Strati dell'atmosfera e loro caratteristiche. La composizione chimica dell'atmosfera terrestre. Composizione dell'atmosfera terrestre in percentuale. Thermosphere: 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 con uno strato d'aria denso circonda i pianeti, a partire da superficie terrestre... Entra in contatto con l'idrosfera, copre la litosfera, andando lontano nello spazio.

In cosa consiste l'atmosfera

Lo strato d'aria della Terra è costituito principalmente da aria, la cui massa totale raggiunge i 5,3 * 1018 chilogrammi. Di questi, la parte malata è l'aria secca e molto meno 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 in acqua a temperatura zero.

L'atmosfera contiene diversi strati:

• Troposfera;
• Tropopausa;
• Stratosfera e stratopausa;
• Mesosfera e mesopausa;
• Una linea speciale sopra il livello del mare chiamata linea Karman;
• Thermosphere e Termopausa;
• Zona di dispersione o esosfera.

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

Confini dell'atmosfera

Il bordo più basso dell'atmosfera corre lungo l'idrosfera e gli strati superiori della litosfera. Il confine superiore inizia nell'esosfera, che dista 700 chilometri dalla superficie del pianeta e brucerà fino a 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 l'aeronautica non è più possibile qui.

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

Composizione chimica

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

La composizione dell'acqua può variare dallo 0,2% al 2,5%, a seconda della latitudine. Elementi aggiuntivi sono cloro, azoto, zolfo, ammoniaca, carbonio, ozono, idrocarburi, acido cloridrico, acido fluoridrico, acido bromidrico, ioduro di idrogeno.

Una parte separata è occupata da mercurio, iodio, bromo, 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, ossigeno - quasi il 21%, anidride carbonica - 0,03%, 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 appena emerso e ha iniziato a svilupparsi.

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

Funzioni dell'atmosfera

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

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

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

Fatti

• L'ossigeno fornisce sulla Terra la decomposizione della materia organica della roccia solida, che è molto importante per le emissioni, la decomposizione delle rocce e l'ossidazione degli organismi.
• L'anidride carbonica contribuisce alla fotosintesi e contribuisce anche alla trasmissione delle onde corte della radiazione solare, 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, che si verifica dal funzionamento delle fabbriche e dalle emissioni delle automobili. Pertanto, in molti paesi, è stato introdotto uno speciale controllo ambientale e, a livello internazionale, sono in corso meccanismi speciali per regolare le emissioni e l'effetto serra.

A livello del mare, 1.013,25 hPa (circa 760 mm Hg). La temperatura media dell'aria del globo sulla superficie terrestre è di 15 ° C, mentre la temperatura varia 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 prossima all'esponenziale.

La struttura dell'atmosfera... Nella direzione verticale, l'atmosfera ha una struttura stratificata, che è 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. Sopra la 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 un livello di circa 20 km, la temperatura cambia poco con l'altezza (la cosiddetta regione isotermica) e spesso anche leggermente diminuisce. Sopra, la temperatura aumenta a causa dell'assorbimento dei raggi UV del Sole da parte dell'ozono, dapprima lentamente e da un livello di 34-36 km - più velocemente. Il confine 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 a un'altitudine di 55-85 km, dove la temperatura scende di nuovo con l'altezza, è chiamato mesosfera, al suo confine superiore - la mesopausa - la temperatura raggiunge 150-160 K in estate e 200-230 K in inverno. Sopra la mesopausa, inizia la termosfera - uno strato, caratterizzata da un rapido aumento della temperatura, raggiungendo 800-1200 K ad un'altitudine di 250 Km. La termosfera assorbe la radiazione corpuscolare e dei raggi X del Sole, decelera e brucia le meteore, quindi svolge la funzione di strato protettivo della Terra. Ancora più alta è l'esosfera, da cui i gas atmosferici vengono dispersi nello spazio mondiale a causa della dissipazione e dove avviene una transizione graduale dall'atmosfera allo spazio interplanetario.

Atmosfera composizione... Fino ad un'altitudine di circa 100 km, l'atmosfera è praticamente omogenea per composizione chimica e la massa molecolare media dell'aria (circa 29) in essa è costante. Vicino alla 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 costanti e variabili (vedi Aria ).

Inoltre, l'atmosfera contiene piccole quantità di ozono, ossidi di azoto, ammoniaca, radon, ecc. Il contenuto relativo dei principali costituenti dell'aria è costante nel tempo ed omogeneo nelle diverse regioni geografiche. Il contenuto di vapore acqueo e 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 di 100-110 km, le molecole di ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo si dissociano, quindi la massa molecolare dell'aria diminuisce. A un'altitudine di circa 1000 km, i gas leggeri - elio e idrogeno - iniziano a dominare 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 quando evapora dalla superficie dell'acqua e dal suolo umido, nonché attraverso la traspirazione delle piante. Il contenuto relativo di vapore acqueo sulla superficie terrestre varia dal 2,6% ai tropici allo 0,2% alle latitudini polari. Con l'altezza, scende rapidamente, diminuendo della metà già a un'altitudine di 1,5-2 km. La colonna verticale dell'atmosfera a latitudini temperate contiene circa 1,7 cm di "strato di acqua precipitata". Quando il vapore acqueo si condensa, si formano nuvole, da cui cadono le precipitazioni atmosferiche sotto forma di pioggia, grandine, neve.

Una componente importante dell'aria atmosferica è l'ozono, che è concentrato per il 90% nella stratosfera (tra 10 e 50 km), circa il 10% nella troposfera. L'ozono assorbe la 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 di ozono totale variano a seconda della latitudine e della stagione nell'intervallo da 0,22 a 0,45 cm (lo spessore dello strato di ozono ad una pressione di p \u003d 1 atm e una temperatura di T \u003d 0 ° C). Nei buchi dell'ozono osservati in primavera in Antartide dall'inizio degli anni '80, il contenuto di ozono può scendere a 0,07 cm, aumenta dall'equatore ai poli e ha una variazione annuale con un massimo in primavera e un minimo in autunno, e l'ampiezza della variazione annuale è piccola 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, principalmente a causa di fattori antropici. La sua latitudinale e variabilità stagionaleassociato alla fotosintesi delle piante e alla solubilità in acqua di mare (secondo la legge di Henry, la solubilità di un gas in acqua diminuisce con l'aumentare della sua temperatura).

Un ruolo importante nella formazione del clima del pianeta è svolto dall'aerosol atmosferico: particelle solide e liquide sospese nell'aria, di dimensioni variabili da diversi nm a decine di micron. Si distinguono aerosol di origine naturale e antropica. L'aerosol si forma nel processo di reazioni in fase gassosa dai prodotti di scarto delle piante e dell'attività economica umana, eruzioni vulcaniche, a seguito dell'aumento di polvere dal vento dalla superficie del pianeta, in particolare dalle sue regioni desertiche, ed è anche formato dalla polvere cosmica che cade nell'atmosfera superiore. La maggior parte dell'aerosol è concentrata nella troposfera; l'aerosol delle eruzioni vulcaniche forma il cosiddetto strato di Junge ad un'altitudine di circa 20 km. La maggior quantità di aerosol antropogenico entra nell'atmosfera a seguito del funzionamento di veicoli e centrali termiche, produzione chimica, combustione di carburante, ecc. Pertanto, in alcune regioni, la composizione dell'atmosfera differisce notevolmente dall'aria ordinaria, che ha richiesto la creazione di un servizio speciale per il monitoraggio e il monitoraggio del livello di inquinamento atmosferico.

Evoluzione dell'atmosfera... L'atmosfera moderna è apparentemente di origine secondaria: si è formata dai gas rilasciati dal solido guscio della Terra dopo il completamento della formazione del pianeta circa 4,5 miliardi di anni fa. Durante la storia geologica della Terra, l'atmosfera ha subito cambiamenti significativi nella sua composizione sotto l'influenza di una serie di fattori: la dissipazione (volatilizzazione) dei gas, principalmente quelli più leggeri, nello spazio esterno; emissione 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 del mezzo interplanetario (ad esempio, materia meteorica). Lo sviluppo dell'atmosfera è strettamente correlato ai processi geologici e geochimici, e negli ultimi 3-4 miliardi di anni anche con l'attività della biosfera. Una parte significativa dei gas che compongono l'atmosfera moderna (azoto, anidride carbonica, vapore acqueo) è sorto durante l'attività vulcanica e l'intrusione che li ha portati fuori dalle profondità della Terra. L'ossigeno è apparso in quantità notevoli circa 2 miliardi di anni fa come risultato delle attività degli organismi fotosintetici originariamente originati 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 in base al livello di attività vulcanica, alla temperatura dell'oceano e al livello di fotosintesi. Per la maggior parte di questo tempo, la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera era significativamente più alta di quella odierna (fino a 10 volte). La quantità di ossigeno nell'atmosfera fanerozoica è cambiata in modo significativo e ha prevalso la tendenza ad aumentarla. Nell'atmosfera precambriana, la massa dell'anidride carbonica era, di regola, maggiore e la massa dell'ossigeno minore che nell'atmosfera fanerozoica. Le fluttuazioni della quantità di anidride carbonica in passato hanno avuto un impatto significativo sul clima, intensificando l'effetto serra quando la concentrazione di anidride carbonica è aumentata, a causa della quale il clima durante la parte principale del Fanerozoico era molto più caldo che nell'era moderna.

Atmosfera e vita... Senza un'atmosfera, la Terra sarebbe un pianeta morto. La vita organica procede in stretta interazione con l'atmosfera e il clima e le condizioni meteorologiche associati. Di piccola massa rispetto al pianeta nel suo insieme (circa un milionesimo di parte), l'atmosfera è una condizione sine qua non per tutte le forme di vita. Ossigeno, azoto, vapore acqueo, anidride carbonica, ozono sono di massima importanza per l'attività vitale degli organismi. Quando l'anidride carbonica viene assorbita dalle piante fotosintetiche, viene creata materia organica, che viene utilizzata come fonte di energia dalla stragrande maggioranza degli esseri viventi, compresi gli esseri umani. L'ossigeno è necessario per l'esistenza di 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 dura radiazione UV del sole, attenua notevolmente questa parte nociva della radiazione solare. La condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera, la formazione di nuvole e la conseguente precipitazione delle precipitazioni atmosferiche forniscono acqua alla terra, senza la quale non sono possibili forme 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 dall'attività degli organismi, la biosfera e l'atmosfera possono essere considerate come parte di sistema unificato, il cui mantenimento ed evoluzione (vedi Cicli biogeochimici) è stato di grande importanza per il cambiamento nella composizione dell'atmosfera nel corso della storia della Terra come pianeta.

Radiazione, calore e bilanci idrici atmosfera... La radiazione solare è praticamente l'unica fonte di energia per tutti i processi fisici nell'atmosfera. caratteristica principale Il regime di irraggiamento dell'atmosfera è 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 controradiazione, che compensa la perdita di calore per radiazione dalla superficie terrestre (vedi Radiazione atmosferica). In assenza di atmosfera temperatura media la superficie terrestre sarebbe -18 ° C, in realtà è 15 ° C. La radiazione solare in entrata è parzialmente (circa il 20%) assorbita nell'atmosfera (principalmente da vapore acqueo, gocce d'acqua, anidride carbonica, ozono e aerosol), ed è anche dispersa (circa il 7%) da particelle di aerosol e fluttuazioni di densità (diffusione di Rayleigh). La radiazione totale che raggiunge la superficie terrestre viene parzialmente riflessa (circa il 23%) da essa. La riflettanza è determinata dalla riflettività della superficie sottostante, la cosiddetta albedo. In media, l'albedo della Terra per il flusso di radiazione solare integrale è vicino al 30%. Varia da una piccola percentuale (terreno asciutto e chernozem) al 70-90% per la neve appena caduta. Lo scambio termico per irraggiamento tra la superficie terrestre e l'atmosfera dipende in modo significativo dall'albedo ed è determinato dalla radiazione effettiva della superficie terrestre e dalla contro-radiazione dell'atmosfera da essa assorbita. La somma algebrica dei flussi di radiazione che entrano nell'atmosfera terrestre dallo spazio e la lasciano indietro è chiamata bilanciamento della radiazione.

Le trasformazioni della radiazione solare dopo il suo assorbimento da parte dell'atmosfera e della superficie terrestre determinano l'equilibrio termico della Terra come pianeta. La principale fonte di calore per l'atmosfera è la superficie terrestre; il calore da esso 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%. Questo aggiunge anche circa il 20% del calore dovuto all'assorbimento della radiazione solare diretta. Il flusso di radiazione solare per unità di tempo attraverso un'unità di area perpendicolare ai raggi del sole e situata al di fuori dell'atmosfera a una distanza media dalla Terra al Sole (la cosiddetta costante solare) è di 1367 W / m 2, le variazioni sono di 1-2 W / m 2 a seconda ciclo dell'attività solare. Con un albedo planetario di circa il 30%, l'afflusso globale medio nel tempo di energia solare al pianeta è di 239 W / m 2. Poiché la Terra come pianeta emette mediamente nello spazio la stessa quantità di energia, allora, secondo la legge di Stefan-Boltzmann, la temperatura effettiva della radiazione termica a onde lunghe in uscita è 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 nel suo complesso corrisponde all'uguaglianza della quantità di umidità evaporata dalla superficie terrestre e della quantità di precipitazione che cade sulla superficie terrestre. L'atmosfera sopra gli oceani riceve più umidità dai processi di evaporazione che sulla terra e perde il 90% sotto forma di precipitazione. Il vapore acqueo in eccesso negli oceani viene trasportato nei continenti dalle correnti d'aria. La quantità di vapore acqueo trasportata nell'atmosfera dagli oceani ai continenti è uguale al volume dei fiumi che sfociano negli oceani.

Movimento d'aria... La Terra ha una forma sferica, quindi molto meno la radiazione solare arriva alle sue alte latitudini rispetto ai tropici. Di conseguenza, sorgono grandi contrasti di temperatura tra le latitudini. La distribuzione della temperatura è anche significativamente influenzata dalla posizione relativa 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 a quelle della terra. A questo proposito, alle medie e alte latitudini, la temperatura dell'aria sugli oceani è notevolmente più bassa in estate che nei continenti e più alta in inverno.

Riscaldamento ineguale dell'atmosfera nelle diverse aree il globo provoca una distribuzione non uniforme della pressione atmosferica nello spazio. A livello del mare, la distribuzione della pressione è caratterizzata da valori relativamente bassi in prossimità dell'equatore, un aumento dei subtropici (cinture di alta pressione) e una diminuzione alle medie e alte latitudini. Allo stesso tempo, nei continenti di latitudini extratropicali, la pressione viene solitamente aumentata in inverno e diminuita in estate, che è associata alla distribuzione della temperatura. Sotto l'influenza di un gradiente di pressione, l'aria subisce un'accelerazione dalle aree di alta pressione alle 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), una forza di attrito che diminuisce con l'altezza, con traiettorie curvilinee e forza centrifuga. Grande importanza ha una turbolenta miscelazione 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, in media, vengono tracciate due o tre cellule della circolazione meridionale. Vicino all'equatore, l'aria riscaldata sale e scende nelle regioni subtropicali, formando la cella di Hadley. Nello stesso punto si abbassa l'aria della cella Ferrell di ritorno. Ad alte latitudini, viene spesso tracciata una cellula polare diritta. Le velocità di circolazione meridionali sono dell'ordine di 1 m / so meno. A causa dell'azione della forza di Coriolis, i venti occidentali sono osservati nella maggior parte dell'atmosfera con velocità nella troposfera media di circa 15 m / s. Esistono sistemi eolici relativamente stabili. Questi includono gli alisei - venti che soffiano dalle cinture di alta pressione nelle regioni subtropicali all'equatore con una notevole componente orientale (da est a ovest). I monsoni sono abbastanza stabili - correnti d'aria con un carattere stagionale chiaramente pronunciato: 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 principalmente occidentale (da ovest a 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 sono più piccole, ma velocità del vento molto elevate che raggiungono la forza dell'uragano (33 m / se più), il cosiddetto cicloni tropicali... Nell'Atlantico e nel Pacifico orientale sono chiamati uragani e nel Pacifico occidentale sono chiamati tifoni. Nella troposfera superiore e nella stratosfera inferiore, nelle regioni che separano la cella di circolazione meridionale diretta di Hadley e la cella inversa di Ferrell, relativamente strette, larghe centinaia di chilometri, si osservano spesso correnti a getto con confini nettamente delineati, all'interno delle quali il vento raggiunge 100-150 e anche 200 m / a partire dal.

Clima e tempo... La differenza nella quantità di radiazione solare che arriva a diverse latitudini sulla superficie terrestre con varie proprietà fisiche determina la diversità dei climi terrestri. Dall'equatore alle latitudini tropicali, la temperatura dell'aria vicino alla 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 le condizioni per un'eccessiva umidità lì. Nelle zone tropicali la quantità di precipitazioni diminuisce e in alcune zone diventa molto bassa. I vasti deserti della Terra si trovano qui.

Nelle latitudini subtropicali e medie, la temperatura dell'aria cambia in modo significativo durante tutto l'anno e la differenza tra le temperature dell'estate e dell'inverno è particolarmente grande nelle aree dei continenti lontani dagli oceani. Quindi, in alcune regioni della Siberia orientale, l'ampiezza annuale della temperatura dell'aria raggiunge i 65 ° C. Le condizioni di umidificazione a queste latitudini sono molto diverse, dipendono principalmente dal regime generale di circolazione atmosferica e variano notevolmente di anno in anno.

Alle latitudini polari la temperatura rimane bassa durante tutto l'anno, anche se c'è una notevole variazione stagionale. Ciò contribuisce alla diffusa distribuzione della copertura di ghiaccio sugli oceani e sulla terra e sul permafrost, che occupano oltre il 65% della sua area in Russia, principalmente in Siberia.

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

Il tempo è determinato dalle condizioni di circolazione atmosferica e dalla posizione geografica del terreno; è più stabile ai tropici e più variabile alle medie e alte latitudini. Soprattutto, il tempo cambia nelle zone di cambiamento delle masse d'aria, causato dal passaggio di fronti atmosferici, cicloni e anticicloni, portando precipitazioni e aumento del vento. I dati per le previsioni meteorologiche vengono raccolti presso stazioni meteorologiche terrestri, navi e aerei, dai 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, goccioline d'acqua), si verificano vari fenomeni ottici: arcobaleni, corone, aloni, miraggi, ecc. La dispersione della luce determina l'altezza apparente del cielo e cielo blu. Il raggio di visibilità degli oggetti è determinato dalle condizioni di propagazione della luce nell'atmosfera (vedi Visibilità atmosferica). Il raggio di comunicazione e la capacità di rilevare oggetti con strumenti, compresa la possibilità di osservazioni astronomiche dalla superficie terrestre, dipendono dalla trasparenza dell'atmosfera a diverse lunghezze d'onda. Il fenomeno del crepuscolo gioca un ruolo importante negli studi sulle disomogeneità ottiche nella stratosfera e nella mesosfera. 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, 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 telerilevamento dell'atmosfera. Le esplosioni di cariche lanciate dai razzi nell'alta atmosfera hanno fornito una grande quantità di informazioni sui sistemi eolici e sull'andamento della temperatura nella stratosfera e nella mesosfera. In un'atmosfera stabilmente stratificata, quando la temperatura scende con l'altitudine più lentamente del gradiente adiabatico (9,8 K / km), si formano le cosiddette onde interne. Queste onde possono viaggiare verso l'alto nella stratosfera e persino nella mesosfera, dove si attenuano, aumentando il vento e la turbolenza.

La carica negativa della Terra e il campo elettrico risultante, l'atmosfera, insieme alla ionosfera e alla magnetosfera caricate elettricamente, creano un circuito elettrico globale. La formazione di nuvole e l'elettricità dei temporali gioca un ruolo importante in questo. Il pericolo di scariche atmosferiche ha determinato la necessità di sviluppare metodi per la protezione dai fulmini di edifici, strutture, linee elettriche e comunicazioni. Questo fenomeno è particolarmente pericoloso per l'aviazione. Le scariche dei fulmini provocano interferenze radio atmosferiche, chiamate atmosfere (vedi Fischi atmosferici). Durante un forte aumento dell'intensità del campo elettrico, si osservano scariche luminose che si generano nei punti e negli angoli acuti di oggetti che sporgono sopra la superficie terrestre, sui singoli picchi delle montagne, ecc. (Luci di Elma). L'atmosfera contiene sempre la quantità di ioni leggeri e pesanti che variano notevolmente a seconda delle condizioni specifiche, che determinano la conducibilità elettrica dell'atmosfera. I principali ionizzatori d'aria sulla superficie terrestre sono la radiazione di sostanze radioattive contenute nella crosta terrestre e nell'atmosfera, nonché i raggi cosmici. Vedi anche Elettricità atmosferica.

Influenza umana sull'atmosfera. Negli ultimi secoli, c'è stato un aumento della concentrazione di gas serra nell'atmosfera a causa delle 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 nel secolo scorso è stato dato dai freon, che erano praticamente assenti nell'atmosfera fino alla metà del XX secolo. Queste sostanze sono riconosciute come distruttori di ozono stratosferico e la loro produzione è vietata dal Protocollo di Montreal del 1987. La crescente concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera è causata dalla combustione di quantità crescenti di carbone, petrolio, gas e altri tipi di combustibili a base di carbonio, nonché dalla deforestazione, a seguito della quale l'assorbimento di anidride carbonica da parte della fotosintesi diminuisce. La concentrazione di metano aumenta con la crescita della produzione di petrolio e gas (a causa delle sue perdite), così come con l'espansione delle colture di riso e con l'aumento del numero di grandi bestiame... Tutto ciò contribuisce al riscaldamento climatico.

Sono stati sviluppati metodi di influenza attiva sui processi atmosferici per cambiare il tempo. Sono utilizzati per proteggere le piante agricole dalla grandine disperdendo reagenti speciali nelle nuvole temporalesche. Esistono anche metodi per disperdere la nebbia negli aeroporti, proteggere le piante dal gelo, agire sulle nuvole per aumentare le precipitazioni nei punti giusti o per dissipare le nuvole durante eventi di massa.

Studio dell'atmosfera... Le informazioni sui processi fisici nell'atmosfera sono ottenute principalmente dalle osservazioni meteorologiche, che vengono effettuate da una rete globale di stazioni e postazioni meteorologiche permanenti 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, presso le quali vengono effettuate misurazioni meteorologiche utilizzando radiosonde fino a un'altitudine di 30-35 km. Diverse stazioni effettuano osservazioni sull'ozono atmosferico, sui fenomeni elettrici nell'atmosfera e sulla composizione chimica dell'aria.

I dati delle stazioni di terra sono integrati da osservazioni sugli oceani, dove "navi meteorologiche" operano permanentemente in alcune regioni dell'Oceano Mondiale, nonché da informazioni meteorologiche ottenute dalla ricerca e da altre navi.

Una quantità crescente di informazioni sull'atmosfera negli ultimi decenni è stata ottenuta con l'aiuto di satelliti meteorologici, che sono dotati di strumenti per fotografare le nuvole e misurare i flussi di radiazioni ultraviolette, infrarosse e microonde dal Sole. I satelliti consentono di ottenere informazioni sui profili verticali di temperatura, nuvolosità e contenuto d'acqua, elementi del bilancio radiante dell'atmosfera, temperatura della superficie oceanica, ecc. Utilizzando misurazioni della rifrazione dei segnali radio da un sistema di satelliti di navigazione, è possibile determinare i profili verticali di densità, pressione e temperatura, nonché il contenuto di umidità nell'atmosfera. ... Con l'aiuto dei satelliti è stato possibile chiarire il valore della costante solare e dell'albedo planetario della Terra, costruire mappe dell'equilibrio radiante del sistema Terra-atmosfera, misurare il contenuto e la variabilità delle tracce di impurità atmosferiche e risolvere molti altri problemi di fisica atmosferica e monitoraggio ambientale.

Lett.: Budyko MI 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: manuale. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologia e climatologia. 5a ed. M., 2001.

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

\u003e\u003e Atmosfera della Terra

Descrizione atmosfera terrestre per i bambini di tutte le età: in cosa consiste l'aria, presenza di gas, strati con foto, clima e condizioni meteorologiche del terzo pianeta del sistema solare.

Per i più piccoli è già noto che la Terra è l'unico pianeta nel nostro sistema che ha un'atmosfera vitale. La coperta antigas non è solo ricca di aria, ma ci protegge anche dal calore eccessivo e dalla radiazione solare. Importante spiegare ai bambiniche il sistema è progettato incredibilmente bene, perché consente alla superficie di riscaldarsi durante il giorno e raffreddarsi di notte, mantenendo un equilibrio accettabile.

Iniziare spiegazione per i bambini è possibile con il fatto che il globo dell'atmosfera terrestre si estende per 480 km, ma la maggior parte situato 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. Certo, in tali condizioni è più difficile respirare ( bambini potrebbe sentirlo se mai andassero a fare escursioni in montagna).

Composizione dell'aria terrestre - Spiegazione per i bambini

Tra i gas si distinguono:

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

Strati atmosferici della Terra - spiegazione per i bambini

Genitori o insegnanti a scuola Occorre ricordare che l'atmosfera terrestre è suddivisa in 5 livelli: esosfera, termosfera, mesosfera, stratosfera e troposfera. Con ogni strato, l'atmosfera si dissolve sempre di più, fino a quando i gas finalmente si dissipano nello spazio.

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

La stratosfera parte dalla troposfera e sale a 50 km sopra la superficie. C'è molto ozono qui, che riscalda l'atmosfera e protegge dalla radiazione solare dannosa. L'aria è 1000 volte più sottile di quella sopra il livello del mare e insolitamente secca. Ecco perché gli aeroplani si sentono benissimo qui.

Mesosfera: da 50 a 85 km sopra la superficie. La vetta si chiama mesopausa ed è il luogo più fresco dell'atmosfera terrestre (-90 ° C). È molto difficile indagare, 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.

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

L'esosfera è lo strato più alto. Linea incredibilmente sottile che fonde l'atmosfera con lo spazio. È costituito da particelle di idrogeno ed elio ampiamente disperse.

Clima e tempo della Terra - spiegazione per i bambini

Per i più piccolibisogno di spiegareche la Terra riesce a trattenere molte specie viventi grazie al clima regionale, che è rappresentato dal freddo estremo ai poli e dal caldo tropicale all'equatore. Bambini Occorre sapere che il clima regionale è il tempo, che in una determinata zona rimane invariato per 30 anni. Certo, a volte può cambiare per diverse ore, ma per la maggior parte rimane stabile.

Inoltre, si distingue anche il clima terrestre globale, uno regionale medio. È cambiato nel corso della storia umana. Oggi c'è un rapido riscaldamento. Gli scienziati lanciano l'allarme mentre i gas serra causati dall'attività umana intrappolano il calore nell'atmosfera, rischiando di trasformare il nostro pianeta in Venere.

10,045 × 10 3 J / (kg * K) (nell'intervallo di temperatura da 0-100 ° C), C v 8,3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 ° C). La solubilità dell'aria in acqua a 0 ° С è 0,036%, a 25 ° С - 0,22%.

Atmosfera composizione

Storia della formazione dell'atmosfera

Storia antica

Al momento, la scienza non può tracciare con assoluta precisione tutte le fasi della formazione della Terra. Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre nel tempo era in quattro diverse composizioni. Originariamente era costituito da 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 altri gas oltre all'idrogeno (idrocarburi, ammoniaca, vapore acqueo). Così è stato formato atmosfera secondaria... L'atmosfera era ristoratrice. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

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

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

L'emergere della vita e dell'ossigeno

Con l'apparizione sulla Terra di organismi viventi a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica, la composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare. Esistono, invece, dati (analisi della composizione isotopica dell'ossigeno atmosferico e liberato durante la fotosintesi) che testimoniano a favore dell'origine geologica dell'ossigeno atmosferico.

Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione di composti ridotti: idrocarburi, la forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani, ecc. Alla fine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera iniziò a crescere.

Negli anni '90 sono stati condotti esperimenti per creare un sistema ecologico chiuso ("Biosfera 2"), durante il quale non è stato possibile creare un sistema stabile con un'unica composizione d'aria. 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-idrogeno da parte di O 2 molecolare, che ha iniziato a fluire dalla superficie del pianeta per effetto della fotosintesi, come si ipotizza, circa 3 miliardi di anni fa (secondo un'altra versione l'ossigeno atmosferico è di origine geologica). L'azoto viene ossidato a NO nell'atmosfera superiore, viene utilizzato nell'industria ed è legato dai batteri che fissano l'azoto, mentre l'N 2 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 un fulmine). Può essere ossidato e convertito in una forma biologica da cianobatteri, alcuni batteri (ad esempio, noduli, che formano una simbiosi rizobiale con i legumi).

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

gas nobili

La combustione del carburante è la principale fonte di gas inquinanti (CO, NO, SO 2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'O 2 dell'aria 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 determina un significativo inquinamento dell'atmosfera con ossidi di azoto, idrocarburi e composti di Pb.

L'inquinamento da aerosol dell'atmosfera è causato da entrambe le cause naturali (eruzione vulcanica, tempeste di polvere, deriva acqua di mare e particelle di polline, ecc.), e attività economiche umano (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di combustibili, produzione di cemento, ecc.). La rimozione intensiva su larga scala di particelle solide nell'atmosfera è una delle possibili cause del cambiamento climatico sul pianeta.

La struttura dell'atmosfera e le caratteristiche delle singole conchiglie

Lo stato fisico dell'atmosfera è determinato dal tempo e dal clima. I principali parametri dell'atmosfera: densità dell'aria, pressione, temperatura e composizione. Con l'aumentare dell'altitudine, la densità dell'aria e la pressione atmosferica diminuiscono. La temperatura cambia anche con i cambiamenti di altitudine. La struttura verticale dell'atmosfera è caratterizzata da diverse proprietà elettriche e di temperatura, diverse condizioni dell'aria. A seconda della temperatura nell'atmosfera, si distinguono i seguenti strati principali: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera (sfera di dispersione). Le regioni di transizione dell'atmosfera tra conchiglie adiacenti 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 si verifica la trasformazione dell'energia a onde corte. Sotto l'influenza di questi raggi, i campi magnetici cambiano, le molecole si disintegrano, si verifica la ionizzazione, 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 superiori, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano in atomi (sopra 80 km, CO 2 e H 2 si dissociano, oltre 150 km - O 2, sopra 300 km - H 2). Ad un'altitudine di 100-400 km, la ionizzazione dei gas avviene anche nella ionosfera, 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. I radicali liberi sono presenti nell'atmosfera superiore: OH, HO 2, ecc.

Non c'è quasi vapore acqueo nella stratosfera.

Mesosfera

Fino a 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 dalle loro masse molecolari, la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa di una diminuzione della densità dei gas, la temperatura diminuisce da 0 ° С nella stratosfera a −110 ° С nella mesosfera. Tuttavia, l'energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde a una temperatura di ~ 1500 ° C. Al di sopra dei 200 km si osservano significative fluttuazioni di temperatura e densità dei gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3000 km, l'esosfera passa gradualmente nel cosiddetto vuoto vicino allo spazio, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas è solo una frazione della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometa e meteorica. Oltre a queste particelle estremamente rarefatte, la radiazione elettromagnetica e corpuscolare di origine solare e galattica penetra in questo spazio.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa atmosferica, 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. Sulla base delle proprietà elettriche dell'atmosfera, si distinguono la neutrosfera e la ionosfera. Al momento, si ritiene che l'atmosfera si estenda fino a un'altitudine di 2000-3000 km.

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

Proprietà dell'atmosfera

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non addestrata sviluppa carenza di ossigeno e senza adattamento, la capacità lavorativa della persona è significativamente ridotta. È qui che finisce la zona fisiologica dell'atmosfera. La respirazione umana diventa impossibile a un'altitudine di 15 km, sebbene l'atmosfera contenga ossigeno fino a circa 115 km.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Tuttavia, a causa del calo della pressione totale dell'atmosfera quando sale all'altitudine, anche 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 mm Hg. Art., Pressione di 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 acqueo e dell'anidride carbonica nei polmoni rimane quasi costante - circa 87 mm Hg. Arte. Il flusso di ossigeno ai polmoni si interromperà completamente quando la pressione dell'aria circostante diventa uguale a 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 altezze, la morte avviene quasi istantaneamente. Quindi, dal punto di vista della fisiologia umana, lo "spazio" inizia già a un'altitudine di 15-19 km.

Densi strati d'aria - troposfera e stratosfera - ci proteggono dagli effetti dannosi delle radiazioni. Con una 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, opera la parte ultravioletta dello spettro solare, pericolosa per l'uomo.

L'atmosfera terrestre è disomogenea: a diverse altitudini si osservano diverse densità e pressioni dell'aria, la temperatura e la composizione del gas cambiano. In base al comportamento della temperatura dell'aria ambiente (cioè la temperatura aumenta con l'altitudine o diminuisce), in essa si distinguono i seguenti strati: la troposfera, la stratosfera, la mesosfera, la termosfera e l'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 si trova 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, chiamato tropopausa, differisce a seconda della latitudine geografica e varia da 8 km. in polare fino a 20 km. alle latitudini tropicali. Alle latitudini medie o temperate, il suo confine superiore si trova ad un'altitudine di 10-12 Km. Durante l'anno, il confine superiore della troposfera subisce fluttuazioni, a seconda dell'arrivo della radiazione solare. Quindi, a seguito del sondaggio al Polo Sud della Terra da parte del Servizio meteorologico statunitense, 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 sua posizione più bassa - 7,5 km, dopodiché la sua altezza praticamente non cambia fino a marzo. Quelli. la troposfera raggiunge il suo massimo spessore in estate e il più piccolo in inverno.

Va notato che, oltre alle variazioni stagionali, ci sono anche fluttuazioni giornaliere dell'altezza della tropopausa. Inoltre, la sua posizione è influenzata da cicloni e anticicloni: nella prima discende, perché la pressione in essi è inferiore a quella dell'aria circostante; in secondo luogo, aumenta di conseguenza.

La troposfera contiene fino al 90% dell'intera massa dell'aria terrestre e 9/10 di tutto il vapore acqueo. La turbolenza è molto sviluppata qui, specialmente negli strati superficiali e più alti, si sviluppano nuvole di tutti i livelli, si formano cicloni e anticicloni. E a causa dell'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 emette più calore agli strati superficiali). Il gradiente verticale medio è di 0,65 ° / 100 m (ovvero la temperatura dell'aria scende di 0,65 ° C ogni 100 metri di dislivello). Quindi, se vicino alla superficie terrestre vicino all'equatore la temperatura media annuale dell'aria è di + 26 °, quindi al limite superiore di -70 °. La temperatura nella regione della tropopausa sopra il Polo Nord durante l'anno varia da -45 ° in estate a -65 ° in inverno.

Con l'aumentare dell'altitudine, anche la pressione atmosferica diminuisce, costituendo solo il 12-20% della superficie vicina al confine superiore della troposfera.

Al confine della troposfera e dello strato sovrastante della stratosfera si trova uno strato della tropopausa, spesso 1-2 km. Lo strato d'aria in cui il gradiente verticale diminuisce a 0,2 ° / 100 m contro 0,65 ° / 100 m nelle regioni inferiori della troposfera viene solitamente considerato come i confini inferiori della tropopausa.

All'interno della tropopausa, si osservano correnti d'aria di una direzione rigorosamente definita, chiamate correnti a getto d'alta quota o correnti a getto, che si formano sotto l'influenza della rotazione della Terra attorno al suo asse e del riscaldamento dell'atmosfera con la partecipazione della radiazione solare. Si osservano correnti ai confini delle zone con differenze di temperatura significative. Esistono diversi centri di localizzazione di queste correnti, ad esempio, artiche, subtropicali, subpolari e altre. La conoscenza della localizzazione dei flussi di jet è molto importante per la meteorologia e l'aviazione: il primo utilizza i flussi per previsioni meteorologiche più accurate, il secondo per la costruzione di rotte di volo per gli aerei, perché ai confini dei torrenti sono presenti forti vortici turbolenti, simili a piccoli vortici, detti "turbolenze cielo sereno" per l'assenza di nuvolosità a queste quote.

Sotto l'influenza di correnti a getto d'alta quota, durante la tropopausa si formano spesso rotture, che a volte scompaiono del tutto, sebbene poi si formino di nuovo. Ciò è particolarmente spesso osservato nelle latitudini subtropicali su cui domina una potente corrente subtropicale ad alta quota. Inoltre, la formazione di rotture è causata dalla differenza degli strati della tropopausa in termini di temperatura ambiente. Ad esempio, esiste un ampio divario tra la tropopausa polare calda e bassa e la tropopausa alta e fredda alle latitudini tropicali. IN tempi recenti si distingue anche uno strato della tropopausa delle latitudini temperate, che presenta rotture con i due strati precedenti: polare e tropicale.

La stratosfera è il secondo strato dell'atmosfera terrestre. La stratosfera può essere suddivisa condizionatamente in 2 regioni. Il primo di essi, che giace fino ad altezze di 25 km, è caratterizzato da temperature pressoché costanti, che sono uguali alle temperature degli strati superiori della troposfera su una determinata area. La seconda zona, o zona di inversione, è caratterizzata da un aumento della temperatura dell'aria fino ad altezze di circa 40 km. Ciò è dovuto all'assorbimento della radiazione ultravioletta solare da parte di ossigeno e ozono. Nella parte alta della stratosfera, a causa di questo riscaldamento, la temperatura è spesso positiva o addirittura paragonabile alla temperatura dell'aria superficiale.

Al di sopra della regione di inversione, c'è uno strato di temperature costanti, chiamato stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera. Il suo spessore raggiunge i 15 km.

In contrasto con la troposfera, i disturbi turbolenti sono rari nella stratosfera, ma si notano forti venti orizzontali o correnti a getto che soffiano in zone strette 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. Le correnti a getto spesso penetrano negli strati superiori della troposfera, o viceversa, le masse d'aria dalla troposfera penetrano negli strati inferiori della stratosfera. Una tale mescolanza di masse d'aria in aree di fronti atmosferici è particolarmente caratteristica.

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, essendo a latitudini elevate, si possono notare nubi madreperlacee molto sottili costituite da goccioline d'acqua super raffreddate. 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 già tramontato sotto l'orizzonte.

Alla stessa altitudine (20-25 km.) Nella bassa stratosfera si trova il cosiddetto strato di ozono, la regione con il più alto contenuto di ozono, che si forma sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta (puoi saperne di più su questo processo nella pagina). Lo strato di ozono, o ozonosfera, è estremamente importante per sostenere la vita di tutti gli organismi che vivono sulla terra assorbendo i raggi ultravioletti mortali 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 diffusione della vita sulla Terra.

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

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

Qui, nella mesopausa, passa il limite inferiore della regione di assorbimento attivo dei raggi X e della radiazione ultravioletta a onde corte del Sole. Questo processo energetico è chiamato trasferimento di calore radiante. Di conseguenza, il gas viene riscaldato e ionizzato, il che fa brillare l'atmosfera.

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

La pressione dell'aria all'interno della mesopausa è 200 volte inferiore a quella sulla superficie terrestre. Ciò suggerisce che praticamente tutta l'aria dell'atmosfera è concentrata nei suoi 3 strati inferiori: la troposfera, la stratosfera e la mesosfera. Gli strati sovrastanti della termosfera e dell'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. L'aumento della temperatura si verifica a causa dell'assorbimento dei raggi X e di una parte di lunghezza d'onda corta della radiazione ultravioletta del Sole da parte delle molecole di gas. Oltre i 300 km sul livello del mare, l'aumento della temperatura si ferma.

Contemporaneamente all'aumento della temperatura, la pressione diminuisce 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, allora in alto è già 1,8 × 10-15 g / cm 3, che corrisponde approssimativamente a 10 milioni - 1 miliardo di particelle in 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 confine superiore della termosfera cambia.

Lo strato più alto dell'atmosfera è chiamato esosfera o strato di dispersione. Il suo limite inferiore cambia costantemente entro limiti molto ampi; l'altezza di 690-800 km è presa come valore medio. Viene stabilito dove la probabilità di collisioni intermolecolari o interatomiche può essere trascurata, ad es. la distanza media che percorre una molecola in movimento caotico prima di entrare in collisione con un'altra molecola simile (il cosiddetto percorso libero) sarà così grande che di fatto le molecole non entreranno in collisione con una probabilità prossima allo zero. Lo strato in cui si verifica il fenomeno descritto è chiamato termopausa.

Il confine superiore dell'esosfera si trova ad altitudini di 2-3 mila km. È fortemente sfocato e passa gradualmente nel vuoto del vicino spazio. A volte, per questo motivo, l'esosfera è considerata una parte dello spazio esterno e il suo confine superiore è considerato come un'altezza di 190 mila km, alla quale l'influenza della pressione della radiazione solare sulla velocità degli atomi di idrogeno supera l'attrazione gravitazionale della Terra. Questo è il cosiddetto. la corona terrestre, costituita da atomi di idrogeno. La densità della corona terrestre è molto bassa: 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'aria estremamente rarefatta dell'esosfera, le particelle si muovono intorno alla Terra in orbite ellittiche, senza entrare in collisione tra loro. Alcuni di loro, muovendosi lungo traiettorie aperte o iperboliche con velocità cosmiche (atomi di idrogeno ed elio), lasciano l'atmosfera e vanno nello spazio, motivo per cui l'esosfera è chiamata sfera di diffusione.