik a hőmérséklet függőleges profiljairól, a felhőzetről és annak vízellátásáról, a légkör sugárzási egyensúlyának elemeiről, az óceán felszínének hőmérsékletéről stb. vonatkozó információk beszerzését. A navigációs műholdak rendszeréből származó rádiójelek fénytörésének mérésével Meghatározható a sűrűség, nyomás és hőmérséklet függőleges profilja, valamint a légkör nedvességtartalma. A műholdak segítségével lehetővé vált a Föld szoláris állandójának és bolygóalbedójának értékének tisztázása, a Föld-légkör rendszer sugárzási egyensúlyának térképek készítése, a kis légköri szennyező anyagok mennyiségének és változékonyságának mérése, megoldása. számos más légkörfizikai és környezeti megfigyelési probléma.

Lit.: Budyko M.I. Klíma a múltban és a jövőben. L., 1980; Matveev L. T. Általános meteorológia tanfolyam. Légkörfizika. 2. kiadás L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. A légkör története. L., 1985; Khrgian A. Kh. Légkörfizika. M., 1986; Atmoszféra: Címtár. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorológia és klimatológia. 5. kiadás M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaiceva.

A Föld légköre bolygónk gáznemű burka. Egyébként szinte minden égitestnek hasonló héja van, a Naprendszer bolygóitól a nagy aszteroidákig. sok tényezőtől függ - sebességétől, tömegétől és sok más paramétertől. De csak bolygónk héja tartalmazza azokat az összetevőket, amelyek lehetővé teszik az életet.

A Föld légköre: előfordulásának rövid története

Úgy gondolják, hogy létezésének kezdetén bolygónknak egyáltalán nem volt gázhéja. De a fiatal, újonnan kialakult égitest folyamatosan fejlődött. A Föld elsődleges légköre állandó vulkánkitörések eredményeként jött létre. Így alakult ki sok ezer év alatt a Föld körül vízgőzből, nitrogénből, szénből és egyéb elemekből (az oxigén kivételével) egy burok.

Mivel a légkörben a nedvesség mennyisége korlátozott, feleslege csapadékká alakult - így keletkeztek tengerek, óceánok és más víztestek. A bolygót benépesítő első organizmusok a vízi környezetben jelentek meg és fejlődtek ki. Legtöbbjük olyan növényi szervezetekhez tartozott, amelyek fotoszintézis útján oxigént termelnek. Így a Föld légköre kezdett megtelni ezzel a létfontosságú gázzal. Az oxigén felhalmozódása következtében pedig kialakult az ózonréteg, amely megvédte a bolygót az ultraibolya sugárzás káros hatásaitól. Ezek a tényezők teremtették meg létezésünk minden feltételét.

A Föld légkörének szerkezete

Mint tudják, bolygónk gázhéja több rétegből áll - troposzférából, sztratoszférából, mezoszférából, termoszférából. Lehetetlen világos határokat húzni e rétegek között - minden az évszaktól és a bolygó szélességétől függ.

A troposzféra a gázhéj alsó része, amelynek átlagos magassága 10-15 kilométer. Itt koncentrálódik a nedvesség nagy része, egyébként itt található az összes nedvesség és felhők keletkeznek. A troposzféra oxigéntartalmának köszönhetően minden élőlény élettevékenységét támogatja. Emellett döntő jelentőségű a térség időjárási és éghajlati adottságainak alakításában – itt nemcsak felhők, hanem szelek is kialakulnak. A hőmérséklet a magassággal csökken.

Sztratoszféra - a troposzférából indul ki, és 50-55 kilométeres magasságban ér véget. Itt a hőmérséklet a magassággal nő. A légkör ezen része gyakorlatilag nem tartalmaz vízgőzt, de van ózonrétege. Néha itt észrevehető „gyöngy” felhők kialakulása, amelyek csak éjszaka láthatók - úgy gondolják, hogy erősen kondenzált vízcseppek képviselik őket.

A mezoszféra 80 kilométerre nyúlik fel. Ebben a rétegben a hőmérséklet éles csökkenése figyelhető meg, ahogy felfelé halad. A turbulencia itt is nagyon fejlett. A mezoszférában egyébként úgynevezett „noctilucent felhők” képződnek, amelyek kis jégkristályokból állnak - csak éjszaka láthatók. Érdekes, hogy a mezoszféra felső határán gyakorlatilag nincs levegő - ez 200-szor kevesebb, mint a földfelszín közelében.

A termoszféra a föld gázhéjának felső rétege, amelyben szokás különbséget tenni az ionoszféra és az exoszféra között. Érdekes módon a hőmérséklet itt nagyon meredeken emelkedik a magassággal - a földfelszíntől 800 kilométeres magasságban több mint 1000 Celsius fok. Az ionoszférát erősen hígított levegő és hatalmas aktív iontartalom jellemzi. Ami az exoszférát illeti, a légkörnek ez a része simán átmegy a bolygóközi térbe. Érdemes megjegyezni, hogy a termoszféra nem tartalmaz levegőt.

Megjegyezhető, hogy a Föld légköre nagyon fontos része bolygónknak, amely továbbra is döntő tényező az élet kialakulásában. Biztosítja az élettevékenységet, fenntartja a hidroszféra (a bolygó vizes héja) létezését és véd az ultraibolya sugárzástól.

10,045 × 10 3 J/(kg*K) (0-100°C hőmérséklet-tartományban), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). A levegő oldhatósága vízben 0 °C-on 0,036%, 25 °C-on - 0,22%.

Légköri összetétel

A légkör kialakulásának története

Korai történelem

Jelenleg a tudomány nem tudja száz százalékos pontossággal nyomon követni a Föld kialakulásának minden szakaszát. A leggyakoribb elmélet szerint a Föld légkörének négy különböző összetétele volt az idők során. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör. A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szénhidrogén, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így alakult ki másodlagos légkör. Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:

• a hidrogén állandó szivárgása a bolygóközi térbe;
• kémiai reakciók, amelyek a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására lejátszódnak.

Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és sokkal magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (amely ammóniából és szénhidrogénekből kémiai reakciók eredményeként keletkezik).

Az élet és az oxigén megjelenése

A fotoszintézis eredményeként az élő szervezetek Földön való megjelenésével, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísért, a légkör összetétele megváltozni kezdett. Vannak azonban adatok (a légköri oxigén izotópösszetételének és a fotoszintézis során felszabaduló izotópos összetételének elemzése), amelyek a légköri oxigén geológiai eredetére utalnak.

Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára fordították - szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett.

Az 1990-es években kísérleteket végeztek egy zárt ökológiai rendszer („Bioszféra 2”) létrehozására, melynek során nem sikerült stabil, egyenletes levegőösszetételű rendszert létrehozni. A mikroorganizmusok hatása az oxigénszint csökkenéséhez és a szén-dioxid mennyiségének növekedéséhez vezetett.

Nitrogén

A nagy mennyiségű nitrogén képződése az elsődleges ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris O 2 -vel történő oxidációjának köszönhető, amely a bolygó felszínéről a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni, állítólag körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt (szerint egy másik változat szerint a légköri oxigén geológiai eredetű). A nitrogén a felső atmoszférában NO-vá oxidálódik, ipari felhasználásra kerül és nitrogénmegkötő baktériumok kötik meg, míg az N2 a nitrátok és egyéb nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében kerül a légkörbe.

A nitrogén N 2 inert gáz, és csak meghatározott körülmények között reagál (például villámkisülés során). A cianobaktériumok és egyes baktériumok (például a hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó csomóbaktériumok) oxidálhatják és biológiai formává alakíthatják.

A molekuláris nitrogén elektromos kisülésekkel történő oxidációját a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során használják, és ez egyedülálló nitrátlerakódások kialakulásához vezetett a chilei Atacama-sivatagban.

nemesgázok

A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, NO, SO2) fő forrása. A kén-dioxidot a levegő O 2 SO 3 -dá oxidálja a légkör felső rétegeiben, ami kölcsönhatásba lép a H 2 O és NH 3 gőzeivel, és a keletkező H 2 SO 4 és (NH 4) 2 SO 4 visszakerül a Föld felszínére. csapadékkal együtt. A belső égésű motorok használata jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és Pb-vegyületekkel.

A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és növényi pollenrészecskék átvitele stb.) és emberi gazdasági tevékenységek (ércek és építőanyagok bányászata, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.) egyaránt okozzák. .) . A részecskék intenzív, nagy léptékű légkörbe kerülése a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.

A légkör szerkezete és az egyes héjak jellemzői

A légkör fizikai állapotát az időjárás és az éghajlat határozza meg. A légkör alapvető paraméterei: levegő sűrűsége, nyomása, hőmérséklete és összetétele. A magasság növekedésével a levegő sűrűsége és a légköri nyomás csökken. A hőmérséklet a magasság változásával is változik. A légkör függőleges szerkezetét eltérő hőmérsékleti és elektromos tulajdonságok, valamint eltérő légköri viszonyok jellemzik. A légkör hőmérsékletétől függően a következő főbb rétegeket különböztetjük meg: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra, exoszféra (szórási gömb). A szomszédos héjak közötti légkör átmeneti régióit tropopauzának, sztratopausának stb.

Troposzféra

Sztratoszféra

A sztratoszférában az ultraibolya sugárzás rövidhullámú részének nagy része (180-200 nm) megmarad, és a rövidhullámok energiája átalakul. E sugarak hatására a mágneses mezők megváltoznak, a molekulák szétesnek, ionizáció megy végbe, új gázok és egyéb kémiai vegyületek keletkeznek. Ezek a folyamatok északi fények, villámok és más izzások formájában figyelhetők meg.

A sztratoszférában és a magasabb rétegekben a napsugárzás hatására a gázmolekulák atomokká disszociálnak (80 km felett CO 2 és H 2 disszociál, 150 km felett - O 2, 300 km felett - H 2). 100-400 km-es magasságban a gázok ionizációja is megtörténik az ionoszférában, 320 km-es magasságban a töltött részecskék (O + 2, O − 2, N + 2) koncentrációja ~ 1/300. semleges részecskék koncentrációja. A légkör felső rétegeiben szabad gyökök vannak - OH, HO 2 stb.

A sztratoszférában szinte nincs vízgőz.

Mezoszféra

100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása ​​molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0°C-ról -110°C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~1500°C-os hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3000 km-es magasságban az exoszféra fokozatosan úgynevezett űrközeli vákuummá alakul, amely bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van megtöltve. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszemcsékből áll. E rendkívül ritka részecskék mellett ebbe a térbe behatol a nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás.

A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutronoszférát és az ionoszférát. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.

A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraÉs heteroszféra. Heteroszféra- Ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok szétválását, mivel ilyen magasságban ezek keveredése elhanyagolható. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra fekszik. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.

Légköri tulajdonságok

Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban egy képzetlen személy oxigénéhezést kezd tapasztalni, és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 15 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.

A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. A légkör össznyomásának csökkenése miatt azonban a magasságra emelkedve az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.

Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomás - 40 mm Hg. Art., és vízgőz −47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő víz és szén-dioxid teljes gőznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. A tüdő oxigénellátása teljesen leáll, ha a környezeti levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.

Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.

A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás - az elsődleges kozmikus sugarak - intenzív hatással van a testre; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum ultraibolya része veszélyes az emberre.

A Föld légkörének szerkezete

A légkör a Föld gáznemű héja a benne lévő aeroszol részecskékkel, amely a Földdel együtt mozog a térben, mint egységes egész, és egyben részt vesz a Föld forgásában. Életünk nagy része a légkör alján zajlik.

Naprendszerünk szinte minden bolygója rendelkezik saját légkörrel, de csak a Föld légköre képes fenntartani az életet.

Amikor bolygónk 4,5 milliárd évvel ezelőtt kialakult, látszólag nem volt légkör. Az atmoszféra a fiatal bolygó belsejéből származó szén-dioxiddal, nitrogénnel és más vegyi anyagokkal kevert vízgőz vulkáni kibocsátása eredményeként jött létre. De a légkör korlátozott mennyiségű nedvességet tartalmazhat, így a páralecsapódás következtében feleslegében az óceánok keletkeztek. De akkor a légkör oxigénhiányos volt. Az első élő szervezetek, amelyek az óceánban keletkeztek és fejlődtek ki, a fotoszintézis reakciója (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2) eredményeként elkezdtek kis mennyiségű oxigént felszabadítani, amely elkezdett bejutni a légkörbe.

Az oxigén képződése a Föld légkörében körülbelül 8-30 km magasságban ózonréteg kialakulásához vezetett. Így bolygónk védelmet kapott az ultraibolya vizsgálat káros hatásaival szemben. Ez a körülmény lendületül szolgált a Földi életformák további fejlődéséhez, mert A megnövekedett fotoszintézis hatására a légkörben lévő oxigén mennyisége gyorsan növekedni kezdett, ami hozzájárult az életformák kialakulásához és fennmaradásához, így a szárazföldön is.

Ma légkörünk 78,1% nitrogénből, 21% oxigénből, 0,9% argonból és 0,04% szén-dioxidból áll. A fő gázokhoz képest nagyon kis frakciók a neon, a hélium, a metán és a kripton.

A légkörben lévő gázrészecskéket a Föld gravitációs ereje befolyásolja. És tekintettel arra, hogy a levegő összenyomható, sűrűsége fokozatosan csökken a magassággal, és egyértelmű határ nélkül halad át a világűrbe. A földi légkör teljes tömegének fele az alsó 5 km-ben, háromnegyede az alsó 10 km-ben, kilenctizede az alsó 20 km-ben koncentrálódik. A Föld légkörének tömegének 99%-a 30 km-es magasság alatt koncentrálódik, ami bolygónk egyenlítői sugarának mindössze 0,5%-a.

Tengerszinten az atomok és molekulák száma köbcentiméterenként körülbelül 2 * 10 19, 600 km-es magasságban csak 2 * 10 7. Tengerszinten egy atom vagy molekula körülbelül 7 * 10-6 cm-t tesz meg, mielőtt egy másik részecskével ütközne. 600 km-es magasságban ez a távolság körülbelül 10 km. És tengerszinten körülbelül 7 * 10 9 ilyen ütközés történik másodpercenként, 600 km magasságban - percenként csak körülbelül egy!

De nemcsak a nyomás változik a magassággal. A hőmérséklet is változik. Például egy magas hegy lábánál elég meleg lehet, miközben a hegy tetejét hó borítja, és a hőmérséklet ott is nulla alatt van. Ha pedig felszállsz egy repülővel kb 10-11 km magasságra, akkor azt az üzenetet hallhatod, hogy kint -50 fok van, míg a föld felszínén 60-70 fokkal melegebb...

Kezdetben a tudósok azt feltételezték, hogy a hőmérséklet a magassággal csökken, amíg el nem éri az abszolút nullát (-273,16 °C). De ez nem igaz.

A Föld légköre négy rétegből áll: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, ionoszféra (termoszféra). Ezt a rétegekre osztást a magassággal kapcsolatos hőmérséklet-változások adatai alapján is elfogadták. A legalsó réteget, ahol a levegő hőmérséklete a magassággal csökken, troposzférának nevezzük. A troposzféra feletti réteget, ahol a hőmérséklet csökkenése megáll, izoterma váltja fel, végül a hőmérséklet emelkedni kezd, sztratoszférának nevezzük. A sztratoszféra feletti réteg, amelyben a hőmérséklet ismét gyorsan csökken, a mezoszféra. Végül pedig azt a réteget, ahol a hőmérséklet ismét emelkedni kezd, ionoszférának vagy termoszférának nevezzük.

A troposzféra átlagosan az alsó 12 km-ig terjed. Itt alakul ki időjárásunk. A legmagasabb felhők (cirrus) a troposzféra legfelső rétegeiben képződnek. A troposzférában a hőmérséklet adiabatikusan csökken a magassággal, azaz. A hőmérséklet változása a nyomás magasságának csökkenésével jár. A troposzféra hőmérsékleti profilját nagymértékben meghatározza a Föld felszínét érő napsugárzás. A Föld felszínének a Nap általi felmelegítése következtében felfelé irányuló konvektív és turbulens áramlások alakulnak ki, amelyek az időjárást alakítják ki. Érdemes megjegyezni, hogy az alatta lévő felszín hatása a troposzféra alsó rétegeire körülbelül 1,5 km magasságig terjed. Természetesen a hegyvidéki területeket leszámítva.

A troposzféra felső határa a tropopauza - egy izoterm réteg. Tekintsük a zivatarfelhők jellegzetes megjelenését, amelyek teteje egy „üllőnek” nevezett pehelyfelhők „kitörése”. Ez az „üllő” csak „terjed” a tropopauza alatt, mert izoterma miatt a felszálló légáramlatok jelentősen gyengülnek, a felhő függőleges irányban leáll. De különleges, ritka esetekben a gomolyfelhők csúcsai behatolhatnak a sztratoszféra alsó rétegeibe, megtörve a tropopauzát.

A tropopauza magassága a szélességtől függ. Így az Egyenlítőnél körülbelül 16 km magasságban található, hőmérséklete pedig körülbelül –80°C. A pólusoknál a tropopauza lejjebb, körülbelül 8 km magasságban helyezkedik el. Nyáron itt –40°C, télen –60°C a hőmérséklet. Így annak ellenére, hogy a Föld felszínén magasabb a hőmérséklet, a trópusi tropopauza sokkal hidegebb, mint a sarkokon.