Ατμόσφαιρα. Δομή και σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης

Σελίδα 6 από 10

Ο ρόλος του Αζώτου στην ατμόσφαιρα της Γης.

Αζωτο- το κύριο στοιχείο της ατμόσφαιρας της Γης. Ο κύριος ρόλος του είναι να ρυθμίζει το ρυθμό οξείδωσης αραιώνοντας το οξυγόνο. Έτσι, το άζωτο επηρεάζει την ταχύτητα και την ένταση των βιολογικών διεργασιών.

Υπάρχουν δύο αλληλένδετοι τρόποι εξαγωγής αζώτου από την ατμόσφαιρα της Γης:

• 1) ανόργανο,
• 2) βιοχημική.

Εικόνα 1. Γεωχημικός κύκλος αζώτου (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Ανόργανη εξαγωγή αζώτου από την ατμόσφαιρα της Γης.

Στην ατμόσφαιρα της Γης, υπό την επίδραση ηλεκτρικών εκκενώσεων (κατά τη διάρκεια καταιγίδας) ή κατά τη διαδικασία φωτοχημικών αντιδράσεων (ηλιακή ακτινοβολία), οι ενώσεις του αζώτου (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3, κ.λπ.) είναι σχηματίστηκε. Αυτές οι ενώσεις, που διαλύονται στο νερό της βροχής, πέφτουν στο έδαφος μαζί με τις κατακρημνίσεις, καταλήγοντας στο έδαφος και το νερό των ωκεανών.

Βιολογική δέσμευση αζώτου

Η βιολογική δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου πραγματοποιείται:

• — στο έδαφος — από βακτήρια οζιδίων σε συμβίωση με ανώτερα φυτά,
• - στο νερό - μικροοργανισμοί πλαγκτόν και φύκια.

Η ποσότητα του βιολογικά δεσμευμένου αζώτου είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή του ανόργανου σταθερού αζώτου.

Πώς επιστρέφει το άζωτο στην ατμόσφαιρα της Γης;

Τα υπολείμματα των ζωντανών οργανισμών αποσυντίθενται ως αποτέλεσμα της δράσης πολλών μικροοργανισμών. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το άζωτο, το οποίο είναι μέρος των πρωτεϊνών των οργανισμών, υφίσταται έναν αριθμό μετασχηματισμών:

• — κατά την αποσύνθεση των πρωτεϊνών, σχηματίζεται αμμωνία και τα παράγωγά της, τα οποία στη συνέχεια εισέρχονται στον αέρα και το νερό των ωκεανών,
• — στη συνέχεια, η αμμωνία και άλλες οργανικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο, υπό την επίδραση των βακτηρίων Nitrosomonas και των νιτροβακτηρίων, σχηματίζουν διάφορα οξείδια του αζώτου (N 2 O, NO, N 2 O 3 και N 2 O 5). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αζωτοποίηση,
• - Το νιτρικό οξύ αντιδρά με μέταλλα για να σχηματίσει άλατα. Αυτά τα άλατα επηρεάζονται από τα απονιτροποιητικά βακτήρια,
• - σε εξέλιξη απονιτροποίησηΤο στοιχειακό άζωτο σχηματίζεται και επιστρέφει πίσω στην ατμόσφαιρα (ένα παράδειγμα είναι υπόγειοι πίδακες αερίου που αποτελούνται από καθαρό N 2).

Πού βρίσκεται το άζωτο;

Το άζωτο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης κατά τις ηφαιστειακές εκρήξεις με τη μορφή αμμωνίας. Μόλις βρεθεί στην ανώτερη ατμόσφαιρα, η αμμωνία (NH 3) οξειδώνεται και απελευθερώνει άζωτο (N 2).

Το άζωτο είναι επίσης θαμμένο σε ιζηματογενή πετρώματα και βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες σε ασφαλτούχα ιζήματα. Ωστόσο, αυτό το άζωτο εισέρχεται επίσης στην ατμόσφαιρα μέσω της περιφερειακής μεταμόρφωσης αυτών των πετρωμάτων.

• Έτσι, η κύρια μορφή παρουσίας αζώτου στην επιφάνεια του πλανήτη μας είναι το μοριακό άζωτο (N 2) στην ατμόσφαιρα της Γης.

Αυτό ήταν το άρθρο" Το άζωτο στην ατμόσφαιρα της Γης είναι 78%. ". Διαβάστε περαιτέρω: « Το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα της Γης είναι 21%.«

Άρθρα με θέμα «Η ατμόσφαιρα της Γης»:

• Η επίδραση της ατμόσφαιρας της Γης στο ανθρώπινο σώμα με την αύξηση του υψομέτρου.
• Ύψος και όρια της ατμόσφαιρας της Γης.

Η δομή και η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης, πρέπει να πούμε, δεν ήταν πάντα σταθερές αξίες σε μια ή την άλλη περίοδο της ανάπτυξης του πλανήτη μας. Σήμερα, η κατακόρυφη δομή αυτού του στοιχείου, η οποία έχει συνολικό "πάχος" 1,5-2,0 χιλιομέτρων, αντιπροσωπεύεται από πολλά κύρια στρώματα, όπως:

1. Τροποσφαίρα.
2. Τροπόπαυση.
3. Στρατόσφαιρα.
4. Στρατόπαυση.
5. Μεσόσφαιρα και μεσόπαυση.
6. Θερμόσφαιρα.
7. Εξώσφαιρα.

Βασικά στοιχεία της ατμόσφαιρας

Η τροπόσφαιρα είναι ένα στρώμα στο οποίο παρατηρούνται έντονες κάθετες και οριζόντιες κινήσεις· εδώ σχηματίζονται οι καιρικές συνθήκες, τα ιζηματογενή φαινόμενα και οι κλιματικές συνθήκες. Εκτείνεται 7-8 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του πλανήτη σχεδόν παντού, με εξαίρεση τις πολικές περιοχές (έως 15 χλμ. εκεί). Στην τροπόσφαιρα, παρατηρείται σταδιακή μείωση της θερμοκρασίας, περίπου κατά 6,4 ° C με κάθε χιλιόμετρο υψομέτρου. Αυτός ο δείκτης μπορεί να διαφέρει για διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη και εποχές.

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης σε αυτό το τμήμα αντιπροσωπεύεται από τα ακόλουθα στοιχεία και τα ποσοστά τους:

Άζωτο - περίπου 78 τοις εκατό.

Οξυγόνο - σχεδόν 21 τοις εκατό.

Αργό - περίπου ένα τοις εκατό.

Διοξείδιο του άνθρακα - λιγότερο από 0,05%.

Ενιαία σύνθεση μέχρι υψόμετρο 90 χιλιομέτρων

Επιπλέον, εδώ μπορείτε να βρείτε σκόνη, σταγονίδια νερού, υδρατμούς, προϊόντα καύσης, παγοκρυστάλλους, θαλασσινά άλατα, πολλά σωματίδια αερολύματος κ.λπ. Αυτή η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης παρατηρείται μέχρι περίπου ενενήντα χιλιόμετρα σε υψόμετρο. περίπου το ίδιο σε χημική σύνθεση, όχι μόνο στην τροπόσφαιρα, αλλά και στα υπερκείμενα στρώματα. Αλλά εκεί η ατμόσφαιρα έχει θεμελιωδώς διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Το στρώμα που έχει γενική χημική σύσταση ονομάζεται ομόσφαιρα.

Ποια άλλα στοιχεία συνθέτουν την ατμόσφαιρα της Γης; Σε ποσοστό (κατ' όγκο, σε ξηρό αέρα) αέρια όπως κρυπτόν (περίπου 1,14 x 10 -4), ξένο (8,7 x 10 -7), υδρογόνο (5,0 x 10 -5), μεθάνιο (περίπου 1,7 x 10 -5) αναπαριστώνται εδώ 4), οξείδιο του αζώτου (5,0 x 10 -5) κ.λπ. Ως ποσοστό κατά μάζα, τα περισσότερα από τα αναφερόμενα συστατικά είναι το υποξείδιο του αζώτου και το υδρογόνο και ακολουθούν το ήλιο, το κρυπτό κ.λπ.

Φυσικές ιδιότητες διαφορετικών ατμοσφαιρικών στρωμάτων

Οι φυσικές ιδιότητες της τροπόσφαιρας συνδέονται στενά με την εγγύτητά της στην επιφάνεια του πλανήτη. Από εδώ, η ανακλώμενη ηλιακή θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρων ακτίνων κατευθύνεται πίσω προς τα πάνω, περιλαμβάνοντας τις διαδικασίες αγωγής και μεταφοράς. Γι' αυτό η θερμοκρασία πέφτει με την απόσταση από την επιφάνεια της γης. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται μέχρι το ύψος της στρατόσφαιρας (11-17 χιλιόμετρα), στη συνέχεια η θερμοκρασία παραμένει σχεδόν αμετάβλητη στα 34-35 χιλιόμετρα και στη συνέχεια η θερμοκρασία ανεβαίνει ξανά σε υψόμετρα 50 χιλιομέτρων (το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας) . Μεταξύ της στρατόσφαιρας και της τροπόσφαιρας υπάρχει ένα λεπτό ενδιάμεσο στρώμα της τροπόπαυσης (μέχρι 1-2 km), όπου παρατηρούνται σταθερές θερμοκρασίες πάνω από τον ισημερινό - περίπου μείον 70 ° C και κάτω. Πάνω από τους πόλους, η τροπόπαυση «θερμαίνεται» το καλοκαίρι στους μείον 45°C· το χειμώνα, οι θερμοκρασίες εδώ κυμαίνονται γύρω στους -65°C.

Η σύνθεση αερίου της ατμόσφαιρας της Γης περιλαμβάνει ένα τόσο σημαντικό στοιχείο όπως το όζον. Υπάρχει σχετικά λίγο από αυτό στην επιφάνεια (δέκα έως την μείον έκτη δύναμη του ενός τοις εκατό), καθώς το αέριο σχηματίζεται υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός από το ατομικό οξυγόνο στα ανώτερα μέρη της ατμόσφαιρας. Ειδικότερα, το μεγαλύτερο μέρος του όζοντος βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 25 km και ολόκληρη η «οθόνη του όζοντος» βρίσκεται σε περιοχές από 7-8 km στους πόλους, από 18 km στον ισημερινό και έως και πενήντα χιλιόμετρα συνολικά πάνω από επιφάνεια του πλανήτη.

Η ατμόσφαιρα προστατεύει από την ηλιακή ακτινοβολία

Η σύνθεση του αέρα στην ατμόσφαιρα της Γης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ζωής, καθώς μεμονωμένα χημικά στοιχεία και συνθέσεις περιορίζουν με επιτυχία την πρόσβαση της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης και στους ανθρώπους, τα ζώα και τα φυτά που ζουν σε αυτήν. Για παράδειγμα, τα μόρια υδρατμών απορροφούν αποτελεσματικά σχεδόν όλες τις περιοχές της υπέρυθρης ακτινοβολίας, με εξαίρεση τα μήκη στην περιοχή από 8 έως 13 μικρά. Το όζον απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία έως και ένα μήκος κύματος 3100 A. Χωρίς το λεπτό στρώμα του (μόνο 3 mm κατά μέσο όρο εάν τοποθετηθεί στην επιφάνεια του πλανήτη), μόνο νερό σε βάθος μεγαλύτερο από 10 μέτρα και υπόγειες σπηλιές όπου η ηλιακή ακτινοβολία δεν μπορεί να κατοικηθεί..

Μηδέν Κελσίου στη στρατόπαυση

Ανάμεσα στα επόμενα δύο επίπεδα της ατμόσφαιρας, τη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα, υπάρχει ένα αξιοσημείωτο στρώμα - η στρατόπαυση. Αντιστοιχεί περίπου στο μέγιστο ύψος του όζοντος και η θερμοκρασία εδώ είναι σχετικά άνετη για τον άνθρωπο - περίπου 0°C. Πάνω από τη στρατόπαυση, στη μεσόσφαιρα (αρχίζει κάπου σε υψόμετρο 50 km και τελειώνει σε υψόμετρο 80-90 km), παρατηρείται και πάλι πτώση της θερμοκρασίας με την αύξηση της απόστασης από την επιφάνεια της Γης (στους μείον 70-80 ° C ). Οι μετεωρίτες συνήθως καίγονται εντελώς στη μεσόσφαιρα.

Στη θερμόσφαιρα - συν 2000 K!

Η χημική σύσταση της ατμόσφαιρας της Γης στη θερμόσφαιρα (αρχίζει μετά τη Μεσόπαυση από υψόμετρα περίπου 85-90 έως 800 km) καθορίζει την πιθανότητα ενός τέτοιου φαινομένου όπως η σταδιακή θέρμανση στρωμάτων πολύ σπάνιου «αέρα» υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας . Σε αυτό το τμήμα της «κουβέρτας αέρα» του πλανήτη, οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από 200 έως 2000 Κ, οι οποίες λαμβάνονται λόγω του ιονισμού του οξυγόνου (το ατομικό οξυγόνο βρίσκεται πάνω από 300 km), καθώς και του ανασυνδυασμού των ατόμων οξυγόνου σε μόρια , που συνοδεύεται από απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας. Η θερμόσφαιρα είναι όπου εμφανίζονται τα σέλας.

Πάνω από τη θερμόσφαιρα βρίσκεται η εξώσφαιρα - το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας, από το οποίο τα ελαφρά και ταχέως κινούμενα άτομα υδρογόνου μπορούν να διαφύγουν στο διάστημα. Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης εδώ αντιπροσωπεύεται κυρίως από μεμονωμένα άτομα οξυγόνου στα κατώτερα στρώματα, άτομα ηλίου στα μεσαία στρώματα και σχεδόν αποκλειστικά άτομα υδρογόνου στα ανώτερα στρώματα. Εδώ επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες - περίπου 3000 K και δεν υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση.

Πώς σχηματίστηκε η ατμόσφαιρα της γης;

Όμως, όπως προαναφέρθηκε, ο πλανήτης δεν είχε πάντα μια τέτοια ατμοσφαιρική σύνθεση. Συνολικά, υπάρχουν τρεις έννοιες για την προέλευση αυτού του στοιχείου. Η πρώτη υπόθεση υποδηλώνει ότι η ατμόσφαιρα ελήφθη μέσω της διαδικασίας προσαύξησης από ένα πρωτοπλανητικό νέφος. Ωστόσο, σήμερα αυτή η θεωρία υπόκειται σε σημαντική κριτική, καθώς μια τέτοια πρωταρχική ατμόσφαιρα θα έπρεπε να είχε καταστραφεί από τον ηλιακό «άνεμο» από ένα αστέρι στο πλανητικό μας σύστημα. Επιπλέον, θεωρείται ότι τα πτητικά στοιχεία δεν μπορούσαν να διατηρηθούν στη ζώνη σχηματισμού των επίγειων πλανητών λόγω πολύ υψηλών θερμοκρασιών.

Η σύνθεση της πρωταρχικής ατμόσφαιρας της Γης, όπως προτείνεται από τη δεύτερη υπόθεση, θα μπορούσε να έχει σχηματιστεί λόγω του ενεργού βομβαρδισμού της επιφάνειας από αστεροειδείς και κομήτες που έφτασαν από την περιοχή του Ηλιακού συστήματος στα πρώτα στάδια ανάπτυξης. Είναι αρκετά δύσκολο να επιβεβαιωθεί ή να αντικρουστεί αυτή η ιδέα.

Πειραματιστείτε στο IDG RAS

Η πιο εύλογη φαίνεται να είναι η τρίτη υπόθεση, η οποία πιστεύει ότι η ατμόσφαιρα εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης αερίων από τον μανδύα του φλοιού της γης περίπου πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή η ιδέα δοκιμάστηκε στο Ινστιτούτο Γεωγραφίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών κατά τη διάρκεια ενός πειράματος που ονομάζεται "Tsarev 2", όταν ένα δείγμα ουσίας μετεωρικής προέλευσης θερμάνθηκε σε κενό. Στη συνέχεια καταγράφηκε η απελευθέρωση αερίων όπως H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 κ.λπ. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες ορθώς υπέθεσαν ότι η χημική σύνθεση της πρωταρχικής ατμόσφαιρας της Γης περιελάμβανε νερό και διοξείδιο του άνθρακα, υδροφθόριο ( HF), αέριο μονοξείδιο του άνθρακα (CO), υδρόθειο (H 2 S), ενώσεις αζώτου, υδρογόνο, μεθάνιο (CH 4), ατμοί αμμωνίας (NH 3), αργό κ.λπ. Στο σχηματισμό συμμετείχαν υδρατμοί από την πρωτογενή ατμόσφαιρα της υδρόσφαιρας, το διοξείδιο του άνθρακα ήταν σε μεγαλύτερο βαθμό σε δεσμευμένη κατάσταση σε οργανικές ουσίες και πετρώματα, το άζωτο πέρασε στη σύνθεση του σύγχρονου αέρα και επίσης ξανά σε ιζηματογενή πετρώματα και οργανικές ουσίες.

Η σύνθεση της πρωταρχικής ατμόσφαιρας της Γης δεν θα επέτρεπε στους σύγχρονους ανθρώπους να βρίσκονται σε αυτήν χωρίς αναπνευστική συσκευή, αφού τότε δεν υπήρχε οξυγόνο στις απαιτούμενες ποσότητες. Αυτό το στοιχείο εμφανίστηκε σε σημαντικές ποσότητες πριν από ενάμιση δισεκατομμύριο χρόνια, πιστεύεται ότι σχετίζεται με την ανάπτυξη της διαδικασίας φωτοσύνθεσης στα γαλαζοπράσινα και άλλα φύκια, που είναι οι παλαιότεροι κάτοικοι του πλανήτη μας.

Ελάχιστο οξυγόνο

Το γεγονός ότι η σύσταση της ατμόσφαιρας της Γης ήταν αρχικά σχεδόν χωρίς οξυγόνο υποδηλώνεται από το γεγονός ότι ο εύκολα οξειδωμένος, αλλά όχι οξειδωμένος γραφίτης (άνθρακας) βρίσκεται στα παλαιότερα (καταρχαϊκά) πετρώματα. Στη συνέχεια, εμφανίστηκαν τα λεγόμενα λουρωμένα μεταλλεύματα σιδήρου, τα οποία περιελάμβαναν στρώματα εμπλουτισμένων οξειδίων σιδήρου, που σημαίνει την εμφάνιση στον πλανήτη μιας ισχυρής πηγής οξυγόνου σε μοριακή μορφή. Αλλά αυτά τα στοιχεία βρίσκονταν μόνο περιοδικά (ίσως τα ίδια φύκια ή άλλοι παραγωγοί οξυγόνου εμφανίζονταν σε μικρά νησιά σε μια ανοξική έρημο), ενώ ο υπόλοιπος κόσμος ήταν αναερόβιος. Το τελευταίο ενισχύεται από το γεγονός ότι ο εύκολα οξειδωμένος πυρίτης βρέθηκε σε μορφή βότσαλων επεξεργασμένων με ροή χωρίς ίχνη χημικών αντιδράσεων. Δεδομένου ότι τα νερά που ρέουν δεν μπορούν να αεριστούν ανεπαρκώς, έχει αναπτυχθεί η άποψη ότι η ατμόσφαιρα πριν από την Κάμβρια περιείχε λιγότερο από το ένα τοις εκατό της σημερινής σύνθεσης οξυγόνου.

Επαναστατική αλλαγή στη σύνθεση του αέρα

Περίπου στα μέσα του Πρωτοζωικού (πριν από 1,8 δισεκατομμύρια χρόνια), συνέβη μια «επανάσταση οξυγόνου» όταν ο κόσμος μεταπήδησε στην αερόβια αναπνοή, κατά την οποία μπορούν να ληφθούν 38 από ένα μόριο μιας θρεπτικής ουσίας (γλυκόζη) και όχι από δύο (όπως συμβαίνει με αναερόβια αναπνοή) μονάδες ενέργειας. Η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης, από άποψη οξυγόνου, άρχισε να ξεπερνά το ένα τοις εκατό από ό,τι είναι σήμερα και άρχισε να εμφανίζεται ένα στρώμα όζοντος που προστατεύει τους οργανισμούς από την ακτινοβολία. Ήταν από αυτήν που, για παράδειγμα, τέτοια αρχαία ζώα όπως οι τριλοβίτες «έκρυψαν» κάτω από παχιά κοχύλια. Από τότε μέχρι την εποχή μας, η περιεκτικότητα του κύριου «αναπνευστικού» στοιχείου αυξήθηκε σταδιακά και σιγά-σιγά, διασφαλίζοντας την ποικιλομορφία ανάπτυξης μορφών ζωής στον πλανήτη.

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο κέλυφος του πλανήτη μας, το οποίο περιστρέφεται μαζί με τη Γη. Το αέριο στην ατμόσφαιρα ονομάζεται αέρας. Η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε επαφή με την υδρόσφαιρα και καλύπτει εν μέρει τη λιθόσφαιρα. Αλλά τα ανώτερα όρια είναι δύσκολο να προσδιοριστούν. Είναι συμβατικά αποδεκτό ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται προς τα πάνω για περίπου τρεις χιλιάδες χιλιόμετρα. Εκεί ρέει ομαλά στον χωρίς αέρα χώρο.

Χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης

Ο σχηματισμός της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας ξεκίνησε πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια. Αρχικά, η ατμόσφαιρα αποτελούνταν μόνο από ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι αρχικές προϋποθέσεις για τη δημιουργία ενός κελύφους αερίου γύρω από τη Γη ήταν οι ηφαιστειακές εκρήξεις, οι οποίες μαζί με τη λάβα εξέπεμπαν τεράστιες ποσότητες αερίων. Στη συνέχεια, άρχισε η ανταλλαγή αερίων με υδάτινους χώρους, με ζωντανούς οργανισμούς και με τα προϊόντα των δραστηριοτήτων τους. Η σύνθεση του αέρα σταδιακά άλλαξε και σταθεροποιήθηκε στη σύγχρονη μορφή του πριν από αρκετά εκατομμύρια χρόνια.

Τα κύρια συστατικά της ατμόσφαιρας είναι το άζωτο (περίπου 79%) και το οξυγόνο (20%). Το υπόλοιπο ποσοστό (1%) αποτελείται από τα ακόλουθα αέρια: αργό, νέο, ήλιο, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, κρυπτόν, ξένο, όζον, αμμωνία, θείο και διοξείδια του αζώτου, οξείδιο του αζώτου και μονοξείδιο του άνθρακα, τα οποία περιλαμβάνονται σε αυτό το ένα τοις εκατό.

Επιπλέον, ο αέρας περιέχει υδρατμούς και σωματίδια (γύρη, σκόνη, κρύσταλλοι αλατιού, ακαθαρσίες αεροζόλ).

Πρόσφατα, οι επιστήμονες παρατήρησαν όχι μια ποιοτική, αλλά μια ποσοτική αλλαγή σε ορισμένα συστατικά του αέρα. Και ο λόγος για αυτό είναι ο άνθρωπος και οι δραστηριότητές του. Μόνο τα τελευταία 100 χρόνια, τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα έχουν αυξηθεί σημαντικά! Αυτό είναι γεμάτο με πολλά προβλήματα, το πιο παγκόσμιο από τα οποία είναι η κλιματική αλλαγή.

Διαμόρφωση καιρού και κλίματος

Η ατμόσφαιρα παίζει κρίσιμο ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος και του καιρού στη Γη. Πολλά εξαρτώνται από την ποσότητα του ηλιακού φωτός, τη φύση της υποκείμενης επιφάνειας και την ατμοσφαιρική κυκλοφορία.

Ας δούμε τους παράγοντες με τη σειρά.

1. Η ατμόσφαιρα μεταδίδει τη θερμότητα των ακτίνων του ήλιου και απορροφά την επιβλαβή ακτινοβολία. Οι αρχαίοι Έλληνες γνώριζαν ότι οι ακτίνες του Ήλιου πέφτουν σε διαφορετικά μέρη της Γης με διαφορετικές γωνίες. Η ίδια η λέξη «κλίμα» μεταφρασμένη από τα αρχαία ελληνικά σημαίνει «κλίση». Έτσι, στον ισημερινό, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν σχεδόν κάθετα, γι' αυτό και εδώ κάνει πολύ ζέστη. Όσο πιο κοντά στους πόλους, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία κλίσης. Και η θερμοκρασία πέφτει.

2. Λόγω της ανομοιόμορφης θέρμανσης της Γης, σχηματίζονται ρεύματα αέρα στην ατμόσφαιρα. Ταξινομούνται ανάλογα με τα μεγέθη τους. Οι μικρότεροι (δεκάδες και εκατοντάδες μέτρα) είναι τοπικοί άνεμοι. Ακολουθούν μουσώνες και εμπορικοί άνεμοι, κυκλώνες και αντικυκλώνες και πλανητικές μετωπικές ζώνες.

Όλες αυτές οι αέριες μάζες κινούνται συνεχώς. Μερικά από αυτά είναι αρκετά στατικά. Για παράδειγμα, εμπορεύονται άνεμοι που φυσούν από τις υποτροπικές περιοχές προς τον ισημερινό. Η κίνηση των άλλων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ατμοσφαιρική πίεση.

3. Η ατμοσφαιρική πίεση είναι ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τη διαμόρφωση του κλίματος. Αυτή είναι η πίεση του αέρα στην επιφάνεια της γης. Όπως είναι γνωστό, οι αέριες μάζες μετακινούνται από μια περιοχή με υψηλή ατμοσφαιρική πίεση προς μια περιοχή όπου αυτή η πίεση είναι χαμηλότερη.

Κατανέμονται συνολικά 7 ζώνες. Ο ισημερινός είναι μια ζώνη χαμηλής πίεσης. Περαιτέρω, και στις δύο πλευρές του ισημερινού μέχρι τα γεωγραφικά πλάτη του τριάντα υπάρχει μια περιοχή υψηλής πίεσης. Από 30° έως 60° - πάλι χαμηλή πίεση. Και από τις 60° έως τους πόλους είναι μια ζώνη υψηλής πίεσης. Μεταξύ αυτών των ζωνών κυκλοφορούν αέριες μάζες. Αυτά που έρχονται από τη θάλασσα στη στεριά φέρνουν βροχή και κακοκαιρία, και αυτά που φυσούν από τις ηπείρους φέρνουν καθαρό και ξηρό καιρό. Σε μέρη όπου συγκρούονται ρεύματα αέρα, σχηματίζονται ατμοσφαιρικές μέτωπες ζώνες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από βροχόπτωση και κακό, θυελλώδη καιρό.

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι ακόμη και η ευημερία ενός ατόμου εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση. Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα, η κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 760 mm Hg. στήλη σε θερμοκρασία 0°C. Αυτός ο δείκτης υπολογίζεται για εκείνες τις περιοχές γης που βρίσκονται σχεδόν στο επίπεδο της στάθμης της θάλασσας. Με το υψόμετρο η πίεση μειώνεται. Επομένως, για παράδειγμα, για την Αγία Πετρούπολη 760 mm Hg. - αυτός είναι ο κανόνας. Αλλά για τη Μόσχα, η οποία βρίσκεται υψηλότερα, η κανονική πίεση είναι 748 mm Hg.

Η πίεση αλλάζει όχι μόνο κατακόρυφα, αλλά και οριζόντια. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα αισθητό κατά το πέρασμα των κυκλώνων.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα θυμίζει layer cake. Και κάθε στρώμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά.

. Τροποσφαίρα- το στρώμα που βρίσκεται πιο κοντά στη Γη. Το «πάχος» αυτού του στρώματος αλλάζει με την απόσταση από τον ισημερινό. Πάνω από τον ισημερινό, το στρώμα εκτείνεται προς τα πάνω κατά 16-18 km, στις εύκρατες ζώνες κατά 10-12 km, στους πόλους κατά 8-10 km.

Εδώ περιέχεται το 80% της συνολικής μάζας αέρα και το 90% των υδρατμών. Εδώ σχηματίζονται σύννεφα, δημιουργούνται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία του αέρα εξαρτάται από το υψόμετρο της περιοχής. Κατά μέσο όρο, μειώνεται κατά 0,65°C για κάθε 100 μέτρα.

. Τροπόπαυση- μεταβατικό στρώμα της ατμόσφαιρας. Το ύψος του κυμαίνεται από αρκετές εκατοντάδες μέτρα έως 1-2 χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία του αέρα το καλοκαίρι είναι υψηλότερη από το χειμώνα. Για παράδειγμα, πάνω από τους πόλους το χειμώνα είναι -65° C. Και πάνω από τον ισημερινό είναι -70° C οποιαδήποτε εποχή του χρόνου.

. Στρατόσφαιρα- αυτό είναι ένα στρώμα του οποίου το ανώτερο όριο βρίσκεται σε υψόμετρο 50-55 χιλιομέτρων. Οι αναταράξεις εδώ είναι χαμηλές, η περιεκτικότητα σε υδρατμούς στον αέρα είναι αμελητέα. Αλλά υπάρχει πολύ όζον. Η μέγιστη συγκέντρωσή του βρίσκεται σε υψόμετρο 20-25 km. Στη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία του αέρα αρχίζει να αυξάνεται και φτάνει τους +0,8° C. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το στρώμα του όζοντος αλληλεπιδρά με την υπεριώδη ακτινοβολία.

. Στρατόπαυση- ένα χαμηλό ενδιάμεσο στρώμα μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας που την ακολουθεί.

. Μεσόσφαιρα- το ανώτερο όριο αυτού του στρώματος είναι 80-85 χιλιόμετρα. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες συμβαίνουν εδώ. Είναι αυτοί που παρέχουν αυτή την απαλή μπλε λάμψη του πλανήτη μας, που φαίνεται από το διάστημα.

Οι περισσότεροι κομήτες και μετεωρίτες καίγονται στη μεσόσφαιρα.

. Μεσόπαυση- το επόμενο ενδιάμεσο στρώμα, η θερμοκρασία του αέρα στο οποίο είναι τουλάχιστον -90°.

. Θερμόσφαιρα- το κάτω όριο αρχίζει σε υψόμετρο 80 - 90 km, και το ανώτερο όριο του στρώματος εκτείνεται περίπου στα 800 km. Η θερμοκρασία του αέρα ανεβαίνει. Μπορεί να ποικίλλει από +500° C έως +1000° C. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ανέρχονται σε εκατοντάδες βαθμούς! Αλλά ο αέρας εδώ είναι τόσο σπάνιος που η κατανόηση του όρου «θερμοκρασία» όπως φανταζόμαστε δεν είναι κατάλληλη εδώ.

. Ιονόσφαιρα- συνδυάζει τη μεσόσφαιρα, τη μεσόπαυση και τη θερμόσφαιρα. Ο αέρας εδώ αποτελείται κυρίως από μόρια οξυγόνου και αζώτου, καθώς και από σχεδόν ουδέτερο πλάσμα. Οι ακτίνες του ήλιου που εισέρχονται στην ιονόσφαιρα ιονίζουν έντονα τα μόρια του αέρα. Στο κατώτερο στρώμα (έως 90 km) ο βαθμός ιοντισμού είναι χαμηλός. Όσο υψηλότερος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ιονισμός. Άρα, σε υψόμετρο 100-110 km συγκεντρώνονται ηλεκτρόνια. Αυτό βοηθά στην αντανάκλαση βραχέων και μεσαίων ραδιοκυμάτων.

Το σημαντικότερο στρώμα της ιονόσφαιρας είναι το ανώτερο, το οποίο βρίσκεται σε υψόμετρο 150-400 km. Η ιδιαιτερότητά του είναι ότι αντανακλά ραδιοκύματα και αυτό διευκολύνει τη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων σε σημαντικές αποστάσεις.

Είναι στην ιονόσφαιρα που εμφανίζεται ένα τέτοιο φαινόμενο όπως το σέλας.

. Εξώσφαιρα- αποτελείται από άτομα οξυγόνου, ηλίου και υδρογόνου. Το αέριο σε αυτό το στρώμα είναι πολύ σπάνιο και τα άτομα υδρογόνου συχνά διαφεύγουν στο διάστημα. Επομένως, αυτό το στρώμα ονομάζεται «ζώνη διασποράς».

Ο πρώτος επιστήμονας που πρότεινε ότι η ατμόσφαιρά μας έχει βάρος ήταν ο Ιταλός E. Torricelli. Ο Ostap Bender, για παράδειγμα, στο μυθιστόρημά του «The Golden Calf» θρηνούσε ότι κάθε άτομο πιέζεται από μια στήλη αέρα βάρους 14 κιλών! Όμως ο μεγάλος μηχανικός έκανε λίγο λάθος. Ένας ενήλικας βιώνει πίεση 13-15 τόνων! Αλλά δεν νιώθουμε αυτό το βάρος, γιατί η ατμοσφαιρική πίεση εξισορροπείται από την εσωτερική πίεση ενός ατόμου. Το βάρος της ατμόσφαιράς μας είναι 5.300.000.000.000.000 τόνοι. Ο αριθμός είναι κολοσσιαία, αν και είναι μόνο το ένα εκατομμυριοστό του βάρους του πλανήτη μας.

Ατμόσφαιρα(από την ελληνική ατμόσφαιρα - ατμός και σφάρια - μπάλα) - το κέλυφος αέρα της Γης, που περιστρέφεται μαζί του. Η ανάπτυξη της ατμόσφαιρας συνδέθηκε στενά με τις γεωλογικές και γεωχημικές διεργασίες που συμβαίνουν στον πλανήτη μας, καθώς και με τις δραστηριότητες των ζωντανών οργανισμών.

Το κατώτερο όριο της ατμόσφαιρας συμπίπτει με την επιφάνεια της Γης, αφού ο αέρας διεισδύει στους μικρότερους πόρους του εδάφους και διαλύεται ακόμη και στο νερό.

Το ανώτερο όριο σε υψόμετρο 2000-3000 km περνά σταδιακά στο διάστημα.

Χάρη στην ατμόσφαιρα, η οποία περιέχει οξυγόνο, είναι δυνατή η ζωή στη Γη. Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο χρησιμοποιείται στη διαδικασία αναπνοής των ανθρώπων, των ζώων και των φυτών.

Αν δεν υπήρχε ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν τόσο ήσυχη όσο η Σελήνη. Άλλωστε, ο ήχος είναι η δόνηση των σωματιδίων του αέρα. Το μπλε χρώμα του ουρανού εξηγείται από το γεγονός ότι οι ακτίνες του ήλιου, που περνούν από την ατμόσφαιρα, όπως μέσω ενός φακού, αποσυντίθενται στα συστατικά τους χρώματα. Σε αυτή την περίπτωση, οι ακτίνες των μπλε και μπλε χρωμάτων διασκορπίζονται περισσότερο.

Η ατμόσφαιρα παγιδεύει το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας του ήλιου, η οποία έχει επιζήμια επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. Διατηρεί επίσης τη θερμότητα κοντά στην επιφάνεια της Γης, εμποδίζοντας τον πλανήτη μας να κρυώσει.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται πολλά στρώματα, που διαφέρουν ως προς την πυκνότητα (Εικ. 1).

Τροποσφαίρα

Τροποσφαίρα- το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, το πάχος του οποίου πάνω από τους πόλους είναι 8-10 km, σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη - 10-12 km και πάνω από τον ισημερινό - 16-18 km.

Ρύζι. 1. Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης

Ο αέρας στην τροπόσφαιρα θερμαίνεται από την επιφάνεια της γης, δηλαδή από τη γη και το νερό. Επομένως, η θερμοκρασία του αέρα σε αυτό το στρώμα μειώνεται με το ύψος κατά μέσο όρο 0,6 °C για κάθε 100 μ. Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας φτάνει τους -55 °C. Ταυτόχρονα, στην περιοχή του ισημερινού στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, η θερμοκρασία του αέρα είναι -70 °C και στην περιοχή του Βόρειου Πόλου -65 °C.

Περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα, βρίσκονται σχεδόν όλοι οι υδρατμοί, εμφανίζονται καταιγίδες, καταιγίδες, σύννεφα και βροχοπτώσεις και εμφανίζεται κάθετη (συναγωγή) και οριζόντια (άνεμος) κίνηση του αέρα.

Μπορούμε να πούμε ότι ο καιρός σχηματίζεται κυρίως στην τροπόσφαιρα.

Στρατόσφαιρα

Στρατόσφαιρα- ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα σε υψόμετρο 8 έως 50 km. Το χρώμα του ουρανού σε αυτό το στρώμα φαίνεται μωβ, γεγονός που εξηγείται από τη λεπτότητα του αέρα, λόγω του οποίου οι ακτίνες του ήλιου σχεδόν δεν διασκορπίζονται.

Η στρατόσφαιρα περιέχει το 20% της μάζας της ατμόσφαιρας. Ο αέρας σε αυτό το στρώμα είναι αραιωμένος, πρακτικά δεν υπάρχουν υδρατμοί και επομένως σχεδόν δεν σχηματίζονται σύννεφα και βροχόπτωση. Ωστόσο, στη στρατόσφαιρα παρατηρούνται σταθερά ρεύματα αέρα, η ταχύτητα των οποίων φτάνει τα 300 km/h.

Αυτό το στρώμα είναι συγκεντρωμένο όζο(οθόνη όζοντος, οζονόσφαιρα), ένα στρώμα που απορροφά τις υπεριώδεις ακτίνες, εμποδίζοντάς τες να φτάσουν στη Γη και έτσι προστατεύοντας τους ζωντανούς οργανισμούς στον πλανήτη μας. Χάρη στο όζον, η θερμοκρασία του αέρα στο ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας κυμαίνεται από -50 έως 4-55 °C.

Μεταξύ της μεσόσφαιρας και της στρατόσφαιρας υπάρχει μια μεταβατική ζώνη - η στρατόπαυση.

Μεσόσφαιρα

Μεσόσφαιρα- ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο 50-80 km. Η πυκνότητα του αέρα εδώ είναι 200 ​​φορές μικρότερη από ό,τι στην επιφάνεια της Γης. Το χρώμα του ουρανού στη μεσόσφαιρα φαίνεται μαύρο και τα αστέρια είναι ορατά κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η θερμοκρασία του αέρα πέφτει στους -75 (-90)°C.

Σε υψόμετρο 80 χλμ. ξεκινά θερμόσφαιρα.Η θερμοκρασία του αέρα σε αυτό το στρώμα αυξάνεται απότομα σε ύψος 250 m και στη συνέχεια γίνεται σταθερή: σε υψόμετρο 150 km φτάνει τους 220-240 ° C. σε υψόμετρο 500-600 km ξεπερνά τους 1500 °C.

Στη μεσόσφαιρα και τη θερμόσφαιρα, υπό την επίδραση των κοσμικών ακτίνων, τα μόρια αερίου αποσυντίθενται σε φορτισμένα (ιονισμένα) σωματίδια ατόμων, έτσι αυτό το τμήμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται ιονόσφαιρα- ένα στρώμα πολύ σπάνιου αέρα, που βρίσκεται σε υψόμετρο 50 έως 1000 km, που αποτελείται κυρίως από ιονισμένα άτομα οξυγόνου, μόρια οξειδίου του αζώτου και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτό το στρώμα χαρακτηρίζεται από υψηλή ηλεκτροδότηση και τα μακρά και μεσαία ραδιοκύματα αντανακλώνται από αυτό, όπως από έναν καθρέφτη.

Στην ιονόσφαιρα, εμφανίζονται σέλας - η λάμψη των σπανίων αερίων υπό την επίδραση ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που πετούν από τον Ήλιο - και παρατηρούνται έντονες διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο.

Εξώσφαιρα

Εξώσφαιρα- το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από 1000 km. Αυτό το στρώμα ονομάζεται επίσης σφαίρα σκέδασης, καθώς τα σωματίδια αερίου κινούνται εδώ με μεγάλη ταχύτητα και μπορούν να διασκορπιστούν στο διάστημα.

Ατμοσφαιρική σύνθεση

Η ατμόσφαιρα είναι ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από άζωτο (78,08%), οξυγόνο (20,95%), διοξείδιο του άνθρακα (0,03%), αργό (0,93%), μικρή ποσότητα ηλίου, νέον, ξένο, κρυπτό (0,01%), όζον και άλλα αέρια, αλλά η περιεκτικότητά τους είναι αμελητέα (Πίνακας 1). Η σύγχρονη σύνθεση του αέρα της Γης καθιερώθηκε πριν από περισσότερα από εκατό εκατομμύρια χρόνια, αλλά η απότομη αυξημένη ανθρώπινη παραγωγική δραστηριότητα παρόλα αυτά οδήγησε στην αλλαγή της. Επί του παρόντος, υπάρχει αύξηση της περιεκτικότητας σε CO 2 κατά περίπου 10-12%.

Τα αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα εκτελούν διάφορους λειτουργικούς ρόλους. Ωστόσο, η κύρια σημασία αυτών των αερίων καθορίζεται κυρίως από το γεγονός ότι απορροφούν πολύ έντονα την ενέργεια ακτινοβολίας και ως εκ τούτου έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο καθεστώς θερμοκρασίας της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας της Γης.

Πίνακας 1. Χημική σύνθεση του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης

	Συγκέντρωση όγκου. %	Μοριακό βάρος, μονάδες
Οξυγόνο
Διοξείδιο του άνθρακα
Οξείδιο του αζώτου
	από 0 έως 0,00001
Διοξείδιο του θείου	από 0 έως 0,000007 το καλοκαίρι. από 0 έως 0,000002 το χειμώνα
	Από 0 έως 0,000002	46,0055/17,03061
Διοξείδιο του Αζόγκ
Μονοξείδιο του άνθρακα

Αζωτο,Το πιο κοινό αέριο στην ατμόσφαιρα, είναι χημικά ανενεργό.

Οξυγόνο, σε αντίθεση με το άζωτο, είναι ένα χημικά πολύ ενεργό στοιχείο. Η ειδική λειτουργία του οξυγόνου είναι η οξείδωση της οργανικής ύλης ετερότροφων οργανισμών, πετρωμάτων και υπο-οξειδωμένων αερίων που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τα ηφαίστεια. Χωρίς οξυγόνο, δεν θα υπήρχε αποσύνθεση της νεκρής οργανικής ύλης.

Ο ρόλος του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι εξαιρετικά μεγάλος. Εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα των διαδικασιών καύσης, της αναπνοής των ζωντανών οργανισμών και της αποσύνθεσης και είναι, πρώτα απ 'όλα, το κύριο δομικό υλικό για τη δημιουργία οργανικής ύλης κατά τη φωτοσύνθεση. Επιπλέον, μεγάλη σημασία έχει η ικανότητα του διοξειδίου του άνθρακα να μεταδίδει την ηλιακή ακτινοβολία βραχέων κυμάτων και να απορροφά μέρος της θερμικής ακτινοβολίας μεγάλου κύματος, η οποία θα δημιουργήσει το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω.

Οι ατμοσφαιρικές διεργασίες, ιδιαίτερα το θερμικό καθεστώς της στρατόσφαιρας, επηρεάζονται επίσης από όζο.Αυτό το αέριο χρησιμεύει ως φυσικός απορροφητής της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο και η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας οδηγεί σε θέρμανση του αέρα. Οι μέσες μηνιαίες τιμές της συνολικής περιεκτικότητας σε όζον στην ατμόσφαιρα ποικίλλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή του έτους στην περιοχή από 0,23-0,52 cm (αυτό είναι το πάχος της στιβάδας του όζοντος σε πίεση εδάφους και θερμοκρασία). Υπάρχει αύξηση της περιεκτικότητας σε όζον από τον ισημερινό στους πόλους και ένας ετήσιος κύκλος με ελάχιστο το φθινόπωρο και μέγιστο την άνοιξη.

Μια χαρακτηριστική ιδιότητα της ατμόσφαιρας είναι ότι η περιεκτικότητα των κύριων αερίων (άζωτο, οξυγόνο, αργό) αλλάζει ελαφρώς με το υψόμετρο: σε υψόμετρο 65 km στην ατμόσφαιρα η περιεκτικότητα σε άζωτο είναι 86%, οξυγόνο - 19, αργό - 0,91 , σε υψόμετρο 95 km - άζωτο 77, οξυγόνο - 21,3, αργό - 0,82%. Η σταθερότητα της σύστασης του ατμοσφαιρικού αέρα κατακόρυφα και οριζόντια διατηρείται με την ανάμειξή του.

Εκτός από αέρια, ο αέρας περιέχει υδρατμούςΚαι στερεά σωματίδια.Το τελευταίο μπορεί να έχει τόσο φυσική όσο και τεχνητή (ανθρωπογόνο) προέλευση. Αυτά είναι η γύρη, οι μικροσκοπικοί κρύσταλλοι αλατιού, η σκόνη του δρόμου και οι ακαθαρσίες αεροζόλ. Όταν οι ακτίνες του ήλιου διαπερνούν το παράθυρο, φαίνονται με γυμνό μάτι.

Υπάρχουν ιδιαίτερα πολλά σωματίδια στον αέρα των πόλεων και των μεγάλων βιομηχανικών κέντρων, όπου οι εκπομπές επιβλαβών αερίων και οι ακαθαρσίες τους που σχηματίζονται κατά την καύση του καυσίμου προστίθενται στα αερολύματα.

Η συγκέντρωση των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα καθορίζει τη διαφάνεια του αέρα, η οποία επηρεάζει την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης. Τα μεγαλύτερα αερολύματα είναι οι πυρήνες συμπύκνωσης (από λατ. συμπύκνωση- συμπύκνωση, πάχυνση) - συμβάλλουν στη μετατροπή των υδρατμών σε σταγονίδια νερού.

Η σημασία των υδρατμών καθορίζεται κυρίως από το γεγονός ότι καθυστερεί τη θερμική ακτινοβολία μεγάλων κυμάτων από την επιφάνεια της γης. αντιπροσωπεύει τον κύριο σύνδεσμο μεγάλων και μικρών κύκλων υγρασίας. αυξάνει τη θερμοκρασία του αέρα κατά τη συμπύκνωση των κρεβατιών νερού.

Η ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα ποικίλλει σε χρόνο και χώρο. Έτσι, η συγκέντρωση των υδρατμών στην επιφάνεια της γης κυμαίνεται από 3% στις τροπικές περιοχές έως 2-10 (15)% στην Ανταρκτική.

Η μέση περιεκτικότητα σε υδρατμούς στην κατακόρυφη στήλη της ατμόσφαιρας σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη είναι περίπου 1,6-1,7 cm (αυτό είναι το πάχος του στρώματος των συμπυκνωμένων υδρατμών). Οι πληροφορίες σχετικά με τους υδρατμούς σε διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας είναι αντιφατικές. Θεωρήθηκε, για παράδειγμα, ότι στην περιοχή υψομέτρου από 20 έως 30 km, η ειδική υγρασία αυξάνεται έντονα με το υψόμετρο. Ωστόσο, οι επόμενες μετρήσεις δείχνουν μεγαλύτερη ξηρότητα της στρατόσφαιρας. Προφανώς, η ειδική υγρασία στη στρατόσφαιρα εξαρτάται ελάχιστα από το υψόμετρο και είναι 2-4 mg/kg.

Η μεταβλητότητα της περιεκτικότητας σε υδρατμούς στην τροπόσφαιρα καθορίζεται από την αλληλεπίδραση των διαδικασιών εξάτμισης, συμπύκνωσης και οριζόντιας μεταφοράς. Ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών, σχηματίζονται σύννεφα και πέφτουν βροχοπτώσεις με τη μορφή βροχής, χαλαζιού και χιονιού.

Οι διαδικασίες των μεταπτώσεων φάσης του νερού συμβαίνουν κυρίως στην τροπόσφαιρα, γι' αυτό και τα σύννεφα στη στρατόσφαιρα (σε υψόμετρα 20-30 km) και στη μεσόσφαιρα (κοντά στη μεσόπαυση), που ονομάζονται μαργαριταρένια και ασημένια, παρατηρούνται σχετικά σπάνια, ενώ τα τροπόσφαιρα συχνά καλύπτουν περίπου το 50% της συνολικής επιφάνειας της γης.επιφάνειες.

Η ποσότητα των υδρατμών που μπορεί να περιέχεται στον αέρα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα.

1 m 3 αέρα σε θερμοκρασία -20 ° C μπορεί να περιέχει όχι περισσότερο από 1 g νερό. σε 0 °C - όχι περισσότερο από 5 g. στους +10 °C - όχι περισσότερο από 9 g. στους +30 °C - όχι περισσότερο από 30 g νερού.

Συμπέρασμα:Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο περισσότερους υδρατμούς μπορεί να περιέχει.

Ο αέρας μπορεί να είναι πλούσιοςΚαι όχι κορεσμέναυδρατμούς. Έτσι, εάν σε θερμοκρασία +30 °C 1 m 3 αέρα περιέχει 15 g υδρατμούς, ο αέρας δεν είναι κορεσμένος με υδρατμούς. εάν 30 g - κορεσμένα.

Απόλυτη υγρασίαείναι η ποσότητα υδρατμών που περιέχεται σε 1 m3 αέρα. Εκφράζεται σε γραμμάρια. Για παράδειγμα, αν λένε "η απόλυτη υγρασία είναι 15", αυτό σημαίνει ότι 1 m L περιέχει 15 g υδρατμούς.

Σχετική υγρασία- αυτός είναι ο λόγος (σε ποσοστό) της πραγματικής περιεκτικότητας σε υδρατμούς σε 1 m 3 αέρα προς την ποσότητα υδρατμών που μπορεί να περιέχεται σε 1 m L σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, εάν το ραδιόφωνο εκπέμπει ένα δελτίο καιρού ότι η σχετική υγρασία είναι 70%, αυτό σημαίνει ότι ο αέρας περιέχει το 70% των υδρατμών που μπορεί να συγκρατήσει σε αυτή τη θερμοκρασία.

Όσο μεγαλύτερη είναι η σχετική υγρασία, δηλ. Όσο πιο κοντά βρίσκεται ο αέρας σε κατάσταση κορεσμού, τόσο πιο πιθανή είναι η βροχόπτωση.

Πάντα υψηλή (έως 90%) σχετική υγρασία αέρα παρατηρείται στην ισημερινή ζώνη, αφού η θερμοκρασία του αέρα παραμένει υψηλή εκεί καθ' όλη τη διάρκεια του έτους και η μεγάλη εξάτμιση εμφανίζεται από την επιφάνεια των ωκεανών. Η σχετική υγρασία είναι επίσης υψηλή στις πολικές περιοχές, αλλά επειδή σε χαμηλές θερμοκρασίες ακόμη και μια μικρή ποσότητα υδρατμών κάνει τον αέρα κορεσμένο ή σχεδόν κορεσμένο. Σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, η σχετική υγρασία ποικίλλει ανάλογα με τις εποχές - είναι υψηλότερη το χειμώνα, χαμηλότερη το καλοκαίρι.

Η σχετική υγρασία του αέρα στις ερήμους είναι ιδιαίτερα χαμηλή: 1 m 1 αέρα εκεί περιέχει δύο έως τρεις φορές λιγότερους υδρατμούς από ό,τι είναι δυνατό σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Για τη μέτρηση της σχετικής υγρασίας χρησιμοποιείται υγρόμετρο (από το ελληνικό hygros - wet και metreco - μετράω).

Όταν ψύχεται, ο κορεσμένος αέρας δεν μπορεί να συγκρατήσει την ίδια ποσότητα υδρατμών· πυκνώνει (συμπυκνώνεται), μετατρέποντας σε σταγονίδια ομίχλης. Η ομίχλη μπορεί να παρατηρηθεί το καλοκαίρι σε μια καθαρή, δροσερή νύχτα.

σύννεφα- αυτή είναι η ίδια ομίχλη, μόνο που σχηματίζεται όχι στην επιφάνεια της γης, αλλά σε ένα ορισμένο ύψος. Καθώς ο αέρας ανεβαίνει, ψύχεται και οι υδρατμοί σε αυτόν συμπυκνώνονται. Τα μικροσκοπικά σταγονίδια νερού που προκύπτουν αποτελούν σύννεφα.

Ο σχηματισμός σύννεφων περιλαμβάνει επίσης αιωρούμενα σωματίδιααιωρείται στην τροπόσφαιρα.

Τα σύννεφα μπορεί να έχουν διαφορετικά σχήματα, τα οποία εξαρτώνται από τις συνθήκες σχηματισμού τους (Πίνακας 14).

Τα χαμηλότερα και βαρύτερα σύννεφα είναι τα στρώματα. Βρίσκονται σε υψόμετρο 2 km από την επιφάνεια της γης. Σε υψόμετρο 2 έως 8 χλμ., παρατηρούνται πιο γραφικά σύννεφα. Τα υψηλότερα και ελαφρύτερα είναι τα σύννεφα κίρους. Βρίσκονται σε υψόμετρο από 8 έως 18 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της γης.

Οικογένειες	Είδη σύννεφων	Εμφάνιση
Α. Άνω σύννεφα - πάνω από 6 χλμ	Ι. Cirrus	Κλωστοειδές, ινώδες, λευκό
	II. Cirrocumulus	Στρώματα και ραβδώσεις από μικρές νιφάδες και μπούκλες, λευκό
	III. Cirrostratus	Διαφανές υπόλευκο πέπλο
Β. Νεφώσεις μεσαίου επιπέδου - πάνω από 2 χλμ	IV. Υψοσρείτης	Στρώματα και ραβδώσεις λευκού και γκρι χρώματος
	V. Altostratified	Λείο πέπλο σε γαλακτώδες γκρι χρώμα
Β. Χαμηλά σύννεφα - έως 2 χλμ	VI. Nimbostratus	Συμπαγές άμορφο γκρι στρώμα
	VII. Stratocumulus	Αδιαφανή στρώματα και ραβδώσεις γκρι χρώματος
	VIII. Πολυεπίπεδη	Αδιαφανές γκρι πέπλο
Δ. Σύννεφα κάθετης ανάπτυξης - από την κατώτερη προς την ανώτερη βαθμίδα	IX. Πυκνό σύννεφο	Τα μπαστούνια και οι θόλοι είναι φωτεινά λευκά, με σκισμένα άκρα στον άνεμο
	X. Cumulonimbus	Ισχυρές σωρευτικές μάζες σκούρου χρώματος μολύβδου

Ατμοσφαιρική προστασία

Οι κύριες πηγές είναι οι βιομηχανικές επιχειρήσεις και τα αυτοκίνητα. Στις μεγάλες πόλεις, το πρόβλημα της ρύπανσης από αέριο στις κύριες οδούς μεταφοράς είναι πολύ οξύ. Γι' αυτό πολλές μεγάλες πόλεις σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης της χώρας μας, έχουν θεσπίσει περιβαλλοντικό έλεγχο της τοξικότητας των καυσαερίων των οχημάτων. Σύμφωνα με τους ειδικούς, ο καπνός και η σκόνη στον αέρα μπορούν να μειώσουν στο μισό την παροχή ηλιακής ενέργειας στην επιφάνεια της γης, κάτι που θα οδηγήσει σε αλλαγή των φυσικών συνθηκών.

Τουλάχιστον το ατμοσφαιρικό οφείλει την προέλευσή του όχι τόσο στον Ήλιο όσο σε διαδικασίες ζωής. Η απόκλιση μεταξύ της περιεκτικότητας του στοιχείου Νο. 7 στη λιθόσφαιρα (0,01%) και στην ατμόσφαιρα (75,6% κατά μάζα ή 78,09% κατ' όγκο) είναι εντυπωσιακή. Γενικά, ζούμε σε μια ατμόσφαιρα αζώτου μέτρια εμπλουτισμένη με οξυγόνο.

Εν τω μεταξύ, ούτε σε άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος, ούτε στη σύνθεση κομητών ή οποιωνδήποτε άλλων ψυχρών διαστημικών αντικειμένων έχουν βρεθεί ελεύθερα. Υπάρχουν οι ενώσεις και οι ρίζες του - CN*, NH*, NH*2, NH*3, αλλά δεν υπάρχει άζωτο. Είναι αλήθεια ότι περίπου 2% άζωτο καταγράφηκε στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, αλλά αυτός ο αριθμός εξακολουθεί να απαιτεί επιβεβαίωση.

Πιστεύεται ότι το στοιχείο 7 δεν υπήρχε στην πρωταρχική ατμόσφαιρα της Γης. Τότε από πού προέρχεται στον αέρα; Προφανώς, η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας αρχικά αποτελούνταν από πτητικές ουσίες που σχηματίζονταν στα έγκατα της γης: H2, H2O, CO2, CH4, NH3. Δωρεάν, αν έβγαινε ως προϊόν ηφαιστειακής δραστηριότητας, μετατρεπόταν σε αμμωνία. Οι συνθήκες για αυτό ήταν οι πιο κατάλληλες: περίσσεια υδρογόνου, υψηλές θερμοκρασίες - η επιφάνεια της Γης δεν είχε ακόμη κρυώσει. Τι σημαίνει λοιπόν ότι το άζωτο ήταν αρχικά παρόν στην ατμόσφαιρα με τη μορφή αμμωνίας; Προφανώς ναι. Ας θυμηθούμε αυτή την περίσταση.

Αλλά τότε προέκυψε η ζωή... Ο Βλαντιμίρ Ιβάνοβιτς Βερνάντσκι υποστήριξε ότι «το κέλυφος αερίου της γης, ο αέρας μας, είναι η δημιουργία της ζωής». Ήταν η ζωή που ξεκίνησε τον πιο εκπληκτικό μηχανισμό φωτοσύνθεσης. Ένα από τα τελικά προϊόντα αυτής της διαδικασίας - ελεύθερο - άρχισε να συνδυάζεται ενεργά με την αμμωνία, απελευθερώνοντας μοριακό άζωτο:

Φωτοσύνθεση

СО2 + 2H2O → НСО + НаО + О2;

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Και το άζωτο, όπως είναι γνωστό, δεν αντιδρά μεταξύ τους υπό κανονικές συνθήκες, γεγονός που επέτρεψε στον αέρα της γης να διατηρήσει τη σύνθεση "status quo". Σημειώστε ότι ένα σημαντικό μέρος της αμμωνίας θα μπορούσε να είχε διαλυθεί στο νερό κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της υδρόσφαιρας.

Σήμερα, η κύρια πηγή N2 που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα είναι τα ηφαιστειακά αέρια.

Αν σπάσεις τον τριπλό δεσμό...

Έχοντας καταστρέψει τα ανεξάντλητα αποθέματα δεσμευμένου ενεργού αζώτου, η ζωντανή φύση αντιμετώπισε το πρόβλημα του πώς να δεσμεύσει το άζωτο.Στην ελεύθερη, μοριακή κατάσταση, αποδείχθηκε πολύ αδρανές. Ο λόγος για αυτό είναι το τριπλό μόριο του: N≡ Ν.

Τυπικά, οι δεσμοί αυτής της πολλαπλότητας είναι ασταθείς. Ας θυμηθούμε το κλασικό παράδειγμα της ασετυλίνης: NS≡ SN. Ο τριπλός δεσμός του μορίου του είναι πολύ εύθραυστος, γεγονός που εξηγεί την απίστευτη χημική δραστηριότητα αυτού του αερίου. Αλλά το άζωτο έχει μια σαφή ανωμαλία εδώ: ο τριπλός δεσμός του σχηματίζει το πιο σταθερό από όλα τα γνωστά διατομικά μόρια. Χρειάζεται τεράστια προσπάθεια για να καταστραφεί αυτή η σύνδεση. Για παράδειγμα, η βιομηχανική σύνθεση της αμμωνίας απαιτεί πίεση μεγαλύτερη από 200 atm και θερμοκρασία άνω των 500 ° C, ακόμη και την υποχρεωτική παρουσία καταλυτών... Λύνοντας το πρόβλημα της δέσμευσης του αζώτου, η φύση έπρεπε να δημιουργήσει μια συνεχή παραγωγή ενώσεις αζώτου με τη μέθοδο της καταιγίδας.

Οι στατιστικές λένε ότι πάνω από τρία δισεκατομμύρια κεραυνοί χτυπούν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας κάθε χρόνο. Η ισχύς των μεμονωμένων εκκενώσεων φτάνει τα 200 εκατομμύρια κιλοβάτ και ο αέρας θερμαίνεται (τοπικά, φυσικά) στους 20 χιλιάδες βαθμούς. Σε μια τέτοια τερατώδη θερμοκρασία, τα μόρια οξυγόνου και αζώτου διασπώνται σε άτομα, τα οποία, αντιδρώντας εύκολα μεταξύ τους, σχηματίζουν εύθραυστο μονοξείδιο του αζώτου:

N2 + O2 → 2NO

Χάρη στην ταχεία ψύξη (ένας κεραυνός διαρκεί ένα δέκατο χιλιοστό του δευτερολέπτου), το οξείδιο του αζώτου δεν αποσυντίθεται και οξειδώνεται ελεύθερα από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε ένα πιο σταθερό διοξείδιο

2NO + O2 → 2NO2.

Παρουσία ατμοσφαιρικής υγρασίας και σταγόνων βροχής, το διοξείδιο του αζώτου μετατρέπεται σε νιτρικό οξύ:

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

Έτσι, παγιδευμένοι σε μια φρέσκια καταιγίδα, έχουμε την ευκαιρία να κολυμπήσουμε σε ένα ασθενές διάλυμα νιτρικού οξέος. Διεισδύοντας στο έδαφος, το ατμοσφαιρικό νερό σχηματίζει διάφορα φυσικά λιπάσματα με τις ουσίες του.

Το άζωτο στερεώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα με φωτοχημικά μέσα: έχοντας απορροφήσει ένα κβάντο φωτός, το μόριο N2 περνά σε διεγερμένη, ενεργοποιημένη κατάσταση και γίνεται ικανό να συνδυάζεται με το οξυγόνο.