Как составить схему состав воздуха

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим

АТМОСФЕРА

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 10¹⁵ т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура  140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом. Основные параметры атмосферы: плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т.д.

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой», на высоте от 15—20 до 55— 60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — озон, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте равной 30 км. Общая масса озона составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Озон (О₃) — аллотропия кислорода, образуется в результате следующей химической реакции, обычно после дождя, когда полученное соединение поднимается в верхние слои тропосферы; озон имеет специфический запах.

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и других свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Структура атмосферы

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную (однофазную), хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °С в стратосфере до -110 °С в мезосфере.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, т.к. их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже ее лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Таблица «Атмосфера»

---

Конспект урока «Атмосфера: строение. структура, состав». Продолжение темы АТМОСФЕРА в следующих конспектах:

Эта статья об атмосфере Земли, существуют другие значения термина Атмосфера

Атмосфе́ра Земли́ (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка, окружающая планету Земля, одна из геосфер. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя переходит в околоземную часть космического пространства.

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Состояние атмосферы определяет погоду и климат на поверхности Земли. Изучением погоды занимается метеорология, а климатом и его вариациями — климатология.

Граница атмосферы[править | править код]

Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое^[1]. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, в экзосфере, начинающейся на высоте 500—1000 км от поверхности Земли^[2].

По определению, предложенному Международной авиационной федерацией, граница атмосферы и космоса проводится по линии Кармана, расположенной на высоте 100 км^[3], выше которой авиационные полёты становятся полностью невозможными. NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 километра (400 000 футов), где при возвращении на Землю «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование^[4].

Физические свойства[править | править код]

Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)⋅10¹⁸ кг. Из них масса сухого воздуха составляет (5,1352 ± 0,0003)⋅10¹⁸ кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27⋅10¹⁶ кг.

Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м³. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — −140,7 °C (~ 132,4 К); критическое давление — 3,7 МПа; при 0 °C — 1,0048⋅10³ Дж/(кг·К),  — 0,7159⋅10³ Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %, при 25 °C — 0,0023 %.

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,225 кг/м³, барометрическое давление 101,325 кПа, температура +15 °C, влажность 0 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Состав[править | править код]

Атмосфера Земли возникла в результате двух процессов: испарения вещества космических тел при их падении на Землю и выделения газов при вулканических извержениях (дегазация земной мантии). С выделением океанов и появлением биосферы атмосфера изменялась за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.

В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды () и углекислого газа (), концентрация которого растёт с середины XX века.

Состав сухого воздуха^[5][6]

Газ	Содержание по объёму, %	Содержание по массе, %
Азот	78,084	75,51
Кислород	20,946	23,14
Аргон	0,934	1,3
Углекислый газ	0,03 — 0,04[7]	0,05[8]
Неон	1,818⋅10−3	1,2⋅10−3
Гелий	5,24⋅10−4	8⋅10−5[источник не указан 1640 дней]
Метан	1,7⋅10−4 — 2⋅10−4[9]
Криптон	1,14⋅10−4	2,9⋅10−4
Водород	5⋅10−5	3,5⋅10−6
Ксенон	8,7⋅10−6	3,6⋅10−5

Содержание воды в атмосфере (в виде водяных паров) колеблется от 0,2 % до 2,5 % по объёму, и зависит в основном от широты^[10].

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся и другие оксиды азота (, ), пропан и другие углеводороды, , , , , , , , , , пары , , , а также многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль). Самым редким газом в Земной атмосфере является .

Строение атмосферы[править | править код]

Пограничный слой атмосферы[править | править код]

Нижний слой тропосферы (1—2 км толщиной), в котором состояние и свойства поверхности Земли непосредственно влияют на динамику атмосферы.

Тропосфера[править | править код]

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом.
Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 метров.

Тропопауза[править | править код]

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры воздуха с возрастанием высоты.

Стратосфера[править | править код]

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до +0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. В середине XIX века полагали, что на высоте 12 км (6 тыс. туазов) заканчивается атмосфера Земли (Пять недель на воздушном шаре, 13 гл). В стратосфере располагается озоновый слой, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения.

Стратопауза[править | править код]

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера[править | править код]

Мезосфера начинается на высоте 50-55 км и простирается до 80-100 км, точная высота границ мезосферы зависит от широты и времени года. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и так далее, обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза[править | править код]

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около −90 °C).

Линия Кармана[править | править код]

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом.
В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря^[3].

Термосфера[править | править код]

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008—2009 годах — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя^[12].

Термопауза[править | править код]

Область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура практически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)[править | править код]

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 500—1000 км (в зависимости от солнечной активности)^[2]. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до минус 110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~ 150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен редкими частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

Анализ данных прибора SWAN на космическом аппарате SOHO показал, что самая внешняя часть экзосферы Земли (геокорона) простирается примерно на 100 радиусов Земли или около 640 тыс. км, то есть гораздо дальше орбиты Луны^[13].

Обзор[править | править код]

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы.

На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Другие свойства атмосферы и воздействие на человеческий организм[править | править код]

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

С точки зрения физиологии человека «космос» начинается уже на высоте около 19—20 км. На этой высоте давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. и температура кипения воды равна температуре тела — 36,6 °C, что приводит к кипению воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметичной кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно.

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и другие.

В разрежённых слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100—130 км, знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.

На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (то есть с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.

История образования атмосферы[править | править код]

Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли на протяжении истории последней перебыла в трёх различных составах:

• Так называемая первичная атмосфера, первоначально состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства.

• На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами: утечка лёгких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство и химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

• Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Первичная атмосфера[править | править код]

Первичная атмосфера состояла из газов солнечной туманности, прежде всего водорода. Вероятно, в состав атмосферы также входили простые гидриды, которые сейчас обнаруживаются в атмосферах газовых гигантов (Юпитера и Сатурна) — водяной пар, метан и аммиак^[14].

Вторичная атмосфера[править | править код]

Выделение газа в результате вулканизма, а также газы, образовавшиеся во время поздней тяжелой бомбардировки Земли астероидами, привели к появлению атмосферы, состоящей в основном из азота, двуокиси углерода и инертных газов^[14]. Большая часть выбросов двуокиси углерода растворялась в воде и реагировала с металлами, такими как кальций и магний, появившимися в результате выветривания пород земной коры, с образованием карбонатов, которые откладывались в виде осадков. Были обнаружены связанные с водой отложения возрастом 3,8 млрд лет^[15].

Около 3,4 миллиарда лет назад азот составлял большую часть тогдашней стабильной «второй атмосферы». Влияние жизни должно быть принято во внимание довольно скоро в истории атмосферы, потому что намёки на ранние формы жизни появляются уже 3,5 миллиарда лет назад^[16]. Как Земля в то время поддерживала климат, достаточно тёплый для жидкой воды и жизни, если раннее Солнце излучало на 30% меньше солнечной радиации, чем сегодня, является загадкой, известной как «парадокс слабого молодого Солнца».

Однако геологическая летопись показывает непрерывную относительно тёплую поверхность в течение всей ранней температурной записи Земли, за исключением одной холодной ледниковой фазы около 2,4 миллиарда лет назад. В позднем архее начала развиваться кислородсодержащая атмосфера, по-видимому, созданная фотосинтезирующими цианобактериями (см. Кислородная катастрофа), которые были обнаружены в виде окаменелостей строматолитов 2,7 млрд лет назад. Ранняя основная изотопия углерода (en:Stable isotope ratio) убедительно свидетельствует об условиях, подобных нынешним, и о том, что фундаментальные черты геохимического углеродного цикла установились уже 4 млрд лет назад.

Древние отложения в Габоне, датируемые примерно 2,15–2,08 млрд лет назад, свидетельствуют о динамической эволюции оксигенации Земли. Эти колебания оксигенации, вероятно, были вызваны изотопной аномалией Ломагунди^[17].

Азот[править | править код]

Образование большого количества азота обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом , который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотосодержащих соединений. Азот окисляется озоном до в верхних слоях атмосферы.

Азот вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, которые могут быть эффективными сидератами — растениями, которые не истощают, а обогащают почву естественными удобрениями.

Кислород[править | править код]

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и другом. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.

Углекислый газ[править | править код]

Содержание в атмосфере зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4⋅10¹² тонн) образуется за счёт углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ.

Содержание углекислого газа в атмосфере зависит также от растворимости газа в воде океанов, что связано с температурой воды и её кислотностью.

Инертные газы[править | править код]

Источниками инертных газов являются вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом, и атмосфера в частности, обеднены инертными газами по сравнению с космосом и некоторыми другими планетами. Это относится к гелию, неону, криптону, ксенону и радону. Концентрация же аргона, напротив аномально высока и составляет почти 1 % от газового состава атмосферы. Большое количество данного газа обусловлено интенсивным распадом радиоактивного изотопа калий-40 в недрах Земли.

Загрязнение атмосферы[править | править код]

В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом человеческой деятельности стал постоянный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи.
Громадные количества потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 200—300 лет количество в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.

Сжигание топлива — основной источник загрязняющих газов (, , ). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до , а оксид азота до в верхних слоях атмосферы, которые в свою очередь взаимодействуют с парами воды, а образующиеся при этом серная кислота и азотная кислота выпадают на поверхность Земли в виде так называемых кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец , его использование в бензине существенно снижено в последние десятилетия).

Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и другое), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и тому подобное). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Погосян Х. П., Туркетти З. Л. Атмосфера Земли: Пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1970. — 320 с. — 29 000 экз.
• Парин В. В., Космолинский Ф. П., Душков Б. А. Космическая биология и медицина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Просвещение, 1975. — 224 с.
• Гусакова Н. В. Химия окружающей среды” Ростов-на-Дону: Феникс, 2004, 192 с. ISBN 5-222-05386-5
• Соколов В. А. Геохимия природных газов. — М., 1971.
• МакИвен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. — М., 1978.
• Уорк K., Уорнер С. Загрязнение воздуха. Источники и контроль, пер. с англ., М.. 1980;
• Мониторинг фонового загрязнения природных сред. в. 1, Л., 1982.
• ГОСТ 4401-81 «Атмосфера стандартная. Параметры»
• ГОСТ Р 53460-2009 «Глобальная справочная атмосфера для высот от 0 до 120 км для аэрокосмической практики. Параметры»
• ГОСТ 24631-81 «Атмосферы справочные. Параметры»

Ссылки[править | править код]

• Почему динозавры были такими большими? // 17 декабря 2013, Центр ФОБОС
• Интерактивная карта состояния атмосферы (англ.)

2 ответа:

Читайте также

Строение и состав современной атмосферы Земли.

План:

1.     Атмосфера, ее состав и строение.

2.     Схема строения (стратификация) атмосферы. Атмосфера – газовая
оболочка Земли, часть географической оболочки Земли. Границы атмосферы. Состав
воздуха: основные газы и их значение; водяной пар, аэрозоли и их роль.

3.     Гомосфера и гетеросфера.

4.      Расслоение атмосферы по вертикали: тропосфера, стратосфера,
мезосфера, термосфера, экзосфера и их характеристика. Ионосфера. Происхождение
атмосферы и ее эволюция. Значение атмосферы в жизни Земли. Взаимодействие ее с
другими земными оболочками.

5.     Охрана воздуха от загрязнения. Организация и методы исследования
атмосферы. Исследования атмосферы из космоса.

Атмосфера
— газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней.

Атмосфера
– это газовая оболочка небесного (или астрономического) тела, которая удерживается
вокруг него благодаря действию гравитационных сил. Она есть не только у нашей
планеты, а и у большинства массивных космических тел. Источник:
https://kipmu.ru/atmosfera/

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности
Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу:
около 5,3 * 1015 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29.
Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая
температура  140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в
воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление
атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность.
Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325
Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

    Состав и границы

 Оболочка, исходя из названия, состоит из смеси
определенных газов. Стоит отметить, что ее изначальный химический состав
определяется свойствами Солнца, когда планета находится на начальной стадии
формирования. Затем наличие и количество тех или иных веществ меняется
вследствие эволюции.      

В состав атмосферы Земли входят преимущественно
газы, а также разные примеси, например, частицы воды, пыль, лед, продукты
горения и др. На 78% оболочка состоит из азота, на 21% – из кислорода. Среди
прочих компонентов присутствуют аргон, углекислый газ, гелий, водород и др.

Интересный факт: если
содержание большинства компонентов атмосферы Земли не меняется в течение многих
лет, то концентрация углекислого газа постепенно растет, начиная с 19-го века.

В настоящее время его показатель – около 0,04%.
Несмотря на плавный переход в космическое пространство, ученые утверждают, что
заканчиваются границы оболочки в экзосфере (примерная высота – 500-1000 км). В
авиации и космонавтике имеются свои представления о том, где заканчивается
атмосфера. Так, Международная авиационная федерация называет пограничной
отметкой высоту в 100 км. Самолеты не поднимаются выше данного предела. А
космические корабли, шаттлы, достигая высоты 122 км, переключаются на аэродинамическое управление.
Поэтому NASA предлагает такую отметку в качестве границы.                

     Основные параметры атмосферы: плотность воздуха, давление, температура и
состав.

С увеличением высоты плотность воздуха и
атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от
изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными
температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха.

В зависимости от температуры в атмосфере
различают следующие основные слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу
рассеяния). 

Переходные
области атмосферы
между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и
т.д.        

Планетарный
пограничный слой

Самый
нижний шар тропосферы. Его толщина составляет 1-2 км. Состояние атмосферы в
этой области и различные ее изменения напрямую зависят от земной поверхности
или, как ее еще называют, подстилающей. Данный слой также разделяют на 3
дополнительных (по возрастанию): слой шероховатости; приземный; Экмана.   

Роль
и значение основных газов атмосферного воздуха

КИСЛОРОД
(О) жизненно необходим почти для всех обитателей планеты. Это активный газ. Он
участвует в химических реакциях с другими газами атмосферы. Кислород активно
поглощает лучистую энергию, особенно очень короткие волны длиной менее 2.4 мкм.
Под действием солнечного ультрафиолетового излучения (X < 03 мкм), молекула
кислорода распадается на атомы. Атомарный кислород, соединяясь с молекулой
кислорода, образует новое вещество – трехатомный кислород или озон (Оз). Озон в
основном находится на больших высотах. Там егороль для планеты исключительно
благотворна. У поверхности Земли озон образуется при грозовых разрядах.

В
отличие от всех других газов в атмосфере, которые не имеют ни вкуса, ни запаха,
озон имеет характерный запах. В переводе с греческого языка слово «озон»
означает «остро пахнущий». После грозы этот запах приятен, он воспринимается
как запах свежести. В больших количествах озон является отравляющим веществом.
В городах с большим количеством автомобилей, а значит и большими выбросами
автомобильных газов, в безоблачную или малооблачную погоду под действием
солнечных лучей образуется озон. Город окутывается желто-синим облаком,
видимость ухудшается. Это фотохимический смог.

АЗОТ
(N2) — нейтральный газ, он, не вступает в реакции с другими газами атмосферы,
не участвует в поглощении лучистой энергии. До высот 500 км атмосфера в
основном состоит из кислорода и азота. При этом, если в нижнем слое атмосферы
преобладает азот, то на больших высотах кислорода больше, чем азота.

АРГОН
(Аг) — нейтральный газ, в реакции не вступает, в поглощении и излучении
лучистой энергии не участвует. Аналогично — ксенон, криптон и многие другие
газы. Аргон — тяжелое вещество, в высоких слоях атмосферы его очень мало.

УГЛЕКИСЛОГО
ГАЗА (С02) в атмосфере в среднем 0,03 %. Этот газ очень необходим растениям и
активно ими поглощается. Фактическое количество его в воздухе может несколько
изменяться. В индустриальных районах его количество может увеличиваться до 0.05
%. В сельской местности, над лесами, полями его меньше. Над Антарктидой
примерно 0,02 % углекислого газа, т. е. почти на Уз меньше среднего его
количества в атмосфере. Столько же и даже меньше его над морем — 0.01 – 0.02 %,
так как углекислый газ интенсивно поглощается водой.

В
слое воздуха, который непосредственно примыкает к земной поверхности,
количество углекислого газа испытывает и суточные колебания.

Ночью
его больше, днем меньше. Объясняется это тем, что в светлое время суток
углекислый газ поглощается растениями, а ночью нет. Растения планеты на
протяжении года берут из атмосферы около 550 млрд. т. и возвращают в нее около
400 млрд. т. кислорода.

Углекислый
газ полностью прозрачен для солнечных коротковолновых лучей, но интенсивно
поглощает тепловое инфракрасное излучение Земли. С этим связана проблема
парникового эффекта, по поводу которого периодически разгораются дискуссии на
страницах научной печати, а, главным образом, в массмедиа.

ГЕЛИЙ
(Не) — очень легкий газ. Он поступает в атмосферу из земной коры в результате
радиоактивного распада тория и урана. Гелий улетучивается в космическое
пространство. Скорость убывания гелия соответствует скорости поступления его из
недр Земли. От высоты 600 км до 16000 км наша атмосфера состоит главным образом
из гелия. Это «гелиевая корона Земли» по выражению Вернадского. Гелий не
вступает в реакции с другими газами атмосферы, не участвует в лучистом
теплообмене.

ВОДОРОД
(Нг) еще более легкий газ. У поверхности Земли его очень мало. Он поднимается в
верхние слои атмосферы. В термосфере и экзосфере атомарный водород становится
доминирующим компонентом. Водород — это самая верхняя, самая дальняя оболочка
нашей планеты. Выше 16000 км до верхней границы атмосферы, то есть до высот 30
– 40 тыс. км, преобладает водород. Таким образом, химический состав нашей
атмосферы с высотой приближается к химическому составу Вселенной, в которой
водород и гелий — наиболее распространенные элементы. В самой внешней, крайне
разряженной части верхней атмосферы, происходит убегание из атмосферы водорода
и гелия. Отдельные их атомы имеют для этого достаточно большие скорости.

           Водяной
пар в воздухе

Процентное
содержание водяного пара во влажном воздухе у земной поверхности составляет в
среднем от 0,2% в полярных широтах до 2,5% у экватора, а в отдельных случаях
колеблется почти от нуля до 4%. В связи с этим становится переменным и
процентное соотношение других газов во влажном воздухе. Чем больше в воздухе
водяного пара, тем меньшая часть его объема приходится на постоянные газы при
тех же условиях давления и температуры.

Водяной
пар непрерывно поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей, с
влажной почвы и путем транспирации растений, при этом в разных местах и в
разное время он поступает в различных количествах. От земной поверхности он
распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли
в другие.

В
атмосфере может возникать состояние насыщения. В таком состоянии водяной пар
содержится в воздухе в количестве, предельно возможном при данной температуре.
Водяной пар при этом называют насыщающим, а воздух, содержащий его, насыщенным.

Состояние
насыщения обычно достигается при понижении температуры воздуха. Когда это
состояние достигнуто, то при дальнейшем понижении температуры часть водяного
пара становится избыточной и конденсируется, переходит в жидкое или твердое
состояние. В воздухе возникают водяные капельки и ледяные кристаллики облаков и
туманов. Облака могут снова испаряться; в других случаях капельки и кристаллики
облаков, укрупняясь, могут выпадать на земную поверхность в виде осадков.
Вследствие всего этого содержание водяного пара в каждом участке атмосферы
непрерывно меняется.

С
водяным паром в воздухе и с его переходами из газообразного состояния в жидкое
и твердое связаны важнейшие процессы погоды и особенности климата. Наличие
водяного пара в атмосфере существенно сказывается на тепловых условиях
атмосферы и земной поверхности. Водяной пар сильно поглощает длинноволновую
инфракрасную радиацию, которую излучает земная поверхность. В свою очередь и
сам он излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой идет к земной
поверхности. Это уменьшает ночное охлаждение земной поверхности и тем самым
также нижних слоев воздуха. На испарение воды с земной поверхности
затрачиваются большие количества тепла, а при конденсации водяного пара в
атмосфере это тепло отдается воздуху. Облака, возникающие в результате
конденсации, отражают и поглощают солнечную радиацию на ее пути к земной
поверхности. Осадки, выпадающие из облаков, являются важнейшим элементом погоды
и климата. Наконец, наличие водяного пара в атмосфере имеет важное значение для
физиологических процессов.                         

  Аэрозоли – это собирательное название крошечных частиц,
парящих в атмосфере. Они оказывают гораздо большее влияние на планету, чем вы
могли бы подумать, и человеческая деятельность играет здесь свою роль. 

У самых ярких закатов, облачного неба и дней, когда все вокруг
закашливаются, есть кое-то общее: все это происходит из-за аэрозолей –
крошечных частиц, плавающих в воздухе. Аэрозоли могут быть крошечными
капельками, частицами пыли, кусочками мелкого черного углерода и другими
веществами, которые, паря в атмосфере, изменяют весь энергетический баланс
планеты.

Аэрозоли оказывают огромное влияние на климат планеты. Некоторые
из них, такие как черный и коричневый углерод, согревают атмосферу Земли, а
другие, такие как капли сульфата, охлаждают ее. Ученые считают, что в целом весь
спектр аэрозолей в конечном итоге слегка охлаждает планету. Но до сих пор не
совсем ясно, сколь силен этот эффект охлаждения и насколько он прогрессирует в
течение дней, лет или столетий.

         Аэрозоли влияют
на климат двумя основными способами: изменяя количество тепла, которое попадает
в атмосферу или выходит из нее, и влияя на то, как образуются облака.

Некоторые аэрозоли, как и многие виды пыли от измельченных
камней, имеют светлый цвет и даже немного отражают свет. Когда на них падают
солнечные лучи, они отражают лучи обратно из атмосферы, предотвращая попадание
этого тепла на поверхность Земли. Но этот эффект может носить и негативный
оттенок: извержение вулкана Пинатубо  на Филиппинах в 1991 году
выбросило в высокую стратосферу такое количество мельчайших отражающих свет
частиц, которое было эквивалентно площади в 1,2 квадратных мили, что
впоследствии вызвало охлаждение планеты, не прекращавшееся в течение двух лет.
А извержение вулкана Тамбора в 1815 году стало причиной необычайно холодной
погоды в Западной Европе и Северной Америке в 1816 году, из-за чего его
прозвали «Год без лета» – он был таким холодным и мрачным, что даже вдохновил
Мэри Шелли на написание ее готического романа «Франкенштейн».

Но другие аэрозоли, такие как маленькие частицы черного углерода
от сгоревшего угля или дерева, работают наоборот, поглощая тепло от солнца. В
конечном итоге это согревает атмосферу, хотя и охлаждает поверхность Земли,
тормозя лучи солнца. В целом, этот эффект, вероятно, слабее, чем охлаждение,
вызываемое большинством других аэрозолей – но, вне сомнений, он тоже оказывает
свое влияние, и чем больше углеродного материала накапливается в атмосфере, тем
больше нагревается атмосфера.

Аэрозоли также влияют на формирование и рост облаков. Капли воды
легко сливаются вокруг частиц, поэтому богатая частицами аэрозолей атмосфера
способствует образованию облаков. Белые облака отражают падающие лучи солнца,
предотвращая их попадание на поверхность и нагревание земли и воды, но они
также поглощают  постоянно излучаемое планетой тепло, задерживая его в
нижних слоях атмосферы. В зависимости от типа и местоположения облаков, они
могут либо обогревать окрестности, либо охлаждать их.

Аэрозоли имеют сложный набор различных воздействий на планету, и
люди напрямую повлияли на их присутствие, количество и распределение. И хотя
климатические последствия сложны и непостоянны, последствия для здоровья людей
очевидны: чем больше в воздухе мелких частиц, тем больше это вредит здоровью
человека.

Разница между Гомосферой и
Гетеросферой

Основное различие между Гомосферой и
Гетеросферой состоит в том, что Гомосфера является нижней частью атмосферы,
примерно до 100 км, тогда как Гетеросфера является верхней частью атмосферы.

Гомосфера и гетеросфера — это два слоя
атмосферы. Они имеют разные концентрации газов в зависимости от высоты. Однако
в составе газов в Гомосфере не наблюдается больших вариаций. Но, существует
большая вариация в составе газов в Гетеросфере.  Таким образом, газы в
Гомосфере находятся в форме однородной смеси, в то время как газы в Гетеросфере
находятся в форме слоев.       

          Гомосфера
— это самая нижняя часть атмосферы Земли, находящаяся между поверхностью Земли
и гетеросферой. Она находится примерно на высоте 100 км от поверхности Земли.
Главной особенностью гомосферы является наличие однородной смеси газов в
результате турбулентного перемешивания или вихревой диффузии. Таким образом,
объемный состав воздуха во всей гомосфере является однородным.                  

    Гомосфера
содержит более 99% массы земной атмосферы. Гомосфера состоит из 78% азота, 21%
кислорода и ничтожно малого количества других молекул, таких как аргон и
диоксид углерода (углекислый газ). Хотя состав гомосферы остается неизменным,
концентрация воздуха уменьшается с высотой. Гомосфера подразделяется на три
слоя: тропосфера, стратосфера и  мезосфера.

Тропосфера — это самый
нижний слой от поверхности земли, который находится на высоте около 11 км. Она
содержит 99% от общей массы водяного пара и аэрозолей, состоящих из мельчайших
частиц вещества и находящихся во взвешенном состоянии. Кроме того,
поднимающийся теплый воздух в тропосфере заменяет более высокий и более
холодный воздух, который смешивает газы вертикально. Следовательно, тропосфера
является частью атмосферы, где происходят почти все погодные условия. Кроме
того все пассажирские самолеты летают именно в тропосфере.

Стратосфера — это средний
слой гомосферы, находящийся на высоте от 15 до 50 км. В этом слое температура
повышается с увеличением высоты. Также озоновый слой находится в стратосфере,
на высоте от 18 до 20 км. В стратосфере концентрация O3 намного выше, чем в
остальной атмосфере. Таким образом, это блокирует проникновение большей части
ультрафиолетового света в нижние слои атмосферы. Сверхзвуковые реактивные
самолеты летают именно в этом слое гомосферы.

Мезосфера — это самый
верхний слой гомосферы, простирающийся примерно от 50 до 80 км. В отличие от
стратосферы, температура там уменьшается с увеличением высоты. Это связано с
уменьшением поглощения солнечной радиации разреженной атмосферой и увеличением
охлаждения за счет излучения CO2. Как правило, мезосфера заканчивается в
мезопаузе, самой холодной части атмосферы Земли. Температура там достигает
значения ниже -143 °C. В этом слое встречаются метеоры, которые представляют
собой небольшие тела материи прилетевшие из космоса, попадающие в атмосферу
Земли.                                              

                                   Что
такое Гетеросфера 

Гетеросфера — это самый
верхний слой атмосферы Земли. Она начинается на высоте около 100 км и
простирается до внешних пределов атмосферы. В гетеросфере газы с увеличением
высоты разделяются на слои с помощью молекулярной диффузии. Более тяжелые
молекулы имеют тенденцию оставаться в нижних слоях гетеросферы, в то время как
более легкие молекулы остаются в верхних слоях. Обычно азот, кислород, гелий и
водород являются основными составляющими гетеросферы. Однако, в дополнение к
диффузии, дневные и ночные циклы, солнечная активность, геомагнитная активность
и сезонные циклы являются другими факторами, влияющими на распределение
плотности в гетеросфере.

Гетеросфера
подразделяется на два слоя: термосфера и экзосфера.

Термосфера — это нижний слой
гетеросферы, находящийся на высоте от 80 до 460 км. Он находится прямо над
мезосферой и ниже экзосферы, простираясь примерно от 90 км до 500-1000 км. В
этом слое температура увеличивается с высотой в результате поглощения
высокоэнергетической солнечной радиации.

Экзосфера — это верхний
слой гетеросферы, где атмосфера превращается в космос. Поэтому, это тонкий,
похожий на атмосферу объем, окружающий Землю или естественный спутник.
Плотность этого слоя слишком мала, чтобы молекулы могли вести себя как газы при
столкновении друг с другом. Тем не менее, они существуют, и имеют связь с
гравитационным ядром. Кроме того, в экзосфере встречаются углекислый газ и
водород.

Нижняя
граница экзосферы называется экзобазой, протяженностью от 500 до 1000 км. Между
тем верхняя граница экзосферы простирается до расстояния, на котором влияние
давления солнечной радиации на атомарный водород превышает влияние
гравитационного притяжения Земли. Как правило, это происходит на половине
расстояния до Луны.

Сходство
между Гомосферой и Гетеросферой

Гомосфера
и гетеросфера — это два слоя атмосферы.  

Они
различаются по высоте и составу газов. 

Разница
между Гомосферой и Гетеросферой

Гомосфера
относится к нижней части атмосферы, примерно до 97 км, в которой нет большого
изменения в ее составе. Между тем, гетеросфера относится к верхней части
атмосферы, и находится на высоте более 97 км, в которой ее состав значительно
больше. 

Гомосфера
встречается на расстоянии до 97 км от атмосферы, а гетеросфера находится на
высоте более 97 км от Земли. 

Три
части гомосферы это тропосфера, стратосфера и мезосфера, тогда как две части
гетеросферы являются термосферой и экзосферой. 

Нет
большего изменения в составе газов в гомосфере, но есть большее изменение в
составе газов в гетеросфере.  В гомосфере в зависимости от высоты в состав
газов сильно не меняется, тогда как состав газов в гетеросфере сильно меняется.

Гомосфера
содержит более высокую концентрацию тяжелых газов, таких как азот и кислород,
тогда как гетеросфера содержит более высокую концентрацию легких газов, таких
как водород и гелий.

Газы
в гомосфере встречаются в форме однородной смеси, а газы в гетеросфере
встречаются в виде слоев. 

Ветер
сильно смешивает газы в гомосфере, в то время как ветер не оказывает сильного
влияние на смешивание газов в гетеросфере. 

Газы
в гомосфере имеют более высокую реакционную способность, но, напротив, газы в
гетеросфере показывают более низкую реакционную способность.

Заключение
— Гомосфера против Гетеросферы

Гомосфера
— это один из двух слоев атмосферы, находящийся на расстоянии до 97 км от
поверхности Земли. Она содержит однородную смесь газов из-за постоянного
перемешивания ветром. Также она содержит в основном тяжелые газы, такие как
кислород и азот. Благодаря высокому перемешиванию она показывает более высокую
реакционную способность между газами. Напротив, Гетеросфера — это второй слой
атмосферы, находящийся над Гомосферой. Она содержит более легкие газы в виде
слоев. Таким образом, он показывает более низкую реакционную способность между
его газами. В итоге, основным отличием между Гомосферой и Гетеросферой является
их высота и состав газов.

Атмосфера
имеет слоистое строение по высоте и неоднородное по горизонтали. По вертикали
выделяют пять основных слоев: тропосферу,
стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Переходные слои от одной
сферы к другой соответственно называются тропопаузой,
стратопаузой, мезопаузой и термопаузой. Эти паузы называются по нижнему
слою и являются задерживающими. Над экзосферой паузы нет, так как она
постепенно переходит в космическое пространство.          

              Ионосфера – это самый верхний слой атмосферы,
расположенный выше 50 километров. Он назван так из-за большого количества
ионов, образующихся вследствие воздействия солнечной радиации. Именно они
задерживают большую часть космического излучения.                         

               Этот
слой атмосферы состоит из смеси газов. Их там очень мало, поэтому говорят об
очень разряженном воздухе на такой высоте. Именно поэтому полеты в этом месте
невозможны. Больше всего ионосфера Земли содержит нейтральных атомов азота и
кислорода. Но основной ее состав – это квазинейтральная плазма, в которой
количество положительно заряженных частиц примерно равно количеству
отрицательно заряженных. Таких ионов становится все больше с удалением от
Земли. Поэтому ионосферу еще иногда называют плазменной оболочкой Земли.
Основной состав ионосферы от 50 до 100 километров выше поверхности Земли – это
кислород, азот и натрий. Но после 100 км в ней начинают преобладать водород и
гелий.                  

         Этот слой атмосферы был обнаружен в начале 20
века учеными Е. Эпплтоном, М. Барнетом, Г. Брейтом и М. Тьювом. Они установили,
что на высоте после 50 километров существует слой газов, отражающих радиоволны.
За ним начали наблюдать. Было установлено, что ионосфера постоянно разная. Даже
в течение дня ее состав и другие характеристики меняются. Разное количество
газов также в завсимости от высоты. Поэтому ионосферу поделили на три слоя.

Но полное представление об особенностях этой части
атмосферы человечество смогло получить только во второй половине 20 веке.
Изучали ее с наземных ионосферных станций. Потом начали исследовать ее изнутри.
Сначала ракеты, потом спутники поднялись в верхние слои атмосферы. И люди
смогли понять, что такое ионосфера. Состав ее был изучен благодаря применению с
ракет масс-спектрометра.

 Это также позволило измерить другие параметры:
температуру; концентрацию ионов; электропроводность; источники ионизации;
особенности жесткого солнечного излучения.

 Исследуют ионосферу также с помощью радиометодов –
изучения отраженных радиоволн. А в последнее время стали применяться спутники,
на борту которых есть станции и зонды, исследующие ионосферу сверху. Это
позволило составить представление о ее самом верхнем слое, недоступном для
изучения с Земли.          

  Происхождение
атмосферы. Происхождение и эволюция атмосферы

Состав
атмосферы не всегда был таким, как сейчас. Предполагают, что первичная
атмосфера состояла из водорода и гелия, которые были самыми распространенными
газами в Космосе и входили в состав протопланетного газово-пылевого облака.

Результаты
исследований М.И. Будыко с количественными оценками изменения массы кислорода и
углекислого газа на протяжении жизни Земли дают основание считать, что историю
вторичной атмосферы можно разделить на два этапа: бескислородной атмосферы и
кислородной атмосферы – на рубеже примерно 2 млрд. лет тому назад.

Первый
этап начался после завершения образования планеты, когда началось разделение
первичного земного вещества на тяжелые (преимущественно железо) и относительно
легкие (в основном кремний) элементы. Первые образовали земное ядро, вторые –
мантию. Эта реакция сопровождалась выделением тепла, в результате чего стала
происходить дегазация мантии – из нее стали выделяться различные газы. Сила
тяготения Земли оказалась способной удержать их возле планеты, где они стали
скапливаться и образовали атмосферу Земли. Состав этой начальной атмосферы
существенно отличался от современного состава воздуха (табл. 1)

Таблица 1

Состав
воздуха при образовании атмосферы Земли в сравнении с современным составом
атмосферы (по в.А. Вронскому г.В. Войткевичу)

Газ	Его состав	Состав атмосферы Земли
при образовании	современный
Азот	N2	1,5	78
Кислород	O2	0	21
Озон	O3	–	10-5
Углекислый газ	CO2	98	0,03
Оксид углерода	CO	–	10-4
Водяной пар	H2O	0,4	0,1
Аргон	Ar	0,19	0,93

Кроме
этих газов в атмосфере присутствовали метан, аммиак, водород и др.

Характерной
чертой этого этапа было убывание углекислого газа и накопление азота, который к
концу эпохи бескислородной атмосферы стал основным компонентом воздуха.
Согласно исследованиям В.И. Бгатова тогда же появился в качестве примеси и
эндогенный кислород, возникший при дегазации базальтовых лав. Кислород возникал
и в результате диссоциации молекул воды в верхних слоях атмосферы под действием
ультрафиолетовых лучей. Однако весь кислород уходил на окисление минералов
земной коры, и его не хватало на накопление в атмосфере.

Более
2 млрд. лет назад появились фотосинтезирующие сине-зеленые водоросли, которые
для синтеза органического вещества стали использовать световую энергию Солнца.
В реакции фотосинтеза использовался углекислый газ, а выделяется свободный
кислород. Вначале он расходовался на окисление железосодержащих элементов
литосферы, но около 2 млрд. лет назад этот процесс завершился, и свободный
кислород начал накапливаться в атмосфере. Начался второй этап развития
атмосферы – кислородный.

Сначала
рост содержания кислорода в атмосфере был медленным: около 1 млрд. лет назад
оно достигло 1% от современного (точка Пастера), но этого оказалось достаточным
для появления вторичных гетеротрофных организмов (животных), потребляющих
кислород для дыхания. С появлением растительного покрова на континентах во
второй половине палеозоя прирост кислорода в атмосфере составляло около 10 % от
современного, а уже в карбоне кислорода было столько же, сколько и сейчас.
Фотосинтетический кислород вызвал большие изменения и в атмосфере, и в живых
организмах планеты. Содержание углекислого газа в процессе эволюции атмосферы
существенно снизилось, так как значительная его часть вошла в состав углей и
карбонатов.

На
водород и гелий, широко распространенный во Вселенной, в атмосфере Земли
приходится соответственно 0,00005 и 0,0005%. Земная атмосфера, т.о., является
геохимической аномалией в космосе. Ее исключительный состав формировался
параллельно с развитием Земли в специфических, присущих только ей космических
условиях: гравитационное поле, удерживающее большую массу воздуха, магнитное
поле, предохраняющее ее от солнечного ветра, и вращение планеты, обеспечивающее
благоприятный тепловой режим. Формирование атмосферы шло параллельно с
формированием гидросферы и рассмотрено выше.

Первичная
гелиево-водородная атмосфера была утеряна при разогреве планеты. В начале
геологической истории Земли, когда происходили интенсивные вулканические и
горообразовательные процессы, атмосфера была насыщена аммиаком, водяными парами
и углекислым газом. Эта оболочка имела температуру около 100°С.
При понижении температуры произошло разделение на гидросферу и атмосферу. В
этой вторичной углекислой атмосфере зародилась жизнь. С прогрессивным развитием
живого вещества развивалась и атмосфера. Когда биосфера достигла стадии зеленых
растений, и они вышли из воды на сушу, начался процесс фотосинтеза, что привело
к формированию современной кислородной атмосферы.

Взаимодействие
атмосферы с другими оболочками.

 Атмосфера развивается со
всей природой земной поверхности – с ГО. Растения и животные используют
атмосферу для фотосинтеза и дыхания. Магнитосфера, ионосфера и озоновый экран
изолируют биосферу от космоса. Верхняя граница ГО – биосферы лежит на высотах в
20-25 км. Атмосферные газы вверху покидают Землю, а недра Земли пополняют
воздушную оболочку, поставляя до 1 млн. т. газов в год. Атмосфера задерживает
инфракрасное излучение Земли, создавая благоприятный тепловой режим. В
атмосфере переносится влага, образуются облака и осадки – формируются
погодно-климатические условия. Она предохраняет Землю от падающих на нее
метеоритов.

Охрана воздуха от загрязнения в России и мире.

Охрана воздуха от загрязнения в наши дни стала одной из
первоочередных задач общества. Ведь если без воды человек может прожить
несколько суток, без еды – несколько недель, то без воздуха не обойтись и
нескольких минут. Ведь дыхание – это процесс непрерывный. Мы живем на дне
пятого, воздушного, океана планеты, как часто называют атмосферу. Если бы ее не
было, жизнь на Земле не смогла бы зародиться.

       Последствия изменения состава воздуха

Загрязнение
воздуха опасно еще и тем, что у людей появляются разнообразные аллергические
реакции. По мнению медиков, аллергия чаще всего вызвана тем, что иммунная
система человека не может распознать синтетические химические вещества,
созданные не природой, а человеком. Поэтому охрана чистоты воздуха играет
немаловажную роль в предупреждении аллергических заболеваний человека.

Каждый год появляется
огромное количество новых химических веществ. Они меняют состав атмосферы в
больших городах, где в результате растет число людей, страдающих от болезней
органов дыхания. Никого не удивляет, что над промышленными центрами почти
постоянно висит ядовитое облако смога. Но даже покрытая льдами и абсолютно не
заселенная Антарктида не осталась в стороне от процесса загрязнения. И не
удивительно, ведь атмосфера – самая подвижная из всех оболочек Земли. А
движение воздуха не могут остановить ни границы между государствами, ни горные
системы, ни океаны.

Источники загрязнения

Теплоэлектростанции, металлургические и химические заводы
являются главными загрязнителями воздуха. Дым из труб таких предприятий
разносится ветром на огромные расстояния, приводя к распространению вредных
веществ на десятки километров от источника.

Для крупных городов характерны автомобильные пробки, в
которых простаивают тысячи машин с работающими двигателями. Выхлопные газы
содержат угарный газ, окиси азота, продукты неполного сгорания топлива и
взвешенные частицы. Каждое из них по-своему опасно для здоровья. Угарный газ
мешает снабжению организма кислородом, вызывает обострение заболеваний сердца и
сосудов. Твердые частицы проникают в легкие и оседают в них, становясь причиной
астмы, аллергических заболеваний. Углеводороды и окись азота являются источником
разрушения озонового слоя и вызывают фотохимический смог в городах.

В России основным нормативно-правовым актом в этой области
является Федеральный закон “Об охране атмосферного воздуха”. Им
установлены нормативы качества воздуха (гигиенические и санитарные) и нормативы
вредных выбросов. Законом требуется государственная регистрация загрязняющих и
опасных веществ и необходимость специального разрешения на их выброс.
Производство и использование топлива возможно лишь при сертификации топлива на
атмосферную безопасность.

Если же степень опасности для человека и природы не
установлена, выброс таких веществ в атмосферу запрещен. Запрещается
деятельность хозяйственных объектов, не имеющих установки для очистки
выбрасываемых газов и систем контроля. Транспортные средства с превышением
концентрации опасных веществ в выбросах запрещено использовать. Закон об охране
атмосферного воздуха также устанавливает обязанности граждан и предприятий. За
выброс вредных веществ в атмосферу в объемах, превышающих существующие
нормативы, они несут юридическую и материальную ответственность. При этом
выплата наложенных штрафов не освобождает от обязанности установить системы
очистки газообразных отходов.

Мероприятия по охране атмосферного
воздуха

Защита атмосферы и снижение влияния деятельности человека на нее
возможны лишь при условии организации и проведении мероприятий следующего типа:

· 
Законодательные.

· 
Технологические.

· 
Санитарно-технические.

· 
Планировочные.

Рассмотрим каждое из мероприятий по охране атмосферного воздуха
более подробно.

Законодательные

Рассматриваемая группа мероприятий ставит своей целью
урегулирование общественных отношений, а также поддержание правового порядка и
оптимизацию способов защиты атмосферы. Конечная задача – обеспечение чистоты
воздушной среды (охрана атмосферы).

При реализации мероприятий по охране атмосферного воздуха
используются следующие федеральные законы:

· 
«Об охране атмосферного
воздуха», предписывающего меры по предупреждению и ликвидации выбросов.

· 
«Об охране окружающей
среды», устанавливающего права граждан на проживание в чистой природной среде.

· 
«О
санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Последний закон затрагивает ряд вопросов, относящихся к правам и
обязанностям представителей правительственных служб. Он также касается граждан
и юридических лиц в части соблюдения производственных технологий. Нарушение
законодательных мер влечет за собой административную и дисциплинарную
ответственность.

Технологические

Мероприятия технологического характера направлены на понижение
концентрации опасных веществ, попадающих в воздух при решении производственных
задач. Один из вариантов снятия проблемы – перевод производств на
функционирование по схемам с замкнутым циклом. При этом часть образующихся
вредных газов утилизируется в специальных камерах.

Технологические мероприятия по охране атмосферного воздуха
предполагают:

· 
применение в
производственных процессах более безвредных материалов;

· 
очистка топлива и сырья от
вредных примесей;

· 
обеспечение герметичности оборудования,
исключающее попадание в атмосферу опасных веществ;

· 
переход на отопление
природным газом (замещающим уголь или мазут).

Добавим к этому
использование эффекта рекуперации, предполагающей повторное использование
отработанных газов в процессе производства и поиск альтернативных (бездымных)
видов топлива.

Санитарно-технические

Реализация мероприятий
по санитарной охране атмосферного воздуха предполагает:

·        
Строительство дымовых труб
повышенной проектной высоты.

·        
Использование в производстве
особых очистных агрегатов.

·        
Соблюдение санитарных норм.

·        
Участие в федеральных
программах по оздоровлению озонового слоя.

·        
Усиление надзора за
состоянием особо опасных объектов.

К мероприятиям этого
класса относится изучение влияния вредных выбросов на здоровье людей, а также
преобразование их в безопасный вид.

Методы
изучения атмосферы.

1.
Натурные наблюдения (основной метод). Они производятся:

–
на опорных гидрометеостанциях (ГМС), которых насчитывается около 10 тыс., и
временных, к которым относятся и станции на судах, находящихся в море.

-в
экспедициях, которые проводят комплексные исследования атмосферы и океана с
научно-исследовательских судов и на полярных станциях;

–
с искусственных спутников Земли (ИСЗ).

2.
Эксперимент. К числу метеорологических экспериментов относятся опыты осаждения
облаков и рассеяние туманов путем различных физико-химических воздействий на
них. Такие опыты предусматривают практические цели, но они позволяют также
глубже разобраться в природе явления Насаждение лесных полос, создание водохранилищ,
сооружение плотин в морских проливах, орошение местности и т.п. вносят
некоторые изменения в состояние приземного слоя воздуха, тем самым и они в
которой степени являются средствами метеорологического эксперимента.

3.
Синоптический метод. На карту условными значками наносятся результаты натурных
наблюдений опорной сети ГУС за один и тот же срок. Такая карта называется
синоптической. Она позволяет видеть, как распределились условия погоды и каковы
были свойства атмосферы и характер атмосферных процессов в этот момент над
большой территорией. Составляя синоптические карты для последовательных сроков
наблюдений можно проследить развитие атмосферных процессов во времени и
пространстве и делать выводы о будущей погоде. В основу этого метода положено учение
о погодообразующих системах атмосферы: воздушных массах, атмосферных фронтах,
циклонах, антициклонах.

4.
Теоретический метод. На основе законов физики составляются системы
дифференциальных уравнений, описывавших атмосферные процессы. Подставляя в эти
уравнения исходные натурные данные, полученные из наблюдений, решив систему
уравнений, можно найти количественные значения атмосферных параметров на
будущее, т.е. спрогнозировать их значение.

5.
Климатология. Оперирует многолетними данными, например: средняя температура,
среднее количество осадков, дни с туманами и т.п. Если нанести на карты
результаты статистической обработки многолетних наблюдений, то получим
климатологические карты. Климатологические карты облегчают дальнейший анализ
фактов, позволяют делать выводы о пространственном распределении особенностей
или типов климата. Главное их назначение – выбор наиболее выгодных морских
путей и сроков промысла.

  Изучение Земли из космоса.

Искусственные спутники
Земли и космические ракеты открыли самые широкие возможности для изучения
верхней атмосферы и космического пространства путем постановки прямых
экспериментов и проведения непосредственных измерений на больших высотах.
Отличительной особенностью искусственных спутников как средства научного
исследования является возможность длительного изучения ряда физических явлений
над всеми районами земного шара. С помощью космических ракет удается
осуществить изучение процессов, происходящих как в окрестности Земли, так и вне
Земли, т. е. в космическом пространстве, где влияние земного магнитного поля
практически равно нулю. Последнее имеет существенное значение, так как
структура околоземного пространства во многом связана с наличием геомагнитного
поля. Вне магнитного поля Земли мы можем изучать космическое пространство и
процессы, происходящие в нем в “чистом” виде, без его искажающих
влияний.

Кто изучает атмосферу? Для составления прогноза погоды
необходимо использовать информацию, собранную с нескольких точек всей планеты
одновременно. Изучается температура воздуха, атмосферное давление, а также
скорость и сила ветра. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией.
Она рассматривает строение и все протекающие в атмосфере процессы. По всей Земле
расположены специальные метеорологические центры. Нередко информация об
атмосфере, метеорологии и метеорологах нужна и школьникам. Чаще всего этот
вопрос им приходится исследовать в 6 классе. Как изучают атмосферу, и какие
специалисты занимаются сбором и обработкой данных об изменениях в ней?
Атмосферу изучают метеорологи, климатологи и аэрологи. Представители последней
профессии занимаются изучением различных показателей атмосферы. Морские
метеорологи – это специалисты, которые наблюдают за поведением воздушных масс
над Мировым океаном. Ученые, изучающие атмосферу, обеспечивают информацией об
атмосфере морской транспорт. Эти данные нужны и сельскохозяйственным
предприятиям. Также существует такая отрасль науки об атмосфер, как
радиометеорология. А в последние десятилетия получило развитие еще одно
направление – спутниковая метеорология.