A légkör összetétele nem mindig volt olyan, mint most. Úgy gondolják, hogy az elsődleges légkör hidrogénből és héliumból állt, amelyek a leggyakoribb gázok az űrben, és a protoplanetáris gáz-por felhő részét képezték.

Kutatási eredmények: M.I. Budyko az oxigén és a szén-dioxid tömegének a Föld élete során bekövetkezett változásaira vonatkozó kvantitatív becslésekkel okot ad arra, hogy feltételezzük, hogy a másodlagos légkör története két szakaszra osztható: oxigénmentes légkörre és oxigénatmoszférára. fordulatot körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt.

Az első szakasz a bolygó kialakulásának befejeződése után kezdődött, amikor megkezdődött az elsődleges földi anyag felosztása nehéz (főleg vas) és viszonylag könnyű (főleg szilícium) elemekre. Az első megalakult a föld magja, a második - a köpeny. Ezt a reakciót hőfelszabadulás kísérte, aminek következtében a köpeny gáztalanítása megkezdődött - különféle gázok kezdtek szabadulni belőle. A Föld gravitációs ereje a bolygó közelében tudta tartani őket, ahol elkezdtek felhalmozódni és kialakították a Föld légkörét. Ennek a kezdeti légkörnek az összetétele jelentősen eltért a modern levegő összetételétől (1. táblázat).

1. táblázat

A levegő összetétele a Föld légkörének kialakulása során a légkör modern összetételéhez képest (V. A. Vronsky, G. V. Voitkevich szerint)

Gáz	Az összetétele	A Föld légkörének összetétele
		az oktatásban	modern
Oxigén
szén-dioxid
Szén-monoxid
vízgőz

A légkörben ezeken a gázokon kívül metán, ammónia, hidrogén stb.

Ennek a szakasznak a jellemzője a szén-dioxid csökkenése és a nitrogén felhalmozódása, amely az oxigénmentes atmoszféra korszakának végére a levegő fő összetevőjévé vált. V.I. kutatása szerint. Bgatova ugyanakkor szennyeződésként megjelent az endogén oxigén, amely a bazaltos lávák gáztalanítása során keletkezett. Oxigén keletkezett a vízmolekulák disszociációja következtében is a légkör felső rétegeiben ultraibolya sugárzás hatására. Az összes oxigént azonban a földkéreg ásványi anyagainak oxidációjára fordították, és nem volt elég belőle, hogy felhalmozódjon a légkörben.

Több mint 2 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg a fotoszintetikus kék-zöld algák, amelyek a Nap fényenergiáját kezdték felhasználni szerves anyagok szintetizálására. A fotoszintézis reakció szén-dioxidot használ és szabad oxigént szabadít fel. Eleinte a litoszféra vastartalmú elemeinek oxidációjára fordították, de körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt ez a folyamat befejeződött, és a szabad oxigén elkezdett felhalmozódni a légkörben. Megkezdődött a légköri fejlődés második szakasza - az oxigén.

Eleinte a légkör oxigéntartalmának növekedése lassú volt: körülbelül 1 milliárd évvel ezelőtt elérte a mai szint 1%-át (Pasteur-pont), de ez elegendőnek bizonyult a másodlagos heterotróf szervezetek (állatok) megjelenéséhez, amelyek oxigént fogyaszt a légzéshez. A növényzet megjelenésével a kontinenseken a paleozoikum második felében a légkör oxigén-növekedése körülbelül 10%-a volt a mainak, és már a karbonban is annyi oxigén volt, mint most. A fotoszintetikus oxigén nagy változásokat okozott a bolygó légkörében és élőlényeiben egyaránt. A szén-dioxid-tartalom a légkör fejlődése során jelentősen csökkent, mivel jelentős része a szén és a karbonátok részévé vált.

Az Univerzumban széles körben elterjedt hidrogén és hélium 0,00005, illetve 0,0005%-ot tesz ki a Föld légkörében. A Föld légköre tehát geokémiai anomália az űrben. Kivételes összetétele a Föld fejlődésével párhuzamosan alakult ki sajátos, egyedi kozmikus körülmények között: egy nagy tömegű levegőt tartó gravitációs tér, a napszéltől védő mágneses tér és a bolygó forgása, amely biztosítja kedvező termikus rezsim. Az atmoszféra kialakulása párhuzamosan zajlott a hidroszféra kialakulásával, és ezt fentebb tárgyaltuk.

Az elsődleges hélium-hidrogén légkör elveszett, amikor a bolygó felmelegedett. A Föld geológiai történetének kezdetén, amikor intenzív vulkáni és hegyépítési folyamatok zajlottak, a légkör ammóniával, vízgőzzel és szén-dioxiddal telített volt. Ennek a héjnak a hőmérséklete körülbelül 100 °C volt.

Ahogy a hőmérséklet lecsökkent, hidroszférára és légkörre osztódott. Ebben a másodlagos szén-dioxid légkörben kezdődött az élet. Az élő anyag fokozatos fejlődésével a légkör is fejlődött. Amikor a bioszféra elérte a zöld növények állapotát, és azok a vízből a szárazföldre kerültek, megindult a fotoszintézis folyamata, amely a modern oxigénatmoszféra kialakulásához vezetett. A légkör a földfelszín teljes természetével együtt fejlődik – a GO-val. A növények és állatok a légkört fotoszintézisre és légzésre használják. A magnetoszféra, az ionoszféra és az ózonpajzs elszigeteli a bioszférát az űrtől. A GO - bioszféra felső határa 20-25 km magasságban fekszik. A fenti légköri gázok elhagyják a Földet, és a Föld belseje feltölti a légburkot, évente akár 1 millió tonna gázt is ellátva. A légkör késlelteti a Föld infravörös sugárzását, kedvező termikus rezsim alakul ki. A légkörben nedvesség szállítódik, felhők és csapadék képződnek - időjárási és éghajlati viszonyok alakulnak ki. Megvédi a Földet a ráeső meteoritoktól.

12.5 Napenergia, napsugárzás – a Nap sugárzó energiája. A nap elektromágneses hullámokat és korpuszkuláris fluxust bocsát ki. Az elektromágneses sugárzás az anyagtól eltérő speciális anyagtípus, amely 300 000 km/sec sebességgel halad. (fénysebesség). A korpuszkuláris sugárzás (napszél) töltött részecskék: protonok, elektronok stb. folyama, amely 400-2000 km/sec sebességgel terjed. A földet érő korpuszkuláris áramlás megzavarja annak mágneses terét, és számos jelenséget okoz a légkörben (aurórákat, mágneses viharok stb.).

Az elektromágneses sugárzás a hullámhossztól függően termikus (infravörös, 47%), fény (46%) és ultraibolya (7%) sugárzásból áll. Mindhárom energiatípus nagy szerepet játszik a felsőoktatásban. Az ultraibolya sugárzást főként az ózonernyő blokkolja, és ez jó, mert... A kemény ultraibolya sugárzás károsan hat az élő szervezetekre, de a Föld felszínét érő kis mennyisége fertőtlenítő hatású. Ultraibolya sugárzás hatására az emberi bőr lebarnul.

A fény hatása jól ismert. Nemcsak azért, mert a fény segítségével láthatjuk a körülöttünk lévő világot, hanem napfény hatására fotoszintézis folyamatok mennek végbe, amiről később még szó lesz. Végül a hőáramlás határozza meg a GO hőmérsékleti viszonyait.

A napenergia mértékegysége a szoláris állandó ( én 0 ) – 2 cal/cm2/perc. (ennyi hőt kap egy teljesen fekete felület 1 négyzetcm-e percenként a sugarak merőleges beesésével). Amikor a sugarak merőlegesen esnek, a földfelszín maximális napenergiát kap, és minél kisebb a beesési szög, annál kevésbé éri el az alatta lévő felszínt. Egy adott szélességi körön a beérkező energia mennyiségét a következő képlettel számítjuk ki: I 1 =I 0 xSin h o, ahol h o a Nap magassága a horizont felett. A légkör gyengíti és újraelosztja a napenergia áramlását a földfelszín általi elnyelési különbségek miatt.

Ha 1,36 x 10 24 cal/év éri el a légkör felső határát, akkor 25%-kal kevesebb jut a földfelszínre, ami abból adódik, hogy a légkörön áthaladva a napenergia áramlása gyengül. Ez az energia a gravitációval kölcsönhatásban meghatározza a légkör és a hidroszféra keringését. A GO-ban végbemenő különféle folyamatok aktiválásával a napsugárzás szinte teljesen hővé alakul, és hőáram formájában visszatér az űrbe.

A napsugárzás változásai a légkörben. Ahogy a sugárzó energia áthalad a légkörön, az energia elnyelése és disszipációja miatt gyengül. A spektrum látható részén a szóródás dominál, az ultraibolya és infravörös tartományban pedig a légkör elsősorban abszorpciós közeg.

A szóródásnak köszönhetően nappali fényt kapunk, amely megvilágítja a tárgyakat, ha azokat nem éri közvetlenül a napsugarak. A szóródás az égbolt kék színét is meghatározza. A nagyvárosokban, a sivatagi területeken, ahol magas a levegő por, a diszperzió 30-45%-kal gyengíti a sugárzás erősségét.

A levegőt alkotó fő gázok kevés sugárzó energiát nyelnek el, de nagy abszorpciós képességgel rendelkeznek: vízgőz (infravörös sugárzás), ózon (ultraibolya sugárzás), szén-dioxid és por (infravörös sugárzás).

A napsugárzás csillapításának mértéke függ az átlátszósági együtthatótól (átlátszósági együttható), amely megmutatja, hogy a sugárzás mekkora hányada éri el a földfelszínt.

Ha a légkör gázokból állt, akkor a c.p. =0,9, azaz a Földet érő sugárzás 90%-át továbbítaná. De a légkör szennyeződéseket tartalmaz, pl. a felhők és a zavarossági tényező az átlátszóságot 0,7-0,8-ra csökkenti (időjárástól függően). Általánosságban elmondható, hogy a légkör a földfelszínt érő sugárzási energia mintegy 25%-át nyeli el és szórja szét, és a sugárzási fluxus gyengülése nem azonos a Föld különböző szélességi körein. Ezek a különbségek a sugarak beesési szögétől függenek. A Nap zenitális helyzetében a sugarak a beesési szög csökkenésével a legrövidebb úton keresztezik a légkört, a sugarak útja meghosszabbodik, a napsugárzás gyengülése jelentősebbé válik.

Ha a sugarak beesési szöge:

a) 90, csillapítás mértéke 25%;

b) 30, csillapítás mértéke 44%;

c) 10, csillapítás mértéke 80%;

d) 0, a csillapítás mértéke 100%.

A Föld felszínét a Napból érkező párhuzamos sugárnyaláb formájában elérő napsugárzás jelentős részét ún. közvetlen napsugárzás.

A szóródás következtében az ég minden pontjáról milliós sugarak formájában a Föld felszínére érkező sugárzás - szórt napsugárzás.

A szórt sugárzás nyáron a középső szélességeken 40%, télen pedig a trópusi szélességi körökben a teljes bevitel 70%-a, a poláris szélességi körökön pedig a teljes sugárzási energia 70%-a.

A közvetlen napsugárzás és a szórt sugárzás együttesen adják az ún teljes sugárzás . Gyakorlati okokból leggyakrabban a földfelszínre érkező energia teljes mennyiségére van szükség, pl. területegységre vetítve tetszőleges időtartamra (nap, hónap, év) a teljes sugárzás mennyisége, ezért széles körben használják a teljes sugárzási mennyiségek térképeit.

A maximális összsugárzás a trópusi szélességi körökön jelentkezik (évente 180-200 kcal/cm2), amihez alacsony felhőzet társul, ami a közvetlen sugárzás nagy részét okozza. Az egyenlítői szélességi körök a nagy felhőzet miatt kevesebb, évente körülbelül 100-140 kcal/cm2 napenergiát kapnak, annak ellenére, hogy a Nap magassági szöge magasabb a horizont felett; a mérsékelt szélességi körök (55-65 É) 80 kcal/cm 2 -t kapnak évente, a szélességi körök 70-80 É. – 60 kcal/cm2/év.

A Föld felszínére érkező napsugárzás részben elnyelődik ( elnyelt sugárzás ), részben tükröződik ( visszavert sugárzás ) a légkörbe és a bolygóközi térbe. Az adott felületről visszavert napsugárzás mennyiségének és az erre a felületre eső sugárzó energiaáram mennyiségének az ún. albedó.

Az albedót százalékban fejezzük ki, és egy adott felület reflexiós képességét jellemzi. A visszaverődés a felület jellegétől (szín, érdesség) és a sugarak beesési szögétől függ. A teljesen fekete test minden sugárzást elnyel, a tükörfelület pedig 100%-ban visszaveri a sugarakat és nem melegszik fel. A frissen hullott hó a sugárzás 80-90%-át visszaveri, a fekete talaj - 5-18%, a könnyű homok 35-40%, az erdő - 10-20%, a felhők teteje - 50-60%.

A Nap magasságának csökkenésével az albedó növekszik, ezért napi ciklusában a legalacsonyabb érték dél körül figyelhető meg. Az albedó éves változását az alatta lévő felszín természetének évszakok szerinti változása határozza meg. A mérsékelt és az északi szélességi körökön általában az év meleg felétől a hideg feléig nő az albedó.

A magas hóalbedó az Északi-sarkvidéken és az Antarktiszon alacsony nyári hőmérsékletet okoz, annak ellenére, hogy a nyári hónapokban, amikor a Nap nem nyugszik le éjjel-nappal, jelentős mennyiségű napsugárzás éri. A legtöbb napsugárzást a felhők verik vissza.

Az Albedo befolyásolja a hőmérsékletet átmeneti időszakok mérsékelt szélességi körökben: szeptemberben és márciusban a Nap egy magasságban van, de a márciusi sugarak visszaverődnek (és elmennek a hóolvadásig), így a március hidegebb, mint a szeptember.

Bolygói albedó 35%.

Az elnyelt sugárzást a víz elpárologtatására és az alatta lévő felület felmelegítésére fordítják.

A föld megszerzése napenergia, maga is hősugárzás forrásává válik a világűrbe. A földfelszín által kibocsátott energiát ún földi sugárzás .

A Föld felszínének tanulmányozása éjjel-nappal történik. Minél nagyobb a sugárzás intenzitása, minél magasabb a kibocsátott hő hőmérséklete a Stefan-Boltzmann törvény szerint: minden test a sugárzás hatására az abszolút hőmérséklet 4. hatványával arányos hőmennyiséget veszít: (Et = T 4 cal/ cm 2 min), ahol  Stefan-Boltzmann konstans.

A földi sugárzást ugyanabban az egységben fejezik ki, mint a napsugárzást.

Minden légtérfogat, mint a légkör egésze, amelynek hőmérséklete eltér az abszolút nulla hőmérsékletétől, szintén hősugárzást bocsát ki, ez a légköri sugárzás , amely különböző irányokba irányul. Ennek a földfelszín felé irányuló része az sugárzás ellen .

Az alatta lévő felület saját sugárzása és az ellensugárzás közötti különbséget ún hatékony sugárzás földfelszín (E 2 = E 5 -Ea).

A hatékony sugárzás függ a sugárzó felület és a levegő hőmérsékletétől, a légkör felületi rétegének páratartalmától és rétegzettségétől.

Általánosságban elmondható, hogy a földfelszín a középső szélességi körökben az effektív sugárzás hatására körülbelül a felét veszíti el annak a hőmennyiségnek, amelyet az elnyelt sugárzásból kap.

Az effektív sugárzás a sugárzás által okozott tényleges hőveszteség. Ezek a veszteségek különösen nagyok tiszta éjszakákon - éjszakai hűtés. A vízgőz megtartja a hőt. A hegyekben az effektív sugárzás nagyobb, mint a síkságon, a növénytakaró csökkenti. A sivatagok és a sarkvidéki szélességek a sugárzás általi hőveszteség ablakai.

Azáltal, hogy elnyeli a föld sugárzását és ellensugárzást küld a földfelszínre, a légkör ezáltal csökkenti az utóbbi éjszakai lehűlését. Napközben keveset akadályozza meg a földfelszín sugárzás általi felmelegedését. Ezt a földfelszín termikus rezsimjére gyakorolt ​​hatást ún üvegház (üvegház) hatás , és a földfelszín átlaghőmérséklete – 22С helyett +17,3С.

A földfelszínről és a légkörből az űrbe jutó hosszúhullámú sugárzást ún kimenő sugárzás (65%, ebből a földfelszín veszít 10%, a légkör 55%). A visszavert sugárzással (35%) együtt ez a kimenő sugárzás kompenzálja a napsugárzás beáramlását a Földre.

Így a Föld a légkörrel együtt annyi sugárzást veszít, amennyit befogad, azaz. sugárzási (sugárzási) egyensúlyi állapotban van.

A hőnek és a hidegnek döntően lég- és vízáramlatok általi újraeloszlásának eredményeként az Egyenlítő és a sarkok közötti hőmérsékleti kontrasztok jelentős enyhülését kapjuk: a légkör és a hidroszféra befolyása nélkül az egyenlítői éves átlaghőmérséklet kb. +39 0 C (valójában +25,4), a sarkokon -44 0 C (valójában az északi sarkon -23 0, délen -33 0).

12.6 Sugárzási mérleg A földfelszín (maradék sugárzása) a hő érkezése (teljes sugárzás és ellensugárzás) és áramlása (albedó és földi sugárzás) közötti különbség.

R=Q (közvetlen) +D (szórt) +E (számláló) =C (visszavert)-U (talaj)

A sugárzási mérleg (R) lehet pozitív vagy negatív. Éjszaka mindenhol negatív, éjszakából megy negatív értékeket napkelte után nappali pozitívra (amikor a sugarak beesési szöge nem haladja meg a 10-15-t), pozitívról negatívra - napnyugta előtt a horizont felett azonos magasságban.

Napközben az R növekszik a szoláris magasság növekedésével, és csökken a magasság csökkenésével. Éjszaka, amikor nincs teljes sugárzás, R egyenlő az effektív sugárzással, ezért az éjszaka folyamán keveset változik, ha a felhőzet nem változik.

R eloszlása ​​zonális, mert zonális összsugárzás. A hatékony sugárzás egyenletesebben oszlik el.

A földfelszín R-e évente a Föld minden helyén pozitív, kivéve Grönland és Antarktisz jégfennsíkjait, i.e. az abszorbeált sugárzás éves beáramlása nagyobb, mint az ugyanabban az időszakban elért effektív sugárzás. De ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy a Föld felszíne évről évre melegebb lesz. Az a tény, hogy az elnyelt sugárzás többletét a sugárzással szemben a földfelszínről a levegőbe és a talajba történő hőátadás a hővezető képességen és a víz fázisátalakulásakor (párolgáskor - kondenzáció) egyensúlyozza ki.

Így, bár a Föld felszínén nincs egyensúly a sugárzás befogadása és kibocsátása között, mégis van termikus egyensúly , amelyet a képlet fejez ki hőegyensúly : P=P+B+LE, ahol P a földfelszín és a légkör közötti turbulens hőáramlás, B a Föld és az alatta lévő talaj- és vízrétegek közötti hőcsere, L a párolgási fajhő, E az évi elpárolgott nedvesség mennyisége. A sugárzás által a földfelszínre beáramló hőt más módon történő felszabadulás ellensúlyozza.

R az északi és déli 60 szélességi körön 20-30 kcal/cm2, innen a magasabb szélességi körökön –5.-10 kcal/cm2-re csökken az Antarktisz kontinensen. Alacsony szélesség felé növekszik: az északi szélesség 40 és a déli szélesség 40 között a r.b. éves értékei. 60 kcal/cm2, a 20északi és déli szélesség között pedig 100 kcal/cm2. Az óceánokon R nagyobb, mint a szárazföldön ugyanazon a szélességi körön, mert Az óceánok sok hőt halmoznak fel, és nagy hőkapacitás mellett a víz alacsonyabb értékre melegszik fel, mint a szárazföld.

12.7 Levegő hőmérséklet. A levegőt a föld és a víztestek felszíne melegíti és hűti. Rossz hővezető lévén, csak a földfelszínt közvetlenül érintő alsó rétegben melegszik fel. A hőátadás fő módja felfelé az turbulens keverés. Ennek köszönhetően egyre több új légtömeg közelíti meg a felmelegedett felületet, melegszik fel és emelkedik fel.

Mivel a levegő hőforrása a földfelszín, nyilvánvaló, hogy a magassággal a hőmérséklet csökken, az ingadozások amplitúdója kisebb lesz, és a napi ciklus maximuma és minimuma később következik be, mint a talajon. A levegő hőmérsékletének mérési magassága minden országban azonos - 2 m Különleges célokra a hőmérséklet mérése más magasságokban történik.

A levegő fűtésének és hűtésének másik forrása az adiabatikus folyamatok amikor a légtömeg hőmérséklete kívülről hő beáramlása nélkül emelkedik vagy csökken. Amikor a levegő a troposzféra felső rétegeiből leszáll az alsóbb rétegekbe, a gázok sűrűbbé válnak, és a kompresszió mechanikai energiája hőenergiává alakul. A hőmérséklet 1°C-kal emelkedik 100 m magasságonként.

A léghűtés az adiabatikus emeléshez kapcsolódik, amelyben a levegő felemelkedik és kitágul. A hőenergia ebben az esetben mozgási energiává alakul. A száraz levegő minden 100 m emelkedés után 1 0 C-kal lehűl. Ha száraz levegőben adiabatikus átalakulások következnek be, a folyamatokat ún. száraz adiabatikus. De a levegő általában vízgőzt tartalmaz. A felemelkedő nedves levegő lehűlése páralecsapódással jár. A felszabaduló hő ebben az esetben a hűtési mennyiséget átlagosan 0,6°C-ra csökkenti 100 m magasságonként (nedves adiabatikus folyamat). A levegő felemelkedésekor a nedves adiabatikus folyamatok, a levegő leszállásakor a száraz adiabatikus folyamatok dominálnak.

A levegő hűtésének másik módja a közvetlen hőveszteség sugárzás . Ez az Északi-sarkvidéken és az Antarktiszon, a sivatagokban éjszaka, a mérsékelt szélességi körökben, télen felhőtlen égbolttal, nyáron pedig tiszta éjszakákon fordul elő.

A levegő fontos hőforrása az páralecsapódás hője, amely a légkörbe kerül.

12.8 Termikus zónák. A fényzónákat korlátozó trópusok és poláris körök nem tekinthetők a termikus (hőmérsékleti) zónák határainak. A hőmérséklet-eloszlást a Föld alakja és helyzete mellett számos tényező befolyásolja: a szárazföld és a víz eloszlása, a meleg és hideg tengeri és légáramlatok. Ezért az izotermákat tekintjük a termikus zónák határainak. Hét hőzóna van:

forró az északi és a déli félteke évi 20°C-os izotermája között helyezkedik el;

két mérsékelt az egyenlítői oldalon a 20°C-os éves izoterma, a pólus oldalon maga a 10°C-os izoterma korlátozza meleg hónap. A fás szárú növényzet eloszlásának határa egybeesik ezekkel az izotermákkal;

két hideg a legmelegebb hónap 10°C és 0°C izotermája között helyezkednek el;

két öv fagy a pólusokon helyezkedik el, és a legmelegebb hónap 0С izotermája korlátozza. Az északi féltekén ez Grönland, a déli féltekén pedig a Jeges-tenger, ez a déli szélesség 60 párhuzamostól délre eső terület. w.

Az övek termikus viszonyait a hegyvidéki országok megzavarják. A magassággal együtt járó hőmérséklet-csökkenés miatt a hegyekben a függőleges hőmérséklet és az éghajlati zónák is nyomon követhetők.

A levegő hőmérsékletének meghatározásához hőmérőket (higany, alkohol stb.), aspirációs pszichrométereket és termográfokat használnak.

10,045 × 10 3 J/(kg*K) (0-100°C hőmérséklet-tartományban), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). A levegő oldhatósága vízben 0 °C-on 0,036%, 25 °C-on - 0,22%.

Légköri összetétel

A légkör kialakulásának története

Korai történelem

Jelenleg a tudomány nem tudja száz százalékos pontossággal nyomon követni a Föld kialakulásának minden szakaszát. A leggyakoribb elmélet szerint a Föld légkörének négy különböző összetétele volt az idők során. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör. A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szénhidrogén, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így alakult ki másodlagos légkör. Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:

• a hidrogén állandó szivárgása a bolygóközi térbe;
• kémiai reakciók, amelyek a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására lejátszódnak.

Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és sokkal magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (amely ammóniából és szénhidrogénekből kémiai reakciók eredményeként keletkezik).

Az élet és az oxigén megjelenése

A fotoszintézis eredményeként az élő szervezetek Földön való megjelenésével, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísért, a légkör összetétele megváltozni kezdett. Vannak azonban adatok (a légköri oxigén izotópösszetételének és a fotoszintézis során felszabaduló izotópos összetételének elemzése), amelyek a légköri oxigén geológiai eredetére utalnak.

Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára költötték - szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái stb. ezt a szakaszt A légkör oxigéntartalma növekedni kezdett.

Az 1990-es években kísérleteket végeztek egy zárt kialakításra ökológiai rendszer(„Bioszféra 2”), melynek során nem sikerült stabil, egyenletes levegőösszetételű rendszert létrehozni. A mikroorganizmusok hatása az oxigénszint csökkenéséhez és a szén-dioxid mennyiségének növekedéséhez vezetett.

Nitrogén

A nagy mennyiségű nitrogén képződése az elsődleges ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris O 2 -vel történő oxidációjának köszönhető, amely a bolygó felszínéről a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni, állítólag körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt (szerint egy másik változat szerint a légköri oxigén geológiai eredetű). A nitrogén a légkör felső rétegeiben NO-vá oxidálódik, az iparban hasznosul, és nitrogénmegkötő baktériumok kötik meg, míg az N2 a nitrátok és egyéb nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében kerül a légkörbe.

A nitrogén N 2 inert gáz, és csak meghatározott körülmények között reagál (például villámkisülés során). A cianobaktériumok és egyes baktériumok (például a hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó csomóbaktériumok) oxidálhatják és biológiai formává alakíthatják.

A molekuláris nitrogén elektromos kisülésekkel történő oxidációját a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során használják, és ez a chilei Atacama-sivatagban egyedülálló nitrátlerakódások kialakulásához is vezetett.

Nemesgázok

A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, NO, SO2) fő forrása. A kén-dioxidot a levegő O 2 SO 3 -dá oxidálja a légkör felső rétegeiben, ami kölcsönhatásba lép a H 2 O és NH 3 gőzeivel, és a keletkező H 2 SO 4 és (NH 4) 2 SO 4 visszakerül a Föld felszínére. csapadékkal együtt. A belső égésű motorok használata jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és Pb-vegyületekkel.

A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és pollenrészecskék áthordása stb.) és emberi gazdasági tevékenységek (ércek és építőanyagok bányászata, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.) egyaránt okozzák. ) . A szilárd részecskék intenzív nagymértékű kibocsátása a légkörbe az egyik lehetséges okok a bolygó éghajlatának változásai.

A légkör szerkezete és az egyes héjak jellemzői

A légkör fizikai állapotát az időjárás és az éghajlat határozza meg. A légkör alapvető paraméterei: levegő sűrűsége, nyomása, hőmérséklete és összetétele. A magasság növekedésével a levegő sűrűsége és a légköri nyomás csökken. A hőmérséklet a magasság változásával is változik. A légkör függőleges szerkezetét eltérő hőmérsékleti és elektromos tulajdonságok, valamint eltérő légköri viszonyok jellemzik. A légkör hőmérsékletétől függően a következő főbb rétegeket különböztetjük meg: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra, exoszféra (szórási gömb). A szomszédos héjak közötti légkör átmeneti régióit tropopauzának, sztratopausának stb.

Troposzféra

Sztratoszféra

A sztratoszférában az ultraibolya sugárzás rövidhullámú részének nagy része (180-200 nm) megmarad, és a rövidhullámok energiája átalakul. E sugarak hatására a mágneses mezők megváltoznak, a molekulák szétesnek, ionizáció megy végbe, új gázok és egyéb kémiai vegyületek keletkeznek. Ezek a folyamatok északi fények, villámok és más izzások formájában figyelhetők meg.

A sztratoszférában és a magasabb rétegekben a napsugárzás hatására a gázmolekulák atomokká disszociálnak (80 km felett CO 2 és H 2 disszociál, 150 km felett - O 2, 300 km felett - H 2). 100-400 km magasságban 320 km magasságban a gázok ionizációja is megtörténik, a töltött részecskék koncentrációja (O + 2, O − 2, N + 2) a 1/300-a; semleges részecskék koncentrációja. A légkör felső rétegeiben szabad gyökök vannak - OH, HO 2 stb.

A sztratoszférában szinte nincs vízgőz.

Mezoszféra

100 km-es magasságig a légkör homogén, jól kevert gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása ​​molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0°C-ról -110°C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~1500°C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3000 km-es magasságban az exoszféra fokozatosan úgynevezett űrközeli vákuummá alakul, amely bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van megtöltve. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszemcsékből áll. E rendkívül ritka részecskék mellett ebbe a térbe behatol a nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás.

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

A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraÉs heteroszféra. Heteroszféra- Ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok szétválását, mivel ilyen magasságban ezek keveredése elhanyagolható. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra fekszik. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.

Légköri tulajdonságok

Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban egy képzetlen személy oxigénéhezést kezd tapasztalni, és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 15 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.

A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. Azonban a légkör teljes nyomásának csökkenése miatt, ahogy Ön a magasságba emelkedik, az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.

Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomás - 40 mm Hg. Art., és vízgőz −47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő víz és szén-dioxid teljes gőznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. A tüdő oxigénellátása teljesen leáll, ha a környezeti levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.

Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.

A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás - az elsődleges kozmikus sugarak - intenzív hatással van a testre; A 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum ultraibolya része veszélyes az emberre.

>> A Föld légköre

Leírás A Föld légköre minden korosztály számára: miből áll a levegő, a gázok jelenléte, rétegek fotókkal, a Naprendszer harmadik bolygójának klímája és időjárása.

A kicsiknek Már ismert, hogy a Föld az egyetlen bolygó a rendszerünkben, amelynek életképes légköre van. A gáztakaró nemcsak levegőben gazdag, hanem megvéd minket a túlzott hőtől és a napsugárzástól is. Fontos magyarázza el a gyerekeknek hogy a rendszer hihetetlenül jól van megtervezve, mert lehetővé teszi a felület napközbeni felmelegedését és éjszakai lehűlését, megőrizve az elfogadható egyensúlyt.

Kezdődik magyarázat a gyerekeknek Lehetséges abból, hogy a Föld légkörének glóbusza több mint 480 km-re terül el, de nagy része a felszíntől 16 km-re található. Minél nagyobb a magasság, annál kisebb a nyomás. Ha a tenger szintjét vesszük, akkor ott a nyomás 1 kg négyzetcentiméterenként. De 3 km-es magasságban ez megváltozik - 0,7 kg négyzetcentiméterenként. Természetesen ilyen körülmények között nehezebb lélegezni ( gyermekek ezt éreznéd, ha valaha is kirándulnál a hegyekbe).

A Föld levegőjének összetétele – magyarázat gyerekeknek

A gázok között vannak:

• Nitrogén – 78%.
• Oxigén - 21%.
• Argon – 0,93%.
• Szén-dioxid – 0,038%.
• Kis mennyiségben vízgőz és egyéb gázszennyeződések is találhatók benne.

A Föld légköri rétegei - magyarázat gyerekeknek

Szülők vagy tanárok az iskolában Emlékeztetnünk kell, hogy a Föld légköre 5 szintre oszlik: exoszféra, termoszféra, mezoszféra, sztratoszféra és troposzféra. Minden réteggel a légkör egyre jobban feloldódik, míg végül a gázok szétszóródnak az űrben.

A troposzféra van a legközelebb a felszínhez. 7-20 km vastagságával a Föld légkörének felét teszi ki. Minél közelebb van a Földhöz, annál jobban felmelegszik a levegő. Szinte minden vízgőz és por itt összegyűlik. A gyerekek talán nem lepődnek meg, hogy ezen a szinten felhők úsznak.

A sztratoszféra a troposzférából indul ki és 50 km-rel a felszín fölé emelkedik. Itt sok az ózon, ami felmelegíti a légkört és megvéd a káros napsugárzástól. A levegő 1000-szer vékonyabb, mint a tengerszint felett, és szokatlanul száraz. Ezért érzik jól magukat a repülőgépek itt.

Mezoszféra: 50-85 km a felszín felett. A csúcsot mezopauzának nevezik, és ez a leghűvösebb hely a Föld légkörében (-90°C). Nagyon nehéz feltárni, mert sugárhajtású repülőgépek nem tudnak odajutni, és a műholdak pályamagassága túl magas. A tudósok csak azt tudják, hogy itt égnek el a meteorok.

Termoszféra: 90 km és 500-1000 km között. A hőmérséklet eléri az 1500°C-ot. A földi légkör részének tekintik, de fontos magyarázza el a gyerekeknek hogy a levegő sűrűsége itt olyan alacsony, hogy nagy részét már a világűrnek érzékelik. Valójában itt találhatók az űrrepülőgépek és a Nemzetközi Űrállomás. Ezenkívül itt képződnek aurórák. A töltött kozmikus részecskék érintkezésbe kerülnek a termoszféra atomjaival és molekuláival, és magasabb energiaszintre helyezik át azokat. Ennek köszönhetően ezeket a fényfotonokat aurora formájában látjuk.

Az exoszféra a legmagasabb réteg. Hihetetlenül vékony vonal a légkör és a tér egyesítésére. Széles körben szétszórt hidrogén- és héliumrészecskékből áll.

A Föld éghajlata és időjárása – magyarázat gyerekeknek

A kicsiknek kell megmagyarázni hogy a Föld sok élő fajt képes eltartani egy regionális klímának köszönhetően, amelyet a sarkokon rendkívüli hideg, az Egyenlítőn pedig a trópusi meleg képvisel. Gyermekek tudnia kell, hogy a regionális éghajlat az az időjárás, amely egy adott területen 30 évig változatlan marad. Természetesen néha néhány órára változhat, de többnyire stabil marad.

Ezenkívül megkülönböztetik a globális földi éghajlatot - a regionális átlagát. Változott az emberiség történelme során. Ma gyors felmelegedés van. A tudósok vészharangot fújnak az üvegházhatású gázok által okozott emberi tevékenység, megtartják a hőt a légkörben, ami azt kockáztatja, hogy bolygónk Vénusszá változik.

Atmoszféra (görögül ατμός - „gőz” és σφαῖρα - „gömb”) - gázhéj égitest, amelyet a gravitáció tart a közelében. A légkör a bolygó gáznemű héja, amely különféle gázok, vízgőz és por keverékéből áll. A légkör anyagot cserél a Föld és a Kozmosz között. A Föld kozmikus port és meteoritanyagot kap, és elveszíti a legkönnyebb gázokat: a hidrogént és a héliumot. A Föld légkörét keresztül-kasul behatol a Nap erős sugárzása, amely meghatározza a bolygó felszínének hőkezelését, ami a légköri gázok molekuláinak disszociációját és az atomok ionizációját okozza.

A Föld légköre oxigént tartalmaz, amelyet a legtöbb élő szervezet légzésre használ, valamint szén-dioxidot, amelyet a növények, algák és cianobaktériumok fogyasztanak el a fotoszintézis során. A légkör egyben a bolygó védőrétege is, amely megvédi lakóit a nap ultraibolya sugárzásától.

Minden hatalmas testnek – a földi bolygóknak és a gázóriásoknak – van légköre.

Légköri összetétel

A légkör gázok keveréke, amely nitrogénből (78,08%), oxigénből (20,95%), szén-dioxidból (0,03%), argonból (0,93%), kis mennyiségű héliumból, neonból, xenonból, kriptonból (0,01%) áll, 0,038% szén-dioxid, valamint kis mennyiségű hidrogén, hélium, egyéb nemesgázok és szennyező anyagok.

A Föld levegőjének modern összetétele több mint százmillió évvel ezelőtt alakult ki, de az erősen megnövekedett emberi termelési tevékenység ennek ellenére megváltoztatta. Jelenleg körülbelül 10-12%-kal nőtt a CO 2 -tartalom. A légkörben lévő gázok különböző funkcionális szerepet töltenek be. E gázok fő jelentőségét azonban elsősorban az határozza meg, hogy nagyon erősen elnyelik a sugárzási energiát, és ezáltal jelentős hatással vannak a hőmérsékleti rezsim A Föld felszíne és légköre.

A bolygó atmoszférájának kezdeti összetétele általában a Nap kémiai és hőmérsékleti tulajdonságaitól függ a bolygó kialakulása és az azt követő külső gázok felszabadulása során. Ezután a gázhéj összetétele különböző tényezők hatására alakul.

A Vénusz és a Mars légköre elsősorban szén-dioxidból áll, kis mennyiségű nitrogén, argon, oxigén és egyéb gázok hozzáadásával. A Föld légköre nagyrészt a benne élő szervezetek terméke. Az alacsony hőmérsékletű gázóriások - a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz - főleg kis molekulatömegű gázokat - hidrogént és héliumot - képesek megtartani. A magas hőmérsékletű gázóriások, mint például az Osiris vagy az 51 Pegasi b, éppen ellenkezőleg, nem tudják megtartani, és légkörük molekulái szétszóródnak a térben. Ez a folyamat lassan és folyamatosan megy végbe.

Nitrogén, A légkörben a leggyakoribb gáz, kémiailag inaktív.

Oxigén A nitrogénnel ellentétben kémiailag nagyon aktív elem. Az oxigén specifikus funkciója a heterotróf szervezetek, kőzetek és a vulkánok által a légkörbe kibocsátott aluloxidált gázok szerves anyagainak oxidációja. Oxigén nélkül nem bomlanak le az elhalt szerves anyagok.

Légköri szerkezet

A légkör szerkezete két részből áll: a belső - a troposzféra, a sztratoszféra, a mezoszféra és a termoszféra vagy az ionoszféra, a külső - a magnetoszféra (exoszféra).

1) Troposzféra– ez a légkör alsó része, amelyben a 3/4, azaz a koncentrálódik. A Föld teljes légkörének ~80%-a. Magasságát a földfelszín és az óceán felmelegedése okozta függőleges (emelkedő vagy leszálló) légáramlások intenzitása határozza meg, ezért a troposzféra vastagsága az Egyenlítőnél 16-18 km, a mérsékelt övi szélességeken 10-11 km, ill. a sarkoknál – 8 km-ig. A levegő hőmérséklete a troposzférában a tengerszint feletti magasságban 0,6ºС-kal csökken 100 méterenként, és +40 és -50ºС között mozog.

2) Sztratoszféra a troposzféra felett helyezkedik el, és a bolygó felszínétől akár 50 km-re is magas. A hőmérséklet 30 km-es magasságig állandó -50ºС. Ezután emelkedni kezd, és 50 km-es magasságban eléri a +10ºС-ot.

A bioszféra felső határa az ózonernyő.

Az ózonernyő a légkörnek a sztratoszférán belüli rétege, amely a Föld felszínétől eltérő magasságban helyezkedik el, és amelynek maximális ózonsűrűsége 20-26 km magasságban van.

Az ózonréteg magasságát a pólusokon 7-8 km-re, az Egyenlítőnél 17-18 km-re becsülik, az ózon maximális jelenléti magassága 45-50 km. Magasabb ózon képernyő az élet lehetetlen a Nap durva ultraibolya sugárzása miatt. Ha az összes ózonmolekulát összenyomja, egy ~ 3 mm-es réteget kap a bolygó körül.

3) Mezoszféra– ennek a rétegnek a felső határa 80 km magasságig található. Fő jellemzője a hőmérséklet -90ºС éles csökkenése a felső határon. Itt jégkristályokból álló noktilucens felhők vannak rögzítve.

4) Ionoszféra (termoszféra) - 800 km magasságig található, és jelentős hőmérséklet-emelkedés jellemzi:

150 km hőmérséklet +240ºС,

200 km hőmérséklet +500ºС,

600 km hőmérséklet +1500ºС.

A Nap ultraibolya sugárzásának hatására a gázok ionizált állapotban vannak. Az ionizáció a gázok izzásához és az aurorák megjelenéséhez kapcsolódik.

Az ionoszféra képes a rádióhullámok ismételt visszaverésére, ami biztosítja a nagy távolságú rádiókommunikációt a bolygón.

5) Exoszféra– 800 km felett található és 3000 km-ig terjed. Itt a hőmérséklet >2000ºС. A gázmozgás sebessége megközelíti a kritikus ~ 11,2 km/sec értéket. A domináns atomok a hidrogén és a hélium, amelyek világító koronát alkotnak a Föld körül, amely 20 000 km magasságig terjed.

A légkör funkciói

1) Hőszabályozás – az időjárás és az éghajlat a Földön a hő és nyomás eloszlásától függ.

2) Életfenntartó.

3) A troposzférában a légtömegek globális vertikális és vízszintes mozgásai következnek be, amelyek meghatározzák a víz körforgását és a hőcserét.

4) Szinte minden felszíni geológiai folyamatot a légkör, a litoszféra és a hidroszféra kölcsönhatása okoz.

5) Védő – a légkör védi a Földet az űrtől, a napsugárzástól és a meteoritportól.

A légkör funkciói. A légkör nélkül lehetetlen lenne az élet a Földön. Egy ember naponta 12-15 kg-ot fogyaszt. levegő, percenként 5-100 liter belélegzés, ami jelentősen meghaladja az átlagos napi táplálék- és vízszükségletet. Ezenkívül a légkör megbízhatóan megvédi az embereket az őket fenyegető veszélyektől az űrből: nem engedi át a meteoritokat vagy a kozmikus sugárzást. Egy ember élhet élelem nélkül öt hétig, víz nélkül öt napig, levegő nélkül öt percig. A normális emberi élethez nemcsak levegőre van szükség, hanem annak bizonyos tisztaságára is. A levegő minőségétől függ az emberek egészsége, a növény- és állatvilág állapota, az épületszerkezetek és szerkezetek szilárdsága és tartóssága. A szennyezett levegő pusztító a vizekre, a szárazföldre, a tengerekre és a talajra. Az atmoszféra határozza meg a fényt és szabályozza a Föld termikus viszonyait, hozzájárul a hő újraelosztásához a földgömbön. A gázhéj megvédi a Földet a túlzott lehűléstől és felmelegedéstől. Ha bolygónkat nem venné körül légburok, akkor a hőmérséklet-ingadozások amplitúdója egy napon belül elérné a 200 C-ot. A légkör mindent megment a Földön a pusztító ultraibolya, röntgen és kozmikus sugaraktól. A légkör nagy szerepet játszik a fényeloszlásban. Levegője millió kis sugárra bontja a napsugarakat, szétszórja és egyenletes megvilágítást hoz létre. A légkör a hangok karmestereként szolgál.

Az atmoszféra (az ógörögül ἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) a Föld bolygót körülvevő gázhéj (geoszféra). Belső felülete a hidroszférát és részben a földkérget, külső felülete pedig a világűr földközeli részét határolja.

A fizika és a kémia azon ágait, amelyek a légkört tanulmányozzák, légkörfizikának nevezik. A légkör határozza meg az időjárást a Föld felszínén, a meteorológia az időjárást vizsgálja, a klimatológia pedig a hosszú távú éghajlatváltozásokkal foglalkozik.

Fizikai tulajdonságok

A légkör vastagsága körülbelül 120 km-re van a Föld felszínétől. A légkör teljes levegőtömege (5,1-5,3) 1018 kg. Ebből a száraz levegő tömege (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, a vízgőz össztömege átlagosan 1,27 1016 kg.

A tiszta, száraz levegő moláris tömege 28,966 g/mol, a levegő sűrűsége a tengerfelszínen körülbelül 1,2 kg/m3. A nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101,325 kPa; kritikus hőmérséklet-140,7 °C (~132,4 K); kritikus nyomás - 3,7 MPa; Cp 0 °C-on – 1,0048·103 J/(kg·K), Cv – 0,7159·103 J/(kg·K) (0 °C-on). A levegő oldhatósága vízben (tömeg szerint) 0 °C-on - 0,0036%, 25 °C-on - 0,0023%.

A Föld felszínén „normál állapotnak” számítanak: sűrűség 1,2 kg/m3, légnyomás 101,35 kPa, hőmérséklet plusz 20 °C és relatív páratartalom 50%. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki jelentőséggel bírnak.

Kémiai összetétel

A Föld légköre a vulkánkitörések során felszabaduló gázok következtében keletkezett. Az óceánok és a bioszféra megjelenésével a vízzel, növényekkel, állatokkal és ezek bomlástermékeivel a talajban és a mocsarakban történő gázcsere következtében jött létre.

Jelenleg a Föld légköre főleg gázokból és különféle szennyeződésekből áll (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek).

A légkört alkotó gázok koncentrációja a víz (H2O) és a szén-dioxid (CO2) kivételével szinte állandó.

A száraz levegő összetétele

Nitrogén
Oxigén
Argon
Víz
szén-dioxid
Neon
Hélium
Metán
Kripton
Hidrogén
Xenon
Dinitrogén-oxid

A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz SO2-t, NH3-t, CO-t, ózont, szénhidrogéneket, HCl-t, HF-et, Hg-gőzt, I2-t, valamint NO-t és sok más gázt. A troposzféra folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskét (aeroszolt) tartalmaz.

A légkör szerkezete

Troposzféra

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

Tropopauza

Átmeneti réteg a troposzférából a sztratoszférába, a légkör olyan rétege, amelyben a hőmérséklet magasságcsökkenése megáll.

Sztratoszféra

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

Sztratopauza

A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).

Mezoszféra

A mezoszféra 50 km-es magasságban kezdődik, és 80-90 km-ig terjed. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagosan (0,25-0,3)°/100 m függőleges gradienssel. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. Komplex fotokémiai folyamatok, amelyekben szabad gyökök, vibrációval gerjesztett molekulák stb. vesznek részt, légköri lumineszcenciát okoznak.

Mezopauza

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

Karman vonal

A tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el. A FAI meghatározása szerint a Karman-vonal 100 km-es tengerszint feletti magasságban található.

A Föld légkörének határa

Termoszféra

A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. Az ultraibolya és röntgen napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizációja („aurorák”) következik be - az ionoszféra fő régiói a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban - például 2008-2009-ben - ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken.

Termopauza

A légkör termoszférával szomszédos tartománya. Ebben a régióban a napsugárzás elnyelése elhanyagolható, és a hőmérséklet valójában nem változik a magassággal.

Exoszféra (szóródó gömb)

Az exoszféra egy diszperziós zóna, a termoszféra külső része, 700 km felett helyezkedik el. Az exoszférában lévő gáz nagyon megritkult, és innen részecskéi a bolygóközi térbe szivárognak (disszipáció).

100 km-es magasságig a légkör homogén, jól kevert gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása ​​molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról -110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~150 °C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3500 km-es magasságban az exoszféra fokozatosan úgynevezett űrközeli vákuummá alakul, amelyet bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéi, főként hidrogénatomok töltenek meg. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszemcsékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszemcsék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.

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

A légkörben lévő gáz összetételétől függően homoszférát és heteroszférát különböztetnek meg. A heteroszféra egy olyan terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel ilyen magasságban elhanyagolható a keveredésük. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra fekszik. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.

A légkör egyéb tulajdonságai és az emberi szervezetre gyakorolt ​​hatások

Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban egy képzetlen személy oxigénéhezést kezd tapasztalni, és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 9 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.

A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. Azonban a légkör teljes nyomásának csökkenése miatt, ahogy Ön a magasságba emelkedik, az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.

Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomás - 40 mm Hg. Art., és vízgőz - 47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő víz és szén-dioxid teljes gőznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. A tüdő oxigénellátása teljesen leáll, ha a környezeti levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.

Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.

A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás - az elsődleges kozmikus sugarak - intenzív hatással van a testre; A 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum ultraibolya része veszélyes az emberre.

Ahogy egyre magasabbra emelkedünk a Föld felszíne fölé, fokozatosan gyengülnek, majd teljesen eltűnnek a légkör alsóbb rétegeiben megfigyelhető olyan ismerős jelenségek, mint a hangterjedés, az aerodinamikai felhajtó és légellenállás előfordulása, a konvekciós hőátadás stb.

A ritka levegőrétegekben a hang terjedése lehetetlen. 60-90 km-es magasságig továbbra is lehetséges a légellenállás és az emelés alkalmazása az irányított aerodinamikus repüléshez. De a 100-130 km-es magasságból kiindulva a minden pilóta számára ismert M szám és hangsorompó fogalma elveszti értelmét: ott van a hagyományos Karman-vonal, amelyen túl a tisztán ballisztikus repülés vidéke kezdődik, amely csak reaktív erők segítségével vezérelhető.

100 km feletti magasságban a légkör mentes egy másik figyelemreméltó tulajdonságtól - az elnyelő, vezető és átviteli képességtől. hőenergia konvekcióval (azaz levegő keverésével). Ez azt jelenti, hogy az orbitális űrállomáson a berendezés különböző elemeit nem lehet majd úgy kívülről hűteni, mint ahogy azt egy repülőgépen szokták - légsugarak és légradiátorok segítségével. Ezen a magasságon, mint általában az űrben, a hőátadás egyetlen módja a hősugárzás.

A légkör kialakulásának története

A leggyakoribb elmélet szerint a Föld légkörének három különböző összetétele volt az idők során. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az úgynevezett elsődleges légkör (mintegy négymilliárd évvel ezelőtt). A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így alakult ki a másodlagos légkör (körülbelül hárommilliárd évvel napjaink előtt). Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:

• könnyű gázok (hidrogén és hélium) szivárgása a bolygóközi térbe;
• kémiai reakciók, amelyek a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására lejátszódnak.

Fokozatosan ezek a tényezők egy tercier atmoszféra kialakulásához vezettek, amelyet sokkal kevesebb hidrogén és sokkal több nitrogén és szén-dioxid jellemez (amely az ammónia és szénhidrogének kémiai reakcióinak eredményeként képződik).

Nitrogén

A nagy mennyiségű nitrogén N2 képződése az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigén O2 általi oxidációjának köszönhető, amely 3 milliárd évvel ezelőtt a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni a bolygó felszínéről. A nitrogén N2 a nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.

A nitrogén N2 csak meghatározott körülmények között (például villámkisülés közben) reagál. Az elektromos kisülések során a molekuláris nitrogén ózon általi oxidációját kis mennyiségben használják fel a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során. A cianobaktériumok (kékzöld algák) és a hüvelyes növényekkel rizobiális szimbiózist kialakító csomóbaktériumok, az ún. alacsony energiafelhasználással képesek oxidálni és biológiailag aktív formává alakítani. zöldtrágya.

Oxigén

A légkör összetétele gyökeresen megváltozni kezdett az élő szervezetek Földön való megjelenésével, a fotoszintézis eredményeként, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísér. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidálására fordították - ammónia, szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez a légkörben, a litoszférában és a bioszférában lezajló számos folyamatban komoly és hirtelen változásokat okozott, ezt az eseményt oxigénkatasztrófának nevezték.

A fanerozoikum idején a légkör összetétele és oxigéntartalma megváltozott. Elsősorban a szerves üledék lerakódási sebességével korreláltak. Így a szénfelhalmozódás időszakában a légkör oxigéntartalma láthatóan jelentősen meghaladta a mai szintet.

szén-dioxid

A légkör CO2-tartalma a vulkáni tevékenységtől és a földhéjban zajló kémiai folyamatoktól függ, de leginkább a bioszintézis intenzitásától és a szerves anyagok bomlásának intenzitásától a Föld bioszférájában. A bolygó szinte teljes jelenlegi biomasszája (körülbelül 2,4 1012 tonna) a légköri levegőben lévő szén-dioxid, nitrogén és vízgőz hatására keletkezik. Az óceánba, mocsarakba és erdőkbe eltemetett szerves anyagok szénné, olajzá és földgázzá alakulnak.

Nemesgázok

A nemesgázok - argon, hélium és kripton - forrása a vulkánkitörés és a radioaktív elemek bomlása. A Föld általában, és különösen a légkör kimerült inert gázokban az űrhöz képest. Úgy gondolják, hogy ennek oka a gázok folyamatos szivárgása a bolygóközi térbe.

Légszennyezés

Az utóbbi időben az emberek elkezdték befolyásolni a légkör fejlődését. Tevékenységének eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának állandó növekedése volt a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén üzemanyagok elégetése következtében. A fotoszintézis során hatalmas mennyiségű CO2 fogyasztódik el, és a világ óceánjai elnyelik. Ez a gáz a karbonátos kőzetek bomlása következtében kerül a légkörbe és szerves anyag növényi és állati eredetű, valamint a vulkanizmus és az emberi ipari tevékenység miatt. Az elmúlt 100 év során a légkör CO2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek zöme (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetésével származik. Ha a tüzelőanyag-égetés növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 200-300 évben a légkörben lévő CO2 mennyisége megkétszereződik, és globális klímaváltozáshoz vezethet.

A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, NO, SO2) fő forrása. A kén-dioxidot a légköri oxigén SO3-dá, a nitrogén-oxidot NO2-vé oxidálja a légkör felső rétegeiben, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek a vízgőzzel, és a keletkező kénsav H2SO4 és salétromsav HNO3 a Föld felszínére hullik. formája az ún. savas eső. A belső égésű motorok használata jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és ólomvegyületekkel (tetraetil-ólom) Pb(CH3CH2)4.

A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és növényi pollencseppek beszivárgása stb.) és emberi gazdasági tevékenységek (ércek és építőanyagok bányászata, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.) egyaránt okozzák. ). A részecskék intenzív, nagy léptékű légkörbe kerülése a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.

(569 alkalommal látogatott meg, ma 1 látogatás)