קליפת האוויר המקיפה את כוכב הלכת שלנו ומסתובבת איתו נקראת האטמוספרה. מחצית מהמסה הכוללת של האטמוספירה מרוכזת ב-5 הק"מ התחתונים, ושלושה רבעים מהמסה ב-10 הק"מ התחתונים. מעל, האוויר נדיר מאוד, אם כי חלקיקיו נמצאים בגובה של 2000-3000 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

האוויר שאנו נושמים הוא תערובת של גזים. יותר מכל הוא מכיל חנקן - 78% וחמצן - 21%. ארגון הוא פחות מ-1% ו-0.03% הוא פחמן דו חמצני. גזים רבים אחרים, כגון קריפטון, קסנון, ניאון, הליום, מימן, אוזון ואחרים, מהווים אלפיות ומיליוניות האחוז. האוויר מכיל גם אדי מים, חלקיקים של חומרים שונים, חיידקים, אבקה ואבק קוסמי.

האווירה מורכבת מכמה שכבות. השכבה התחתונה עד לגובה של 10-15 ק"מ מעל פני כדור הארץ נקראת הטרופוספירה. הוא מתחמם מכדור הארץ, כך שטמפרטורת האוויר כאן בגובה יורדת ב-6 מעלות צלזיוס לכל קילומטר אחד של עלייה. כמעט כל אדי המים נמצאים בטרופוספירה וכמעט כל העננים נוצרים - שימו לב.. גובה הטרופוספירה על פני קווי רוחב שונים של כוכב הלכת אינו זהה. הוא מתנשא עד 9 ק"מ מעל הקטבים, עד 10-12 ק"מ בקווי רוחב ממוזגים, ועד 15 ק"מ מעל קו המשווה. התהליכים המתרחשים בטרופוספירה - היווצרות ותנועה של מסות אוויר, היווצרות ציקלונים ואנטיציקלונים, הופעת עננים ומשקעים - קובעים את מזג האוויר והאקלים בקרבת פני כדור הארץ.

מעל הטרופוספירה נמצאת הסטרטוספירה, המשתרעת עד 50-55 ק"מ. הטרופוספירה והסטרטוספרה מופרדות על ידי שכבת מעבר הנקראת טרופופוזה, בעובי 1-2 ק"מ. בסטרטוספירה בגובה של כ-25 ק"מ, טמפרטורת האוויר מתחילה לעלות בהדרגה ומגיעה ל-+10 +30 מעלות צלזיוס ב-50 ק"מ. עלייה כזו בטמפרטורה נובעת מהעובדה שיש שכבת אוזון בסטרטוספירה בגבהים של 25-30 ק"מ. על פני כדור הארץ, תכולתו באוויר זניחה, ובגובה רב מולקולות חמצן דו-אטומיות סופגות קרינת שמש אולטרה סגולה ויוצרות מולקולות אוזון טריאטומיות.

אם האוזון היה ממוקם בשכבות התחתונות של האטמוספירה, בגובה עם לחץ רגיל, עובי שכבתו היה 3 מ"מ בלבד. אבל אפילו בכמות כה קטנה, הוא ממלא תפקיד חשוב מאוד: הוא סופג חלק מקרינת השמש המזיקה לאורגניזמים חיים.

מעל הסטרטוספירה, עד כ-80 ק"מ, משתרעת המזוספרה, בה טמפרטורת האוויר יורדת עם הגובה לכמה עשרות מעלות מתחת לאפס.

החלק העליון של האטמוספירה מאופיין בטמפרטורות גבוהות מאוד ונקרא התרמוספירה - שימו לב.. היא מחולקת לשני חלקים - היונוספירה - עד לגובה של כ-1000 ק"מ, שם האוויר מיונן מאוד, והאקסוספירה - מעל 1000 ק"מ. ביונוספירה, מולקולות גז אטמוספריות קולטות קרינה אולטרה סגולה מהשמש, ונוצרים אטומים טעונים ואלקטרונים חופשיים. אוררות נצפות ביונוספירה.

האטמוספירה ממלאת תפקיד חשוב מאוד בחיי הפלנטה שלנו. הוא מגן על כדור הארץ מפני חימום חזק על ידי קרני השמש במהלך היום ומהיפותרמיה בלילה. רוב המטאוריטים נשרפים בשכבות האטמוספירה לפני שהם מגיעים לפני השטח של כוכב הלכת. האטמוספירה מכילה חמצן, הנחוץ לכל האורגניזמים, מגן אוזון המגן על החיים על פני כדור הארץ מהחלק המזיק של הקרינה האולטרה סגולה של השמש.

אטמוספירות של כוכבי הלכת של מערכת השמש

האווירה של מרקורי כל כך נדירה, שאפשר לומר שהיא כמעט לא קיימת. מעטפת האוויר של נוגה מורכבת מפחמן דו חמצני (96%) וחנקן (כ-4%), היא צפופה מאוד - הלחץ האטמוספרי ליד פני כדור הארץ גדול כמעט פי 100 מאשר בכדור הארץ. גם האטמוספרה של מאדים מורכבת בעיקר מפחמן דו חמצני (95%) ומחנקן (2.7%), אך צפיפותה קטנה בכ-300 מזו של כדור הארץ, והלחץ שלה קטן כמעט פי 100. המשטח הנראה לעין של צדק הוא למעשה השכבה העליונה של אטמוספירת מימן-הליום. פגזי האוויר של שבתאי ואוראנוס זהים בהרכבם. הצבע הכחול היפה של אורנוס נובע מהריכוז הגבוה של מתאן בחלק העליון של האטמוספירה שלו - בערך.. לנפטון, עטוף אובך פחמימני, יש שתי שכבות עיקריות של עננים: האחת מורכבת מגבישי מתאן קפואים, והשנייה, ממוקם למטה, מכיל אמוניה ומימן גופרתי.

הגבול העליון שלו הוא בגובה של 8-10 ק"מ בקוטב, 10-12 ק"מ בממוזג ו-16-18 ק"מ בקווי רוחב טרופיים; נמוך יותר בחורף מאשר בקיץ. השכבה התחתונה והעיקרית של האטמוספירה. הוא מכיל יותר מ-80% מהמסה הכוללת של האוויר האטמוספרי וכ-90% מכל אדי המים הקיימים באטמוספירה. מערבולות והסעה מפותחות מאוד בטרופוספירה, עננים מופיעים, ציקלונים ואנטיציקלונים מתפתחים. הטמפרטורה יורדת עם הגובה עם שיפוע אנכי ממוצע של 0.65°/100 מ'

עבור "תנאים נורמליים" על פני כדור הארץ נלקחים: צפיפות 1.2 ק"ג/מ"ק, לחץ ברומטרי 101.35 קילו-פאס, טמפרטורה בתוספת 20 מעלות צלזיוס ולחות יחסית 50%. לאינדיקטורים מותנים אלה יש ערך הנדסי בלבד.

סטרטוספירה

שכבת האטמוספירה הממוקמת בגובה של 11 עד 50 ק"מ. שינוי קל בטמפרטורה בשכבה של 11-25 ק"מ (השכבה התחתונה של הסטרטוספירה) ועלייתו בשכבת 25-40 ק"מ מ-56.5 ל-0.8 מעלות (סטרטוספירה עליונה או אזור היפוך) אופייניים. לאחר שהגיע לערך של כ-273 K (כמעט 0 מעלות צלזיוס) בגובה של כ-40 ק"מ, הטמפרטורה נשארת קבועה עד לגובה של כ-55 ק"מ. אזור זה של טמפרטורה קבועה נקרא סטרטופוזה והוא הגבול בין הסטרטוספירה למזוספרה.

סטרטופוזה

שכבת הגבול של האטמוספירה בין הסטרטוספירה למזוספרה. יש מקסימום בחלוקת הטמפרטורה האנכית (כ-0 מעלות צלזיוס).

מזוספרה

גיל הביניים

שכבת מעבר בין מזוספרה לתרמוספירה. יש מינימום בחלוקת הטמפרטורה האנכית (כ-90 מעלות צלזיוס).

ליין קרמן

גובה מעל פני הים, המקובל באופן מקובל כגבול בין האטמוספירה של כדור הארץ לחלל.

תרמוספירה

הגבול העליון הוא כ-800 ק"מ. הטמפרטורה עולה לגבהים של 200-300 ק"מ, שם היא מגיעה לערכים בסדר גודל של 1500 K, ולאחר מכן היא נשארת כמעט קבועה עד לגבהים גבוהים. בהשפעת קרינת השמש האולטרה סגולה וקרינת רנטגן וקרינה קוסמית, האוויר מיונן ("אורות קוטביים") - האזורים העיקריים של היונוספירה נמצאים בתוך התרמוספירה. בגבהים מעל 300 ק"מ, החמצן האטומי שולט.

אקסוספירה (כדור פיזור)

עד לגובה של 100 ק"מ, האטמוספרה היא תערובת הומוגנית, מעורבת היטב של גזים. בשכבות גבוהות יותר, התפלגות הגזים בגובה תלויה במסות המולקולריות שלהם, ריכוז הגזים הכבדים יורד מהר יותר עם המרחק מפני כדור הארץ. עקב הירידה בצפיפות הגזים, הטמפרטורה יורדת מ-0 מעלות צלזיוס בסטרטוספירה ל-110 מעלות צלזיוס במזוספרה. עם זאת, האנרגיה הקינטית של חלקיקים בודדים בגבהים של 200-250 ק"מ מתאימה לטמפרטורה של ~1500 מעלות צלזיוס. מעל 200 ק"מ נצפות תנודות משמעותיות בטמפרטורה ובצפיפות הגז בזמן ובמרחב.

בגובה של כ-2000-3000 ק"מ, האקסוספירה עוברת בהדרגה לתוך מה שנקרא ליד ואקום חלל, אשר מלא בחלקיקים מאוד נדירים של גז בין-פלנטרי, בעיקר אטומי מימן. אבל הגז הזה הוא רק חלק מהחומר הבין-פלנטרי. החלק השני מורכב מחלקיקים דמויי אבק ממקור שביט ומטאורי. בנוסף לחלקיקים דמויי אבק נדירים במיוחד, חודרת לחלל זה קרינה אלקטרומגנטית וגופית ממקור שמש וגלקטי.

הטרופוספירה מהווה כ-80% ממסת האטמוספירה, הסטרטוספירה מהווה כ-20%; המסה של המזוספרה היא לא יותר מ-0.3%, התרמוספירה היא פחות מ-0.05% מהמסה הכוללת של האטמוספירה. בהתבסס על התכונות החשמליות באטמוספירה, נבדלים בין הנויטרוספרה והיונוספירה. כיום מאמינים שהאטמוספירה משתרעת לגובה של 2000-3000 ק"מ.

בהתאם להרכב הגז באטמוספירה, הם פולטים הומוספירהו הטרוספירה. הטרוספירה- זהו אזור שבו כוח הכבידה משפיע על הפרדת הגזים, שכן ערבובם בגובה כזה הוא זניח. מכאן נובע ההרכב המשתנה של ההטרוספירה. מתחתיו נמצא חלק מעורב היטב, הומוגני של האטמוספירה, הנקרא הומוספירה. הגבול בין השכבות הללו נקרא טורבופאוזה, הוא נמצא בגובה של כ-120 ק"מ.

תכונות גשמיות

עובי האטמוספירה הוא בערך 2000 - 3000 ק"מ מפני השטח של כדור הארץ. מסת האוויר הכוללת - (5.1-5.3)? 10 18 ק"ג. המסה המולרית של אוויר יבש נקי היא 28.966. לחץ ב-0 מעלות צלזיוס בגובה פני הים 101.325 kPa; טמפרטורה קריטית ?140.7 מעלות צלזיוס; לחץ קריטי 3.7 MPa; C p 1.0048?10? J / (ק"ג K) (ב-0°C), C v 0.7159 10? J/(ק"ג K) (ב-0 מעלות צלזיוס). מסיסות האוויר במים ב-0°С - 0.036%, ב-25°С - 0.22%.

תכונות פיזיולוגיות ואחרות של האטמוספירה

כבר בגובה של 5 ק"מ מעל פני הים, אדם לא מאומן מפתח רעב בחמצן וללא הסתגלות, הביצועים של האדם מופחתים באופן משמעותי. כאן מסתיים האזור הפיזיולוגי של האטמוספרה. נשימה אנושית הופכת בלתי אפשרית בגובה של 15 ק"מ, אם כי עד כ-115 ק"מ האטמוספירה מכילה חמצן.

האטמוספרה מספקת לנו את החמצן שאנו צריכים כדי לנשום. עם זאת, עקב הירידה בלחץ הכולל של האטמוספירה ככל שמתנשאים לגובה, גם הלחץ החלקי של החמצן יורד בהתאם.

הריאות האנושיות מכילות כל הזמן כ-3 ליטר אוויר מכתשית. הלחץ החלקי של חמצן באוויר המכתשית בלחץ אטמוספרי רגיל הוא 110 מ"מ כספית. אמנות, לחץ של פחמן דו חמצני - 40 מ"מ כספית. אמנות, ואדי מים - 47 מ"מ כספית. אומנות. עם העלייה בגובה, לחץ החמצן יורד, והלחץ הכולל של אדי מים ופחמן דו חמצני בריאות נשאר כמעט קבוע - כ-87 מ"מ כספית. אומנות. זרימת החמצן לריאות תיפסק לחלוטין כאשר לחץ האוויר שמסביב ישתווה לערך זה.

בגובה של כ-19-20 ק"מ הלחץ האטמוספרי יורד ל-47 מ"מ כספית. אומנות. לכן, בגובה זה, מים ונוזל ביניים מתחילים לרתוח בגוף האדם. מחוץ לתא הלחץ בגבהים האלה, המוות מתרחש כמעט באופן מיידי. לפיכך, מנקודת המבט של הפיזיולוגיה האנושית, "המרחב" מתחיל כבר בגובה של 15-19 ק"מ.

שכבות אוויר צפופות - הטרופוספירה והסטרטוספירה - מגינות עלינו מפני ההשפעות המזיקות של קרינה. עם ריבוי מספיק של אוויר, בגבהים של יותר מ-36 ק"מ, לקרינה מייננת, לקרניים קוסמיות ראשוניות, יש השפעה אינטנסיבית על הגוף; בגבהים של יותר מ-40 ק"מ, פועל החלק האולטרה-סגול של ספקטרום השמש, המסוכן לבני אדם.

ככל שאנו מתנשאים לגובה יותר ויותר מעל פני כדור הארץ, נחלשים בהדרגה ואז נעלמים לחלוטין, תופעות כאלה המוכרות לנו, נצפו בשכבות התחתונות של האטמוספירה, כמו התפשטות הקול, התרחשות עילוי אווירודינמי. והתנגדות, העברת חום בהסעה וכו'.

בשכבות אוויר נדירות, התפשטות הקול בלתי אפשרית. עד גבהים של 60-90 ק"מ עדיין ניתן להשתמש בהתנגדות אוויר והרמה לטיסה אווירודינמית מבוקרת. אבל החל מגבהים של 100-130 ק"מ, המושגים של מספר M ומחסום הקול המוכרים לכל טייס מאבדים את משמעותם, עובר קו קרמן המותנה, שמעבר לו מתחיל תחום הטיסה הבליסטית הטהורה, שניתן לשלוט בו רק. באמצעות כוחות ריאקטיביים.

בגבהים מעל 100 ק"מ, מהאטמוספירה נמנעת גם תכונה יוצאת דופן נוספת - היכולת לספוג, להוביל ולהעביר אנרגיה תרמית בהסעה (כלומר, באמצעות ערבוב אוויר). המשמעות היא שאלמנטים שונים של ציוד, ציוד של תחנת החלל המסלולית לא יוכלו להתקרר מבחוץ בדרך שבה זה נעשה בדרך כלל במטוס - בעזרת סילוני אוויר ורדיאטורי אוויר. בגובה כזה, כמו בחלל בכלל, הדרך היחידה להעביר חום היא קרינה תרמית.

הרכב האווירה

האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת בעיקר מגזים ומזיהומים שונים (אבק, טיפות מים, גבישי קרח, מלחי ים, מוצרי בעירה).

ריכוז הגזים המרכיבים את האטמוספירה כמעט קבוע, למעט מים (H 2 O) ופחמן דו חמצני (CO 2).

הרכב אוויר יבש

גַז	תוֹכֶן לפי נפח, %	תוֹכֶן על ידי משקל, %
חַנקָן	78,084	75,50
חַמצָן	20,946	23,10
אַרגוֹן	0,932	1,286
מים	0,5-4	-
פחמן דו חמצני	0,032	0,046
נֵאוֹן	1.818×10 −3	1.3×10 −3
הֶלִיוּם	4.6×10 −4	7.2×10 −5
מתאן	1.7×10 −4	-
קריפטון	1.14×10 −4	2.9×10 −4
מֵימָן	5×10 −5	7.6×10 −5
קסנון	8.7×10 −6	-
חמצן דו חנקני	5×10 −5	7.7×10 −5

בנוסף לגזים המצוינים בטבלה, האטמוספירה מכילה SO 2, NH 3, CO, אוזון, פחמימנים, HCl, אדים, I 2, וכן גזים רבים אחרים בכמויות קטנות. בטרופוספירה יש כל הזמן כמות גדולה של חלקיקים מוצקים ונוזליים מרחפים (אירוסול).

היסטוריה של היווצרות האטמוספירה

לפי התיאוריה הנפוצה ביותר, האטמוספירה של כדור הארץ הייתה בארבעה קומפוזיציות שונות לאורך זמן. בתחילה, הוא היה מורכב מגזים קלים (מימן והליום) שנלכדו מהחלל הבין-פלנטרי. זה מה שנקרא אווירה ראשונית(לפני כארבעה מיליארד שנים). בשלב הבא, פעילות וולקנית פעילה הובילה לרוויה של האטמוספירה בגזים שאינם מימן (פחמן דו חמצני, אמוניה, אדי מים). ככה אווירה משנית(כשלושה מיליארד שנים לפני ימינו). האווירה הזו הייתה משקמת. יתר על כן, תהליך היווצרות האטמוספירה נקבע על ידי הגורמים הבאים:

• דליפה של גזים קלים (מימן והליום) לחלל הבין-פלנטרי;
• תגובות כימיות המתרחשות באטמוספירה בהשפעת קרינה אולטרה סגולה, פריקות ברק ועוד כמה גורמים.

בהדרגה, גורמים אלה הובילו להיווצרות אווירה שלישונית, מאופיינת בתכולה נמוכה בהרבה של מימן ובתכולה גבוהה בהרבה של חנקן ופחמן דו חמצני (הנוצרות כתוצאה מתגובות כימיות מאמוניה ופחמימנים).

חַנקָן

היווצרות כמות גדולה של N 2 נובעת מחמצון אטמוספירת האמוניה-מימן על ידי O 2 מולקולרית, שהחלה להגיע מפני השטח של כוכב הלכת כתוצאה מפוטוסינתזה, החל מלפני 3 מיליארד שנים. N 2 משתחרר לאטמוספירה גם כתוצאה מהניטריפיקציה של חנקות ותרכובות אחרות המכילות חנקן. חנקן מתחמצן על ידי אוזון ל-NO באטמוספרה העליונה.

חנקן N 2 נכנס לתגובות רק בתנאים ספציפיים (לדוגמה, במהלך פריקת ברק). חמצון של חנקן מולקולרי על ידי אוזון במהלך פריקות חשמליות משמש בייצור תעשייתי של דשני חנקן. ניתן לחמצן אותו בצריכת אנרגיה נמוכה ולהמיר אותו לצורה פעילה ביולוגית על ידי ציאנובקטריה (אצה כחולה-ירוקה) וחיידקי גושים היוצרים סימביוזה rhizobial עם קטניות, מה שנקרא. זבל ירוק.

חַמצָן

הרכב האטמוספירה החל להשתנות באופן קיצוני עם הופעת האורגניזמים החיים על פני כדור הארץ, כתוצאה מפוטוסינתזה, המלווה בשחרור חמצן ובספיגה של פחמן דו חמצני. בתחילה הושקע חמצן על חמצון של תרכובות מופחתות - אמוניה, פחמימנים, צורת הברזל הכלול באוקיינוסים וכו'. בסוף שלב זה, תכולת החמצן באטמוספרה החלה לגדול. בהדרגה נוצרה אווירה מודרנית בעלת תכונות מחמצנות. מכיוון שהדבר גרם לשינויים רציניים וחטומים בתהליכים רבים המתרחשים באטמוספרה, בליתוספירה ובביוספרה, אירוע זה כונה קטסטרופה של חמצן.

פחמן דו חמצני

תכולת ה-CO 2 באטמוספירה תלויה בפעילות געשית ובתהליכים כימיים בקונכיות כדור הארץ, אך יותר מכל - בעוצמת הביוסינתזה ופירוק החומר האורגני בביוספרה של כדור הארץ. כמעט כל הביומסה הנוכחית של כדור הארץ (כ-2.4 × 10 12 טון) נוצרת עקב פחמן דו חמצני, חנקן ואדי מים הכלולים באוויר האטמוספרי. קבור באוקיינוס, בביצות וביערות, חומר אורגני הופך לפחם, נפט וגז טבעי. (ראה מחזור פחמן גיאוכימי)

גזים אצילים

זיהום אוויר

לאחרונה החל האדם להשפיע על התפתחות האטמוספירה. התוצאה של פעילותו הייתה עלייה משמעותית מתמדת בתכולת הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה עקב שריפה של דלקים פחמימניים שהצטברו בתקופות גיאולוגיות קודמות. כמויות עצומות של CO 2 נצרכות במהלך הפוטוסינתזה ונספגות באוקיינוסים בעולם. גז זה חודר לאטמוספירה עקב פירוק סלעי קרבונט וחומרים אורגניים ממקור צמחי ובעלי חיים, וכן עקב געשיות ופעילות ייצור אנושית. במהלך 100 השנים האחרונות, תכולת ה-CO 2 באטמוספירה גדלה ב-10%, כאשר החלק העיקרי (360 מיליארד טון) מגיע משריפת דלק. אם קצב הגידול של שריפת הדלק יימשך, אז ב-50 - 60 השנים הבאות כמות ה-CO 2 באטמוספירה תוכפל ועלולה להוביל לשינויי אקלים גלובליים.

שריפת דלק היא המקור העיקרי לגזים מזהמים (СО,, SO 2). דו תחמוצת הגופרית מתחמצנת על ידי חמצן אטמוספרי ל-SO 3 באטמוספרה העליונה, אשר בתורו יוצר אינטראקציה עם אדי מים ואמוניה, והחומצה הגופרתית המתקבלת (H 2 SO 4) ואמוניום גופרתי ((NH 4) 2 SO 4) חוזרות ל פני השטח של כדור הארץ בצורה של מה שנקרא. גשם חומצי. השימוש במנועי בעירה פנימית מוביל לזיהום אוויר משמעותי עם תחמוצות חנקן, פחמימנים ותרכובות עופרת (עופרת טטראתיל Pb (CH 3 CH 2) 4)).

זיהום אירוסול של האטמוספירה נגרם הן מסיבות טבעיות (התפרצות געשית, סופות אבק, סחיטה של ​​טיפות מי ים ואבקת צמחים ועוד) והן מפעילות כלכלית אנושית (כריית עפרות וחומרי בניין, שריפת דלק, הפקת מלט וכו') .). סילוק אינטנסיבי בקנה מידה גדול של חלקיקים מוצקים לאטמוספירה הוא אחד הגורמים האפשריים לשינויי אקלים על פני כדור הארץ.

סִפְרוּת

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov "Biology and Medicine Space" (מהדורה שניה, מתוקנת ומוגדלת), מ.: "Prosveshchenie", 1975, 223 עמ'.
2. N. V. Gusakova "Environmental Chemistry", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geochemistry of Gass Natural, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K., Warner S., זיהום אוויר. מקורות ובקרה, טרנס. מאנגלית, מ.. 1980;
6. ניטור זיהום רקע של סביבות טבעיות. ב. 1, L., 1982.

ראה גם

קישורים

אטמוספירת כדור הארץ

המבנה וההרכב של האטמוספירה של כדור הארץ, יש לומר, לא תמיד היו ערכים קבועים בתקופה כזו או אחרת של התפתחות הפלנטה שלנו. כיום, המבנה האנכי של אלמנט זה, בעל "עובי" כולל של 1.5-2.0 אלף ק"מ, מיוצג על ידי מספר רבדים עיקריים, כולל:

1. הטרופוספירה.
2. טרופופוזה.
3. סטרטוספירה.
4. סטרטופוזה.
5. מזוספירה ומזופוזה.
6. תרמוספירה.
7. אקסוספירה.

אלמנטים בסיסיים של האווירה

הטרופוספירה היא שכבה בה נצפות תנועות אנכיות ואופקיות חזקות, כאן נוצרים מזג אוויר, משקעים ותנאי אקלים. הוא משתרע לאורך 7-8 ק"מ מפני השטח של כוכב הלכת כמעט בכל מקום, למעט אזורי הקוטב (שם - עד 15 ק"מ). בטרופוספירה יש ירידה הדרגתית בטמפרטורה, בערך 6.4 מעלות צלזיוס עם כל קילומטר של גובה. נתון זה עשוי להיות שונה עבור קווי רוחב ועונות שונות.

הרכב האטמוספירה של כדור הארץ בחלק זה מיוצג על ידי היסודות הבאים והאחוזים שלהם:

חנקן - כ-78 אחוזים;

חמצן - כמעט 21 אחוז;

ארגון - כאחוז אחד;

פחמן דו חמצני - פחות מ-0.05%.

הרכב בודד עד גובה 90 קילומטרים

בנוסף ניתן למצוא כאן אבק, טיפות מים, אדי מים, מוצרי בעירה, גבישי קרח, מלחי ים, חלקיקי אירוסול רבים ועוד. הרכב זה של האטמוספירה של כדור הארץ נצפה עד לגובה של כתשעים ק"מ, כך שהאוויר זהה בערך בהרכב הכימי, לא רק בטרופוספירה, אלא גם בשכבות העליונות. אבל שם לאטמוספירה יש תכונות פיזיקליות שונות מהותית. השכבה בעלת הרכב הכימי המשותף נקראת הומוספירה.

אילו יסודות נוספים נמצאים באטמוספירה של כדור הארץ? כאחוז (בנפח, באוויר יבש), גזים כגון קריפטון (כ-1.14 x 10 -4), קסנון (8.7 x 10 -7), מימן (5.0 x 10 -5), מתאן (כ-1.7 x 10 - 4), תחמוצת החנקן (5.0 x 10 -5) וכו'. מבחינת אחוז המסה של הרכיבים המפורטים, תחמוצת החנקן ומימן הם הכי הרבה, ואחריהם הליום, קריפטון וכו'.

תכונות פיזיקליות של שכבות אטמוספריות שונות

התכונות הפיזיקליות של הטרופוספירה קשורות קשר הדוק לחיבור שלה לפני השטח של כוכב הלכת. מכאן, חום השמש המוחזר בצורה של קרני אינפרא אדום נשלח בחזרה למעלה, כולל תהליכי ההולכה התרמית וההסעה. לכן הטמפרטורה יורדת עם המרחק מפני כדור הארץ. תופעה זו נצפית עד לגובה הסטרטוספירה (11-17 ק"מ), ואז הטמפרטורה הופכת כמעט ללא שינוי עד לרמה של 34-35 ק"מ, ואז יש שוב עלייה בטמפרטורות עד לגבהים של 50 ק"מ ( הגבול העליון של הסטרטוספירה). בין הסטרטוספירה לטרופוספירה יש שכבת ביניים דקה של הטרופופוזה (עד 1-2 ק"מ), שבה נצפות טמפרטורות קבועות מעל קו המשווה - בערך מינוס 70 מעלות צלזיוס ומטה. מעל הקטבים, הטרופופוזה "מתחממת" בקיץ למינוס 45 מעלות צלזיוס, בחורף הטמפרטורות כאן נעות סביב -65 מעלות צלזיוס.

הרכב הגז של האטמוספירה של כדור הארץ כולל יסוד כה חשוב כמו אוזון. יש מעט יחסית ממנו ליד פני השטח (עשרה עד מינוס החזקה השישית של האחוז), שכן הגז נוצר בהשפעת אור השמש מחמצן אטומי בחלקים העליונים של האטמוספירה. בפרט, רוב האוזון נמצא בגובה של כ-25 ק"מ, וכל "מסך האוזון" ממוקם באזורים שבין 7-8 ק"מ באזור הקטבים, מ-18 ק"מ בקו המשווה ועד חמישים ק"מ. באופן כללי מעל פני כדור הארץ.

האטמוספירה מגינה מפני קרינת השמש

הרכב האוויר של האטמוספירה של כדור הארץ ממלא תפקיד חשוב מאוד בשימור החיים, שכן יסודות והרכבים כימיים בודדים מגבילים בהצלחה את הגישה של קרינת השמש אל פני כדור הארץ ואנשים, בעלי חיים וצמחים החיים עליו. לדוגמה, מולקולות אדי מים סופגות ביעילות כמעט את כל טווחי הקרינה האינפרא אדומה, למעט אורכים בטווח שבין 8 ל-13 מיקרון. האוזון, לעומת זאת, סופג אולטרה סגול עד אורך גל של 3100 A. ללא שכבתו הדקה (בממוצע 3 מ"מ אם מניחים אותו על פני כדור הארץ), רק מים בעומק של יותר מ-10 מטרים ומערות תת קרקעיות, היכן שקרינת השמש אינה מגיעה, ניתן לאכלס. .

אפס צלזיוס בסטרטופוזה

בין שתי הרמות הבאות של האטמוספירה, הסטרטוספרה והמזוספרה, ישנה שכבה יוצאת דופן - הסטרטופוזה. זה בערך מתאים לגובה מקסימום האוזון וכאן נצפית טמפרטורה נוחה יחסית לבני אדם - כ-0 מעלות צלזיוס. מעל הסטרטופוזה, במזוספרה (מתחיל אי שם בגובה של 50 ק"מ ומסתיים בגובה של 80-90 ק"מ), יש שוב ירידה בטמפרטורה עם מרחק הולך וגדל מפני כדור הארץ (עד מינוס 70-80 מעלות ג). במזוספרה, מטאורים בדרך כלל נשרפים לחלוטין.

בתרמוספירה - פלוס 2000 K!

ההרכב הכימי של האטמוספירה של כדור הארץ בתרמוספירה (מתחיל לאחר גיל המעבר מגבהים של כ-85-90 עד 800 ק"מ) קובע את האפשרות של תופעה כזו כמו חימום הדרגתי של שכבות של "אוויר" נדיר מאוד בהשפעת השמש. קְרִינָה. בחלק זה של "שמיכת האוויר" של כדור הארץ מתרחשות טמפרטורות מ-200 עד 2000 K, המתקבלות בקשר עם יינון החמצן (מעל 300 ק"מ הוא חמצן אטומי), כמו גם ריקומבינציה של אטומי חמצן למולקולות. , מלווה בשחרור של כמות גדולה של חום. התרמוספירה היא המקום שבו מקורם של הזוהר.

מעל התרמוספירה נמצאת האקסוספירה - השכבה החיצונית של האטמוספירה, ממנה יכולים לברוח לחלל החיצון אטומי מימן אור ונע במהירות. ההרכב הכימי של האטמוספירה של כדור הארץ כאן מיוצג יותר על ידי אטומי חמצן בודדים בשכבות התחתונות, אטומי הליום באמצע, וכמעט אך ורק אטומי מימן בחלק העליון. טמפרטורות גבוהות שוררות כאן - כ-3000 K ואין לחץ אטמוספרי.

כיצד נוצרה האטמוספירה של כדור הארץ?

אבל, כאמור לעיל, לכוכב הלכת לא תמיד היה הרכב כזה של האטמוספירה. בסך הכל, ישנם שלושה מושגים של המקור של יסוד זה. ההשערה הראשונה מניחה שהאטמוספירה נלקחה בתהליך הצטברות מענן פרוטופלנטרי. עם זאת, כיום תיאוריה זו נתונה לביקורת משמעותית, שכן אטמוספירה ראשונית כזו בטח נהרסה על ידי "רוח" השמש מכוכב במערכת הפלנטרית שלנו. בנוסף, ההנחה היא שאלמנטים נדיפים לא יכלו להישאר באזור ההיווצרות של כוכבי לכת כמו הקבוצה הארצית בגלל טמפרטורות גבוהות מדי.

הרכב האטמוספירה הראשונית של כדור הארץ, כפי שמציעה ההשערה השנייה, עלול להיווצר עקב הפצצה פעילה של פני השטח על ידי אסטרואידים ושביטים שהגיעו מקרבת מערכת השמש בשלבי ההתפתחות המוקדמים. די קשה לאשר או להפריך מושג זה.

ניסוי ב-IDG RAS

הסבירה ביותר היא ההשערה השלישית, המאמינה שהאטמוספרה הופיעה כתוצאה משחרור גזים ממעטפת קרום כדור הארץ לפני כ-4 מיליארד שנים. מושג זה נבדק במכון לגיאולוגיה וגיאוכימיה של האקדמיה הרוסית למדעים במהלך ניסוי שנקרא "צארב 2", כאשר דגימה של חומר מטאורי חוממה בוואקום. אז נרשם שחרור גזים כגון H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 וכו'. לכן, מדענים הניחו בצדק שההרכב הכימי של האטמוספירה הראשונית של כדור הארץ כולל מים ופחמן דו חמצני, אדי מימן פלואוריד (HF), גז פחמן חד חמצני (CO), מימן גופרתי (H 2 S), תרכובות חנקן, מימן, מתאן (CH 4), אדי אמוניה (NH 3), ארגון וכו'. אדי מים מהאטמוספרה הראשונית השתתפו ב- היווצרות ההידרוספירה, התברר כי פחמן דו חמצני נמצא במצב קשור יותר בחומר אורגני ובסלעים, חנקן עבר להרכב האוויר המודרני, כמו גם שוב לסלעי משקע וחומר אורגני.

הרכב האטמוספירה הראשונית של כדור הארץ לא יאפשר לאנשים מודרניים להיות בה ללא מכשירי נשימה, מכיוון שלא היה אז חמצן בכמויות הנדרשות. יסוד זה הופיע בכמויות משמעותיות לפני מיליארד וחצי שנים, כפי שמאמינים, בקשר עם התפתחות תהליך הפוטוסינתזה באצות כחולות-ירקות ואצות אחרות, שהן התושבים העתיקים ביותר של הפלנטה שלנו.

מינימום חמצן

העובדה שהרכב האטמוספירה של כדור הארץ היה בתחילה כמעט ללא חמצן מעידה על כך שגרפיט (פחמן) המחומצן בקלות, אך לא מחומצן, נמצא בסלעים העתיקים ביותר (הקטרכיים). לאחר מכן, הופיעו מה שנקרא עפרות ברזל רצועות, שכללו שכבות ביניים של תחמוצות ברזל מועשרות, כלומר הופעתו על פני כדור הארץ של מקור חזק של חמצן בצורה מולקולרית. אבל אלמנטים אלה נתקלו רק מדי פעם (אולי אותן אצות או יצרניות חמצן אחרות הופיעו כאיים קטנים במדבר אנוקסי), בעוד שאר העולם היה אנאירובי. זה האחרון נתמך על ידי העובדה כי פיריט ניתן לחמצן בקלות נמצא בצורה של חלוקי נחל מעובדים על ידי הזרימה ללא עקבות של תגובות כימיות. מכיוון שלא ניתן לאוורר מים זורמים בצורה גרועה, התפתחה הדעה שהאטמוספירה הפרה-קמברית מכילה פחות מאחוז חמצן מההרכב של היום.

שינוי מהפכני בהרכב האוויר

בערך באמצע הפרוטרוזואיקון (לפני 1.8 מיליארד שנים), התרחשה "מהפכת החמצן", כאשר העולם עבר לנשימה אירובית, במהלכה ניתן לקבל 38 ממולקולת תזונה אחת (גלוקוז), ולא שתיים (כמו עם נשימה אנאירובית) יחידות אנרגיה. הרכב האטמוספירה של כדור הארץ, במונחים של חמצן, החל לעלות על אחוז אחד מזה המודרני, והחלה להופיע שכבת אוזון, המגנה על אורגניזמים מקרינה. זה היה ממנה ש"הסתתר" מתחת לקונכיות עבות, למשל, חיות עתיקות כמו טרילוביטים. מאז ועד זמננו, התוכן של היסוד ה"נשימתי" הראשי גדל בהדרגה ובאטיות, ומספק מגוון של התפתחות של צורות חיים על הפלנטה.

תפקידם וחשיבותם של הגזים העיקריים של האוויר האטמוספרי

הרכב ומבנה האווירה.

האטמוספירה היא מעטפת הגזים של כדור הארץ. ההיקף האנכי של האטמוספירה הוא יותר משלושה רדיוסי כדור הארץ (הרדיוס הממוצע הוא 6371 ק"מ) והמסה היא 5.157 x 10 15 טון, שהם כמיליונית ממסת כדור הארץ.

חלוקת האטמוספרה לשכבות בכיוון האנכי מבוססת על הדברים הבאים:

הרכב האוויר האטמוספרי,

תהליכים פיזיקליים וכימיים;

התפלגות טמפרטורת גבהים;

אינטראקציה של האטמוספרה עם המשטח הבסיסי.

האטמוספירה של הפלנטה שלנו היא תערובת מכנית של גזים שונים, כולל אדי מים, כמו גם כמות מסוימת של אירוסולים. הרכב האוויר היבש ב-100 הק"מ התחתונים נשאר כמעט קבוע. אוויר נקי ויבש, שאין בו אדי מים, אבק וזיהומים אחרים, הוא תערובת של גזים, בעיקר חנקן (78% מנפח האוויר) וחמצן (21%). קצת פחות מאחוז אחד הוא ארגון, ובכמויות קטנות מאוד יש הרבה גזים אחרים - קסנון, קריפטון, פחמן דו חמצני, מימן, הליום וכו' (טבלה 1.1).

חנקן, חמצן ורכיבים אחרים של האוויר האטמוספרי נמצאים תמיד באטמוספירה במצב גז, שכן הטמפרטורות הקריטיות, כלומר הטמפרטורות שבהן הם יכולים להיות במצב נוזלי, נמוכות בהרבה מהטמפרטורות הנצפות על פני כדור הארץ. . היוצא מן הכלל הוא פחמן דו חמצני. עם זאת, עבור המעבר למצב נוזלי, בנוסף לטמפרטורה, יש צורך גם להגיע למצב של רוויה. אין הרבה פחמן דו חמצני באטמוספירה (0.03%) והוא בצורת מולקולות בודדות, המפוזרות באופן שווה בין המולקולות של גזים אטמוספריים אחרים. במהלך 60-70 השנים האחרונות, התוכן שלו גדל ב-10-12%, בהשפעת פעילות אנושית.

יותר מאחרים, תכולת אדי המים נתונה לשינויים, שריכוזם על פני כדור הארץ בטמפרטורות גבוהות יכול להגיע ל-4%. עם עלייה בגובה וירידה בטמפרטורה, תכולת אדי המים יורדת בחדות (בגובה של 1.5-2.0 ק"מ - בחצי ופי 10-15 מקו המשווה לקוטב).

מסת הזיהומים המוצקים ב-70 השנים האחרונות באטמוספירה של חצי הכדור הצפוני גדלה בכפי 1.5.

הקביעות של הרכב הגז של האוויר מובטחת על ידי ערבוב אינטנסיבי של שכבת האוויר התחתונה.

הרכב הגז של השכבות התחתונות של אוויר יבש (ללא אדי מים)

תפקידם וחשיבותם של הגזים העיקריים של האוויר האטמוספרי

חַמצָן (O)חיוני כמעט לכל תושבי כדור הארץ. זה גז פעיל. הוא משתתף בתגובות כימיות עם גזים אטמוספריים אחרים. חמצן סופג באופן פעיל אנרגיית קרינה, במיוחד אורכי גל קצרים מאוד של פחות מ-2.4 מיקרומטר. תחת השפעת קרינת השמש האולטרה סגולה (איקס< 03 מיקרומטר), מולקולת החמצן מתפרקת לאטומים. חמצן אטומי, בשילוב עם מולקולת חמצן, יוצר חומר חדש - חמצן טריאטומי או אוֹזוֹן(עוז). האוזון נמצא בעיקר בגובה רב. שם שֶׁלוֹתפקיד עבור כדור הארץ מועיל במיוחד. על פני כדור הארץ נוצר אוזון במהלך פריקות ברק.

בניגוד לכל שאר הגזים באטמוספירה, שאין להם לא טעם ולא ריח, לאוזון יש ריח אופייני. בתרגום מיוונית, משמעות המילה "אוזון" היא "ריח חד". לאחר סופת רעמים, הריח הזה נעים, הוא נתפס כריח של רעננות. בכמויות גדולות, אוזון הוא חומר רעיל. בערים עם מספר רב של מכוניות, ולכן פליטות גדולות של גזי רכב, נוצר אוזון תחת פעולת אור השמש במזג אוויר נטול עננים או מעונן קלות. העיר עטופה בענן צהוב-כחול, הראות מידרדרת. זהו ערפיח פוטוכימי.

חנקן (N2) הוא גז ניטרלי, אינו מגיב עם גזים אחרים של האטמוספירה, אינו משתתף בקליטת אנרגיית הקרינה.

עד לגבהים של 500 ק"מ, האטמוספירה מורכבת בעיקר מחמצן וחנקן. יחד עם זאת, אם חנקן שורר בשכבה התחתונה של האטמוספירה, הרי שבגובה רב יש יותר חמצן מחנקן.

ARGON (Ag) - גז ניטרלי, אינו נכנס לתגובה, אינו משתתף בקליטה ובפליטה של ​​אנרגיית קרינה. באופן דומה - קסנון, קריפטון וגזים רבים אחרים. ארגון הוא חומר כבד, הוא דל מאוד בשכבות הגבוהות של האטמוספירה.

פחמן דו חמצני (CO2) באטמוספרה הוא בממוצע 0.03%. גז זה נחוץ מאוד לצמחים והוא נספג על ידם באופן פעיל. הכמות בפועל באוויר עשויה להשתנות במקצת. באזורי תעשייה, הכמות שלו יכולה לעלות עד 0.05%. באזור הכפרי, מעל היערות, יש פחות שדות. מעל אנטארקטיקה, כ-0.02% מהפחמן הדו-חמצני, כלומר כמעט אוזפחות מהכמות הממוצעת באטמוספירה. אותה כמות ואף פחותה מעל הים - 0.01 - 0.02%, שכן פחמן דו חמצני נספג באופן אינטנסיבי במים.

בשכבת האוויר הצמודה ישירות לפני השטח של כדור הארץ, כמות הפחמן הדו חמצני חווה גם תנודות יומיומיות.

יותר בלילה, פחות ביום. זה מוסבר על ידי העובדה שבמהלך היום, פחמן דו חמצני נספג בצמחים, אך לא בלילה. צמחי כדור הארץ לוקחים במהלך השנה כ-550 מיליארד טון חמצן מהאטמוספירה ומחזירים לה כ-400 מיליארד טון חמצן.

פחמן דו חמצני שקוף לחלוטין לקרני שמש באורך גל קצר, אך סופג בעוצמה את קרינת האינפרה האדומה התרמית של כדור הארץ. קשורה לכך בעיית אפקט החממה, שעליה מתלקחים מדי פעם דיונים בדפי העיתונות המדעית, ובעיקר בתקשורת ההמונים.

HELIUM (הוא) הוא גז קל מאוד. הוא חודר לאטמוספירה מקרום כדור הארץ כתוצאה מהתפרקות הרדיואקטיבית של תוריום ואורניום. הליום בורח לחלל החיצון. קצב הירידה של הליום מתאים לקצב כניסתו מבטן כדור הארץ. מגובה של 600 ק"מ ועד 16,000 ק"מ, האטמוספירה שלנו מורכבת בעיקר מהליום. זוהי "קורונה הליום של כדור הארץ" במילותיו של ורנדסקי. הליום אינו מגיב עם גזים אטמוספריים אחרים ואינו משתתף בהעברת חום קרינה.

מימן (Hg) הוא גז קל אפילו יותר. יש מעט מאוד ממנו ליד פני כדור הארץ. הוא עולה לאטמוספירה העליונה. בתרמוספירה ובאקסוספירה, מימן אטומי הופך למרכיב הדומיננטי. מימן הוא הקליפה העליונה והמרוחקת ביותר של הפלנטה שלנו. מעל 16,000 ק"מ לגבול העליון של האטמוספירה, כלומר עד גבהים של 30-40 אלף ק"מ, מימן שולט. לפיכך, ההרכב הכימי של האטמוספירה שלנו עם הגובה מתקרב להרכב הכימי של היקום, שבו מימן והליום הם היסודות הנפוצים ביותר. בחלק החיצוני והנדיר ביותר של האטמוספירה העליונה בורחים מימן והליום מהאטמוספירה. לאטומים האישיים שלהם יש מהירויות גבוהות מספיק בשביל זה.

אוויר אטמוספרי מורכב מחנקן (77.99%), חמצן (21%), גזים אינרטיים (1%) ופחמן דו חמצני (0.01%). שיעור הפחמן הדו חמצני גדל עם הזמן בשל העובדה שתוצרי הבעירה של הדלק משתחררים לאטמוספירה, ובנוסף, שטח היערות שסופגים פחמן דו חמצני ומשחררים חמצן פוחת.

האטמוספירה מכילה גם כמות קטנה של אוזון, המרוכזת בגובה של כ-25-30 ק"מ ויוצרת את מה שמכונה שכבת האוזון. שכבה זו יוצרת מחסום לקרינת השמש האולטרה סגולה, המסוכנת לאורגניזמים החיים של כדור הארץ.

בנוסף, האטמוספירה מכילה אדי מים ולכלוכים שונים - חלקיקי אבק, אפר וולקני, פיח וכדומה. ריכוז הזיהומים גבוה יותר בקרבת פני כדור הארץ ובאזורים מסוימים: מעל ערים גדולות, מדבריות.

הטרופוספירה- נמוך יותר, הוא מכיל את רוב האוויר ו. גובהה של שכבה זו אינו זהה: מ-8-10 ק"מ ליד הטרופיים ועד 16-18 ק"מ ליד קו המשווה. בטרופוספירה הוא יורד עם הגובה: ב-6 מעלות צלזיוס לקילומטר. מזג האוויר נוצר בטרופוספירה, נוצרות רוחות, משקעים, עננים, ציקלונים ואנטיציקלונים.

השכבה הבאה של האטמוספירה היא סטרטוספירה. האוויר בו הרבה יותר נדיר, יש בו הרבה פחות אדי מים. הטמפרטורה בחלק התחתון של הסטרטוספירה היא -60 - -80 מעלות צלזיוס ויורדת עם הגובה הגדל. שכבת האוזון נמצאת בסטרטוספירה. הסטרטוספירה מאופיינת במהירויות רוח גבוהות (עד 80-100 מ' לשנייה).

מזוספרה- השכבה האמצעית של האטמוספירה השוכנת מעל הסטרטוספירה בגבהים שבין 50 ל-S0-S5 ק"מ. המזוספרה מאופיינת בירידה בטמפרטורה הממוצעת עם גובה מ-0°C בגבול התחתון ל-90°C בגבול העליון. סמוך לגבול העליון של המזוספרה, נצפים עננים ליליים, מוארים בשמש בלילה. לחץ האוויר בגבול העליון של המזוספרה קטן פי 200 מאשר על פני כדור הארץ.

תרמוספירה- ממוקם מעל המזוספרה, בגבהים מ-SO עד 400-500 ק"מ, בו הטמפרטורה בהתחלה לאט, ואז במהירות מתחילה לעלות שוב. הסיבה היא בליעת קרינה אולטרה סגולה מהשמש בגבהים של 150-300 ק"מ. בתרמוספירה הטמפרטורה עולה ברציפות עד לגובה של כ-400 ק"מ, שם היא מגיעה ל-700-1500 מעלות צלזיוס (בהתאם לפעילות השמש). תחת פעולתן של קרינה אולטרה סגולה וקרני רנטגן וקרינה קוסמית, מתרחשת גם יינון אוויר ("אורות קוטב"). האזורים העיקריים של היונוספירה נמצאים בתוך התרמוספירה.

אקסוספירה- השכבה החיצונית, הנדירה ביותר של האטמוספירה, היא מתחילה בגבהים של 450-000 ק"מ, וגבולה העליון נמצא במרחק של כמה אלפי ק"מ מפני כדור הארץ, שם ריכוז החלקיקים הופך להיות זהה לזה הבין-פלנטרי. מֶרחָב. האקסוספירה מורכבת מגז מיונן (פלזמה); החלק התחתון והאמצעי של האקסוספירה מורכבים בעיקר מחמצן וחנקן; עם עלייה בגובה, הריכוז היחסי של גזים קלים, במיוחד מימן מיונן, עולה במהירות. הטמפרטורה באקסוספירה היא 1300-3000 מעלות צלזיוס; הוא גדל לאט עם הגובה. האקסוספירה מכילה את חגורות הקרינה של כדור הארץ.