La struttura dell'atmosfera terrestre

L'atmosfera è l'involucro gassoso della Terra con le particelle di aerosol contenute in essa, che si muovono insieme alla Terra nello spazio mondiale nel suo insieme e allo stesso tempo prendono parte alla rotazione della Terra. Nella parte inferiore dell'atmosfera si svolge la maggior parte della nostra vita.

Quasi tutti i pianeti del nostro sistema solare hanno la propria atmosfera, ma solo l'atmosfera terrestre può sostenere la vita.

Quando il nostro pianeta si è formato 4,5 miliardi di anni fa, era apparentemente privo di atmosfera. L'atmosfera si è formata a seguito delle emissioni vulcaniche di vapore acqueo mescolato con anidride carbonica, azoto e altre sostanze chimiche dalle profondità del giovane pianeta. Ma l'atmosfera può contenere solo una quantità limitata di umidità, quindi l'umidità in eccesso attraverso la condensazione ha dato origine agli oceani. Ma allora l'atmosfera era priva di ossigeno. I primi organismi viventi che si sono originati e si sono sviluppati nell'oceano, a seguito della reazione di fotosintesi (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), hanno iniziato a rilasciare piccole porzioni di ossigeno, che hanno iniziato ad entrare nell'atmosfera.

La formazione di ossigeno nell'atmosfera terrestre ha portato alla formazione dello strato di ozono ad altitudini di circa 8 - 30 km. E, quindi, il nostro pianeta ha acquisito protezione dagli effetti dannosi dello studio ultravioletto. Questa circostanza è servita da impulso per l'ulteriore evoluzione delle forme di vita sulla Terra, da allora. a seguito dell'aumento della fotosintesi, la quantità di ossigeno nell'atmosfera ha iniziato a crescere rapidamente, il che ha contribuito alla formazione e al mantenimento delle forme di vita, anche sulla terraferma.

Oggi la nostra atmosfera contiene il 78,1% di azoto, il 21% di ossigeno, lo 0,9% di argon, lo 0,04% di anidride carbonica. Frazioni molto piccole rispetto ai gas principali sono neon, elio, metano, cripton.

Le particelle di gas contenute nell'atmosfera risentono della forza di gravità della Terra. E, dato che l'aria è comprimibile, la sua densità diminuisce gradualmente con l'altezza, passando nello spazio esterno senza un confine netto. La metà dell'intera massa dell'atmosfera terrestre è concentrata nei 5 km inferiori, tre quarti - nei 10 km inferiori, nove decimi - nei 20 km inferiori. Il 99% della massa dell'atmosfera terrestre è concentrata sotto un'altezza di 30 km, e questo è solo lo 0,5% del raggio equatoriale del nostro pianeta.

A livello del mare, il numero di atomi e molecole per centimetro cubo d'aria è di circa 2 * 10 19 , a un'altitudine di 600 km è solo di 2 * 10 7 . Al livello del mare, un atomo o una molecola viaggia per circa 7 * 10 -6 cm prima di scontrarsi con un'altra particella. Ad un'altitudine di 600 km, questa distanza è di circa 10 km. E al livello del mare, circa 7 * 10 9 di tali collisioni si verificano ogni secondo, a un'altitudine di 600 km - solo circa una al minuto!

Ma non solo la pressione cambia con l'altitudine. Anche la temperatura cambia. Quindi, ad esempio, ai piedi di un'alta montagna può fare molto caldo, mentre la cima della montagna è coperta di neve e la temperatura è allo stesso tempo sotto lo zero. E vale la pena salire in aereo fino a un'altezza di circa 10-11 km, poiché puoi sentire un messaggio che è di -50 gradi fuori bordo, mentre sulla superficie terrestre fa 60-70 gradi più caldo ...

Inizialmente, gli scienziati hanno ipotizzato che la temperatura diminuisca con l'altezza fino a raggiungere lo zero assoluto (-273,16 ° C). Ma non lo è.

L'atmosfera terrestre è composta da quattro strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, ionosfera (termosfera). Tale divisione in strati viene presa sulla base dei dati sulle variazioni di temperatura con l'altezza. Lo strato più basso, dove la temperatura dell'aria scende con l'altezza, è chiamato troposfera. Lo strato sopra la troposfera, dove la caduta di temperatura si interrompe, viene sostituito dall'isoterma e, infine, la temperatura inizia a salire, si chiama stratosfera. Lo strato sopra la stratosfera in cui la temperatura scende di nuovo rapidamente è la mesosfera. E, infine, lo strato in cui inizia il nuovo aumento della temperatura, chiamato ionosfera o termosfera.

La troposfera si estende in media nei 12 km inferiori. È qui che si forma il nostro clima. Le nubi più alte (cirri) si formano negli strati superiori della troposfera. La temperatura nella troposfera diminuisce adiabaticamente con l'altezza, cioè Il cambiamento di temperatura è dovuto alla diminuzione della pressione con l'altezza. Il profilo di temperatura della troposfera è in gran parte determinato dalla radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. Come risultato del riscaldamento della superficie terrestre da parte del Sole, si formano flussi convettivi e turbolenti verso l'alto, che formano il tempo. Vale la pena notare che l'influenza della superficie sottostante sugli strati inferiori della troposfera si estende fino a un'altezza di circa 1,5 km. Naturalmente, escluse le zone montuose.

Il limite superiore della troposfera è la tropopausa, lo strato isotermico. Ricorda l'aspetto caratteristico delle nuvole temporalesche, la cui sommità è una "espulsione" di cirri, chiamata "incudine". Questa "incudine" semplicemente "si diffonde" sotto la tropopausa, perché a causa dell'isoterma, le correnti d'aria ascendenti sono notevolmente indebolite e la nuvola cessa di svilupparsi verticalmente. Ma in casi speciali e rari, le cime dei cumulonembi possono invadere gli strati inferiori della stratosfera, superando la tropopausa.

L'altezza della tropopausa dipende dalla latitudine geografica. Quindi, all'equatore, si trova a un'altitudine di circa 16 km e la sua temperatura è di circa -80 ° C. Ai poli, la tropopausa si trova più in basso, a circa 8 km di altitudine. La sua temperatura qui è di -40°C in estate e -60°C in inverno. Pertanto, nonostante le temperature più elevate vicino alla superficie terrestre, la tropopausa tropicale è molto più fredda che ai poli.

Troposfera

Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km nelle latitudini polari, 10-12 km nelle temperate e 16-18 km nelle latitudini tropicali; inferiore in inverno che in estate. Lo strato inferiore e principale dell'atmosfera contiene oltre l'80% della massa totale di aria atmosferica e circa il 90% di tutto il vapore acqueo presente nell'atmosfera. Nella troposfera, la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, compaiono nuvole, si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con la quota con un gradiente verticale medio di 0,65°/100 m

tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, lo strato dell'atmosfera in cui si arresta la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

Lo strato dell'atmosfera situato a un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (lo strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a 0,8 °C (lo strato superiore della stratosfera o regione di inversione) sono tipici. Raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura si mantiene costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. C'è un massimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa 0 °C).

Mesosfera

La mesosfera inizia a un'altitudine di 50 km e si estende fino a 80-90 km. La temperatura diminuisce con l'altezza con un gradiente verticale medio di (0,25-0,3)°/100 m.Il principale processo energetico è il trasferimento di calore radiante. Complessi processi fotochimici che coinvolgono radicali liberi, molecole vibrazionalmente eccitate, ecc., causano la luminescenza atmosferica.

Mesopausa

Strato di transizione tra mesosfera e termosfera. C'è un minimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa -90 °C).

Linea Karman

Altitudine sopra il livello del mare, che è convenzionalmente accettata come il confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio. La linea Karmana si trova ad un'altitudine di 100 km sul livello del mare.

Limite dell'atmosfera terrestre

Termosfera

Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché rimane pressoché costante fino a quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X e della radiazione cosmica, l'aria viene ionizzata ("luci polari") - le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attuale attività del Sole. Durante i periodi di bassa attività, c'è una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

La regione dell'atmosfera sopra la termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è insignificante e la temperatura non cambia effettivamente con l'altezza.

Esosfera (sfera di dispersione)

Strati atmosferici fino a un'altezza di 120 km

Esosfera - zona di dispersione, la parte esterna della termosfera, situata sopra i 700 km. Il gas nell'esosfera è molto rarefatto e quindi le sue particelle penetrano nello spazio interplanetario (dissipazione).

Fino a un'altezza di 100 km, l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dalle loro masse molecolari, la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia, l'energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200–250 km corrisponde a una temperatura di ~150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano significative fluttuazioni di temperatura e densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km, l'esosfera passa gradualmente nel cosiddetto vuoto dello spazio vicino, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas è solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è composta da particelle simili a polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a particelle simili a polvere estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; la massa della mesosfera non supera lo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. Sulla base delle proprietà elettriche nell'atmosfera, si distinguono la neutrosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, si distinguono omosfera ed eterosfera. L'eterosfera è un'area in cui la gravità ha un effetto sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altezza è trascurabile. Di qui segue la composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto si trova una parte omogenea e ben mescolata dell'atmosfera, chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa e si trova a un'altitudine di circa 120 km.

La struttura e la composizione dell'atmosfera terrestre, va detto, non erano sempre valori costanti nell'uno o nell'altro periodo dello sviluppo del nostro pianeta. Oggi la struttura verticale di questo elemento, che ha uno "spessore" totale di 1,5-2,0 mila km, è rappresentata da diversi strati principali, tra cui:

1. Troposfera.
2. tropopausa.
3. Stratosfera.
4. Stratopausa.
5. mesosfera e mesopausa.
6. Termosfera.
7. esosfera.

Elementi di base dell'atmosfera

La troposfera è uno strato in cui si osservano forti movimenti verticali e orizzontali, è qui che si formano condizioni meteorologiche, precipitazioni e climatiche. Si estende per 7-8 chilometri dalla superficie del pianeta quasi ovunque, ad eccezione delle regioni polari (lì - fino a 15 km). Nella troposfera si osserva una graduale diminuzione della temperatura, di circa 6,4 °C per ogni chilometro di altitudine. Questa cifra può differire per diverse latitudini e stagioni.

La composizione dell'atmosfera terrestre in questa parte è rappresentata dai seguenti elementi e dalle loro percentuali:

Azoto: circa il 78 percento;

Ossigeno - quasi il 21 percento;

Argon: circa l'uno percento;

Anidride carbonica - meno dello 0,05%.

Composizione singola fino a un'altezza di 90 chilometri

Inoltre, qui si possono trovare polvere, goccioline d'acqua, vapore acqueo, prodotti di combustione, cristalli di ghiaccio, sali marini, molte particelle di aerosol, ecc.. Questa composizione dell'atmosfera terrestre viene osservata fino a circa novanta chilometri di altezza, quindi l'aria è approssimativamente lo stesso nella composizione chimica, non solo nella troposfera, ma anche negli strati superiori. Ma lì l'atmosfera ha proprietà fisiche fondamentalmente diverse. Lo strato che ha una composizione chimica comune è chiamato omosfera.

Quali altri elementi ci sono nell'atmosfera terrestre? In percentuale (in volume, in aria secca), gas come cripton (circa 1,14 x 10 -4), xeno (8,7 x 10 -7), idrogeno (5,0 x 10 -5), metano (circa 1,7 x 10 - 4), protossido di azoto (5,0 x 10 -5), ecc. In termini di percentuale di massa dei componenti elencati, il protossido di azoto e l'idrogeno sono i più, seguiti da elio, krypton, ecc.

Proprietà fisiche dei diversi strati atmosferici

Le proprietà fisiche della troposfera sono strettamente correlate al suo attaccamento alla superficie del pianeta. Da qui, il calore solare riflesso sotto forma di raggi infrarossi viene rispedito verso l'alto, compresi i processi di conduzione e convezione termica. Ecco perché la temperatura scende con la distanza dalla superficie terrestre. Questo fenomeno si osserva fino all'altezza della stratosfera (11-17 chilometri), poi la temperatura diventa praticamente invariata fino al livello di 34-35 km, e poi c'è di nuovo un aumento delle temperature fino ad altezze di 50 chilometri ( limite superiore della stratosfera). Tra la stratosfera e la troposfera c'è un sottile strato intermedio della tropopausa (fino a 1-2 km), dove si osservano temperature costanti sopra l'equatore - circa meno 70 ° C e sotto. Sopra i poli, la tropopausa "si riscalda" in estate a meno 45°C, in inverno le temperature qui oscillano intorno ai -65°C.

La composizione del gas dell'atmosfera terrestre include un elemento così importante come l'ozono. Ce n'è relativamente poco vicino alla superficie (dieci alla meno sesta potenza di un percento), poiché il gas si forma sotto l'influenza della luce solare dall'ossigeno atomico nelle parti superiori dell'atmosfera. In particolare, la maggior parte dell'ozono si trova a un'altitudine di circa 25 km, e l'intero "schermo di ozono" si trova in aree da 7-8 km nella regione dei poli, da 18 km all'equatore e fino a cinquanta chilometri in generale sopra la superficie del pianeta.

L'atmosfera protegge dalla radiazione solare

La composizione dell'aria dell'atmosfera terrestre svolge un ruolo molto importante nella conservazione della vita, poiché i singoli elementi e composizioni chimiche limitano con successo l'accesso della radiazione solare alla superficie terrestre e alle persone, agli animali e alle piante che vi abitano. Ad esempio, le molecole di vapore acqueo assorbono efficacemente quasi tutte le gamme di radiazioni infrarosse, ad eccezione delle lunghezze comprese tra 8 e 13 micron. L'ozono, invece, assorbe l'ultravioletto fino alla lunghezza d'onda di 3100 A. Privo del suo strato sottile (in media 3 mm se posto sulla superficie del pianeta), solo acqua a una profondità di oltre 10 metri e grotte sotterranee, dove la radiazione solare non arriva, può essere abitata. .

Zero Celsius in stratopausa

Tra i successivi due livelli dell'atmosfera, la stratosfera e la mesosfera, c'è uno strato notevole: la stratopausa. Corrisponde approssimativamente all'altezza massima dell'ozono e qui si osserva una temperatura relativamente confortevole per l'uomo - circa 0°C. Sopra la stratopausa, nella mesosfera (inizia da qualche parte a un'altitudine di 50 km e termina a un'altitudine di 80-90 km), c'è di nuovo un calo di temperatura con l'aumentare della distanza dalla superficie terrestre (fino a meno 70-80 ° C). Nella mesosfera, le meteore di solito si esauriscono completamente.

Nella termosfera - più 2000 K!

La composizione chimica dell'atmosfera terrestre nella termosfera (inizia dopo la mesopausa da altitudini da circa 85-90 a 800 km) determina la possibilità di un fenomeno come il graduale riscaldamento di strati di "aria" molto rarefatta sotto l'influenza del sole radiazione. In questa parte della "coperta d'aria" del pianeta si verificano temperature da 200 a 2000 K, che si ottengono in connessione con la ionizzazione dell'ossigeno (sopra i 300 km c'è l'ossigeno atomico), così come la ricombinazione degli atomi di ossigeno in molecole , accompagnato dal rilascio di una grande quantità di calore. La termosfera è dove hanno origine le aurore.

Sopra la termosfera c'è l'esosfera, lo strato esterno dell'atmosfera, da cui gli atomi di idrogeno leggeri e in rapido movimento possono fuoriuscire nello spazio. La composizione chimica dell'atmosfera terrestre qui è rappresentata più da singoli atomi di ossigeno negli strati inferiori, atomi di elio nel mezzo e quasi esclusivamente atomi di idrogeno negli strati superiori. Qui prevalgono temperature elevate - circa 3000 K e non c'è pressione atmosferica.

Come si è formata l'atmosfera terrestre?

Ma, come accennato in precedenza, il pianeta non ha sempre avuto una tale composizione dell'atmosfera. In totale, ci sono tre concetti sull'origine di questo elemento. La prima ipotesi presuppone che l'atmosfera sia stata presa nel processo di accrescimento da una nube protoplanetaria. Tuttavia, oggi questa teoria è soggetta a critiche significative, poiché una tale atmosfera primaria deve essere stata distrutta dal "vento" solare di una stella del nostro sistema planetario. Inoltre, si presume che gli elementi volatili non possano rimanere nella zona di formazione dei pianeti come il gruppo terrestre a causa delle temperature troppo elevate.

La composizione dell'atmosfera primaria terrestre, come suggerito dalla seconda ipotesi, potrebbe essersi formata a causa del bombardamento attivo della superficie da parte di asteroidi e comete giunti dalle vicinanze del sistema solare nelle prime fasi di sviluppo. È abbastanza difficile confermare o confutare questo concetto.

Esperimento presso IDG RAS

La più plausibile è la terza ipotesi, che ritiene che l'atmosfera sia apparsa a seguito del rilascio di gas dal mantello della crosta terrestre circa 4 miliardi di anni fa. Questo concetto è stato testato presso l'Istituto di geologia e geochimica dell'Accademia delle scienze russa nel corso di un esperimento chiamato "Tsarev 2", quando un campione di una sostanza meteorica è stato riscaldato nel vuoto. Quindi è stato registrato il rilascio di gas come H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, ecc .. Pertanto, gli scienziati hanno giustamente presunto che la composizione chimica dell'atmosfera primaria terrestre includesse acqua e anidride carbonica, vapore di acido fluoridrico (HF), monossido di carbonio (CO), idrogeno solforato (H 2 S), composti azotati, idrogeno, metano (CH 4), vapore di ammoniaca (NH 3), argon, ecc. Il vapore acqueo dell'atmosfera primaria ha partecipato alla formazione dell'idrosfera, l'anidride carbonica si è rivelata più in uno stato legato nella materia organica e nelle rocce, l'azoto è passato nella composizione dell'aria moderna, così come di nuovo nelle rocce sedimentarie e nella materia organica.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra non consentirebbe alle persone moderne di trovarsi al suo interno senza un respiratore, poiché allora non c'era ossigeno nelle quantità richieste. Questo elemento è apparso in quantità significative un miliardo e mezzo di anni fa, come si crede, in connessione con lo sviluppo del processo di fotosintesi nelle alghe blu-verdi e in altre alghe, che sono i più antichi abitanti del nostro pianeta.

Minimo di ossigeno

Il fatto che la composizione dell'atmosfera terrestre fosse inizialmente quasi anossica è indicato dal fatto che la grafite (carbonio) facilmente ossidata, ma non ossidata, si trova nelle rocce più antiche (Katarchean). Successivamente sono comparsi i cosiddetti minerali di ferro a bande, che includevano strati intermedi di ossidi di ferro arricchiti, il che significa l'apparizione sul pianeta di una potente fonte di ossigeno in forma molecolare. Ma questi elementi si incontravano solo periodicamente (forse le stesse alghe o altri produttori di ossigeno apparivano come piccole isole in un deserto anossico), mentre il resto del mondo era anaerobico. Quest'ultimo è supportato dal fatto che la pirite facilmente ossidabile è stata trovata sotto forma di ciottoli lavorati dal flusso senza tracce di reazioni chimiche. Poiché le acque correnti non possono essere scarsamente aerate, si è evoluta l'idea che l'atmosfera pre-cambriana contenesse meno dell'1% di ossigeno della composizione odierna.

Cambiamento rivoluzionario nella composizione dell'aria

Approssimativamente a metà del Proterozoico (1,8 miliardi di anni fa), ebbe luogo la "rivoluzione dell'ossigeno", quando il mondo passò alla respirazione aerobica, durante la quale si possono ottenere 38 da una molecola nutritiva (glucosio), e non due (come con respirazione anaerobica) unità di energia. La composizione dell'atmosfera terrestre, in termini di ossigeno, iniziò a superare l'uno per cento di quella moderna, iniziò ad apparire uno strato di ozono che proteggeva gli organismi dalle radiazioni. Era da lei che "si nascondeva" sotto spessi gusci, ad esempio, animali antichi come i trilobiti. Da allora fino ai nostri giorni, il contenuto del principale elemento "respiratorio" è gradualmente e lentamente aumentato, fornendo una varietà di sviluppo delle forme di vita sul pianeta.

L'atmosfera è ciò che rende possibile la vita sulla Terra. Otteniamo le primissime informazioni e fatti sull'atmosfera nella scuola elementare. Al liceo, abbiamo già più familiarità con questo concetto nelle lezioni di geografia.

Il concetto di atmosfera terrestre

L'atmosfera è presente non solo nella Terra, ma anche in altri corpi celesti. Questo è il nome del guscio gassoso che circonda i pianeti. La composizione di questo strato di gas di diversi pianeti è significativamente diversa. Diamo un'occhiata alle informazioni di base e ai fatti sull'aria altrimenti chiamata.

Il suo componente più importante è l'ossigeno. Alcuni pensano erroneamente che l'atmosfera terrestre sia fatta interamente di ossigeno, ma l'aria è in realtà una miscela di gas. Contiene il 78% di azoto e il 21% di ossigeno. Il restante 1% comprende ozono, argon, anidride carbonica, vapore acqueo. Lascia che la percentuale di questi gas sia piccola, ma svolgono una funzione importante: assorbono una parte significativa dell'energia radiante solare, impedendo così al luminare di trasformare in cenere tutta la vita sul nostro pianeta. Le proprietà dell'atmosfera cambiano con l'altitudine. Ad esempio, a un'altitudine di 65 km, l'azoto è dell'86% e l'ossigeno del 19%.

La composizione dell'atmosfera terrestre

• Diossido di carbonio essenziale per la nutrizione delle piante. Nell'atmosfera appare come risultato del processo di respirazione di organismi viventi, in decomposizione, in fiamme. La sua assenza nella composizione dell'atmosfera renderebbe impossibile l'esistenza di qualsiasi pianta.
• Ossigenoè una componente vitale dell'atmosfera per gli esseri umani. La sua presenza è una condizione per l'esistenza di tutti gli organismi viventi. Costituisce circa il 20% del volume totale dei gas atmosferici.
• OzonoÈ un assorbitore naturale della radiazione ultravioletta solare, che influisce negativamente sugli organismi viventi. La maggior parte forma uno strato separato dell'atmosfera: lo schermo dell'ozono. Di recente, l'attività umana porta al fatto che inizia a crollare gradualmente, ma poiché è di grande importanza, sono in corso lavori attivi per preservarlo e ripristinarlo.
• vapore acqueo determina l'umidità dell'aria. Il suo contenuto può variare a seconda di vari fattori: temperatura dell'aria, posizione geografica, stagione. A basse temperature, c'è pochissimo vapore acqueo nell'aria, forse meno dell'uno percento, e ad alte temperature la sua quantità raggiunge il 4%.
• Oltre a tutto quanto sopra, nella composizione dell'atmosfera terrestre c'è sempre una certa percentuale impurità solide e liquide. Questi sono fuliggine, cenere, sale marino, polvere, gocce d'acqua, microrganismi. Possono entrare nell'aria sia naturalmente che con mezzi antropici.

Strati dell'atmosfera

E la temperatura, la densità e la composizione qualitativa dell'aria non sono le stesse a diverse altezze. Per questo motivo, è consuetudine distinguere diversi strati dell'atmosfera. Ognuno di loro ha la sua caratteristica. Scopriamo quali strati dell'atmosfera si distinguono:

• La troposfera è lo strato dell'atmosfera più vicino alla superficie terrestre. La sua altezza è di 8-10 km sopra i poli e di 16-18 km ai tropici. Qui c'è il 90% di tutto il vapore acqueo disponibile nell'atmosfera, quindi c'è una formazione attiva di nuvole. Anche in questo strato si verificano processi come il movimento dell'aria (vento), la turbolenza, la convezione. La temperatura varia da +45 gradi a mezzogiorno nella stagione calda ai tropici a -65 gradi ai poli.
• La stratosfera è il secondo strato più lontano dall'atmosfera. Si trova ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Nello strato inferiore della stratosfera, la temperatura è di circa -55, verso la distanza dalla Terra sale a +1˚С. Questa regione è chiamata l'inversione ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.
• La mesosfera si trova a un'altitudine compresa tra 50 e 90 km. La temperatura al suo limite inferiore è di circa 0, nella parte superiore raggiunge -80...-90 ˚С. I meteoriti che entrano nell'atmosfera terrestre si bruciano completamente nella mesosfera, il che provoca la formazione di bagliori d'aria qui.
• La termosfera ha uno spessore di circa 700 km. L'aurora boreale appare in questo strato dell'atmosfera. Appaiono a causa dell'azione della radiazione cosmica e della radiazione emanata dal sole.
• L'esosfera è una zona di dispersione aerea. Qui la concentrazione di gas è piccola e avviene la loro graduale fuga nello spazio interplanetario.

Il confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio esterno è considerato una linea di 100 km. Questa linea è chiamata linea Karman.

pressione atmosferica

Ascoltando le previsioni del tempo, sentiamo spesso letture della pressione barometrica. Ma cosa significa pressione atmosferica e come potrebbe influenzarci?

Abbiamo scoperto che l'aria è composta da gas e impurità. Ciascuno di questi componenti ha il proprio peso, il che significa che l'atmosfera non è priva di peso, come si credeva fino al XVII secolo. La pressione atmosferica è la forza con cui tutti gli strati dell'atmosfera premono sulla superficie della Terra e su tutti gli oggetti.

Gli scienziati hanno condotto calcoli complessi e hanno dimostrato che l'atmosfera preme su un metro quadrato di superficie con una forza di 10.333 kg. Ciò significa che il corpo umano è soggetto alla pressione dell'aria, il cui peso è di 12-15 tonnellate. Perché non lo sentiamo? Ci risparmia la sua pressione interna, che bilancia quella esterna. Puoi sentire la pressione dell'atmosfera mentre sei in aereo o in alta montagna, poiché la pressione atmosferica in quota è molto inferiore. In questo caso sono possibili disagio fisico, orecchie chiuse, vertigini.

Si può dire molto sull'atmosfera intorno. Conosciamo molti fatti interessanti su di lei, e alcuni di essi possono sembrare sorprendenti:

• Il peso dell'atmosfera terrestre è di 5.300.000.000.000.000 di tonnellate.
• Contribuisce alla trasmissione del suono. Ad un'altitudine di oltre 100 km, questa proprietà scompare a causa dei cambiamenti nella composizione dell'atmosfera.
• Il movimento dell'atmosfera è provocato dal riscaldamento irregolare della superficie terrestre.
• Un termometro viene utilizzato per misurare la temperatura dell'aria e un barometro viene utilizzato per misurare la pressione atmosferica.
• La presenza di un'atmosfera salva il nostro pianeta da 100 tonnellate di meteoriti al giorno.
• La composizione dell'aria è stata fissata per diverse centinaia di milioni di anni, ma ha cominciato a cambiare con l'inizio della rapida attività industriale.
• Si ritiene che l'atmosfera si estenda verso l'alto fino a un'altitudine di 3000 km.

Il valore dell'atmosfera per l'uomo

La zona fisiologica dell'atmosfera è di 5 km. Ad un'altitudine di 5000 m sul livello del mare, una persona inizia a mostrare carenza di ossigeno, che si esprime in una diminuzione della sua capacità lavorativa e in un deterioramento del benessere. Ciò dimostra che una persona non può sopravvivere in uno spazio in cui non esiste questa incredibile miscela di gas.

Tutte le informazioni e i fatti sull'atmosfera confermano solo la sua importanza per le persone. Grazie alla sua presenza è apparsa la possibilità dello sviluppo della vita sulla Terra. Anche oggi, valutata l'entità del danno che l'uomo è in grado di arrecare con le sue azioni all'aria vivificante, dovremmo pensare a ulteriori misure per preservare e ripristinare l'atmosfera.

STRUTTURA DELL'ATMOSFERA

Atmosfera(dall'altro greco ἀτμός - vapore e σφαῖρα - palla) - un guscio gassoso (geosfera) che circonda il pianeta Terra. La sua superficie interna copre l'idrosfera e parzialmente la crosta terrestre, mentre la sua superficie esterna confina con la parte vicina alla Terra dello spazio esterno.

Proprietà fisiche

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 120 km dalla superficie terrestre. La massa totale di aria nell'atmosfera è (5.1-5.3) 10 18 kg. Di questi, la massa di aria secca è (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, la massa totale di vapore acqueo è in media 1,27 10 16 kg.

La massa molare dell'aria pulita e secca è di 28,966 g/mol, la densità dell'aria sulla superficie del mare è di circa 1,2 kg/m 3 . La pressione a 0 °C sul livello del mare è di 101,325 kPa; temperatura critica - -140,7 ° C; pressione critica - 3,7 MPa; C p a 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (a 0 °C). La solubilità dell'aria in acqua (in massa) a 0 ° C - 0,0036%, a 25 ° C - 0,0023%.

Per "condizioni normali" sulla superficie terrestre vengono prese: densità 1,2 kg / m 3, pressione barometrica 101,35 kPa, temperatura più 20 ° C e umidità relativa 50%. Questi indicatori condizionali hanno un valore puramente ingegneristico.

La struttura dell'atmosfera

L'atmosfera ha una struttura stratificata. Gli strati dell'atmosfera differiscono l'uno dall'altro per la temperatura dell'aria, la sua densità, la quantità di vapore acqueo nell'aria e altre proprietà.

Troposfera(greco antico τρόπος - "giro", "cambio" e σφαῖρα - "palla") - lo strato più basso e più studiato dell'atmosfera, alto 8-10 km nelle regioni polari, fino a 10-12 km alle latitudini temperate, all'equatore - 16-18 km.

Salendo nella troposfera, la temperatura scende in media di 0,65 K ogni 100 m e raggiunge i 180-220 K nella parte superiore. Questo strato superiore della troposfera, in cui si interrompe la diminuzione della temperatura con l'altezza, è chiamato tropopausa. Lo strato successivo dell'atmosfera sopra la troposfera è chiamato stratosfera.

Più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica è concentrata nella troposfera, la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, la parte predominante del vapore acqueo è concentrata, si formano le nuvole, si formano anche i fronti atmosferici, si sviluppano cicloni e anticicloni, così come altri processi che determinano il tempo e il clima. I processi che avvengono nella troposfera sono principalmente dovuti alla convezione.

La parte della troposfera all'interno della quale i ghiacciai possono formarsi sulla superficie terrestre è chiamata chionosfera.

tropopausa(dal greco τροπος - svolta, cambiamento e παῦσις - arresto, cessazione) - uno strato dell'atmosfera in cui la diminuzione della temperatura con l'altezza si interrompe; strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera. Nell'atmosfera terrestre, la tropopausa si trova ad altitudini da 8-12 km (sul livello del mare) nelle regioni polari e fino a 16-18 km sopra l'equatore. L'altezza della tropopausa dipende anche dal periodo dell'anno (la tropopausa è più alta in estate che in inverno) e dall'attività ciclonica (è più bassa nei cicloni e più alta negli anticicloni)

Lo spessore della tropopausa varia da diverse centinaia di metri a 2-3 chilometri. Nelle regioni subtropicali si osservano rotture della tropopausa a causa di potenti correnti a getto. La tropopausa su certe aree viene spesso distrutta e riformata.

Stratosfera(dal latino stratum - pavimentazione, strato) - uno strato dell'atmosfera, situato a un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (lo strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a 0,8 °C (lo strato superiore della stratosfera o regione di inversione) sono tipici. Raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura si mantiene costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera. La densità dell'aria nella stratosfera è decine e centinaia di volte inferiore rispetto al livello del mare.

È nella stratosfera che si trova lo strato di ozonosfera ("strato di ozono") (a un'altitudine compresa tra 15-20 e 55-60 km), che determina il limite superiore della vita nella biosfera. L'ozono (O 3 ) si forma a seguito di reazioni fotochimiche più intensamente a un'altitudine di ~30 km. La massa totale di O 3 a pressione normale sarebbe uno strato di 1,7-4,0 mm di spessore, ma anche questo è sufficiente per assorbire la radiazione ultravioletta solare dannosa per la vita. La distruzione di O 3 si verifica quando interagisce con radicali liberi, NO, composti contenenti alogeni (compresi i "freon").

La maggior parte della parte a onde corte della radiazione ultravioletta (180-200 nm) viene trattenuta nella stratosfera e l'energia delle onde corte viene trasformata. Sotto l'influenza di questi raggi, i campi magnetici cambiano, le molecole si disgregano, si verificano ionizzazione, nuova formazione di gas e altri composti chimici. Questi processi possono essere osservati sotto forma di aurore boreali, fulmini e altri bagliori.

Nella stratosfera e negli strati superiori, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano - in atomi (sopra gli 80 km, CO 2 e H 2 si dissociano, sopra i 150 km - O 2, sopra i 300 km - N 2). Ad un'altitudine di 200–500 km, la ionizzazione dei gas avviene anche nella ionosfera; ad un'altitudine di 320 km, la concentrazione di particelle cariche (O + 2, O − 2, N + 2) è ~ 1/300 del concentrazione di particelle neutre. Negli strati superiori dell'atmosfera ci sono radicali liberi - OH, HO 2, ecc.

Non c'è quasi vapore acqueo nella stratosfera.

I voli nella stratosfera iniziarono negli anni '30. È ampiamente noto il volo sul primo pallone stratosferico (FNRS-1), che Auguste Picard e Paul Kipfer fecero il 27 maggio 1931 ad un'altezza di 16,2 km. I moderni aerei da combattimento e commerciali supersonici volano nella stratosfera ad altitudini generalmente fino a 20 km (sebbene il soffitto dinamico possa essere molto più alto). I palloni meteorologici ad alta quota salgono fino a 40 km; il record per un pallone senza pilota è di 51,8 km.

Recentemente, negli ambienti militari degli Stati Uniti, è stata prestata molta attenzione allo sviluppo degli strati della stratosfera sopra i 20 km, spesso chiamati "pre-spazio" (Ing. « spazio vicino» ). Si presume che i dirigibili senza pilota e gli aerei a energia solare (come il Pathfinder della NASA) saranno in grado di rimanere a lungo a un'altitudine di circa 30 km e fornire osservazione e comunicazione per aree molto vaste, pur rimanendo a bassa vulnerabilità alla difesa aerea sistemi; tali dispositivi saranno molte volte più economici dei satelliti.

Stratopausa- lo strato dell'atmosfera, che è il confine tra due strati, la stratosfera e la mesosfera. Nella stratosfera, la temperatura aumenta con l'altitudine e la stratopausa è lo strato in cui la temperatura raggiunge il suo massimo. La temperatura della stratopausa è di circa 0 °C.

Questo fenomeno si osserva non solo sulla Terra, ma anche su altri pianeti con un'atmosfera.

Sulla Terra, la stratopausa si trova a un'altitudine di 50-55 km sul livello del mare. La pressione atmosferica è circa 1/1000 della pressione al livello del mare.

Mesosfera(dal greco μεσο- - "medio" e σφαῖρα - "palla", "sfera") - lo strato dell'atmosfera ad altitudini da 40-50 a 80-90 km. È caratterizzato da un aumento della temperatura con l'altezza; la temperatura massima (circa +50°C) si trova ad un'altitudine di circa 60 km, dopodiché la temperatura inizia a scendere fino a -70° o -80°C. Tale diminuzione della temperatura è associata all'assorbimento energetico della radiazione solare (radiazione) da parte dell'ozono. Il termine è stato adottato dall'Unione geografica e geofisica nel 1951.

La composizione dei gas della mesosfera, così come quella degli strati atmosferici inferiori, è costante e contiene circa l'80% di azoto e il 20% di ossigeno.

La mesosfera è separata dalla stratosfera sottostante dalla stratopausa e dalla termosfera sovrastante dalla mesopausa. La mesopausa coincide sostanzialmente con la turbopausa.

Le meteore iniziano a brillare e, di regola, bruciano completamente nella mesosfera.

Nubi nottilucenti possono apparire nella mesosfera.

Per i voli, la mesosfera è una sorta di "zona morta": l'aria qui è troppo rarefatta per supportare aeroplani o palloni (a un'altitudine di 50 km, la densità dell'aria è 1000 volte inferiore rispetto al livello del mare), e allo stesso tempo troppo denso per voli artificiali satelliti in un'orbita così bassa. Gli studi diretti della mesosfera vengono effettuati principalmente con l'ausilio di razzi meteorologici suborbitali; in generale, la mesosfera è stata studiata peggio di altri strati dell'atmosfera, in relazione ai quali gli scienziati l'hanno chiamata "ignorosfera".

mesopausa

mesopausa Lo strato dell'atmosfera che separa la mesosfera e la termosfera. Sulla Terra si trova ad un'altitudine di 80-90 km sul livello del mare. Nella mesopausa c'è una temperatura minima, che è di circa -100 ° C. In basso (a partire da un'altezza di circa 50 km) la temperatura scende con l'altezza, in alto (fino a un'altezza di circa 400 km) risale. La mesopausa coincide con il limite inferiore della regione di assorbimento attivo dei raggi X e la radiazione ultravioletta del Sole a lunghezza d'onda più corta. A questa altitudine si osservano nubi argentate.

La mesopausa esiste non solo sulla Terra, ma anche su altri pianeti con un'atmosfera.

Linea Karman- altezza sul livello del mare, che è convenzionalmente accettata come il confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio.

Come definito dalla Fédération Aéronautique Internationale (FAI), la Linea Karman si trova a un'altitudine di 100 km sul livello del mare.

L'altezza prende il nome da Theodor von Karman, uno scienziato americano di origine ungherese. Fu il primo a determinare che a circa questa quota l'atmosfera diventa così rarefatta che l'aeronautica diventa impossibile, poiché la velocità del velivolo, necessaria per creare una portanza sufficiente, diventa maggiore della prima velocità cosmica, e quindi, per raggiungere una maggiore altitudini, è necessario utilizzare i mezzi dell'astronautica.

L'atmosfera terrestre continua oltre la linea di Karman. La parte esterna dell'atmosfera terrestre, l'esosfera, si estende ad un'altitudine di 10.000 km o più, a tale altitudine l'atmosfera è costituita principalmente da atomi di idrogeno che possono lasciare l'atmosfera.

Raggiungere la Linea Karman è stata la prima condizione per l'Ansari X Prize, in quanto questa è la base per riconoscere il volo come volo spaziale.