Atmosferična slika. Atmosfera in svet atmosferskih pojavov

Vsakdo, ki je letel z letalom, je navajen takšnega sporočila: "naš let poteka na višini 10.000 m, zunanja temperatura je 50 ° C." Zdi se, da ni nič posebnega. Čim dlje od površja Zemlje, ki ga ogreva Sonce, tem hladneje je. Mnogi mislijo, da temperatura z nadmorsko višino nenehno pada in da postopoma pada ter se približuje temperaturi vesolja. Mimogrede, znanstveniki so tako mislili do konca 19. stoletja.

Oglejmo si podrobneje porazdelitev temperature zraka po Zemlji. Ozračje je razdeljeno na več plasti, ki odražajo predvsem naravo temperaturnih sprememb.

Spodnja plast ozračja se imenuje troposfera, kar pomeni "krogla vrtenja." Vse spremembe vremena in podnebja so posledica fizikalnih procesov, ki se dogajajo ravno v tej plasti nadmorska višina 15-16 km nad ekvatorjem in 7-8 km nad poloma, tako kot sama Zemlja, je tudi atmosfera pod vplivom vrtenja našega planeta nekoliko sploščena nad poloma in napihnjena nad ekvatorjem. Vendar je ta učinek veliko bolj izrazit v atmosferi kot v trdni lupini Zemlje v smeri od zemeljskega površja do Nad ekvatorjem se temperatura zraka zniža okoli -62 ° C, nad poli - okoli -45 ° C. V zmernih širinah je več kot 75% mase ozračja v troposferi, približno 90% pa se nahaja v troposferi atmosfere.

Leta 1899 je bil ugotovljen minimum v vertikalnem temperaturnem profilu na določeni nadmorski višini, nato pa se je temperatura nekoliko povečala. Začetek tega povečanja pomeni prehod v naslednjo plast ozračja - v stratosfera, kar pomeni "plastna sfera." Izraz stratosfera pomeni in odraža edinstvenost plasti, ki leži nad zemeljsko površino. Njena posebnost je Zlasti močno povišanje temperature zraka je razloženo z reakcijo nastajanja ozona, ki je ena glavnih kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v ozračju.

Glavnina ozona je koncentrirana na nadmorski višini približno 25 km, vendar je na splošno ozonska plast zelo razširjena lupina, ki pokriva skoraj celotno stratosfero. Interakcija kisika z ultravijoličnimi žarki je eden izmed koristnih procesov v zemeljski atmosferi, ki prispeva k ohranjanju življenja na Zemlji. Absorpcija te energije z ozonom preprečuje njen prekomerni dotok na zemeljsko površje, kjer se ustvari ravno tista raven energije, ki je primerna za obstoj kopenskih oblik življenja. Ozonosfera absorbira nekaj sevalne energije, ki prehaja skozi ozračje. Posledično se v ozonosferi vzpostavi navpični temperaturni gradient zraka približno 0,62°C na 100 m, to pomeni, da temperatura narašča z nadmorsko višino do zgornje meje stratosfere - stratopavze (50 km) in doseže po nekaj podatkov, 0°C.

Na nadmorski višini od 50 do 80 km je plast ozračja, imenovana mezosfera. Beseda "mezosfera" pomeni "vmesna krogla", kjer se temperatura zraka z višino še naprej znižuje. Nad mezosfero, v plasti imenovani termosfera, temperatura ponovno naraste z višino do približno 1000 °C, nato pa zelo hitro pade na -96 °C. Vendar ne pada v nedogled, potem se temperatura spet poveča.

Termosfera je prva plast ionosfera. Za razliko od prej omenjenih plasti se ionosfera ne razlikuje po temperaturi. Ionosfera je področje električne narave, ki omogoča številne vrste radijskih komunikacij. Ionosfera je razdeljena na več plasti, označenih s črkami D, E, F1 in F2. Te plasti imajo tudi posebna imena. Ločevanje na plasti je posledica več razlogov, med katerimi je najpomembnejši neenakomerni vpliv plasti na prehod radijskih valov. Najnižja plast D v glavnem absorbira radijske valove in s tem preprečuje njihovo nadaljnje širjenje. Najbolj raziskana plast E se nahaja na nadmorski višini približno 100 km nad zemeljsko površino. Imenuje se tudi plast Kennelly-Heaviside po imenih ameriških in angleških znanstvenikov, ki so jo istočasno in neodvisno odkrili. Plast E kot velikansko ogledalo odbija radijske valove. Zahvaljujoč tej plasti dolgi radijski valovi potujejo na daljše razdalje, kot bi pričakovali, če bi se širili samo v ravni liniji, ne da bi se odbili od plasti E. Imenuje se tudi Appletonova plast. Skupaj s plastjo Kennelly-Heaviside odbija radijske valove do zemeljskih radijskih postaj. Takšen odboj se lahko pojavi pod različnimi koti. Plast Appleton se nahaja na nadmorski višini približno 240 km.

Najbolj oddaljeno območje ozračja, druga plast ionosfere, se pogosto imenuje eksosfera. Ta izraz se nanaša na obstoj obrobja vesolja v bližini Zemlje. Težko je natančno določiti, kje se konča atmosfera in začne vesolje, saj z višino gostota atmosferskih plinov postopoma upada in sama atmosfera postopoma prehaja v skorajda vakuum, v katerem se nahajajo le posamezne molekule. Že na višini približno 320 km je gostota atmosfere tako nizka, da lahko molekule prepotujejo več kot 1 km, ne da bi med seboj trčile. Za zgornjo mejo služi najbolj oddaljeni del atmosfere, ki se nahaja na nadmorskih višinah od 480 do 960 km.

Več informacij o procesih v ozračju najdete na spletni strani “Podnebje Zemlje”

Struktura in sestava zemeljske atmosfere, je treba reči, nista bili vedno stalni vrednosti v enem ali drugem obdobju razvoja našega planeta. Danes je navpična struktura tega elementa, ki ima skupno "debelino" 1,5-2,0 tisoč km, predstavljena z več glavnimi plastmi, vključno z:

Troposfera.
Tropopavza.
Stratosfera.
Stratopavza.
Mezosfera in mezopavza.
Termosfera.
Eksosfera.

Osnovni elementi ozračja

Troposfera je plast, v kateri so opazna močna vertikalna in horizontalna gibanja, tu nastajajo vremenski, sedimentni pojavi in podnebne razmere. Razteza se 7-8 kilometrov od površine planeta skoraj povsod, z izjemo polarnih regij (tam do 15 km). V troposferi se temperatura postopoma znižuje, približno za 6,4 °C z vsakim kilometrom nadmorske višine. Ta indikator se lahko razlikuje za različne zemljepisne širine in letne čase.

Sestavo zemeljske atmosfere v tem delu predstavljajo naslednji elementi in njihovi odstotki:

Dušik - približno 78 odstotkov;

Kisik - skoraj 21 odstotkov;

Argon - približno en odstotek;

Ogljikov dioksid - manj kot 0,05%.

Enotna kompozicija do višine 90 kilometrov

Poleg tega lahko tukaj najdete prah, vodne kapljice, vodno paro, produkte izgorevanja, ledene kristale, morske soli, številne aerosolne delce itd. To sestavo zemeljske atmosfere opazujemo do približno devetdeset kilometrov nadmorske višine, zato je zrak približno enaka po kemični sestavi, ne samo v troposferi, ampak tudi v plasteh, ki ležijo na njej. Toda tam ima atmosfera bistveno drugačne fizikalne lastnosti. Plast, ki ima splošno kemijsko sestavo, se imenuje homosfera.

Kateri drugi elementi sestavljajo zemeljsko atmosfero? V odstotkih (volumensko, v suhem zraku) plini, kot so kripton (približno 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), vodik (5,0 x 10 -5), metan (približno 1,7 x 10 -5) 4), dušikov oksid (5,0 x 10 -5) itd. V masnih odstotkih je največ dušikovega oksida in vodika, sledijo helij, kripton itd.

Fizikalne lastnosti različnih atmosferskih plasti

Fizikalne lastnosti troposfere so tesno povezane z njeno bližino površini planeta. Od tod se odbita sončna toplota v obliki infrardečih žarkov usmeri nazaj navzgor, pri čemer sodelujejo procesi prevodnosti in konvekcije. Zato temperatura pada z oddaljenostjo od zemeljske površine. Ta pojav opazimo do višine stratosfere (11-17 kilometrov), nato temperatura postane skoraj nespremenjena do 34-35 km, nato pa se temperatura ponovno dvigne do višine 50 kilometrov (zgornja meja stratosfere). . Med stratosfero in troposfero je tanka vmesna plast tropopavze (do 1-2 km), kjer opazimo stalne temperature nad ekvatorjem - približno minus 70 ° C in nižje. Nad poli se tropopavza poleti "segreje" do minus 45 °C, pozimi se temperature tukaj gibljejo okoli -65 °C.

Plinska sestava zemeljske atmosfere vključuje tako pomemben element, kot je ozon. Na površju ga je razmeroma malo (deset na minus šesto potenco enega odstotka), saj plin nastaja pod vplivom sončne svetlobe iz atomarnega kisika v zgornjih delih ozračja. Predvsem je največ ozona na nadmorski višini okoli 25 km, celoten »ozonski zaslon« pa se nahaja na območjih od 7-8 km na polih, od 18 km na ekvatorju in do skupno petdeset kilometrov nad površino planeta.

Ozračje ščiti pred sončnim sevanjem

Sestava zraka v zemeljski atmosferi igra zelo pomembno vlogo pri ohranjanju življenja, saj posamezni kemični elementi in sestave uspešno omejujejo dostop sončnega sevanja do zemeljskega površja in ljudi, živali in rastlin, ki živijo na njem. Na primer, molekule vodne pare učinkovito absorbirajo skoraj vse razpone infrardečega sevanja, z izjemo dolžin v območju od 8 do 13 mikronov. Ozon absorbira ultravijolično sevanje do valovne dolžine 3100 A. Brez njegove tanke plasti (v povprečju le 3 mm, če ga položimo na površje planeta) je le voda na globini več kot 10 metrov in podzemne jame, kjer sončno sevanje ne doseg lahko naseljen.

Nič Celzija v stratopavzi

Med naslednjima dvema nivojema atmosfere, stratosfero in mezosfero, je izjemna plast - stratopavza. Približno ustreza višini ozonskih maksimumov in temperatura je tukaj relativno ugodna za človeka - približno 0 °C. Nad stratopavzo, v mezosferi (začne se nekje na nadmorski višini 50 km in konča na nadmorski višini 80-90 km), ponovno opazimo padec temperature z naraščajočo oddaljenostjo od zemeljske površine (na minus 70-80 ° C). ). Meteorji običajno popolnoma zgorijo v mezosferi.

V termosferi - plus 2000 K!

Kemična sestava zemeljske atmosfere v termosferi (začne se po mezopavzi od višin približno 85-90 do 800 km) določa možnost takega pojava, kot je postopno segrevanje plasti zelo redkega "zraka" pod vplivom sončnega sevanja. . V tem delu "zračne odeje" planeta se temperature gibljejo od 200 do 2000 K, ki nastanejo zaradi ionizacije kisika (atomski kisik se nahaja nad 300 km), pa tudi zaradi rekombinacije atomov kisika v molekule. , ki ga spremlja sproščanje velike količine toplote. Termosfera je tam, kjer se pojavljajo aurore.

Nad termosfero je eksosfera – zunanja plast atmosfere, iz katere lahko svetloba in hitro premikajoči se atomi vodika uhajajo v vesolje. Kemično sestavo zemeljske atmosfere tukaj predstavljajo večinoma posamezni atomi kisika v nižjih plasteh, atomi helija v srednjih plasteh in skoraj izključno atomi vodika v zgornjih plasteh. Tu prevladujejo visoke temperature - okoli 3000 K in ni atmosferskega tlaka.

Kako je nastala zemeljska atmosfera?

Toda, kot je navedeno zgoraj, planet ni imel vedno takšne atmosferske sestave. Skupaj obstajajo trije koncepti izvora tega elementa. Prva hipoteza nakazuje, da je atmosfera nastala skozi proces akrecije iz protoplanetarnega oblaka. Vendar pa je danes ta teorija podvržena precejšnjim kritikam, saj naj bi tako primarno atmosfero uničil sončni "veter" iz zvezde v našem planetarnem sistemu. Poleg tega se domneva, da se hlapni elementi zaradi previsokih temperatur ne morejo zadržati v območju nastajanja zemeljskih planetov.

Sestava Zemljine primarne atmosfere, kot nakazuje druga hipoteza, bi lahko nastala zaradi aktivnega bombardiranja površja z asteroidi in kometi, ki so prispeli iz bližine Osončja v zgodnjih fazah razvoja. Ta koncept je precej težko potrditi ali ovreči.

Eksperiment na IDG RAS

Najbolj verjetna se zdi tretja hipoteza, ki meni, da je atmosfera nastala kot posledica sproščanja plinov iz plašča zemeljske skorje pred približno 4 milijardami let. Ta koncept je bil preizkušen na Inštitutu za geografijo Ruske akademije znanosti med eksperimentom, imenovanim "Tsarev 2", ko so vzorec snovi meteorskega izvora segrevali v vakuumu. Potem so zabeležili izpust plinov, kot so H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 itd. Zato so znanstveniki upravičeno domnevali, da kemična sestava primarne atmosfere Zemlje vključuje vodo in ogljikov dioksid, vodikov fluorid (. HF), plin ogljikov monoksid (CO), vodikov sulfid (H 2 S), dušikove spojine, vodik, metan (CH 4), amonijeve pare (NH 3), argon itd. Pri nastanku je sodelovala vodna para iz primarne atmosfere. hidrosfere je bil ogljikov dioksid v večji meri v vezanem stanju v organskih snoveh in kamninah, dušik je prešel v sestavo sodobnega zraka in tudi ponovno v sedimentne kamnine in organske snovi.

Sestava Zemljine primarne atmosfere sodobnemu človeku ne bi omogočila, da bi bil v njej brez dihalnih aparatov, saj takrat ni bilo kisika v potrebnih količinah. Ta element se je v znatnih količinah pojavil pred milijardo in pol let, domnevno v povezavi z razvojem procesa fotosinteze v modrozelenih in drugih algah, ki so najstarejši prebivalci našega planeta.

Najmanj kisika

Da je bila sestava zemeljske atmosfere sprva skoraj brez kisika, pove podatek, da se v najstarejših (katarhejskih) kamninah nahaja lahko oksidiran, ne pa oksidiran grafit (ogljik). Kasneje so se pojavile tako imenovane trakaste železove rude, ki so vključevale plasti obogatenih železovih oksidov, kar pomeni pojav na planetu močnega vira kisika v molekularni obliki. Toda ti elementi so bili najdeni le občasno (morda so se iste alge ali drugi proizvajalci kisika pojavili na majhnih otokih v anoksični puščavi), medtem ko je bil preostali svet anaeroben. Slednje podpira dejstvo, da je bil lahko oksidiran pirit najden v obliki kamenčkov, obdelanih s pretokom brez sledi kemičnih reakcij. Ker tekoče vode ne morejo biti slabo prezračene, se je razvilo mnenje, da je ozračje pred kambrijem vsebovalo manj kot en odstotek današnje sestave kisika.

Revolucionarna sprememba sestave zraka

Približno sredi proterozoika (pred 1,8 milijarde let) je prišlo do »kisikove revolucije«, ko je svet prešel na aerobno dihanje, med katerim je mogoče iz ene molekule hranila (glukoze) pridobiti 38 in ne dveh (kot pri anaerobno dihanje) enote energije. Sestava Zemljine atmosfere je po vsebnosti kisika začela presegati en odstotek današnje in začela se je pojavljati ozonska plast, ki ščiti organizme pred sevanjem. Od nje so se na primer tako starodavne živali, kot so trilobiti, "skrivale" pod debelimi lupinami. Od takrat do našega časa se je vsebnost glavnega "dihalnega" elementa postopoma in počasi povečevala, kar je zagotovilo raznolikost razvoja življenjskih oblik na planetu.

Zemljina atmosfera je plinasta lupina planeta. Spodnja meja atmosfere poteka blizu zemeljske površine (hidrosfera in zemeljska skorja), zgornja meja pa je območje stika z vesoljem (122 km). Atmosfera vsebuje veliko različnih elementov. Glavni so: 78% dušik, 20% kisik, 1% argon, ogljikov dioksid, neon galij, vodik itd. Zanimivosti najdete na koncu članka ali s klikom na.

Ozračje ima jasno izražene plasti zraka. Plasti zraka se med seboj razlikujejo po temperaturi, razliki v plinih in njihovi gostoti ter. Treba je opozoriti, da plasti stratosfere in troposfere ščitijo Zemljo pred sončnim sevanjem. V višjih plasteh lahko živi organizem prejme smrtonosno dozo ultravijoličnega sončnega spektra. Za hiter skok na želeno plast atmosfere kliknite na ustrezno plast:

Troposfera in tropopavza

Troposfera - temperatura, tlak, nadmorska višina

Zgornja meja je približno 8 - 10 km. V zmernih širinah je 16 - 18 km, v polarnih pa 10 - 12 km. Troposfera- To je spodnja glavna plast ozračja. Ta plast vsebuje več kot 80 % celotne mase atmosferskega zraka in blizu 90 % vse vodne pare. V troposferi nastajata konvekcija in turbulenca, nastajajo in pojavljajo se cikloni. Temperatura zmanjšuje z naraščanjem nadmorske višine. Gradient: 0,65°/100 m Segreta zemlja in voda segrevata okoliški zrak. Ogret zrak se dviga, ohlaja in tvori oblake. Temperatura na zgornjih mejah plasti lahko doseže – 50/70 °C.

V tej plasti prihaja do sprememb podnebnih vremenskih razmer. Spodnja meja troposfere se imenuje pritličje, saj ima veliko hlapnih mikroorganizmov in prahu. Hitrost vetra narašča z večanjem višine v tej plasti.

Tropopavza

To je prehodna plast troposfere v stratosfero. Tu se odvisnost padanja temperature z naraščanjem nadmorske višine ustavi. Tropopavza je najmanjša nadmorska višina, kjer navpični temperaturni gradient pade na 0,2°C/100 m, odvisno od močnih podnebnih dogodkov, kot so cikloni. Višina tropopavze se nad cikloni zniža, nad anticikloni pa poveča.

Stratosfera in stratopavza

Višina plasti stratosfere je približno 11 do 50 km. Na nadmorski višini 11 - 25 km je rahlo nihanje temperature. Na nadmorski višini 25 - 40 km ga opazimo inverzija temperature se od 56,5 dvignejo na 0,8°C. Od 40 km do 55 km se temperatura ohranja pri 0°C. To območje se imenuje - Stratopavza.

V stratosferi je opazen vpliv sončnega sevanja na molekule plina, ki disociirajo na atome. V tej plasti skoraj ni vodne pare. Sodobna nadzvočna komercialna letala zaradi stabilnih letnih pogojev letijo na višinah do 20 km. Visokogorski vremenski baloni se dvignejo do višine 40 km. Tukaj so stabilni zračni tokovi, njihova hitrost doseže 300 km / h. Prav tako koncentriran v tej plasti ozon, plast, ki absorbira ultravijolične žarke.

Mezosfera in mezopavza - sestava, reakcije, temperatura

Plast mezosfere se začne na približno 50 km nadmorske višine in konča na 80 - 90 km. Temperature se z naraščanjem nadmorske višine znižajo za približno 0,25-0,3°C/100 m. Glavni energetski učinek je sevalna izmenjava toplote. Kompleksni fotokemični procesi, ki vključujejo proste radikale (ima 1 ali 2 nesparjena elektrona), ker izvajajo sij vzdušje.

Skoraj vsi meteorji zgorijo v mezosferi. Znanstveniki so to območje poimenovali - Ignorosfera. To območje je težko raziskovati, saj je aerodinamično letalstvo tukaj zelo slabo zaradi gostote zraka, ki je 1000-krat manjša kot na Zemlji. In za izstrelitev umetnih satelitov je gostota še vedno zelo visoka. Raziskave se izvajajo z vremenskimi raketami, vendar je to sprevrženost. Mezopavza prehodna plast med mezosfero in termosfero. Ima temperaturo najmanj -90°C.

Linija Karman

Žepna linija imenujemo meja med zemeljsko atmosfero in vesoljem. Po podatkih Mednarodne letalske zveze (FAI) je višina te meje 100 km. Ta definicija je bila podana v čast ameriškega znanstvenika Theodora Von Karmana. Ugotovil je, da je na približno tej višini gostota atmosfere tako nizka, da aerodinamično letalstvo tu postane nemogoče, saj mora biti hitrost letala večja. ubežna hitrost. Na takšni višini pojem zvočne bariere izgubi pomen. Tu lahko letalo upravljamo le z uporabo reaktivnih sil.

Termosfera in termopavza

Zgornja meja te plasti je približno 800 km. Temperatura se dvigne do približno 300 km nadmorske višine, kjer doseže približno 1500 K. Zgoraj temperatura ostane nespremenjena. Kaj se zgodi v tej plasti Polarni sij- Nastane kot posledica delovanja sončnega sevanja na zrak. Ta proces imenujemo tudi ionizacija atmosferskega kisika.

Zaradi majhne redčitve zraka so leti nad Karmanovo črto možni le po balističnih trajektorijah. Vsi orbitalni leti s posadko (razen poletov na Luno) potekajo v tej plasti ozračja.

Eksosfera - gostota, temperatura, višina

Višina eksosfere je nad 700 km. Tu je plin zelo redčen in pride do procesa disipacija— uhajanje delcev v medplanetarni prostor. Hitrost takih delcev lahko doseže 11,2 km/s. Povečanje sončne aktivnosti vodi do povečanja debeline te plasti.

Plinska lupina ne leti v vesolje zaradi gravitacije. Zrak je sestavljen iz delcev, ki imajo svojo maso. Iz gravitacijskega zakona lahko sklepamo, da vsako telo z maso privlači Zemlja.
Buys-Ballotov zakon pravi, da če ste na severni polobli in stojite s hrbtom proti vetru, bo na desni strani območje visokega tlaka, na levi pa nizek pritisk. Na južni polobli bo vse obratno.

Na morski gladini 1013,25 hPa (približno 760 mmHg). Globalna povprečna temperatura zraka na površju Zemlje je 15 °C, pri čemer se temperature gibljejo od približno 57 °C v subtropskih puščavah do -89 °C na Antarktiki. Gostota zraka in tlak padata z višino po zakonu, ki je blizu eksponentnemu.

Struktura ozračja. Navpično ima ozračje plastno strukturo, ki jo določajo predvsem značilnosti navpične porazdelitve temperature (slika), ki je odvisna od geografske lege, letnega časa, časa dneva itd. Za spodnjo plast atmosfere - troposfero - je značilen padec temperature z višino (za približno 6 °C na 1 km), njena višina od 8-10 km v polarnih širinah do 16-18 km v tropih. Zaradi hitrega zmanjševanja gostote zraka z višino se približno 80 % celotne mase ozračja nahaja v troposferi. Nad troposfero je stratosfera, plast, ki je na splošno značilna za naraščanje temperature z višino. Prehodna plast med troposfero in stratosfero se imenuje tropopavza. V nižji stratosferi do višine okoli 20 km se temperatura z višino malo spreminja (tako imenovano izotermno območje) in pogosto celo rahlo pada. Nad tem temperatura narašča zaradi absorpcije UV-sevanja Sonca z ozonom, najprej počasi, od višine 34-36 km pa hitreje. Zgornja meja stratosfere - stratopavza - se nahaja na nadmorski višini 50-55 km, kar ustreza najvišji temperaturi (260-270 K). Plast ozračja, ki se nahaja na nadmorski višini 55-85 km, kjer temperatura spet pada z višino, se imenuje mezosfera na njeni zgornji meji - mezopavza - poleti temperatura doseže 150-160 K, 200-230 ° C; Nad mezopavzo se začne termosfera - plast, za katero je značilno hitro naraščanje temperature, ki doseže 800-1200 K na nadmorski višini 250 km, absorbira se korpuskularno in rentgensko sevanje Sonca. meteorje upočasni in zgori, zato deluje kot zaščitna plast Zemlje. Še višje je eksosfera, od koder se atmosferski plini zaradi disipacije razpršijo v vesolje in kjer pride do postopnega prehoda iz atmosfere v medplanetarni prostor.

Atmosferska sestava. Do nadmorske višine okoli 100 km je ozračje po kemični sestavi skoraj homogeno in povprečna molekulska masa zraka (približno 29) je konstantna. Blizu Zemljinega površja je atmosfera sestavljena iz dušika (približno 78,1% prostornine) in kisika (približno 20,9%), vsebuje pa tudi majhne količine argona, ogljikovega dioksida (ogljikovega dioksida), neona in drugih stalnih in spremenljivih komponent (glej Zrak ).

Poleg tega ozračje vsebuje majhne količine ozona, dušikovih oksidov, amoniaka, radona itd. Relativna vsebnost glavnih sestavin zraka je v času konstantna in enakomerna na različnih geografskih območjih. Vsebnost vodne pare in ozona je spremenljiva v prostoru in času; Kljub nizki vsebnosti je njihova vloga v atmosferskih procesih zelo pomembna.

Nad 100-110 km pride do disociacije molekul kisika, ogljikovega dioksida in vodne pare, zato se molekulska masa zraka zmanjša. Na višini okoli 1000 km začneta prevladovati lahka plina - helij in vodik, še višje pa se Zemljina atmosfera postopoma spreminja v medplanetarni plin.

Najpomembnejša spremenljiva sestavina ozračja je vodna para, ki vstopa v ozračje z izhlapevanjem s površine vode in vlažnih tal ter z transpiracijo rastlin. Relativna vsebnost vodne pare se na zemeljski površini spreminja od 2,6 % v tropih do 0,2 % v polarnih širinah. Z višino hitro pada, že na nadmorski višini 1,5-2 km se zmanjša za polovico. Navpični stolpec ozračja na zmernih zemljepisnih širinah vsebuje približno 1,7 cm »plasti padavine«. Pri kondenzaciji vodne pare nastanejo oblaki, iz katerih padajo atmosferske padavine v obliki dežja, toče in snega.

Pomembna sestavina atmosferskega zraka je ozon, ki je koncentriran 90 % v stratosferi (med 10 in 50 km), približno 10 % ga je v troposferi. Ozon zagotavlja absorpcijo močnega UV sevanja (z valovno dolžino manj kot 290 nm), kar je njegova zaščitna vloga za biosfero. Vrednosti celotne vsebnosti ozona se razlikujejo glede na zemljepisno širino in letni čas v razponu od 0,22 do 0,45 cm (debelina ozonske plasti pri tlaku p = 1 atm in temperaturi T = 0 ° C). V ozonskih luknjah, opazovanih spomladi na Antarktiki od zgodnjih 1980-ih, lahko vsebnost ozona pade na 0,07 cm. Povečuje se od ekvatorja do polov in ima letni cikel z maksimumom spomladi in minimumom jeseni, amplituda pa letni cikel je v tropih majhen in raste proti visokim zemljepisnim širinam. Pomembna spremenljiva sestavina ozračja je ogljikov dioksid, katerega vsebnost v ozračju se je v zadnjih 200 letih povečala za 35 %, kar je predvsem posledica antropogenega dejavnika. Opažena je njegova širinska in sezonska spremenljivost, povezana s fotosintezo rastlin in topnostjo v morski vodi (po Henryjevem zakonu se topnost plina v vodi zmanjšuje z naraščajočo temperaturo).

Pomembno vlogo pri oblikovanju podnebja planeta igrajo atmosferski aerosoli - trdni in tekoči delci, suspendirani v zraku, velikosti od nekaj nm do deset mikronov. Obstajajo aerosoli naravnega in antropogenega izvora. Aerosol nastane v procesu plinskofaznih reakcij iz produktov rastlinskega življenja in človekove gospodarske dejavnosti, vulkanskih izbruhov, kot posledica prahu, ki ga veter dviguje s površine planeta, zlasti iz njegovih puščavskih območij, in je tudi nastane iz kozmičnega prahu, ki pade v zgornje plasti ozračja. Večina aerosola je skoncentrirana v troposferi; aerosol iz vulkanskih izbruhov tvori tako imenovano plast Junge na nadmorski višini približno 20 km. Največja količina antropogenega aerosola vstopi v ozračje zaradi delovanja vozil in termoelektrarn, kemične proizvodnje, zgorevanja goriva itd. Zato se na nekaterih območjih sestava ozračja opazno razlikuje od običajnega zraka, kar je zahtevalo ustanovitev posebne službe za opazovanje in spremljanje stopnje onesnaženosti atmosferskega zraka.

Razvoj ozračja. Sodobno ozračje je očitno sekundarnega izvora: nastalo je iz plinov, ki jih je sproščala trdna lupina Zemlje po tem, ko je bil planet oblikovan pred približno 4,5 milijarde let. V geološki zgodovini Zemlje je atmosfera doživela pomembne spremembe v svoji sestavi pod vplivom številnih dejavnikov: disipacija (izhlapevanje) plinov, predvsem lažjih, v vesolje; sproščanje plinov iz litosfere kot posledica vulkanske dejavnosti; kemične reakcije med sestavinami ozračja in kamninami, ki sestavljajo zemeljsko skorjo; fotokemične reakcije v samem ozračju pod vplivom sončnega UV sevanja; akrecija (zajem) snovi iz medplanetarnega medija (na primer meteorska snov). Razvoj ozračja je tesno povezan z geološkimi in geokemičnimi procesi, v zadnjih 3-4 milijardah let pa tudi z delovanjem biosfere. Precejšen del plinov, ki sestavljajo sodobno atmosfero (dušik, ogljikov dioksid, vodna para), je nastal med vulkansko aktivnostjo in vdorom, ki jih je odnesel iz globin Zemlje. Kisik se je pojavil v znatnih količinah pred približno 2 milijardama let kot posledica fotosintetskih organizmov, ki so prvotno nastali v površinskih vodah oceana.

Na podlagi podatkov o kemični sestavi karbonatnih usedlin so bile pridobljene ocene količine ogljikovega dioksida in kisika v atmosferi geološke preteklosti. Skozi fanerozoik (zadnjih 570 milijonov let Zemljine zgodovine) se je količina ogljikovega dioksida v atmosferi zelo spreminjala glede na stopnjo vulkanske aktivnosti, temperaturo oceana in stopnjo fotosinteze. Večino tega časa je bila koncentracija ogljikovega dioksida v ozračju bistveno višja kot danes (do 10-krat). Količina kisika v fanerozojski atmosferi se je močno spremenila, pri čemer je prevladoval trend njenega povečevanja. V predkambrijski atmosferi je bila masa ogljikovega dioksida praviloma večja, masa kisika pa manjša kot v fanerozojski atmosferi. Nihanja v količini ogljikovega dioksida so v preteklosti pomembno vplivala na podnebje, saj so povečali učinek tople grede z naraščajočimi koncentracijami ogljikovega dioksida, zaradi česar je bilo podnebje v glavnem delu fanerozoika precej toplejše v primerjavi z moderno dobo.

Vzdušje in življenje. Brez ozračja bi bila Zemlja mrtev planet. Organsko življenje se pojavlja v tesni interakciji z atmosfero ter s tem povezanim podnebjem in vremenom. Atmosfera, ki je v primerjavi s planetom kot celoto nepomembna po masi (približno del na milijon), je nepogrešljiv pogoj za vse oblike življenja. Med atmosferskimi plini za življenje organizmov so najpomembnejši kisik, dušik, vodna para, ogljikov dioksid in ozon. Ko fotosintetske rastline absorbirajo ogljikov dioksid, nastajajo organske snovi, ki jih kot vir energije uporablja velika večina živih bitij, tudi človek. Kisik je nujen za obstoj aerobnih organizmov, ki jim pretok energije zagotavljajo oksidacijske reakcije organskih snovi. Dušik, ki ga asimilirajo nekateri mikroorganizmi (fikserji dušika), je potreben za mineralno prehrano rastlin. Ozon, ki absorbira trdo UV-sevanje Sonca, močno oslabi ta življenju škodljiv del sončnega sevanja. Kondenzacija vodne pare v ozračju, nastanek oblakov in posledične padavine oskrbujejo kopno z vodo, brez katere ni mogoča nobena oblika življenja. Življenjska aktivnost organizmov v hidrosferi je v veliki meri odvisna od količine in kemične sestave atmosferskih plinov, raztopljenih v vodi. Ker je kemična sestava atmosfere močno odvisna od dejavnosti organizmov, lahko biosfero in atmosfero obravnavamo kot del enotnega sistema, katerega vzdrževanje in razvoj (glej Biogeokemični cikli) je bil zelo pomemben za spreminjanje sestave atmosfere skozi zgodovino Zemlje kot planeta.

Sevalna, toplotna in vodna bilanca ozračja. Sončno sevanje je praktično edini vir energije za vse fizikalne procese v ozračju. Glavna značilnost sevalnega režima ozračja je tako imenovani učinek tople grede: ozračje precej dobro prenaša sončno sevanje na zemeljsko površje, vendar aktivno absorbira toplotno dolgovalovno sevanje z zemeljske površine, del katerega se vrne na površje. v obliki nasprotnega sevanja, ki kompenzira sevalne izgube toplote z zemeljske površine (glej Atmosfersko sevanje). Če atmosfere ne bi bilo, bi bila povprečna temperatura zemeljskega površja -18°C, v resnici pa je 15°C. Vhodno sončno sevanje se delno (približno 20 %) absorbira v ozračje (predvsem z vodno paro, vodnimi kapljicami, ogljikovim dioksidom, ozonom in aerosoli), razprši pa se (približno 7 %) z aerosolnimi delci in nihanji gostote (Rayleighovo sipanje). . Celotno sevanje, ki doseže zemeljsko površje, se delno (približno 23 %) odbija od nje. Koeficient odbojnosti je določen z odbojnostjo podležeče površine, tako imenovanim albedom. V povprečju je zemeljski albedo za integralni tok sončnega sevanja blizu 30 %. Giblje se od nekaj odstotkov (suha prst in črna prst) do 70-90 % pri sveže zapadlem snegu. Radiacijska izmenjava toplote med zemeljsko površino in atmosfero je bistveno odvisna od albeda in je določena z efektivnim sevanjem zemeljske površine in protisevanjem atmosfere, ki jo absorbira. Algebraična vsota tokov sevanja, ki vstopajo v zemeljsko atmosfero iz vesolja in jo zapuščajo nazaj, se imenuje radiacijska bilanca.

Transformacije sončnega sevanja, potem ko ga absorbirata atmosfera in zemeljsko površje, določajo toplotno bilanco Zemlje kot planeta. Glavni vir toplote za ozračje je zemeljsko površje; toplota iz njega se prenaša ne samo v obliki dolgovalovnega sevanja, temveč tudi s konvekcijo, sprošča pa se tudi pri kondenzaciji vodne pare. Deleži teh toplotnih dotokov so v povprečju 20 %, 7 % oziroma 23 %. Približno 20 % toplote se doda tudi tukaj zaradi absorpcije neposrednega sončnega sevanja. Tok sončnega sevanja na časovno enoto skozi posamezno območje, pravokotno na sončne žarke, ki se nahaja zunaj atmosfere na povprečni razdalji od Zemlje do Sonca (tako imenovana solarna konstanta), je enak 1367 W/m2, spremembe so 1-2 W/m2 odvisno od cikla sončne aktivnosti. Ob planetarnem albedu približno 30 % je časovno povprečni globalni dotok sončne energije na planet 239 W/m2. Ker Zemlja kot planet oddaja v vesolje v povprečju enako količino energije, potem je po Stefan-Boltzmannovem zakonu efektivna temperatura izhodnega toplotnega dolgovalovnega sevanja 255 K (-18 °C). Hkrati je povprečna temperatura zemeljske površine 15°C. Razlika 33°C je posledica učinka tople grede.

Vodna bilanca atmosfere na splošno ustreza enakosti količine vlage, izhlapene z zemeljske površine, in količine padavin, ki padejo na zemeljsko površino. Ozračje nad oceani prejme več vlage iz procesov izhlapevanja kot nad kopnim in izgubi 90 % v obliki padavin. Odvečno vodno paro nad oceani prenašajo zračni tokovi na celine. Količina vodne pare, ki se prenese v ozračje iz oceanov na celine, je enaka prostornini rek, ki se izlivajo v oceane.

Gibanje zraka. Zemlja je kroglasta, zato njene visoke zemljepisne širine doseže veliko manj sončnega sevanja kot trope. Posledično nastanejo veliki temperaturni kontrasti med zemljepisnimi širinami. Na porazdelitev temperature pomembno vpliva tudi relativna lega oceanov in celin. Zaradi velike mase oceanskih voda in visoke toplotne kapacitete vode so sezonska nihanja temperature oceanske površine veliko manjša kot na kopnem. V zvezi s tem je v srednjih in visokih zemljepisnih širinah temperatura zraka nad oceani poleti opazno nižja kot nad celinami, pozimi pa višja.

Neenakomerno segrevanje ozračja v različnih delih sveta povzroča prostorsko nehomogeno porazdelitev atmosferskega tlaka. Na morski gladini so za porazdelitev tlaka značilne razmeroma nizke vrednosti v bližini ekvatorja, povečanje v subtropskih območjih (pasovi z visokim pritiskom) in zmanjšanje v srednjih in visokih zemljepisnih širinah. Hkrati je nad celinami zunajtropskih zemljepisnih širin tlak običajno povečan pozimi in znižan poleti, kar je povezano s porazdelitvijo temperature. Pod vplivom gradienta tlaka zrak doživi pospešek, usmerjen od območij visokega tlaka do območij nizkega tlaka, kar vodi do gibanja zračnih mas. Na premikajoče se zračne mase vplivajo tudi odklonska sila zemeljskega vrtenja (Coriolisova sila), sila trenja, ki z višino upada, in pri ukrivljenih trajektorijah centrifugalna sila. Zelo pomembno je turbulentno mešanje zraka (glej Turbulenca v ozračju).

Kompleksen sistem zračnih tokov (splošna atmosferska cirkulacija) je povezan s planetarno porazdelitvijo tlaka. V meridionalni ravnini lahko v povprečju zasledimo dve ali tri meridionalne cirkulacijske celice. Blizu ekvatorja se segret zrak dviga in spušča v subtropih ter tvori Hadleyjevo celico. Tja se spusti tudi zrak reverzne Ferrellove celice. Na visokih zemljepisnih širinah je pogosto vidna ravna polarna celica. Meridionalne hitrosti kroženja so reda velikosti 1 m/s ali manj. Zaradi Coriolisove sile so v večjem delu ozračja opazni zahodni vetrovi s hitrostjo v srednji troposferi okoli 15 m/s. Obstajajo relativno stabilni vetrni sistemi. Sem spadajo pasati - vetrovi, ki pihajo iz visokotlačnih območij v subtropih do ekvatorja z opazno vzhodno komponento (od vzhoda proti zahodu). Monsuni so dokaj stabilni - zračni tokovi, ki imajo jasno izražen sezonski značaj: poleti pihajo iz oceana proti celini, pozimi pa v nasprotni smeri. Monsuni v Indijskem oceanu so še posebej redni. V srednjih zemljepisnih širinah je gibanje zračnih mas predvsem zahodno (od zahoda proti vzhodu). To je območje atmosferskih front, na katerih nastajajo veliki vrtinci - cikloni in anticikloni, ki pokrivajo več sto in celo tisoče kilometrov. Cikloni se pojavljajo tudi v tropih; tukaj jih odlikujejo manjše velikosti, a zelo visoke hitrosti vetra, ki dosežejo orkansko moč (33 m/s ali več), tako imenovani tropski cikloni. V Atlantskem in vzhodnem Tihem oceanu se imenujejo orkani, v zahodnem Tihem oceanu pa tajfuni. V zgornji troposferi in spodnji stratosferi, na območjih, ki ločujejo neposredno Hadleyjevo meridionalno cirkulacijsko celico in obratno Ferrellovo celico, so razmeroma ozke, široke na stotine kilometrov, pogosto opazne curke z ostro določenimi mejami, znotraj katerih veter doseže 100-150 in celo 200 m/s.

Podnebje in vreme. Razlika v količini sončnega sevanja, ki prihaja na različnih zemljepisnih širinah do zemeljskega površja, ki je po svojih fizikalnih lastnostih različno, določa raznolikost zemeljskega podnebja. Od ekvatorja do tropskih zemljepisnih širin je temperatura zraka na zemeljski površini v povprečju 25-30 °C in se skozi vse leto malo spreminja. V ekvatorialnem pasu je običajno veliko padavin, kar ustvarja pogoje za prekomerno vlago. V tropskih območjih se količina padavin zmanjša in ponekod postane zelo majhna. Tukaj so ogromne puščave Zemlje.

V subtropskih in srednjih zemljepisnih širinah se temperatura zraka čez leto močno spreminja, razlika med poletnimi in zimskimi temperaturami pa je še posebej velika na območjih celin, ki so daleč od oceanov. Tako na nekaterih območjih vzhodne Sibirije letna temperatura zraka doseže 65 °C. Pogoji vlaženja v teh zemljepisnih širinah so zelo raznoliki, odvisni so predvsem od režima splošne atmosferske cirkulacije in se iz leta v leto močno razlikujejo.

V polarnih zemljepisnih širinah ostaja temperatura skozi vse leto nizka, tudi če so opazne sezonske razlike. To prispeva k obsežni porazdelitvi ledene odeje na oceanih in kopnem ter permafrostu, ki zavzema več kot 65% njene površine v Rusiji, predvsem v Sibiriji.

V zadnjih desetletjih so spremembe v svetovnem podnebju vse bolj opazne. Temperature se bolj dvignejo na visokih zemljepisnih širinah kot na nizkih zemljepisnih širinah; bolj pozimi kot poleti; bolj ponoči kot podnevi. V 20. stoletju se je povprečna letna temperatura zraka na zemeljski površini v Rusiji povečala za 1,5-2 °C, na nekaterih območjih Sibirije pa je bilo opaziti povečanje za nekaj stopinj. To je povezano s povečanjem učinka tople grede zaradi povečanja koncentracije plinov v sledovih.

Vreme določajo razmere atmosferskega kroženja in geografska lega območja; najbolj je stabilno v tropih in najbolj spremenljivo v srednjih in visokih zemljepisnih širinah. Vreme se najbolj spreminja v območjih spremenljivih zračnih mas, ki jih povzročajo prehodi atmosferskih front, ciklonov in anticiklonov s padavinami in povečanim vetrom. Podatki za vremensko napoved se zbirajo na zemeljskih vremenskih postajah, ladjah in letalih ter iz meteoroloških satelitov. Glej tudi Meteorologija.

Optični, akustični in električni pojavi v ozračju. Pri širjenju elektromagnetnega sevanja v atmosferi kot posledica loma, absorpcije in sipanja svetlobe v zraku in različnih delcih (aerosol, ledeni kristali, vodne kapljice) nastanejo različni optični pojavi: mavrice, krone, halo, fatamorgana itd. sipanje svetlobe določa navidezno višino nebesnega svoda in modro barvo neba. Obseg vidnosti predmetov določajo pogoji širjenja svetlobe v atmosferi (glej Atmosferska vidljivost). Transparentnost ozračja pri različnih valovnih dolžinah določa komunikacijski doseg in zmožnost zaznavanja objektov z instrumenti, vključno z možnostjo astronomskih opazovanj z zemeljskega površja. Za študije optičnih nehomogenosti stratosfere in mezosfere igra pomembno vlogo pojav somraka. Na primer, fotografiranje mraka iz vesoljskega plovila omogoča zaznavanje plasti aerosolov. Značilnosti širjenja elektromagnetnega sevanja v ozračju določajo natančnost metod za daljinsko zaznavanje njegovih parametrov. Vsa ta vprašanja, pa tudi mnoga druga, preučuje atmosferska optika. Lom in sipanje radijskih valov določata možnosti radijskega sprejema (glej Razširjanje radijskih valov).

Širjenje zvoka v ozračju je odvisno od prostorske porazdelitve temperature in hitrosti vetra (glej Atmosferska akustika). Zanimiva je za zaznavanje atmosfere z daljinskimi metodami. Eksplozije nabojev, ki jih izstrelijo rakete v zgornjo atmosfero, so zagotovile bogate informacije o vetrnih sistemih in temperaturnih nihanjih v stratosferi in mezosferi. V stabilno razslojeni atmosferi, ko temperatura pada z višino počasneje od adiabatnega gradienta (9,8 K/km), nastanejo tako imenovani notranji valovi. Ti valovi se lahko širijo navzgor v stratosfero in celo v mezosfero, kjer oslabijo, kar prispeva k povečanju vetrov in turbulenc.

Negativni naboj Zemlje in posledično električno polje, atmosfera, skupaj z električno nabito ionosfero in magnetosfero ustvarjajo globalni električni krog. Pri tem ima pomembno vlogo nastajanje oblakov in nevihtna elektrika. Nevarnost razelektritve strele je zahtevala razvoj metod zaščite pred strelo za zgradbe, objekte, daljnovode in komunikacije. Ta pojav predstavlja posebno nevarnost za letalstvo. Razelektritve strele povzročajo atmosferske radijske motnje, imenovane atmosferske (glej Žvižgajoče atmosferske). Med močnim povečanjem jakosti električnega polja opazimo svetlobne razelektritve, ki se pojavijo na konicah in ostrih vogalih predmetov, ki štrlijo nad zemeljsko površino, na posameznih vrhovih v gorah itd. (Luči Elma). Atmosfera vedno vsebuje zelo različno količino lahkih in težkih ionov, odvisno od specifičnih pogojev, ki določajo električno prevodnost atmosfere. Glavni ionizatorji zraka v bližini zemeljske površine so sevanje radioaktivnih snovi v zemeljski skorji in ozračju ter kozmični žarki. Glej tudi Atmosferska elektrika.

Vpliv človeka na ozračje. V preteklih stoletjih se je zaradi gospodarskih dejavnosti človeka povečala koncentracija toplogrednih plinov v ozračju. Odstotek ogljikovega dioksida se je povečal z 2,8-10 2 pred dvesto leti na 3,8-10 2 leta 2005, vsebnost metana - z 0,7-10 1 pred približno 300-400 leti na 1,8-10 -4 v začetku 21. stoletja; približno 20 % povečanja učinka tople grede v zadnjem stoletju izvira iz freonov, ki jih do sredine 20. stoletja praktično ni bilo v ozračju. Te snovi so priznane kot snovi, ki tanjšajo stratosferski ozon, njihova proizvodnja pa je prepovedana z Montrealskim protokolom iz leta 1987. Povečanje koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju je posledica sežiganja vedno večjih količin premoga, nafte, plina in drugih vrst ogljikovih goriv ter krčenja gozdov, zaradi česar se absorpcija ogljikovega dioksida s fotosintezo zmanjša. Koncentracija metana narašča s povečanjem proizvodnje nafte in plina (zaradi njegovih izgub), pa tudi s širjenjem posevkov riža in povečanjem števila goveda. Vse to prispeva k segrevanju podnebja.

Za spreminjanje vremena so bile razvite metode za aktivno vplivanje na atmosferske procese. Uporabljajo se za zaščito kmetijskih rastlin pred točo z razprševanjem posebnih reagentov v nevihtnih oblakih. Obstajajo tudi metode za razprševanje megle na letališčih, zaščito rastlin pred zmrzaljo, vplivanje na oblake, da povečajo količino padavin na želenih območjih, ali za razprševanje oblakov med javnimi prireditvami.

Študija ozračja. Podatke o fizikalnih procesih v ozračju pridobivamo predvsem z meteorološkimi opazovanji, ki jih izvaja globalna mreža stalno delujočih meteoroloških postaj in postojank na vseh celinah in na številnih otokih. Dnevna opazovanja dajejo podatke o temperaturi in vlažnosti zraka, atmosferskem tlaku in padavinah, oblačnosti, vetru itd. Opazovanja sončnega obsevanja in njegovih transformacij potekajo na aktinometričnih postajah. Za preučevanje atmosfere so velikega pomena omrežja aeroloških postaj, na katerih se z radiosondami izvajajo meteorološke meritve do nadmorske višine 30-35 km. Na številnih postajah se izvajajo opazovanja atmosferskega ozona, električnih pojavov v ozračju in kemične sestave zraka.

Podatke iz zemeljskih postaj dopolnjujejo opazovanja oceanov, kjer delujejo »vremenske ladje«, ki se stalno nahajajo na določenih območjih Svetovnega oceana, pa tudi meteorološke informacije, prejete z raziskovalnih in drugih ladij.

V zadnjih desetletjih vse več informacij o atmosferi pridobivamo s pomočjo meteoroloških satelitov, ki nosijo instrumente za fotografiranje oblakov in merjenje tokov ultravijoličnega, infrardečega in mikrovalovnega sevanja Sonca. Sateliti omogočajo pridobivanje informacij o vertikalnih profilih temperature, oblačnosti in njeni vodni oskrbi, elementih sevalne bilance ozračja, površinski temperaturi oceana itd. Z meritvami loma radijskih signalov iz sistema navigacijskih satelitov se je mogoče določiti vertikalne profile gostote, tlaka in temperature ter vsebnost vlage v ozračju. S pomočjo satelitov je postalo mogoče razjasniti vrednost sončne konstante in planetarnega albeda Zemlje, zgraditi zemljevide sevalne bilance sistema Zemlja-atmosfera, izmeriti vsebnost in variabilnost majhnih atmosferskih onesnaževal ter rešiti številni drugi problemi atmosferske fizike in monitoringa okolja.

Lit.: Budyko M.I. Podnebje v preteklosti in prihodnosti. L., 1980; Matveev L. T. Tečaj splošne meteorologije. Atmosferska fizika. 2. izd. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Zgodovina atmosfere. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmosferska fizika. M., 1986; Vzdušje: Imenik. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologija in klimatologija. 5. izd. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.

Sestava ozračja. Zračni ovoj našega planeta - vzdušješčiti zemeljsko površino pred škodljivimi učinki ultravijoličnega sevanja Sonca na žive organizme. Zemljo ščiti tudi pred kozmičnimi delci – prahom in meteoriti.

Ozračje je sestavljeno iz mehanske mešanice plinov: 78 % njegove prostornine predstavlja dušik, 21 % kisik in manj kot 1 % helij, argon, kripton in drugi inertni plini. Količina kisika in dušika v zraku je praktično nespremenjena, ker se dušik skoraj ne veže na druge snovi, kisik pa, čeprav je zelo aktiven in se porabi za dihanje, oksidacijo in zgorevanje, rastline nenehno dopolnjujejo.

Do nadmorske višine približno 100 km ostane odstotek teh plinov praktično nespremenjen. To je posledica dejstva, da se zrak nenehno meša.

Poleg omenjenih plinov vsebuje ozračje še približno 0,03 % ogljikovega dioksida, ki je običajno skoncentriran blizu zemeljskega površja in je razporejen neenakomerno: v mestih, industrijskih središčih in območjih vulkanskega delovanja se njegova količina poveča.

V ozračju je vedno določena količina nečistoč – vodne pare in prahu. Vsebnost vodne pare je odvisna od temperature zraka: višja kot je temperatura, več pare lahko zadrži zrak. Zaradi prisotnosti parne vode v zraku so možni atmosferski pojavi, kot so mavrice, lom sončne svetlobe itd.

Prah pride v ozračje ob vulkanskih izbruhih, peščenih in prašnih nevihtah, pri nepopolnem zgorevanju goriva v termoelektrarnah itd.

Struktura ozračja. Gostota atmosfere se spreminja z nadmorsko višino: največja je na zemeljskem površju, z dvigovanjem pa upada. Tako je na nadmorski višini 5,5 km gostota ozračja 2-kratna, na višini 11 km pa 4-krat manjša kot v površinski plasti.

Glede na gostoto, sestavo in lastnosti plinov delimo ozračje na pet koncentričnih plasti (slika 34).

riž. 34. Vertikalni prerez atmosfere (stratifikacija atmosfere)

1. Spodnja plast se imenuje troposfera. Njegova zgornja meja poteka na nadmorski višini 8-10 km na polih in 16-18 km na ekvatorju. Troposfera vsebuje do 80 % celotne mase ozračja in skoraj vso vodno paro.

Temperatura zraka v troposferi se z višino zniža za 0,6 °C na vsakih 100 m in na njeni zgornji meji znaša -45-55 °C.

Zrak v troposferi se nenehno meša in premika v različne smeri. Le tu so opazne megle, deževje, sneženje, nevihte, nevihte in drugi vremenski pojavi.

2. Nahaja se zgoraj stratosfera, ki sega do nadmorske višine 50-55 km. Gostota zraka in tlak v stratosferi sta zanemarljiva. Redek zrak je sestavljen iz enakih plinov kot v troposferi, vendar vsebuje več ozona. Najvišjo koncentracijo ozona opazimo na nadmorski višini 15-30 km. Temperatura v stratosferi narašča z višino in na njeni zgornji meji doseže 0 °C in več. To je zato, ker ozon absorbira kratkovalovno energijo sonca, zaradi česar se zrak segreje.

3. Leži nad stratosfero mezosfera, ki sega do nadmorske višine 80 km. Tam temperatura ponovno pade in doseže -90 °C. Gostota zraka je tam 200-krat manjša kot na površju Zemlje.

4. Nad mezosfero se nahaja termosfera(od 80 do 800 km). Temperatura v tej plasti se poveča: na višini 150 km do 220 °C; na nadmorski višini 600 km do 1500 °C. Atmosferski plini (dušik in kisik) so v ioniziranem stanju. Pod vplivom kratkovalovnega sončnega sevanja se posamezni elektroni ločijo od ovojnic atomov. Kot rezultat, v tej plasti - ionosfera pojavijo se plasti nabitih delcev. Njihov najgostejši sloj se nahaja na nadmorski višini 300-400 km. Zaradi nizke gostote se tam sončni žarki ne razpršijo, zato je nebo črno, na njem močno svetijo zvezde in planeti.

V ionosferi so polarni sij, Nastajajo močni električni tokovi, ki povzročajo motnje v zemeljskem magnetnem polju.

5. Nad 800 km je zunanja lupina - eksosfera. Hitrost gibanja posameznih delcev v eksosferi se približuje kritični - 11,2 mm/s, zato lahko posamezni delci premagajo gravitacijo in pobegnejo v vesolje.

Pomen atmosfere. Vloga ozračja v življenju našega planeta je izjemno velika. Brez nje bi bila Zemlja mrtva. Atmosfera ščiti Zemljino površino pred ekstremnim segrevanjem in ohlajanjem. Njegov učinek lahko primerjamo z vlogo stekla v rastlinjakih: prepušča sončnim žarkom prehod in preprečuje izgubo toplote.

Ozračje ščiti žive organizme pred kratkovalovnim in korpuskularnim sevanjem Sonca. Ozračje je okolje, kjer se pojavljajo vremenski pojavi, s katerimi je povezana vsa človekova dejavnost. Študija te lupine se izvaja na meteoroloških postajah. Podnevi in ponoči, v vsakem vremenu, meteorologi spremljajo stanje spodnje plasti ozračja. Štirikrat na dan, na številnih postajah pa vsako uro merijo temperaturo, tlak, zračno vlago, beležijo oblačnost, smer in hitrost vetra, količino padavin, električne in zvočne pojave v ozračju. Meteorološke postaje so povsod: na Antarktiki in v tropskih deževnih gozdovih, na visokih gorah in v ogromnih prostranstvih tundre. Opazovanja se izvajajo tudi na oceanih s posebej zgrajenih ladij.

Od 30. let prejšnjega stoletja. XX stoletje opazovanja so se začela v prosti atmosferi. Začeli so izstreljevati radiosonde, ki se dvignejo na višino 25-35 km in z radijsko opremo prenašajo podatke o temperaturi, tlaku, vlažnosti zraka in hitrosti vetra na Zemljo. Dandanes se pogosto uporabljajo tudi meteorološke rakete in sateliti. Slednji imajo televizijske instalacije, ki prenašajo slike zemeljskega površja in oblakov.

| |
5. Zračna lupina zemlje§ 31. Ogrevanje ozračja