Puterea atmosferei pământului este. Straturile principale ale atmosferei terestre în ordine crescătoare. În ce constă atmosfera?

Combustibil solid

Învelișul gazos care înconjoară planeta noastră Pământ, cunoscut sub numele de atmosferă, este format din cinci straturi principale. Aceste straturi își au originea pe suprafața planetei, de la nivelul mării (uneori mai jos) și se ridică în spațiul cosmic în următoarea secvență:

troposfera;
Stratosferă;
Mezosfera;
Termosferă;
Exosfera.

Diagrama principalelor straturi ale atmosferei terestre

Între fiecare dintre aceste cinci straturi principale se află zone de tranziție numite „pauze” în care apar modificări ale temperaturii, compoziției și densității aerului. Împreună cu pauzele, atmosfera Pământului include un total de 9 straturi.

Troposfera: unde apare vremea

Dintre toate straturile atmosferei, troposfera este cea cu care suntem cel mai familiar (fie că îți dai seama sau nu), din moment ce trăim pe fundul ei - suprafața planetei. Acesta învăluie suprafața Pământului și se extinde în sus pe câțiva kilometri. Cuvântul troposferă înseamnă „schimbarea globului”. Un nume foarte potrivit, deoarece acest strat este locul unde apare vremea noastră de zi cu zi.

Pornind de la suprafața planetei, troposfera se ridică la o înălțime de 6 până la 20 km. Treimea inferioară a stratului, cea mai apropiată de noi, conține 50% din toate gazele atmosferice. Aceasta este singura parte din întreaga atmosferă care respiră. Datorită faptului că aerul este încălzit de jos de suprafața pământului, care absoarbe energia termică a Soarelui, temperatura și presiunea troposferei scad odată cu creșterea altitudinii.

În partea de sus există un strat subțire numit tropopauză, care este doar un tampon între troposferă și stratosferă.

Stratosfera: casa ozonului

Stratosfera este următorul strat al atmosferei. Se întinde de la 6-20 km până la 50 km deasupra suprafeței Pământului. Acesta este stratul în care zboară majoritatea avioanelor comerciale și călătoresc baloanele cu aer cald.

Aici aerul nu curge în sus și în jos, ci se mișcă paralel cu suprafața în curenți de aer foarte mari. Pe măsură ce te ridici, temperatura crește, datorită abundenței de ozon natural (O3), un produs secundar al radiației solare și al oxigenului, care are capacitatea de a absorbi razele ultraviolete dăunătoare ale soarelui (orice creștere a temperaturii cu altitudinea este cunoscută în meteorologie). ca o „inversie”).

Deoarece stratosfera are temperaturi mai calde în partea de jos și temperaturi mai reci în partea de sus, convecția (mișcarea verticală a maselor de aer) este rară în această parte a atmosferei. De fapt, din stratosferă puteți vedea o furtună care dezlănțuie în troposferă, deoarece stratul acționează ca un capac de convecție care împiedică pătrunderea norilor de furtună.

După stratosferă există din nou un strat tampon, numit de data aceasta stratopauză.

Mezosfera: atmosfera mijlocie

Mezosfera este situată la aproximativ 50-80 km de suprafața Pământului. Mezosfera superioară este cel mai rece loc natural de pe Pământ, unde temperaturile pot scădea sub -143°C.

Termosfera: atmosfera superioara

După mezosferă și mezopauză vine termosfera, situată între 80 și 700 km deasupra suprafeței planetei, și conține mai puțin de 0,01% din aerul total din învelișul atmosferic. Temperaturile aici ajung până la +2000° C, dar din cauza subțirii extreme a aerului și a lipsei moleculelor de gaz pentru a transfera căldura, aceste temperaturi ridicate sunt percepute ca fiind foarte reci.

Exosfera: granița dintre atmosferă și spațiu

La o altitudine de aproximativ 700-10.000 km deasupra suprafeței pământului se află exosfera - marginea exterioară a atmosferei, învecinată cu spațiul. Aici sateliții meteo orbitează în jurul Pământului.

Dar ionosfera?

Ionosfera nu este un strat separat, dar de fapt termenul este folosit pentru a se referi la atmosfera între 60 și 1000 km altitudine. Include părțile superioare ale mezosferei, întreaga termosferă și o parte a exosferei. Ionosfera își primește numele deoarece în această parte a atmosferei radiația de la Soare este ionizată atunci când trece prin câmpurile magnetice ale Pământului la și. Acest fenomen este observat de la sol ca aurora boreală.

Atmosfera Pământului

Atmosfera(din. greaca vecheἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - gaz coajă ( geosferă), înconjurând planeta Pământ. Suprafața sa interioară acoperă hidrosferăși parțial latra, cel exterior se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Setul de ramuri ale fizicii și chimiei care studiază atmosfera este de obicei numit fizica atmosferei. Atmosfera determină vreme pe suprafața Pământului, studiind vremea meteorologie, și variații pe termen lung climat - climatologie.

Structura atmosferei

Structura atmosferei

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul inferior, principal al atmosferei. Conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. În troposferă sunt foarte dezvoltate turbulenţăȘi convecție, apărea nori, se dezvoltă cicloniiȘi anticiclonii. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu verticala medie gradient 0,65°/100 m

Următoarele sunt acceptate ca „condiții normale” la suprafața Pământului: densitate 1,2 kg/m3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 °C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a stratului de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° CU(stratul superior al stratosferei sau regiunii inversiuni). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 ° C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune de temperatură constantă se numește stratopauzași este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Atmosfera Pământului

Mezosfera incepe la o altitudine de 50 km si se extinde pana la 80-90 km. Temperatura scade odată cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m. Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi, moleculele excitate vibrațional etc., provoacă strălucirea atmosferei.

Mezopauza

Strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).

Linia Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Termosferă

articolul principal: Termosferă

Straturi atmosferice până la o altitudine de 120 km

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Exosfera- zona de dispersie, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat, iar de aici particulele sale se scurg în spațiul interplanetar ( disipare).

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~1500 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera se transformă treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutronosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă - Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbo pauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 2000 - 3000 km de suprafața Pământului. Masa totală aer- (5,1-5,3)×10 18 kg. Masă molară aer curat uscat este 28.966. Presiune la 0 °C la nivelul mării 101.325 kPa; temperatura critica?140,7 °C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048×10 3 J/(kg K) (la 0 °C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (la 0 °C). Solubilitatea aerului în apă la 0 °C este de 0,036%, la 25 °C - 0,22%.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, se dezvoltă o persoană neantrenată lipsa de oxigenși fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiune parțială oxigenul din aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mm Hg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, agenții ionizanți au un efect intens asupra organismului. radiatii- raze cosmice primare; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime din ce în ce mai mare deasupra suprafeței Pământului, fenomene atât de familiare observate în straturile inferioare ale atmosferei precum propagarea sunetului, apariția aerodinamicii. liftși rezistență, transfer de căldură convecție si etc.

În straturi rarefiate de aer, distribuție sunet se dovedește a fi imposibil. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Dar pornind de la altitudini de 100-130 km, concepte familiare fiecărui pilot numerele MȘi bariera de sunetîși pierd sensul, există un condițional Linia Karman dincolo de care începe sfera zborului pur balistic, care poate fi controlată doar cu ajutorul forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transmite energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentelor de pe stația spațială orbitală nu vor putea fi răcite din exterior în același mod cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La o astfel de înălțime, ca în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldura este Radiație termala.

Compoziția atmosferică

Compoziția aerului uscat

Atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri marine, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H 2 O) și a dioxidului de carbon (CO 2).

Compoziția aerului uscat

Azot
Oxigen
Argon
Apă
Dioxid de carbon
Neon
Heliu
Metan
Krypton
Hidrogen
Xenon
Oxid de azot

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, HF, cupluri Hg, I 2 , și de asemenea NUși multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant un număr mare de particule solide și lichide în suspensie ( aerosoli).

Istoria formării atmosferice

Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial a constat din gaze ușoare ( hidrogenȘi heliu), capturat din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapor de apă). Așa s-a format atmosfera secundara(aproximativ trei miliarde de ani înainte de ziua de azi). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiu interplanetar;

reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de N 2 se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către O 2 molecular, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Îl pot oxida cu un consum redus de energie și îl pot transforma într-o formă biologic activă. cianobacteriile (alge albastre-verzi)și bacterii nodulare care formează rizobii simbioză Cu leguminoase plante, așa-numitele gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția pe Pământ organisme vii, ca urmare fotosintezăînsoţită de eliberarea de oxigen şi absorbţia dioxidului de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor redusi - amoniac, hidrocarburi, formă azotă glandă conţinute în oceane etc. La sfârşitul acestei etape, conţinutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosfera, litosferăȘi biosferă, acest eveniment a fost numit Dezastru de oxigen.

Pe parcursul Fanerozoic compoziția atmosferei și conținutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu viteza de depunere a sedimentului organic. Astfel, în perioadele de acumulare de cărbune, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit aparent semnificativ nivelul modern.

Dioxid de carbon

Conținutul de CO 2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales - de intensitatea biosintezei și descompunerii materiei organice în biosferă Pământ. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 × 10 12 tone ) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Îngropat în ocean, V mlaștini si in paduri materia organică se transformă în cărbune, uleiȘi gaz natural. (cm. Ciclul geochimic al carbonului)

gaze nobile

Sursa de gaze inerte - argon, heliuȘi cripton- erupții vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul în general și atmosfera în special sunt epuizate de gaze inerte în comparație cu spațiul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar.

Poluarea aerului

Recent, evoluția atmosferei a început să fie influențată de Uman. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă, datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și datorită vulcanismului și activității industriale umane. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO 2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50 - 60 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbările climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante ( CO, NU, ASA DE 2 ). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la ASA DE 3 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul său interacționează cu apa și vaporii de amoniac și rezultatul acid sulfuric (H 2 ASA DE 4 ) Și sulfat de amoniu ((NH 4 ) 2 ASA DE 4 ) întoarcerea la suprafața Pământului sub forma așa-numitelor. ploaie acidă. Utilizare motoare de combustie internă conduce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului ( tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și de activități economice umane (exploatarea minereurilor și materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). ). Eliberarea intensă la scară largă de particule în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul principal inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din totalul vaporilor de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă, apar norii și se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 m

Tropopauza

Stratul de tranziție de la troposferă la stratosferă, un strat al atmosferei în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a temperaturii în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) . Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera începe la o altitudine de 50 km și se extinde până la 80-90 km. Temperatura scade odată cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m. Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procesele fotochimice complexe care implică radicali liberi, molecule excitate vibrațional etc. cauzează luminiscența atmosferică.

Mezopauza

Strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).

Linia Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu. Linia Karman este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.

Limita atmosferei Pământului

Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare ultraviolete și cu raze X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („aurore”) - principalele regiuni ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic. Limita superioară a termosferei este determinată în mare măsură de activitatea curentă a Soarelui. În perioadele de activitate scăzută, are loc o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.

Termopauza

Regiunea atmosferei adiacente termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este neglijabilă, iar temperatura nu se modifică efectiv odată cu altitudinea.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Straturi atmosferice până la o altitudine de 120 km

Exosfera este o zonă de dispersie, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat, iar de aici particulele sale se scurg în spațiul interplanetar (disipare).

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~150 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3500 km, exosfera se transformă treptat în așa-numitul vid din spațiul apropiat, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, se disting homosferă și heterosferă. Heterosfera este o zonă în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză; se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Aspecte de siguranță a mediului

Siguranța mediului – suma condiţiilor în care se realizează o limitare sau eliminare bazată ştiinţific a efectelor nocive ale activităţilor economice asupra vieţii populaţiei şi asupra calităţii mediului.

Siguranța mediului se realizează printr-un sistem de măsuri (prognoză, planificare, pregătire pentru implementarea unui set de măsuri preventive) care asigură un nivel minim de impact negativ al naturii și al proceselor tehnologice ale dezvoltării acesteia asupra vieții și sănătății oamenilor ( oameni) menținând în același timp ritmul dezvoltării economice.

Calitatea mediului este alcătuită din calitatea individului componente ale naturii(aerul atmosferic, clima, apele naturale, acoperirea solului etc.), articole de uz casnic(producție, locuințe, facilități publice) și condiţiile socio-economice(nivel de venit, educație).

În stadiul actual al dezvoltării istorice, se obișnuiește să se distingă două forme de interacțiune între societate și natură:

economic– consumul de resurse naturale;

de mediu– protecția mediului natural în vederea conservării oamenilor și a habitatului lor natural.

O persoană, consumând resurse de mediu pentru a-și satisface nevoile materiale și spirituale, schimbă mediul natural, care începe să afecteze persoana însăși. Activitățile antropice negative se manifestă în trei direcții principale:

· poluarea mediului -procesul de introducere în mediu sau apariția în acesta a unor agenți noi, de obicei necaracteristici, care au un impact negativ asupra componentelor acestuia.

Există trei tipuri de poluare: fizică (radiații solare, radiații electromagnetice etc.), chimică (aerosoli, metale grele etc.), biologică (bacteriologică, microbiologică). Fiecare tip de poluare are o sursă caracteristică și specifică de poluare. Sursa de poluare - un obiect natural sau economic care reprezintă începutul pătrunderii unui poluant în mediu. Distinge naturalȘi antropogenă surse de poluare. Fluxul antropic de ecotoxici în mediu predomină asupra celui natural (50-80%) și este doar în unele cazuri comparabil cu acesta;

· epuizarea resurselor naturale;

· distrugerea mediului natural.

Amploarea impactului omului asupra naturii a devenit planetară în condițiile moderne, iar în ceea ce privește efectul cantitativ, activitatea umană depășește multe procese naturale, ceea ce duce la consecințe grave asupra mediului. Influența antropogenă se extinde asupra tuturor celor mai importante componente ale biosferei: atmosferă, hidrosferă, litosferă. Să trecem la caracteristicile lor detaliate.

I. Modificări ale stării atmosferei.

Atmosfera – învelișul gazos al planetei atingând o altitudine de 1000 km. Dincolo de această distanță, atmosfera devine rarefiată și trece treptat în spațiul cosmic. Atmosfera asigură funcția respiratorie a tuturor organismelor vii; determină regimul termic general al suprafeței planetei; protejează împotriva radiațiilor cosmice și ultraviolete dăunătoare de la Soare. Circulația atmosferică afectează condițiile climatice locale, iar prin acestea regimul râurilor, indirect acoperirea vegetației și procesele de formare a reliefului.

Specialiștii care studiază atmosfera identifică în ea mai multe zone, situate la diferite înălțimi față de Pământ, în funcție de temperatura acestora (Fig.).

troposfera cel mai apropiat strat de suprafața Pământului, înălțimea acestuia este de 9-16 km. În acest strat au loc fenomene pe care le numim vreme.

Stratosferă– un strat care atinge o înălțime de 45-50 km. Aici se concentrează cea mai mare parte a ozonului atmosferic (20-25 km), care are o semnificație biologică extrem de importantă - protejând organismele vii de radiațiile ultraviolete cu unde scurte.

Mezosfera– strat situat la altitudini de 50-80 km de suprafața pământului. Acest strat se caracterizează printr-o scădere rapidă a temperaturii, astfel încât la limita sa superioară temperatura poate atinge – 100 o C.

Termosferăîncepe la o altitudine de peste 80 km, limita sa superioară ajunge la 600-800 km. Aceasta este zona de zboruri ale sateliților Pământului artificial și ale rachetelor balistice intercontinentale. Limita inferioară a termosferei se caracterizează printr-o creștere continuă a temperaturii, ajungând la +250 o C. Cea mai importantă caracteristică fizică a acestui strat este ionizarea crescută, adică. prezența unui număr mare de particule infectate electric, ceea ce face posibilă observarea aurorelor.

Exosfera– stratul exterior al atmosferei. De aici, gazele atmosferice sunt dispersate în spațiul cosmic. Exosfera diferă de spațiul cosmic prin prezența unui număr mare de electroni liberi care formează centurile superioare de radiații ale Pământului.

Deși procesele care au loc în atmosfera pământului sunt extrem de complexe, acesta compoziție chimică relativ omogen:

azot (N2) – 78,1%

· oxigen (O 2) – 20,95%

Argon (Ar) – 0,9%

· dioxid de carbon (CO 2) – 0,03%

· hidrogen (H 2), heliu (He), neon (Ne) și alte gaze – 1,8*10 -4%.

Atmosfera are o capacitate puternică de auto-purificare. Cu toate acestea, depășind limitele acestei abilități, activitatea umană modifică echilibrul existent în natură. Cele mai multe dintre consecințele negative asupra mediului ale activității umane se manifestă în poluarea cu substanțe naturale.

1. Poluarea aerului– este o modificare a compoziției fizice și chimice a aerului care amenință sănătatea și viața umană, precum și habitatul natural.

În literatura de mediu, se numesc poluanți Poluanții(ecotoxice). Gradul de poluare a aerului este evaluat de două grupe principale de ecotoxici:

A) cancerigeni– benz(a)piren, benzen, formaldehidă (a cărei sursă sunt gazele de eșapament ale vehiculelor), precum și plumb, cadmiu, nichel, crom, arsen, disulfură de carbon, azbest, substanțe care conțin clor (rezultatul activităților de producție) . Carcinogeneza este capacitatea unui metal de a pătrunde într-o celulă și de a reacționa cu o moleculă de ADN, ducând la anomalii cromozomiale ale celulei.

b) substanțe necancerigene– oxizi de azot, carbon, sulf, ozon, praf și particule de funingine. Cei mai obișnuiți și controlați pe scară largă poluanți, dintre care, conform UNEP, până la 25 de miliarde de tone sunt eliberați anual, includ:

· dioxid de sulf și particule de praf – 200 milioane tone/an;

·oxizi de azot (N x O y) – 60 milioane tone/an;

· oxizi de carbon (CO și CO 2) – 8000 milioane tone/an;

· hidrocarburi (C x H y) – 80 milioane tone/an.

În ultimele decenii, s-a format o acumulare de fum și ceață peste centrele industriale și orașele mari numite smog(din engleza smoke - smoke and fog - fog). Structura sa poate fi împărțită în trei niveluri:

· cea de jos, situată între case, se formează prin degajarea gazelor de evacuare a vehiculelor și a prafului ridicat;

· cel din mijloc, alimentat de fumul sistemelor de încălzire, este situat deasupra caselor la o înălțime de 20-30 de metri;

· înalt, la o distanță de 50-100 de metri de suprafața pământului, constă în deversări de la întreprinderile industriale.

Smogul îngreunează respirația și contribuie la dezvoltarea reacțiilor de stres. Este deosebit de periculos pentru bolnavi, bătrâni și copii mici. (Smogul de la Londra din 1951 a provocat moartea a 3,5 mii de oameni din cauza exacerbarii bolilor pulmonare, cardiace și a otrăvirii directe în două săptămâni. Regiunea Ruhr în 1962. 156 de oameni au murit în trei zile).

Componentele principale smog fotochimic sunt oxizi de azot (NO 2, N 2 O) și hidrocarburi. Interacțiunea luminii solare cu acești poluanți, concentrați în apropierea suprafeței pământului, duce la formarea de ozon, nitrați de peroxiacetil (PAN) și alte substanțe similare ca proprietăți cu gazele lacrimogene. TIGAIE – substanțe organice active chimic care irită mucoasele, țesuturile căilor respiratorii și plămânii umani; decolorează verdeața plantelor. Concentrațiile mari de ozon reduc producția de cereale, încetinesc creșterea plantelor și provoacă moartea copacilor.

Acumularea de impurități în concentrație suficientă pentru a forma fotomog este facilitată de inversarea temperaturii – o stare specială a atmosferei în care la o anumită altitudine temperatura aerului este mai mare decât temperatura maselor de aer din stratul de sol. Acest strat de aer cald previne amestecarea verticală și face imposibilă disiparea emisiilor toxice. Cu planificarea urbană modernă, condiții similare sunt create în orașele cu blocuri de clădiri cu mai multe etaje. Stratul de inversare al aerului cald poate fi situat la diferite înălțimi, iar cu cât este situat mai jos deasupra majorității surselor de poluare, cu atât situația este mai complicată.

Nivelurile de poluare fotochimică a aerului sunt strâns legate de tiparele de circulație a vehiculelor. În perioadele de intensitate mare a traficului dimineața și seara, se înregistrează un vârf al emisiilor de oxizi de azot și hidrocarburi în atmosferă, a căror reacție între ele provoacă poluarea fotochimică a aerului.

Concentrațiile mari și migrarea impurităților în aerul atmosferic stimulează interacțiunea acestora cu formarea de compuși mai toxici, ceea ce duce la efectul de seră, apariția găurilor de ozon, ploaia acide și alte probleme de mediu.

2. Efect de sera – încălzirea atmosferei ca urmare a creșterii cantității de monoxid de carbon (IV) și a unui număr de alte gaze care împiedică disiparea energiei termice a Pământului în spațiul cosmic. Dioxidul de carbon din atmosferă, împreună cu vaporii de apă și alte minigaze poliatomice (CO 2, H 2 O, CH 4, NO 2, O 3), formează un strat deasupra suprafeței planetei care permite razele solare (gama optică de electromagnetică). undele) pentru a ajunge la suprafața pământului, dar întârzie radiația termică inversă (infraroșu cu undă lungă). Cu cât concentrația de gaze cu efect de seră este mai mare, cu atât energia termică se acumulează mai intensă în straturile de suprafață ale atmosferei. Astfel, ponderea moleculelor de vapori de apă în formarea efectului de seră este de 62%; dioxid de carbon – 22%; metan – 2,5%; oxizi de azot – 4%; ozon - 7% și alte gaze 2,5%.

Creșterea conținutului de dioxid de carbon din atmosferă se datorează unei perioade lungi de creștere sistematică a arderii combustibililor fosili. Extracția gazelor, petrolului și cărbunelui, descompunerea reziduurilor organice și creșterea numărului de vite sunt surse de metan care intră în atmosferă. Amploarea utilizării îngrășămintelor cu azot și a combustibililor care conțin carbon în centralele termice din agricultură se caracterizează prin cantitatea de oxizi de azot emisă în atmosferă. Prezența vaporilor de apă în atmosferă se datorează intensității evaporării apei de la suprafața oceanelor din cauza încălzirii climatice.

Efectul de seră este sporit și de clorofluorocarburile (freoni) folosiți ca solvenți, lichide de răcire în unitățile frigorifice și diverse recipiente de uz casnic. Influența lor asupra efectului de seră este de 1000 de ori mai puternică decât influența unei cantități egale de dioxid de carbon.

Consecința efectului de seră este o creștere a temperaturii la suprafața Pământului și încălzirea climatului. Ca urmare, există pericolul de topire a gheții polare, care ar putea provoca inundarea zonelor de coastă joase. În plus, o creștere a temperaturii aerului poate duce la o scădere a productivității terenurilor agricole - desertificarea(din engleza desert - desert). În acest sens, populația din regiunile relevante se va confrunta cu penurie de alimente.

3. „Găuri de ozon” – zone cu o reducere de 40-50% a ozonului din atmosferă.

Ozonul este un compus din trei atomi de oxigen (O3), formați în straturile superioare ale stratosferei și în straturile inferioare ale mezosferei din oxigen sub influența razelor ultraviolete (UV) de la lumina soarelui. Rezultatul acestei interacțiuni este absorbția de către ecranul de ozon a aproximativ 99% din radiația UV din spectrul solar, care are energie mare și este distructivă pentru toate viețuitoarele. O evaluare cantitativă a stării ozonului din atmosferă este grosimea stratului de ozon, care, în funcție de sezon, latitudine și longitudine, variază între 2,5 și 5 milimetri relativi.

Numeroase date indică faptul că stratul de ozon începe să scadă. Principalul proces de distrugere a ozonului este cauzat de influența și creșterea emisiilor de oxizi de azot, a căror sursă este gazele de eșapament ale superline-urilor cu un plafon de zbor înalt, diverse sisteme de rachete, erupții vulcanice și alte fenomene naturale. Un pericol grav pentru stratul de ozon este eliberarea de clorofluorocarburi (CFC) în atmosferă. Cea mai severă distrugere a ozonului este asociată cu producerea de freoni (CH 3 CL, CCL 2 F 2 și CCL 3 F), care sunt utilizați pe scară largă ca umpluturi în ambalajele cu aerosoli, stingătoare de incendiu, agenți frigorifici din frigidere și aparate de aer condiționat și în producerea spumei de polistiren. Freonii eliberați în atmosferă se caracterizează printr-o mare stabilitate și rămân în ea timp de 60-100 de ani.

Fiind inerți din punct de vedere chimic, freonii sunt inofensivi pentru oameni. Cu toate acestea, în stratosferă, sub influența radiațiilor ultraviolete cu unde scurte de la Soare, moleculele lor se descompun, eliberând clor.

Molecula de clor acționează ca un catalizator, rămânând neschimbată în zeci de mii de acte de distrugere a moleculelor de ozon. Un atom de clor poate distruge 100.000 de molecule de ozon.

O scădere cu 1% a conținutului de ozon din atmosferă duce la o creștere cu 1,5% a intensității radiațiilor UV dure incidente pe suprafața planetei noastre. Chiar și o scădere ușoară a stratului de ozon poate crește incidența cancerului de piele, poate avea un efect negativ asupra plantelor și animalelor și poate provoca schimbări imprevizibile ale climatului global.

Problema influenței freonilor asupra ozonului stratosferic a căpătat semnificație internațională, în special în legătură cu formarea „găurilor de ozon”. A fost adoptat un program internațional de reducere a producției folosind freoni. A fost dezvoltată și lansată producția industrială de așa-numiți agenți frigorifici alternativi cu un coeficient relativ scăzut de activitate a ozonului.

4. Ploaie acidă – precipitații (ploaie, zăpadă, ceață), a căror compoziție chimică se caracterizează printr-un nivel scăzut pH factorul a. Pentru a înțelege această problemă, să ne amintim că moleculele de apă se disociază de obicei în ioni de hidrogen (H +) și ioni de hidroxil (OH -). O soluție cu concentrații egale de ioni de hidrogen și hidroxil se numește neutră. Aciditatea unei soluții se determină cantitativ ca logaritm al concentrației ionilor de hidrogen, luată cu semnul opus. Această cantitate se numește pH-factor. Valoarea pH-ului = 7 caracterizează apa neutră – nici acidă, nici alcalină. O scădere a pH-ului cu 1 înseamnă o creștere a proprietăților acide ale soluției de 10 ori. Cu cât valoarea pH-ului este mai mică, cu atât soluția este mai acidă.

Ploaia acidă este rezultatul prezenței oxizilor de sulf și oxizilor de azot în atmosferă. Principalele surse ale acestor compuși care pătrund în aer sunt procesele de ardere a combustibililor fosili care conțin sulf; topirea metalelor; funcţionarea vehiculului. Sub influența radiațiilor UV, oxidul de sulf (IV) este transformat în oxid de sulf (VI), care reacționează cu vaporii de apă atmosferici pentru a forma acid sulfuric, care este foarte higroscopic și poate forma ceață toxică. Alături de oxizii de sulf, oxizii de azot se amestecă cu porii apei pentru a forma acid azotic. Acești doi acizi, precum și sărurile acestor acizi, provoacă ploi acide. Cu cât conținutul acestor acizi în aer este mai mare, cu atât mai des cad ploile acide.

Precipitațiile acide sunt prezente pe o rază de 10-20 km în jurul giganților industriali. Cele mai nefavorabile regiuni ale Rusiei pentru precipitații acide includ: Peninsula Kola, versantul estic al Uralului și regiunea Taimyr. Particulele de aerosoli acizi au o rată scăzută de depunere și pot fi transportate în zone îndepărtate la 100-1000 km de sursele de poluare.

Ploaia acidă duce la distrugerea clădirilor și structurilor, în special a celor din gresie și calcar. Agresivitatea corozivă a atmosferei crește semnificativ, ceea ce provoacă coroziunea obiectelor și structurilor metalice.

Nu precipitațiile în sine reprezintă un pericol deosebit, ci procesele secundare pe care le provoacă. Sub influența ploii acide, proprietățile biochimice ale solului, starea apei dulci și pădurilor se modifică. Ca urmare a modificărilor pH-ului solului și apei, solubilitatea metalelor grele din acestea crește. Componentele ploii acide, după ce interacționează cu metalele grele, le transformă într-o formă ușor digerabilă de către plante.

Mai departe de-a lungul lanțului trofic, metalele grele intră în corpurile peștilor, animalelor și oamenilor. Până la anumite limite, organismele sunt protejate de efectele nocive directe ale acidității, dar acumularea (acumularea) de metale grele reprezintă un pericol grav. Ploaia acidă, reducând pH-ul apei lacului, duce la moartea locuitorilor acestora. Odată ajunși în corpul uman, ionii de metale grele se leagă ușor de proteine, suprimând sinteza macromoleculelor și, în general, metabolismul în celule.

5. Reducerea cantității de oxigen (O 2). În urmă cu mai bine de trei miliarde de ani, celulele simple care se hrănesc cu substanțe chimice dizolvate în apă au evoluat în organisme capabile de fotosinteză și au început să producă oxigen.În urmă cu aproximativ două miliarde de ani, conținutul de oxigen liber din atmosfera pământului a început să crească. Din o parte din oxigenul atmosferic s-a format un strat protector de ozon sub influența luminii solare, după care au început să se dezvolte plante terestre și animale. Conținutul de oxigen din atmosferă a suferit modificări semnificative de-a lungul timpului, pe măsură ce nivelurile producției și utilizării acestuia s-au schimbat. (Orez.)

În condițiile moderne, principalii producători de oxigen pe pământ sunt algele verzi de la suprafața oceanului (60%), pădurile tropicale de uscat (30%) și plantele terestre (10%). Posibila scădere a cantității de oxigen de pe planetă se datorează mai multor motive.

in primul rand, o creștere a volumului de combustibili fosili arși (industrie, termocentrale, transporturi). Potrivit calculelor experților, utilizarea tuturor zăcămintelor de cărbune, petrol și gaze naturale accesibile oamenilor va reduce conținutul de oxigen din aer cu cel mult 0,15%.

Lipsa oxigenului din aerul orașelor contribuie la răspândirea bolilor pulmonare și cardiovasculare în rândul populației.

6. Poluarea acustică – o creștere a nivelului de zgomot din aer care are un efect iritant asupra unui organism viu.

În stadiul actual de dezvoltare a progresului științific și tehnologic, această creștere se datorează introducerii de noi procese tehnologice, creșterii capacității echipamentelor, mecanizării proceselor de producție, apariției unor mijloace puternice de transport terestru, aerian și pe apă, care a avut a dus la expunerea umană aproape constantă la niveluri ridicate de zgomot (60-90 dB). Acest lucru contribuie la apariția și dezvoltarea patologiilor neurologice, cardiovasculare, auditive și de altă natură.

În fondul general de zgomot al orașului, ponderea transportului este de 60-80%. Sursele interne de zgomot: jocurile sportive, jocurile pe locurile de joacă, operațiunile de descărcare și încărcare în magazine reprezintă 10-20%. Regimul de zgomot în apartamente constă în zgomot care pătrunde din exterior și care rezultă din funcționarea echipamentelor inginerești și sanitare: lifturi, pompe, pompare apă, jgheaburi de gunoi, ventilație, robinete de închidere.

7. Transparență atmosferică redusă datorită creșterii conținutului de impurități în suspensie (praf). Praful este un amestec complex de particule. Particulele solide sau lichide suspendate în aer se numesc aerosoli. Ele sunt percepute ca fum (aerosol cu particule solide), ceață (aerosol cu particule lichide), ceață sau ceață.

Cauzele principalelor emisii naturale de praf în atmosferă sunt furtunile de praf, eroziunea solului, activitatea vulcanică și pulverizarea mării. Sursele de poluare a aerului cu aerosoli artificiali sunt centralele termice, centralele de îmbogățire, fabricile metalurgice și de ciment, haldele industriale, operațiunile de sablare și construcții. Concentrații mari de aerosoli au fost înregistrate în aerul atmosferic din 50 de orașe rusești de mulți ani. Concentrația medie a materiei în suspensie în orașele cele mai poluate ajunge la 250-300 μg/m3, ceea ce este de două ori mai mare decât concentrația maximă admisă (MPC) medie zilnică de 150 μg/m3. În anul 2000, în orașul Tambov, concentrația maximă de praf la sol era de două ori mai mare, adică. se ridica la 2 MPC.

Praful industrial din orașele industriale conține oxizi de metal, mulți dintre care sunt toxici: oxizi de mangan, plumb, molibden, vanadiu, antimoniu, telur. Efectul lor asupra unui organism viu depinde de dimensiunea particulelor de praf, natura și compoziția chimică a acestora (Fig.).

Particulele în suspensie nu numai că îngreunează respirația, provoacă alergii și otrăviri, dar duc și la schimbări climatice, deoarece reflectă radiația solară și îngreunează îndepărtarea căldurii de pe Pământ. Praful accelerează distrugerea structurilor, clădirilor și structurilor metalice. O scădere a transparenței atmosferice contribuie la interferența cu aviația și transportul maritim, care cauzează adesea accidente majore de transport.

Informații conexe.

Schimbări evolutive în atmosfera Pământului

Introducere

1. Compoziția și structura atmosferei Pământului

2. Evoluția atmosferei terestre

3. Impurități din atmosferă

Literatură

Introducere

Învelișul de aer care înconjoară globul se numește atmosferă. În atmosferă au loc constant diferite procese: chimice, fizice, biologice etc. Ca urmare a acestor procese, atât straturile inferioare, cât și cele superioare ale atmosferei se modifică.

Procesele care au loc în atmosferă au loc în mod natural și sunt interconectate. Atmosfera este influențată de spațiul cosmic, suprafața pământului, corpurile de apă, vegetația și stratul de zăpadă. Există un schimb de gaze, căldură, umiditate, particule lichide și solide. Radiația solară este principala sursă de energie pentru particulele atmosferice. În atmosferă, datorită diferitelor procese care au loc în ea, apar unele reacții chimice care îi modifică compoziția. Se dezvoltă mișcări ale maselor de aer, se formează nori și precipitații, se observă fenomene electrice, acustice și optice. Starea atmosferei este în continuă schimbare în timp și spațiu.

Atmosfera nu are o limită superioară definită. Se deplasează treptat în mediul interplanetar. În mod convențional, limita superioară a atmosferei este considerată a fi la o altitudine de 1000-1200 km. Datele satelitare privind modificările densității aerului cu altitudinea sugerează că densitatea atmosferei se apropie de densitatea mediului interplanetar, începând de la o altitudine de 2000-3000 km.

1. Compoziția și structura atmosferei Pământului

În prezent, Pământul are o atmosferă cu o masă de aproximativ 5,27 x 10 18 kg. Jumătate din masa totală a atmosferei este concentrată într-un strat de până la 5 km, 75% - până la o înălțime de 10 km, 95% - până la 20 km. Aproape de suprafata contine 78,08% azot, 20,95% oxigen, 0,94% gaze inerte, 0,03% dioxid de carbon si in cantitati mici alte gaze. Presiunea și densitatea în atmosferă scad odată cu altitudinea. Jumătate din aer este conținut în cei 5,6 km inferioare, iar aproape toată cealaltă jumătate este concentrată până la o altitudine de 11,3 km. La o altitudine de 95 km, densitatea aerului este de un milion de ori mai mică decât la suprafață. La acest nivel, compoziția chimică a atmosferei este deja diferită. Proporția gazelor ușoare crește, iar hidrogenul și heliul devin predominante. Unele molecule se descompun în ioni, formând ionosfera. Peste 1000 km există centuri de radiații. Ele pot fi considerate și ca parte a atmosferei, pline cu nuclee foarte energetice de atomi de hidrogen și electroni capturați de câmpul magnetic al planetei.

Atmosfera este una dintre condițiile necesare pentru apariția și existența vieții pe Pământ. Participă la modelarea climei planetei, îi reglează regimul termic și contribuie la redistribuirea căldurii în apropierea suprafeței. O parte din energia radiantă a Soarelui este absorbită de atmosferă, iar restul energiei, ajungând la suprafața Pământului, intră parțial în sol, în corpurile de apă și este parțial reflectată în atmosferă.

Atmosfera protejează Pământul de fluctuațiile bruște de temperatură. În absența unei atmosfere și a corpurilor de apă, temperatura suprafeței Pământului în timpul zilei ar fluctua în intervalul de 200 °C. Datorită prezenței oxigenului, atmosfera participă la schimbul și circulația substanțelor în biosferă.

În starea sa actuală, atmosfera există de sute de milioane de ani; toate viețuitoarele sunt adaptate compoziției sale strict definite. Învelișul de gaz protejează organismele vii de ultraviolete dăunătoare, razele X și razele cosmice. Atmosfera protejează Pământul de căderea meteoriților.

Razele soarelui sunt distribuite și împrăștiate în atmosferă, ceea ce creează o iluminare uniformă. Este mediul în care sunetul circulă. Datorită acțiunii forțelor gravitaționale, atmosfera nu se risipește în spațiul cosmic, ci, înconjurând Pământul, se rotește odată cu acesta.

2. Evoluția atmosferei terestre

Atmosfera a început să se formeze odată cu formarea Pământului. În timpul evoluției planetei și pe măsură ce parametrii ei s-au apropiat de valorile moderne, s-au produs modificări fundamental calitative în compoziția sa chimică și în proprietățile fizice. Conform modelului evolutiv, într-un stadiu incipient Pământul era într-o stare topită și acum aproximativ 4,5 miliarde de ani s-a format ca un corp solid. Această piatră de hotar este considerată începutul cronologiei geologice. Din acel moment a început evoluția lentă a atmosferei.

În perioada pre-geologică, în timpul fazei de topire a sferei exterioare a globului, mase uriașe de gaze eliberate au format atmosfera primară a Pământului. Principalele componente ale gazelor eliberate din intestinele Pământului au fost dioxidul de carbon și vaporii de apă. Compoziția atmosferei primare a Pământului, formată ca urmare a eliberării de gaze și apă în timpul topirii materiei planetare, a fost similară ca compoziție cu componentele erupțiilor vulcanice moderne. Gazele eliberate de vulcanii moderni conțin predominant vapori de apă. În gazele lavelor bazaltice, de exemplu, vulcanii hawaiani cu temperaturi de până la 1200°C, vaporii de apă reprezintă 70-80% în volum. A doua cea mai importantă componentă a atmosferei este dioxidul de carbon. Gazele din lavele vulcanice conțin de la 6 până la 15% CO2.

Deci, atmosfera din acea vreme era formată în principal din vapori de apă cu un amestec semnificativ de dioxid de carbon. În timpul fazei de topire a sferei exterioare a globului, aproape întreaga hidrosferă făcea parte din atmosferă. În această fază, vaporii de apă eliberați, răcindu-se la mare altitudine, au format o acoperire groasă de nori și precipitații intense. Cu toate acestea, picăturile de apă care cădeau din nori la o anumită înălțime deasupra suprafeței planetei, unde temperatura aerului era peste 100°C, s-au transformat în abur, care s-a ridicat din nou în sus. Un fel de ciclu al apei a funcționat deasupra suprafeței fierbinți a Pământului: abur - precipitații - abur, adică un puternic efect de seră, observat în mod similar astăzi pe Venus.

În cea mai timpurie perioadă, formarea unei atmosfere dense în jurul Pământului care se răcește s-a produs aparent datorită vaporilor și gazelor eliberate ca urmare a degazării mantalei. Se presupune că formarea ulterioară a atmosferei a avut loc datorită gazelor erupte de vulcani în primele 500 de milioane de ani de existență a Pământului, care au constat din hidrogen, vapori de apă, metan, oxizi de carbon, amoniac etc.

Ciclul apei în natură, localizat în atmosfera primară a Pământului în apropierea unui nivel de temperatură de 100°C, nu a avut practic niciun efect asupra cursului general al evoluției planetei și asupra dezvoltării suprafeței acesteia. Dar acestea au fost premisele pentru ciclul puternic al apei de pe Pământ, care s-a format mai târziu și a avut un impact uriaș asupra dezvoltării mediului natural și a planetei în ansamblu. După ce suprafața pământului s-a răcit la o temperatură sub 100°C, a avut loc tranziția vaporilor de apă atmosferici în apă lichidă. Pe suprafața pământului atunci uscată și foarte fierbinte, au apărut o scurgere, o rețea de râuri și rezervoare. Suprafața pământului a devenit puternic udată și a început să fie intens afectată de fluxurile de apă. Această etapă a fost începutul istoriei geologice.

În consecință, atmosfera inițială se reduce și conținea o cantitate mică de oxigen, care s-a format din cauza fotodisocierii vaporilor de apă sub influența radiațiilor ultraviolete de la Soare și a degazării magmei bazaltice. Condensarea vaporilor de apă în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani a dus la formarea hidrosferei.

Schimbările în condițiile de temperatură de pe Pământ și, ulterior, în întregul mediu natural, nu au putut decât să afecteze atmosfera. Îndepărtarea unor cantități uriașe de apă din atmosferă și formarea scurgerilor de suprafață și a rezervoarelor au avut un impact enorm asupra compoziției și evoluției mediului aerian. Dintr-o atmosferă apoasă s-a transformat în principal într-o atmosferă de dioxid de carbon, în care vaporii de apă din componenta dominantă s-au transformat într-o atmosferă secundară.

Formarea unor corpuri mari de apă pe suprafața pământului a influențat evoluția ulterioară a atmosferei, în care a început o scădere rapidă a conținutului de dioxid de carbon. CO 2 se dizolvă ușor în apă și cea mai mare parte a fost absorbită de acesta. Presiunea atmosferică a scăzut și ea de multe ori. Condițiile naturale de pe Pământ s-au schimbat dramatic. Mediul natural de pe planeta noastră a devenit diferit de ceea ce avea în primele faze ale istoriei.

Unele procese geologice (de exemplu, revărsările de lavă în timpul erupțiilor vulcanice) au fost însoțite de eliberarea de gaze din intestinele Pământului. Acestea includ azot, amoniac, metan, vapori de apă, oxid de CO și dioxid de carbon CO 2. Sub influența radiației ultraviolete solare, vaporii de apă s-au descompus în hidrogen și oxigen, dar oxigenul eliberat a reacționat cu monoxidul de carbon pentru a forma dioxid de carbon. Amoniacul descompus în azot și hidrogen. În timpul procesului de difuzie, hidrogenul s-a ridicat și a părăsit atmosfera, iar azotul mai greu nu s-a putut evapora și s-a acumulat treptat, devenind componenta principală, deși o parte din el a fost legată în molecule ca urmare a reacțiilor chimice. Sub influența razelor ultraviolete și a descărcărilor electrice, un amestec de gaze prezent în atmosfera inițială a Pământului a intrat în reacții chimice, care au dus la formarea de substanțe organice, în special aminoacizi.

Datorită absenței unor cantități semnificative de oxigen și, în consecință, a ozonului, razele ultraviolete au pătruns ușor în atmosferă, ceea ce a creat condiții favorabile pentru formarea unor substanțe organice precum aminoacizii și bazele piridinice, care sunt principalele componente ale materiei vii. Materiile prime pentru acest proces au fost molecule de metan, monoxid de carbon (II), hidrogen, apă și amoniac. Trebuie remarcat faptul că condiția prealabilă pentru complexitatea structurii a fost absența distrugerii complete a moleculelor de compuși organici la dioxid de carbon și apă, așa cum se întâmplă în prezența oxigenului în atmosferă. În consecință, într-o atmosferă reducătoare, nu a avut loc oxidarea substanțelor organice, ci descompunerea lor în fragmente separate, care a servit drept material de pornire pentru sinteza unor substanțe mai complexe. Aceste substanțe organice s-au putut acumula treptat în anumite locuri, cele mai favorabile ale oceanului primordial, de exemplu pe țărmuri, ceea ce a asigurat apariția vieții și evoluția ei progresivă. Primele tipuri de organisme vii au fost probabil bacterii, în care metabolismul a avut loc fără participarea oxigenului. Se numesc anaerobi.