Dijagram strukture Zemljine atmosfere. I. Promjene u stanju atmosfere. Hemijski sastav Zemljine atmosfere

Atmosfera (od starogrčkog ἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) je plinska ljuska (geosfera) koja okružuje planetu Zemlju. Njegova unutrašnja površina pokriva hidrosferu i dijelom zemljinu koru, dok se vanjska površina graniči sa prizemnim dijelom svemira.

Skup grana fizike i hemije koje proučavaju atmosferu obično se naziva atmosferska fizika. Atmosfera određuje vrijeme na površini Zemlje, meteorologija proučava vrijeme, a klimatologija se bavi dugoročnim klimatskim varijacijama.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha u atmosferi je (5,1-5,3) 1018 kg. Od toga je masa suhog zraka (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, ukupna masa vodene pare je u prosjeku 1,27 1016 kg.

Molarna masa čistog suhog zraka je 28,966 g/mol, a gustina zraka na površini mora oko 1,2 kg/m3. Pritisak na 0 °C na nivou mora je 101,325 kPa; kritična temperatura- -140,7 °C (~132,4 K); kritični pritisak - 3,7 MPa; Cp na 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (na 0 °C). Rastvorljivost vazduha u vodi (po masi) na 0 °C - 0,0036%, na 25 °C - 0,0023%.

Kao „normalni uslovi“ na površini Zemlje prihvaćeni su: gustina 1,2 kg/m3, barometarski pritisak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uslovni indikatori imaju čisto inženjerski značaj.

Hemijski sastav

Zemljina atmosfera je nastala kao rezultat oslobađanja gasova tokom vulkanskih erupcija. Pojavom okeana i biosfere nastao je izmjenom plinova s vodom, biljkama, životinjama i proizvodima njihovog raspadanja u tlima i močvarama.

Trenutno se Zemljina atmosfera sastoji uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašina, kapljice vode, kristali leda, morske soli, produkti sagorijevanja).

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H2O) i ugljičnog dioksida (CO2).

Sastav suvog vazduha


Nitrogen
Kiseonik
Argon
Voda
Ugljen-dioksid
Neon
Helijum
Metan
Krypton
Vodonik
Xenon
Dušikov oksid

Pored gasova navedenih u tabeli, atmosfera sadrži SO2, NH3, CO, ozon, ugljovodonike, HCl, HF, Hg pare, I2, kao i NO i mnoge druge gasove u malim količinama. Troposfera stalno sadrži veliku količinu suspendovanih čvrstih i tečnih čestica (aerosol).

Struktura atmosfere

Troposfera

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim geografskim širinama; niže zimi nego ljeti. Donji, glavni sloj atmosfere sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog vazduha i oko 90% sve vodene pare prisutne u atmosferi. Turbulencija i konvekcija su jako razvijene u troposferi, nastaju oblaci, a razvijaju se cikloni i anticikloni. Temperatura opada sa povećanjem nadmorske visine sa prosječnim vertikalnim gradijentom od 0,65°/100 m

Tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature sa visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 °C (gornji sloj stratosfere ili inverziona regija) . Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera počinje na nadmorskoj visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. Temperatura opada sa visinom sa prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenja. Kompleks fotohemijski procesi uz učešće slobodnih radikala, vibracijski pobuđenih molekula itd. izazivaju sjaj atmosfere.

Mesopauza

Prijelazni sloj između mezosfere i termosfere. Postoji minimum u vertikalnoj distribuciji temperature (oko -90 °C).

Karmanova linija

Visina iznad nivoa mora, koja je konvencionalno prihvaćena kao granica između Zemljine atmosfere i svemira. Prema FAI definiciji, Karmanova linija se nalazi na nadmorskoj visini od 100 km.

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja dolazi do jonizacije vazduha („aurore“) - glavni delovi jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik. Gornja granica termosfere je u velikoj mjeri određena trenutnom aktivnošću Sunca. U periodima niske aktivnosti - na primjer, 2008-2009 - primetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere u blizini termosfere. U ovoj regiji, apsorpcija sunčevog zračenja je zanemarljiva i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Egzosfera je zona disperzije, vanjski dio termosfere, smješten iznad 700 km. Gas u egzosferi je vrlo razrijeđen i odavde njegove čestice cure u međuplanetarni prostor (disipacija).

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima distribucija plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj težini; koncentracija težih plinova opada brže s udaljenosti od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~150 °C. Iznad 200 km, primjećuju se značajne fluktuacije temperature i gustine gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3500 km, egzosfera se postupno pretvara u takozvani vakuum blizu svemira, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere - ne više od 0,3%, termosfere - manje od 0,05% ukupna masa atmosfera. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, razlikuju se homosfera i heterosfera. Heterosfera je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. To implicira promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza i nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Ostala svojstva atmosfere i uticaji na ljudski organizam

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba počinje iskusiti gladovanje kisikom i bez adaptacije, performanse osobe su značajno smanjene. Ovdje se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 9 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom neophodnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika se shodno tome smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu pri normalnom atmosferskom pritisku je 110 mmHg. Art., pritisak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. art., i vodena para - 47 mm Hg. Art. S povećanjem nadmorske visine, tlak kisika opada, a ukupni tlak pare vode i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan - oko 87 mm Hg. Art. Opskrba plućima kisikom će se potpuno zaustaviti kada pritisak okolnog zraka postane jednak ovoj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km, atmosferski pritisak pada na 47 mm Hg. Art. Stoga, na ovoj nadmorskoj visini, voda i intersticijska tečnost počinju da ključaju u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod pritiskom na ovim visinama, smrt se događa gotovo trenutno. Dakle, sa stanovišta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja radijacije. Uz dovoljno razrjeđivanje zraka, na visinama većim od 36 km, jonizujuće zračenje - primarni kosmički zraci - imaju intenzivan učinak na organizam; Na visinama većim od 40 km, ultraljubičasti dio sunčevog spektra je opasan za ljude.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, tako poznate pojave uočene u nižim slojevima atmosfere kao što su širenje zvuka, pojava aerodinamičkog podizanja i otpora, prijenos topline konvekcijom itd. postepeno slabe, a zatim potpuno nestaju.

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i podizanje za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti M broja i zvučne barijere, poznati svakom pilotu, gube značenje: tu leži konvencionalna Karmanova linija, iza koje počinje područje čisto balističkog leta, koje može samo kontrolirati pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izuzetnog svojstva - sposobnosti da apsorbuje, provodi i prenosi toplotnu energiju konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da su različiti elementi opreme, orbitalne opreme svemirska stanica neće moći da se hlade napolju na način kako se to inače radi u avionu - uz pomoć vazdušnih mlaznica i vazdušnih radijatora. Na takvoj visini, kao u svemiru općenito, jedini način za prijenos topline je termičko zračenje.

Istorija nastanka atmosfere

Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je tokom vremena imala tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovo je takozvana primarna atmosfera (prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Tako je nastala sekundarna atmosfera (oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarni prostor;
hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno, ovi faktori su doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakteriše mnogo manje vodonika i mnogo više azota i ugljen-dioksida (nastalih kao rezultat hemijskih reakcija iz amonijaka i ugljovodonika).

Nitrogen

Formiranje velike količine dušika N2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom O2, koji je počeo dolaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. Dušik N2 se također oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Azot se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Azot N2 reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularni azot ozon tokom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Cijanobakterije (plavo-zelene alge) i bakterije kvržice koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama, tzv., mogu je uz malu potrošnju energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. zeleno đubrivo.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kiseonik trošio na oksidaciju redukovanih jedinjenja – amonijaka, ugljovodonika, željeznog oblika gvožđa sadržanog u okeanima, itd. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidativnim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

Tokom fanerozoika, sastav atmosfere i sadržaj kiseonika su pretrpeli promene. One su prvenstveno bile u korelaciji sa brzinom taloženja organskog sedimenta. Dakle, tokom perioda akumulacije uglja, sadržaj kiseonika u atmosferi očigledno je značajno premašio savremeni nivo.

Ugljen-dioksid

Sadržaj CO2 u atmosferi zavisi od vulkanske aktivnosti i hemijski procesi u zemljinim školjkama, ali najviše - na intenzitetu biosinteze i razgradnje organske materije u Zemljinoj biosferi. Gotovo cjelokupna sadašnja biomasa planete (oko 2,4 1012 tona) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Organski sastojci zakopani u okeanu, močvarama i šumama pretvaraju se u ugalj, naftu i prirodni gas.

Plemeniti gasovi

Izvor plemenitih gasova - argona, helijuma i kriptona - su vulkanske erupcije i raspad radioaktivnih elemenata. Zemlja općenito i atmosfera posebno su osiromašeni inertnim plinovima u odnosu na svemir. Vjeruje se da razlog tome leži u kontinuiranom curenju plinova u međuplanetarni prostor.

Zagađenje zraka

Nedavno su ljudi počeli da utiču na evoluciju atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti bilo je stalno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva nakupljenih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO2 se troše tokom fotosinteze i apsorbuju ga svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. U proteklih 100 godina, sadržaj CO2 u atmosferi porastao je za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se nastavi stopa rasta sagorijevanja goriva, onda će se u sljedećih 200-300 godina količina CO2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova (CO, NO, SO2). Sumpor dioksid se oksidira kisikom iz atmosfere u SO3, a dušikovim oksidom u NO2 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupaju u interakciju s vodenom parom, a nastali sumporna kiselina H2SO4 i dušična kiselina HNO3 padaju na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Korišćenje motora unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja atmosfere azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima olova (tetraetil olovo) Pb(CH3CH2)4.

Zagađenje atmosfere aerosolom uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (vulkanske erupcije, oluje prašine, unošenje kapljica morske vode i polena biljaka, itd.) tako i ekonomska aktivnost ljudi (vađenje ruda i građevinskog materijala, sagorevanje goriva, proizvodnja cementa, itd.). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planeti.

(Posjećeno 548 puta, 1 posjeta danas)

Gasni omotač koji okružuje našu planetu Zemlju, poznat kao atmosfera, sastoji se od pet glavnih slojeva. Ovi slojevi nastaju na površini planete, od nivoa mora (ponekad ispod) i uzdižu se u svemir u sljedećem nizu:

Troposfera;
Stratosphere;
mezosfera;
Thermosphere;
Egzosfera.

Dijagram glavnih slojeva Zemljine atmosfere

Između svakog od ovih glavnih pet slojeva nalaze se prijelazne zone koje se nazivaju "pauze" u kojima dolazi do promjena temperature, sastava i gustoće zraka. Zajedno sa pauzama, Zemljina atmosfera uključuje ukupno 9 slojeva.

Troposfera: gdje se javlja vrijeme

Od svih slojeva atmosfere, troposfera nam je najpoznatija (shvatali vi to ili ne), budući da živimo na njenom dnu - površini planete. Omotava površinu Zemlje i proteže se prema gore nekoliko kilometara. Riječ troposfera znači "promjena globusa". Veoma prikladan naziv, budući da je ovaj sloj mjesto gdje se svakodnevno događa vrijeme.

Počevši od površine planete, troposfera se uzdiže do visine od 6 do 20 km. Donja trećina sloja, nama najbliža, sadrži 50% svih atmosferskih gasova. Ovo je jedini dio cijele atmosfere koji diše. Zbog činjenice da se vazduh odozdo zagreva od strane zemljine površine, koja apsorbuje toplotnu energiju Sunca, temperatura i pritisak troposfere opadaju sa povećanjem nadmorske visine.

Na vrhu se nalazi tanak sloj nazvan tropopauza, koji je samo tampon između troposfere i stratosfere.

Stratosfera: dom ozona

Stratosfera je sljedeći sloj atmosfere. Prostire se od 6-20 km do 50 km iznad površine Zemlje. Ovo je sloj u kojem leti većina komercijalnih aviona i putuju baloni na vrući zrak.

Ovde vazduh ne struji gore-dole, već se kreće paralelno sa površinom u veoma brzim vazdušnim strujama. Kako rastete, temperatura raste, zahvaljujući obilju prirodnog ozona (O3), nusproizvoda sunčevog zračenja i kiseonika, koji ima sposobnost da apsorbuje štetne sunčeve ultraljubičaste zrake (svako povećanje temperature sa visinom u meteorologiji je poznato kao "inverzija").

Budući da stratosfera ima toplije temperature na dnu i niže temperature na vrhu, konvekcija (vertikalno kretanje vazdušnih masa) je retka u ovom delu atmosfere. U stvari, iz stratosfere možete vidjeti oluju koja bjesni u troposferi jer sloj djeluje kao konvekcijska kapa koja sprječava prodor olujnih oblaka.

Nakon stratosfere ponovo postoji tampon sloj, ovaj put nazvan stratopauza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nalazi otprilike 50-80 km od površine Zemlje. Gornja mezosfera je najhladnije prirodno mjesto na Zemlji, gdje temperature mogu pasti ispod -143°C.

Termosfera: gornja atmosfera

Nakon mezosfere i mezopauze dolazi termosfera koja se nalazi između 80 i 700 km iznad površine planete i sadrži manje od 0,01% ukupnog zraka u atmosferskom omotaču. Temperature ovdje dosežu i do +2000°C, ali zbog ekstremne razrijeđenosti zraka i nedostatka molekula plina za prijenos topline, ove visoke temperature se doživljavaju kao vrlo hladne.

Egzosfera: granica između atmosfere i svemira

Na visini od oko 700-10.000 km iznad površine zemlje nalazi se egzosfera - vanjski rub atmosfere, koji graniči sa svemirom. Ovdje vremenski sateliti kruže oko Zemlje.

Šta je sa jonosferom?

Jonosfera nije poseban sloj, ali se u stvari termin koristi za označavanje atmosfere između 60 i 1000 km nadmorske visine. Uključuje najgornje dijelove mezosfere, cijelu termosferu i dio egzosfere. Jonosfera je dobila ime jer se u ovom dijelu atmosfere zračenje Sunca jonizuje kada prolazi kroz Zemljina magnetna polja na i. Ovaj fenomen se posmatra sa zemlje kao severno svetlo.

Promjena sastava atmosfere dovodi do utjecaja na radijacijski režim atmosfere – to je glavni mehanizam antropogenog utjecaja na globalni klimatski sistem na sadašnjem i očekivanom nivou industrijskog razvoja u narednim decenijama.

Doprinos atmosferskih gasova staklene bašte (vidi. Efekat staklenika) predstavlja najveći dio ovog uticaja. Efekat koncentracije gasova staklene bašte na temperaturu određen je apsorpcijom dugotalasnog zračenja koje dolazi sa Zemlje, a samim tim i smanjenjem efektivnog zračenja na površini zemlje. U tom slučaju se maksimalne temperature povećavaju, a temperatura viših slojeva atmosfere opada zbog velikih gubitaka zračenja. Ovaj efekat pojačavaju dvije okolnosti:

1) povećanje količine vodene pare u atmosferi tokom zagrevanja, što takođe blokira dugotalasno zračenje;

2) povlačenje polarnog leda tokom zagrijavanja, što smanjuje Zemljin albedo na relativno visokim geografskim širinama.

Svi dugotrajni staklenički plinovi i ozon pružaju pozitivno djelovanje zračenja (2,9 ± 0,3 W/m2). Ukupni radijacijski uticaj antropogenih faktora povezanih sa promjenama koncentracije svih stakleničkih plinova i aerosola iznosi 1,6 (od 0,6 do 2,4) W/m2. Sve vrste aerosola stvaraju efekat zračenja direktno i indirektno promjenom albeda oblaka. Ukupni uticaj aerosola je negativan (–1,3 ± 0,8 W/m2). Međutim, pouzdanost ovih procjena je mnogo niža od onih dobijenih za gasove staklene bašte (Izvještaj o procjeni, 2008).

Gasovi staklene bašte u atmosferi na koje značajno utiču ekonomske aktivnosti:

– ugljen-dioksid(CO 2) je najvažniji gas staklene bašte u smislu kontrole klime. U proteklih 250 godina došlo je do neviđenog povećanja njegove koncentracije u atmosferi za 35%. U 2005. godini iznosio je 379 miliona –1;

– metan(CH 4) je drugi najvažniji gas staklene bašte nakon CO 2 ; njegova koncentracija je porasla 2,5 puta u odnosu na predindustrijski period i iznosila je 1774 ppb u 2005. godini;

– dušikov oksid(N2O), njegova koncentracija je porasla za 18% do 2005. godine u odnosu na predindustrijski period i iznosila je 319 milijardi –1; Trenutno, oko 40% količine N 2 O koja ulazi u atmosferu je zbog ekonomskih aktivnosti (đubriva, stočarstvo, hemijska industrija).

On pirinač. 4.7 prikazan je vremenski tok koncentracije ugljičnog dioksida ( A), metan ( b) i dušikov oksid ( V) u atmosferi i njihovim promjenama u proteklih 10.000 godina i od 1750. godine. Vremenski tok je dobijen mjerenjima u naslagama leda od raznih istraživača i mjerenjima u atmosferi. Slika jasno pokazuje progresivno povećanje CO 2 i drugih gasova tokom industrijske ere.

Prema Četvrtom izvještaju o procjeni IPCC-a (2007), tokom industrijske ere dolazi do značajnog povećanja atmosferskih koncentracija klimatski aktivnih gasova. Tako su se u proteklih 250 godina atmosferske koncentracije ugljičnog dioksida (CO 2 ) povećale sa 280 na 379 ppm (dijelova na milijun po jedinici volumena). Trenutna koncentracija stakleničkih plinova u atmosferi, utvrđena analizom mjehurića zraka iz ledenih jezgara koja su sačuvala sastav drevne atmosfere Antarktika, mnogo je veća nego u bilo koje vrijeme u posljednjih 10 hiljada godina. Globalne atmosferske koncentracije metana porasle su sa 715 na 1.774 ppb (dijelova po milijardi po jedinici zapremine) tokom industrijske ere. Najdramatičnije povećanje koncentracija stakleničkih plinova primijećeno je posljednjih decenija, što je rezultiralo zagrijavanjem atmosfere.

Dakle, proces moderno zagrevanje klime događa u pozadini održivog povećanje koncentracije gasova staklene bašte, a prije svega ugljični dioksid (CO 2). Tako je, prema podacima za 1999. godinu, emisija CO 2 kao rezultat ljudske aktivnosti, od sagorijevanja fosilnih goriva, dostigla 6,2 milijarde tona 1996. godine, što je skoro 4 puta više nego 1950. godine. Od 1750. do 2000. godine došlo je do povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi za 31% (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Vremenski tok koncentracije CO 2 pri Ruska stanica Teriberka (Slika 4.8) pokazuje da je prosječna 20-godišnja stopa rasta CO 2 bila 1,7 miliona –1 godišnje sa značajnim sezonskim fluktuacijama od 15÷20 miliona –1.

Rice. 2.8. Vremenski tok koncentracije CO 2 u atmosferi na stanici Teriberka (Kolsko poluostrvo) za period posmatranja od 1988. Tačke i linije prikazuju pojedinačna merenja ( 1 ), uglađene sezonske varijacije ( 2 ) i dugoročni trend ( 3 ) Koncentracija CO 2 CO 2, ppm (OD, 2008.)

Mehanizam efekta staklene bašte objašnjava se razlikom u kapacitetu apsorpcije atmosfere za sunčevo zračenje koje dolazi na Zemlju i zračenje koje napušta Zemlju. Zemlja prima zračenje od Sunca u širokom opsegu spektra sa prosečnom talasnom dužinom od oko 0,5 mikrona, a ovo kratkotalasno zračenje gotovo prolazi kroz atmosferu. Zemlja odaje primljenu energiju gotovo kao potpuno crno tijelo u dugotalasnom, infracrvenom opsegu, sa prosječnom talasnom dužinom od oko 10 mikrona. U ovom opsegu mnogi gasovi (CO 2, CH 4, H 2 O, itd.) imaju brojne apsorpcione trake; ovi gasovi apsorbuju zračenje, kao rezultat toga oslobađaju toplotu i najvećim delom zagrevaju atmosferu. Ugljični dioksid intenzivno apsorbira zračenje koje dolazi sa Zemlje u rasponu od 12-18 mikrona i jedan je od glavnih faktora koji obezbjeđuju efekat staklene bašte (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Moderno zagrevanje klime. Činjenicu da se moderna klima mijenja prepoznaju svi, jer i instrumentalna mjerenja i prirodni pokazatelji ukazuju na jedno: posljednjih decenija došlo je do značajnog zagrijavanja klime planete. IN prošlog veka(1906–2005), zemaljska meteorološka mreža zabilježila je značajno povećanje prosječne globalne temperature na površini Zemlje za 0,74 °C. Nesuglasice nastaju kada se raspravlja o uzrocima zagrijavanja. U Četvrtom izvještaju o procjeni, stručnjaci IPCC-a (2007) izvode zaključke o uzrocima uočenog zagrijavanja: vjerovatnoća da su se klimatske promjene u posljednjih 50 godina dogodile bez vanjskog (antropogenog) utjecaja ocjenjuje se kao izuzetno niska (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) navodi da su promjene uočene u posljednjih 50 godina uzrokovane ne samo prirodnim, već i vanjskim utjecajima. Sa >90% pouzdanosti, izvještaj navodi da su rastuće koncentracije antropogenih stakleničkih plinova odgovorne za većinu globalnog zagrijavanja od sredine 20. stoljeća.

Postoje i drugi pogledi na uzroke zagrijavanja - unutrašnji faktor, prirodna varijabilnost koja uzrokuje temperaturne fluktuacije, kako u smjeru zagrijavanja tako iu smjeru hlađenja. Tako, u radu (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), pristalice ovog koncepta ukazuju na to da period najintenzivnijeg porasta globalne temperature 20. stoljeća (90-ih) pada na uzlaznu granu 60-ih godina. ljetne fluktuacije, koje su identificirali u indeksima koji karakteriziraju toplinsko i cirkulacijsko stanje atmosfere. Istovremeno, sugeriše se da su savremene klimatske fluktuacije posledica nelinearnih odgovora klimatskog sistema na kvaziperiodične spoljne uticaje (ciklusi lunisolarne plime i sunčeve aktivnosti, ciklusi rotacije najvećih planeta). Solarni sistem oko zajedničkog centra, itd.) (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Po prvi put je rast industrijske emisije CO 2 u atmosferu utvrdio Nj.E. Suess početkom 50-ih godina XX vijeka. Iz promjena u omjeru ugljika u godovima drveća, Suess je zaključio da atmosferski ugljični dioksid već od 2. polovina 19. veka vijeka dopunjen je emisijom CO 2 iz sagorijevanja fosilnih goriva. Otkrio je da se omjer radioaktivnog C 14, koji se konstantno stvara u atmosferi zbog djelovanja kosmičkih čestica, i stabilnog C 12 smanjuje u posljednjih stotinu godina kao rezultat "razrjeđivanja" atmosferskog CO 2 protokom. CO 2 iz fosilnih goriva, koja praktično ne sadrže C (vrijeme poluraspada C 14 je jednako 5730 godina). Tako je na osnovu mjerenja u godovima drveća otkriveno povećanje industrijske emisije CO 2 u atmosferu. Tek 1958. godine počelo je snimanje atmosferskih koncentracija CO 2 na stanici Mauna Loa u Tihom okeanu.

Rice. 4.7. Vremenski tok koncentracije ugljičnog dioksida ( A), metan ( b) i dušikov oksid ( V) u atmosferi i njihovim promjenama u proteklih 10.000 godina (veliki panel) i od 1750. godine (manji panel umetnut u njega). Rezultati mjerenja u naslagama leda (simboli različitih boja i konfiguracija) od raznih istraživača i mjerenja u atmosferi (crvena kriva). Skala ocenjivanja koja odgovara izmerenim koncentracijama uticaja zračenja prikazana je na velikim panelima sa desne strane (Izveštaj o proceni klimatskih promena i njihovih posledica na teritoriji Ruska Federacija(OD), 2008.

Atmosfera je mješavina raznih plinova. Proteže se od površine Zemlje do visine od 900 km, štiteći planetu od štetnog spektra sunčevog zračenja, a sadrži plinove neophodne za cijeli život na planeti. Atmosfera zadržava toplotu od sunca, zagrijavajući površinu zemlje i stvarajući povoljnu klimu.

Sastav atmosfere

Zemljina atmosfera se sastoji uglavnom od dva gasa - azota (78%) i kiseonika (21%). Osim toga, sadrži nečistoće ugljičnog dioksida i drugih plinova. u atmosferi postoji u obliku pare, kapljica vlage u oblacima i kristala leda.

Slojevi atmosfere

Atmosfera se sastoji od mnogo slojeva, između kojih nema jasnih granica. Temperature različitih slojeva značajno se razlikuju jedna od druge.

Bezzračna magnetosfera. Ovo je mjesto gdje većina Zemljinih satelita leti izvan Zemljine atmosfere.
Egzosfera (450-500 km od površine). Gotovo bez gasova. Neki vremenski sateliti lete u egzosferi. Karakterizirana je termosfera (80-450 km). visoke temperature, dostižući 1700°C u gornjem sloju.
Mezosfera (50-80 km). U ovom području temperatura opada kako se visina povećava. Tu izgara većina meteorita (fragmenata svemirskih stijena) koji uđu u atmosferu.
Stratosfera (15-50 km). Sadrži ozonski omotač, odnosno sloj ozona koji upija ultraljubičasto zračenje Sunca. To uzrokuje porast temperature blizu površine Zemlje. Mlazni avioni obično lete ovdje jer Vidljivost u ovom sloju je veoma dobra i skoro da nema smetnji uzrokovanih vremenskim uslovima.
Troposfera. Visina varira od 8 do 15 km od površine zemlje. Ovdje se formira vrijeme planete, od god Ovaj sloj sadrži najviše vodene pare, prašine i vjetrova. Temperatura opada sa udaljavanjem od zemljine površine.

Atmosferski pritisak

Iako to ne osjećamo, slojevi atmosfere vrše pritisak na Zemljinu površinu. Najviša je blizu površine, a kako se udaljavate od nje postepeno se smanjuje. Zavisi od temperaturne razlike između kopna i okeana, pa stoga u područjima koja se nalaze na istoj nadmorskoj visini često postoje različiti pritisci. Nizak pritisak donosi vlažno vreme, dok visok pritisak obično donosi vedro vreme.

Kretanje vazdušnih masa u atmosferi

A pritisci tjeraju niže slojeve atmosfere da se miješaju. Tako nastaju vjetrovi koji duvaju iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. U mnogim regijama lokalni vjetrovi također nastaju zbog razlika u temperaturi između kopna i mora. Planine takođe imaju značajan uticaj na smer vetrova.

Efekat staklenika

Ugljični dioksid i drugi plinovi koji čine Zemljinu atmosferu zadržavaju sunčevu toplinu. Ovaj proces se obično naziva efektom staklenika, jer po mnogo čemu podsjeća na cirkulaciju topline u staklenicima. Efekat staklene bašte uzrokuje globalno zagrijavanje na planeti. U područjima visokog pritiska - anticiklona - nastupa vedro sunčano vrijeme. Područja niskog pritiska - cikloni - obično imaju nestabilno vrijeme. Toplota i svjetlost ulaze u atmosferu. Gasovi zadržavaju toplotu reflektovanu od zemljine površine, uzrokujući na taj način povećanje temperature na Zemlji.

U stratosferi postoji poseban ozonski omotač. Ozon blokira većinu sunčevog ultraljubičastog zračenja, štiteći od njega Zemlju i sav život na njoj. Naučnici su otkrili da su uzrok uništenja ozonskog omotača posebni plinovi hlorofluorougljični dioksid koji se nalaze u nekim aerosolima i rashladnoj opremi. Iznad Arktika i Antarktika otkrivene su ogromne rupe u ozonskom omotaču, koje doprinose povećanju količine ultraljubičastog zračenja koje utiče na površinu Zemlje.

Ozon nastaje u nižim slojevima atmosfere kao rezultat između sunčevog zračenja i raznih izduvnih gasova i gasova. Obično se raspršuje po atmosferi, ali ako se ispod sloja toplog zraka formira zatvoreni sloj hladnog zraka, ozon se koncentrira i nastaje smog. Nažalost, ovo ne može zamijeniti ozon izgubljen u ozonskim rupama.

Rupa u ozonskom omotaču iznad Antarktika jasno je vidljiva na ovoj satelitskoj fotografiji. Veličina rupe varira, ali naučnici vjeruju da ona stalno raste. Ulažu se napori da se smanji nivo izduvnih gasova u atmosferi. Treba smanjiti zagađenje zraka i koristiti bezdimna goriva u gradovima. Smog kod mnogih ljudi izaziva iritaciju očiju i gušenje.

Nastanak i evolucija Zemljine atmosfere

Moderna atmosfera Zemlje rezultat je dugog evolucijskog razvoja. Nastala je kao rezultat kombiniranog djelovanja geoloških faktora i vitalne aktivnosti organizama. Tokom geološke istorije, Zemljina atmosfera je doživjela nekoliko dubokih promjena. Na osnovu geoloških podataka i teoretskih pretpostavki, primordijalna atmosfera mlade Zemlje, koja je postojala prije oko 4 milijarde godina, mogla bi se sastojati od mješavine inertnih i plemenitih plinova s malim dodatkom pasivnog dušika (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Trenutno se pogled na sastav i strukturu rane atmosfere donekle promijenio. Primarna atmosfera (proto-atmosfera) u najranijoj protoplanetarnoj fazi, tj. starija od 4,2 milijarde godine, mogao se sastojati od mješavine metana, amonijaka i ugljičnog dioksida.Kao rezultat otplinjavanja plašta i aktivnih procesa trošenja koji se odvijaju na površini zemlje, vodena para, ugljikova jedinjenja u obliku CO 2 i CO, sumpor i njegovi jedinjenja su počela da ulaze u atmosferu, kao i jake halogene kiseline - HCI, HF, HI i borna kiselina, koje su dopunjene metanom, amonijakom, vodonikom, argonom i nekim drugim plemenitim gasovima u atmosferi.Ova primarna atmosfera je bila izuzetno tanka. Stoga je temperatura na zemljinoj površini bila bliska temperaturi radijacijske ravnoteže (A. S. Monin, 1977).

S vremenom se plinoviti sastav primarne atmosfere počeo mijenjati pod utjecajem procesa trošenja stijena koje strše na površini zemlje, aktivnosti cijanobakterija i modrozelenih algi, vulkanskih procesa i djelovanja sunčeve svjetlosti. To je dovelo do razgradnje metana na ugljični dioksid, amonijaka na dušik i vodik; Ugljični dioksid, koji je polako tonuo na površinu zemlje, i dušik su se počeli akumulirati u sekundarnoj atmosferi. Zahvaljujući vitalnoj aktivnosti plavo-zelenih algi, kisik se počeo proizvoditi u procesu fotosinteze, koji se, međutim, u početku uglavnom trošio na „oksidaciju atmosferskih plinova, a potom i stijena. Istovremeno, amonijak, oksidiran u molekularni dušik, počeo se intenzivno akumulirati u atmosferi. Pretpostavlja se da je značajna količina dušika u modernoj atmosferi reliktna. Metan i ugljični monoksid su oksidirani u ugljični dioksid. Sumpor i vodonik sulfid su oksidirani u SO 2 i SO 3, koji su zbog svoje velike pokretljivosti i lakoće brzo uklonjeni iz atmosfere. Tako se atmosfera iz redukcijske atmosfere, kakva je bila u arheju i ranom proterozoiku, postepeno pretvarala u oksidirajuću.

Ugljični dioksid je ušao u atmosferu i kao rezultat oksidacije metana i kao rezultat otplinjavanja plašta i trošenja stijena. U slučaju da se sav ugljični dioksid koji se oslobađa tokom čitave povijesti Zemlje sačuva u atmosferi, njegov parcijalni tlak sada bi mogao postati isti kao na Veneri (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ali na Zemlji je bio na djelu obrnuti proces. Značajan dio ugljičnog dioksida iz atmosfere otopljen je u hidrosferi, u kojoj su ga hidrobionti koristili za izgradnju svojih ljuštura i biogeni pretvoren u karbonate. Potom su od njih nastali debeli slojevi kemogenih i organogenih karbonata.

Kiseonik je u atmosferu ušao iz tri izvora. Dugo vremena, počevši od trenutka kada se Zemlja pojavila, oslobađala se tokom otplinjavanja plašta i uglavnom se trošila na oksidativne procese.Drugi izvor kiseonika bila je fotodisocijacija vodene pare jakim ultraljubičastim sunčevim zračenjem. Nastupi; slobodni kiseonik u atmosferi doveo je do smrti većine prokariota koji su živeli u redukcionim uslovima. Prokariotski organizmi su promijenili svoja staništa. Napustili su površinu Zemlje u njene dubine i područja gdje su još uvijek ostali uvjeti oporavka. Zamijenili su ih eukarioti, koji su počeli energetski pretvarati ugljični dioksid u kisik.

Tokom arheja i značajnog dijela proterozoika, gotovo sav kisik koji je nastao i na abiogene i biogene načine uglavnom se trošio na oksidaciju željeza i sumpora. Do kraja proterozoika, svo metalno dvovalentno gvožđe koje se nalazi na površini zemlje ili je oksidiralo ili se preselilo u jezgro Zemlje. To je uzrokovalo promjenu parcijalnog tlaka kisika u atmosferi ranog proterozoika.

Sredinom proterozoika koncentracija kiseonika u atmosferi dostigla je tačku Žiri i iznosila je 0,01% savremenog nivoa. Počevši od tog vremena, kiseonik je počeo da se akumulira u atmosferi i, verovatno, već na kraju rifeja njegov sadržaj je dostigao Pasteurovu tačku (0,1% savremenog nivoa). Moguće je da se ozonski omotač pojavio u vendskom periodu i da nikada nije nestao.

Pojava slobodnog kiseonika u zemljinoj atmosferi potaknula je evoluciju života i dovela do pojave novih oblika sa naprednijim metabolizmom. Ako su ranije eukariotske jednoćelijske alge i cijaneje, koje su se pojavile na početku proterozoika, zahtijevale sadržaj kisika u vodi od samo 10 -3 njegove današnje koncentracije, onda s pojavom neskeletnih Metazoa na kraju ranog venda, prije otprilike 650 miliona godina, koncentracija kisika u atmosferi trebala bi biti znatno veća. Na kraju krajeva, Metazoa je koristila disanje kiseonika i to je zahtevalo da parcijalni pritisak kiseonika dostigne kritični nivo - Pasteurovu tačku. U ovom slučaju, proces anaerobne fermentacije zamijenjen je energetski perspektivnijim i progresivnijim metabolizmom kisika.

Nakon toga, prilično brzo je došlo do daljeg nakupljanja kisika u zemljinoj atmosferi. Progresivno povećanje količine plavo-zelenih algi doprinijelo je postizanju u atmosferi nivoa kiseonika neophodnog za održavanje života životinjskog svijeta. Određena stabilizacija sadržaja kiseonika u atmosferi nastupila je od trenutka kada su biljke dospele na kopno - pre otprilike 450 miliona godina. Pojava biljaka na kopno, koja se dogodila u siluru, dovela je do konačne stabilizacije nivoa kiseonika u atmosferi. Od tog vremena, njegova koncentracija je počela da varira u prilično uskim granicama, nikada ne prelazeći granice postojanja života. Koncentracija kisika u atmosferi se potpuno stabilizirala od pojave cvjetnica. Ovaj događaj se dogodio sredinom perioda krede, tj. prije oko 100 miliona godina.

Najveći dio dušika nastao je u ranim fazama razvoja Zemlje, uglavnom zbog razgradnje amonijaka. Pojavom organizama započeo je proces vezivanja atmosferskog dušika u organsku tvar i zatrpavanja u morskim sedimentima. Nakon što su organizmi stigli do kopna, dušik je počeo da se zakopava u kontinentalne sedimente. Procesi prerade slobodnog dušika posebno su se intenzivirali pojavom kopnenih biljaka.

Na prijelazu kriptozoika i fanerozoika, odnosno prije oko 650 miliona godina, sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi se smanjio na desetine procenta, a tek nedavno, otprilike 10-20 miliona godina, dostigao je sadržaj blizak savremenom prije.

Dakle, gasni sastav atmosfere ne samo da je obezbedio životni prostor organizmima, već je odredio i karakteristike njihove životne aktivnosti i doprineo naseljavanju i evoluciji. Nastali poremećaji u distribuciji gasnog sastava atmosfere povoljnog za organizme, kako zbog kosmičkih tako i zbog planetarnih razloga, doveli su do masovnih izumiranja organskog svijeta, što se više puta događalo tokom kriptozoika i na određenim granicama istorije fanerozoika.

Etnosferske funkcije atmosfere

Zemljina atmosfera osigurava potrebne tvari, energiju i određuje smjer i brzinu metaboličkih procesa. Gasni sastav moderne atmosfere je optimalan za postojanje i razvoj života. Kao prostor u kojem se formiraju vrijeme i klima, atmosfera mora stvarati ugodne uslove za život ljudi, životinja i vegetacije. Odstupanja u jednom ili drugom smjeru u kvaliteti atmosferskog zraka i vremenskim prilikama stvaraju ekstremne uvjete za život flore i faune, uključujući i čovjeka.

Zemljina atmosfera ne samo da pruža uslove za postojanje čovječanstva, već je glavni faktor u evoluciji etnosfere. Istovremeno se ispostavlja kao energetski i sirovinski resurs za proizvodnju. Atmosfera je generalno faktor koji čuva zdravlje ljudi, a neka područja zbog fizičko-geografskih prilika i kvaliteta atmosferskog zraka služe kao rekreacijska područja i područja su namijenjena za sanatorijsko-odmaralište i rekreaciju ljudi. Dakle, atmosfera je faktor estetskog i emocionalnog uticaja.

Funkcije etnosfere i tehnosfere atmosfere, definisane sasvim nedavno (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), zahtijevaju neovisno i dubinsko proučavanje. Stoga je proučavanje energetskih funkcija atmosfere vrlo relevantno, kako sa stanovišta nastanka i djelovanja procesa koji oštećuju okoliš, tako i sa stanovišta utjecaja na zdravlje i dobrobit ljudi. IN u ovom slučaju Riječ je o energiji ciklona i anticiklona, atmosferskim vrtlozima, atmosferskom pritisku i drugim ekstremnim atmosferskim pojavama, čije će efikasno korištenje doprinijeti uspješnom rješavanju problema dobijanja alternativnih izvora energije koji ne zagađuju životnu sredinu. Uostalom, zračno okruženje, posebno onaj njegov dio koji se nalazi iznad Svjetskog okeana, je područje u kojem se oslobađa kolosalna količina besplatne energije.

Na primjer, utvrđeno je da tropski cikloni prosječne snage oslobađaju energiju koja je ekvivalentna 500 hiljada u samo jednom danu. atomske bombe, pao na Hirošimu i Nagasaki. Za 10 dana postojanja ovakvog ciklona oslobodi se dovoljno energije da zadovolji sve energetske potrebe zemlje poput Sjedinjenih Država za 600 godina.

IN poslednjih godina Objavljen je veliki broj radova prirodnih naučnika koji se u ovoj ili onoj meri odnose na različite aspekte delovanja i uticaja atmosfere na zemaljske procese, što ukazuje na intenziviranje interdisciplinarnih interakcija u moderne prirodne nauke. Istovremeno se ispoljava integrirajuća uloga pojedinih njegovih pravaca, među kojima treba istaći funkcionalno-ekološki pravac u geoekologiji.

Ovaj pravac stimuliše analizu i teorijsku generalizaciju ekoloških funkcija i planetarne uloge različitih geosfera, a to je, pak, važan preduslov za razvoj metodologije i naučne osnove holističko proučavanje naše planete, racionalno korišćenje i zaštitu njenih prirodnih resursa.

Zemljina atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere, termosfere, jonosfere i egzosfere. Na vrhu troposfere i dnu stratosfere nalazi se sloj obogaćen ozonom, koji se naziva ozonski štit. Utvrđeni su određeni (dnevni, sezonski, godišnji, itd.) obrasci u distribuciji ozona. Od svog nastanka, atmosfera je uticala na tok planetarnih procesa. Primarni sastav atmosfere bio je potpuno drugačiji nego u današnje vrijeme, ali s vremenom se udio i uloga molekularnog dušika stalno povećavao, prije oko 650 miliona godina pojavio se slobodni kisik čija se količina kontinuirano povećavala, ali je koncentracija ugljičnog dioksida shodno tome smanjio. Velika pokretljivost atmosfere, njen gasni sastav i prisustvo aerosola određuju njegovu izuzetnu ulogu i Aktivno učešće u raznim geološkim i biosfernim procesima. Atmosfera igra veliku ulogu u preraspodjeli sunčeve energije i razvoju katastrofalnih prirodnih pojava i katastrofa. Negative Impact Na organski svijet i prirodne sisteme utiču atmosferski vrtlozi - tornada (tornada), uragani, tajfuni, cikloni i druge pojave. Glavni izvori zagađenja zajedno sa prirodni faktori Postoje različiti oblici ljudske ekonomske aktivnosti. Antropogeni uticaji na atmosferu izražavaju se ne samo u pojavi različitih aerosola i stakleničkih gasova, već i u povećanju količine vodene pare, a manifestuju se u vidu smoga i kiselih kiša. Gasovi staklene bašte menjaju temperaturni režim zemljine površine, emisije nekih gasova smanjuju zapreminu ozonskog omotača i doprinose stvaranju ozonskih rupa. Etnosferska uloga Zemljine atmosfere je velika.

Uloga atmosfere u prirodnim procesima

Atmosfera na površini, u svom srednjem stanju između litosfere i svemira i svog gasnog sastava, stvara uslove za život organizama. Istovremeno, trošenje i intenzitet razaranja stijena, prijenos i akumulacija klastičnog materijala zavise od količine, prirode i učestalosti padavina, od učestalosti i jačine vjetrova, a posebno od temperature zraka. Atmosfera je centralna komponenta klimatskog sistema. Temperatura i vlažnost zraka, oblačnost i padavine, vjetar - sve to karakterizira vrijeme, odnosno stanje atmosfere koja se stalno mijenja. Istovremeno, ove iste komponente karakterišu klimu, odnosno prosječni dugoročni vremenski režim.

Sastav gasova, prisustvo oblaka i raznih nečistoća, koje se nazivaju čestice aerosola (pepeo, prašina, čestice vodene pare), određuju karakteristike prolaska sunčevog zračenja kroz atmosferu i sprečavaju izlazak toplotnog zračenja Zemlje. u svemir.

Zemljina atmosfera je veoma pokretna. Procesi koji nastaju u njemu i promjene u njegovom plinovitom sastavu, debljini, zamućenosti, providnosti i prisutnosti određenih aerosolnih čestica u njemu utiču i na vrijeme i na klimu.

Djelovanje i smjer prirodnih procesa, kao i život i aktivnost na Zemlji, određeni su sunčevim zračenjem. Obezbeđuje 99,98% isporučene toplote zemljine površine. Svake godine to iznosi 134 * 10 19 kcal. Ova količina toplote može se dobiti sagorevanjem 200 milijardi tona. ugalj. Zalihe vodonika koje stvaraju ovaj tok termonuklearne energije u masi Sunca trajat će još najmanje 10 milijardi godina, odnosno za period dvostruko duži od postojanja naše planete i nje same.

Oko 1/3 ukupne količine sunčeve energije koja stiže na gornju granicu atmosfere reflektuje se nazad u svemir, 13% apsorbuje ozonski omotač (uključujući skoro sve ultraljubičasto zračenje). 7% - ostatak atmosfere i samo 44% dostiže površinu zemlje. Ukupna sunčeva radijacija koja dnevno dopire do Zemlje jednaka je energiji koju je čovječanstvo dobilo kao rezultat sagorijevanja svih vrsta goriva tokom posljednjeg milenijuma.

Količina i priroda distribucije sunčevog zračenja na zemljinoj površini usko zavise od oblačnosti i transparentnosti atmosfere. Na količinu raspršenog zračenja utiču visina Sunca iznad horizonta, prozirnost atmosfere, sadržaj vodene pare, prašine, ukupna količina ugljen-dioksida itd.

Maksimalna količina raspršenog zračenja dopire do polarnih područja. Što je Sunce niže iznad horizonta, manje toplote ulazi u datu oblast terena.

Providnost atmosfere i oblačnost su od velike važnosti. Po oblačnom ljetnom danu obično je hladnije nego po vedrom, jer dnevna oblačnost sprječava zagrijavanje zemljine površine.

Prašnjavost atmosfere igra glavnu ulogu u distribuciji toplote. Fino raspršene čvrste čestice prašine i pepela koje se nalaze u njemu, a koje utiču na njegovu prozirnost, negativno utiču na distribuciju sunčevog zračenja, od čega se većina reflektuje. Fine čestice ulaze u atmosferu na dva načina: ili pepeo koji se emituje tokom vulkanskih erupcija, ili pustinjska prašina koju nose vetrovi iz sušnih tropskih i suptropskih regiona. Naročito mnogo takve prašine nastaje tokom suše, kada je strujanja toplog zraka nose u gornje slojeve atmosfere i tamo može ostati dugo vremena. Nakon erupcije vulkana Krakatoa 1883. godine, prašina bačena na desetine kilometara u atmosferu zadržala se u stratosferi oko 3 godine. Kao rezultat erupcije vulkana El Chichon (Meksiko) 1985. godine, prašina je stigla u Evropu, pa je došlo do blagog pada površinske temperature.

Zemljina atmosfera sadrži različite količine vodene pare. U apsolutnom iznosu po težini ili zapremini, njegova količina se kreće od 2 do 5%.

Vodena para, poput ugljičnog dioksida, pojačava efekat staklene bašte. U oblacima i magli koji nastaju u atmosferi dešavaju se neobični fizički i hemijski procesi.

Primarni izvor vodene pare u atmosferu je površina Svjetskog okeana. Iz njega godišnje ispari sloj vode debljine od 95 do 110 cm.Deo vlage se nakon kondenzacije vraća u okean, a drugi se vazdušnim strujama usmerava prema kontinentima. U područjima s promjenjivom vlažnom klimom, padavine vlaže tlo, a u vlažnim klimama stvaraju rezerve podzemnih voda. Dakle, atmosfera je akumulator vlage i rezervoar padavina. a magle koje se stvaraju u atmosferi daju vlagu zemljišnom pokrivaču i time igraju odlučujuću ulogu u razvoju flore i faune.

Atmosferska vlaga se raspoređuje po površini zemlje zahvaljujući pokretljivosti atmosfere. Karakteriše ga veoma složen sistem distribucije vetrova i pritiska. Zbog činjenice da je atmosfera u neprekidnom kretanju, priroda i razmjer distribucije tokova vjetra i pritiska se stalno mijenjaju. Razmjeri cirkulacije variraju od mikrometeoroloških, veličine svega nekoliko stotina metara, do globalnih razmjera od nekoliko desetina hiljada kilometara. Ogromni atmosferski vrtlozi učestvuju u stvaranju sistema velikih vazdušnih strujanja i određuju opštu cirkulaciju atmosfere. Osim toga, oni su izvori katastrofalnih atmosferskih pojava.

Raspodjela vremenskih i klimatskih uvjeta i funkcioniranje žive tvari zavise od atmosferskog tlaka. Ako atmosferski tlak varira u malim granicama, on ne igra presudnu ulogu u dobrobiti ljudi i ponašanju životinja i ne utječe na fiziološke funkcije biljaka. Promjene tlaka obično su povezane s frontalnim pojavama i vremenskim promjenama.

Atmosferski pritisak je od fundamentalnog značaja za formiranje vetra, koji kao reljefotvorni faktor ima snažan uticaj na životinjski i biljni svet.

Vjetar može potisnuti rast biljaka i istovremeno podstaći prijenos sjemena. Uloga vjetra u oblikovanju vremenskih i klimatskih uslova je velika. Djeluje i kao regulator morskih struja. Vjetar, kao jedan od egzogenih faktora, doprinosi eroziji i deflaciji istrošenog materijala na velikim udaljenostima.

Ekološka i geološka uloga atmosferskih procesa

Smanjenje prozirnosti atmosfere zbog pojave čestica aerosola i čvrste prašine u njoj utječe na raspodjelu sunčevog zračenja, povećavajući albedo ili refleksivnost. Različite kemijske reakcije koje uzrokuju razgradnju ozona i stvaranje “bisernih” oblaka koji se sastoje od vodene pare dovode do istog rezultata. Globalne promjene u refleksivnosti, kao i promjene atmosferskih plinova, uglavnom stakleničkih plinova, odgovorne su za klimatske promjene.

Neravnomjerno zagrijavanje, koje uzrokuje razlike u atmosferskom pritisku na različitim dijelovima zemljine površine, dovodi do cirkulacije atmosfere, tj. karakteristična karakteristika troposfera. Kada dođe do razlike u tlaku, zrak juri iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. Ova kretanja vazdušnih masa, zajedno sa vlažnošću i temperaturom, određuju glavne ekološke i geološke karakteristike atmosferskih procesa.

U zavisnosti od brzine, vjetar obavlja različite geološke radove na zemljinoj površini. Brzinom od 10 m/s trese debele grane drveća, diže i prenosi prašinu i sitni pijesak; lomi grane drveća brzinom od 20 m/s, nosi pijesak i šljunak; brzinom od 30 m/s (oluja) kida krovove kuća, čupa drveće, lomi stubove, pomiče kamenčiće i nosi sitni šut, a orkanski vjetar brzinom od 40 m/s uništava kuće, lomi i ruši struju stubovi, čupaju velika stabla.

Škrobovi i tornada (tornada) - atmosferski vrtlozi koji nastaju u toplom godišnjem dobu na snažnim atmosferskim frontovima, sa brzinama do 100 m/s, imaju veliki negativan uticaj na životnu sredinu sa katastrofalnim posledicama. Skvalovi su horizontalni vihorovi sa uraganskim brzinama vjetra (do 60-80 m/s). Često su praćene jakim pljuskovima i grmljavinom u trajanju od nekoliko minuta do pola sata. Špile pokrivaju područja široka do 50 km i putuju na udaljenosti od 200-250 km. Nevreme u Moskvi i Moskovskoj oblasti 1998. godine oštetilo je krovove mnogih kuća i srušilo drveće.

Tornada, koji se u Sjevernoj Americi nazivaju tornada, su moćni atmosferski vrtlozi u obliku lijevka, često povezani s grmljavinskim oblacima. To su stupovi zraka koji se sužavaju u sredini prečnika od nekoliko desetina do stotina metara. Tornado ima izgled lijevka, vrlo sličan surlu slona, koji se spušta iz oblaka ili se diže sa površine zemlje. Posjedujući snažno razrjeđivanje i veliku brzinu rotacije, tornado putuje i do nekoliko stotina kilometara, uvlačeći prašinu, vodu iz rezervoara i raznih predmeta. Snažna tornada praćena su grmljavinom, kišom i imaju veliku razornu moć.

Tornada se rijetko javljaju u subpolarnim ili ekvatorijalnim područjima, gdje je stalno hladno ili vruće. Malo je tornada na otvorenom okeanu. Tornada se javljaju u Evropi, Japanu, Australiji, SAD-u, a u Rusiji su posebno česta u regionu Centralne Crne Gore, u Moskovskoj, Jaroslavskoj, Nižnji Novgorodskoj i Ivanovskoj oblasti.

Tornada podižu i pomiču automobile, kuće, kočije i mostove. Posebno razorna tornada se primjećuju u Sjedinjenim Državama. Svake godine ima od 450 do 1500 tornada sa prosječnim brojem smrtnih slučajeva od oko 100 ljudi. Tornada su katastrofalni atmosferski procesi koji brzo djeluju. Formiraju se za samo 20-30 minuta, a životni vijek im je 30 minuta. Stoga je gotovo nemoguće predvidjeti vrijeme i mjesto tornada.

Drugi destruktivni, ali dugotrajni atmosferski vrtlozi su cikloni. Nastaju zbog razlike pritisaka, što pod određenim uslovima doprinosi nastanku kružnog kretanja vazdušnih tokova. Atmosferski vrtlozi nastaju oko snažnih uzlaznih tokova vlažnog toplog zraka i rotiraju velikom brzinom u smjeru kazaljke na satu na južnoj hemisferi i suprotno od kazaljke na satu na sjevernoj. Cikloni, za razliku od tornada, nastaju iznad okeana i proizvode svoje destruktivne efekte nad kontinentima. Glavni destruktivni faktori su jaki vjetrovi, intenzivne padavine u vidu snježnih padavina, pljuskova, grada i velikih poplava. Vjetrovi brzine 19 - 30 m/s formiraju oluju, 30 - 35 m/s - oluju, a više od 35 m/s - uragan.

Tropski cikloni - uragani i tajfuni - imaju prosječnu širinu od nekoliko stotina kilometara. Brzina vjetra unutar ciklona dostiže uragansku snagu. Tropski cikloni traju od nekoliko dana do nekoliko sedmica, krećući se brzinama od 50 do 200 km/h. Cikloni srednjih geografskih širina imaju veći prečnik. Njihove poprečne dimenzije kreću se od hiljadu do nekoliko hiljada kilometara, a brzina vjetra je olujna. Na sjevernoj hemisferi kreću se sa zapada i praćeni su gradom i snježnim padavinama, koji su katastrofalne prirode. Po broju žrtava i pričinjenoj šteti, cikloni i povezani uragani i tajfuni najveći su prirodni atmosferski fenomen nakon poplava. U gusto naseljenim područjima Azije, broj žrtava uragana je u hiljadama. 1991. godine, tokom uragana u Bangladešu, koji je izazvao formiranje morskih talasa visokih 6 m, umrlo je 125 hiljada ljudi. Tajfuni nanose veliku štetu Sjedinjenim Državama. Istovremeno, desetine i stotine ljudi umiru. U zapadnoj Evropi uragani uzrokuju manje štete.

Grmljavine se smatraju katastrofalnim atmosferskim fenomenom. Javljaju se kada se topli, vlažni zrak vrlo brzo diže. Na granici tropskog i suptropskog pojasa, grmljavine se javljaju 90-100 dana u godini, u umjerenom pojasu 10-30 dana. U našoj zemlji najveći broj grmljavina se javlja na Sjevernom Kavkazu.

Oluja sa grmljavinom obično traju manje od sat vremena. Posebno su opasni intenzivni pljuskovi, grad, udari groma, udari vjetra i vertikalna strujanja zraka. Opasnost od tuče određena je veličinom tuče. Na Sjevernom Kavkazu je masa tuče nekada dostizala 0,5 kg, au Indiji su zabilježene tuče težine 7 kg. Urbano najopasnija područja u našoj zemlji nalaze se na Sjevernom Kavkazu. U julu 1992. grad je oštetio aerodrom" Mineralna voda» 18 aviona.

Opasne atmosferske pojave uključuju munje. Oni ubijaju ljude, stoku, izazivaju požare i oštećuju električnu mrežu. Oko 10.000 ljudi umre od grmljavine i njihovih posljedica svake godine širom svijeta. Štaviše, u nekim područjima Afrike, Francuske i SAD-a broj žrtava od groma je veći nego od drugih prirodnih pojava. Godišnja ekonomska šteta od nevremena u Sjedinjenim Državama iznosi najmanje 700 miliona dolara.

Suše su tipične za pustinjske, stepske i šumsko-stepske regije. Nedostatak padavina uzrokuje isušivanje tla, smanjenje nivoa podzemnih voda i u akumulacijama dok se potpuno ne osuše. Nedostatak vlage dovodi do odumiranja vegetacije i usjeva. Suše su posebno teške u Africi, Bliskom i Srednjem Istoku, Centralnoj Aziji i južnoj Sjevernoj Americi.

Suše mijenjaju uslove života ljudi i imaju negativan učinak na prirodnu sredinu kroz procese kao što su zaslanjivanje tla, suhi vjetrovi, prašne oluje, erozija tla i šumski požari. Požari su posebno jaki tokom suše u predjelima tajge, tropskih i suptropskih šuma i savana.

Suše su kratkotrajni procesi koji traju jednu sezonu. Kada suše traju duže od dvije sezone, prijeti glad i masovna smrtnost. Obično suša pogađa teritoriju jedne ili više zemalja. Dugotrajne suše sa tragičnim posljedicama posebno se često javljaju u afričkoj regiji Sahel.

Atmosferske pojave kao što su snježne padavine, kratkotrajne obilne kiše i dugotrajne kiše uzrokuju velike štete. Snježne padavine uzrokuju ogromne lavine u planinama, a brzo otapanje snijega i dugotrajne padavine dovode do poplava. Ogromna masa vode koja pada na površinu zemlje, posebno u područjima bez drveća, uzrokuje jaku eroziju tla. Postoji intenzivan rast sistema slivnika. Poplave nastaju kao posljedica velikih poplava u periodima obilnih padavina ili velikih voda nakon naglog zatopljenja ili proljetnog topljenja snijega i stoga su atmosferske pojave po svom nastanku (o njima se govori u poglavlju o ekološkoj ulozi hidrosfere).

Antropogene atmosferske promjene

Trenutno postoji mnogo različitih antropogenih izvora koji uzrokuju zagađenje zraka i dovode do ozbiljnih poremećaja u ekološkoj ravnoteži. U pogledu obima, dva izvora imaju najveći uticaj na atmosferu: transport i industrija. U prosjeku, transport čini oko 60% ukupne količine zagađenja atmosfere, industrija - 15, toplotna energija - 15, tehnologije za uništavanje kućnog i industrijskog otpada - 10%.

Transport, ovisno o korištenom gorivu i vrsti oksidatora, emituje u atmosferu dušikove okside, sumpor, ugljične okside i diokside, olovo i njegova jedinjenja, čađ, benzopiren (tvar iz grupe policikličnih aromatični ugljovodonici, koji je jak kancerogen koji uzrokuje rak kože).

Industrija u atmosferu emituje sumpordioksid, ugljične okside i diokside, ugljovodonike, amonijak, vodonik sulfid, sumpornu kiselinu, fenol, hlor, fluor i druge hemijske spojeve. Ali dominantnu poziciju među emisijama (do 85%) zauzima prašina.

Kao rezultat zagađenja, mijenja se prozirnost atmosfere, što uzrokuje pojavu aerosola, smoga i kiselih kiša.

Aerosoli su dispergovani sistemi koji se sastoje od čestica solidan ili kapljice tečnosti suspendovane u gasovitom okruženju. Veličina čestica dispergirane faze je obično 10 -3 -10 -7 cm.U zavisnosti od sastava dispergirane faze, aerosoli se dijele u dvije grupe. Jedan uključuje aerosole koji se sastoje od čvrstih čestica raspršenih u plinovitom mediju, drugi uključuje aerosole koji su mješavina plinovitih i tekućih faza. Prvi se zovu dimovi, a drugi - magle. U procesu njihovog formiranja, kondenzacijski centri igraju važnu ulogu. Kao kondenzaciona jezgra djeluju vulkanski pepeo, kosmička prašina, proizvodi industrijskih emisija, razne bakterije itd. Broj mogućih izvora koncentriranih jezgara stalno raste. Tako, na primjer, kada se suva trava uništi vatrom na površini od 4000 m 2, formira se u prosjeku 11 * 10 22 jezgri aerosola.

Aerosoli su se počeli formirati od trenutka kada se naša planeta pojavila i utjecala na nju prirodni uslovi. Međutim, njihova količina i djelovanje, uravnoteženo sa općim ciklusom tvari u prirodi, nije izazvalo duboke promjene okoliša. Antropogeni faktori njihovog formiranja pomaknuli su ovu ravnotežu ka značajnim preopterećenjima biosfere. Ova karakteristika je posebno došla do izražaja otkako je čovječanstvo počelo koristiti posebno stvorene aerosole kako u obliku toksičnih tvari tako i za zaštitu bilja.

Najopasniji za vegetaciju su aerosoli sumpor-dioksida, fluorovodika i dušika. Kada dođu u dodir s vlažnom površinom lista, stvaraju kiseline koje štetno djeluju na živa bića. Kisele magle zajedno sa udahnutim vazduhom ulaze u respiratorne organe životinja i ljudi i agresivno deluju na sluzokožu. Neki od njih razgrađuju živo tkivo, a radioaktivni aerosoli uzrokuju rak. Među radioaktivnim izotopima, Sg 90 je posebno opasan ne samo zbog svoje kancerogenosti, već i kao analog kalcijuma, koji ga zamjenjuje u kostima organizama, uzrokujući njihovu razgradnju.

Prilikom nuklearnih eksplozija u atmosferi nastaju radioaktivni aerosolni oblaci. Male čestice polumjera 1 - 10 mikrona padaju ne samo u gornje slojeve troposfere, već iu stratosferu, gdje mogu ostati dugo vremena. Oblaci aerosola nastaju i tokom rada reaktora u industrijskim postrojenjima koja proizvode nuklearno gorivo, kao i kao posljedica nesreća u nuklearnim elektranama.

Smog je mješavina aerosola sa tekućim i čvrstim dispergiranim fazama, koji formiraju maglovitu zavjesu nad industrijskim područjima i velikim gradovima.

Postoje tri vrste smoga: ledeni, mokri i suvi. Ledeni smog se naziva Aljaški smog. Ovo je kombinacija gasovitih zagađivača sa dodatkom čestica prašine i kristala leda koji nastaju kada se kapljice magle i pare iz sistema za grejanje smrznu.

Vlažni smog, ili smog londonskog tipa, ponekad se naziva zimski smog. To je mješavina plinovitih zagađivača (uglavnom sumpor-dioksida), čestica prašine i kapljica magle. Meteorološki preduslov za pojavu zimskog smoga je vrijeme bez vjetra, u kojem se sloj toplog zraka nalazi iznad prizemnog sloja hladnog zraka (ispod 700 m). U ovom slučaju ne postoji samo horizontalna, već i vertikalna razmjena. Zagađivači, obično raspršeni u visokim slojevima, u ovom slučaju se akumuliraju u površinskom sloju.

Suvi smog se javlja tokom ljeta i često se naziva smog tipa Los Angelesa. To je mješavina ozona, ugljičnog monoksida, dušikovih oksida i kiselih para. Takav smog nastaje kao rezultat razgradnje zagađivača sunčevim zračenjem, posebno njegovog ultraljubičastog dijela. Meteorološki preduslov je atmosferska inverzija, izražena u pojavi sloja hladnog vazduha iznad toplog vazduha. Obično se gasovi i čvrste čestice podignute toplim vazdušnim strujama raspršuju u gornje hladne slojeve, ali se u ovom slučaju akumuliraju u inverzionom sloju. U procesu fotolize, dušikovi dioksidi koji nastaju prilikom sagorijevanja goriva u automobilskim motorima se razlažu:

NO 2 → NO + O

Zatim dolazi do sinteze ozona:

O + O 2 + M → O 3 + M

NE + O → NE 2

Procesi fotodisocijacije su praćeni žuto-zelenim sjajem.

Osim toga, javljaju se i reakcije tipa: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, odnosno nastaje jaka sumporna kiselina.

Promjenom meteoroloških uslova (pojava vjetra ili promjena vlažnosti) hladni zrak se raspršuje i smog nestaje.

Prisustvo kancerogenih supstanci u smogu dovodi do problema s disanjem, iritacije sluzokože, poremećaja cirkulacije, astmatičnog gušenja i često smrti. Smog je posebno opasan za malu djecu.

Kisele kiše su atmosferske padavine zakiseljene industrijskim emisijama sumpornih oksida, azota i para perhlorne kiseline i hlora otopljenog u njima. U procesu sagorijevanja uglja i plina, većina sumpora sadržanog u njemu, kako u obliku oksida tako i u spojevima sa željezom, posebno u piritu, pirotitu, halkopiritu, itd., pretvara se u sumporov oksid, koji zajedno sa ugljičnim dioksidom, emituje se u atmosferu. Kada se atmosferski dušik i tehničke emisije spoje s kisikom, nastaju različiti dušikovi oksidi, a volumen nastalih dušikovih oksida ovisi o temperaturi izgaranja. Najveći dio dušikovih oksida nastaje tokom rada vozila i dizel lokomotiva, a manji dio se javlja u energetskom sektoru i industrijskim preduzećima. Oksidi sumpora i dušika su glavni tvorci kiselina. Pri reakciji s atmosferskim kisikom i vodenom parom koja se nalazi u njemu nastaju sumporna i dušična kiselina.

Poznato je da je alkalno-kiseli balans okoline određen pH vrijednosti. Neutralno okruženje ima pH vrednost 7, kiselo okruženje ima pH vrednost 0, a alkalno okruženje ima pH vrednost 14. B moderno doba pH vrijednost kišnice je 5,6, iako je u nedavnoj prošlosti bila neutralna. Smanjenje pH vrijednosti za jedan odgovara desetostrukom povećanju kiselosti i, stoga, trenutno kiša s povećanom kiselošću pada gotovo posvuda. Maksimalna kiselost kiše zabilježena u zapadnoj Evropi bila je 4-3,5 pH. Treba uzeti u obzir da je pH vrijednost od 4-4,5 smrtonosna za većinu riba.

Kisele kiše agresivno djeluju na vegetaciju Zemlje, na industrijske i stambene objekte i doprinose značajnom ubrzanju trošenja izloženih stijena. Povećana kiselost onemogućava samoregulaciju neutralizacije tla u kojima se rastvaraju hranjive tvari. Zauzvrat, to dovodi do naglog smanjenja prinosa i uzrokuje degradaciju vegetacijskog pokrivača. Kiselost tla potiče oslobađanje vezanih teških tla, koje biljke postepeno apsorbiraju, uzrokujući ozbiljna oštećenja tkiva i prodiru u ljudski lanac ishrane.

Promjena alkalno-kiselinskog potencijala morskih voda, posebno u plitkim vodama, dovodi do prestanka razmnožavanja mnogih beskičmenjaka, uzrokuje uginuće riba i narušava ekološku ravnotežu u oceanima.

Kao rezultat kiselih kiša, šume su u opasnosti od uništenja zapadna evropa, baltičke države, Karelija, Ural, Sibir i Kanada.

Debljina atmosfere je otprilike 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha u atmosferi je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od toga je masa suvog vazduha 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, ukupna masa vodene pare je u proseku 1,27 10 16 kg.

Tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature sa visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° (gornji sloj stratosfere ili inverziona regija). Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja dolazi do jonizacije vazduha (“aurore”) - glavni delovi jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik. Gornja granica termosfere je u velikoj mjeri određena trenutnom aktivnošću Sunca. U periodima niske aktivnosti - na primjer, 2008-2009 - primetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere u blizini termosfere. U ovoj regiji, apsorpcija sunčevog zračenja je zanemarljiva i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Na visini od oko 2000-3500 km egzosfera se postepeno pretvara u tzv. blizu svemirskog vakuuma, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, oni emituju homosfera I heterosfera. Heterosfera- Ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. To implicira promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere, nazvan homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom neophodnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika se shodno tome smanjuje.

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i podizanje za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti M broja i zvučne barijere, poznati svakom pilotu, gube značenje: prolazi konvencionalna Karmanova linija, iza koje počinje područje čisto balističkog leta, koje može samo kontrolirati pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izuzetnog svojstva - sposobnosti da apsorbuje, provodi i prenosi toplotnu energiju konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da različiti elementi opreme na orbitalnoj svemirskoj stanici neće moći da se hlade spolja na isti način kao što se to obično radi u avionu - uz pomoć vazdušnih mlaznica i vazdušnih radijatora. Na ovoj visini, kao i općenito u svemiru, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Istorija nastanka atmosfere

Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je tokom vremena imala tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovo je tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Ovako je nastao sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarni prostor;
hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno su ovi faktori doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakterizira mnogo manji sadržaj vodika i mnogo veći sadržaj dušika i ugljičnog dioksida (nastalih kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Nitrogen

Azot N 2 reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularnog azota ozonom tokom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Cijanobakterije (plavo-zelene alge) i bakterije kvržice koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama, tzv., mogu je uz malu potrošnju energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. zeleno đubrivo.

Kiseonik

Plemeniti gasovi

Zagađenje zraka

Nedavno su ljudi počeli da utiču na evoluciju atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti je konstantno značajno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO 2 troše se tokom fotosinteze i apsorbuju ga svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. U proteklih 100 godina, sadržaj CO 2 u atmosferi porastao je za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se nastavi stopa rasta sagorijevanja goriva, onda će se u sljedećih 200-300 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova (CO, SO2). Sumpor dioksid se oksidira kisikom iz atmosfere do SO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupa u interakciju s vodom i parom amonijaka, te rezultirajućom sumpornom kiselinom (H 2 SO 4) i amonijevim sulfatom ((NH 4) 2 SO 4 ) se vraćaju na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja atmosfere azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima olova (tetraetil olovo Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Zagađenje atmosfere aerosolom uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (erupcije vulkana, prašne oluje, unošenje kapi morske vode i biljnog polena, itd.), tako i ljudskim ekonomskim aktivnostima (vađenje ruda i građevinskih materijala, sagorijevanje goriva, proizvodnja cementa itd.). ). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planeti.

vidi takođe

Jacchia (model atmosfere)

Bilješke

Linkovi

Književnost

V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov„Svemirska biologija i medicina“ (2. izdanje, revidirano i prošireno), M.: „Prosveščenije“, 1975, 223 str.
N. V. Gusakova“Environmental Chemistry”, Rostov na Donu: Phoenix, 2004, 192 sa ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V. A. Geohemija prirodnih gasova, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmosferska hemija, M., 1978;
Wark K., Warner S. Zagađenje zraka. Izvori i kontrola, prev. sa engleskog, M.. 1980;
Praćenje pozadinskog zagađenja prirodne sredine. V. 1, L., 1982.

zemlja
Istorija Zemlje	Starost Zemlje Geološka istorija Zemlje Geohronološka skala Istorija života na Zemlji Glacijacija Zemlje Paradoks slabog mladog Sunca Teorija udara divova Hronologija evolucije
Geografija i geologija	Australija Azija Antarktika Afrika Evropa Severna Amerika Južna Amerika Atlantski okean Indijski okean Arktički okean Tihi okean Južni okean Atmosfera Hidrosfera Kontinentalni drift Zemljina kora Kontinent Kora Plašt Okean Struktura Zemlje Superkontinent Tektonika ploča Slika Zemljinog jezgra
Životna sredina srijeda	Bioma Biodiverzitet Biosfera Divljina ( engleski) Klima Priroda Prirodno područje Očuvanje biodiverziteta ( engleski) Ekološka niša Ekologija Ekosistem
vidi takođe	Budućnost Zemlje Hipotetički prirodni sateliti Zemlje Dan planete Zemlje Svjetski prirodni katastrofa Dnevna rotacija Zemlje Zemljini prstenovi

Wikimedia fondacija. 2010.

Pogledajte šta je "Zemljina atmosfera" u drugim rječnicima:

Zemljina atmosfera- Zemljina atmosfera. Vertikalna raspodjela temperature i gustine. ATMOSFERA ZEMLJE, vazdušna sredina oko Zemlje koja se rotira sa njom; masa oko 5,15´1015 tona Sastav vazduha (po zapremini) na površini Zemlje: 78,1% azota, 21% kiseonika, ... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik