Strati dell'atmosfera e loro caratteristiche. Composizione chimica dell'atmosfera terrestre. Composizione dell'atmosfera terrestre in percentuale. Termosfera: atmosfera superiore

L'atmosfera terrestre è un guscio d'aria.

La presenza di una palla speciale sopra la superficie terrestre fu dimostrata dagli antichi greci, che chiamavano l'atmosfera una palla di vapore o gas.

Questa è una delle geosfere del pianeta, senza la quale l'esistenza di tutti gli esseri viventi non sarebbe possibile.

Dov'è l'atmosfera?

L'atmosfera circonda i pianeti con un denso strato d'aria, a partire dalla superficie terrestre. Entra in contatto con l'idrosfera, copre la litosfera, estendendosi lontano nello spazio.

In cosa consiste l'atmosfera?

Lo strato d'aria della Terra è costituito principalmente da aria, la cui massa totale raggiunge 5,3 * 1018 chilogrammi. Di queste, la parte malata è l’aria secca, e molto meno il vapore acqueo.

Sul mare la densità dell'atmosfera è di 1,2 chilogrammi per metro cubo. La temperatura nell'atmosfera può raggiungere –140,7 gradi, l'aria si dissolve nell'acqua a temperatura zero.

L'atmosfera è composta da diversi strati:

• Troposfera;
• tropopausa;
• Stratosfera e stratopausa;
• Mesosfera e mesopausa;
• Una linea speciale sopra il livello del mare chiamata linea Karman;
• Termosfera e termopausa;
• Zona di diffusione o esosfera.

Ogni strato ha le sue caratteristiche; sono interconnessi e garantiscono il funzionamento dell’involucro d’aria del pianeta.

Limiti dell'atmosfera

Il bordo più basso dell'atmosfera passa attraverso l'idrosfera e gli strati superiori della litosfera. Il limite superiore inizia nell'esosfera, che si trova a 700 chilometri dalla superficie del pianeta e raggiungerà 1,3 mila chilometri.

Secondo alcuni rapporti, l'atmosfera raggiunge i 10mila chilometri. Gli scienziati hanno convenuto che il limite superiore dello strato d'aria dovrebbe essere la linea Karman, poiché qui l'aeronautica non è più possibile.

Grazie a costanti studi in quest'area, gli scienziati hanno stabilito che l'atmosfera entra in contatto con la ionosfera ad un'altitudine di 118 chilometri.

Composizione chimica

Questo strato della Terra è costituito da gas e impurità gassose, che includono residui di combustione, sale marino, ghiaccio, acqua, polvere. La composizione e la massa dei gas presenti nell'atmosfera non cambiano quasi mai, cambia solo la concentrazione di acqua e anidride carbonica.

A seconda della latitudine, la composizione dell'acqua può variare dallo 0,2% al 2,5%. Ulteriori elementi sono cloro, azoto, zolfo, ammoniaca, carbonio, ozono, idrocarburi, acido cloridrico, acido fluoridrico, acido bromidrico, acido iodidrico.

Una parte separata è occupata dal mercurio, dallo iodio, dal bromo e dall'ossido nitrico. Inoltre, nella troposfera si trovano particelle liquide e solide chiamate aerosol. Uno dei gas più rari del pianeta, il radon, si trova nell'atmosfera.

In termini di composizione chimica, l'azoto occupa più del 78% dell'atmosfera, l'ossigeno - quasi il 21%, l'anidride carbonica - 0,03%, l'argon - quasi l'1%, la quantità totale della sostanza è inferiore allo 0,01%. Questa composizione dell'aria si è formata quando il pianeta è emerso per la prima volta e ha iniziato a svilupparsi.

Con l'avvento dell'uomo, che passò gradualmente alla produzione, la composizione chimica cambiò. In particolare, la quantità di anidride carbonica è in costante aumento.

Funzioni dell'atmosfera

I gas nello strato d'aria svolgono una varietà di funzioni. Innanzitutto assorbono i raggi e l'energia radiante. In secondo luogo, influenzano la formazione della temperatura nell'atmosfera e sulla Terra. In terzo luogo, assicura la vita e il suo corso sulla Terra.

Inoltre, questo strato fornisce la termoregolazione, che determina il tempo e il clima, la modalità di distribuzione del calore e la pressione atmosferica. La troposfera aiuta a regolare i flussi masse d'aria, determinare il movimento dell'acqua, i processi di scambio termico.

L'atmosfera interagisce costantemente con la litosfera e l'idrosfera, fornendo processi geologici. La funzione più importante è quella di fornire protezione dalla polvere di origine meteoritica, dall'influenza dello spazio e del sole.

Dati

• L'ossigeno è fornito sulla Terra dalla decomposizione della materia organica nella roccia solida, che è molto importante durante le emissioni, la decomposizione delle rocce e l'ossidazione degli organismi.
• L'anidride carbonica favorisce la fotosintesi e contribuisce anche alla trasmissione delle onde corte della radiazione solare e all'assorbimento delle onde termiche lunghe. Se ciò non accade, si osserva il cosiddetto effetto serra.
• Uno dei principali problemi associati all'atmosfera è l'inquinamento, dovuto al funzionamento delle fabbriche e alle emissioni delle automobili. Pertanto, molti paesi hanno introdotto controlli ambientali speciali e, a livello internazionale, si stanno adottando meccanismi speciali per regolare le emissioni e l'effetto serra.

Al livello del mare 1013,25 hPa (circa 760 mmHg). La temperatura media globale dell'aria sulla superficie terrestre è di 15°C, con temperature che variano da circa 57°C nei deserti subtropicali a -89°C in Antartide. La densità e la pressione dell'aria diminuiscono con l'altezza secondo una legge quasi esponenziale.

La struttura dell'atmosfera. Verticalmente, l'atmosfera ha una struttura a strati, determinata principalmente dalle caratteristiche della distribuzione verticale della temperatura (figura), che dipende dalla posizione geografica, dalla stagione, dall'ora del giorno e così via. Lo strato inferiore dell'atmosfera - la troposfera - è caratterizzato da un calo della temperatura con l'altezza (di circa 6°C per 1 km), la sua altezza va da 8-10 km alle latitudini polari a 16-18 km ai tropici. A causa della rapida diminuzione della densità dell'aria con l'altezza, circa l'80% della massa totale dell'atmosfera si trova nella troposfera. Al di sopra della troposfera si trova la stratosfera, uno strato generalmente caratterizzato da un aumento della temperatura con l'altezza. Lo strato di transizione tra la troposfera e la stratosfera è chiamato tropopausa. Nella bassa stratosfera, fino a una quota di circa 20 km, la temperatura cambia poco con l'altezza (la cosiddetta regione isotermica) e spesso diminuisce anche leggermente. Al di sopra di ciò, la temperatura aumenta a causa dell'assorbimento della radiazione UV del Sole da parte dell'ozono, inizialmente lentamente e più velocemente a partire da un livello di 34-36 km. Il limite superiore della stratosfera - la stratopausa - si trova ad un'altitudine di 50-55 km, corrispondente alla temperatura massima (260-270 K). Lo strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine di 55-85 km, dove la temperatura scende nuovamente con l'altezza, è chiamato mesosfera; al suo limite superiore - la mesopausa - la temperatura raggiunge i 150-160 K in estate, e 200-230 K in inverno Sopra la mesopausa inizia la termosfera, uno strato caratterizzato da un rapido aumento della temperatura, che raggiunge 800-1200 K ad un'altitudine di 250 km Nella termosfera vengono assorbite le radiazioni corpuscolari e dei raggi X del Sole, le meteore vengono rallentate e bruciate, quindi agisce come uno strato protettivo della Terra. Ancora più alta è l'esosfera, da dove i gas atmosferici vengono dispersi nello spazio per dissipazione e dove avviene una transizione graduale dall'atmosfera allo spazio interplanetario.

Composizione atmosferica. Fino ad una quota di circa 100 km l'atmosfera è pressoché omogenea nella composizione chimica ed il peso molecolare medio dell'aria (circa 29) è costante. In prossimità della superficie terrestre, l'atmosfera è costituita da azoto (circa 78,1% in volume) e ossigeno (circa 20,9%), e contiene anche piccole quantità di argon, anidride carbonica (anidride carbonica), neon e altri componenti permanenti e variabili (vedi Aria ).

Inoltre l'atmosfera contiene piccole quantità di ozono, ossidi di azoto, ammoniaca, radon, ecc. Il contenuto relativo dei principali componenti dell'aria è costante nel tempo ed uniforme nelle diverse aree geografiche. Il contenuto di vapore acqueo e di ozono è variabile nello spazio e nel tempo; Nonostante il loro basso contenuto, il loro ruolo nei processi atmosferici è molto significativo.

Al di sopra dei 100-110 km avviene la dissociazione delle molecole di ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo, per cui la massa molecolare dell'aria diminuisce. Ad un'altitudine di circa 1000 km, i gas leggeri - elio e idrogeno - iniziano a predominare, e ancora più in alto l'atmosfera terrestre si trasforma gradualmente in gas interplanetario.

La componente variabile più importante dell'atmosfera è il vapore acqueo, che entra nell'atmosfera attraverso l'evaporazione dalla superficie dell'acqua e dal suolo umido, nonché attraverso la traspirazione delle piante. Il contenuto relativo di vapore acqueo varia sulla superficie terrestre dal 2,6% ai tropici allo 0,2% alle latitudini polari. Cade rapidamente con l'altezza, diminuendo della metà già ad un'altitudine di 1,5-2 km. La colonna verticale dell'atmosfera alle latitudini temperate contiene circa 1,7 cm di “strato di acqua precipitata”. Quando il vapore acqueo si condensa, si formano le nuvole, da cui cadono le precipitazioni atmosferiche sotto forma di pioggia, grandine e neve.

Una componente importante dell'aria atmosferica è l'ozono, concentrato per il 90% nella stratosfera (tra 10 e 50 km), di cui circa il 10% nella troposfera. L'ozono fornisce l'assorbimento della radiazione UV dura (con una lunghezza d'onda inferiore a 290 nm), e questo è il suo ruolo protettivo per la biosfera. I valori del contenuto totale di ozono variano a seconda della latitudine e della stagione nell'intervallo da 0,22 a 0,45 cm (lo spessore dello strato di ozono a pressione p = 1 atm e temperatura T = 0°C). Nei buchi dell'ozono osservati in primavera in Antartide dall'inizio degli anni '80, il contenuto di ozono può scendere fino a 0,07 cm, aumenta dall'equatore ai poli e ha un ciclo annuale con un massimo in primavera e un minimo in autunno, e l'ampiezza del il ciclo annuale è piccolo ai tropici e cresce verso le alte latitudini. Una componente variabile significativa dell'atmosfera è l'anidride carbonica, il cui contenuto nell'atmosfera è aumentato del 35% negli ultimi 200 anni, il che è dovuto principalmente al fattore antropico. È latitudinale e variabilità stagionale, associato alla fotosintesi delle piante e alla solubilità nell'acqua di mare (secondo la legge di Henry, la solubilità di un gas nell'acqua diminuisce all'aumentare della temperatura).

Ruolo importante L’aerosol atmosferico – particelle solide e liquide sospese nell’aria con dimensioni che vanno da diversi nm a decine di micron – svolge un ruolo nel modellare il clima del pianeta. Esistono aerosol di origine naturale e antropica. L'aerosol si forma nel processo di reazioni in fase gassosa dai prodotti della vita vegetale e dell'attività economica umana, eruzioni vulcaniche, a seguito della polvere che si solleva dal vento dalla superficie del pianeta, in particolare dalle sue regioni desertiche, ed è anche formato dalla polvere cosmica che cade negli strati superiori dell'atmosfera. La maggior parte dell'aerosol è concentrato nella troposfera; l'aerosol proveniente dalle eruzioni vulcaniche forma il cosiddetto strato Junge ad un'altitudine di circa 20 km. La maggior quantità di aerosol di origine antropica entra nell'atmosfera a causa del funzionamento di veicoli e centrali termoelettriche, produzione chimica, combustione di carburante, ecc. Pertanto, in alcune aree la composizione dell'atmosfera è notevolmente diversa dall'aria ordinaria, che richiedeva l'aria creazione di un apposito servizio di osservazione e monitoraggio del livello di inquinamento atmosferico.

Evoluzione dell'atmosfera. L'atmosfera moderna è apparentemente di origine secondaria: si è formata dai gas rilasciati dal guscio solido della Terra dopo che la formazione del pianeta fu completata circa 4,5 miliardi di anni fa. Nel corso della storia geologica della Terra, l'atmosfera ha subito cambiamenti significativi nella sua composizione sotto l'influenza di una serie di fattori: dissipazione (volatilizzazione) dei gas, principalmente quelli più leggeri, nello spazio; rilascio di gas dalla litosfera a seguito dell'attività vulcanica; reazioni chimiche tra le componenti dell’atmosfera e le rocce che compongono la crosta terrestre; reazioni fotochimiche nell'atmosfera stessa sotto l'influenza della radiazione UV solare; accrescimento (cattura) di materia dal mezzo interplanetario (ad esempio, materia meteorica). Lo sviluppo dell'atmosfera è strettamente legato ai processi geologici e geochimici e, negli ultimi 3-4 miliardi di anni, anche all'attività della biosfera. Una parte significativa dei gas che compongono l'atmosfera moderna (azoto, anidride carbonica, vapore acqueo) è nata durante l'attività vulcanica e l'intrusione, che li ha trasportati dalle profondità della Terra. L'ossigeno è apparso in quantità apprezzabili circa 2 miliardi di anni fa a seguito dell'attività di organismi fotosintetici originatisi originariamente in acque superficiali oceano.

Sulla base dei dati sulla composizione chimica dei depositi di carbonato, sono state ottenute stime della quantità di anidride carbonica e ossigeno nell'atmosfera del passato geologico. Durante il Fanerozoico (gli ultimi 570 milioni di anni di storia della Terra), la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera variava ampiamente a seconda del livello di attività vulcanica, della temperatura dell'oceano e del tasso di fotosintesi. Per la maggior parte di questo tempo, la concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera era significativamente più alta di oggi (fino a 10 volte). La quantità di ossigeno nell'atmosfera del Fanerozoico è cambiata in modo significativo, con una tendenza prevalente al suo aumento. Nell'atmosfera precambriana, la massa di anidride carbonica era, di regola, maggiore e la massa di ossigeno era inferiore rispetto all'atmosfera fanerozoica. Le fluttuazioni nella quantità di anidride carbonica hanno avuto un impatto significativo sul clima in passato, aumentando l'effetto serra con l'aumento delle concentrazioni di anidride carbonica, rendendo il clima molto più caldo in tutta la parte principale del Fanerozoico rispetto all'era moderna.

Atmosfera e vita. Senza atmosfera, la Terra sarebbe un pianeta morto. La vita organica si verifica in stretta interazione con l'atmosfera e il clima e il tempo ad essa associati. Insignificante in massa rispetto al pianeta nel suo complesso (circa una parte su un milione), l'atmosfera è una condizione indispensabile per tutte le forme di vita. I gas atmosferici più importanti per la vita degli organismi sono l'ossigeno, l'azoto, il vapore acqueo, l'anidride carbonica e l'ozono. Quando l’anidride carbonica viene assorbita dalle piante fotosintetiche, si crea materia organica, che viene utilizzata come fonte di energia dalla stragrande maggioranza degli esseri viventi, compreso l’uomo. L'ossigeno è necessario per l'esistenza degli organismi aerobici, per i quali il flusso di energia è fornito dalle reazioni di ossidazione della materia organica. L'azoto, assimilato da alcuni microrganismi (fissatori di azoto), è necessario per la nutrizione minerale delle piante. L’ozono, che assorbe la forte radiazione UV del Sole, indebolisce significativamente questa parte della radiazione solare dannosa per la vita. La condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera, la formazione delle nubi e le conseguenti precipitazioni forniscono alla terra l'acqua, senza la quale non è possibile alcuna forma di vita. L'attività vitale degli organismi nell'idrosfera è in gran parte determinata dalla quantità e dalla composizione chimica dei gas atmosferici disciolti nell'acqua. Poiché la composizione chimica dell'atmosfera dipende in modo significativo dalle attività degli organismi, la biosfera e l'atmosfera possono essere considerate come parte integrante sistema unificato, il cui mantenimento ed evoluzione (vedi Cicli biogeochimici) è stato di grande importanza per modificare la composizione dell'atmosfera nel corso della storia della Terra come pianeta.

Radiazione, termica e equilibri idrici atmosfera. La radiazione solare è praticamente l'unica fonte di energia per tutti i processi fisici nell'atmosfera. caratteristica principale regime di radiazione dell'atmosfera - il cosiddetto effetto serra: l'atmosfera trasmette abbastanza bene la radiazione solare alla superficie terrestre, ma assorbe attivamente la radiazione termica a onde lunghe dalla superficie terrestre, parte della quale ritorna in superficie sotto forma di contatore radiazione, compensando la perdita di calore radiativo dalla superficie terrestre (vedi Radiazione atmosferica). In assenza di atmosfera temperatura media la superficie terrestre sarebbe -18°C, in realtà sono 15°C. La radiazione solare in arrivo viene parzialmente (circa il 20%) assorbita nell'atmosfera (principalmente da vapore acqueo, gocce d'acqua, anidride carbonica, ozono e aerosol) ed è anche diffusa (circa il 7%) da particelle di aerosol e fluttuazioni di densità (scattering Rayleigh) . La radiazione totale che raggiunge la superficie terrestre viene parzialmente riflessa (circa il 23%) da essa. Il coefficiente di riflettanza è determinato dalla riflettività della superficie sottostante, il cosiddetto albedo. In media, l'albedo terrestre per il flusso integrale della radiazione solare è vicino al 30%. Varia da pochi punti percentuali (terreni asciutti e terreni neri) al 70-90% per la neve fresca. Lo scambio termico radiativo tra la superficie terrestre e l'atmosfera dipende in modo significativo dall'albedo ed è determinato dalla radiazione effettiva della superficie terrestre e dalla controradiazione dell'atmosfera da essa assorbita. La somma algebrica dei flussi di radiazione che entrano nell'atmosfera terrestre dallo spazio e ne escono indietro è chiamata bilancio della radiazione.

Le trasformazioni della radiazione solare dopo il suo assorbimento da parte dell'atmosfera e della superficie terrestre determinano il bilancio termico della Terra come pianeta. La principale fonte di calore per l'atmosfera è la superficie terrestre; il calore che ne deriva viene trasferito non solo sotto forma di radiazione a onde lunghe, ma anche per convezione e viene rilasciato anche durante la condensazione del vapore acqueo. Le quote di questi afflussi di calore sono in media rispettivamente del 20%, 7% e 23%. Qui viene aggiunto anche circa il 20% del calore a causa dell'assorbimento della radiazione solare diretta. Il flusso di radiazione solare per unità di tempo attraverso una singola area perpendicolare ai raggi solari e situata al di fuori dell'atmosfera ad una distanza media dalla Terra al Sole (la cosiddetta costante solare) è pari a 1367 W/m2, le variazioni sono 1-2 W/m2 a seconda del ciclo di attività solare. Con un’albedo planetario di circa il 30%, l’afflusso globale medio nel tempo di energia solare sul pianeta è di 239 W/m2. Poiché la Terra come pianeta emette in media la stessa quantità di energia nello spazio, secondo la legge di Stefan-Boltzmann, la temperatura effettiva della radiazione termica a onde lunghe in uscita è di 255 K (-18 ° C). Allo stesso tempo, la temperatura media della superficie terrestre è di 15°C. La differenza di 33°C è dovuta all'effetto serra.

Il bilancio idrico dell'atmosfera corrisponde generalmente all'uguaglianza tra la quantità di umidità evaporata dalla superficie terrestre e la quantità di precipitazioni che cadono sulla superficie terrestre. L'atmosfera sopra gli oceani riceve più umidità dai processi di evaporazione che sulla terraferma e ne perde il 90% sotto forma di precipitazioni. Il vapore acqueo in eccesso sugli oceani viene trasportato verso i continenti dalle correnti d'aria. La quantità di vapore acqueo trasferito nell’atmosfera dagli oceani ai continenti è pari al volume dei fiumi che sfociano negli oceani.

Movimento dell'aria. La Terra è sferica, quindi alle sue alte latitudini raggiunge molta meno radiazione solare rispetto ai tropici. Di conseguenza, si creano grandi contrasti di temperatura tra le latitudini. La distribuzione della temperatura è influenzata in modo significativo anche dalle posizioni relative degli oceani e dei continenti. A causa della grande massa acque oceaniche e l’elevata capacità termica dell’acqua, le fluttuazioni stagionali della temperatura superficiale dell’oceano sono molto inferiori rispetto a quelle sulla terraferma. A questo proposito, alle medie e alte latitudini, la temperatura dell'aria sugli oceani in estate è notevolmente inferiore rispetto ai continenti e in inverno è più elevata.

Riscaldamento non uniforme dell'atmosfera in diverse aree globo provoca una distribuzione spazialmente disomogenea della pressione atmosferica. Al livello del mare, la distribuzione della pressione è caratterizzata da valori relativamente bassi in prossimità dell’equatore, aumenti nelle zone subtropicali (fasce di alta pressione) e diminuzioni alle medie e alte latitudini. Allo stesso tempo, sui continenti delle latitudini extratropicali, la pressione aumenta solitamente in inverno e diminuisce in estate, il che è associato alla distribuzione della temperatura. Sotto l'influenza del gradiente di pressione, l'aria subisce un'accelerazione diretta dalle aree di alta pressione verso aree di bassa pressione, che porta al movimento delle masse d'aria. Le masse d'aria in movimento sono influenzate anche dalla forza deviante della rotazione terrestre (forza di Coriolis), dalla forza di attrito, che diminuisce con l'altezza, e, per le traiettorie curve, dalla forza centrifuga. Grande importanza ha una miscelazione turbolenta dell'aria (vedi Turbolenza nell'atmosfera).

Un complesso sistema di correnti d'aria (circolazione atmosferica generale) è associato alla distribuzione della pressione planetaria. Nel piano meridionale si possono tracciare in media due o tre cellule di circolazione meridionale. Vicino all'equatore, l'aria calda sale e scende nelle zone subtropicali, formando una cella di Hadley. Lì scende anche l'aria della cella di Ferrell inversa. Alle alte latitudini è spesso visibile una cellula polare diritta. Le velocità di circolazione meridionale sono dell'ordine di 1 m/s o meno. A causa della forza di Coriolis, nella maggior parte dell'atmosfera si osservano venti occidentali con velocità nella media troposfera di circa 15 m/s. Esistono sistemi eolici relativamente stabili. Questi includono gli alisei: venti che soffiano dalle zone di alta pressione nelle regioni subtropicali verso l'equatore con una notevole componente orientale (da est a ovest). I monsoni sono abbastanza stabili: correnti d'aria che hanno un carattere stagionale ben definito: soffiano dall'oceano alla terraferma in estate e nella direzione opposta in inverno. I monsoni dell'Oceano Indiano sono particolarmente regolari. Alle medie latitudini il movimento delle masse d'aria è prevalentemente verso ovest (da ovest verso est). Questa è una zona di fronti atmosferici su cui sorgono grandi vortici: cicloni e anticicloni, che coprono molte centinaia e persino migliaia di chilometri. I cicloni si verificano anche ai tropici; qui si distinguono per le dimensioni più piccole, ma per le velocità del vento molto elevate che raggiungono la forza di un uragano (33 m/s o più), il cosiddetto cicloni tropicali. Nell'Atlantico e in Oriente l'oceano Pacifico sono chiamati uragani e nell'Oceano Pacifico occidentale - tifoni. Nella troposfera superiore e nella stratosfera inferiore, nelle aree che separano la cella di circolazione meridionale di Hadley diretta e la cella di Ferrell inversa, relativamente strette, larghe centinaia di chilometri, si osservano spesso correnti a getto con confini nettamente definiti, all'interno delle quali il vento raggiunge i 100-150 e anche 200 m/ Con.

Clima e meteo. La differenza nella quantità di radiazione solare che arriva a diverse latitudini sulla superficie terrestre, che varia nelle sue proprietà fisiche, determina la diversità dei climi terrestri. Dall'equatore alle latitudini tropicali, la temperatura dell'aria sulla superficie terrestre è in media di 25-30°C e varia poco durante l'anno. IN cintura equatoriale Di solito ci sono molte precipitazioni, che creano condizioni di umidità in eccesso lì. Nelle zone tropicali le precipitazioni diminuiscono e in alcune zone diventano molto scarse. Ecco i vasti deserti della Terra.

Nelle latitudini subtropicali e medie, la temperatura dell'aria varia in modo significativo durante tutto l'anno e la differenza tra le temperature estive e quelle invernali è particolarmente ampia nelle aree dei continenti lontane dagli oceani. Sì, in alcune zone Siberia orientale L'escursione termica annuale dell'aria raggiunge i 65°C. Le condizioni di umidificazione a queste latitudini sono molto diverse, dipendono principalmente dal regime della circolazione atmosferica generale e variano notevolmente di anno in anno.

Alle latitudini polari la temperatura rimane bassa tutto l'anno, anche se vi è una notevole variazione stagionale. Ciò contribuisce alla diffusa distribuzione della copertura di ghiaccio sugli oceani, sulle terre emerse e sul permafrost, che occupa oltre il 65% della sua superficie in Russia, principalmente in Siberia.

Negli ultimi decenni i cambiamenti sono diventati sempre più evidenti clima globale. Le temperature aumentano maggiormente alle alte latitudini che alle basse latitudini; più in inverno che in estate; più di notte che di giorno. Nel corso del XX secolo, la temperatura media annuale dell'aria sulla superficie terrestre in Russia è aumentata di 1,5-2°C, e in alcune zone della Siberia si è osservato un aumento di diversi gradi. Ciò è associato ad un aumento dell'effetto serra dovuto all'aumento della concentrazione di gas in tracce.

Il tempo è determinato dalle condizioni di circolazione atmosferica e posizione geografica terreno, è più stabile ai tropici e più variabile alle medie e alte latitudini. Il tempo cambia soprattutto nelle zone di cambiamento delle masse d'aria causate dal passaggio di fronti atmosferici, cicloni e anticicloni che trasportano precipitazioni e aumento dei venti. I dati per le previsioni meteorologiche vengono raccolti presso stazioni meteorologiche a terra, navi e aerei e da satelliti meteorologici. Vedi anche Meteorologia.

Fenomeni ottici, acustici ed elettrici nell'atmosfera. Quando la radiazione elettromagnetica si propaga nell'atmosfera, a causa della rifrazione, assorbimento e diffusione della luce da parte dell'aria e di varie particelle (aerosol, cristalli di ghiaccio, gocce d'acqua), si verificano diversi fenomeni ottici: arcobaleni, corone, aloni, miraggio, ecc. la dispersione della luce determina l'altezza apparente della volta celeste e il colore azzurro del cielo. Il raggio di visibilità degli oggetti è determinato dalle condizioni di propagazione della luce nell'atmosfera (vedi Visibilità atmosferica). La trasparenza dell’atmosfera a diverse lunghezze d’onda determina il raggio di comunicazione e la capacità di rilevare oggetti con strumenti, inclusa la possibilità di osservazioni astronomiche dalla superficie terrestre. Per gli studi sulle disomogeneità ottiche della stratosfera e della mesosfera, il fenomeno crepuscolare gioca un ruolo importante. Ad esempio, fotografare il crepuscolo da un veicolo spaziale rende possibile rilevare gli strati di aerosol. Le caratteristiche della propagazione della radiazione elettromagnetica nell'atmosfera determinano l'accuratezza dei metodi per il telerilevamento dei suoi parametri. Tutte queste domande, così come molte altre, sono studiate dall'ottica atmosferica. La rifrazione e la diffusione delle onde radio determinano le possibilità di ricezione radio (vedi Propagazione delle onde radio).

La propagazione del suono nell'atmosfera dipende dalla distribuzione spaziale della temperatura e dalla velocità del vento (vedi Acustica atmosferica). È interessante per il rilevamento atmosferico con metodi remoti. Le esplosioni di cariche lanciate da razzi nell'alta atmosfera hanno fornito ricche informazioni sui sistemi eolici e sulle variazioni di temperatura nella stratosfera e nella mesosfera. In un'atmosfera stabilmente stratificata, quando la temperatura diminuisce con l'altezza più lentamente del gradiente adiabatico (9,8 K/km), si formano le cosiddette onde interne. Queste onde possono propagarsi verso l’alto nella stratosfera e persino nella mesosfera, dove si attenuano, contribuendo ad aumentare i venti e le turbolenze.

La carica negativa della Terra e il risultante campo elettrico L'atmosfera, insieme alla ionosfera e alla magnetosfera caricate elettricamente, crea un circuito elettrico globale. La formazione delle nuvole e l'elettricità temporalesca svolgono un ruolo importante in questo. Il pericolo delle scariche di fulmini ha reso necessario lo sviluppo di metodi di protezione contro i fulmini per edifici, strutture, linee elettriche e comunicazioni. Questo fenomeno rappresenta un pericolo particolare per l'aviazione. Le scariche dei fulmini causano interferenze radio atmosferiche, chiamate atmosfere (vedi Atmosfere sibilanti). Durante un forte aumento dell'intensità del campo elettrico, si osservano scariche luminose che appaiono sulle punte e sugli angoli acuti degli oggetti che sporgono sopra la superficie terrestre, sulle singole vette delle montagne, ecc. (Luci Elma). L'atmosfera contiene sempre una quantità molto variabile di ioni leggeri e pesanti, a seconda delle condizioni specifiche, che determinano la conduttività elettrica dell'atmosfera. I principali ionizzatori dell'aria vicino alla superficie terrestre sono le radiazioni delle sostanze radioattive contenute nella crosta e nell'atmosfera terrestre, nonché i raggi cosmici. Vedi anche Elettricità atmosferica.

Influenza umana sull'atmosfera. Negli ultimi secoli si è assistito ad un aumento della concentrazione di gas serra nell’atmosfera dovuto alle attività economiche umane. La percentuale di anidride carbonica è aumentata da 2,8-10 2 duecento anni fa a 3,8-10 2 nel 2005, il contenuto di metano - da 0,7-10 1 circa 300-400 anni fa a 1,8-10 -4 all'inizio del 21 secolo; circa il 20% dell'aumento dell'effetto serra nell'ultimo secolo è dovuto ai freon, praticamente assenti nell'atmosfera fino alla metà del XX secolo. Queste sostanze sono riconosciute come dannose per l’ozono stratosferico e la loro produzione è vietata dal Protocollo di Montreal del 1987. L'aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera è causato dalla combustione di quantità sempre maggiori di carbone, petrolio, gas e altri tipi di combustibili derivanti dal carbonio, nonché dal disboscamento delle foreste, con conseguente assorbimento di anidride carbonica l'anidride carbonica attraverso la fotosintesi diminuisce. La concentrazione di metano aumenta con l'aumento della produzione di petrolio e gas (a causa delle sue perdite), nonché con l'espansione delle coltivazioni di riso e con l'aumento del numero di animali di grandi dimensioni. bestiame. Tutto ciò contribuisce al riscaldamento climatico.

Per cambiare il tempo, sono stati sviluppati metodi per influenzare attivamente i processi atmosferici. Vengono utilizzati per proteggere le piante agricole dalla grandine disperdendo speciali reagenti nelle nubi temporalesche. Esistono anche metodi per disperdere la nebbia negli aeroporti, proteggere le piante dal gelo, influenzare le nuvole per aumentare le precipitazioni nelle aree desiderate o per disperdere le nuvole durante eventi pubblici.

Studio dell'atmosfera. Le informazioni sui processi fisici nell'atmosfera si ottengono principalmente dalle osservazioni meteorologiche, che vengono effettuate da una rete globale di stazioni e postazioni meteorologiche permanentemente operative situate in tutti i continenti e su molte isole. Le osservazioni giornaliere forniscono informazioni sulla temperatura e l'umidità dell'aria, pressione atmosferica e precipitazioni, nuvolosità, vento, ecc. Le osservazioni della radiazione solare e delle sue trasformazioni vengono effettuate presso stazioni attinometriche. Di grande importanza per lo studio dell'atmosfera sono le reti di stazioni aerologiche, nelle quali vengono effettuate misurazioni meteorologiche fino ad un'altitudine di 30-35 km utilizzando radiosonde. In numerose stazioni vengono effettuate osservazioni dell'ozono atmosferico, dei fenomeni elettrici nell'atmosfera e della composizione chimica dell'aria.

I dati provenienti dalle stazioni di terra sono integrati dalle osservazioni sugli oceani, dove operano le "navi meteorologiche", costantemente localizzate in alcune aree dell'Oceano Mondiale, nonché dalle informazioni meteorologiche ricevute dalla ricerca e da altre navi.

Negli ultimi decenni, una quantità crescente di informazioni sull’atmosfera è stata ottenuta utilizzando i satelliti meteorologici, che trasportano strumenti per fotografare le nuvole e misurare i flussi di radiazioni ultraviolette, infrarosse e microonde provenienti dal Sole. I satelliti consentono di ottenere informazioni sui profili verticali di temperatura, nuvolosità e approvvigionamento idrico, elementi del bilancio radiativo dell'atmosfera, temperatura della superficie dell'oceano, ecc. Utilizzando le misurazioni della rifrazione dei segnali radio da un sistema di satelliti di navigazione, esso è possibile determinare profili verticali di densità, pressione e temperatura, nonché il contenuto di umidità nell'atmosfera. Con l'aiuto dei satelliti è diventato possibile chiarire il valore della costante solare e dell'albedo planetario della Terra, costruire mappe del bilancio radiativo del sistema Terra-atmosfera, misurare il contenuto e la variabilità dei piccoli inquinanti atmosferici e risolvere molti altri problemi di fisica atmosferica e di monitoraggio ambientale.

Lett.: Budyko M.I. Il clima nel passato e nel futuro. L., 1980; Matveev L. T. Corso di meteorologia generale. Fisica dell'atmosfera. 2a ed. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Storia dell'atmosfera. L., 1985; Khrgian A. Kh. Fisica dell'atmosfera. M., 1986; Atmosfera: Directory. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologia e climatologia. 5a ed. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.

>> L'atmosfera terrestre

Descrizione L'atmosfera terrestre per bambini di tutte le età: di cosa è fatta l'aria, la presenza di gas, strati con foto, clima e meteo del terzo pianeta del sistema solare.

Per i più piccoliÈ già noto che la Terra è l'unico pianeta del nostro sistema ad avere un'atmosfera vitale. La coperta di gas non solo è ricca di aria, ma ci protegge anche dal calore eccessivo e dalle radiazioni solari. Importante spiegare ai bambini che il sistema è progettato incredibilmente bene, perché permette alla superficie di riscaldarsi durante il giorno e raffreddarsi di notte, mantenendo un equilibrio accettabile.

Inizio spiegazione per i bambiniè possibile perché il globo dell’atmosfera terrestre si estende per oltre 480 km, ma la maggior parte si trova a 16 km dalla superficie. Maggiore è l'altitudine, minore è la pressione. Se prendiamo il livello del mare, la pressione è di 1 kg per centimetro quadrato. Ma a un'altitudine di 3 km cambierà: 0,7 kg per centimetro quadrato. Naturalmente, in tali condizioni è più difficile respirare ( bambini potresti sentirlo se mai andassi a fare un'escursione in montagna).

Composizione dell'aria terrestre - spiegazione per i bambini

Tra i gas ci sono:

• Azoto – 78%.
• Ossigeno – 21%.
• Argon – 0,93%.
• Anidride carbonica – 0,038%.
• Sono presenti anche vapore acqueo e altre impurità gassose in piccole quantità.

Strati atmosferici della Terra - spiegazione per i bambini

Genitori o insegnanti A scuola Ricordiamo che l'atmosfera terrestre è divisa in 5 livelli: esosfera, termosfera, mesosfera, stratosfera e troposfera. Con ogni strato, l'atmosfera si dissolve sempre di più finché i gas non si disperdono finalmente nello spazio.

La troposfera è la più vicina alla superficie. Con uno spessore di 7-20 km, costituisce la metà dell'atmosfera terrestre. Quanto più ci si avvicina alla Terra, tanto più l’aria si riscalda. Quasi tutto il vapore acqueo e la polvere vengono raccolti qui. I bambini potrebbero non essere sorpresi che le nuvole galleggino a questo livello.

La stratosfera parte dalla troposfera e si eleva a 50 km sopra la superficie. Qui c'è molto ozono, che riscalda l'atmosfera e protegge dalle radiazioni solari dannose. L'aria è 1000 volte più rarefatta che al di sopra del livello del mare ed è insolitamente secca. Ecco perché qui gli aerei si sentono benissimo.

Mesosfera: da 50 km a 85 km sopra la superficie. Il picco è chiamato mesopausa ed è il luogo più fresco nell'atmosfera terrestre (-90°C). È molto difficile da esplorare perché gli aerei a reazione non possono arrivarci e l'altitudine orbitale dei satelliti è troppo alta. Gli scienziati sanno solo che è qui che bruciano le meteore.

Termosfera: 90 km e tra 500-1000 km. La temperatura raggiunge i 1500°C. È considerato parte dell'atmosfera terrestre, ma è importante spiegare ai bambini che la densità dell'aria qui è così bassa che la maggior parte di essa è già percepita come spazio esterno. In effetti, è qui che si trovano le navette spaziali e l'Internazionale stazione Spaziale. Inoltre, qui si formano le aurore. Le particelle cosmiche cariche entrano in contatto con gli atomi e le molecole della termosfera, trasferendoli a un livello energetico più elevato. Grazie a ciò, vediamo questi fotoni di luce sotto forma di aurora.

L'esosfera è lo strato più alto. Una linea incredibilmente sottile di fusione dell'atmosfera con lo spazio. È costituito da particelle di idrogeno ed elio ampiamente disperse.

Il clima e il tempo della Terra - spiegazione per i bambini

Per i più piccoli bisogno di spiegare che la Terra riesce a sostenere molte specie viventi grazie ad un clima regionale rappresentato dal freddo estremo ai poli e dal caldo tropicale all’equatore. Bambini dovrebbe sapere che il clima regionale è il tempo che in una particolare area rimane invariato per 30 anni. Certo, a volte può cambiare per qualche ora, ma per la maggior parte rimane stabile.

Inoltre, si distingue il clima terrestre globale: la media di quello regionale. È cambiato nel corso della storia umana. Oggi c’è un rapido riscaldamento. Gli scienziati lanciano l’allarme poiché i gas serra causati dalle attività umane stanno intrappolando il calore nell’atmosfera, rischiando di trasformare il nostro pianeta in Venere.

10.045×10 3 J/(kg*K) (nell'intervallo di temperature da 0-100°C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). La solubilità dell'aria in acqua a 0°C è 0,036%, a 25°C - 0,22%.

Composizione atmosferica

Storia della formazione atmosferica

Storia antica

Attualmente, la scienza non è in grado di tracciare tutte le fasi della formazione della Terra con una precisione al cento per cento. Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo quattro diverse composizioni. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo è il cosiddetto atmosfera primaria. Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (idrocarburi, ammoniaca, vapore acqueo). Ecco come si è formato atmosfera secondaria. Questa atmosfera è stata rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

• perdita costante di idrogeno nello spazio interplanetario;
• reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e alcuni altri fattori.

A poco a poco questi fattori portarono alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto inferiore di idrogeno e un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

L'emergere della vita e dell'ossigeno

Con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica, la composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare. Esistono però dati (analisi della composizione isotopica dell'ossigeno atmosferico e di quello rilasciato durante la fotosintesi) che indicano l'origine geologica dell'ossigeno atmosferico.

Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: idrocarburi, forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani, ecc. Alla fine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera ha iniziato ad aumentare.

Negli anni '90 furono condotti esperimenti per creare un sistema ecologico chiuso (“Biosfera 2”), durante il quale non era possibile creare un sistema stabile con una composizione dell'aria uniforme. L'influenza dei microrganismi ha portato ad una diminuzione dei livelli di ossigeno e ad un aumento della quantità di anidride carbonica.

Azoto

La formazione di una grande quantità di N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera primaria di ammoniaca e idrogeno con O 2 molecolare, che cominciò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, presumibilmente circa 3 miliardi di anni fa (secondo secondo un'altra versione, l'ossigeno atmosferico è di origine geologica). L'azoto viene ossidato in NO nell'alta atmosfera, utilizzato nell'industria e legato dai batteri che fissano l'azoto, mentre l'N2 viene rilasciato nell'atmosfera a seguito della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto.

L'azoto N 2 è un gas inerte e reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). I cianobatteri e alcuni batteri (ad esempio i batteri noduli che formano la simbiosi rizobica con le leguminose) possono ossidarlo e convertirlo in forma biologica.

L'ossidazione dell'azoto molecolare mediante scariche elettriche viene utilizzata nella produzione industriale di fertilizzanti azotati e ha portato anche alla formazione di depositi di nitrato unici nel deserto cileno di Atacama.

gas nobili

La combustione dei combustibili è la principale fonte di gas inquinanti (CO, NO, SO2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'aria O 2 in SO 3 negli strati superiori dell'atmosfera, che interagisce con i vapori di H 2 O e NH 3, e l'H 2 SO 4 e (NH 4) 2 SO 4 risultanti ritornano sulla superficie terrestre insieme alle precipitazioni. L'utilizzo di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico da ossidi di azoto, idrocarburi e composti del Pb.

L’inquinamento da aerosol dell’atmosfera è dovuto sia a cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, trascinamento di goccioline acqua di mare e particelle di polline delle piante, ecc.), e attività economica persone (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di combustibili, produzione di cemento, ecc.). L'emissione intensiva su larga scala di particelle solide nell'atmosfera è una di queste possibili ragioni cambiamenti nel clima del pianeta.

La struttura dell'atmosfera e le caratteristiche dei singoli gusci

Lo stato fisico dell'atmosfera è determinato dal tempo e dal clima. Parametri fondamentali dell'atmosfera: densità dell'aria, pressione, temperatura e composizione. All’aumentare dell’altitudine, la densità dell’aria e la pressione atmosferica diminuiscono. Anche la temperatura cambia con i cambiamenti di altitudine. La struttura verticale dell'atmosfera è caratterizzata da diverse proprietà elettriche e di temperatura e da diverse condizioni dell'aria. A seconda della temperatura dell'atmosfera si distinguono i seguenti strati principali: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera (sfera di dispersione). Le regioni di transizione dell'atmosfera tra gusci vicini sono chiamate rispettivamente tropopausa, stratopausa, ecc.

Troposfera

Stratosfera

Nella stratosfera, la maggior parte della parte a onde corte della radiazione ultravioletta (180-200 nm) viene trattenuta e l'energia delle onde corte viene trasformata. Sotto l'influenza di questi raggi, i campi magnetici cambiano, le molecole si disintegrano, avviene la ionizzazione e si verifica la nuova formazione di gas e altri composti chimici. Questi processi possono essere osservati sotto forma di aurora boreale, fulmini e altri bagliori.

Nella stratosfera e negli strati più alti, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano in atomi (sopra gli 80 km CO 2 e H 2 si dissociano, sopra i 150 km - O 2, sopra i 300 km - H 2). Ad un'altitudine di 100-400 km, nella ionosfera avviene anche la ionizzazione dei gas; ad un'altitudine di 320 km, la concentrazione di particelle cariche (O + 2, O − 2, N + 2) è ~ 1/300 della concentrazione di particelle neutre. Negli strati superiori dell'atmosfera ci sono i radicali liberi: OH, HO 2, ecc.

Nella stratosfera non c’è quasi vapore acqueo.

Mesosfera

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dal loro peso molecolare; la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0°C nella stratosfera a -110°C nella mesosfera. Tuttavia, l’energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde ad una temperatura di ~1500°C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3000 km, l'esosfera si trasforma gradualmente nel cosiddetto vuoto quasi spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a queste particelle estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; la massa della mesosfera non è superiore allo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. In base alle proprietà elettriche dell'atmosfera si distinguono la neutronosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera E eterosfera. Eterosfera- Questa è l'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altitudine è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa e si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Proprietà atmosferiche

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non allenata inizia a sperimentare la carenza di ossigeno e senza adattamento, le prestazioni di una persona diminuiscono significativamente. La zona fisiologica dell'atmosfera finisce qui. La respirazione umana diventa impossibile ad un'altitudine di 15 km, anche se fino a circa 115 km l'atmosfera contiene ossigeno.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno necessario per respirare. Tuttavia, a causa della diminuzione della pressione totale dell'atmosfera, man mano che si sale in quota, la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.

I polmoni umani contengono costantemente circa 3 litri di aria alveolare. La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare alla normale pressione atmosferica è di 110 mmHg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo −47 mm Hg. Arte. Con l'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione totale del vapore di acqua e anidride carbonica nei polmoni rimane quasi costante: circa 87 mm Hg. Arte. L'apporto di ossigeno ai polmoni si interromperà completamente quando la pressione dell'aria ambiente raggiungerà questo valore.

Ad un'altitudine di circa 19-20 km, la pressione atmosferica scende a 47 mm Hg. Arte. Pertanto, a questa altitudine, l'acqua e il liquido interstiziale iniziano a bollire nel corpo umano. Fuori dalla cabina pressurizzata, a queste altitudini, la morte avviene quasi istantaneamente. Pertanto, dal punto di vista della fisiologia umana, lo “spazio” inizia già ad un'altitudine di 15-19 km.

Dense strati d'aria - la troposfera e la stratosfera - ci proteggono dagli effetti dannosi delle radiazioni. Con sufficiente rarefazione dell'aria, ad altitudini superiori a 36 km, le radiazioni ionizzanti - raggi cosmici primari - hanno un effetto intenso sul corpo; Ad altitudini superiori a 40 km, la parte ultravioletta dello spettro solare è pericolosa per l'uomo.

L'atmosfera terrestre è eterogenea: a diverse altitudini ci sono diverse densità e pressioni dell'aria, cambiamenti di temperatura e composizione del gas. In base all'andamento della temperatura dell'aria ambiente (cioè la temperatura aumenta o diminuisce con l'altezza), in essa si distinguono i seguenti strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. I confini tra gli strati sono chiamati pause: ce ne sono 4, perché il confine superiore dell'esosfera è molto sfocato e spesso si riferisce allo spazio vicino. La struttura generale dell'atmosfera può essere trovata nel diagramma allegato.

Fig.1 La struttura dell'atmosfera terrestre. Credito: sito web

Lo strato atmosferico più basso è la troposfera, il cui limite superiore è chiamato tropopausa, a seconda latitudine geografica varia e spazia da 8 km. al polare fino a 20 km. alle latitudini tropicali. Alle latitudini medie o temperate, il suo limite superiore si trova ad altitudini di 10-12 km Durante l'anno, il limite superiore della troposfera subisce fluttuazioni a seconda dell'afflusso della radiazione solare. Pertanto, in seguito al sondaggio effettuato dal servizio meteorologico statunitense al Polo Sud della Terra, è stato rivelato che da marzo ad agosto o settembre si verifica un costante raffreddamento della troposfera, a seguito del quale per un breve periodo in agosto o settembre il suo confine sale a 11,5 km. Poi, nel periodo da settembre a dicembre, diminuisce rapidamente e raggiunge la posizione più bassa - 7,5 km, dopodiché la sua altezza rimane praticamente invariata fino a marzo. Quelli. La troposfera raggiunge il suo massimo spessore in estate e il suo minimo in inverno.

Vale la pena notare che, oltre a quelle stagionali, ci sono anche fluttuazioni giornaliere nell'altezza della tropopausa. Inoltre, la sua posizione è influenzata dai cicloni e dagli anticicloni: nel primo cade, perché La pressione al loro interno è inferiore a quella dell'aria circostante e, in secondo luogo, aumenta di conseguenza.

La troposfera contiene fino al 90% della massa totale l'aria della terra e 9/10 del vapore acqueo totale. Qui la turbolenza è molto sviluppata, soprattutto negli strati vicini alla superficie e più alti, si formano nubi di tutti i livelli, si formano cicloni e anticicloni. E grazie all’accumulo di gas serra (anidride carbonica, metano, vapore acqueo) riflessi dalla superficie terrestre i raggi del sole si sviluppa l’effetto serra.

L'effetto serra è associato ad una diminuzione della temperatura dell'aria nella troposfera con l'altezza (poiché la Terra riscaldata cede più calore agli strati superficiali). La pendenza verticale media è di 0,65°/100 m (ovvero, la temperatura dell'aria diminuisce di 0,65° C ogni 100 metri di dislivello). Quindi, se la temperatura media annuale dell'aria sulla superficie della Terra vicino all'equatore è +26°, al confine superiore è -70°. La temperatura nella regione della tropopausa sopra il Polo Nord varia durante tutto l'anno da -45° in estate a -65° in inverno.

Con l’aumentare dell’altitudine diminuisce anche la pressione atmosferica, pari solo al 12-20% del livello vicino alla superficie al limite superiore della troposfera.

Al confine tra la troposfera e lo strato sovrastante della stratosfera si trova uno strato della tropopausa, spesso 1-2 km. I confini inferiori della tropopausa sono solitamente considerati uno strato d'aria in cui il gradiente verticale diminuisce a 0,2°/100 m contro 0,65°/100 m nelle regioni sottostanti della troposfera.

All'interno della tropopausa si osservano flussi d'aria di una direzione rigorosamente definita, chiamati correnti a getto d'alta quota o “correnti a getto”, formati sotto l'influenza della rotazione della Terra attorno al suo asse e del riscaldamento dell'atmosfera con la partecipazione della radiazione solare . Le correnti si osservano ai confini delle zone con differenze di temperatura significative. Esistono diversi centri di localizzazione di queste correnti, ad esempio artico, subtropicale, subpolare e altri. La conoscenza della localizzazione delle correnti a getto è molto importante per la meteorologia e l'aviazione: la prima utilizza i flussi per previsioni meteorologiche più accurate, la seconda per costruire rotte di volo degli aerei, perché Ai confini dei flussi si formano forti vortici turbolenti, simili a piccoli vortici, detti “turbolenze a cielo sereno” per l'assenza di nubi a queste quote.

Sotto l'influenza delle correnti a getto d'alta quota, spesso si formano delle rotture nella tropopausa e talvolta scompare del tutto, anche se poi si forma di nuovo. Ciò è particolarmente spesso osservato alle latitudini subtropicali, che sono dominate da una potente corrente subtropicale ad alta quota. Inoltre, la differenza negli strati della tropopausa nella temperatura ambiente porta alla formazione di lacune. Ad esempio, esiste un ampio divario tra la tropopausa polare calda e bassa e la tropopausa alta e fredda delle latitudini tropicali. IN Ultimamente Spicca anche lo strato tropopausa delle latitudini temperate, che presenta rotture con i due strati precedenti: polare e tropicale.

Il secondo strato dell'atmosfera terrestre è la stratosfera. La stratosfera può essere approssimativamente divisa in due regioni. Il primo di essi, che si trova fino ad un'altitudine di 25 km, è caratterizzato da temperature quasi costanti, uguali alle temperature degli strati superiori della troposfera su una determinata area. La seconda regione, o regione di inversione, è caratterizzata da un aumento della temperatura dell'aria fino ad altitudini di circa 40 km. Ciò si verifica a causa dell'assorbimento della radiazione ultravioletta solare da parte dell'ossigeno e dell'ozono. Nella parte alta della stratosfera, grazie a questo riscaldamento, la temperatura è spesso positiva o addirittura paragonabile alla temperatura dell'aria superficiale.

Al di sopra della regione di inversione si trova uno strato a temperatura costante, chiamato stratopausa e che costituisce il confine tra la stratosfera e la mesosfera. Il suo spessore raggiunge i 15 km.

A differenza della troposfera, nella stratosfera le perturbazioni turbolente sono rare, ma vi sono forti venti orizzontali o correnti a getto che soffiano in zone ristrette lungo i confini delle latitudini temperate rivolte verso i poli. La posizione di queste zone non è costante: possono spostarsi, espandersi o addirittura scomparire del tutto. Spesso le correnti a getto penetrano negli strati superiori della troposfera o, al contrario, le masse d'aria della troposfera penetrano negli strati inferiori della stratosfera. Tale mescolamento delle masse d'aria è particolarmente tipico nelle zone dei fronti atmosferici.

C'è poco vapore acqueo nella stratosfera. L'aria qui è molto secca, e quindi si formano poche nuvole. Solo ad altitudini di 20-25 km e ad alte latitudini si possono notare nubi perlescenti molto sottili costituite da goccioline d'acqua superraffreddate. Durante il giorno, queste nuvole non sono visibili, ma con l'inizio dell'oscurità sembrano brillare a causa della loro illuminazione da parte del Sole, che è già tramontato sotto l'orizzonte.

Alla stessa altitudine (20-25 km) nella bassa stratosfera si trova il cosiddetto strato di ozono, l'area con il più alto contenuto di ozono, che si forma sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta (puoi saperne di più processo nella pagina). Lo strato di ozono o ozonosfera è di estrema importanza per il mantenimento della vita di tutti gli organismi che vivono sulla terra, assorbendo i mortali raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda fino a 290 nm. È per questo motivo che gli organismi viventi non vivono al di sopra dello strato di ozono; è il limite superiore della distribuzione della vita sulla Terra.

Sotto l'influenza dell'ozono, cambiano anche i campi magnetici, gli atomi e le molecole si disintegrano, avviene la ionizzazione e si verifica la nuova formazione di gas e altri composti chimici.

Lo strato dell'atmosfera che si trova sopra la stratosfera è chiamato mesosfera. È caratterizzato da una diminuzione della temperatura dell'aria in altezza con un gradiente verticale medio di 0,25-0,3°/100 m, che porta a forti turbolenze. Ai confini superiori della mesosfera, nella regione chiamata mesopausa, si sono registrate temperature fino a -138°C, che rappresenta il minimo assoluto per l'intera atmosfera terrestre nel suo insieme.

Qui, all'interno della mesopausa, si trova il limite inferiore della regione di assorbimento attivo dei raggi X e della radiazione ultravioletta a onde corte provenienti dal Sole. Questo processo energetico è chiamato trasferimento di calore radiante. Di conseguenza, il gas viene riscaldato e ionizzato, facendo brillare l’atmosfera.

Ad altitudini di 75-90 km, ai confini superiori della mesosfera, sono state notate nubi speciali che occupano vaste aree nelle regioni polari del pianeta. Queste nuvole sono chiamate nottilucenti a causa del loro bagliore al crepuscolo, causato dal riflesso della luce solare dai cristalli di ghiaccio di cui sono composte queste nuvole.

La pressione dell'aria nella mesopausa è 200 volte inferiore a quella sulla superficie terrestre. Ciò suggerisce che quasi tutta l'aria nell'atmosfera è concentrata nei suoi 3 strati inferiori: troposfera, stratosfera e mesosfera. Gli strati sovrastanti, la termosfera e l'esosfera, rappresentano solo lo 0,05% della massa dell'intera atmosfera.

La termosfera si trova ad altitudini comprese tra 90 e 800 km sopra la superficie terrestre.

La termosfera è caratterizzata da un continuo aumento della temperatura dell'aria fino ad altitudini di 200-300 km, dove può raggiungere i 2500°C. La temperatura aumenta a causa dell'assorbimento dei raggi X e della radiazione ultravioletta a onde corte provenienti dal Sole da parte delle molecole di gas. Al di sopra dei 300 km sul livello del mare l'aumento della temperatura si ferma.

Contemporaneamente all'aumento della temperatura diminuisce la pressione e, di conseguenza, la densità dell'aria circostante. Quindi, se ai confini inferiori della termosfera la densità è 1,8 × 10 -8 g/cm 3, ai confini superiori è già 1,8 × 10 -15 g/cm 3, che corrisponde approssimativamente a 10 milioni - 1 miliardo di particelle per 1 cm 3.

Tutte le caratteristiche della termosfera, come la composizione dell'aria, la sua temperatura, la densità, sono soggette a forti fluttuazioni: a seconda della posizione geografica, della stagione dell'anno e dell'ora del giorno. Anche la posizione del limite superiore della termosfera cambia.

Lo strato più superficiale dell'atmosfera è chiamato esosfera o strato di dispersione. Il suo limite inferiore cambia costantemente entro limiti molto ampi; L'altitudine media è di 690-800 km. Viene installato dove la probabilità di collisioni intermolecolari o interatomiche può essere trascurata, ad es. la distanza media che una molecola in movimento caotico percorrerà prima di scontrarsi con un'altra molecola simile (il cosiddetto percorso libero) sarà così grande che di fatto le molecole non si scontreranno con una probabilità prossima allo zero. Lo strato in cui avviene il fenomeno descritto è detto pausa termica.

Il limite superiore dell'esosfera si trova ad altitudini di 2-3 mila km. È molto sfocato e si trasforma gradualmente in un vuoto quasi spaziale. A volte, per questo motivo, l'esosfera è considerata parte dello spazio esterno e il suo limite superiore è considerato un'altezza di 190mila km, alla quale l'influenza della pressione della radiazione solare sulla velocità degli atomi di idrogeno supera l'attrazione gravitazionale del pianeta. Terra. Questo è il cosiddetto la corona terrestre, costituita da atomi di idrogeno. La densità della corona terrestre è molto piccola: solo 1000 particelle per centimetro cubo, ma questo numero è più di 10 volte superiore alla concentrazione di particelle nello spazio interplanetario.

A causa dell'estrema rarefazione dell'aria nell'esosfera, le particelle si muovono attorno alla Terra lungo orbite ellittiche senza scontrarsi tra loro. Alcuni di essi, muovendosi lungo traiettorie aperte o iperboliche a velocità cosmiche (atomi di idrogeno ed elio), lasciano l'atmosfera e si dirigono nello spazio, motivo per cui l'esosfera è chiamata sfera di scattering.