Snaga zemljine atmosfere je. Glavni slojevi Zemljine atmosfere u rastućem redoslijedu. Od čega se sastoji atmosfera?

Čvrsto gorivo

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

Troposfera;
Stratosphere;
mezosfera;
Thermosphere;
Egzosfera.

Dijagram glavnih slojeva Zemljine atmosfere

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

Troposfera: gdje se javlja vrijeme

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

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

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

Stratosfera: dom ozona

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

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

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

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

Mezosfera: srednja atmosfera

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

Termosfera: gornja atmosfera

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

Egzosfera: granica između atmosfere i svemira

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

Šta je sa jonosferom?

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

Zemljina atmosfera

Atmosfera(od. Stari grčkiἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) - gasškoljka ( geosfera), koja okružuje planetu zemlja. Njegova unutrašnja površina pokriva hidrosfera i djelimično kora, vanjski graniči sa prizemnim dijelom svemira.

Skup grana fizike i hemije koje proučavaju atmosferu obično se naziva atmosferske fizike. Atmosfera određuje vrijeme na površini Zemlje, proučavajući vremenske prilike meteorologija i dugoročne varijacije klima - klimatologija.

Struktura atmosfere

Struktura atmosfere

Troposfera

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

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

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje u sloju od 25-40 km sa -56,5 na 0,8 ° WITH(gornji sloj stratosfere ili regiona inverzije). Postigavši vrijednost od oko 273 K (skoro 0 °C) na nadmorskoj visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfera.

Stratopauza

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

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Mezosfera počinje na nadmorskoj visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. Temperatura opada sa visinom sa prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenja. Složeni fotohemijski procesi koji uključuju slobodni radikali, vibracijski pobuđeni molekuli, itd., uzrokuju sjaj atmosfere.

Mesopauza

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

Karmanova linija

Visina iznad nivoa mora, koja je konvencionalno prihvaćena kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Termosfera

Glavni članak: Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja dolazi do jonizacije vazduha (“ auroras") - glavna područja jonosfera leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik.

Atmosferski slojevi do visine od 120 km

Egzosfera (sfera raspršivanja)

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

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima, distribucija plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj težini, koncentracija težih plinova opada brže s udaljenosti od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500 °C. Iznad 200 km uočavaju se značajne fluktuacije temperature i gustine gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km egzosfera se postepeno pretvara u tzv. blizu svemirskog vakuuma, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

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

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

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 2000 - 3000 km od površine Zemlje. Ukupna masa zrak- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molarna masačisti suhi vazduh je 28.966. Pritisak na 0 °C na nivou mora 101.325 kPa; kritična temperatura?140,7 °C; kritični pritisak 3,7 MPa; C str 1,0048×10 3 J/(kg K) (na 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (na 0 °C). Rastvorljivost vazduha u vodi na 0 °C je 0,036%, na 25 °C - 0,22%.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km razvija se neobučena osoba gladovanje kiseonikom a bez prilagođavanja, performanse osobe su značajno smanjene. Ovdje se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

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

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

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

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

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, tako poznati fenomeni uočeni u nižim slojevima atmosfere kao što su širenje zvuka, pojava aerodinamičkih lift i otpor, prenos toplote konvekcija i sl.

U razrijeđenim slojevima zraka, distribucija zvuk ispostavilo se da je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i podizanje za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti poznati svakom pilotu brojevi M I zvučna barijera gube smisao, postoji kondicional Karmanova linija iza koje počinje sfera čisto balističkog leta, koja se može kontrolisati samo uz pomoć reaktivnih sila.

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

Sastav atmosfere

Sastav suvog vazduha

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

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H 2 O) i ugljičnog dioksida (CO 2).

Sastav suvog vazduha

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

Pored gasova navedenih u tabeli, atmosfera sadrži SO 2, NH 3, CO, ozona, ugljovodonici, HCl, HF, parovi Hg, I 2 , i također NO i mnogi drugi gasovi u malim količinama. Troposfera stalno sadrži veliki broj suspendovanih čvrstih i tečnih čestica ( aerosol).

Istorija nastanka atmosfere

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

curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarnog prostora;

hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

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

Nitrogen

Formiranje velike količine N 2 nastaje zbog oksidacije atmosfere amonijaka i vodika molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. N2 se također oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Azot N 2 reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularnog azota ozonom tokom električnih pražnjenja koristi se u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Mogu ga oksidirati uz malu potrošnju energije i pretvoriti ga u biološki aktivan oblik. cijanobakterije (plavo-zelene alge) i kvržice koje formiraju rizobialne simbioza With mahunarke biljke, tzv zeleno đubrivo.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom na Zemlji živi organizmi, kao rezultat fotosinteza praćeno oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kiseonik trošio na oksidaciju redukovanih jedinjenja - amonijaka, ugljovodonika, azotnog oblika žlezda sadržane u okeanima, itd. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidativnim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se dešavaju u atmosfera, litosfera I biosfera, ovaj događaj je nazvan Kiseonička katastrofa.

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

Ugljen-dioksid

Sadržaj CO 2 u atmosferi zavisi od vulkanske aktivnosti i hemijskih procesa u zemljinim školjkama, ali najviše od intenziteta biosinteze i razgradnje organske materije u biosfera zemlja. Gotovo cjelokupna trenutna biomasa planete (oko 2,4 × 10 12 tona ) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Zakopan ocean, V močvare i u šume organska materija se pretvara u ugalj, ulje I prirodni gas. (cm. Geohemijski ciklus ugljenika)

Plemeniti gasovi

Izvor inertnih gasova - argon, helijum I kripton- vulkanske erupcije i raspad radioaktivnih elemenata. Zemlja općenito i atmosfera posebno su osiromašeni inertnim plinovima u odnosu na svemir. Vjeruje se da razlog tome leži u kontinuiranom curenju plinova u međuplanetarni prostor.

Zagađenje zraka

Nedavno je na evoluciju atmosfere počelo da utiče Čovjek. Rezultat njegovih aktivnosti bio je konstantno značajno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO 2 troše se tokom fotosinteze i apsorbuju ga svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. U proteklih 100 godina, sadržaj CO 2 u atmosferi porastao je za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se stopa rasta sagorijevanja goriva nastavi, onda će se u sljedećih 50 - 60 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalne klimatske promjene.

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova ( CO, NO, SO 2 ). Sumpor dioksid se oksidira kisikom iz atmosfere u SO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupa u interakciju s vodom i amonijačnom parom, a rezultirajuća sumporna kiselina (H 2 SO 4 ) I amonijum sulfat ((NH 4 ) 2 SO 4 ) povratak na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Upotreba motori sa unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja atmosfere azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima olova ( tetraetil olovo Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

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

Troposfera

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

Tropopauza

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

Stratosfera

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

Stratopauza

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

Mezosfera

Mezosfera počinje na nadmorskoj visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. Temperatura opada sa visinom sa prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenja. Složeni fotohemijski procesi koji uključuju slobodne radikale, vibraciono pobuđene molekule itd. uzrokuju luminescenciju atmosfere.

Mesopauza

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

Karmanova linija

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

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

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

Termopauza

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

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Atmosferski slojevi do visine od 120 km

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

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

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

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

Aspekti zaštite životne sredine

Zaštita životne sredine – zbir uslova pod kojima se ostvaruje naučno utemeljeno ograničavanje ili otklanjanje štetnosti privrednih aktivnosti na život stanovništva i kvalitet životne sredine.

Bezbednost životne sredine postiže se sistemom mera (prognoza, planiranje, priprema za sprovođenje seta preventivnih mera) kojima se obezbeđuje minimalni nivo štetnih uticaja prirode i tehnoloških procesa njenog razvoja na život i zdravlje ljudi ( ljudi) uz zadržavanje tempa ekonomskog razvoja.

Kvalitetu okoliša čini kvalitet pojedinca komponente prirode(atmosferski vazduh, klima, prirodne vode, zemljišni pokrivač, itd.), predmeti za domaćinstvo(proizvodnja, stanovanje, javni sadržaji) i socio-ekonomskim uslovima(nivo prihoda, obrazovanje).

U sadašnjoj fazi istorijskog razvoja, uobičajeno je razlikovati dva oblika interakcije između društva i prirode:

ekonomski– potrošnja prirodnih resursa;

životne sredine– zaštita prirodne sredine u cilju očuvanja ljudi i njihovog prirodnog staništa.

Čovjek, trošeći okolišne resurse da bi zadovoljio svoje materijalne i duhovne potrebe, mijenja prirodno okruženje, što počinje utjecati na samu osobu. Negativne antropogene aktivnosti se manifestuju u tri glavna pravca:

· zagađenje životne sredine -proces unošenja u životnu sredinu ili pojavu u njoj novih, obično nekarakterističnih agenasa koji negativno utiču na njegove komponente.

Postoje tri vrste zagađenja: fizičko (sunčevo zračenje, elektromagnetno zračenje, itd.), hemijsko (aerosoli, teški metali itd.), biološko (bakteriološko, mikrobiološko). Svaka vrsta zagađenja ima karakterističan i specifičan izvor zagađenja. Izvor zagađenja – prirodni ili ekonomski objekat koji je početak ulaska zagađivača u životnu sredinu. Razlikovati prirodno I antropogena izvori zagađenja. Antropogeni protok ekotoksikanata u okoliš prevladava nad prirodnim (50-80%) i samo je u nekim slučajevima uporediv s njim;

· iscrpljivanje prirodnih resursa;

· uništavanje prirodne sredine.

Obim ljudskog uticaja na prirodu u savremenim uslovima je postao planetaran, a po kvantitativnom učinku ljudska aktivnost prevazilazi mnoge prirodne procese, što dovodi do teških ekoloških posledica. Antropogeni uticaj proteže se na sve najvažnije komponente biosfere: atmosferu, hidrosferu, litosferu. Pređimo na njihove detaljne karakteristike.

I. Promjene u stanju atmosfere.

Atmosfera – gasoviti omotač planete koji dostiže visinu od 1000 km. Iza ove udaljenosti, atmosfera se razrjeđuje i postepeno prelazi u svemir. Atmosfera osigurava respiratornu funkciju svih živih organizama; određuje opći toplinski režim površine planete; štiti od štetnog kosmičkog i ultraljubičastog zračenja Sunca. Atmosferska cirkulacija utiče na lokalne klimatske uslove, a preko njih i na režim rijeka, posredno na vegetacijski pokrivač i procese formiranja reljefa.

Stručnjaci koji proučavaju atmosferu identificiraju nekoliko zona u njoj, smještenih na različitim visinama od Zemlje, ovisno o njihovoj temperaturi (Sl.).

Troposfera Najbliži sloj Zemljinoj površini, njegova visina je 9-16 km. U ovom sloju se javljaju pojave koje nazivamo vremenom.

Stratosfera– sloj koji doseže visinu od 45-50 km. Ovdje se koncentriše najveći dio atmosferskog ozona (20-25 km), koji ima izuzetno važan biološki značaj - štiti žive organizme od kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja.

Mezosfera– sloj koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km od površine zemlje. Ovaj sloj karakteriše brz pad temperature, pa na njegovoj gornjoj granici temperatura može dostići – 100 o C.

Termosfera počinje na nadmorskoj visini većoj od 80 km, njegova gornja granica doseže 600-800 km. Ovo je područje letova umjetnih Zemljinih satelita i interkontinentalnih balističkih projektila. Donju granicu termosfere karakteriše kontinuirano povećanje temperature, koja dostiže +250 o C. Najvažnija fizička karakteristika ovog sloja je povećana jonizacija, tj. prisustvo ogromnog broja električnih inficiranih čestica, što omogućava promatranje aurore.

Egzosfera– spoljni sloj atmosfere. Odavde se atmosferski gasovi raspršuju u svemir. Egzosfera se razlikuje od svemira po prisustvu velikog broja slobodnih elektrona koji formiraju gornje radijacijske pojaseve Zemlje.

Iako su procesi koji se odvijaju u zemljinoj atmosferi izuzetno složeni, on hemijski sastav relativno homogeno:

dušik (N 2) – 78,1%

· kiseonik (O 2) – 20,95%

Argon (Ar) – 0,9%

· ugljen dioksid (CO 2) – 0,03%

· vodonik (H 2), helijum (He), neon (Ne) i drugi gasovi – 1,8*10 -4%.

Atmosfera ima moćnu sposobnost samopročišćavanja. Međutim, prelazeći granice ove sposobnosti, ljudska aktivnost mijenja postojeću ravnotežu u prirodi. Većina ekološki negativnih posljedica ljudske djelatnosti očituje se u zagađenju prirodnim tvarima.

1. Zagađenje zraka– je promjena fizičkog i hemijskog sastava zraka koja ugrožava zdravlje i život ljudi, kao i prirodno stanište.

U ekološkoj literaturi zagađivači se nazivaju Zagađivači(ekotoksikanti). Stepen zagađenosti vazduha se procenjuje pomoću dve glavne grupe ekotoksikanata:

a) kancerogeni– benz(a)piren, benzen, formaldehid (čiji su izvor izduvni gasovi vozila), kao i olovo, kadmijum, nikl, hrom, arsen, ugljen-disulfid, azbest, supstance koje sadrže hlor (rezultat proizvodnih aktivnosti) . Karcinogeneza je sposobnost metala da prodre u ćeliju i reaguje sa molekulom DNK, što dovodi do hromozomskih abnormalnosti ćelije.

b) ne-kancerogene supstance– oksidi dušika, ugljika, sumpora, ozona, prašine i čestica čađi. Najčešći i široko kontrolirani zagađivači, od kojih se, prema UNEP-u, godišnje ispusti do 25 milijardi tona, uključuju:

· sumpor dioksid i čestice prašine – 200 miliona tona godišnje;

· oksidi azota (N x O y) – 60 miliona tona godišnje;

· ugljični oksidi (CO i CO 2) – 8000 miliona tona godišnje;

· ugljovodonici (C x H y) – 80 miliona tona/god.

Posljednjih decenija nagomilala se dima i magla nad industrijskim centrima i velikim gradovima tzv smog(od engleskog smoke - dim i fog - magla). Njegova struktura se može podijeliti na tri nivoa:

· donji, koji leži između kuća, nastaje ispuštanjem izduvnih gasova vozila i podignute prašine;

· srednji, napajan dimom sistema grijanja, nalazi se iznad kuća na visini od 20-30 metara;

· visoka, na udaljenosti od 50-100 metara od površine zemlje, sastoji se od ispuštanja iz industrijskih preduzeća.

Smog otežava disanje i doprinosi razvoju stresnih reakcija. Posebno je opasan za bolesne, starije osobe i malu djecu. (Londonski smog 1951. izazvao je smrt 3,5 hiljada ljudi od egzacerbacije plućnih, srčanih bolesti i direktnog trovanja za dvije sedmice. Rurska regija 1962. Umrlo je 156 ljudi za tri dana).

Glavne komponente fotohemijski smog su dušikovi oksidi (NO 2, N 2 O) i ugljovodonici. Interakcija sunčeve svjetlosti sa ovim zagađivačima koncentrisanim u blizini površine zemlje dovodi do stvaranja ozona, peroksiacetil nitrata (PAN) i drugih supstanci sličnih svojstvima suzavcu. PAN – hemijski aktivne organske supstance koje iritiraju sluzokožu, tkiva respiratornog trakta i pluća čoveka; obezbojiti zelenilo biljaka. Visoke koncentracije ozona smanjuju prinose zrna, usporavaju rast biljaka i uzrokuju smrt stabala.

Akumulacija nečistoća u dovoljnoj koncentraciji za formiranje fotomoga je olakšana temperaturna inverzija – posebno stanje atmosfere u kojem je na određenoj nadmorskoj visini temperatura zraka viša od temperature zračnih masa u prizemnom sloju. Ovaj sloj toplog vazduha sprečava vertikalno mešanje i onemogućava rasipanje toksičnih emisija. Sa modernim urbanističkim planiranjem, slični uslovi se stvaraju i u gradovima sa blokovima višespratnica. Inverzioni sloj toplog zraka može se nalaziti na različitim visinama, a što je niže iznad većine izvora zagađenja, to je situacija složenija.

Nivoi fotohemijskog zagađenja vazduha usko su povezani sa obrascima saobraćaja vozila. U periodima visokog intenziteta saobraćaja u jutarnjim i večernjim satima dolazi do vrhunca emisije azotnih oksida i ugljovodonika u atmosferu, čija reakcija međusobno izaziva fotohemijsko zagađenje vazduha.

Visoke koncentracije i migracija nečistoća u atmosferskom zraku potiču njihovu interakciju sa stvaranjem toksičnijih spojeva, što dovodi do efekta staklene bašte, pojave ozonskih rupa, kiselih kiša i drugih ekoloških problema.

2. Efekat staklenika – zagrijavanje atmosfere kao rezultat povećanja količine ugljičnog monoksida (IV) i niza drugih plinova koji sprječavaju disipaciju Zemljine toplinske energije u svemir. Ugljični dioksid atmosfere, zajedno sa vodenom parom i drugim poliatomskim minigasovima (CO 2, H 2 O, CH 4, NO 2, O 3), formira sloj iznad površine planete koji omogućava sunčeve zrake (optički raspon elektromagnetnih talasi) da dođu do površine zemlje, ali odgađa obrnuto toplotno (dugotalasno infracrveno) zračenje. Što je veća koncentracija stakleničkih plinova, toplinska energija se intenzivnije akumulira u površinskim slojevima atmosfere. Dakle, udio molekula vodene pare u stvaranju efekta staklene bašte iznosi 62%; ugljen dioksid – 22%; metan – 2,5%; dušikovi oksidi – 4%; ozon - 7% i ostali gasovi 2,5%.

Povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi posljedica je dugog perioda sistematskog povećanja sagorijevanja fosilnih goriva. Ekstrakcija gasa, nafte i uglja, raspadanje organskih ostataka i povećanje broja stoke izvori su metana koji ulazi u atmosferu. Obim upotrebe azotnih đubriva i goriva koja sadrže ugljenik u termoelektranama u poljoprivredi karakteriše količina azotnih oksida koji se emituju u atmosferu. Prisustvo vodene pare u atmosferi uzrokovano je intenzitetom isparavanja vode sa površine okeana zbog zagrijavanja klime.

Efekat staklene bašte je pojačan i hlorofluorougljenicima (freonima) koji se koriste kao rastvarači, rashladne tečnosti u rashladnim uređajima i raznim posudama za domaćinstvo. Njihov uticaj na efekat staklene bašte je 1000 puta jači od uticaja jednake količine ugljen-dioksida.

Posljedica efekta staklene bašte je povećanje temperature na površini Zemlje i zagrijavanje klime. Kao rezultat toga, postoji opasnost od topljenja polarnog leda, što može uzrokovati poplave nižih obalnih područja. Osim toga, povećanje temperature zraka može dovesti do smanjenja produktivnosti poljoprivrednog zemljišta - dezertifikacija(od engleskog desert - pustinja). S tim u vezi, stanovništvo relevantnih regiona će iskusiti nestašicu hrane.

3. "ozonske rupe" – područja sa smanjenim sadržajem ozona u atmosferi za 40-50%.

Ozon je spoj od tri atoma kiseonika (O3), koji nastaje u gornjim slojevima stratosfere i nižim slojevima mezosfere od kiseonika pod uticajem ultraljubičastih (UV) zraka sunčeve svetlosti. Rezultat ove interakcije je apsorpcija ozonskim ekranom oko 99% UV zračenja sunčevog spektra, koje ima visoku energiju i destruktivno je za sva živa bića. Kvantitativna procjena stanja ozona u atmosferi je debljina ozonskog omotača, koja se, ovisno o godišnjem dobu, geografskoj širini i dužini, kreće od 2,5 do 5 relativnih milimetara.

Brojni podaci ukazuju da ozonski omotač počinje opadati. Glavni proces uništavanja ozona uzrokovan je uticajem i povećanjem emisije azotnih oksida, čiji su izvor izduvni gasovi superlajnera sa visokim plafonom leta, različiti raketni sistemi, vulkanske erupcije i drugi prirodni fenomeni. Ozona opasnost za ozonski omotač je ispuštanje hlorofluorougljika (CFC) u atmosferu. Najteže uništavanje ozona povezano je s proizvodnjom freona (CH 3 CL, CCL 2 F 2 i CCL 3 F), koji se široko koriste kao punila u aerosolnim ambalažama, aparatima za gašenje požara, rashladnim sredstvima u frižiderima i klima uređajima, te u proizvodnja polistirenske pjene. Freoni ispušteni u atmosferu odlikuju se velikom stabilnošću i ostaju u njoj 60-100 godina.

Budući da su hemijski inertni, freoni su bezopasni za ljude. Međutim, u stratosferi, pod uticajem kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja Sunca, njihovi molekuli se raspadaju, oslobađajući hlor.

Molekul hlora djeluje kao katalizator, ostajući nepromijenjen u desetinama hiljada činova uništavanja molekula ozona. Jedan atom hlora može uništiti 100.000 molekula ozona.

Smanjenje sadržaja ozona u atmosferi od 1% dovodi do povećanja intenziteta jakog UV zračenja na površinu naše planete za 1,5%. Čak i neznatno smanjenje ozonskog omotača može povećati učestalost raka kože, štetno djelovati na biljke i životinje i uzrokovati nepredvidive promjene u globalnoj klimi.

Problem uticaja freona na stratosferski ozon dobio je međunarodni značaj, posebno u vezi sa stvaranjem „ozonskih rupa“. Usvojen je međunarodni program za smanjenje proizvodnje korištenjem freona. Razvijena je i pokrenuta industrijska proizvodnja tzv. alternativnih rashladnih sredstava sa niskim relativnim koeficijentom aktivnosti ozona.

4. Kisela kiša – padavine (kiša, snijeg, magla), čiji hemijski sastav karakteriše nizak pH faktor a. Da bismo razumjeli ovo pitanje, sjetimo se da se molekuli vode obično disociraju na vodikove ione (H+) i hidroksilne ione (OH-). Otopina s jednakim koncentracijama vodikovih i hidroksilnih jona naziva se neutralna. Kiselost otopine se kvantitativno određuje kao logaritam koncentracije vodikovih iona, uzet sa suprotnim predznakom. Ova količina se zove pH-faktor. pH vrijednost = 7 karakterizira neutralnu vodu – ni kiselu ni alkalnu. Smanjenje pH za 1 znači povećanje kiselih svojstava otopine za 10 puta. Što je pH vrijednost niža, otopina je kiselija.

Kisele kiše su rezultat prisustva oksida sumpora i dušikovih oksida u atmosferi. Glavni izvori ovih spojeva koji ulaze u zrak su procesi sagorijevanja fosilnih goriva koja sadrže sumpor; topljenje metala; rad vozila. Pod uticajem UV zračenja, sumporov oksid (IV) se pretvara u sumporov oksid (VI), koji reaguje sa atmosferskom vodenom parom dajući sumpornu kiselinu, koja je vrlo higroskopna i može formirati toksičnu maglu. Zajedno sa sumpornim oksidima, dušikovi oksidi se miješaju s porama vode i formiraju dušičnu kiselinu. Ove dvije kiseline, kao i soli ovih kiselina, uzrokuju kisele kiše. Što je veći sadržaj ovih kiselina u vazduhu, kisele kiše padaju češće.

Kisele padavine prisutne su u radijusu od 10-20 km oko industrijskih divova. Najnepovoljnije regije Rusije za kisele padavine uključuju: poluostrvo Kola, istočnu padinu Uralskog lanca i regiju Taimyr. Čestice kiselog aerosola imaju nisku stopu taloženja i mogu se transportovati u udaljena područja 100-1000 km od izvora zagađenja.

Kisele kiše dovode do razaranja zgrada i građevina, posebno onih od pješčenjaka i krečnjaka. Korozivna agresivnost atmosfere značajno se povećava, što uzrokuje koroziju metalnih predmeta i konstrukcija.

Ne predstavljaju posebnu opasnost same padavine, već sekundarni procesi koje izazivaju. Pod uticajem kiselih kiša menjaju se biohemijska svojstva zemljišta, stanje slatke vode i šuma. Kao rezultat promjena pH vrijednosti tla i vode povećava se rastvorljivost teških metala u njima. Komponente kiselih kiša, nakon interakcije s teškim metalima, pretvaraju ih u oblik koji biljke lako apsorbiraju.

Dalje duž lanca ishrane, teški metali ulaze u tijela riba, životinja i ljudi. U određenim granicama, organizmi su zaštićeni od direktnog štetnog djelovanja kiselosti, ali nakupljanje (akumulacija) teških metala predstavlja ozbiljnu opasnost. Kisele kiše, smanjujući pH jezerske vode, dovode do smrti njihovih stanovnika. Jednom u ljudskom tijelu, joni teških metala lako se vežu za proteine, potiskujući sintezu makromolekula i općenito metabolizam u stanicama.

5. Smanjenje količine kiseonika (O 2). Prije više od tri milijarde godina, jednostavne stanice koje su se hranile kemikalijama otopljenim u vodi evoluirale su u organizme sposobne za fotosintezu i počele proizvoditi kisik prije otprilike dvije milijarde godina, sadržaj slobodnog kisika u Zemljinoj atmosferi počeo je rasti. Od dijela atmosferskog kisika pod utjecajem sunčeve svjetlosti nastao je zaštitni ozonski omotač, nakon čega su se počele razvijati kopnene biljke i životinje. Sadržaj kiseonika u atmosferi pretrpeo je značajne promene tokom vremena kako su se promenili nivoi njegove proizvodnje i upotrebe. (Riža.)

U savremenim uslovima, glavni proizvođači kiseonika na Zemlji su zelene alge površine okeana (60%), tropske šume kopna (30%) i kopnene biljke (10%). Moguće smanjenje količine kiseonika na planeti je zbog nekoliko razloga.

Prvo, povećanje obima spaljenih fosilnih goriva (industrija, termoelektrane, transport). Prema proračunima stručnjaka, korišćenje svih nalazišta uglja, nafte i prirodnog gasa dostupnih ljudima smanjiće sadržaj kiseonika u vazduhu za najviše 0,15%.

Nedostatak kiseonika u vazduhu gradova doprinosi širenju plućnih i kardiovaskularnih bolesti među stanovništvom.

6. Akustičko zagađenje – povećanje nivoa buke u vazduhu koja ima iritirajući efekat na živi organizam.

U sadašnjoj fazi razvoja naučnog i tehnološkog napretka, ovo povećanje je rezultat uvođenja novih tehnoloških procesa, povećanja kapaciteta opreme, mehanizacije proizvodnih procesa, pojave moćnih sredstava kopnenog, vazdušnog i vodnog saobraćaja, koji imaju dovelo do skoro konstantne izloženosti ljudi visokim (60-90 dB) nivoima buke. To doprinosi nastanku i razvoju neuroloških, kardiovaskularnih, slušnih i drugih patologija.

U ukupnoj bučnoj pozadini grada, udio transporta je 60-80%. Unutrašnji izvori buke: sportske igre, igre na igralištima, istovar i utovar u prodavnicama čine 10-20%. Režim buke u stanovima sastoji se od buke koja prodire izvana i nastaje radom inženjerske i sanitarne opreme: liftova, pumpi, crpljenja vode, đubrišta, ventilacije, zapornih ventila.

7. Smanjena transparentnost atmosfere zbog povećanja sadržaja suspendiranih nečistoća (prašine). Prašina je složena mješavina čestica. Čvrste ili tečne čestice suspendovane u vazduhu nazivaju se aerosoli. Oni se percipiraju kao dim (aerosol sa čvrstim česticama), magla (aerosol sa tečnim česticama), izmaglica ili izmaglica.

Uzroci glavnih prirodnih emisija prašine u atmosferu su oluje prašine, erozija tla, vulkanska aktivnost i prskanje mora. Izvori zagađenja zraka umjetnim aerosolom su termoelektrane, postrojenja za obogaćivanje, metalurške i cementare, industrijska deponija, miniranje i građevinarstvo. Visoke koncentracije aerosola se već dugi niz godina bilježe u atmosferskom zraku 50 ruskih gradova. Prosječna koncentracija suspendiranih tvari u najzagađenijim gradovima dostiže 250-300 μg/m3, što je dva puta više od prosječne dnevne maksimalno dozvoljene koncentracije (MPC) od 150 μg/m3. 2000. godine u gradu Tambovu maksimalna pojedinačna prizemna koncentracija prašine bila je dvostruko veća, tj. iznosila je 2 MPC.

Industrijska prašina iz industrijskih gradova sadrži okside metala, od kojih su mnogi toksični: oksidi mangana, olova, molibdena, vanadijuma, antimona, telura. Njihovo dejstvo na živi organizam zavisi od veličine čestica prašine, njihove prirode i hemijskog sastava (Sl.).

Suspendirane čestice ne samo da otežavaju disanje, izazivaju alergije i trovanja, već dovode i do klimatskih promjena jer reflektiraju sunčevo zračenje i otežavaju uklanjanje topline sa Zemlje. Prašina ubrzava uništavanje metalnih konstrukcija, zgrada i konstrukcija. Smanjenje transparentnosti atmosfere doprinosi smetnjama u avijaciji i pomorstvu, što često uzrokuje velike saobraćajne nesreće.

Povezane informacije.

Evolucijske promjene u Zemljinoj atmosferi

Uvod

1. Sastav i struktura Zemljine atmosfere

2. Evolucija Zemljine atmosfere

3. Nečistoće u atmosferi

Književnost

Uvod

Zračna školjka koja okružuje globus naziva se atmosfera. U atmosferi se stalno odvijaju različiti procesi: hemijski, fizički, biološki itd. Kao rezultat ovih procesa mijenjaju se i donji i gornji sloj atmosfere.

Procesi koji se odvijaju u atmosferi odvijaju se prirodno i međusobno su povezani. Na atmosferu utiču svemir, površina zemlje, vodena tijela, vegetacija i snježni pokrivač. Postoji izmjena gasova, toplote, vlage, tečnih i čvrstih čestica. Sunčevo zračenje je glavni izvor energije za atmosferske čestice. U atmosferi, zbog različitih procesa koji se odvijaju u njoj, dolazi do nekih kemijskih reakcija koje mijenjaju njen sastav. Razvijaju se kretanja vazdušnih masa, formiraju se oblaci i padavine, uočavaju se električne, akustičke i optičke pojave. Stanje atmosfere se stalno mijenja u vremenu i prostoru.

Atmosfera nema određenu gornju granicu. Postepeno prelazi u međuplanetarno okruženje. Uobičajeno se smatra da je gornja granica atmosfere na visini od 1000-1200 km. Satelitski podaci o promjenama gustoće zraka s visinom sugeriraju da se gustina atmosfere približava gustini međuplanetarnog medija, počevši od visine od 2000-3000 km.

1. Sastav i struktura Zemljine atmosfere

Trenutno, Zemlja ima atmosferu sa masom od približno 5,27 x 10 18 kg. Polovina ukupne mase atmosfere koncentrirana je u sloju do 5 km, 75% - do visine od 10 km, 95% - do 20 km. U blizini površine sadrži 78,08% dušika, 20,95% kisika, 0,94% inertnih plinova, 0,03% ugljičnog dioksida i u malim količinama druge plinove. Pritisak i gustina u atmosferi opadaju sa visinom. Polovina vazduha je sadržana u donjih 5,6 km, a skoro sva druga polovina je koncentrisana do visine od 11,3 km. Na visini od 95 km, gustina vazduha je milion puta manja nego na površini. Na ovom nivou, hemijski sastav atmosfere je već drugačiji. Povećava se udio lakih plinova, a vodik i helijum postaju dominantni. Neki molekuli se razlažu na jone, formirajući jonosferu. Iznad 1000 km nalaze se radijacijski pojasevi. Mogu se smatrati i dijelom atmosfere, ispunjenom vrlo energetskim jezgrama atoma vodika i elektrona zarobljenih magnetnim poljem planete.

Atmosfera je jedan od neophodnih uslova za nastanak i postojanje života na Zemlji. Učestvuje u oblikovanju klime na planeti, reguliše njen toplotni režim i doprinosi preraspodeli toplote u blizini površine. Dio energije zračenja Sunca apsorbira atmosfera, a ostatak energije, dostižući površinu Zemlje, dijelom odlazi u tlo, vodena tijela, a dijelom se reflektira u atmosferu.

Atmosfera štiti Zemlju od naglih temperaturnih fluktuacija. U nedostatku atmosfere i vodenih površina, temperatura Zemljine površine tokom dana bi oscilirala u rasponu od 200 °C. Zahvaljujući prisustvu kiseonika, atmosfera učestvuje u razmeni i cirkulaciji supstanci u biosferi.

U svom sadašnjem stanju, atmosfera postoji stotinama miliona godina, sva živa bića su prilagođena njenom strogo definisanom sastavu. Plinska školjka štiti žive organizme od štetnih ultraljubičastih, rendgenskih i kosmičkih zraka. Atmosfera štiti Zemlju od pada meteorita.

Sunčevi zraci se distribuiraju i raspršuju u atmosferi, što stvara ujednačeno osvjetljenje. To je medij kojim zvuk putuje. Zbog djelovanja gravitacijskih sila, atmosfera se ne raspršuje u svemiru, već se, okružujući Zemlju, rotira s njom.

2. Evolucija Zemljine atmosfere

Atmosfera je počela da se formira zajedno sa formiranjem Zemlje. Tokom evolucije planete i kako su se njeni parametri približavali savremenim vrednostima, došlo je do suštinskih kvalitativnih promena u njegovom hemijskom sastavu i fizičkim svojstvima. Prema evolucijskom modelu, Zemlja je u ranoj fazi bila u rastopljenom stanju i prije oko 4,5 milijardi godina formirana kao čvrsto tijelo. Ova prekretnica se uzima kao početak geološke hronologije. Od tog vremena počela je spora evolucija atmosfere.

U predgeološkom vremenu, tokom faze topljenja vanjske sfere globusa, ogromne mase oslobođenih plinova formirale su primarnu atmosferu Zemlje. Glavne komponente plinova koji se oslobađaju iz utrobe Zemlje bili su ugljični dioksid i vodena para. Sastav Zemljine primarne atmosfere, formirane usled oslobađanja gasova i vode tokom topljenja planetarne materije, bio je po sastavu sličan komponentama savremenih vulkanskih erupcija. Plinovi koji se oslobađaju iz modernih vulkana sadrže pretežno vodenu paru. U plinovima bazaltne lave, na primjer, havajskih vulkana sa temperaturama do 1200°C, vodena para čini 70-80% zapremine. Druga najvažnija komponenta atmosfere je ugljični dioksid. Gasovi iz vulkanske lave sadrže od 6 do 15% CO2.

Dakle, atmosfera tog vremena sastojala se uglavnom od vodene pare sa značajnom primjesom ugljičnog dioksida. Tokom faze topljenja vanjske sfere globusa, gotovo cijela hidrosfera je bila dio atmosfere. Tokom ove faze, oslobođena vodena para, hladeći se na velikoj nadmorskoj visini, formirala je gust oblak oblaka i intenzivne padavine. Međutim, kapi vode koje su padale iz oblaka na određenoj visini iznad površine planete, gde je temperatura vazduha bila iznad 100°C, pretvorile su se u paru, koja se ponovo digla uvis. Iznad vrele površine Zemlje funkcionisao je svojevrsni ciklus vode: para – padavine – para, odnosno snažan efekat staklene bašte, slično uočen danas na Veneri.

U najranijem periodu, formiranje guste atmosfere oko rashlađujuće Zemlje očigledno je nastalo zbog isparenja i gasova koji se oslobađaju kao rezultat otplinjavanja plašta. Pretpostavlja se da je do daljnjeg formiranja atmosfere došlo zbog plinova koje su eruptirali vulkani tokom prvih 500 miliona godina postojanja Zemlje, a koji su se sastojali od vodonika, vodene pare, metana, ugljičnih oksida, amonijaka itd.

Kruženje vode u prirodi, lokalizirano u primarnoj atmosferi Zemlje blizu temperature od 100°C, nije imalo praktički nikakav utjecaj na opći tok evolucije planete i na razvoj njene površine. Ali to su bili preduslovi za moćan ciklus vode na Zemlji, koji se kasnije formirao i imao ogroman uticaj na razvoj prirodnog okruženja i planete u celini. Nakon što se zemljina površina ohladila na temperaturu ispod 100°C, došlo je do prijelaza atmosferske vodene pare u tekuću vodu. Na tada suvoj i veoma vrućoj zemljinoj površini nastao je oticaj, rečna mreža i akumulacije. Zemljina površina je postala jako navodnjena i počela je da je intenzivno pod uticajem vodenih tokova. Ova faza je bila početak geološke istorije.

Posljedično, prvobitna atmosfera se reducirala i sadržavala je malu količinu kisika, koji je nastao fotodisocijacijom vodene pare pod utjecajem ultraljubičastog zračenja Sunca i otplinjavanja bazaltne magme. Kondenzacija vodene pare prije oko 4 milijarde godina dovela je do formiranja hidrosfere.

Promjene temperaturnih uslova na Zemlji, a potom i u cijelom prirodnom okruženju, nisu mogle a da ne utiču na atmosferu. Uklanjanje ogromnih količina vode iz atmosfere i formiranje površinskog oticanja i rezervoara imalo je ogroman uticaj na sastav i evoluciju vazdušne sredine. Iz vodene atmosfere prešlo je uglavnom u atmosferu ugljičnog dioksida, u kojoj se vodena para iz dominantne komponente pretvarala u sekundarnu.

Formiranje velikih vodenih površina na zemljinoj površini utjecalo je na dalju evoluciju atmosfere, u kojoj je počelo naglo smanjenje sadržaja ugljičnog dioksida. CO 2 se lako rastvara u vodi, a najveći dio ga je apsorbirala. Atmosferski pritisak se takođe višestruko smanjio. Prirodni uslovi na Zemlji su se dramatično promijenili. Prirodno okruženje na našoj planeti postalo je drugačije od onoga što je imalo u ranim fazama istorije.

Neki geološki procesi (na primjer, izlijevanje lave tokom vulkanskih erupcija) bili su praćeni oslobađanjem plinova iz utrobe Zemlje. Oni su uključivali dušik, amonijak, metan, vodenu paru, CO oksid i ugljični dioksid CO 2. Pod utjecajem sunčevog ultraljubičastog zračenja, vodena para se raspada na vodik i kisik, ali oslobođeni kisik reagira s ugljičnim monoksidom i nastaje ugljični dioksid. Amonijak se razlaže na azot i vodonik. Tokom procesa difuzije, vodonik se dizao i izlazio iz atmosfere, a teži azot nije mogao da ispari i postepeno se akumulirao, postajući glavna komponenta, iako je deo bio vezan u molekule kao rezultat hemijskih reakcija. Pod utjecajem ultraljubičastih zraka i električnih pražnjenja, mješavina plinova prisutnih u izvornoj atmosferi Zemlje ušla je u kemijske reakcije koje su rezultirale stvaranjem organskih tvari, posebno aminokiselina.

Zbog odsustva značajnih količina kiseonika, a samim tim i ozona, ultraljubičasti zraci su lako prodirali u atmosferu, što je stvorilo povoljne uslove za stvaranje takvih organskih supstanci kao što su aminokiseline i piridinske baze, koje su glavne komponente žive materije. Početni materijali za ovaj proces bili su molekuli metana, ugljičnog monoksida (II), vodika, vode i amonijaka. Treba napomenuti da je preduvjet za složenost strukture bio odsustvo potpunog uništenja molekula organskih spojeva do ugljičnog dioksida i vode, kao što se događa u prisustvu kisika u atmosferi. Posljedično, u redukcijskoj atmosferi nije došlo do oksidacije organskih tvari, već do njihovog raspadanja na zasebne fragmente, koji su poslužili kao polazni materijal za sintezu složenijih tvari. Ove organske tvari mogle su se postepeno akumulirati na određenim, najpovoljnijim mjestima praokeana, na primjer na obalama, što je osiguravalo nastanak života i njegovu progresivnu evoluciju. Prve vrste živih organizama vjerovatno su bile bakterije, u kojima se metabolizam odvijao bez sudjelovanja kisika. Zovu se anaerobni.