5.1. Atmosfera: originea, compoziția, structura,
pentru GO.
Atmosfera este plicul de aer al Pământului, susținut de forța de atracție și participarea la rotația planetei. Forța gravitațională păstrează atmosfera în apropierea suprafeței Pământului. Cea mai mare presiune și densitate a atmosferei sunt observate în apropierea suprafeței pământului, pe măsură ce crește presiunea, presiunea și densitatea. La o altitudine de 18 km, presiunea scade cu un factor de 10, la o altitudine de 80 km, cu un factor de 75.000. Limita inferioară a atmosferei este suprafața Pământului, limita superioară fiind, în mod convențional, presupusă o înălțime de 1000-1200 km. Masa atmosferei este de 5,13 x 10 15 tone, 99% din această cantitate fiind conținută în stratul inferior la o altitudine de 36 km.
Dovezile pentru existența straturilor înalte ale atmosferei sunt următoarele:
-Norii perla sunt situați la o altitudine de 22-25 km în atmosferă;
-la o altitudine de 80 km, sunt nori vizibili;
-La o altitudine de aproximativ 100-120 km, meteoriții sunt arși; aici atmosfera este încă de densitate suficientă;
-la o altitudine de aproximativ 220 km începe dispersia luminii de gaze atmosferice (fenomenul crepusculului);
-aurorasul începe la aproximativ 1000-1200 km, acest fenomen este explicat prin ionizarea aerului prin fluxuri corpusulare provenind de la soare. Atmosfera extrem de rarefiată se extinde la o înălțime de 20.000 km, formează corona pământului, trecând imperceptibil în gaz interplanar.
Atmosfera, ca și întreaga planetă, se rotește în sens antiorar de la vest la est. Din cauza rotației, aceasta ia forma unui elipsoid, adică Grosimea atmosferei la ecuator este mai mare decât în apropierea polilor. Are o proeminență în direcția opusă soarelui, această "coadă de gaz" a Pământului, rarefiată ca în comete, are o lungime de aproximativ 120 mii km. Atmosfera este conectată cu alte geosfere prin schimbul de căldură și umiditate. Energia proceselor atmosferice este radiația electromagnetică a Soarelui.
Dezvoltarea atmosferei. Hidrogenul și heliul sunt cele mai comune elemente din spațiu care fac parte din norul de praf de gaze-protoplanetare de la care a apărut Pământul. Datorită temperaturii foarte scăzute a acestui nor, prima atmosferă terestră a constat din hidrogen și heliu; toate celelalte elemente ale substanței din care a fost compus norul erau într-o stare solidă. O astfel de atmosferă este observată pe planete uriașe, evident, datorită marii atracții a planetelor și a îndepărtării de Soare, au păstrat atmosfere primare.
Apoi a urmat încălzirea Pământului: căldura a fost generată de contracția gravitațională a planetei și de căderea în interiorul elementelor sale radioactive. Pământul a pierdut atmosfera de hidrogen-heliu și a stabilit propriul aer secundar din gazele eliberate din interiorul său (dioxid de carbon, amoniac, metan, hidrogen sulfurat). În opinia lui A.P. Vinogradova (1959), în această atmosferă cel mai mult a fost H2O, urmată de CO2. CO, HCI, HF, H2S, N2. NH4CI și CH4 (aproximativ aceeași compoziție a gazelor vulcanice moderne). V. Sokolov (1959) credea că există și H2 și NH3. Oxigenul lipsea, atmosfera era dominată de condiții de restaurare. Acum, astfel de atmosfere se observă pe Marte și Venus, ele fiind formate în proporție de 95% din dioxid de carbon.
Următoarea etapă a dezvoltării atmosferei a fost tranzitorie - de la abiogen la biogen, de la reducerea condițiilor la cele oxidative. Principalele componente ale carcasei de gaz a Pământului sunt N2. CO2. CO. Ca contaminanți laterali - CH4. O2. Oxigenul provine din moleculele de apă din straturile superioare ale atmosferei sub acțiunea razelor ultraviolete ale Soarelui; ar putea fi alocate și a oxizilor, care a constat din crusta, dar marea majoritate a stânga lui din nou pe mineralele oxidării crusta sau oxidarea hidrogenului și a compușilor săi în atmosferă.
Aceasta este calea de la atmosfera hidrogen-heliu la cea modernă, rolul principal în care este acum jucat de azot și oxigen, iar argonul și dioxidul de carbon sunt prezente ca impurități. Azotul modern este, de asemenea, de origine biogenică.
Aerul atmosferic este un amestec mecanic de gaze în care praful și apa sunt cuprinse într-o stare suspendată. Aerul curat și uscat, la nivelul mării este un amestec de mai multe gaze, cu raportul dintre principalele componente ale gazului atmosferă - azot (concentrație volum 78,08%) și oxigen (20,95%) - permanent. Pe lângă acestea, în aerul atmosferic sunt conținute argon (0,93%) și dioxid de carbon (0,03%). Numărul gazelor rămase - neon, heliu, metan, kripton, xenon, hidrogen, iod, monoxid de carbon și oxizi de azot - neglijabilă (mai puțin de 0,1%) (tabelul 3).
Compoziția gazului din atmosferă
În straturile înalte ale atmosferei, compoziția aerului se schimbă sub influența radiației solare dure, ceea ce duce la disocierea (disocierea) moleculelor de oxigen în atomi. Atomul atomic este componenta principală a straturilor înalte ale atmosferei. În cele din urmă, în straturile cele mai îndepărtate ale atmosferei, componentele principale sunt cele mai ușoare gaze - hidrogen și heliu. În straturile superioare ale atmosferei, a fost descoperit un nou compus, hidroxil (OH). Prezența acestui compus explică formarea vaporilor de apă la altitudini mari în atmosferă. Deoarece cea mai mare parte a materiei este concentrată la o distanță de 20 km de suprafața Pământului, modificările compoziției aerului cu altitudine nu au un efect vizibil asupra compoziției globale a atmosferei.
Cele mai importante componente ale atmosferei sunt ozonul și dioxidul de carbon. Ozonul este oxigen triatomic (O3), prezent în atmosferă de la suprafața Pământului până la o înălțime de 70 km. In straturile de suprafață este format din aer, în principal, sub influența electricității atmosferice și în timpul oxidării substanțelor organice, și în straturile superioare atmosferice (stratosfera) - ca urmare a expunerii la radiații ultraviolete de la soare la o moleculă de oxigen. Cea mai mare parte a ozonului este în stratosfera (de aceea stratosfera este deseori numită ozonosferă). Stratul de concentrație maximă a ozonului la o altitudine de 20-25 km a fost numit ecranul de ozon. În general, stratul de ozon absoarbe aproximativ 13% din energia solară. Scăderea concentrației de ozon în anumite zone a fost numită "găuri de ozon".
Dioxidul de carbon, împreună cu vaporii de apă, provoacă un efect de seră al atmosferei. Efectul de seră este încălzirea straturilor interioare ale atmosferei, ceea ce se explică prin abilitatea atmosferei de a transmite radiația de unde scurtă a soarelui și de a nu emite radiația de undă lungă a Pământului. Dacă dioxidul de carbon din atmosferă ar fi de două ori mai mare, temperatura medie a Pământului ar fi ajuns la 18 ° C, acum este de 14-15 ° C.
Greutatea totală a gazelor în atmosferă este de aproximativ 4,5 × 10 15 tone. Astfel, "greutatea" atmosferei pe unitatea de suprafață sau presiunea atmosferică este de aproximativ 10,3 t / m 2 la nivelul mării.
În aer, există multe particule solide, diametrul căruia este o fracțiune de micron. Ele sunt nucleele de condensare. Fără ele ar fi imposibil să se formeze ceață, nori, precipitații. Multe fenomene optice și atmosferice sunt asociate cu particule solide în atmosferă. Modalitățile de intrare în atmosferă sunt diferite: cenușă vulcanică, fum de combustibil ars, polen de plante, microorganisme. Recent, emisiile industriale, produsele de dezintegrare radioactivă sunt nucleele de condensare.
O parte importantă a atmosferei este vaporii de apă, cantitatea ei în pădurile ecuatoriale umede atinge 4%, în regiunile polare scade la 0,2%. Vaporii de apă intră în atmosferă datorită evaporării de pe suprafața solului și a rezervoarelor, precum și transpirația umezelii de către plante. Vaporii de apă reprezintă un gaz cu efect de seră, împreună cu dioxidul de carbon, care păstrează cea mai mare parte a radiației cu unde lungi a Pământului, protejând planeta de răcire.
Atmosfera nu este un izolator ideal; are capacitatea de a conduce electricitate datorită acțiunii ionizatorilor - radiații ultraviolete de la soare, raze cosmice, radiații de substanțe radioactive. Conductivitatea electrică maximă este observată la o altitudine de 100-150 km. Ca urmare a efectului combinat al ionilor atmosferici și a încărcăturii suprafeței pământului, se creează câmpul electric al atmosferei. Atmosfera este încărcată pozitiv cu privire la suprafața pământului. Izolați neutrofila - un strat cu o compoziție neutră (până la 80 km) și o ionosferă - un strat ionizat.
Există mai multe straturi principale ale atmosferei. Cel inferior, adiacent la suprafața pământului, se numește troposfera (altitudine de 8-10 km la poli, 12 km în latitudini temperate și 16-18 km - deasupra ecuatorului). Temperatura aerului scade treptat, cu o înălțime medie de 0,6 ° C pentru fiecare 100 m de creștere, ceea ce se poate observa nu numai în regiunile muntoase, ci și în zonele montane din Belarus.
Troposfera conține până la 80% din masa totală a aerului, cea mai mare cantitate de contaminanți atmosferici și practic toți vaporii de apă. Este în această parte a atmosferei, la o altitudine de 10-12 nori sub formă de km, există furtuni, ploaie și alte procese naturale care forma meteo și determină condițiile climatice din diferite regiuni ale planetei noastre. Stratul inferior al troposferei adiacent direct la suprafața pământului se numește stratul de suprafață.
Influența suprafeței pământului se extinde aproximativ la o înălțime de 20 km, iar încălzirea aerului are loc direct de Soare. Astfel, limita GO, situată la o altitudine de 20-25 km, este determinată, printre altele, de acțiunea termică a suprafeței pământului. La această altitudine, diferențele latitudinale ale temperaturii aerului dispar și zonarea geografică este erodată.
Stratosfera începe mai sus. care se întinde până la o înălțime de 50-55 km de suprafața oceanului sau a pământului. Acest strat de atmosferă este considerat foarte rar, cantitatea de oxigen și azot scade, iar hidrogenul, heliul și alte gaze ușoare cresc. Stratul de ozon format aici absoarbe radiațiile ultraviolete și afectează puternic condițiile termice ale suprafeței Pământului și procesele fizice din troposferă. În partea inferioară a stratosferei, temperatura aerului este constantă, aici este un strat izotermic. Începând cu o altitudine de 22 km, temperatura aerului crește, la limita superioară a stratosferei atinge 0 ° C (creșterea temperaturii se datorează prezenței ozonului, care absoarbe radiația solară). Intensive mișcările orizontale ale aerului apar în stratosfera. Viteza fluxurilor de aer ajunge la 300-400 km / h. Stratosfera conține mai puțin de 20% din aerul din atmosferă.
La o înălțime de 55-80 km este mezosfera (în acest strat cu înălțimea scade temperatura aerului și scade aproape de limita superioară la -80 0 C), situat între 80-800 km Termosfera. o compoziție care este dominat de heliu și hidrogen (temperatura aerului crește rapid odată cu înălțimea și până la 1000 0 C la o altitudine de 800 km). Mezosfera și termosfera împreună formează un strat gros numit ionosferă (zona de particule încărcate - electroni și ioni).
În viața GO, atmosfera are o mare importanță. Atmosfera are efecte benefice asupra climei Pământului, protejându-l de răcire excesivă și încălzire. fluctuațiile zilnice ale temperaturii de pe planeta noastră fără o atmosferă ar ajunge la 200º C: zi + 100º C și de mai sus, pe timp de noapte - 100º C. Acum temperatura medie la suprafața Pământului este egală cu + 14º C. Atmosfera nu transmite meteoriti a Pământului și la radiații greu. Fara atmosfera nu ar fi nici un sunet, nori aurorale și precipitații.