Atmosfera Pământului
Atmosfera nu ne poate interesa decât: ne afectează; ne limitează aspirațiile; este cauza tragediilor; ne dă spectacole mari. Atmosfera nu poate fi ignorată - este ceea ce suntem înconjurați în mod constant. Suntem curioși și dorim să cunoaștem toate "cum" și "de ce" din procesele atmosferice.
Suntem practici și dorim să controlam sau cel puțin să găsim o aplicație utilă pentru acele forțe colosale pe care le observăm. În plus, suntem preocupați de artă, poezie, filozofie și religie; experimentăm venerația fenomenelor care afectează toate simțurile noastre sunt în mod constant a amintit de aproximare a cunoștințelor noastre, vulnerabilitatea vieții noastre și aspirațiilor iluzorii ale complexității infinită a naturii și frumusețea pură a lumii din jurul nostru. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că studiul atmosferei a devenit unul dintre cele mai vechi preocupări intelectuale.
Atmosfera Pământului, în special cea superioară, a ocupat mult mințile cercetătorilor. Revedeți epigrafa la acest capitol și veți înțelege că ghicitorile oceanului aerian, în care "plutim", nu vor înceta niciodată să ne intereseze. În cazul în care nu au fost pentru atmosfera, Pământul ar fi mort - fără nori, fără ploaie sau zăpadă, nu un sunet în tăcere apăsătoare, arsite solare pe partea însorită a Pământului și frigul de spațiu pentru noapte, cerul absolut negru, iar pe suprafața imens și cratere mici de la căderea meteoritilor.
Nu este într-adevăr foarte asemănătoare cu peisajul pe care astronauții l-au descoperit pe Lună? Este adevărat, pentru că Luna nu are atmosferă.
Aerul ne înconjoară pretutindeni - în fundul minelor adânci și pe vârfurile celor mai înalți munți, la stâlpi și la ecuator, pe uscat și pe mare. La prima vedere, acesta este un mediu invizibil și fără greutate. De fapt, aerul este un amestec de multe substanțe chimice în stare gazoasă, un amestec de multe elemente. Unele dintre ele sunt conținute în aer în cantități mari, unele în foarte nesemnificative, unele foarte active chimic, adică, ele interacționează rapid cu alte substanțe, în timp ce altele sunt absolut inerte. Există elemente care sunt fatale într-o mare concentrație, și există și ele astfel, fără de care viața în general este imposibilă. Și ceea ce este izbitoare este că compoziția aerului atmosferic este aproape la fel peste tot.
Cu excepția vaporilor de apă care este prezentă în principal în stratul de suprafață în cantități diferite, în funcție de starea vremii (amintiți-vă atunci când crainicul citește un raport meteo la radio, el menționează în mod necesar umiditatea), aerul este format din 78% azot. Toate lucrurile vii de pe pământ - și plante și animale și oameni - necesită elementul etogr prezență care este activ chimic și foarte puțin intră într-o legătură cu alte substanțe numai în condiții speciale. Aproape 21% din aer este oxigenul, care, spre deosebire de azot, este foarte activ. Este necesar pentru respirație, deoarece asigură "arderea" alimentelor în corpul viu. Dioxidul de carbon, argonul, neonul, kryptonul, xenonul, heliul, radonul și o cantitate extrem de mică de alte gaze, formate în principal ca urmare a activității umane, rămân numai t%.
Cele trei gaze principale - azot, oxigen și dioxid de carbon - participă la ciclul nesfârșit de substanțe din natură. Plantele verzi absorb dioxidul de carbon din aer și folosesc un proces aproape miraculos numit fotosinteză pentru eliberarea oxigenului. Toată vegetația globului pentru un an consumă aproximativ 550 miliarde de euro. De tone de dioxid de carbon si ne furniza oxigen într-o cantitate de aproximativ 400 de miliarde. M. Când plantele putrezesc sau sunt arse, atunci când respirație animale și la oameni, atunci cand vulcani erup si se evapora apa minerala, dioxidul de carbon este alimentat înapoi în aer. Puteți calcula cât timp va dura fiecare gaz pentru a finaliza un ciclu complet. Se obțin cifre curioase - dioxidul de carbon este necesar în medie de la unu la trei ani, oxigenul de mii de ani și azotul - o sută de milioane de ani!
Atmosfera se extinde de sute de kilometri, iar densitatea aerului cu altitudine scade treptat, se spune că devine mai restrânsă. Jumătate din atmosfera închisă în stratul 6 km gros, adică în stratul, care este format și de cele mai multe nor, și într-o grosime a stratului de 30 km conținea deja 99% din atmosferă. Apropo, ideea aerului ca ceva fără greutate nu este foarte corectă. Dacă un cub, a cărui parte este egală cu 9 m, este umplută cu aer, atunci masa acestuia va fi o tonă întreagă. Toată atmosfera planetei noastre are o greutate de aproximativ 5 000 000 miliarde. T. Dacă toate acest aer este foarte comprimat și aduce densitatea la densitatea oțelului, se formează în jurul întregului Pământ armura 12,5 m grosime. Fiecare centimetru pătrat de suprafață pământ de aer, așa cum este cunoscută , preseaza cu o forta de 1 kg, adica fiecare dintre noi trebuie sa "poarte" aproximativ 500 kg pe umeri pe toata viata. Noi nu simt acest lucru „eroic“ greutatea doar pentru că toate țesuturile corpului nostru sunt saturate cu aer, care este o presiune egală cu presiunea atmosferică din afara.
Să încercăm să facem o călătorie mentală în atmosfera superioară, cel puțin pe o rachetă de pornire verticală. Escaping de la fundul oceanului aerului, vom trece printr-un strat de nori, lăsându-le mult mai jos. Culoarea obișnuită albastră a cerului va dispărea treptat și vom vedea negura cosmică. Pe fundalul catifea neagră a cerului, stelele vor arăta ca niște puncte strălucitoare, arzând cu o lumină constantă și fără scânteiere, iar Soarele - un disc orbitor și clar delimitat fără halo.
De la o distanță de mai multe raze ale Pământului, planeta noastră pare a fi o minge netedă iluminată de soarele îndepărtat. Atunci când este privit din emisfera nordică, putem vedea că Pământul se rotește în jurul axei sale în sens antiorar, ceea ce face o rotație completă în 23 de ore, 56 de minute, și în aceeași direcție în jurul Soarelui pe o orbită aproape circulară, ceea ce face cifra de afaceri pentru anul. Axa de rotație este înclinată față de planul orbitei pământului la un unghi de 23 ° 77 '.
Pământul este înconjurat de un plic de aer aproape transparent, dând planetei o nuanță albastră. Proprietățile atmosferei se schimbă cu altitudine, iar straturile sale diferite sunt numite în mod diferit, deși nu există bariere între ele. Fiecare strat este o anumită "sferă". Deci, câte sfere sunt deasupra Pământului? Nu este ușor să răspundem la această întrebare - totul depinde de ce proprietate a atmosferei trebuie luată ca bază. Să vedem cum se schimbă o astfel de caracteristică importantă ca densitatea. Ea scade ușor și foarte repede. Deja la o altitudine de 14 km densitatea atmosferei este de aproximativ 8 ori mai mică decât la nivelul mării. Iar la o altitudine de 100 km este doar o milionime din densitatea la nivelul mării. Acest lucru este deja, așa cum spun fizicienii care conduc cercetările de laborator, un "vid înalt". Și chiar mai mult, vidul devine atât de mare încât nici o pompă de împământare mai bună nu o poate reproduce în condiții terestre. De exemplu, un 1 km3 de aer la o altitudine de 170 km cântărește aproximativ 60 de grame, și același volum la nivelul mării - 1 milion 250 mii tone! În cazul în care aerul la nivelul mării molecula nu poate rula și câteva milionimi de un centimetru, să nu se ciocnesc cu o altă moleculă, calea liberă la înălțimea de 100 km pana la 1 m și o înălțime de 300 km - 10 km! Și, după cum este dificil să ne imaginăm un astfel de aer rarefiat joaca un rol foarte important în viața noastră de zi cu zi - ca un „cort“, care protejează împotriva radiațiilor mortale, rolul marelui laborator în cazul în care natura însăși desfășoară un experiment interesant, rolul mediului, ceea ce este foarte important pentru radio, zboruri de mare altitudine, lansarea de rachete și sateliți artificiali ai Pământului.
O altă proprietate importantă a atmosferei este temperatura. Unul dintre sistemele general acceptate pentru clasificarea cojilor atmosferici, sferele din jurul Pământului, se bazează tocmai pe distribuția temperaturii. Primul și cel mai de jos cochilie, numit troposferă, se întinde de la nivelul mării până la o înălțime de aproximativ 12 km. În viitor, vom omite cuvântul "despre", deoarece limitele dintre "sfere" variază în funcție de sezon, latitudine geografică și multe alte condiții.
Pe măsură ce troposfera urcă, temperatura va scădea până când ajunge la aproximativ -55 ° C. Aceasta este limita superioară a troposferei - punctul de inflexiune pe curba temperaturii - și se numește tropopauza. Orice punct al suprafeței pământului se află în troposferă, vârfurile de munte cele mai înalte ale planetei ating aproape tropopauza. Troposfera conține aproape trei sferturi din toată masa atmosferei și joacă un rol principal în formarea vremii.
Trecând tropopauza, am lovit stratosfera. Aici, temperatura crește monotonic la Stratopause la o altitudine de 50-60 km. La această altitudine, va ajunge la aproximativ 10-20 ° C. În stratosfera există vânturi puternice, viteza cărora poate ajunge la câteva sute de kilometri pe oră. Aici se formează și se conține ozon în cantități mari - un gaz instabil al cărui molecule constau din trei atomi de oxigen (O3). Acest gaz absoarbe cea mai mare parte a razelor ultraviolete ale soarelui, lăsându-le într-o cantitate sigură pentru noi - la fel de mult cum aveți nevoie pentru un bronz frumos! Absorbția de energie a radiațiilor ultraviolete și oferă înaltă comparație cu temperatura troposferice a stratosferei. În stratul următor, mezosfera, care se extinde până la o înălțime de 80 km, temperatura variază foarte mult. În mezopauză, acesta variază de la -75 până la -90 ° C. Aici, în întunericul înconjurător, puteți observa dungi strălucitoare: arde meteorii care zboară cu o viteză extraordinară în atmosferă din spațiul cosmic.
Termosfera începe deasupra mezopauzei. Principala sa caracteristică este creșterea temperaturii particulelor neutre cu altitudine, iar temperatura neschimbată este izotermă. Dar aici însăși conceptul de temperatură nu mai corespunde conceptului nostru de zi cu zi al acestuia. La urma urmei, în condiții obișnuite, lângă suprafața pământului, măsuram temperatura ca grad de căldură corporală. Și care este temperatura în ceea ce privește fizica strictă? Aceasta este o măsură a energiei acelor particule de molecule, din care constă orice corp (sau gaz). Cu cât particulele se mișcă mai repede, cu atât temperatura lor este mai mare. În coliziuni cu alte particule, particulele noastre schimbă energia cu ele: pe de o parte, le dă energia celor care se mișcă mai încet, iar pe de altă parte, o primesc de la cei care se mișcă mai repede. Ca rezultat, dacă există multe particule, ele nu pot obține prea multă energie.
Dar în termosferă, particulele de gaz pot călători pe distanțe lungi fără a se ciocni cu alte particule, în același timp dobândesc o energie foarte mare, iar temperatura așa-numită kinetică poate ajunge la sute de grade. Dacă, după ce am părăsit racheta imaginară, suntem în termosferă, atunci din cauza diluării foarte mari a gazului înconjurător, nu am fi putut să-i simțim căldura și nici să simțim prezența ei. Dacă nu era pentru Pământ, o parte a corpului nostru, aprinsă de lumina puternică a soarelui, se simțea căldura insuportabilă, iar cealaltă, scufundată în întuneric total, este rece rece. În termosferă s-au găsit curenți de aer de uragan, cu viteze tipice de aproximativ 360 km / h, dar au fost simțiți imediat, din nou, din cauza densității extrem de scăzute a gazelor, nu am fi putut. Acestea sunt detectate cu ajutorul instrumentelor sensibile și a metodelor complexe, care vor fi discutate în continuare.
Deasupra termosferei, de la altitudini de 600-800 km, se află așa-numita exosferă. Aceasta este o zonă a materiei extrem de rarefiate, viteze mari ale particulelor de gaze și, în consecință, temperaturi ridicate. Constă în principal din heliu, hidrogen și gaze ușoare. Din această regiune, particulele de gaze, obținând o viteză cosmică de peste 11,2 km / s și depășind forța gravitației, sunt duși în spațiul lumii pentru a începe călătoria lor infinită prin spațiu.
Astfel, după investigarea profilului de temperatură verticală, am stabilit cinci "sfere": tropos-, strato-, mezo-, termo- și exosphere.
Dar este posibil să împărțiți plicul de gaz al Pământului în "sfere" într-un alt mod. De exemplu, până la o altitudine de aproximativ 100 km, aerul este bine amestecat - practic omogen, iar întreaga zonă este numită omosferă (omogenă - omogenă). Dar, deasupra acestui nivel, se încheie "prietenia" dintre diferitele gaze atmosferice, toată lumea se mișcă de la sine, gazele ușoare se grăbesc repede, iar cele grele rămân în urmă. Și tot ceea ce depășește 100 km este deja numit o heterosphere (din grecul "hetero", care corespunde rușilor "diferiți"). Apropo, chiar nivelul de 100 km, în care se observă mișcări rapide, haotice sau, cu alte cuvinte, turbulente, se numește adesea o turbopauză. Stratul de ozon, de exemplu, care se formează în stratosferă, poate fi numit ozonosferă. Stratul atmosferei, unde viteza vântului este mare și se ridică la zeci de metri pe secundă, unii cercetători numesc dinasphere (din cuvântul "dinamică"). Există alte domenii.
Și, în sfârșit, ajungem la coaja care ne-a interesat încă de la început, până la ionosferă. Pornind de la o înălțime de 50-60 km deasupra suprafeței Pământului și a mai multor raze ale Pământului, această parte a capacului de aer al planetei noastre se extinde, numită ionosfera - sfera ionilor.
Kazimirovsky E. S.