Атмосферата е смес от различни газове. Той се простира от повърхността на Земята до височина до 900 км, като предпазва планетата от вредния спектър на слънчевата радиация и съдържа газове, необходими за целия живот на планетата. Атмосферата улавя топлината на слънцето, затопляйки наоколо земна повърхности създаване на благоприятен климат.

Състав на атмосферата

Земната атмосфера се състои основно от два газа – азот (78%) и кислород (21%). Освен това съдържа примеси от въглероден диоксид и други газове. в атмосферата съществува под формата на пара, капки влага в облаци и ледени кристали.

Слоеве на атмосферата

Атмосферата се състои от много слоеве, между които няма ясни граници. Температурите на различните слоеве се различават значително една от друга.

безвъздушна магнитосфера. Повечето от земните спътници летят тук извън земната атмосфера. Екзосфера (450-500 км от повърхността). Почти не съдържа газове. Някои метеорологични спътници летят в екзосферата. Термосферата (80-450 km) се характеризира с високи температури, достигащи 1700°C в горния слой. Мезосфера (50-80 км). В тази сфера температурата пада с увеличаване на надморската височина. Именно тук изгарят повечето метеорити (фрагменти от космически скали), които влизат в атмосферата. Стратосфера (15-50 км). Съдържа озонов слой, тоест слой от озон, който абсорбира ултравиолетовото лъчение от слънцето. Това води до повишаване на температурата близо до земната повърхност. Тук обикновено летят реактивни самолети, като видимостта в този слой е много добра и почти няма смущения, причинени от метеорологични условия. Тропосфера. Височината варира от 8 до 15 км от земната повърхност. Именно тук се формира времето на планетата, тъй като през този слой съдържа най-много водни пари, прах и ветрове. Температурата намалява с отдалечаване от земната повърхност.

Атмосферно налягане

Въпреки че не го усещаме, слоевете на атмосферата оказват натиск върху повърхността на Земята. Най-високата е близо до повърхността и с отдалечаването от нея тя постепенно намалява. Зависи от температурната разлика между сушата и океана и следователно в райони, разположени на една и съща височина над морското равнище, често има различно налягане. Ниското налягане води до влажно време, докато високото налягане обикновено определя ясно време.

Движението на въздушните маси в атмосферата

И наляганията причиняват смесване на долната атмосфера. Така духат ветровете от районите високо наляганев ниската зона. В много региони се появяват и местни ветрове, причинени от разликите в температурите на сушата и морето. Планините също оказват значително влияние върху посоката на ветровете.

Парниковия ефект

Въглеродният диоксид и други газове в земната атмосфера улавят слънчевата топлина. Този процес обикновено се нарича парников ефект, тъй като в много отношения е подобен на циркулацията на топлина в оранжериите. Парниковият ефект причинява глобалното затопляне на планетата. В райони с високо налягане - антициклони - се установява ясно слънчево такова. В регионите ниско налягане- циклони - обикновено има нестабилно време. Топлина и светлина навлизат в атмосферата. Газовете улавят топлината, отразена от земната повърхност, като по този начин причиняват повишаване на температурата на земята.

В стратосферата има специален озонов слой. Озонът блокира по-голямата част от ултравиолетовото лъчение от Слънцето, предпазвайки Земята и целия живот на нея от нея. Учените са установили, че причината за разрушаването на озоновия слой са специални газове хлорфлуоровъглероден диоксид, съдържащи се в някои аерозоли и хладилно оборудване. Над Арктика и Антарктида са открити огромни дупки в озоновия слой, които допринасят за увеличаване на количеството ултравиолетова радиация, засягаща земната повърхност.

Озонът се образува в долните слоеве на атмосферата в резултат между слънчевата радиация и различни отработени газове и газове. Обикновено се разпръсква в атмосферата, но ако се образува затворен слой студен въздух под слой топъл въздух, озонът се концентрира и възниква смог. За съжаление, това не може да компенсира загубата на озон в озоновите дупки.

Сателитното изображение ясно показва дупка в озоновия слой над Антарктида. Размерът на дупката варира, но учените смятат, че тя непрекъснато се увеличава. Правят се опити за намаляване на нивото на отработените газове в атмосферата. Намалете замърсяването на въздуха и използвайте бездимни горива в градовете. Смогът причинява дразнене на очите и задавяне при много хора.

Появата и еволюцията на земната атмосфера

Съвременната атмосфера на Земята е резултат от дълго еволюционно развитие. Възникна в резултат на съвместното действие на геоложки фактори и жизнената дейност на организмите. През цялото време геоложка историяземната атмосфера е претърпяла няколко дълбоки пренареждания. Въз основа на геоложки данни и теоретични (предпоставки), първичната атмосфера на младата Земя, която е съществувала преди около 4 милиарда години, може да се състои от смес от инертни и благородни газовес малка добавка на пасивен азот (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Понастоящем възгледът за състава и структурата на ранната атмосфера се е променил донякъде. Първична атмосфера (протоатмосфера) в най-ранния протопланетен етап, т.е. по-стари от 4,2 милиарда години, може да се състои от смес от метан, амоняк и въглероден диоксид. В резултат на дегазирането на мантията и активните процеси на изветряне, протичащи на земната повърхност, водни пари, въглеродни съединения под формата на CO 2 и CO, сяра и нейните съединения, както и силни халогенни киселини - HCI, HF, HI и борна киселина , които са допълнени с метан, амоняк, водород, аргон и някои други благородни газове в атмосферата. Тази първична атмосфера беше изключително разредена. Следователно температурата близо до земната повърхност е близка до температурата на радиационното равновесие (AS Monin, 1977).

С течение на времето газовият състав на първичната атмосфера под влияние на процесите на изветряне на скали, стърчащи на земната повърхност, жизнената активност на цианобактериите и синьо-зелените водорасли, вулканичните процеси и действието слънчеви лъчизапочна да се трансформира. Това доведе до разлагането на метана на въглероден диоксид, амоняка - на азот и водород; въглероден диоксид започва да се натрупва във вторичната атмосфера, която бавно се спуска към земната повърхност, и азот. Благодарение на жизнената активност на синьо-зелените водорасли, кислородът започва да се произвежда в процеса на фотосинтеза, който обаче в началото се изразходва главно за „окисляване атмосферни газовеи след това скали. В същото време амонякът, окислен до молекулен азот, започва интензивно да се натрупва в атмосферата. Предполага се, че значителна част от азота в съвременната атмосфера е реликт. Метанът и въглеродният оксид се окисляват до въглероден диоксид. Сярата и сероводородът се окисляват до SO 2 и SO 3, които поради високата си подвижност и лекота бързо се отстраняват от атмосферата. Така атмосферата от редуцираща, каквато е била през архея и ранния протерозой, постепенно се превръща в окисляваща.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата както в резултат на окисление на метан, така и в резултат на дегазиране на мантията и изветряне на скалите. В случай, че целият въглероден диоксид, освободен през цялата история на Земята, остане в атмосферата, неговото парциално налягане може да стане същото като на Венера (О. Сорохтин, С. А. Ушаков, 1991). Но на Земята процесът беше обратен. Значителна част от въглеродния диоксид от атмосферата се разтваря в хидросферата, в която се използва от водните организми за изграждане на техните черупки и биогенно се превръща в карбонати. Впоследствие от тях се образуват най-мощните пластове от хемогенни и органогенни карбонати.

Кислородът се доставя в атмосферата от три източника. Дълго време, започвайки от момента на образуването на Земята, той се отделя при дегазирането на мантията и се изразходва основно за окислителни процеси.Друг източник на кислород е фотодисоциацията на водните пари от твърда ултравиолетова слънчева радиация. изяви; свободният кислород в атмосферата доведе до смъртта на повечето от прокариотите, които са живели в редуциращи условия. Прокариотните организми са променили местообитанията си. Те оставиха повърхността на Земята до нейните дълбини и региони, където все още бяха запазени редуциращите условия. Те бяха заменени от еукариоти, които започнаха енергично да преработват въглеродния диоксид в кислород.

През архея и значителна част от протерозоя почти целият кислород, възникващ както абиогенно, така и биогенно, е изразходван главно за окисляване на желязо и сяра. До края на протерозоя цялото метално желязо, което е било на земната повърхност, или се окислява, или се премества в земното ядро. Това доведе до факта, че парциалното налягане на кислорода в ранната протерозойска атмосфера се промени.

В средата на протерозоя концентрацията на кислород в атмосферата достига точката Ури и възлиза на 0,01% от сегашното ниво. От това време кислородът започва да се натрупва в атмосферата и вероятно вече в края на Рифея съдържанието му достига точката на Пастьор (0,1% от сегашното ниво). Възможно е озоновият слой да е възникнал през вендския период и тогава никога да не е изчезнал.

Появата на свободен кислород в земната атмосфера стимулира еволюцията на живота и води до появата на нови форми с по-съвършен метаболизъм. Ако по-ранните еукариотни едноклетъчни водорасли и цианиди, които се появяват в началото на протерозоя, изискват съдържание на кислород във водата само 10 -3 от съвременната й концентрация, то с появата на нескелетни метазои в края на ранния венд, т.е. преди около 650 милиона години концентрацията на кислород в атмосферата е трябвало да бъде много по-висока. В крайна сметка Metazoa използва кислородно дишане и това изисква парциалното налягане на кислорода да достигне критично ниво - точката на Пастьор. В този случай процесът на анаеробна ферментация беше заменен от енергийно по-обещаващ и прогресивен кислороден метаболизъм.

След това по-нататъшното натрупване на кислород в земната атмосфера се случи доста бързо. Прогресивното увеличаване на обема на синьо-зелените водорасли допринесе за постигането в атмосферата на нивото на кислород, необходимо за поддържането на живота на животинския свят. Известно стабилизиране на съдържанието на кислород в атмосферата е настъпило от момента, в който растенията са излезли на сушата - преди около 450 милиона години. Появата на растения на сушата, настъпила през силурийския период, доведе до окончателното стабилизиране на нивото на кислород в атмосферата. От това време концентрацията му започва да се колебае в доста тесни граници, като никога не надхвърля съществуването на живот. Концентрацията на кислород в атмосферата се е стабилизирала напълно след появата на цъфтящи растения. Това събитие се случва в средата на периода Креда, т.е. преди около 100 милиона години.

Основната част от азота се е образувала в ранните етапи на развитието на Земята, главно поради разлагането на амоняка. С появата на организмите започва процесът на свързване на атмосферния азот в органичната материя и заравянето му в морските седименти. След освобождаването на организмите на сушата, азотът започва да се заравя в континенталните седименти. Процесите на преработка на свободния азот се засилват особено с появата на сухоземните растения.

На границата на криптозоя и фанерозоя, тоест преди около 650 милиона години, съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата намаля до десети от процента и едва наскоро достигна съдържание, близко до сегашното ниво, около 10-20 милиона преди години.

По този начин газовият състав на атмосферата не само осигурява жизнено пространство на организмите, но и определя характеристиките на тяхната жизнена дейност, насърчава заселването и еволюцията. Произтичащите неуспехи в разпределението на благоприятния за организмите газов състав на атмосферата, както поради космически, така и планетарни причини, доведоха до масово изчезване на органичния свят, което многократно се случваше през криптозоя и в определени етапи от фанерозойската история.

Етносферни функции на атмосферата

Земната атмосфера осигурява необходимото вещество, енергия и определя посоката и скоростта на метаболитните процеси. Състав на газасъвременната атмосфера е оптимална за съществуването и развитието на живота. Като зона на формиране на времето и климата, атмосферата трябва да създава комфортни условия за живот на хора, животни и растителност. Отклоненията в една или друга посока в качеството на атмосферния въздух и метеорологичните условия създават екстремни условия за живота на животното и флора, включително за хората.

Атмосферата на Земята не само осигурява условия за съществуване на човечеството, като е основният фактор в еволюцията на етносферата. В същото време се оказва енергиен и суровинен ресурс за производство. Като цяло атмосферата е фактор, опазващ човешкото здраве, а някои райони, поради физико-географските условия и качеството на атмосферния въздух, служат като зони за отдих и са зони, предназначени за санаториално лечение и отдих на хората. Така атмосферата е фактор за естетическо и емоционално въздействие.

Етносферните и техносферните функции на атмосферата, определени съвсем наскоро (Е. Д. Никитин, Н. А. Ясаманов, 2001), се нуждаят от самостоятелно и задълбочено изследване. По този начин изследването на атмосферните енергийни функции е много актуално както от гледна точка на възникването и функционирането на процеси, които увреждат околната среда, така и от гледна точка на въздействието върху здравето и благосъстоянието на човека. В този случай говорим за енергията на циклони и антициклони, атмосферни вихри, атмосферно налягане и други екстремни атмосферни явления, ефективно използванекоето ще допринесе за успешното решаване на проблема с получаването на незамърсяващи заобикаляща среда алтернативни източнициенергия. В крайна сметка въздушната среда, особено тази част от нея, която се намира над Световния океан, е зона за освобождаване на колосално количество безплатна енергия.

Например, установено е, че тропически циклони със средна сила отделят енергия, еквивалентна на енергията на 500 000 атомни бомби, хвърлени върху Хирошима и Нагасаки само за един ден. За 10 дни от съществуването на такъв циклон се отделя достатъчно енергия, за да задоволи всички енергийни нужди на страна като САЩ в продължение на 600 години.

AT последните годиниПубликувани са голям брой трудове на естествени учени, по един или друг начин, засягащи различни аспекти на дейността и влиянието на атмосферата върху земните процеси, което показва засилване на интердисциплинарните взаимодействия в съвременна естествена наука. В същото време се проявява интегриращата роля на някои негови направления, сред които е необходимо да се отбележи функционално-екологичното направление в геоекологията.

Това направление стимулира анализа и теоретичното обобщение на екологичните функции и планетарната роля на различните геосфери, а това от своя страна е важна предпоставка за разработването на методология и научни основи за цялостно изследване на нашата планета, рационално използване и опазване на неговите природни ресурси.

Земната атмосфера се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, йоносфера и екзосфера. В горната част на тропосферата и в долната част на стратосферата има слой, обогатен с озон, наречен озонов слой. Установени са определени (дневни, сезонни, годишни и др.) закономерности в разпределението на озона. Още от създаването си атмосферата оказва влияние върху хода на планетарните процеси. Първичният състав на атмосферата е напълно различен от сегашния, но с течение на времето съотношението и ролята на молекулния азот постоянно нарастват, преди около 650 милиона години се появява свободен кислород, чието количество непрекъснато нараства, но концентрацията на въглероден диоксид съответно намалява . Високата подвижност на атмосферата, газовият й състав и наличието на аерозоли определят нейната изключителна роля и активно участие в различни геоложки и биосферни процеси. Голяма е ролята на атмосферата в преразпределението на слънчевата енергия и развитието на катастрофални природни явления и бедствия. Отрицателно въздействие върху органичен святи природните системи създават атмосферни вихри - торнадо (торнадо), урагани, тайфуни, циклони и други явления. Основните източници на замърсяване наред с природните фактори са различни форми икономическа дейностлице. Антропогенните въздействия върху атмосферата се изразяват не само в появата на различни аерозоли и парникови газове, но и в увеличаване на количеството на водните пари и се проявяват под формата на смог и киселинни дъждове. Парниковите газове се променят температурен режимЗемната повърхност, емисиите на определени газове намаляват обема на озоновия слой и допринасят за образуването на озонови дупки. Етносферната роля на земната атмосфера е голяма.

Ролята на атмосферата в природните процеси

Повърхностната атмосфера в междинно състояние между литосферата и космическото пространство и газовият й състав създава условия за живот на организмите. В същото време изветряването и интензивността на разрушаването на скалите, пренасянето и натрупването на детритен материал зависят от количеството, естеството и честотата на валежите, от честотата и силата на ветровете и особено от температурата на въздуха. Атмосферата е централният компонент на климатичната система. Температура и влажност на въздуха, облачност и валежи, вятър - всичко това характеризира времето, тоест непрекъснато променящото се състояние на атмосферата. В същото време същите тези компоненти характеризират и климата, т.е. средния дългосрочен метеорологичен режим.

Съставът на газовете, наличието на облаци и различни примеси, които се наричат ​​аерозолни частици (пепел, прах, частици от водни пари), определят характеристиките на преминаването на слънчевата радиация през атмосферата и предотвратяват изпускането на топлинната радиация на Земята в космическото пространство.

Земната атмосфера е много подвижна. Възникващите в него процеси и промените в неговия газов състав, дебелина, облачност, прозрачност и наличието на различни аерозолни частици в него влияят както на времето, така и на климата.

Действието и посоката на природните процеси, както и животът и дейността на Земята се определят от слънчевата радиация. Той дава 99,98% от топлината, идваща на земната повърхност. Годишно прави 134*1019 kcal. Това количество топлина може да се получи чрез изгаряне на 200 милиарда тона въглища. Запасите от водород, които създават този поток от термоядрена енергия в масата на Слънцето, ще бъдат достатъчни за поне още 10 милиарда години, тоест за период, два пъти по-дълъг от съществуването на самата планета.

Около 1/3 от общото количество слънчева енергия, влизаща в горната граница на атмосферата, се отразява обратно в световното пространство, 13% се абсорбира от озоновия слой (включително почти цялата ултравиолетова радиация). 7% - останалата част от атмосферата и само 44% достига до земната повърхност. Общата слънчева радиация, достигаща до Земята за един ден, е равна на енергията, която човечеството е получило в резултат на изгарянето на всички видове гориво през последното хилядолетие.

Количеството и характерът на разпределението на слънчевата радиация върху земната повърхност са тясно зависими от облачността и прозрачността на атмосферата. Количеството на разсеяната радиация се влияе от височината на Слънцето над хоризонта, прозрачността на атмосферата, съдържанието на водни пари, прах, общото количество въглероден диоксид и др.

Максималното количество разсеяна радиация попада в полярните области. Колкото по-ниско е Слънцето над хоризонта, толкова по-малко топлина навлиза в дадена област.

Атмосферната прозрачност и облачността са от голямо значение. В облачен летен ден обикновено е по-студено, отколкото в ясен, тъй като дневните облаци не позволяват на земната повърхност да се нагрява.

Съдържанието на прах в атмосферата играе важна роля в разпределението на топлината. Фино диспергираните твърди частици прах и пепел в него, които влияят на неговата прозрачност, влияят неблагоприятно на разпределението на слънчевата радиация, повечето откоето се отразява. Фините частици навлизат в атмосферата по два начина: те са или пепел, отделена по време на вулканични изригвания, или пустинен прах, пренесен от ветрове от сухи тропически и субтропични региони. Особено много такъв прах се образува по време на суша, когато се пренася в горните слоеве на атмосферата от потоци топъл въздух и може да остане там за дълго време. След изригването на вулкана Кракатау през 1883 г. прахът, хвърлен на десетки километри в атмосферата, остава в стратосферата за около 3 години. В резултат на изригването на вулкана Ел Чичон (Мексико) през 1985 г. прахът достига Европа и следователно има леко понижение на повърхностните температури.

Земната атмосфера съдържа променливо количество водна пара. В абсолютно изражение, тегловно или обемно, количеството му варира от 2 до 5%.

Водната пара, подобно на въглеродния диоксид, засилва парниковия ефект. В облаците и мъглите, които възникват в атмосферата, протичат своеобразни физикохимични процеси.

Основният източник на водна пара в атмосферата е повърхността на океаните. От него годишно се изпарява слой вода с дебелина 95 до 110 см. Част от влагата се връща в океана след кондензация, а другата се насочва към континентите чрез въздушни течения. В региони с променлив влажен климат валежите овлажняват почвата, а във влажните региони създават запаси от подпочвени води. Така атмосферата е акумулатор на влага и резервоар на валежи. и мъглите, които се образуват в атмосферата, осигуряват влага на почвената покривка и по този начин играят решаваща роля в развитието на животинския и растителния свят.

Атмосферната влага се разпределя по земната повърхност поради подвижността на атмосферата. Тя има много сложна системаветрове и разпределение на налягането. Поради факта, че атмосферата е в непрекъснато движение, естеството и степента на разпределение на ветровите потоци и налягането непрекъснато се променят. Скалите на циркулацията варират от микрометеорологични, с размери само няколкостотин метра, до глобални, с размери от няколко десетки хиляди километра. Огромни атмосферни вихри участват в създаването на системи от мащабни въздушни течения и определят общата циркулация на атмосферата. Освен това те са източници на катастрофални атмосферни явления.

Разпределението на метеорологичните и климатичните условия и функционирането на живата материя зависят от атмосферното налягане. В случай, че атмосферното налягане се колебае в малки граници, то не играе решаваща роля за благосъстоянието на хората и поведението на животните и не засяга физиологичните функции на растенията. По правило фронталните явления и промените на времето са свързани с промени в налягането.

Атмосферното налягане е от основно значение за образуването на вятъра, който като релефообразуващ фактор оказва най-силно въздействие върху флората и фауната.

Вятърът е в състояние да потиска растежа на растенията и в същото време насърчава пренасянето на семена. Ролята на вятъра във формирането на метеорологичните и климатичните условия е голяма. Той също така действа като регулатор на морските течения. Вятърът като един от екзогенните фактори допринася за ерозията и дефлацията на изветрения материал на дълги разстояния.

Екологична и геоложка роля на атмосферните процеси

Намаляването на прозрачността на атмосферата поради появата на аерозолни частици и твърд прах в нея влияе върху разпределението на слънчевата радиация, увеличавайки албедото или отразяващата способност. Различни химични реакции водят до същия резултат, причинявайки разлагането на озона и генерирането на "перлени" облаци, състоящи се от водна пара. Глобалната промяна в отразяващата способност, както и промените в газовия състав на атмосферата, главно парниковите газове, са причина за изменението на климата.

Неравномерното нагряване, причиняващо разлики в атмосферното налягане върху различните части на земната повърхност, води до атмосферна циркулация, която е отличителен белегтропосфера. Когато има разлика в налягането, въздухът се втурва от зони с високо налягане към зони с ниско налягане. Тези движения на въздушните маси, заедно с влажността и температурата, определят основните екологични и геоложки особености на атмосферните процеси.

В зависимост от скоростта вятърът произвежда различни геоложки работи на земната повърхност. Със скорост 10 m/s разклаща дебели клони на дърветата, вдига и носи прах и фин пясък; чупи клони на дървета със скорост 20 m/s, пренася пясък и чакъл; при скорост 30 m/s (буря) откъсва покривите на къщи, изкоренява дървета, чупи стълбове, мести камъчета и носи дребен чакъл, а ураган със скорост 40 m/s разрушава къщи, чупи и събаря електропровода стълбове, изкоренява големи дървета.

Шквалови бури и торнадо (торнадо) имат голямо негативно въздействие върху околната среда с катастрофални последици - атмосферни вихри, които се появяват през топлия сезон върху мощни атмосферни фронтове със скорост до 100 m/s. Шквалите са хоризонтални вихри със скорости на ураганен вятър (до 60-80 m/s). Те често са придружени от силни валежи и гръмотевични бури с продължителност от няколко минути до половин час. Шривовете обхващат райони с ширина до 50 км и изминават разстояние от 200-250 км. Силна буря в Москва и Московска област през 1998 г. повреди покривите на много къщи и събори дървета.

Торнадото, наричани торнадо в Северна Америка, са мощни фуниеобразни атмосферни вихри, често свързани с гръмотевични облаци. Това са колони от въздух, стесняващи се в средата с диаметър от няколко десетки до стотици метра. Торнадото има вид на фуния, много подобна на хобота на слон, спускаща се от облаците или издигаща се от повърхността на земята. Притежавайки силно разреждане и висока скорост на въртене, торнадото изминава до няколкостотин километра, изтегляйки прах, вода от резервоари и различни предмети. Мощните торнадо са придружени от гръмотевични бури, дъжд и имат голяма разрушителна сила.

Торнадото рядко се появяват в субполярни или екваториални райони, където постоянно е студено или горещо. Малко торнадо в открития океан. Торнадо се срещат в Европа, Япония, Австралия, САЩ, а в Русия са особено чести в района на Централна Черна Земя, в районите на Москва, Ярославъл, Нижни Новгород и Иваново.

Торнадото повдига и мести коли, къщи, вагони, мостове. Особено разрушителни торнадо (торнадо) се наблюдават в САЩ. Годишно се регистрират от 450 до 1500 торнадо, като средно жертвите са около 100. Торнадото са бързодействащи катастрофални атмосферни процеси. Те се образуват само за 20-30 минути, а времето им на съществуване е 30 минути. Следователно е почти невъзможно да се предвиди времето и мястото на възникване на торнадото.

Други разрушителни, но дълготрайни атмосферни вихри са циклоните. Те се образуват поради спадане на налягането, което при определени условия допринася за възникването на кръгово движение на въздушните потоци. Атмосферните вихри възникват около мощни възходящи течения от влажен топъл въздух и се въртят с висока скорост по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо. Циклоните, за разлика от торнадото, възникват над океаните и произвеждат разрушителните си действия над континентите. Основните разрушителни фактори са силните ветрове, интензивните валежи под формата на снеговалеж, валежи, градушка и наводнения. Ветровете със скорост 19 - 30 m / s образуват буря, 30 - 35 m / s - буря и повече от 35 m / s - ураган.

Тропическите циклони - урагани и тайфуни - имат средна ширина от няколкостотин километра. Скоростта на вятъра вътре в циклона достига сила на урагана. Тропическите циклони продължават от няколко дни до няколко седмици, като се движат със скорост от 50 до 200 км/ч. Циклоните на средната ширина имат по-голям диаметър. Напречните им размери варират от хиляда до няколко хиляди километра, скоростта на вятъра е бурна. Те се движат в северното полукълбо от запад и са придружени от градушка и снеговалеж, които са катастрофални. Циклоните и свързаните с тях урагани и тайфуни са най-големите природни бедствия след наводненията по отношение на броя на жертвите и причинените щети. В гъсто населените райони на Азия броят на жертвите по време на урагани се измерва в хиляди. През 1991 г. в Бангладеш, по време на ураган, който предизвика образуването на морски вълни с височина 6 м, загинаха 125 хиляди души. Тайфуните нанасят големи щети на Съединените щати. В резултат на това загиват десетки и стотици хора. В Западна Европа ураганите причиняват по-малко щети.

Гръмотевичните бури се считат за катастрофално атмосферно явление. Те се появяват, когато топъл, влажен въздух се издига много бързо. На границата на тропическите и субтропичните зони гръмотевични бури се случват 90-100 дни в годината, в умерения пояс - 10-30 дни. У нас най-голям брой гръмотевични бури се срещат в Северен Кавказ.

Гръмотевичните бури обикновено продължават по-малко от час. Особена опасност представляват интензивни валежи, градушки, мълнии, пориви на вятъра и вертикални въздушни течения. Опасността от градушка се определя от размера на градушката. В Северен Кавказ масата на градушките някога е достигала 0,5 кг, а в Индия са отбелязани градушки с тегло 7 кг. Най-опасните зони у нас се намират в Северен Кавказ. През юли 1992 г. градушка повреди 18 самолета на летище Минерални води.

Светкавицата е опасно метеорологично явление. Те убиват хора, добитък, предизвикват пожари, повреждат електрическата мрежа. Около 10 000 души умират всяка година от гръмотевични бури и последиците от тях в световен мащаб. Освен това в някои части на Африка, във Франция и Съединените щати, броят на жертвите от мълния е по-голям, отколкото от други природни феномени. Годишните икономически щети от гръмотевични бури в Съединените щати са най-малко 700 милиона долара.

Засушаването е характерно за пустинните, степните и лесостепните райони. Липсата на валежи води до изсъхване на почвата, понижаване на нивото подземни водии в резервоари, докато изсъхнат напълно. Дефицитът на влага води до загиване на растителността и посевите. Сушите са особено тежки в Африка, Близкия и Близкия изток, Централна Азияи южната част на Северна Америка.

Сушите променят условията на човешкия живот, оказват неблагоприятно въздействие върху природната среда чрез процеси като засоляване на почвата, сухи ветрове, прашни бури, ерозия на почвата и горски пожари. Пожарите са особено силни по време на суша в районите на тайгата, тропическите и субтропичните гори и саваните.

Засушаването е краткотраен процес, който продължава един сезон. Когато сушата продължава повече от два сезона, съществува заплаха от глад и масова смъртност. Обикновено ефектът от сушата се простира до територията на една или повече страни. Особено често се случват продължителни засушавания с трагични последици в района на Сахел в Африка.

Атмосферни явления като снеговалежи, периодични обилни дъждове и продължителни продължителни дъждове причиняват големи щети. Снеговалежите предизвикват масивни лавини в планините, а бързото топене на падналия сняг и продължителните обилни дъждове водят до наводнения. Огромна маса вода, падаща върху земната повърхност, особено в безлесни райони, причинява тежка ерозия на почвената покривка. Наблюдава се интензивен растеж на дерново-гредовите системи. Наводненията възникват в резултат на големи наводнения по време на период на обилни валежи или наводнения след внезапно затопляне или пролетно снеготопене и следователно са атмосферни явления по произход (те са разгледани в главата за екологичната роля на хидросферата).

Антропогенни промени в атмосферата

В момента има много различни източници от антропогенен характер, които причиняват замърсяване на атмосферата и водят до сериозни нарушения на екологичното равновесие. По отношение на мащаба, два източника имат най-голямо въздействие върху атмосферата: транспортът и промишлеността. Средно транспортът представлява около 60% от общото количество замърсяване на атмосферата, индустрията - 15%, топлинната енергия - 15%, технологиите за унищожаване на битови и промишлени отпадъци - 10%.

Транспортът, в зависимост от използваното гориво и видовете окислители, отделя в атмосферата азотни оксиди, сяра, въглеродни оксиди и диоксиди, олово и неговите съединения, сажди, бензопирен (вещество от групата на полицикличните ароматни въглеводороди, което е силен канцероген, който причинява рак на кожата).

Промишлеността отделя в атмосферата серен диоксид, въглеродни оксиди и диоксиди, въглеводороди, амоняк, сероводород, сярна киселина, фенол, хлор, флуор и други съединения и химикали. Но доминиращата позиция сред емисиите (до 85%) заема прахът.

В резултат на замърсяването се променя прозрачността на атмосферата, в нея се появяват аерозоли, смог и киселинни дъждове.

Аерозолите са диспергирани системи, състоящи се от твърди частици или течни капчици, суспендирани в газообразна среда. Размерът на частиците на дисперсната фаза обикновено е 10 -3 -10 -7 см. В зависимост от състава на дисперсната фаза, аерозолите се разделят на две групи. Единият включва аерозоли, състоящи се от твърди частици, диспергирани в газообразна среда, вторият - аерозоли, които са смес от газообразна и течна фаза. Първите се наричат ​​димове, а вторите - мъгли. Кондензационните центрове играят важна роля в процеса на тяхното формиране. Като кондензационни ядра действат вулканична пепел, космически прах, продукти от промишлени емисии, различни бактерии и др. Броят на възможните източници на концентрационни ядра непрекъснато нараства. Така например, когато сухата трева е унищожена от пожар на площ от 4000 m 2, се образуват средно 11 * 10 22 аерозолни ядра.

Аерозолите са се образували от възникването на нашата планета и са повлияли природни условия. Въпреки това, техният брой и действия, балансирани с общото движение на веществата в природата, не предизвикаха дълбоки екологични промени. Антропогенни факторитехните формации изместиха този баланс към значителни биосферни претоварвания. Тази особеност е особено изразена, откакто човечеството започва да използва специално създадени аерозоли както под формата на токсични вещества, така и за растителна защита.

Най-опасни за растителната покривка са аерозолите от серен диоксид, флуороводород и азот. При контакт с мокра повърхност на листата те образуват киселини, които имат пагубен ефект върху живите същества. Киселинните мъгли, заедно с вдишвания въздух, навлизат в дихателните органи на животните и хората и влияят агресивно на лигавиците. Някои от тях разграждат жива тъкан, а радиоактивните аерозоли причиняват рак. Сред радиоактивните изотопи SG 90 е особено опасен не само поради своята канцерогенност, но и като аналог на калция, замествайки го в костите на организмите, причинявайки тяхното разлагане.

По време на ядрени експлозии в атмосферата се образуват радиоактивни аерозолни облаци. Малки частици с радиус от 1 - 10 микрона попадат не само в горните слоеве на тропосферата, но и в стратосферата, в която могат да бъдат дълго време. Аерозолни облаци се образуват и по време на работа на реактори на промишлени предприятия, произвеждащи ядрено горивоа също и в резултат на аварии в атомни електроцентрали.

Смогът е смес от аерозоли с течни и твърди диспергирани фази, които образуват мъглива завеса над индустриални зони и големи градове.

Има три вида смог: леден, мокър и сух. Леденият смог се нарича Аляски. Това е комбинация от газообразни замърсители с добавка на прахови частици и ледени кристали, които се появяват, когато капчици мъгла и пара от отоплителните системи замръзват.

Мокър смог, или смог от лондонски, понякога се нарича зимен смог. Това е смес от газообразни замърсители (главно серен диоксид), прахови частици и капчици мъгла. Метеорологичната предпоставка за появата на зимен смог е тихото време, при което над повърхностния слой студен въздух (под 700 m) се намира слой топъл въздух. В същото време липсва не само хоризонтален, но и вертикален обмен. Замърсителите, които обикновено са разпръснати във високи слоеве, в този случай се натрупват в повърхностния слой.

Сухият смог се появява през лятото и често се нарича смог от LA. Това е смес от озон, въглероден окис, азотни оксиди и киселинни пари. Такъв смог се образува в резултат на разлагането на замърсители от слънчевата радиация, особено неговата ултравиолетова част. Метеорологичната предпоставка е атмосферната инверсия, която се изразява в появата на слой студен въздух над топлия. Газовете и твърдите частици, обикновено повдигани от токове на топъл въздух, след това се разпръскват в горните студени слоеве, но в този случай те се натрупват в инверсионния слой. В процеса на фотолиза азотните диоксиди, образувани по време на изгарянето на гориво в автомобилните двигатели, се разлагат:

NO 2 → NO + O

След това настъпва синтез на озон:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Процесите на фотодисоциация са придружени от жълто-зелено сияние.

Освен това, реакциите протичат според вида: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, т.е. образува се силна сярна киселина.

При промяна на метеорологичните условия (поява на вятър или промяна на влажността) студеният въздух се разсейва и смогът изчезва.

Наличието на канцерогени в смога води до дихателна недостатъчност, дразнене на лигавиците, нарушения на кръвообращението, астматично задушаване и често смърт. Смогът е особено опасен за малките деца.

Киселинният дъжд е атмосферни валежи, подкиселени от промишлени емисии на серни окиси, азотни оксиди и пари на перхлорна киселина и разтворен в тях хлор. В процеса на изгаряне на въглища и газ по-голямата част от сярата в него, както под формата на оксид, така и в съединения с желязо, по-специално в пирит, пиротин, халкопирит и др., се превръща в серен оксид, който заедно с въглерода диоксид се отделя в атмосферата. Когато атмосферният азот и техническите емисии се комбинират с кислород, се образуват различни азотни оксиди, като обемът на образуваните азотни оксиди зависи от температурата на горене. Основната част от азотните оксиди се срещат при експлоатацията на превозни средства и дизелови локомотиви, а по-малка част се среща в енергетиката и промишлените предприятия. Серните и азотните оксиди са основните киселинни образуващи. При взаимодействие с атмосферния кислород и водните пари в него се образуват сярна и азотна киселини.

Известно е, че алкално-киселинният баланс на средата се определя от стойността на рН. Неутралната среда има pH стойност 7, киселата среда има pH стойност 0, а алкалната среда има pH стойност 14. В съвременната епоха pH стойността на дъждовната вода е 5,6, въпреки че в близкото минало тя беше неутрален. Намаляването на стойността на pH с един съответства на десетократно повишаване на киселинността и следователно в момента дъждовете с повишена киселинност падат почти навсякъде. Максималната киселинност на дъждовете, регистрирана в Западна Европа, е 4-3,5 pH. Трябва да се има предвид, че стойността на pH, равна на 4-4,5, е фатална за повечето риби.

Киселинните дъждове имат агресивен ефект върху растителната покривка на Земята, върху промишлени и жилищни сгради и допринасят за значително ускоряване на изветряването на откритите скали. Повишаването на киселинността предотвратява саморегулирането на неутрализиране на почвите, в които се разтварят хранителните вещества. Това от своя страна води до рязко намаляване на добивите и предизвиква деградация на растителната покривка. Киселинността на почвата допринася за отделянето на тежки, които са в свързано състояние, които постепенно се абсорбират от растенията, причинявайки сериозно увреждане на тъканите в тях и прониквайки в хранителната верига на човека.

Промяната в алкално-киселинния потенциал на морските води, особено в плитките води, води до спиране на размножаването на много безгръбначни, причинява смъртта на рибите и нарушава екологичното равновесие в океаните.

В резултат на киселинните дъждове горите на Западна Европа, Балтийските държави, Карелия, Урал, Сибир и Канада са застрашени от смърт.

Съставът на земята. Въздух

Въздухът е механична смес от различни газове, които изграждат земната атмосфера. Въздухът е от съществено значение за дишането на живите организми и се използва широко в промишлеността.

Фактът, че въздухът е смес, а не хомогенно вещество, беше доказано по време на експериментите на шотландския учен Джоузеф Блек. По време на един от тях ученият открива, че при нагряване на бял магнезиев карбонат (магнезиев карбонат) се отделя „свързан въздух“, тоест въглероден диоксид и се образува изгорял магнезий (магнезиев оксид). За разлика от това, когато варовикът се изпича, „свързаният въздух“ се отстранява. Въз основа на тези експерименти ученият стига до заключението, че разликата между въглеродните и каустични алкали е, че първите включват въглероден диоксид, който е един от съставни частивъздух. Днес знаем, че в допълнение към въглеродния диоксид, съставът на земния въздух включва:

Съотношението на газовете в земната атмосфера, посочено в таблицата, е характерно за нейните по-ниски слоеве, до височина от 120 km. В тези области се намира добре смесена, хомогенна област, наречена хомосфера. Над хомосферата се намира хетеросферата, която се характеризира с разлагане на газовите молекули на атоми и йони. Регионите са разделени един от друг с турбопауза.

Химическата реакция, при която под въздействието на слънчева и космическа радиация, молекулите се разлагат на атоми, се нарича фотодисоциация. При разпадането на молекулния кислород се образува атомен кислород, който е основният газ на атмосферата на височини над 200 km. На височини над 1200 км започват да преобладават водородът и хелият, които са най-леките газове.

Тъй като по-голямата част от въздуха е концентрирана в 3-те по-ниски атмосферни слоя, промените в състава на въздуха при надморска височина над 100 km не оказват забележимо влияние върху общ съставатмосфера.

Азотът е най-разпространеният газ, който представлява повече от три четвърти от обема на земния въздух. Съвременният азот се образува чрез окисляване на ранната амонячно-водородна атмосфера с молекулен кислород, който се образува по време на фотосинтезата. Понастоящем малко количество азот навлиза в атмосферата в резултат на денитрификация - процесът на редукция на нитратите до нитрити, последван от образуването на газообразни оксиди и молекулен азот, който се произвежда от анаеробни прокариоти. Част от азот навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания.

В горните слоеве на атмосферата, когато е изложен на електрически разряди с участието на озон, молекулният азот се окислява до азотен монооксид:

N 2 + O 2 → 2NO

При нормални условия монооксидът незабавно реагира с кислород, за да образува азотен оксид:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азотът е най-важният химичен елемент в земната атмосфера. Азотът е част от протеините, осигурява минерално хранене на растенията. Той определя скоростта на биохимичните реакции, играе ролята на кислороден разредител.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в земната атмосфера. Образуването на този газ е свързано с фотосинтетичната активност на растенията и бактериите. И колкото по-разнообразни и многобройни ставаха фотосинтезиращите организми, толкова по-значим ставаше процесът на съдържание на кислород в атмосферата. По време на дегазирането на мантията се отделя малко количество тежък кислород.

В горните слоеве на тропосферата и стратосферата, под въздействието на ултравиолетова слънчева радиация (означаваме го като hν), се образува озон:

O 2 + hν → 2O

В резултат на действието на същото ултравиолетово лъчение, озонът се разпада:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

В резултат на първата реакция се образува атомен кислород, в резултат на втората - молекулен кислород. Всичките 4 реакции се наричат ​​механизма на Чапман, на името на британския учен Сидни Чапман, който ги открива през 1930 г.

Кислородът се използва за дишането на живите организми. С негова помощ протичат процесите на окисление и горене.

Озонът служи за защита на живите организми от ултравиолетово лъчение, което причинява необратими мутации. Най-висока концентрация на озон се наблюдава в долната стратосфера в рамките на т.нар. озонов слой или озонов екран, разположен на височина 22-25 km. Съдържанието на озон е малко: при нормално налягане целият озон от земната атмосфера ще заема слой с дебелина само 2,91 mm.

Образуването на третия най-разпространен газ в атмосферата, аргон, както и неон, хелий, криптон и ксенон, се свързва с вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи.

По-специално, хелият е продукт на радиоактивния разпад на уран, торий и радий: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в тези реакции α- частицата е хелиево ядро, което в процеса на загуба на енергия улавя електрони и се превръща в 4 He).

Аргонът се образува при разпадането на радиоактивния изотоп на калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неонът избяга от магматични скали.

Криптонът се образува като краен продукт от разпадането на уран (235 U и 238 U) и торий Th.

По-голямата част от атмосферния криптон се е образувала в ранните етапи на еволюцията на Земята в резултат на разпад трансуранови елементис феноменално кратък период на полуразпад или дошли от космоса, съдържанието на криптон в който е десет милиона пъти по-високо, отколкото на Земята.

Ксенонът е резултат от деленето на уран, но по-голямата част от този газ е останал от ранните етапи на формирането на Земята, от първичната атмосфера.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата в резултат на вулканични изригвания и в процеса на разлагане на органична материя. Съдържанието му в атмосферата на средните географски ширини на Земята варира значително в зависимост от сезоните на годината: през зимата количеството на CO 2 се увеличава, а през лятото намалява. Това колебание е свързано с дейността на растенията, които използват въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза.

Водородът се образува в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Но, тъй като е най-лекият от газове, съставляващи атмосферата, той непрекъснато излиза в космоса и затова съдържанието му в атмосферата е много малко.

Водната пара е резултат от изпаряването на водата от повърхността на езера, реки, морета и сушата.

Концентрацията на основните газове в долните слоеве на атмосферата, с изключение на водните пари и въглеродния диоксид, е постоянна. В малки количества атмосферата съдържа серен оксид SO 2, амоняк NH 3, въглероден оксид CO, озон O 3, хлороводород HCl, флуороводород HF, азотен оксид NO, въглеводороди, живачни пари Hg, йод I 2 и много други. В долния атмосферен слой на тропосферата постоянно има голямо количество суспендирани твърди и течни частици.

Източници на прахови частици в земната атмосфера са вулканични изригвания, растителен прашец, микроорганизми и напоследък човешки дейности като изгарянето на изкопаеми горива в производствените процеси. Най-малките прахови частици, които са ядрата на кондензацията, са причините за образуването на мъгли и облаци. Без твърди частици, които постоянно присъстват в атмосферата, валежите не биха паднали на Земята.

Структурата и съставът на земната атмосфера, трябва да се каже, не винаги са били постоянни стойности в един или друг период от развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, която има обща "дебелина" от 1,5-2,0 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слоят, в който силни вертикални и хоризонтални движения, именно тук се формират времето, валежите, климатичните условия. Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните райони (там - до 15 км). В тропосферата се наблюдава постепенно намаляване на температурата, приблизително 6,4 ° C с всеки километър надморска височина. Тази цифра може да се различава за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

Азот - около 78 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

Въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единична композиция до височина до 90 километра

Освен това тук могат да се намерят прах, водни капчици, водна пара, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и др. Този състав на земната атмосфера се наблюдава до приблизително деветдесет километра височина, така че въздухът е приблизително същото в химичен състав, не само в тропосферата, но и в горните слоеве. Но там атмосферата е коренно различна. физични свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Какви други елементи има в земната атмосфера? Като процент (по обем, в сух въздух), газове като криптон (около 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), водород (5,0 x 10 -5), метан (около 1,7 x 10 - 4), азотен оксид (5,0 х 10 -5) и др. По отношение на масовия процент на изброените компоненти най-много са азотният оксид и водородът, следвани от хелия, криптона и др.

Физически свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с прикрепването й към повърхността на планетата. Оттук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се изпраща обратно нагоре, включително процесите на топлопроводимост и конвекция. Ето защо температурата пада с отдалечаване от земната повърхност. Такова явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата остава практически непроменена до нивото от 34-35 km, а след това отново има повишаване на температурите до височини от 50 километра ( горната граница на стратосферата). Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 km), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° C и по-долу. Над полюсите тропопаузата се "загрява" през лятото до минус 45°C, през зимата температурите тук се колебаят около -65°C.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Има относително малко от него близо до повърхността (десет до минус шеста степен на процент), тъй като газът се образува под въздействието на слънчева светлина от атомен кислород в горните части на атмосферата. По-специално, по-голямата част от озона е на височина от около 25 км, а целият "озонов екран" е разположен в области от 7-8 км в района на полюсите, от 18 км на екватора и до петдесет километра като цяло над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха в земната атмосфера играе много важна роляв опазването на живота, тъй като отделни химични елементи и състави успешно ограничават достъпа на слънчевата радиация до земната повърхност и живеещите на нея хора, животни и растения. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички диапазони на инфрачервено лъчение, с изключение на дължини в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът, от друга страна, абсорбира ултравиолетовите лъчи до дължина на вълната 3100 A. Без неговия тънък слой (средно 3 mm, ако е поставен на повърхността на планетата), само вода на дълбочина над 10 метра и подземни пещери, където слънчевата радиация не достига, могат да бъдат обитавани. .

Нула по Целзий в стратопауза

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой – стратопаузата. Тя приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и тук се наблюдава относително комфортна температура за човека - около 0°C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 km и завършва на височина 80-90 km), отново има спад на температурата с увеличаване на разстоянието от земната повърхност (до минус 70-80 ° ° С). В мезосферата метеорите обикновено изгарят напълно.

В термосферата - плюс 2000 К!

Химичният състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от височини от около 85-90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенното нагряване на слоеве от много разреден "въздух" под въздействието на слънчевите лъчи. радиация. В тази част на "въздушната покривка" на планетата се появяват температури от 200 до 2000 К, които се получават във връзка с йонизацията на кислорода (над 300 km е атомният кислород), както и рекомбинацията на кислородните атоми в молекули , придружено от отделяне на голямо количество топлина. Термосферата е мястото, където произхождат сиянията.

Над термосферата е екзосферата – външният слой на атмосферата, от който светлината и бързо движещите се водородни атоми могат да избягат в космоса. Химическият състав на земната атмосфера тук е представен повече от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните и почти изключително водородни атоми в горните. Тук преобладават високи температури - около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се е образувала земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв състав на атмосферата. Общо има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета в процеса на натрупване от протопланетен облак. Днес обаче тази теория е обект на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера трябва да е била унищожена от слънчевия „вятър“ от звезда в нашата планетарна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да останат в зоната на формиране на планети като земната група поради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както се предполага от втората хипотеза, може да се формира поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, пристигнали от околността. слънчева системав ранните етапи на развитие. Доста е трудно да се потвърди или опровергае тази концепция.

Експериментирайте в IDG RAS

Най-правдоподобна е третата хипотеза, която смята, че атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди около 4 милиарда години. Тази концепция е тествана в Института по геология и геохимия на Руската академия на науките в хода на експеримент, наречен "Царев 2", при нагряване на проба от метеоритно вещество във вакуум. Тогава е регистрирано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и т. н. Ето защо учените основателно приемат, че химическият състав на първичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, флуороводородни пари (HF), газ въглероден оксид (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячна пара (NH 3), аргон и др. Водните пари от първичната атмосфера участваха в образуването на хидросферата, въглеродният диоксид се оказа по-свързано състояние в органичната материя и скалите, азотът премина в състава на съвременния въздух, както и отново в седиментните скали и органичната материя.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил на съвременните хора да бъдат в нея без дихателни апарати, тъй като тогава не е имало кислород в необходимите количества. Този елемент се е появил в значителни количества преди милиард и половина години, както се смята, във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелените и други водорасли, които са най-старите жители на нашата планета.

Кислород минимум

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти аноксичен, се посочва от факта, че в най-древните (катарчийски) скали се намира лесно окислен, но не окислен графит (въглерод). Впоследствие т.нар желязна руда, който включваше междинни слоеве от обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата на мощен източник на кислород в молекулярна форма. Но тези елементи се срещат само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват като малки острови в аноксична пустиня), докато останалата част от света е била анаеробна. Последното се подкрепя от факта, че лесно окисляемият пирит е открит под формата на обработени от потока камъчета без следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, възгледът се е развил, че атмосферата от предкамбрия съдържа по-малко от един процент кислород от днешния състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се състоя „кислородната революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което 38 могат да бъдат получени от една хранителна молекула (глюкоза), а не две (както при анаеробно дишане) енергийни единици. Съставът на земната атмосфера по отношение на кислорода започна да надвишава един процент от съвременния и започна да се появява озонов слой, предпазващ организмите от радиация. Именно от нея са „скрити“ под дебели черупки, например, такива древни животни като трилобитите. От тогава до нашето време съдържанието на основния „дихателен” елемент постепенно и бавно се увеличава, осигурявайки разнообразно развитие на формите на живот на планетата.

Атмосферният въздух се състои от азот (77,99%), кислород (21%), инертни газове (1%) и въглероден диоксид (0,01%). Делът на въглеродния диоксид се увеличава с течение на времето поради факта, че продуктите от изгарянето на горивото се отделят в атмосферата, а освен това площта на горите, които абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород, намалява.

Атмосферата съдържа и малко количество озон, който е концентриран на височина около 25-30 км и образува така наречения озонов слой. Този слой създава бариера за слънчевата ултравиолетова радиация, която е опасна за живите организми на Земята.

Освен това атмосферата съдържа водна пара и различни примеси - прахови частици, вулканична пепел, сажди и т.н. Концентрацията на примеси е по-висока близо до повърхността на земята и в определени райони: над големи градове, пустини.

Тропосфера- по-ниска, тя съдържа по-голямата част от въздуха и. Височината на този слой не е еднаква: от 8-10 км близо до тропиците до 16-18 км близо до екватора. в тропосферата намалява с надморска височина: с 6°C на километър. Времето се формира в тропосферата, образуват се ветрове, валежи, облаци, циклони и антициклони.

Следващият слой на атмосферата е стратосферата. Въздухът в него е много по-разреден, има много по-малко водни пари. Температурата в долната част на стратосферата е -60 - -80°C и пада с увеличаване на надморската височина. Озоновият слой е в стратосферата. Стратосферата се характеризира с висока скорост на вятъра (до 80-100 m/s).

мезосферата- средният слой на атмосферата, лежащ над стратосферата на височини от 50 до S0-S5 km. Мезосферата се характеризира с понижение на средната температура с височина от 0°C на долната граница до -90°C на горната граница. В близост до горната граница на мезосферата има нощни облациосветени от слънцето през нощта. Въздушното налягане на горната граница на мезосферата е 200 пъти по-ниско, отколкото на земната повърхност.

Термосфера- разположен над мезосферата, на височини от SO до 400-500 km, в нея температурата отначало бавно, а след това бързо започва да се повишава отново. Причината е поглъщането на ултравиолетова радиация от Слънцето на височини от 150-300 км. В термосферата температурата се повишава непрекъснато до височина от около 400 км, където достига 700-1500°C (в зависимост от слънчевата активност). Под действието на ултравиолетови и рентгенови и космически лъчения също се получава йонизация на въздуха („полярни светлини“). Основните области на йоносферата се намират в термосферата.

Екзосфера- външният, най-разреден слой на атмосферата, той започва на височини 450-000 km, а горната му граница се намира на разстояние от няколко хиляди километра от земната повърхност, където концентрацията на частици става същата като в междупланетната пространство. Екзосферата се състои от йонизиран газ (плазма); долните и средните части на екзосферата са съставени основно от кислород и азот; с увеличаване на надморската височина относителната концентрация на леките газове, особено йонизирания водород, бързо нараства. Температурата в екзосферата е 1300-3000°C; расте бавно с височината. Екзосферата съдържа радиационните пояси на Земята.

Ролята и значението на основните газове на атмосферния въздух

Съставът и структурата на атмосферата.

Атмосферата е газовата обвивка на Земята. Вертикалната дължина на атмосферата е повече от три земни радиуса (средният радиус е 6371 km), а масата е 5,157 x 10 15 тона, което е приблизително една милионна от масата на Земята.

Разделянето на атмосферата на слоеве във вертикална посока се основава на следното:

състав на атмосферния въздух,

Физични и химични процеси;

Разпределение на температурата по височина;

Взаимодействие на атмосферата с подлежащата повърхност.

Атмосферата на нашата планета е механична смес от различни газове, включително водни пари, както и определено количество аерозоли. Съставът на сухия въздух в долните 100 км остава почти постоянен. Чистият и сух въздух, в който няма водна пара, прах и други примеси, е смес от газове, главно азот (78% от обема на въздуха) и кислород (21%). Малко по-малко от един процент е аргон, а в много малки количества има много други газове – ксенон, криптон, въглероден диоксид, водород, хелий и др. (Таблица 1.1).

Азотът, кислородът и другите компоненти на атмосферния въздух винаги са в атмосферата в газообразно състояние, тъй като критичните температури, тоест температурите, при които те могат да бъдат в течно състояние, са много по-ниски от температурите, наблюдавани на земната повърхност . Изключението е въглеродният диоксид. Но за преминаването в течно състояние, освен температура, е необходимо да се достигне и състояние на насищане. В атмосферата няма много въглероден диоксид (0,03%) и той е под формата на отделни молекули, равномерно разпределени между молекулите на другите атмосферни газове. През последните 60-70 години съдържанието му се е увеличило с 10-12%, под влияние на човешката дейност.

Повече от останалите подлежи на промяна съдържанието на водна пара, чиято концентрация на земната повърхност при високи температури може да достигне 4%. С увеличаване на надморската височина и понижаване на температурата съдържанието на водна пара рязко намалява (на височина 1,5-2,0 km - наполовина и 10-15 пъти от екватора до полюса).

Масата на твърдите примеси през последните 70 години в атмосферата на северното полукълбо се е увеличила с около 1,5 пъти.

Постоянството на газовия състав на въздуха се осигурява чрез интензивно смесване на долния слой въздух.

Газов състав на долните слоеве на сух въздух (без водна пара)

Ролята и значението на основните газове на атмосферния въздух

КИСЛОРОД (О)жизненоважен за почти всички жители на планетата. Това е активен газ. Участва в химичните реакции с други атмосферни газове. Кислородът активно абсорбира лъчиста енергия, особено много къси дължини на вълната под 2,4 μm. Под въздействието на слънчева ултравиолетова радиация (Х< 03 µm), кислородната молекула се разпада на атоми. Атомен кислород, комбинирайки се с кислородна молекула, образува ново вещество - триатомен кислород или озон(Оз). Озонът се намира най-вече на голяма надморска височина. Там неговатаролята на планетата е изключително полезна. На повърхността на Земята озонът се образува по време на светкавични разряди.

За разлика от всички други газове в атмосферата, които нямат нито вкус, нито мирис, озонът има характерна миризма. В превод от гръцки, думата "озон" означава "остра миризма". След гръмотевична буря тази миризма е приятна, възприема се като миризма на свежест. В големи количества озонът е отровно вещество. В градовете с голям брой автомобили и следователно големи емисии на автомобилни газове, озонът се образува под действието на слънчева светлина при безоблачно или леко облачно време. Градът е обвит в жълто-син облак, видимостта се влошава. Това е фотохимичен смог.

АЗОТЪТ (N2) е неутрален газ, не реагира с други газове на атмосферата, не участва в усвояването на лъчиста енергия.

До височини от 500 км атмосферата се състои главно от кислород и азот. В същото време, ако азотът преобладава в долния слой на атмосферата, тогава на голяма надморска височина има повече кислород, отколкото азот.

АРГОН (Ag) - неутрален газ, не влиза в реакция, не участва в поглъщането и излъчването на лъчиста енергия. По същия начин - ксенон, криптон и много други газове. Аргонът е тежко вещество, той е много оскъден във високите слоеве на атмосферата.

ВЪглеродният диоксид (CO2) в атмосферата е средно 0,03%. Този газ е много необходим за растенията и се усвоява активно от тях. Действителното количество във въздуха може да варира донякъде. В индустриалните зони количеството му може да се увеличи до 0,05%. AT провинция, над горите, полетата му са по-малки. Над Антарктида приблизително 0,02% въглероден диоксид, т.е. почти Узпо-малко от средното количество в атмосферата. Същото количество и дори по-малко над морето - 0,01 - 0,02%, тъй като въглеродният диоксид се абсорбира интензивно от водата.

В слоя въздух, който е в непосредствена близост до земната повърхност, количеството въглероден диоксид също изпитва ежедневни колебания.

Повече през нощта, по-малко през деня. Това се обяснява с факта, че през деня въглеродният диоксид се абсорбира от растенията, но не и през нощта. Растенията на планетата през годината поемат около 550 милиарда тона кислород от атмосферата и връщат около 400 милиарда тона кислород в нея.

Въглеродният диоксид е напълно прозрачен за късовълнови слънчеви лъчи, но интензивно поглъща топлинната инфрачервена радиация на Земята. С това е свързан и проблемът за парниковия ефект, за който периодично се разпалват дискусии по страниците на научната преса и най-вече в средствата за масова информация.

ХЕЛИЙ (He) е много лек газ. Той навлиза в атмосферата от земната кора в резултат на радиоактивния разпад на тория и урана. Хелият излиза в космоса. Скоростта на намаляване на хелия съответства на скоростта на навлизането му от недрата на Земята. От височина от 600 км до 16 000 км нашата атмосфера се състои главно от хелий. Това е "хелиевата корона на Земята" по думите на Вернадски. Хелият не реагира с други атмосферни газове и не участва в излъчване на топлина.

ВОДОРОД (Hg) е още по-лек газ. Има много малко от него близо до повърхността на Земята. Издига се до горните слоеве на атмосферата. В термосферата и екзосферата атомният водород става доминиращ компонент. Водородът е най-горната, най-отдалечената обвивка на нашата планета. Над 16 000 km до горната граница на атмосферата, тоест до височини от 30-40 хиляди km, преобладава водородът. Така химичният състав на нашата атмосфера с височина се доближава до химическия състав на Вселената, в която водородът и хелият са най-разпространените елементи. В най-външната, изключително разредена част на горната атмосфера, водородът и хелият излизат от атмосферата. Техните отделни атоми имат достатъчно високи скорости за това.