A Föld légkörének moláris tömege. Légkör

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

A légkör szerkezete... Függőlegesen a légkör réteges szerkezetű, amit elsősorban a függőleges hőmérséklet-eloszlás jellemzői határoznak meg (ábra), amely függ a földrajzi elhelyezkedéstől, évszaktól, napszaktól stb. A légkör alsó rétegét - a troposzférát - a hőmérséklet csökkenése jellemzi a magassággal (körülbelül 6 ° C / 1 km), magassága a poláris szélességeken 8-10 km-től a trópusokon 16-18 km-ig terjed. A levegő sűrűségének magassággal történő gyors csökkenése miatt a légkör teljes tömegének körülbelül 80%-a a troposzférában található. A troposzféra felett található a sztratoszféra - egy réteg, amelyet általában a magassággal növekvő hőmérséklet jellemez. A troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteget tropopauzának nevezik. Az alsó sztratoszférában, körülbelül 20 km-es szintig a hőmérséklet alig változik a magassággal (az ún. izoterm régió), sőt gyakran kissé csökken is. Fent a Nap UV-sugárzásának az ózon általi elnyelése miatt a hőmérséklet eleinte lassan, 34-36 km-es szintről pedig gyorsabban emelkedik. A sztratoszféra felső határa - a sztratopauza - a maximális hőmérsékletnek (260-270 K) megfelelő 50-55 km-es magasságban található. A légkör 55-85 km-es magasságban elhelyezkedő rétegét, ahol a hőmérséklet a magassággal ismét csökken, mezoszférának nevezzük, felső határán - mezopauza - a hőmérséklet nyáron eléri a 150-160 K-t, és a 200- télen 230 K. A mezopauza felett kezdődik a termoszféra - egy réteg, amelyre jellemző a gyors hőmérséklet-emelkedés, 250 km magasságban eléri a 800-1200 K. A termoszféra elnyeli a Nap korpuszkuláris és röntgensugárzását, lelassul, ill. égeti a meteorokat, ezért ellátja a Föld védőrétegének funkcióját. Még magasabban van az exoszféra, ahonnan a légköri gázok szétszóródás következtében szétszóródnak a világtérben, és ahol fokozatos átmenet történik a légkörből a bolygóközi térbe.

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

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

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

A légkör legfontosabb változó komponense a vízgőz, amely a víz felszínéről és a nedves talajról párologtatással, valamint a növények transzspirációjával kerül a légkörbe. A relatív vízgőz-tartalom a földfelszín közelében a trópusi 2,6%-tól a poláris szélességi körök 0,2%-áig terjed. A magassággal gyorsan zuhan, már 1,5-2 km magasságban felére csökken. A mérsékelt övi szélességi körökben a légkör függőleges oszlopa körülbelül 1,7 cm "kicsapódott vízréteget" tartalmaz. A vízgőz lecsapódásakor felhők képződnek, amelyekből légköri csapadék hullik eső, jégeső, hó formájában.

A légköri levegő fontos összetevője az ózon, amely 90%-ban a sztratoszférában (10-50 km között) koncentrálódik, körülbelül 10%-a a troposzférában található. Az ózon biztosítja a kemény UV-sugárzás (290 nm-nél kisebb hullámhosszúságú) elnyelését, és ez a bioszféra védő szerepe. A teljes ózontartalom értékei a szélességtől és az évszaktól függően változnak 0,22-0,45 cm tartományban (az ózonréteg vastagsága p = 1 atm nyomáson és T = 0 ° C hőmérsékleten). Az 1980-as évek eleje óta tavasszal az Antarktiszon megfigyelt ózonlyukakban az ózontartalom 0,07 cm-re csökkenhet. Az egyenlítőtől a sarkokig növekszik, éves ingadozása tavasszal a maximum, ősszel a minimuma, amplitúdója pedig az éves ingadozás kicsi a trópusokon és a magas szélességi fokok felé növekszik. A légkör lényeges változó összetevője az szén-dioxid, melynek tartalma a légkörben az elmúlt 200 évben 35%-kal nőtt, ami főként antropogén tényezővel magyarázható. Megfigyelhető szélességi és szezonális változékonysága, amely a növényi fotoszintézishez és a növényben való oldhatóságához kapcsolódik tengervíz(Henry törvénye szerint a gáz vízben való oldhatósága a hőmérsékletének növekedésével csökken).

A bolygó klímájának kialakulásában fontos szerepet játszanak a légköri aeroszolok - a levegőben lebegő szilárd és folyékony részecskék, amelyek mérete több nm-től több tíz mikronig terjed. Megkülönböztetnek természetes és antropogén eredetű aeroszolokat. Aeroszol gázfázisú reakciók során keletkezik a növények salakanyagaiból és gazdasági aktivitás emberi, vulkánkitörések, a szél által a bolygó felszínéről, különösen annak sivatagi vidékeiről felszaporodó por eredményeként, valamint a felső légkörbe hulló kozmikus porból keletkezik. Az aeroszol nagy része a troposzférában koncentrálódik, a vulkánkitörésekből származó aeroszol körülbelül 20 km-es magasságban alkotja az úgynevezett Junge réteget. A legnagyobb mennyiségű antropogén aeroszol a légkörbe a járművek és hőerőművek működése, vegyi előállítás, tüzelőanyag elégetése stb. következtében kerül. Emiatt egyes régiókban a légkör összetétele jelentősen eltér a közönséges levegőtől, ami szükségessé tette a légkör összetételét. a légköri légszennyezettség szintjének nyomon követésére és nyomon követésére szolgáló speciális szolgáltatás létrehozása.

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

A karbonátlelőhelyek kémiai összetételére vonatkozó adatok alapján becsléseket kaptak a geológiai múlt légkörében lévő szén-dioxid és oxigén mennyiségére vonatkozóan. A fanerozoikum idején (a Föld történetének utolsó 570 millió éve) a légkörben lévő szén-dioxid mennyisége a vulkáni aktivitás szintjétől, az óceán hőmérsékletétől és a fotoszintézis szintjétől függően széles skálán változott. Ez idő nagy részében a légkör szén-dioxid-koncentrációja lényegesen magasabb volt, mint ma (akár 10-szer). A fanerozoos atmoszférában az oxigén mennyisége jelentősen megváltozott, és a növekedési tendencia érvényesült. A prekambriumi légkörben a szén-dioxid tömege általában nagyobb, az oxigén tömege pedig kisebb volt, mint a fanerozoikumban. A szén-dioxid mennyiségének múltbeli ingadozása jelentős hatást gyakorolt ​​az éghajlatra, a szén-dioxid koncentrációjának növekedésével felerősítette az üvegházhatást, aminek köszönhetően a fanerozoikum nagy részében az éghajlat sokkal melegebb volt, mint a modern korban. .

A légkör és az élet... Légkör nélkül a Föld halott bolygó lenne. A szerves élet szoros kölcsönhatásban zajlik a légkörrel és a kapcsolódó éghajlattal és időjárással. A bolygó egészéhez képest kis tömegű (körülbelül egy milliomod része), a légkör minden életforma sine qua nonja. Az oxigén, a nitrogén, a vízgőz, a szén-dioxid, az ózon a legnagyobb jelentőséggel bír az élőlények élettevékenysége szempontjából. Amikor a szén-dioxidot a fotoszintetikus növények felszívják, szerves anyag keletkezik, amelyet az élőlények túlnyomó többsége, így az ember is energiaforrásként használ. Az oxigén szükséges az aerob organizmusok létezéséhez, amelyek számára az energiaáramlást a szerves anyagok oxidációs reakciói biztosítják. Az egyes mikroorganizmusok által asszimilált nitrogén (nitrogénfixáló szerek) szükséges a növények ásványi táplálásához. A Nap kemény UV-sugárzását elnyelő ózon jelentősen gyengíti a napsugárzásnak ezt a káros, életveszélyes részét. A légkörben lévő vízgőz kondenzációja, a felhők kialakulása és az azt követő légköri csapadék kicsapódása vizet juttat a szárazföldre, enélkül semmilyen életforma nem lehetséges. Az élőlények létfontosságú tevékenységét a hidroszférában nagymértékben meghatározza a vízben oldott légköri gázok mennyisége és kémiai összetétele. Mivel a légkör kémiai összetétele jelentősen függ az élőlények tevékenységétől, a bioszféra és az atmoszféra egyetlen rendszer részének tekinthető, amelynek fenntartása és fejlődése (lásd Biogeokémiai ciklusok) nagy jelentőséggel bírt az élőlények összetételének megváltoztatása szempontjából. légkör a Föld mint bolygó története során.

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

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

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

Légmozgás... A Föld gömb alakú, ezért sokkal kevesebb napsugárzás érkezik magas szélességi köreire, mint a trópusokra. Ennek eredményeként nagy hőmérsékleti kontrasztok keletkeznek a szélességi fokok között. A hőmérséklet-eloszlást jelentősen befolyásolja az óceánok és kontinensek egymáshoz viszonyított helyzete is. Az óceáni vizek nagy tömege miatt és nagy hőkapacitás a víz szezonális ingadozása az óceán felszínének hőmérsékletében sokkal kisebb, mint a szárazföldön. Ebben a tekintetben a középső és a magas szélességi körökben a levegő hőmérséklete az óceánok felett nyáron észrevehetően alacsonyabb, mint a kontinenseken, és magasabb télen.

A légkör egyenlőtlen felmelegedése a földgömb különböző részein a légköri nyomás nem egyenletes térbeli eloszlását okozza. Tengerszinten a nyomáseloszlást viszonylag alacsony értékek jellemzik az Egyenlítő közelében, a szubtrópusok (övek) növekedése magas nyomású) és a közepes és magas szélességi fokok csökkenése. Ugyanakkor az extratrópusi szélességi körök kontinensein a nyomás általában télen növekszik, nyáron pedig csökken, ami a hőmérséklet-eloszlással függ össze. A nyomásgradiens hatására a levegő a magas nyomású területekről az alacsony nyomású területekre gyorsul, ami légtömegek mozgásához vezet. A mozgó légtömegekre hatással van a Föld forgásának eltérítő ereje (Coriolis-erő), a magassággal csökkenő súrlódási erő, görbe pályával és centrifugális erővel. Nagyon fontos turbulens levegőkeveredést tartalmaz (lásd Turbulencia a légkörben).

A bolygó nyomáseloszlásához a légáramlások összetett rendszere (a légkör általános keringése) kapcsolódik. A meridionális síkban átlagosan két-három meridionális keringési sejtet követnek nyomon. Az Egyenlítő közelében a felmelegített levegő felemelkedik és süllyed a szubtrópusokon, létrehozva a Hadley-sejtet. Ugyanitt a Ferrell visszatérő cella levegőjét leengedik. Magas szélességi fokon gyakran egyenes poláris cellát lehet nyomon követni. A meridionális keringési sebességek 1 m/s nagyságrendűek vagy kisebbek. A Coriolis-erő hatására a légkör nagy részében nyugati szelek figyelhetők meg, a középső troposzférában körülbelül 15 m/s sebességgel. Vannak viszonylag stabil szélrendszerek. Ide tartoznak a passzátszelek – a szubtrópusi nagynyomású övezetekből az Egyenlítőig fújó szelek, amelyeknek keleti komponense észrevehető (keletről nyugatra). A monszunok meglehetősen stabilak - légáramlatok, amelyek egyértelműen kifejezett szezonális jellegűek: nyáron az óceánból fújnak a szárazföldre, télen pedig az ellenkező irányba. Az Indiai-óceán monszunja különösen rendszeres. A középső szélességeken a légtömegek mozgása elsősorban nyugati (nyugatról keletre) irányul. Ez a légköri frontok övezete, amelyen nagy örvények keletkeznek - ciklonok és anticiklonok, amelyek sok száz, sőt több ezer kilométert fednek le. A trópusokon is előfordulnak ciklonok; itt kisebbek, de nagyon nagy szélsebességek, amelyek hurrikán erejűek (33 m/s és több), az úgynevezett trópusi ciklonok. Az Atlanti-óceánon és a Csendes-óceán keleti részén hurrikánoknak, a Csendes-óceán nyugati részén tájfunoknak nevezik. A felső troposzférában és az alsó sztratoszférában, a direkt Hadley meridionális keringési sejtet és az inverz Ferrell sejtet elválasztó régiókban gyakran megfigyelhetők viszonylag keskeny, több száz kilométer széles, élesen körvonalazott határú sugárfolyamok, amelyeken belül a szél eléri a 100-150 fokot. és még 200 m / With.

Klíma és időjárás... A különböző szélességi körökön a Föld felszínére különböző fizikai tulajdonságokkal rendelkező napsugárzás mennyiségének különbsége meghatározza a Föld klímáinak változatosságát. Az Egyenlítőtől a trópusi szélességig a levegő hőmérséklete a földfelszín közelében átlagosan 25-30 °C, és egész évben alig változik. Az egyenlítői zónában általában sok csapadék esik, ami ott túlzott nedvesség kialakulásának feltételeit teremti meg. A trópusi övezetekben a csapadék mennyisége csökken, egyes területeken pedig nagyon alacsony lesz. Itt találhatók a Föld hatalmas sivatagai.

A szubtrópusi és a középső szélességeken a levegő hőmérséklete egész évben jelentősen változik, a nyári és téli hőmérsékletek közötti különbség pedig különösen nagy az óceánoktól távol eső kontinenseken. Tehát bizonyos területeken Kelet-Szibéria a levegő hőmérsékletének éves amplitúdója eléri a 65 ° C-ot. A párásítási feltételek ezeken a szélességi körökön nagyon változatosak, főként az általános légköri keringési rendszertől függenek, és évről évre jelentősen változnak.

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

Az elmúlt évtizedekben a globális éghajlat változásai egyre észrevehetőbbé váltak. A hőmérséklet jobban emelkedik a magas szélességeken, mint az alacsony szélességeken; inkább télen mint nyáron; inkább éjszaka, mint nappal. A 20. század során Oroszországban a földfelszín közelében 1,5-2 °C-kal nőtt az éves átlagos levegőhőmérséklet, Szibéria egyes régióiban pedig több fokkal is emelkedett. Ez összefügg az üvegházhatás fokozódásával a nyomgázok koncentrációjának növekedése miatt.

Az időjárást a légköri keringés körülményei és földrajzi elhelyezkedés terep, a trópusokon a legstabilabb, a középső és a magas szélességeken a legváltozatosabb. Leginkább a légtömeg-változási zónákban változik az időjárás, amit a légköri frontok, ciklonok és anticiklonok átvonulása okoz, csapadékot és megnövekedett szélhordozással. Az időjárás-előrejelzéshez szükséges adatokat földi meteorológiai állomásokon, hajókon és repülőgépeken gyűjtik meteorológiai műholdakról. Lásd még Meteorológia.

Optikai, akusztikai és elektromos jelenségek a légkörben... Az elektromágneses sugárzásnak a légkörben való terjedésével a fény és a különböző részecskék (aeroszol, jégkristályok, vízcseppek) törése, elnyelése és szórása következtében különféle optikai jelenségek keletkeznek: szivárványok, koronák, fényudvarok, délibábok stb. A fényszórás határozza meg az égbolt és a kék ég látszólagos magasságát. Az objektumok láthatósági tartományát a fény légkörben való terjedésének feltételei határozzák meg (lásd: Légköri láthatóság). A kommunikációs hatótáv és a tárgyak műszeres észlelésének képessége, beleértve a csillagászati ​​megfigyelések lehetőségét a Föld felszínéről, a légkör átlátszóságától függ a különböző hullámhosszokon. A szürkület jelensége fontos szerepet játszik a sztratoszféra és a mezoszféra optikai inhomogenitásának vizsgálatában. Például az alkonyat űrhajókról történő fényképezése lehetővé teszi az aeroszolrétegek észlelését. Az elektromágneses sugárzás légkörben való terjedésének jellemzői meghatározzák a paraméterek távérzékelésére szolgáló módszerek pontosságát. Mindezeket a kérdéseket, sok máshoz hasonlóan, az atmoszférikus optika vizsgálja. A rádióhullámok fénytörése és szórása meghatározza a rádióvétel lehetőségeit (lásd: Rádióhullámok terjedése).

A hangterjedés a légkörben a hőmérséklet és a szélsebesség térbeli eloszlásától függ (lásd Légköri akusztika). A légkör távérzékeléséhez érdekes. A rakéták által a felső légkörbe indított töltetek robbanásai rengeteg információt szolgáltattak a szélrendszerekről, valamint a sztratoszféra és a mezoszféra hőmérsékletének alakulásáról. Stabilan rétegzett légkörben, amikor a hőmérséklet lassabban csökken a magassággal, mint az adiabatikus gradiens (9,8 K/km), úgynevezett belső hullámok keletkeznek. Ezek a hullámok felfelé terjedhetnek a sztratoszférába, sőt a mezoszférába is, ahol gyengülnek, hozzájárulva a szél és a turbulencia növekedéséhez.

A Föld negatív töltése és az ebből fakadó elektromos mező a légkör az elektromosan töltött ionoszférával és magnetoszférával együtt globális elektromos áramkört hoz létre. Ebben fontos szerepet játszik a felhőképződés és a zivatar elektromosság. A villámkisülés veszélye miatt szükségessé vált az épületek, építmények, elektromos vezetékek és a kommunikáció villámvédelmi módszereinek kidolgozása. Ez a jelenség különösen veszélyes a légi közlekedésre. A villámkisülések légköri rádióinterferenciát okoznak, amelyet atmoszferikusnak neveznek (lásd: Fütyülő atmoszféra). Az elektromos tér erősségének éles növekedése során izzó kisülések figyelhetők meg, amelyek a csúcsokon és a éles sarkok a földfelszín fölé kiálló tárgyak, a hegyek egyes csúcsain stb. (Elma fényei). A légkör az adott körülményektől függően mindig tartalmazza a könnyű és nehéz ionok mennyiségét, amelyek meghatározzák a légkör elektromos vezetőképességét. A földfelszín közelében lévő fő légionizátorok a földkéregben és a légkörben található radioaktív anyagok, valamint a kozmikus sugarak sugárzása. Lásd még: Légköri elektromosság.

Emberi hatás a légkörre. Az elmúlt évszázadok során az emberi tevékenység következtében megnőtt az üvegházhatású gázok koncentrációja a légkörben. Százalék a szén-dioxid a kétszáz évvel ezelőtti 2,8-10 2-ről 2005-ben 3,8-10 2-re, a metántartalom a 300-400 évvel ezelőtti 0,7-10 1-ről a 21. század elején 1,8-10 -4-re emelkedett; Az üvegházhatás múlt századi növekedésének mintegy 20%-át a freonok adták, amelyek a 20. század közepéig gyakorlatilag hiányoztak a légkörben. Ezeket az anyagokat sztratoszférikus ózonromboló anyagokként ismerik el, és előállításukat az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv tiltja. A légkör szén-dioxid-koncentrációjának emelkedése a növekvő mennyiségű szén, olaj, gáz és egyéb szén-tüzelőanyagok elégetése, valamint az erdőirtás következménye, aminek következtében csökken a fotoszintézis útján történő szén-dioxid-felvétel. A metán koncentrációja az olaj- és gáztermelés növekedésével (a veszteségei miatt), valamint a rizstermés bővülésével és a szarvasmarha-létszám növekedésével nő. Mindez hozzájárul az éghajlat felmelegedéséhez.

Az időjárás megváltoztatására, aktív befolyásolási módszerekre légköri folyamatok... A mezőgazdasági növények jégeső elleni védelmére szolgálnak speciális reagensekkel a zivatarfelhőkben. Léteznek módszerek a repülőterek ködoszlatására, a növények fagy elleni védelmére, a felhőkre gyakorolt ​​hatásra a csapadék megfelelő helyeken történő növelésére vagy a felhők eloszlatására tömeges események idején.

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

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

A légkörről az elmúlt évtizedekben egyre több információhoz jutottak meteorológiai műholdak, amelyek felhőfotózásra, valamint a Nap ultraibolya, infravörös és mikrohullámú sugárzásának mérésére alkalmas műszerekkel vannak felszerelve. A műholdak lehetővé teszik a hőmérséklet függőleges profiljairól, a felhőzetről és annak víztartalmáról, a légkör sugárzási egyensúlyának elemeiről, az óceán felszínének hőmérsékletéről stb. A műholdak segítségével lehetővé vált a Föld napállandójának és bolygóalbedójának értékének tisztázása, a Föld-légkör rendszer sugárzási egyensúlyának térképek készítése, a légköri szennyeződések nyomtartalmának és változékonyságának mérése, valamint számos megoldás megoldása. a légkörfizika és a környezeti monitoring egyéb problémái.

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

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

Kék bolygó...

Ennek a témának az elsők között kellett volna megjelennie az oldalon. Végül is a helikopterek légköri repülőgépek. A föld légköre- úgymond élőhelyük :-). A fizikai tulajdonságok levegő csak határozza meg ennek az élőhelynek a minőségét :-). Vagyis ez az egyik alap. És először mindig a bázisról írnak. De erre csak most jöttem rá. Azonban, mint tudod, jobb későn, mint soha... Érintsük meg ezt a kérdést, de anélkül, hogy a dzsungelbe és felesleges nehézségekbe kerülnénk :-).

Így… A föld légköre... Ez kék bolygónk gázburoka. Mindenki ismeri ezt a nevet. Miért kék? Csak mert a "kék" (valamint a kék és lila) komponens napfény(spektrum) a legjobban eloszlik a légkörben, így kékes-kékre színezi, néha árnyalattal lila tónusú(persze napsütéses napon :-)).

A Föld légkörének összetétele.

A légkör összetétele elég széles. Nem sorolom fel az összes komponenst a szövegben, erre van egy jó szemléltetés, ezeknek a gázoknak az összetétele gyakorlatilag állandó, a szén-dioxid (CO 2) kivételével. Ezenkívül a légkör szükségszerűen tartalmaz vizet gőzök, cseppek szuszpenziója vagy jégkristályok formájában. A víz mennyisége változó, függ a hőmérséklettől és kisebb mértékben a légnyomástól. Ráadásul a Föld légköre (főleg a jelenlegi) tartalmaz bizonyos mennyiséget, mondhatnám "mindenféle csúnya dolgot" :-). Ezek SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, ezen kívül vannak még Hg higanygőzök. Igaz, mindez kis mennyiségben van, hál' istennek :-).

A föld légköre a felszín feletti magasságban egymást követő több zónára szokás felosztani.

Az első, a Földhöz legközelebb eső a troposzféra. Ez a legalacsonyabb és mondhatni fő réteg a különféle típusok életében. A teljes légköri levegő tömegének 80%-át tartalmazza (bár térfogatát tekintve a teljes légkörnek csak körülbelül 1%-át teszi ki), és a légkör összes vízének körülbelül 90%-át. A legtöbb szél, felhő, eső és hó 🙂 onnan jön. A troposzféra a trópusi szélességeken körülbelül 18 km-es, a sarki szélességi körökön pedig akár 10 km-es magasságig terjed. A levegő hőmérséklete 100 m-enként körülbelül 0,65º-os magasságra csökken.

Légköri zónák.

A második zóna a sztratoszféra. Meg kell mondani, hogy a troposzféra és a sztratoszféra között egy másik szűk zóna is megkülönböztethető - a tropopauza. A hőmérséklet-csökkenés a magassággal megáll benne. A tropopauza átlagos vastagsága 1,5-2 km, határai azonban nem egyértelműek, és a troposzféra gyakran átfedi a sztratoszférát.

Tehát a sztratoszféra átlagos magassága 12-50 km. A hőmérséklet 25 km-ig változatlan marad (kb. -57 ° C), majd valahol 40 km-ig körülbelül 0 ° C-ig emelkedik, majd változatlan marad 50 km-ig. A sztratoszféra a Föld légkörének viszonylag nyugodt része. Kedvezőtlen időjárási viszonyok gyakorlatilag nincsenek benne. A híres ózonréteg a sztratoszférában található 15-20 km-től 55-60 km-ig.

Ezt egy kis határréteg sztratopauza követi, amelyben a hőmérséklet 0 °C körül marad, majd a következő zóna a mezoszféra. 80-90 km magasságig terjed, és körülbelül 80 ° C-ra csökken benne a hőmérséklet. A mezoszférában általában kis meteorok válnak láthatóvá, amelyek izzani kezdenek benne, és ott kiégnek.

A következő szűk rés a mezopauza, amelyet a termoszféra zóna követ. Magassága eléri a 700-800 km-t. Itt a hőmérséklet ismét emelkedni kezd, és 300 km-es magasságban elérheti az 1200 ° C-os nagyságrendű értékeket. Továbbá állandó marad. Az ionoszféra a termoszférán belül helyezkedik el körülbelül 400 km magasságig. Itt a levegő erősen ionizált a napsugárzás hatására, és magas az elektromos vezetőképessége.

A következő és általában az utolsó zóna az exoszféra. Ez az úgynevezett szórási zóna. Főleg nagyon ritka hidrogén és hélium található (a hidrogén túlsúlyával). Körülbelül 3000 km-es magasságban az exoszféra űrközeli vákuummá alakul.

Ez valami ilyesmi. Miért nagyjából? Mivel ezek a rétegek meglehetősen hagyományosak. Különféle változások lehetségesek a magasságban, a gázok összetételében, a vízben, a hőmérsékletben, az ionizációban stb. Ezen kívül még sok más kifejezés határozza meg a föld légkörének szerkezetét és állapotát.

Például a homoszféra és a heteroszféra. Az elsőben a légköri gázok jól keverednek, és összetételük meglehetősen egyenletes. A második az első felett található, és ott gyakorlatilag nincs ilyen keveredés. A benne lévő gázokat a gravitáció választja el egymástól. E rétegek közötti határ 120 km-es magasságban található, és ezt turbópauzának nevezik.

Valószínűleg befejezem a kifejezéseket, de mindenképpen hozzáteszem, hogy hagyományosan feltételezik, hogy a légkör határa 100 km-es tengerszint feletti magasságban található. Ezt a határt Pocket Line-nek nevezik.

Mellékelek még két képet a légkör szerkezetének illusztrálására. Az első viszont németül van, de teljes és elég könnyen érthető :-). Nagyítható és jól látható. A második a légkör hőmérsékletének változását mutatja a magassággal.

A Föld légkörének szerkezete.

A levegő hőmérsékletének változása a magassággal.

A modern emberes orbitális űrhajók körülbelül 300-400 km magasságban repülnek. Ez azonban már nem repülés, bár a régió természetesen bizonyos értelemben szorosan összefügg, és minden bizonnyal még szó lesz róla :-).

A repülési zóna a troposzféra. A modern légköri repülőgépek képesek repülni a sztratoszféra alsó rétegeiben. Például a MIG-25RB praktikus mennyezete 23 000 m.

Repülés a sztratoszférában.

És pontosan a levegő fizikai tulajdonságai a troposzféra határozza meg, hogy milyen lesz a repülés, mennyire lesz hatékony a repülőgép irányítórendszere, milyen hatással lesz rá a légkör turbulenciája, hogyan működnek majd a hajtóművek.

Az első fő tulajdonság az levegő hőmérséklet... A gázdinamikában a Celsius-skálán vagy a Kelvin-skálán határozható meg.

Hőfok t 1 adott magasságban N Celsius-skálán a következőt definiáljuk:

t1 = t-6,5H, ahol t- levegő hőmérséklete a talaj közelében.

A Kelvin-skála hőmérsékletét ún abszolút hőmérséklet, a nulla ezen a skálán abszolút nulla. Az abszolút nullánál a molekulák hőmozgása leáll. A Kelvin-skála abszolút nullája a Celsius-skálán -273º-nak felel meg.

Ennek megfelelően a hőmérséklet T magasan N a Kelvin-skálán meghatározzuk:

T = 273 K + t - 6,5 H

Levegő nyomás. Légköri nyomás Pascalban (N / m 2) mérve, a régi légköri mérési rendszerben (atm.). Létezik olyan, hogy légnyomás. Ez a higanybarométerrel higanymilliméterben mért nyomás. A légköri nyomás (tengerszinti nyomás) 760 Hgmm. Művészet. szabványnak nevezik. A fizikában 1 atm. pontosan egyenlő 760 Hgmm-rel.

Légsűrűség... Az aerodinamikában a leggyakrabban használt fogalom az tömegsűrűség levegő. Ez a levegő tömege 1 m 3 térfogatban. A levegő sűrűsége a magassággal változik, a levegő ritkább lesz.

A levegő páratartalma... A levegőben lévő víz mennyiségét mutatja. Van egy koncepció " relatív páratartalom". Ez a vízgőz tömegének az adott hőmérsékleten lehetséges maximumához viszonyított aránya. A 0% fogalma, vagyis amikor a levegő teljesen száraz, az csak a laboratóriumban létezhet. Másrészt a 100%-os páratartalom az igazi. Ez azt jelenti, hogy a levegő elnyelte az összes vizet, amit fel tudott venni. Valami olyan, mint egy teljesen "teli szivacs". A magas relatív páratartalom csökkenti a levegő sűrűségét, míg az alacsony relatív páratartalom ennek megfelelően növeli.

Tekintettel arra, hogy a repülőgépek repülései eltérő légköri viszonyok között zajlanak, repülési és aerodinamikai paramétereik azonos repülési módban eltérőek lehetnek. Ezért ezen paraméterek helyes értékelése érdekében bevezettük Nemzetközi szabványos légkör (ISA)... Megmutatja a levegő állapotának változását, ahogy a magasságba emelkedik.

A levegő nulla páratartalom melletti állapotának fő paramétereit veszik:

nyomás P = 760 Hgmm. Művészet. (101,3 kPa);

hőmérséklet t = + 15 °C (288 K);

tömegsűrűség ρ = 1,225 kg / m 3;

Az ISA-nál elfogadott (ahogy fentebb is mondták :-)), hogy a troposzférában a hőmérséklet 0,65º-kal csökken minden 100 méter magasságban.

Normál légkör (például 10 000 m-ig).

Az ISA táblázatokat műszerek kalibrálásához, valamint navigációs és műszaki számításokhoz használják.

A levegő fizikai tulajdonságai magában foglalja az olyan fogalmakat is, mint a tehetetlenség, viszkozitás és összenyomhatóság.

A tehetetlenség a levegő azon tulajdonsága, amely azt jellemzi, hogy ellenáll a nyugalmi állapot változásának vagy az egyenletes egyenes vonalú mozgásnak. . A tehetetlenség mértéke a levegő tömegsűrűsége. Minél magasabb, annál nagyobb a közeg tehetetlensége és ellenállási ereje, amikor a repülőgép mozog benne.

Viszkozitás. Meghatározza a légsúrlódási ellenállást a repülőgép mozgása közben.

Az összenyomhatóság a levegő sűrűségének változását méri a nyomás változásával. A repülőgép alacsony sebességénél (legfeljebb 450 km / h) nem történik nyomásváltozás, amikor levegőáram áramlik körülötte, de nagy sebességnél az összenyomhatóság hatása kezd megnyilvánulni. A szuperhangra gyakorolt ​​hatása különösen érintett. Ez az aerodinamika külön területe és egy külön cikk témája :-).

Nos, egyelőre úgy tűnik, ennyi... Ideje befejezni ezt a kissé unalmas felsorolást, ami azonban nem nélkülözhető :-). A föld légköre, paraméterei, a levegő fizikai tulajdonságai ugyanolyan fontosak a repülőgép számára, mint maga a repülőgép paraméterei, és nem lehetett nem említeni őket.

Viszlát, a következő találkozásokig és további érdekes témákig 🙂 ...

P.S. Édességként azt javaslom, hogy nézzen meg egy videót, amelyet a MIG-25PU iker pilótafülkéjéből készítettek, miközben a sztratoszférába repült. Nyilván egy turista volt, akinek volt pénze ilyen repülésekre :-). Alapvetően a szélvédőn keresztül filmezték. Figyelj az ég színére...

Meg kell mondani, hogy a Föld légkörének szerkezete és összetétele nem mindig volt állandó érték bolygónk fejlődésében. Ma ennek az elemnek a függőleges szerkezetét, amelynek teljes "vastagsága" 1,5-2,0 ezer km, több fő réteg képviseli, beleértve:

1. Troposzféra.
2. Tropopauza.
3. Sztratoszféra.
4. Sztratopauza.
5. Mezoszféra és mezopauza.
6. Termoszféra.
7. Exoszféra.

A légkör alapelemei

A troposzféra egy olyan réteg, amelyben erős függőleges és vízszintes mozgások figyelhetők meg, itt alakulnak ki az időjárás, az üledékképződési jelenségek és az éghajlati viszonyok. Szinte mindenhol 7-8 kilométerre nyúlik el a bolygó felszínétől, kivéve a sarki régiókat (ott - 15 km-ig). A troposzférában a hőmérséklet fokozatosan csökken, körülbelül 6,4 °C-kal minden magassági kilométerrel. Ez a szám a különböző szélességi körökben és évszakokban eltérő lehet.

A Föld légkörének összetételét ebben a részben a következő elemek és azok százalékos aránya képviseli:

Nitrogén - körülbelül 78 százalék;

Oxigén - csaknem 21 százalék;

Argon - körülbelül egy százalék;

Szén-dioxid - kevesebb, mint 0,05%.

Egy vonat 90 kilométeres magasságig

Ezen kívül itt a troposzférában, de a fedőrétegekben is találhatunk port, vízcseppeket, vízgőzt, égéstermékeket, jégkristályokat, tengeri sókat, sok aeroszolszemcsét stb. De az ottani légkör alapvetően eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. A közös kémiai összetételű réteget homoszférának nevezzük.

Milyen egyéb elemeket tartalmaz a Föld légköre? Százalékban (térfogatban, száraz levegőben) olyan gázok, mint a kripton (körülbelül 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogén (5,0 x 10 -5), metán (körülbelül 1,7 x 10 -4). ), dinitrogén-oxid (5,0 x 10 -5), stb. A felsorolt ​​komponensek tömegszázalékában a legtöbb felsorolt ​​komponens a dinitrogén-oxid és a hidrogén, ezt követi a hélium, kripton stb.

Különböző légköri rétegek fizikai tulajdonságai

A troposzféra fizikai tulajdonságai szorosan összefüggenek a bolygó felszínéhez való tapadásával. Ezért a tükrözött nap melege infravörös sugárzás formájában visszafelé irányul, beleértve a hővezetési és konvekciós folyamatokat. Ezért csökken a hőmérséklet a földfelszíntől való távolsággal. Ez a jelenség a sztratoszféra magasságáig (11-17 kilométer) megfigyelhető, majd 34-35 kilométerig gyakorlatilag változatlanná válik a hőmérséklet, majd ismét 50 kilométeres magasságig (a sztratoszféra felső határa) emelkedik a hőmérséklet. . A sztratoszféra és a troposzféra között van a tropopauza vékony közbenső rétege (legfeljebb 1-2 km), ahol állandó hőmérséklet figyelhető meg az Egyenlítő felett - körülbelül mínusz 70 ° C és alatta. A pólusok felett a tropopauza nyáron mínusz 45 ° C-ra "melegszik", télen a hőmérséklet -65 ° C körül ingadozik.

A Föld légkörének gázösszetétele a következőket tartalmazza fontos eleme mint az ózon. Viszonylag kicsi a felszín közelében (tíz-mínusz hatodik százalék), mivel a gáz a napfény hatására képződik az atmoszféra felső részein lévő atomi oxigénből. Az ózon nagy része körülbelül 25 km-es tengerszint feletti magasságban található, és a teljes "ózonernyő" a pólus területén 7-8 km-re, az Egyenlítőnél 18 km-re és összesen ötven km-re található. a bolygó felszíne felett.

A légkör véd a napsugárzás ellen

A Föld légkörének levegőjének összetétele nagyon fontos szerepet játszik az élet megőrzésében, hiszen egyéni kémiai elemek a kompozíciók pedig sikeresen korlátozzák a napsugárzás földfelszínhez és a rajta élő emberekhez, állatokhoz és növényekhez való hozzáférését. Például a vízgőzmolekulák hatékonyan elnyelik az összes infravörös tartományt, kivéve a 8 és 13 mikron közötti hosszúságokat. Az ózon 3100 A hullámhosszig nyeli el az ultraibolya fényt. Vékony rétege nélkül (átlagosan csak 3 mm, ha a bolygó felszínén található) csak a 10 méternél mélyebb és a föld alatti vizek olyan barlangokat is be lehet lakni, ahová a napsugárzás nem ér el...

Nulla Celsius a sztratopauzában

A légkör következő két szintje, a sztratoszféra és a mezoszféra között van egy figyelemre méltó réteg - a sztratopauza. Ez megközelítőleg megfelel az ózon maximumának magasságának, és viszonylag kényelmes hőmérséklet van az ember számára - körülbelül 0 ° C. A sztratopauza felett, a mezoszférában (valahol 50 km magasságban kezdődik és 80-90 km magasságban ér véget) a Föld felszínétől való távolság növekedésével ismét csökken a hőmérséklet (mínusz 70-80 fokig). ° С). A mezoszférában a meteorok általában teljesen kiégnek.

A termoszférában - plusz 2000 K!

A Föld légkörének kémiai összetétele a termoszférában (a mezopauza után körülbelül 85-90-800 km magasságból kezdődik) meghatározza egy olyan jelenség lehetőségét, mint a nagyon ritka "levegő" rétegeinek fokozatos felmelegedése a napsugárzás hatására. sugárzás. A bolygó "levegőfátyolának" ezen részében 200-2000 K közötti hőmérsékletek találkoznak, amelyek az oxigén ionizációjával (az atom oxigén 300 km felett található), valamint az oxigénatomok rekombinációjával összefüggésben keletkeznek. molekulákká, nagy mennyiségű hő felszabadulásával együtt. A termoszféra az aurora eredete.

A termoszféra felett található az exoszféra - a légkör külső rétege, amelyből a könnyű és gyorsan mozgó hidrogénatomok az űrbe kerülhetnek. A Föld légkörének kémiai összetételét itt inkább az alsó rétegekben az egyes oxigénatomok, a középső héliumatomok, a felsőbb rétegekben szinte kizárólag hidrogénatomok képviselik. Itt magas hőmérséklet uralkodik - körülbelül 3000 K, és nincs légköri nyomás.

Hogyan alakult ki a Föld légköre?

De amint fentebb említettük, a bolygó légkörének nem mindig volt ilyen összetétele. Összesen három fogalom létezik ennek az elemnek az eredetéről. Az első hipotézis azt sugallja, hogy az atmoszférát egy protoplanetáris felhőből vették fel akkréció során. Manapság azonban ezt az elméletet komoly kritikák érik, mivel az ilyen elsődleges légkört a Napból érkező „szélnek” el kellett volna pusztítania bolygórendszerünkben. Ezenkívül feltételezik, hogy az illékony elemek a túl magas hőmérséklet miatt nem maradhattak a szárazföldi bolygók kialakulásának zónájában.

A Föld elsődleges atmoszférájának összetétele, amint azt a második hipotézis is sugallja, a közelről érkező aszteroidák és üstökösök aktív bombázása miatt alakulhatott ki. Naprendszer a fejlődés korai szakaszában. Ezt az elképzelést elég nehéz megerősíteni vagy megcáfolni.

Kísérlet az IDG RAS-nál

A legvalószínűbb a harmadik hipotézis, amely szerint a légkör a földkéreg köpenyéből mintegy 4 milliárd évvel ezelőtti gázok felszabadulásának eredményeként jelent meg. Ezt a koncepciót az IDG RAS-ban igazolták a Tsarev 2 nevű kísérlet során, amikor egy meteorikus anyagmintát vákuumban melegítettek. Ezután olyan gázok felszabadulását rögzítették, mint a H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 stb. Ezért a tudósok joggal feltételezték, hogy a Föld primer légkörének kémiai összetétele vízből és szén-dioxidból áll, hidrogén-fluorid (HF) gőz, szén-monoxid gáz (CO), hidrogén-szulfid (H 2 S), nitrogénvegyületek, hidrogén, metán (CH 4), ammónia gőzök (NH 3), argon stb. Vízgőz az elsődleges atmoszférából részt vett a hidroszféra kialakításában, a szén-dioxid nagyobb mértékben jelent meg kötött állapotban a szerves anyagokban ill. sziklák, a nitrogén átjutott a modern levegő összetételébe, és ismét az üledékes kőzetekbe és szerves anyagokba.

A Föld elsődleges légkörének összetétele nem engedné modern emberek légzőkészülék nélkül lenni benne, mivel akkor még nem volt oxigén a szükséges mennyiségben. Ez az elem jelentős mennyiségben jelent meg másfél milliárd éve, vélhetően bolygónk legősibb lakóinak számító kék-zöld és más algák fotoszintézisének fejlődésével összefüggésben.

Oxigén minimum

Hogy a Föld légkörének összetétele kezdetben szinte anoxikus volt, azt jelzi, hogy a legősibb (katarchei) kőzetekben könnyen oxidálódó, de nem oxidálódó grafit (szén) található. Ezt követően megjelentek az úgynevezett sávos vasércek, amelyek dúsított vas-oxidok rétegeit tartalmazták, ami azt jelenti, hogy a bolygón egy erőteljes oxigénforrás molekuláris formában jelenik meg. De ezek az elemek csak időszakonként bukkantak fel (talán ugyanazok az algák vagy más oxigéntermelők jelentek meg kis szigetként az anoxikus sivatagban), míg a világ többi része anaerob volt. Ez utóbbit támasztja alá, hogy könnyen oxidálható piritet találtak kavicsok formájában, amelyeket az áramlás kémiai reakciók nyoma nélkül dolgozott fel. Mivel az áramló vizek nem levegőztethetők rosszul, amellett érveltek, hogy a korai kambrium előtti légkör a mai összetételnek egy százalékánál kevesebb oxigént tartalmazott.

Forradalmi változás a levegő összetételében

Körülbelül a proterozoikum közepén (1,8 milliárd évvel ezelőtt) zajlott le az "oxigén-forradalom", amikor a világ áttért az aerob légzésre, melynek során egy molekula tápláló(glükóz) 38, és nem két (mint az anaerob légzés) egységnyi energiához juthat. A Föld atmoszférájának összetétele oxigénben mérve kezdett meghaladni a jelenlegi egy százalékát, kezdett megjelenni az ózonréteg, amely megvédi az élőlényeket a sugárzástól. Tőle az ősi állatok, például a trilobiták "bújtak" vastag kagyló alá. Azóta és egészen korunkig a fő "lélegeztető" elem tartalma fokozatosan és lassan nőtt, és az életformák változatos fejlődését biztosítja a bolygón.

A Föld bolygónkat körülvevő gázhéj, más néven légkör, öt fő rétegből áll. Ezek a rétegek a bolygó felszínéről származnak, a tengerszintről (néha lentről), és a következő sorrendben emelkednek ki a világűrbe:

• Troposzféra;
• Sztratoszféra;
• mezoszféra;
• Termoszféra;
• Exoszféra.

A Föld légkörének főbb rétegeinek diagramja

Mind az öt fő réteg között átmeneti zónák találhatók, amelyeket "szüneteknek" neveznek, ahol a hőmérséklet, az összetétel és a levegő sűrűsége megváltozik. A szünetekkel együtt a Föld légköre összesen 9 réteget foglal magában.

Troposzféra: ahol az időjárás történik

A légkör összes rétege közül a troposzférát ismerjük a legjobban (akár észreveszi, akár nem), mivel az alján élünk - a bolygó felszínén. Beborítja a Föld felszínét, és több kilométeren keresztül felfelé nyúlik. A troposzféra szó jelentése "a földgömb megváltoztatása". Nagyon találó név, hiszen ebben a rétegben zajlik a mindennapi időjárásunk.

A bolygó felszínétől kiindulva a troposzféra 6-20 km magasra emelkedik. A réteg hozzánk legközelebb eső alsó harmadában található az összes légköri gáz 50%-a. Ez az egyetlen része a légkör teljes összetételének, amely lélegzik. Tekintettel arra, hogy a levegőt alulról felmelegíti a Föld felszíne, amely elnyeli a Nap hőenergiáját, a troposzféra hőmérséklete és nyomása a magasság növekedésével csökken.

A tetején van egy vékony réteg, az úgynevezett tropopauza, amely csak puffer a troposzféra és a sztratoszféra között.

Sztratoszféra: az ózon otthona

A sztratoszféra a légkör következő rétege. 6-20 km-től 50 km-ig terjed a földfelszín felett. Ez az a réteg, amelyben a legtöbb kereskedelmi repülőgép repül és a hőlégballonok utaznak.

Itt a levegő nem fel-le áramlik, hanem nagyon gyors légáramlatok során a felszínnel párhuzamosan mozog. A hőmérséklet emelkedéssel emelkedik, köszönhetően a rengeteg természetes ózonnak (O 3), amely a napsugárzás és az oxigén mellékterméke, amely képes elnyelni a nap káros ultraibolya sugarait (bármilyen hőmérséklet-emelkedést a magassággal "inverziónak" neveznek meteorológia)...

Mivel a sztratoszférában több meleg hőmérsékletek lent és hűvösebb a légkör ezen részén ritka a konvekció (a légtömegek függőleges mozgása). Valójában a troposzférában tomboló vihart a sztratoszférából tekinthetjük meg, mivel a réteg konvekciós „sapkaként” működik, amelyen keresztül a viharfelhők nem tudnak áthatolni.

A sztratoszféra után ismét van egy pufferréteg, amelyet ezúttal sztratopauzának neveznek.

Mezoszféra: középső légkör

A mezoszféra körülbelül 50-80 km-re található a Föld felszínétől. A felső mezoszféra a leghidegebb természetes hely a Földön, ahol a hőmérséklet -143 °C alá süllyedhet.

Termoszféra: felső légkör

A mezoszférát és a mezopauzát a termoszféra követi, amely 80-700 km-rel a bolygó felszíne felett helyezkedik el, és a légköri burok összes levegőjének kevesebb mint 0,01%-át tartalmazza. A hőmérséklet itt eléri a + 2000 ° C-ot, de a levegő erős ritkulása és a hőátadáshoz szükséges gázmolekulák hiánya miatt ezeket a magas hőmérsékleteket nagyon hidegnek érzékelik.

Exoszféra: a légkör és a tér határa

A földfelszín felett körülbelül 700-10 000 km magasságban van egy exoszféra - a légkör külső széle, amely az űrrel határos. Itt meteorológiai műholdak keringenek a Föld körül.

Mi a helyzet az ionoszférával?

Az ionoszféra nem különálló réteg, de valójában a kifejezést a 60-1000 km magasságban lévő légkörre használják. Magában foglalja a mezoszféra legfelső részeit, a teljes termoszférát és az exoszféra egy részét. Az ionoszféra a nevét onnan kapta, hogy a légkörnek ezen a részén a Nap sugárzása ionizálódik, amikor a Föld mágneses mezőit áthaladja és. Ezt a jelenséget a földről figyelik meg, mint az északi fényt.

Troposzféra

Felső határa a sarki szélességeken 8-10 km, a mérsékelt öviben 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km magasságban van; alacsonyabb télen, mint nyáron. A légkör alsó, fő rétege a teljes légköri levegőtömeg több mint 80%-át és a légkörben lévő összes vízgőz körülbelül 90%-át tartalmazza. A turbulencia és a konvekció erősen fejlett a troposzférában, felhők jelennek meg, ciklonok és anticiklonok alakulnak ki. A hőmérséklet a magasság növekedésével csökken, átlagosan 0,65 ° / 100 m függőleges gradienssel

Tropopauza

A troposzférából a sztratoszférába vezető átmeneti réteg, a légkör azon rétege, amelyben a hőmérséklet a magassággal megáll.

Sztratoszféra

A légkör 11-50 km magasságban elhelyezkedő rétege. A hőmérséklet enyhe változása a 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétege) és ennek emelkedése a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről 0,8 °C-ra (a sztratoszféra felső rétege vagy az inverziós régió) jellemzőek. A körülbelül 273 K (majdnem 0 °C) érték elérése után körülbelül 40 km-es magasságban a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között.

Sztratopauza

A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlás maximuma (kb. 0 °C).

Mezoszféra

A mezoszféra 50 km-es magasságban kezdődik és 80-90 km-ig terjed. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagos függőleges gradiens (0,25-0,3) ° / 100 m. A fő energiafolyamat a sugárzó hőcsere. Komplex fotokémiai folyamatok, amelyekben szabad gyökök, rezgés által gerjesztett molekulák stb. vesznek részt, a légkör izzást okoz.

Mezopauza

Átmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy minimum (kb. -90 °C).

Pocket Line

Tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határnak tekintenek. A Karman vonal 100 km tengerszint feletti magasságban található.

A Föld légkörének határa

Termoszféra

A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. Az ultraibolya és röntgen napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizációja ("poláris fények") történik - az ionoszféra fő területei a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken.

Termopauza

A légkörnek a termoszféra tetejével szomszédos tartománya. Ezen a területen a napsugárzás elnyelése elhanyagolható, és a hőmérséklet valójában nem változik a magassággal.

Exoszféra (diszperziós gömb)

Légköri rétegek 120 km magasságig

Az exoszféra egy szóródási zóna, a termoszféra külső része, 700 km felett található. A gáz az exoszférában nagyon ritka, és innen származik részecskéinek a bolygóközi térbe való szivárgása (disszipáció).

100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magassági eloszlása ​​attól függ molekulatömegek, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázok sűrűségének csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 ° C-ról -110 ° C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~ 150 ° C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett a gázok hőmérsékletének és sűrűségének jelentős ingadozása figyelhető meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3500 km magasságban az exoszféra fokozatosan átmegy az úgynevezett közeli űrvákuumba, amelyet bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéi, főként hidrogénatomok töltenek meg. De ez a gáz csak töredéke a bolygóközi anyagnak. Egy másik része üstökös és meteor eredetű porszerű részecskékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszerű részecskék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.

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

Homoszférát és heteroszférát különböztetünk meg a légkörben lévő gáz összetételétől függően. A heteroszféra egy olyan terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel ezen a magasságon elhanyagolható a keveredésük. Innen ered a heteroszféra változó összetétele. Alatta terül el a légkör jól kevert, homogén összetételű része, az úgynevezett homoszféra. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.