Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Радиофизический факультет
Кафедра «радиотехника и телекоммуникации»
Реферат на тему «Состав и строение атмосферы»
Выполнила: Дианова Е.Г., группа 3092/3
Содержание:
Введение_________________________________________3
Физические свойства атмосферы_____________________3
Химический состав атмосферы______________________ 4
Строение атмосферы_______________________________4
Используемая литература___________________________6Введение.
Атмосфера — это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались.
Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь. Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами. Наиболее интенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.
Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200 °С. Атмосфера есть не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии — главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех экзогенных процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).
Физические свойства атмосферы.
Толщина атмосферы — примерно 2000—3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (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 г/моль, 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.
Химический состав атмосферы.
Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (h3 O) и углекислого газа (CO2 ).
Состав сухого воздуха | ||
Газ | Содержание по объёму, % | Содержание по массе, % |
Азот | 78,084 | 75,50 |
Кислород | 20,946 | 23,10 |
Аргон | 0,932 | 1,286 |
Вода | 0,5-4 | — |
Углекислый газ | 0,0387 | 0,059 |
Неон | 1,818×10−3 | 1,3×10−3 |
Гелий | 4,6×10−4 | 7,2×10−5 |
Метан | 1,7×10−4 | — |
Криптон | 1,14×10−4 | 2,9×10−4 |
Водород | 5×10−5 | 7,6×10−5 |
Ксенон | 8,7×10−6 | — |
Закись азота | 5×10−5 | 7,7×10−5 |
Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO2, Nh4, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).
Строение атмосферы.
Тропосфера
Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м
Тропопауза
Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.
Стратосфера
Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её 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 около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называетсястратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Стратопауза
Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).
Мезосфера
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.
Мезопауза
Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).
Линия Кармана
Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.
Граница атмосферы Земли
Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров.[3] Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.
Термосфера
Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008-2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.[4]
Термопауза
Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.
Экзосфера (сфера рассеяния)
Атмосферные слои до высоты 120 км
Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).
Используемая литература:
Сайты Интернета:
wikipedia.org/wiki/Атмосфера_Земли
starbolls.narod.ru/index.files/25n.htm
www.ronl.ru
Атмосфера Жердің ауа қабатын құрайды. Оның жоғарғы шекарасы аса анық емес. Жеке иондардын. шамамен 2000 км биіктікте де байқалатындығы белгілі болып отыр.Атмосфераның төменгі шекарасы — Жер беті болып саналады. Бірақ бұл шекара да дәл емес. Өйткені ауа Жердің ішкі қабаттарына да өте алады. Сонымен бірге ол мұхит және теңіз суларында да ерітінді түрінде кездеседі.
Атмосфера Жер бетіндегі өмірдің кепілі. Ол Жерді және Жер бетінде өмір сүретін органикалық дүниені ультракүлгін сәулелердің зиянды әсерінен, сонымен бірге ірілі-ұсақты метеориттердің бомбылауынан сақтайды. Атмосфераньщ өзі өте маңызды геологиялық агент (әсер) болып саналады. Ол тау жыныстарының үгілу процесінде ең басты роль атқарады.
Атмосфераның жалпы массасы ~ 5,15-105 т, басқаша айтқанда жер массасының миллионнан бір бөлігін құрайды. Атмосфера массасы-ныың көпшілігі (90%) жер бетінен 16 км-ге дейінгі аралыкты алып жатыр. 100 км-ден жоғары биіктікте жалпы атмосфералық ауа массасының миллионнан бір бөлігі ғана орналасқан, ал 30 км-ден жоғары қарай оның көлемі бір проценттен аспайды.
Атмосфера газдардың қоспасынан құралған. Соны-мен қатар, оның құрамында азда болса қосымша су буы мен шаң-тозаңдар да бірге кездеседі.
Атмосфераңың негізгі құрамы: азот (78,08%), оттегі (20,95%), аргон (0,93%), көмірқышқыл газы (0,03%) болып саналады. Олардың жалпы мөлшері 99,99%, ал қосымша компоненттердің, атап айтқанда озон, сутегі, инертті газдар (Не, Nе, Кг, Хе) және т. б. элементтердің мөлшері 0,01% Солардын, қатарында, өте аз мөлшерде каллоидты бөлшектер, яғни әр түрлі жолдармен пайда болған (ғарыштық және антропогендік) индустриялық түтін, атомдық жарылыс заттары және т. б. шаң-тозаңдар бірге кездеседі. Ауа қабатының ауыспалы және тез өзгергіш компоненттері — радиациялық озон, SО2 NО2 О2 NН3 (өндірістік) болып есептеледі.
Жер бетінде тоқтаусыз жүріп жатқан экзогендік геологиялық процестер үшін оттегі, көмірқышқыл газы және су буы өте маңызды роль атқарады. Оттегі әр түрлі табиғи заттардың тотығуын және организмдердің ауамен дем алысын (тынысын) қамтамасыз етеді. Ауа-ның құрамындағы озон (О3) атмосфера қабатының 70 км биіктігіне дейін кездеседі. Әсіресе 20—30 км биіктіктерде атмосфера құрамында озонның болуы, Жерді ультракүлгін және т. б. зиянды ғарыштық сәулелердің әсерінен сақтайды.
Атмосфераның аз болса да өте маңызды бір бөлігі — су буы болып саналады. Су буы бүкіл атмосфера көлемінің 3%-ін ғана алып жатады. Су буынын, көпшілігі ауа қабатының 3000 м-ден төменгі бөлігінде кездеседі, ал 10—15 км-ден жоғары қарай оның мөлшері жоқтың қасы деуге болады.
Ауа қабатының кейбір бөлігінде су булары әдеттегіден көбірек жиналған жағдайда конденсациялық процестерге байланысты бұлттар түзіледі. Кейінірек, олар су тамшыларына немесе мұз кристалдарына айналып, жауын-шашын (жаңбыр, қар және бұршақ) түрінде жерге қайта оралады.
Көмірқышқыл газы және су булары Жер бетіндегі температура шамасын реттеп отыратын регулятор ролін атқарады. Көмірқышқыл газы организмдердін, ыдырауы және олардьщ демалысы кезінде, сонымен қатар вулкандық атқылау процестері кезінде де бөлініп шығып, ауа қабатына қосылып отырады. Олардың көпшілігі өсімдіктердің дем алысына жұмсалады.
Ауа массасы әр уақытта да тоқталмас қозғалыс үстінде болады. Өйткені, Жер бетінің жеке аудандары, материктер мен мұхиттар әр түрлі ендіктерде әр түрлі мөлшерде қызу әрекеттеріне ұшырап отырады. Соның нәтижесінде және Қариолис күшіне байланысты периодты түрде қайталана соғып отыратын желдер (бриздер, муссондар, пассаттар), циклондар және антициклондар пайда болады. Ауа қабатының қозғалысы -Жер бетінің жеке аудандарының температуралық өзгерістеріне, басқаша айтқанда, ауа райының қалыптасуына тікелей әсер етеді.
Атмосфера температуралық ерекшеліктеріне қарай әр түрлі қабаттарға жіктеледі (III. 4-сурет). Атмосфераның төменгі бөлігі (полюстер тұсында 8—10 км; экватор тұсында 16—18 км)—тропосфера, одан жорарғы қабат (55 км-ге дейін) — стратосфера, келесі қабат (55 км-ден 80 км-ге дейін) — мезосфера, одан кейінгі қабат (80 км-ден 800 км-ге дейін) — термосфера, ең соңғы кабат (800 км-ден жоғары қарай) — экзосфера деп аталады, Қейде соңғы аталған қабаттарды (мезотермо мен экзосфера) ионосфера деп те атайды.
Геология үшін тропосфера қабатының маңызы ерекше, өйткені бұл қабат жер бетімен тікелей шекаралас. Сондықтан да тропо-сфера қабаты жер бетіндегі экзогендік геологиялык процестерге көп әсерін тигізеді. Жоғарыда айтылрандай газды компоненттердің және су буының, сонымен бірге шан-тозаңдардың көпшілік бөлігі тропосфера қабатында кездеседі. Бұл қабаттың төменгі жағында ор-таша жылдық температура +!5°С болып, ал биікке жоғарылаған сайын температура біртіндеп төмендей (шамамен әрбір километр сайын 6°С) бастайды. Тропосферанын, жоғары бөлігінде ауа температурасы 60°С-қа дейін (полярлы аймактарда), ал кейде 80°—85°С-қа дейін (экваториалды аймақтарда) төмендейді.
Тропосфера қабатындағы су булары ең алдымен бұлтқа, кейінірек жауын-шашынға айналады. Жер бетінде жауын-шашын барлық аудандарда бірдей болмайды. Егер жыл сайын жауын-шашын мөлшері Жер бетінен бура айналатын су мөлшерінен көп болса, ылғалды (гумидті) климат, ал керісінше су буының мөлшері жауын-шашыннан артық болған жағдайда құрғақ (аридты) климат қалыптасады.
Ауа қабатының үздіксіз козғалыста болуы тропосфераның ерекшелігі болып саналады. Ауа қабатының қозғалысы температуралық айырмашылыққа және ыстық ауа мен суық ауаның арасындағы тығыздық айырмашылықтарымен тікелей байланысты.
Стратосфера қабатында ауаның температурасы әрбір километр сайын ~ 1—2°С-қа біртіндеп жоғарылап отырады. Стратосфераның жоғарғы шекарасында температура шамасы 10°С-қа дейін жетеді. Температураның бұл артуы озон қабатымен, ал озонның пайда болуы ультракүлгін сәулелердің (Күн радиациясы кезінде бөлініп шығатын) оттегімен әрекеттесуіне байланысты деп саналады. Осындай жолмен пайда болған озон ультракүлгін сәулелердің жаңа үлесін өз бойына сіңіре отырып, жоғарғы қабаттарға жылу энергиясын бөліп шығарады. Сонымен, стратосфера қабатында тік және көлбеу бағытталған ауа қозғалысы ылғи байқалып отырады.
Мезосфера қабатында “күміс бұлттар” деп аталатын бұлт қабаттары пайда болады. Олар ылғи ~80—85 км биіктікте тұрақты түрде байқалып отырады. Неғұрлым биіктеген сайын температура шамасы төмендей түседі.
Термосферада температура шамасы қайтадан жоғарылай бастайды. Мысалы, 400 км биіктікте температура 1000—2000°С-қа дейін көтеріледі. Одан жоғары қарай температура тұрақты болып, өзгеріссіз қалады. Термосфера қабатында ауа ультракүлгін сәуле-лердің әсеріне байланысты ионданады (атомдар электрондарын жо-ғалтады), соның нәтижесінде электр тоғын өткізетін қасиетке ие болады.
Экзосфера құрамында жеңіл газдардың иондары басым болып, олар орасан-зор жылдамдықпен планетааралық кеңістікке ұшып кетіп жатады.
Ауаньщ қозғалысы екіге бөлінеді. Әдетте, жер бетінен бастап санағанда ауаның көлденен, бағыттағы қозғалысы жел деп, ал тік бағытталған қозғалысы ауа ағыны деп аталады. Олар көптеген жағдайда конвекциялық әрекеттерге байланысты туады.
Ауа қозғалысы атмосфера қысымының жиі өзгеруіне байланысты деп саналады. Оның себебі — Күн энергиясыньщ және Жердің өз осінен айналу жылдамдығының өзгеріп отыруы. Ауа қозғалысы негізінен жоғары қысымнан төменгі қысымға қарай бағытталады.
Жер бетіне жақын аудандарда ауа қозғалысы тұрақты, периодты (мезгіл-мезгіл) және периодсыз (мезгілсіз) болып ажыратылады.
Тұрақты желдер — пассаттар деп аталады. Олар экватор бойымен шығыстан батысқа қарай бағытталып планетарлық масштабта соғады.
Судың және құрлықтың жылыну жылдамдықтарыныя өзгеріс-теріне байланысты периодты түрде байқалатын ауа қозғалыстары туады. Олар — муссондар деп аталады. Муссондардың соғуы ауа температурасыньвд маусымға байланысты өзгерістеріне қарай соғады, олардың бағыты жаз айларында теңізден құрлыққа карай, ал қыс айларында құрлықтан тедізге қарай өзгеріп отырады. Ауа температурасының тәуліктік өзгерістері периодты түрде қайталана соғатын желдер (бриздер) туғызады. Олар күндіз теңізден құрлыққа, ал түнге қарай, керісінше құрлықтан теңізге қарай соғады. Периодты түрде қайталана соғатын желдердің қатарына таулы-жазықтық жерлерде байқалатын желдерді де жатқызуға болады. Олар таулы және жазық алкаптардың тәулік бойы әр түрлі жылдамдықпен жылынып-суынып отыратындығымен тікелей байланысты. Мұндай желдердін, бағыты күндіз жазық алқаптан тауға қарай, ал түнде таудан жазыққа қарай бағытталады.
Периодсыз соратын желдердің қатарына құйын, дауыл және циклондарды (тайфун, ураган) жатқызамыз.
Атмосфералық ірі құйындардың (циклондардың) диаметрі ондаған кейде жүздеген км-ге, ал биіктігі 10— 15 км-ге дейін жетеді. Олар солтүстік жарты шарда сағат тілінің қозғалыс бағытына карсы бағытта соғады. Циклондардың орталық бөлігіндегі ауа массасының қысымы өте аз болады.
Антициклондарда ауа массасының қозғалысы сағат тілінің бағыты бойымен соғады. Олардың орталық бөлігінде ауаның қысымы өте жоғары болады.
Циклондар кейде өте тез жылдамдықпен орын ауыстырып отырады, әсіресе тропикалық белдеулерде 200— 250 км/сағ жылдамдықпен қозғала отырып, көп зиян тигізеді.
Тұрақты желдер климаттың қалыптасуына үлкен әсер етеді.
Ауа райы және климат. Ауа райы деп белгілі бір ауданда бір маусымда байқалатын атмосфералық өзгерістерді айтады. Ауа райының қалыптасқан көп жылдық режимін сол аймақтын, климаты дейді.
Климат жағдайы жер бетіндегі экзогендік геологиялық процестердін, қарқынды дамуына үлкен әсерін тигізеді. Мысалы, ас тұзынын, және тас көмір қабаттарының немесе мұздық және желдік шөгінділердің пайда болуы және т. б. геологиялык әрекеттердің болу-болмауы
32
климат жағдайының ерекшеліктерімен тікелей байланысты.
Жер бетінің климат жағдайы, оның географиялық орнына тәуелді келеді.
В. П. Кеппеннің (1900—1936 ж. ж.) жіктеуі бойынша, климаттық белдеулер — А—ыстық, В—құрғақ, С— қоңырқай жылы, Д—қоңыржай суық, Е—суық болып бес топқа бөлінеді. Бұл жіктелу барлық елдерде кең таралған. Климат жардайының калыптасуына құрлық пен теңіздің қарым-қатынасы, бедер ерекшеліктері, өсімдік-тер жамылғысының болу-болмауы, тұрақты желдердің бағыты, ауаның ылғалдылығы, мұхиттар мен теңіздерде жылы немесе суық ағындарының болу-болмауы көп әсерін тигізеді. Тропикалық аймақтардың таулы аудандарында климат жағдайы вертикаль бағытта өзгеріп, алмасып отырады: төменде — ыстық, жоғарыда — бірқалыпты қоңыржай, ал ең жоғары биіктікте — суық болып келеді; жылы теніз ағындары бар болса, онда климат жағдайы суық белдеулердің өзінде де едәуір жұмсарып отырады. Қлимат температуралық және ылғалдық жағдайларына қарай гумидті (жоғары температуралы немесе бірқалыпты қоңыржай ылғалды), аридті (құрғақ және жылы), нивальды (ылғалды, суық) болып ажыратылады. Әр түрлі зоналардағы климат жағдайының ерекшеліктері геологиялық процестердің даму жылдамдығына әсер етеді. Әсіресе, минералдар мен тау жыныстарының үгілуі, ыдырауы, денудациялық құбылмалы әрекеттердің (желдің, судың, мұздың геологиялық қызметі) әсері климат жағдайына тікелей байланысты.
Жердің өткен тарихында оның суынуы мен жылынуы алма кезек ауысып отырған, соған сәйкес климаттық зоналар да өзгеріп келген. Ескі дәуірлердің климат жағдайын (палеоклиматты) зерттеп-білу геологтар үшін өте маңызды. Өйткені, көптеген пайдалы қазбалардың (тас көмір, тұздар, фосфорит, боксит, темір рудалары) құралуы климат жағдайларының өзіндік ерекшеліктерімен байланысты.
referattar.kazaksha.info
Реферат на тему:
Это статья об атмосфере Земли, существуют другие значения термина Атмосфера
Строение атмосферы
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. Также существует определение атмосферы как внешней геологической гзовой оболочки Земли.
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.
Толщина атмосферы — примерно 2000—3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (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 г/моль, 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.
Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.
Состав сухого воздуха
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (h3O) и углекислого газа (CO2).
| Азот | 78,084 | 75,50 |
| Кислород | 20,946 | 23,10 |
| Аргон | 0,932 | 1,286 |
| Вода | 0,5-4 | — |
| Углекислый газ | 0,0387 | 0,059 |
| Неон | 1,818×10−3 | 1,3×10−3 |
| Гелий | 4,6×10−4 | 7,2×10−5 |
| Метан | 1,7×10−4 | — |
| Криптон | 1,14×10−4 | 2,9×10−4 |
| Водород | 5×10−5 | 7,6×10−5 |
| Ксенон | 8,7×10−6 | — |
| Закись азота | 5×10−5 | 7,7×10−5 |
Кроме указанных в таблице[2] газов, в атмосфере содержатся SO2, Nh4, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).
Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м
Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.
Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её 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 около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).
Атмосфера Земли
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.
Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).
Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.
Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров.[3] Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.
Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008-2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.[4]
Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.
Атмосферные слои до высоты 120 км
Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).
До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~1500 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.
На высоте около 2000—3500 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 чрезвычайно разреженных пылевидных 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, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.
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 область 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.
Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад). На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).
Образование большого количества азота N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.
Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.
Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.
В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.
Содержание в атмосфере СО2 зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4×1012 тонн[1]) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ.
Источник инертных газов — аргона, гелия и криптона — вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство.
В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 20—30 лет количество СО2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.
Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов (СО, NO, SO2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO3 в верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Н2SO4) и сульфат аммония ((Nh5)2SO4) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(Ch4Ch3)4)).
Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.
wreferat.baza-referat.ru
