Назвать основные свойства атмосферы


Слово атмосфера происходит от греческих слов atmos, что означает водяной пар, и sphaira, что значит — сфера, шар. Теперь этим термином называют газовую оболочку, окружающую земной шар.

Воздух или вещество, составляющее атмосферу, является механической смесью различных газов. Проба чистого и сухого воздуха содержит около 78% (по объёму) азота, 21% кислорода и около 1% аргона. Кроме того, в ней содержится около 0,03% углекислоты.

Азот, кислород, аргон и углекислота составляют 99,99% сухого и чистого воздуха. Остающаяся 0,01% содержит следы газов: неона, криптона, гелия, озона, ксенона и водорода. Они находятся в воздухе в таких незначительных количествах, что не имеют практического значения при исследованиях явлений погоды.

Количество углекислоты не вполне постоянно. Она непрерывно поглощается растительностью и также непрерывно производится животными и образуется при сгорании топлива, вулканической деятельностью и при процессах разложения в почве. Хотя все эти процессы не всегда уравновешены между собой, количество углекислоты в атмосфере остаётся почти постоянным, так как океаны, растворяя избыток углекислоты, эффективно регулируют её количество.


Количество озона в нижних слоях атмосферы невелико. Оно достигает максимума на высотах между 10 и 25 км. Здесь количество его подвержено значительным колебаниям.

За исключением указанных изменений содержания углекислоты и озона, состав атмосферы очень постоянен как по распределению вдоль земной поверхности, так и при поднятии вверх, во всяком случае, до высот, достигнутых приборами.

Воздух содержит в себе также водяной пар, находящийся в нём в переменных количествах. Во многих отношениях водяной пар является самой важной составной частью атмосферы.

Количество водяного пара, находящегося в воздухе, всецело зависит от его температуры. Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяного пара может в нём содержаться. Воздух считается насыщенным тогда, когда количество водяного пара достигает в нём возможного при этой температуре максимума. Если воздух охладится настолько, что его температура окажется ниже температуры насыщения его водяным паром, то происходит конденсация последнего, заключающаяся в превращении пузырьков водяного пара в водяные капельки, или—при температуре ниже нуля—в ледяные кристаллы.

Мелкие водяные капли и кристаллы поддерживаются в воздухе восходящими воздушными потоками. При особых условиях, которые будут описаны ниже, эти мельчайшие капли или ледяные кристаллы соединяются и образуют большие капли или хлопья снега. Если они достигают таких размеров, что восходящие потоки уже не могут удержать их в воздухе, то они падают вниз в виде дождя или снега.


Примеси

Кроме названных составных частей, воздух содержит в себе также переменное количество примесей. К их числу относятся: пыль, сажа, соль.

Главным источником пыли являются засушливые районы, например, пустыни и степи. Более крупные частицы, поднимаемые ветрами вверх, никогда не уносятся далеко от места своего происхождения, но мелкие частицы пыли уносятся далеко и рассеиваются по всей нижней части атмосферы. Воздушные массы, прошедшие над субтропическими континентами, обычно содержат значительное количество пыли. Полярные воздушные массы относительно чисты.

Промышленные районы, действующие вулканы и возникающие иногда лесные пожары представляют собой главные источники сажи. Если топливо сгорает при высокой температуре, то водород и кислород соединяются и дают водяной пару а углерод и кислород при соединении образуют углекислый газ; и тот и другой являются нормальными составными частями атмосферы.


Если же сгорание топлива происходит при низкой температуре, соединение углерода и кислорода затрудняется, не полностью сгоревшие частицы угля уносятся вверх поднимающимся воздухом и сгущаются в сажу.

Наблюдения обнаруживают, что в воздухе обычно содержится значительное количество соли. Под действием ветра брызги с — поверхности океанов уносятся вверх; здесь вода постепенно испаряется, и в воздухе в виде мельчайших частиц остаётся соль.

Частицы, загрязняющие воздух и тем самым приводящие к его помутнению, настолько мелки, что они не видимы простым глазом, но, вызванное ими, ухудшение видимости и изменение окраски отдалённых предметов хорошо заметно. Сквозь помутнение удалённые объекты, если они темны (горы), видны, как через тонкую вуаль светло-голубого цвета. Если же они белы (например, покрытые снегом горы или облака у горизонта), то вуаль приобретает желтоватую окраску. На некотором расстоянии, зависящем от степени помутнения, все детали исчезают, и объекты вырисовываются на фоне неба в виде силуэтов. Чем сильнее помутнение, тем короче расстояние, па котором исчезают все детали объекта.

Присутствие пыли в атмосфере влияет не только на видимость предметов: при отсутствии в воздухе пыли он был бы совершенно чист и в нём не происходило бы заметной конденсации водяного пара. Последняя происходит при охлаждении воздуха до температуры насыщения на определённых активных (гигроскопических) ядрах. Наиболее активными ядрами конденсации являются частицы соли из океанов и продукты горения. Наблюдения показывают, что такие частицы постоянно находятся в атмосфере в большом количестве.

Структура атмосферы


Воздух чрезвычайно подвижен и сжимаем. Хотя он очень лёгок, но всё же обладает определённым весом. При обычном давлении и температуре вес объёма воздуха, взятого у земной поверхности, составляет около 1/800 веса такого же объёма воды. 1 куб. метр воздуха весит около 1,3 килограмма.

Столб воздуха от земной поверхности до границы атмосферы оказывает на земную поверхность давление, эквивалентное весу столба воды высотой приблизительно в 10 м или весу столба ртути высотой всего в 76 см. Поэтому для измерения давления атмосферы применяются ртутные барометры.

Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Если измерить вес воздушного столба между двумя точками, находящимися на одной вертикали, то, зная температуру и давления в этих точках, можно вычислить разность высот между ними. При нормальном распределении температуры давление становится простой функцией высоты, и его соотношение позволило сконструировать для определения высоты специальные барометры—высотомеры (альтиметры), на шкале которых вместо давления прямо указана высота. Такие приборы теперь широко применяются в авиации.


Так как атмосферное давление равно весу воздушного столба, то с увеличением высоты оно должно постепенно уменьшаться и приближаться к нулю. Также будет меняться и плотность воздуха. Однако, атмосфера не имеет резкой верхней границы, она постепенно переходит в безвоздушное пространство.

Несмотря на то что атмосфера достигает больших высот, только её нижняя часть оказывает влияние на погоду. Наиболее высокие облака редко наблюдаются выше 10 км над земной поверхностью. 50% общего веса атмосферы и около 90% общего содержания влаги остаются в пределах нижних 5 км.

Стратификация атмосферы

Как выяснено, что температура воздуха уменьшается с высотой до 11 км, а затем остаётся постоянной. Величина убывания температуры с высотой называется вертикальным температурным градиентом. Нижняя часть атмосферы, характеризуемая значительной величиной температурного градиента, называется тропосферой. Более высокая часть атмосферы, отличающаяся почти полной неизменностью температуры, называется стратосферой. Переходный слой, отделяющий стратосферу от тропосферы, называется тропопаузой.

Высота тропопаузы над земной поверхностью зависит от широты места и времени года. Она также меняется в связи с характером погоды: над областями с низким давлением (циклонами) тропопауза, как правило, ниже, над областями с высоким давлением (антициклонами)— выше. На рис. 2 показана обычная высота тропопаузы и среднее распределение температуры в нижней части атмосферы. Следует отметить, что температура стратосферы от полюсов к экватору уменьшается.


Наибольшая высота, которой достигли метеорологические приборы, равна приблизительно 36 км. Непосредственные наблюдения, произведенные ниже 36 км, новейшие исследования радиации, метеоров, полярных сияний, распространения звука, радиоволн и т. п. позволяют сделать некоторые выводы о структуре верхних слоёв атмосферы. Наши современные знания о стратификации атмосферы можно коротко резюмировать следующим образом.

В тропосфере температура понижается с высотой приблизительно на 0,6 градуса на каждые 100 м. Тропосфера относительно неустойчива, в ней часто образуются вертикальные течения, приводящие к конденсации водяного пара и появлению облаков и осадков. Все обычные явления погоды развиваются внутри тропосферы и главным образом в её нижней половине.

Выше тропопаузы температура остаётся постоянной или даже растёт с высотой. Это установлено, по крайней мере, до тех высот, которые были достигнуты метеорологическими приборами. Над тропопаузой мы встречаем слой, особенно богатый озоном. Новейшие исследования Добсона (Dobson) и других обнаружили заметную связь между количеством озона над тропопаузой и погодой у земной поверхности. Стратосфера обычно безоблачна, хотя иногда, в связи с наличием озона, там наблюдается особый тип облаков (перламутровые облака). Пространство между тропопаузой и слоем озона всегда безоблачно; а так как воздух внутри этого слоя чрезвычайно устойчив, то в нижней стратосфере лётные условия больше всего приближаются к идеальным.


Статистические исследования показывают, что метеоры исчезают преимущественно на высоте от 80 до 40 километров над земной поверхностью. Этот факт вместе с результатами исследования звуковых волн, по видимому, указывает на то, что температура слоя между 40 и 80 км очень высока (60—70° С).
На высоте около 60 км находится слой, который имеет тенденцию поглощать радиоволны. Так как этот слой образуется под действием солнечных лучей, то ночью радиус слышимости радиостанций, особенно—коротковолновых, увеличивается.

Выше 80 км находится так называемая ионосфера. В нижней её части изредка встречаются светящиеся облака. Ионосфера характеризуется наличием нескольких электропроводящих слоёв, из которых наиболее важен слой Коннелли-Хевисайда (Kemielly-Heaviside), или £-слой. Он отражает радиоволны обратно к земной поверхности, и именно этим объясняется большой радиус действия радиостанций. Слой Кэннелли-Хевисайда очень отчётлив и в нормальных условиях находится между 90 и 130 км. Выше него лежит так называемый слой Аппльтона (Appleton) или F-слой. Он выражен слабее, и высота его непостоянна; иногда он распадается на несколько расплывчатых слоёв.


Полярные сияния и родственные им явления часто наблюдаются в нижней части ионосферы. Новейшие измерения Штермера (Stormer) показали, что полярные сияния встречаются до 1200 км над земной поверхностью. Это свидетельствует о наличии атмосферы в измеримых количествах даже на таких больших высотах.

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Основные свойства атмосферы

Космическое пространство — источник угроз для живых организмов. При отсутствии воздушной оболочки метеориты не сгорали бы, а падали на поверхность Земли. Другая серьёзная угроза — ультрафиолетовое излучение солнца, способное уничтожить флору и фауну. Слои атмосферы обеспечивают комфортную жизнь для сотен тысяч видов организмов.

Первичная газообразная оболочка стала зарождаться с момента появления Земли и со временем превратилась в сложную структуру с множеством функций. Так, благодаря воздушному слою образуются облака. Они, в свою очередь, отражают солнечные лучи и возвращают тепло на землю. Этот процесс повторяется многократно, поэтому у поверхности планеты сохраняется комфортная температура. Без атмосферных слоёв на Земле было бы в среднем на 30 градусов холоднее, чем сейчас.


В нескольких слоях оболочки происходит круговорот воды. Над всей планетой перемещаются тёплые и холодные потоки воздуха. Эти процессы уравновешивают климат на земном шаре. Без атмосферы разница температур на экваторе и у полюсов была бы колоссальной. Разнообразие форм живой и неживой природы образовалось благодаря уникальным климатическим условиям, которые стали результатом перемещения газообразных структур.

Общая масса всех слоёв, входящих в состав атмосферы, составляет 5,2×10 18кг. Газообразные вещества окружают планету, распространяясь на многие тысячи километров от поверхности. Слои атмосферы:

  • тропосфера;
  • стратосфера;
  • мезосфера;
  • термосфера;
  • экзосфера;
  • ионосфера.

Они располагаются именно в таком порядке и вращаются вместе с планетой. Те, что находятся выше, движутся с другой скоростью. Верхним слоем считают экзосферу, но некоторые учёные причисляют к атмосфере также ионосферу.

Состав воздушной оболочки

Воздух представляет собой неоднородную смесь газов. В нижних оболочках можно насчитать 12 видов. На большей высоте присутствуют практически все элементы химической таблицы Менделеева. Все они находятся в газообразном состоянии.

Больше всего в атмосфере кислорода, окрашивающего воздушную оболочку в голубой цвет. Этот эффект объясняется тем, что воздух лучше всего рассеивает короткие лучи, образующие синюю часть спектра. Интересно, что Земля из космоса выглядит голубой, а на огромном расстоянии кажется синей точкой. Кроме кислорода, в составе воздушной оболочки присутствуют такие элементы:


  • водород;
  • гелий;
  • неон;
  • криптон;
  • аргон;
  • радон;
  • ксенон.

Благородные газы проникают на поверхность во время вулканических извержений и поднимаются в верхние слои. Состав и строение атмосферы всё время изменяется, но в масштабах планеты эти процессы незначительны.

Даже если количество кислорода уменьшится в 100 раз, это не приведёт к разрушению озонового слоя. Однако деятельность человека угрожает не столько существованию планеты, сколько самой цивилизации. Уже сейчас над некоторыми крупными городами постоянно присутствуют облака смога, хорошо заметные из космического пространства. Также учёных тревожит возникновение озоновых дыр, которых с каждым годом становится больше.

Физические характеристики тропосферы

Каждый из основных слоёв обладает особыми характеристиками. Тропосфера — самая плотная оболочка, первая по счёту от поверхности планеты. На полюсах она распространяется на 7 км от поверхности, а у экватора — на 20 км. Разница обусловлена тем, что планета не круглая, а немного сплющенная, так как на неё воздействует центробежная сила. Чем теплее воздух, тем больше размер тропосферы.

Этот слой — наиболее продуктивный и динамичный. В нём формируются тучи, образуются ветра, циклоны и антициклоны. В тропосфере обитает большая часть видов, образующих живую природу. Температура воздуха в этой части оболочки понижается на 0,5−0,7 градуса с увеличением высоты на каждые 100 метров. Скорость ветра изменяется на 2−3 км/с на 1 км высоты.

В тропопаузе температура остаётся неизменной. Нижняя часть тропосферы примыкает к литосфере и образует приграничный слой. Его роль заключается в аккумуляции и передача тепла на высоту. Водообмен также происходит в приграничном слое. В течение 8−12 дней совершается полный оборот воды. Таким образом, тропосфера играет роль огромного фильтра.

В составе этого слоя выделяют гомосферу — пространство, где находится и осуществляет деятельность человек.

Описание стратосферы

Стратосферой называют воздушный слой, который начинается на высоте 50 км у экватора и около 8 км — у полюсов. В переводе с греческого stratus означает «слой, настил». Эта зона очень разреженная, в ней очень мало частиц воды. Давление воздуха в верхней части стратосферы в 100 раз ниже, чем у поверхности, а в нижней — в 10 раз.

Температура воздуха с набором высоты возрастает: если в нижней части воздушного слоя она составляет -56 градусов, то в верхней — от -1 до 0. Прекращение нагрева воздуха наблюдается в стратопаузе — пограничном слое между мезосферой и стратосферой.

В стратосфере летают самолёты, чья скорость выше звуковой, и пассажирские лайнеры. Такая высота выбрана потому, что в нижних слоях стратосферы наблюдается стабильность воздушных потоков, а благодаря низкой температуре снижаются затраты топлива. Движение происходит в условиях малого аэродинамического сопротивления.

Однако есть предел: самолёт может подняться только до определённой высоты. В какой-то момент воздуха становится слишком мало, а он нужен, чтобы работали реактивные двигатели. В высоких слоях стратосферы самолету, чтобы получить приток воздуха, приходится перемещаться быстрее скорости звука. Поэтому на самую большую высоту залетают только боевые и сверхзвуковые пассажирские лайнеры, например, «Конкорд».

В стратосфере присутствуют метеорологические зонды. Они закреплены на огромных воздушных шарах и находятся в зависшем положении. Задача зондов — сбор информации о состоянии тропосферы и о происходящих изменениях.

Из живых организмов в стратосфере можно обнаружить бактерии, например, аэропланктон. Но не только микроорганизмы способны выживать на такой большой высоте: был случай, когда в двигатель самолёта попала крупная птица — гриф. Также известно, что утки, совершая сезонные перелёты, перемещаются над Эверестом.

Мировой рекорд по пребыванию на высоте установил вице-президент Google — американец Алан Юстас. Он поднялся на высоту 41 км и спрыгнул с парашютом. Чтобы оторваться от шара, пришлось привести в действие небольшое взрывное устройство. Во время свободного падения он развил скорость 1342 км/ч — это быстрее, чем движется звук.

Озоновый слой

Слой озона разделяет мезосферу и стратосферу. Благодаря ему большая часть ультрафиолетовых лучей не достигает поверхности земли, а поглощается и отражается. Выше озонового слоя условия таковы, что там не могут жить никакие организмы, в том числе самые стойкие бактерии и вирусы. Всё живое убивают неблагоприятные факторы, а именно:

  • космическое излучение;
  • низкая температура;
  • давление.

Созданию озонового слоя поспособствовали бактерии, которая много тысяч лет выделяли кислород. Поднимаясь в высокие слои, молекулы вступали в фотохимическую реакцию, и в результате молекулы O2 преобразовывались в O3.

Озон — вещество, созданное при участии ультрафиолета. При этом оно защищает всё живое на планете от этого губительного излучения. Поглощая солнечные лучи, озон нагревается сам и повышает температуру окружающей атмосферы. Таким образом, этот газ частично способствует поддержанию благоприятного микроклимата на Земле.

Особенности мезосферы

Мезосфера — слой, расположенный в промежутке между 45 и 90 километрами. Его верхняя часть называется мезопаузой и является самым холодным местом: воздух здесь охлаждается до -143 градусов.

Этот участок атмосферы пока не очень хорошо изучен. Это обусловлено слишком малым давлением газов: оно в несколько тысяч раз ниже того, что наблюдается у поверхности планеты. Воздушные шары, поднявшись до определённой точки, не летят выше, а зависают. Использовать для изучения мезосферы самолёты с реактивными двигателями тоже не получается, так как принцип их движения в условиях, когда газ сильно разрежен, утрачивает смысл. Аэродинамика корпуса и крыльев становится бесполезной.

Перемещаться в мезосфере могут только ракетопланы или ракеты. К первым относят самолёты, оснащённые ракетными двигателями. Одна из таких машин — X-15. Это самый быстрый ракетоплан, сумевший подняться на высоту 108 км. Однако такие аппараты летят слишком быстро, а за короткое время не удаётся провести основательного изучения воздушного слоя. Летательные аппараты либо движутся выше, либо опускаются, в обоих случаях покидая мезосферу.

Суборбитальные зонды и спутники не получается использовать для исследований в мезосфере, так как они замедляются под влиянием давления. Оно очень низкое, однако препятствует движению, а иногда и сжигает аппараты.

В этом же слое сгорают и метеориты. Наблюдатели, находящиеся на земле, видят своеобразное свечение.

Помимо этого, каждый день на Землю оседает от 100 до 9−10 тыс. тонн космической пыли. Эти частицы оказывают некоторое влияние на дождеобразование, хотя кардинально изменить циркуляцию атмосферы они неспособны.

Термосфера и экзосфера

Общая высота атмосферы Земли составляет около 100 км. На этом уровне проходит условная граница, отделяющая планету от космоса. Её называют линией Кармана. На высоте более 100 км есть газы, но их количество ничтожно мало. Полёты на таком расстоянии от поверхности относятся к космическим.

Линия Кармана одновременно является нижней границей термосферы — самого протяжённого воздушного слоя. Эта часть атмосферной оболочки простирается до высоты 800 км над уровнем моря. Температура здесь достигает 1800 градусов. Насколько это много, можно понять, если вспомнить, что железо плавится уже при 1538 °C.

Однако космические аппараты в термосфере не разрушаются, потому что содержание газов в нем низкое. Отдельные частицы обладают огромной энергией, но они находятся на большом расстоянии друг от друга. Летательные аппараты находятся в вакууме. При этом возникает необходимость отводить избыточное тепло, которое выделяется при работе двигателей и других механизмов. Тепловыделение достигается за счёт работы радиаторов. Ими оснащают все космические корабли.

Экзосфера — последний атмосферный слой, нижняя граница которого проходит на высоте 700−800 км. Эта часть оболочки очень разреженная и состоит в основном из атомов водорода. В малом количестве присутствуют ионы азота и кислорода (менее сотых долей процента).

Простираясь на 100 тыс. км, экзосфера плавно переходит в геокорону. По сравнению с нижними слоями атмосферы, концентрация частиц здесь меньше в миллионы раз.

Источник: nauka.club

Ответ: 
Толщина атмосферы — примерно 2000—3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха — (5,1—5,3)×1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет 5,1352 ±0,0003×1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27×1016 кг. 
Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м3. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — 140,7 °C; критическое давление — 3,7 МПа; Cp при 0 °C — 1,0048×103 Дж/(кг·К) , Cv — 0,7159×103 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %, при 25 °C — 0,0023 %. 
За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.
               
                                             или

Атмосфе́ра (от. др. -греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка (геосфера) , окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. 

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология. 
Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 15 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород. 

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода. 

В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст. , давление углекислого газа — 40 мм рт. ст. , а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине. 

На высоте около 19—20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека, «космос» начинается уже на высоте 15—19 км. 

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра. 

По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли, постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают, такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др. 

В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100—130 км знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл, там проходит условная Линия Кармана за которой начинается сфера чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы. 

На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т. е. с помощью перемешивания воздуха) . Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.

Источник: znanija.com

Атмосфера, свойства, строение, состав.

 

 

Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая планету Земля, удерживаемая вокруг нее силой гравитации.

 

Атмосфера Земли, характеристики и свойства

Структура, строение и слои атмосферы: тропосфера, стратосфера, озоновый слой, мезосфера, термосфера, экзосфера

Состав атмосферы. Газы и другие вещества в атмосфере

Загрязнение атмосферы. Выбросы в атмосферу

 

Атмосфера Земли, характеристики и свойства, значение для жизни:

Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая планету Земля, удерживаемая вокруг нее силой гравитации. Свое название она получила от двух древнегреческих слов: ἀτμός – «пар» и σφαῖρα – «сфера»). Пределами ее считаются непосредственно поверхность Земли и межпланетное пространство, но последняя граница весьма условна, т.к. не имеет четкой линии. Оболочка из газов, окружающая планету Земля, простирается вверх от поверхности Земли на сотни километров.

В астрономии атмосферой принято считать газовое пространство, окружающее любое небесное тело и вращающееся вместе с ним вокруг своей оси. Атмосферу имеют практически все крупные небесные тела, особенно состоящие из газов или имеющие сходный с Землей планетный тип: Меркурий, Венера, Луна, Марс, Юпитер, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Сатурн, Энцелада, Титан, Рея, Уран, Нептун, Тритон, Плутон и пр.

Удельная масса атмосферы Земли составляет 5,2×1018 килограмм, а высота около 1000 километров. Атмосфера Земли непостоянна, подвержена изменениями и основным их источником считается человек.

Ее ключевыми характеристиками являются:

– высокая динамичность – перемещение огромных масс воздуха во всех слоях, возникающие вследствие перепадов давления, обусловленных нагреванием газов;

– физическая неоднородность – включает ряд сфер и слоев, каждый из которых отличается своими физическими характеристиками;

– уязвимость к биологическим факторам – легко подвергается загрязнению вредными и избыточными веществами (газами, органическими и неорганическими частицами, биологическими молекулами и т.д.);

– атмосферное давление – физическая величина, создаваемая гравитационным притяжением воздуха к планете и уменьшающаяся по мере удаления от ее поверхности.

Одно из назначений атмосферы – защита Земли и всего живого на ней от разнообразных космических угроз. В ее слоях сгорают мелкие метеоры, а крупные распадаются на мелкие части, не способные нанести планете существенный вред. Присутствующий озоновый слой фильтрует вредное для обитателей Земли ультрафиолетовое солнечное излучение, преобразовывая его в безопасные для жизни тепло и свет. Также атмосфера позволяет поддерживать на поверхности планеты температуру, комфортную для жизни человека, обеспечивает круговорот воды и движение воздушных потоков, без которых невозможно создание необходимых природе влажности и температуры.

 

Структура, строение и слои атмосферы:

Оболочка Земли включает пять основных слоев, берущих свое начало от уровня моря (а иногда и ниже) и простирающихся до межпланетного пространства. В промежутке между ними расположены переходные зоны (промежуточные слои) – «паузы», где происходит изменение состава, плотности и температуры воздушных масс. Таких зон четыре, и вместе с ними атмосфера насчитывает девять слоев.

 

Тропосфера:

Тропосфера – это первый, самый нижний слой атмосферы – «придонный», в котором обитает все живое на планете: человек, животные, растения. Тропосфера простирается на несколько километров: возле полюсов его высота не превышает 8-10 км, а в районе экватора достигает 18 км. Такая разность в высоте атмосферы обусловлено центробежной силой Земли и тем, что ширина планеты неодинакова в разных ее частях (Земля имеет эллиптическую форму). Еще один фактор, влияющий на величину слоя – сезон, т.е. температурный режим. В теплое время года воздушные массы поднимаются выше, в холодное – опускаются к поверхности планеты, тем самым увеличивая или уменьшая ширину тропосферы.

Свое название слой получил от древнегреческих слов τρόπος  – «поворот, изменение» и σφαῖρα – «шар». Первая часть слова полностью соответствует основным критериям тропосферы – подвижности, изменчивости, динамичности, формирующих все те явления, которые принято называть «климат» и «погода». Это:

– образование облаков;

– циркуляция жидкости;

– образование циклонов, антициклонов;

– генерация ветров.

Тропосфера – самый тяжелый слой, т.к. в нем содержится 80% массы атмосферы, 50% всех газов и практически вся влага, что позволяет обитателям тропосферы «дышать». Удерживает он и тепло, сохраняя поглощаемые Землей солнечные лучи, поэтому при удалении от ее поверхности понижаются и давление, и температура. Причем температура понижается на 0,5-0,7 градуса Цельсия каждые 100 метров. Также с набором высоты усиливается ветер: на каждый километр высоты его скорость растет на 2-3 км/с. Примечательно, что снижение температуры характерно только для нижнего слоя (тропосферы), во всех же иных она растет по мере приближения к верхним границам.

На нижней границе, возле литосферы, находится еще один барьер: приземной пограничный слой, самый важный для циркуляции всей атмосферы. Именно здесь происходит отдача тепловой энергии и излучения планетой, создаются перепады давления и ветряные потоки, позже разделяемые и направляемые неровностями поверхности (горами, скалами и т.д.).

Верхним пределом тропосферы является тропопауза – промежуточный барьер между тропосферой и следующим слоем атмосферы – стратосферой.

Нормальным давлением у нижней границы тропосферы принято считать показатель в 1000 миллибар, который максимально приближен к эталону – 1013 миллибар (одна «атмосфера»). У верхнего слоя давление составляет уже 200 мБар, а при удалении от уровня моря на 45 км падает до 1 мБара.

За тропосферой и тропопаузой следует следующий слой атмосферы – стратосфера. В тропопаузе прекращается снижение температуры воздуха с возрастанием высоты.

 

Стратосфера:

Стратосфера располагается на высоте от около 10 км (на северном и южном полюсах) или от около 18 км (в районе экватора) до 50 км от уровня моря. Название происходит от древнегреческого слова stratum, означающего «настил, слой». Давление на нижней границе в 10 раз меньше, чем у поверхности Земли, а на верхней – меньше почти в 1000 раз. Сама стратосфера очень разрежена, влага в ней практически отсутствует. Температура слоя повышается по мере приближения к мезосфере: на границе с тропопаузой она достигает -56,5 градусов Цельсия, а ближе к верхнему приделу составляет от 0 до +0,8 градусов Цельсия.

За стратосферой выше следует стратопауза, а за последней – мезосфера. В стратопаузе нагрев воздушных масс прекращается, и температура перестает подниматься.

В границах стратосферы располагается еще один слой – озоновый, выполняющий важную функцию защиты поверхности планеты от разрушающего действия ультрафиолетовых лучей.

 

Озоновый слой:

Озоновый слой представляет собой «границу жизни» на Земле: за его пределами все основные показатели – температура, давление, космическое излучение – уничтожают все живые организмы, включая даже самые стойкие бактериологические формы.

Появление этого барьера в атмосфере обусловлено двум факторами:

– кислородом, выделяемым всеми представителями растительного мира планеты;

– ультрафиолетом, с которым кислород ступает в химические реакции. В результате химических реакций образуется газ О3 – озон, по иронии, созданный из разрушающих ультрафиолетовых волн и защищающий от них же. Его примечательной характеристикой считается способность отражать солнечные лучи, создавая вокруг себя тепло.

 

Мезосфера:

Мезосфера – малый по размерам слой, расположенный на высоте от 40-50 до 80-90 км от уровня моря. Он характеризуется:

– низкой температурой – на его верхней границе показатели достигают -80 градусов Цельсия, в то время как на нижней границе – около 0 градусов Цельсия;

– чрезвычайно малым давлением газов (ниже поверхностного в десятки тысяч раз);

– отсутствием движения воздушных масс, обусловленного их низкой (почти нулевой) подъемной силой.

Эти же факторы влияют на изучение слоя: отсутствие летательных аппаратов, способных двигаться в подобных условиях, не позволяет тщательно исследовать мезосферу. Однако доподлинно известно, что именно она защищает Землю от падения на нее различных космических тел, чаще всего метеоров. Небольшие из них полностью сгорают, рассыпаясь в пыль, а крупные иногда достигают поверхности планеты, но уже «выгоревшие», не способные нанести ей существенный ущерб.

За мезосферой следует мезопауза, а за последней – термосфера. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около -100 °C.

 

Термосфера:

Нижний предел термосферы располагается на высоте приблизительно от 80-90 км. Здесь же (на высоте 100 км) проходит условная граница между поверхностью планеты и космическим пространством – линия Кармана, за которой газы, свойственные атмосфере, практически отсутствуют. Считается, что именно от этой линии берет свое начало четвертый слой атмосферы – термосфера. Ее границы простираются до 800 км от уровня моря, а температура в высшей точке достигает 1700 градусов Цельсия.

Космические летательные аппараты, созданные из металла, который начинает плавиться при температуре 1560 градусов Цельсия, улетая в открытое космическое пространство и возвращаясь на Землю, легко преодолевают этот слой. Это связано с тем, что термосфера имеет чрезвычайно низкое содержание газов и соответственно низкое давление, которое в миллион раз меньше, чем на поверхности Земли. Частицы этого слоя обладают высокой энергией, но т.к. расстояние между частицами огромно, любые космические объекты, летающие в этом слое, оказываются практически в вакууме. Именно поэтому термосфера выбрана для размещения спутников и орбитальных станций.

Под действием солнечной радиации и космического излучения  в термосфере происходит ионизация воздуха и образуются т.н. «полярные сияния».

За термосферой следует термопауза, а за последней – экзосфера.

В термопаузе поглощение солнечного излучения незначительно и температура практически не меняется с высотой. Здесь также происходят полярные сияния.

 

Экзосфера:

Экзосфера – последний, верхний слой атмосферы, берущий начало на высоте около 800 км от уровня моря. Название он получил от древнегреческого «экзо», означающего «вне, снаружи». Это самый разреженный слой, состоящий из атомов самого легкого химического элемента – водорода. Встречаются также атомы азота и кислорода, но они чрезмерно ионизированы ультрафиолетовым излучением. В экзосфере также происходят полярные сияния.

Экзосфера самый большой по размерам слой атмосферы, ее границы простираются на сотни километров вглубь космоса и верхней считается геокорона Земли. Атомы газов здесь – большая редкость, их концентрация в миллионы раз ниже, чем в земном воздухе.

 

Состав атмосферы. Газы и другие вещества в атмосфере:

Все слои атмосферы состоят из газов, но в одних их концентрация выше, а в других меньше. Воздух, которым дышат все земные существа, включает их большую атмосферную часть – почти 80%. Элементов, имеющих наибольшую концентрацию, в атмосфере 12, но в том или ином объемном соотношении в атмосфере присутствует почти вся таблица Менделеева. Однако такой состав был не всегда.

Первыми газами, окутывающими Землю и свойственные всем газовым гигантам, были гелий и водород. Эти вещества – остатки туманности, образовавшей самую яркую звезду нашей галактики – Солнце, в большом количестве оседающие вокруг гравитационного поля планеты.

Сама же планета хранила множество других веществ:

– аммиак;

– метан;

– углекислый газ;

– серу.

Их выбросы в формирующуюся атмосферу Земли обусловлены извержениями вулканов и разломами, столкновениями подвижных тектонических плит. Следствием освобождения из недр аммиака и метана стал их распад и образование других соединений, одним из которых стал азот, сегодня занимающий 78% всего состава атмосферы. Сделать же ее (атмосферу) пригодной для жизни смог кислород.

Его появление происходило несколькими способами: раскаленная мантия Земли в больших объемах выбрасывала скопившиеся в ней газы, а водяной пар от извержения вулканов распадался под действием прямых солнечных лучей на водород и кислород. Но задержка кислорода в атмосфере была невозможна – он вступал в дальнейшие химические реакции с различными веществами и видоизменялся.

Накопление достаточного количества кислорода в атмосфере Земли стало возможным с появлением биологических организмов, выделяющих его в процессе своей жизнедеятельности. Это позволило:

– достигнуть концентрации кислорода в 21% всего за 2 миллиарда лет;

– существенно снизить концентрацию углекислого газа за счет использования последнего микроорганизмами как составляющего собственной костной ткани;

– сформировать озоновый слой, защищающий живые организма от разрушительного ультрафиолета.

Кроме основных газов: водорода, кислорода и углекислого газа, атмосфера включает и благородные газы:

– гелий;

– аргон;

– неон;

– криптон;

– ксенон;

– радон.

Благородные газы образуются в результате ядерных процессов, протекающих в глубинах земной коры, и выделяются в атмосферу из микротрещин в литосфере или при извержении вулканов.

Присутствует в атмосфере и вода, чей объем зависит от широты: у полюсов концентрация составляет 0,2%, на экваторе достигает 2,5%. Также присутствуют различные оксиды азота, пропан, радон. В малых объемах в атмосфере представлено широкое разнообразие других веществ:

– бром;

– йод;

– озон;

– хлор;

– оксид серы;

– аммиак;

– монооксид углерода;

– соляная кислота;

– плавиковая кислота;

– бромоводород;

– иодоводород;

– и пр. различные частицы взвешенных твердых и жидких веществ.

 

Загрязнение атмосферы. Выбросы в атмосферу:

Загрязнение атмосферы возникает в результате выбросов в нее различных вредных веществ или повышения концентрации тех, что уже в ней присутствуют. В их число входят:

– оксиды азота;

– метан;

– диоксид и монооксид углерода;

– диоксид серы;

– хлорфторуглероды;

– молекулы органических и неорганических веществ;

– молекулы биологических организмов.

Все они оказывают отравляющее действие на живые организмы планеты: провоцируют развитие заболеваний, часто тяжелых, с летальным исходом, гибель растительного и животного мира.

Причиной выбросов чаще всего становится человек (антропогенное загрязнение), реже – природные явления (естественное загрязнение). Разделяют эти процессы на три основных категории: физическое, химическое и биологическое загрязнения.

Физическое загрязнение также разделяется на подвиды:

– механическое: пыль, твердые вещества;

– радиоактивное:  излучение, изотопы;

– электромагнитное: различные виды волн;

– шумовое: громкие звуки, низкочастотные колебания;

– тепловое: теплые воздушные массы от предприятий и т.д.

Химическое загрязнение представлено появлением в атмосфере повышенной концентрации газов и аэрозолей:

– оксидов и диоксидов неметаллов;

– альдегидов;

– углеводородов;

– частиц тяжелых металлов (кадмия, хрома, брома, меди, цинка);

– аммиака;

– пыли;

– изотопов радиоактивных веществ.

Биологическое загрязнение включает появление в воздухе микробных веществ:

– спор грибов;

– бактерий;

– вирусов;

– токсинов;

– продуктов жизнедеятельности вредоносных микроорганизмов.

Источники загрязнения атмосферы различны. Это и природные явления – вулканические извержения, лесные и степные пожары, продукты жизнедеятельности флоры и фауны, и деятельность человека. К последней относят:

– использование транспорта. Газы и твердые вещества выделяются при движении техники с двигателями внутреннего сгорания;

– деятельность предприятий. Выбросы химических веществ сопутствуют различным технологическим процессам;

– быт человека: приготовление пищи и отопление, утилизация бытовых отходов и т.д.

Загрязнение атмосферы – важная проблема для всей Земли. По утверждению экологов, в атмосфере происходят уже необратимые процессы ее изменения и разрушения защитного озонового слоя. Замедлить их возможно лишь проведением правильной экологической политики. Ее главными тезами считаются уменьшение выбросов от технологических процессов, включающих использование нефти и газа, т.е. переход на экологические виды топлива – электроэнергию, энергию ветра и воды. Еще один важный момент – отказ от изделий из пластика и правильная его дальнейшая переработка. Актуальной остается проблема переработки бытовых отходов, сохранения лесных массивов – «легких» нашей планеты.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

 

Источник: xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai

АТМОСФЕРА

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

атмосфера

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 1015 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура  140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом. Основные параметры атмосферы: плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т.д.

строение атмосферы

 

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой», на высоте от 15—20 до 55— 60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — озон, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте равной 30 км. Общая масса озона составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Озон (О3) — аллотропия кислорода, образуется в результате следующей химической реакции, обычно после дождя, когда полученное соединение поднимается в верхние слои тропосферы; озон имеет специфический запах.

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и других свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

изменение температуры и давления

Структура атмосферы

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную (однофазную), хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °С в стратосфере до -110 °С в мезосфере.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, т.к. их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже ее лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

строение атмосферы

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Таблица «Атмосфера»

атмосфера таблица

атмосфера таблица 2

 

Источник: uchitel.pro


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.