Zemská atmosféra je plynný obal našej planéty. Jeho spodná hranica prechádza na úrovni zemskej kôry a hydrosféry a horná prechádza do blízkozemskej oblasti kozmického priestoru. Atmosféra obsahuje asi 78 % dusíka, 20 % kyslíka, do 1 % argónu, oxid uhličitý, vodík, hélium, neón a niektoré ďalšie plyny.
Tento zemný plášť sa vyznačuje jasne definovaným vrstvením. Vrstvy atmosféry sú určené vertikálnym rozložením teploty a rôznou hustotou plynov na jej rôznych úrovniach. Existujú také vrstvy zemskej atmosféry: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra, exosféra. Ionosféra sa rozlišuje samostatne.
Až 80 % celkovej hmotnosti atmosféry tvorí troposféra – spodná povrchová vrstva atmosféry. Troposféra v polárne pásy nachádzajúce sa na úrovni do 8-10 km vyššie zemského povrchu, v tropická zóna- maximálne do 16-18 km. Medzi troposférou a nadložnou stratosférou sa nachádza tropopauza – prechodná vrstva. V troposfére teplota so stúpajúcou nadmorskou výškou klesá, podobne s nadmorskou výškou klesá Atmosférický tlak. Priemerný teplotný gradient v troposfére je 0,6°C na 100 m. rôzne úrovne tohto plášťa je určená charakteristikou absorpcie slnečného žiarenia a účinnosťou konvekcie. Takmer všetka ľudská činnosť sa odohráva v troposfére. Najvyššie hory nepresahujú troposféru, iba letecká doprava môže prekročiť hornú hranicu tejto škrupiny do malej výšky a byť v stratosfére. Veľký podiel vodnej pary je obsiahnutý v troposfére, čo podmieňuje vznik takmer všetkých oblakov. Taktiež takmer všetky aerosóly (prach, dym a pod.), ktoré vznikajú na zemskom povrchu, sú sústredené v troposfére. V hraničnej spodnej vrstve troposféry sa prejavuje denné kolísanie teploty a vlhkosti vzduchu, rýchlosť vetra sa zvyčajne znižuje (s nadmorskou výškou stúpa). V troposfére existuje premenlivé rozdelenie vzduchového stĺpca na vzduchové hmoty v horizontálnom smere, ktoré sa líšia množstvom charakteristík v závislosti od pásu a oblasti ich vzniku. Na atmosférické fronty- tvoria sa hranice medzi vzduchovými hmotami - vznikajú cyklóny a anticyklóny, ktoré určujú počasie v určitej oblasti na určité časové obdobie.
Stratosféra je vrstva atmosféry medzi troposférou a mezosférou. Hranice tejto vrstvy sa pohybujú od 8-16 km do 50-55 km nad zemským povrchom. V stratosfére je plynové zloženie vzduchu približne rovnaké ako v troposfére. Charakteristickým znakom je zníženie koncentrácie vodnej pary a zvýšenie obsahu ozónu. Ozónová vrstva atmosféry, ktorá chráni biosféru pred agresívnym pôsobením ultrafialového svetla, je na úrovni 20 až 30 km. V stratosfére teplota stúpa s výškou a hodnoty teploty sú určené slnečným žiarením a nie konvekciou (pohyby vzdušných hmôt) ako v troposfére. Ohrievanie vzduchu v stratosfére je spôsobené absorpciou ultrafialového žiarenia ozónom.
Mezosféra siaha nad stratosféru až do výšky 80 km. Táto vrstva atmosféry je charakteristická tým, že so stúpajúcou výškou teplota klesá z 0 ° C na - 90 ° C. Ide o najchladnejšiu oblasť atmosféry.
Nad mezosférou je termosféra až do výšky 500 km. Od hranice s mezosférou po exosféru sa teplota pohybuje od cca 200 K do 2000 K. Do úrovne 500 km sa hustota vzduchu znižuje niekoľko stotisíckrát. Relatívne zloženie atmosférických zložiek termosféry je podobné povrchovej vrstve troposféry, no s rastúcou nadmorskou výškou prechádza do atómového stavu viac kyslíka. Určitá časť molekúl a atómov termosféry je v ionizovanom stave a rozložená vo viacerých vrstvách, spája ich pojem ionosféra. Charakteristiky termosféry sa líšia v širokom rozsahu v závislosti od geografickej šírky, veľkosti slnečné žiarenie, čas roka a deň.
Horná vrstva atmosféry je exosféra. Toto je najtenšia vrstva atmosféry. V exosfére sú stredné voľné dráhy častíc také obrovské, že častice môžu voľne unikať do medziplanetárneho priestoru. Hmotnosť exosféry je jedna desaťmilióntina celkovej hmotnosti atmosféry. Dolná hranica exosféry je na úrovni 450-800 km a horná hranica je oblasť, kde je koncentrácia častíc rovnaká ako vo vesmíre – niekoľko tisíc kilometrov od povrchu Zeme. Exosféru tvorí plazma, ionizovaný plyn. V exosfére sú tiež radiačné pásy našej planéty.
Videoprezentácia - vrstvy zemskej atmosféry:
Súvisiaci obsah:
1 / 5
✪ Zem vesmírna loď(14. epizóda) - Atmosféra
✪ Prečo nebola atmosféra stiahnutá do vesmírneho vákua?
✪ Vstup do zemskej atmosféry kozmickej lode "Sojuz TMA-8"
✪ Štruktúra atmosféry, význam, štúdium
✪ O. S. Ugolnikov "Horná atmosféra. Stretnutie Zeme a vesmíru"
Za atmosféru sa považuje oblasť okolo Zeme, v ktorej plynné médium rotuje spolu so Zemou ako celkom. Atmosféra prechádza do medziplanetárneho priestoru postupne, v exosfére, počnúc výškou 500-1000 km od povrchu Zeme.
Podľa definície, ktorú navrhla Medzinárodná letecká federácia, je hranica medzi atmosférou a vesmírom vedená pozdĺž línie Karmana, ktorá sa nachádza v nadmorskej výške asi 100 km, nad ktorou sú letecké lety úplne nemožné. NASA používa značku 122 kilometrov (400 000 stôp) ako hranicu atmosféry, kde sa raketoplány prepínajú z poháňaného manévrovania na aerodynamické.
Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NIE 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), uhľovodíky , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), páry Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), ako aj mnoho iných plynov v malých množstvách. V troposfére je neustále veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc (aerosólov). Najvzácnejší plyn v zemskej atmosfére je Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .
Spodná vrstva troposféry (hrúbka 1-2 km), v ktorej stav a vlastnosti zemského povrchu priamo ovplyvňujú dynamiku atmosféry.
Jeho horná hranica je v nadmorskej výške 8-10 km v polárnych, 10-12 km v miernych a 16-18 km v tropických zemepisných šírkach; v zime nižšia ako v lete.
Spodná, hlavná vrstva atmosféry obsahuje viac ako 80 % celkovej hmoty atmosférický vzduch a asi 90 % všetkej vodnej pary v atmosfére. V troposfére je silne vyvinutá turbulencia a konvekcia, objavujú sa oblaky, vznikajú cyklóny a anticyklóny. Teplota klesá s nadmorskou výškou s priemerným vertikálnym gradientom 0,65°/100 metrov.
Prechodná vrstva z troposféry do stratosféry, vrstva atmosféry, v ktorej sa pokles teploty s výškou zastavuje.
Vrstva atmosféry sa nachádza vo výške 11 až 50 km. Typická je mierna zmena teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a jej zvýšenie vo vrstve 25-40 km z mínus 56,5 na plus 0,8 °C (horná stratosféra alebo inverzná oblasť). Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosférou.
Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vo vertikálnom rozložení teplôt je maximum (asi 0 °C).
Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, potom zostáva takmer konštantná až do vysokých nadmorských výšok. Pôsobením slnečného žiarenia a kozmického žiarenia dochádza k ionizácii vzduchu („polárne svetlá“) – hlavné oblasti ionosféry ležia vo vnútri termosféry. Vo výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík. Horná hranica termosféry je do značnej miery určená aktuálnou aktivitou Slnka. V obdobiach nízkej aktivity – napríklad v rokoch 2008 – 2009 – dochádza k výraznému poklesu veľkosti tejto vrstvy.
Oblasť atmosféry nad termosférou. V tejto oblasti je absorpcia slnečného žiarenia zanedbateľná a teplota sa v skutočnosti s výškou nemení.
Do výšky 100 km je atmosféra homogénna, dobre premiešaná zmes plynov. Vo vyšších vrstvách závisí rozloženie plynov na výšku od ich molekulových hmotností, koncentrácia ťažších plynov klesá rýchlejšie so vzdialenosťou od zemského povrchu. V dôsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C v stratosfére na mínus 110 °C v mezosfére. ale Kinetická energia jednotlivým časticiam vo výškach 200-250 km zodpovedá teplota ~ 150 °C. Nad 200 km sú pozorované výrazné kolísanie teploty a hustoty plynu v čase a priestore.
Vo výške okolo 2000-3500 km exosféra postupne prechádza do tzv. blízke vesmírne vákuum, ktorý je naplnený vzácnymi časticami medziplanetárneho plynu, najmä atómami vodíka. Ale tento plyn je len časťou medziplanetárnej hmoty. Druhá časť je zložená z prachových častíc kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne riedkych prachových častíc do tohto priestoru preniká elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.
Troposféra predstavuje asi 80 % hmotnosti atmosféry, stratosféra asi 20 %; hmotnosť mezosféry nie je väčšia ako 0,3 %, termosféra je menšia ako 0,05 % z celkovej hmotnosti atmosféry.
Na základe elektrických vlastností v atmosfére vyžarujú neutrosféra A ionosféra .
V závislosti od zloženia plynu v atmosfére vyžarujú homosféra A heterosféra. heterosféra- je to oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje oddeľovanie plynov, pretože ich miešanie v takej výške je zanedbateľné. Z toho vyplýva premenlivé zloženie heterosféry. Pod ním leží dobre premiešaná, homogénna časť atmosféry, nazývaná homosféra. Hranica medzi týmito vrstvami sa nazýva turbopauza, leží vo výške okolo 120 km.
Už vo výške 5 km nad morom sa u netrénovaného človeka rozvinie hladovanie kyslíkom a bez prispôsobenia sa výrazne znižuje výkonnosť človeka. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Ľudské dýchanie sa stáva nemožným vo výške 9 km, hoci až do výšky 115 km obsahuje atmosféra kyslík.
Atmosféra nám poskytuje kyslík, ktorý potrebujeme na dýchanie. Avšak v dôsledku poklesu celkového tlaku atmosféry, keď človek stúpa do výšky, zodpovedajúcim spôsobom klesá aj parciálny tlak kyslíka.
Podľa najbežnejšej teórie mala zemská atmosféra počas svojej histórie tri rôzne zloženie. Spočiatku ho tvorili ľahké plyny (vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Tento tzv primárna atmosféra. V ďalšom štádiu aktívna sopečná činnosť viedla k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). To je ako sekundárna atmosféra. Táto atmosféra bola obnovujúca. Ďalej bol proces tvorby atmosféry určený nasledujúcimi faktormi:
Postupne tieto faktory viedli k vzniku terciárna atmosféra, vyznačujúci sa oveľa nižším obsahom vodíka a oveľa vyšším obsahom dusíka a oxidu uhličitého (vzniká v dôsledku chemické reakcie z amoniaku a uhľovodíkov).
Vzdelávanie Vysoké číslo dusík je spôsobený oxidáciou atmosféry amoniak-vodík molekulárnym kyslíkom O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), ktorý začal pochádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy pred 3 miliardami rokov. Tiež dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) sa uvoľňuje do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík sa ozónom oxiduje na NIE (\displaystyle ((\ce (NO)))) v horných vrstvách atmosféry.
Dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) vstupuje do reakcií len za špecifických podmienok (napríklad pri výboji blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom pri elektrických výbojoch v malých množstvách sa využíva v priemyselná produkcia dusíkaté hnojivá. Pri nízkej spotrebe energie sa dá oxidovať a premeniť na biologicky aktívnu formu cyanobaktériami (modrozelené riasy) a nodulovými baktériami, ktoré tvoria rizobiálnu symbiózu so strukovinami, čo môžu byť účinné rastliny na zelené hnojenie, ktoré pôdu nevyčerpávajú, ale obohacujú s prírodnými hnojivami.
Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s príchodom živých organizmov na Zem, v dôsledku fotosyntézy, sprevádzanej uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík vynakladal na oxidáciu redukovaných zlúčenín – amoniaku, uhľovodíkov, železitej formy železa obsiahnutej v oceánoch a iných. Na konci tohto štádia začal obsah kyslíka v atmosfére rásť. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra, ktorá má oxidačné vlastnosti. Keďže to spôsobilo vážne a náhle zmeny v mnohých procesoch vyskytujúcich sa v atmosfére, litosfére a biosfére, táto udalosť sa nazývala kyslíková katastrofa.
V poslednej dobe človek začal ovplyvňovať vývoj atmosféry. Výsledkom ľudskej činnosti bolo neustále zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických epochách. Obrovské množstvá sa spotrebujú pri fotosyntéze a absorbujú sa svetovými oceánmi. Tento plyn sa do atmosféry dostáva rozkladom uhličitanových hornín a organickej hmoty rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj v dôsledku vulkanizmu a ľudskej výrobnej činnosti. Obsah za posledných 100 rokov CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) v atmosfére vzrástol o 10 %, pričom hlavná časť (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva. Ak bude tempo rastu spaľovania paliva pokračovať, potom v nasledujúcich 200-300 rokoch množstvo CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) zdvojnásobuje v atmosfére a môže viesť k
Každý gramotný človek by mal vedieť nielen to, že planétu obklopuje atmosféra zmesi rôznych plynov, ale aj to, že existujú rôzne vrstvy atmosféry, ktoré sa nachádzajú v nerovnakej vzdialenosti od povrchu Zeme.
Pri pozorovaní oblohy absolútne nevidíme ani jej zložitú štruktúru, ani jej heterogénne zloženie, ani iné veci skryté pred očami. Ale práve vďaka zložitému a viaczložkovému zloženiu vzduchovej vrstvy sú okolo planéty na nej také podmienky, že tu mohol vzniknúť život, prekvitať vegetácia a objaviť sa všetko, čo tu kedy bolo.
Vedomosti o predmete konverzácie dáva ľuďom už 6. ročník v škole, no niektorí ešte nedoštudovali a niektorí sú tam tak dlho, že už na všetko zabudli. Napriek tomu by mal každý vzdelaný človek vedieť, z čoho sa skladá svet okolo neho, najmä tá jeho časť, od ktorej priamo závisí samotná možnosť jeho normálneho života.
Ako sa volá každá z vrstiev atmosféry, v akej výške sa nachádza, akú úlohu zohráva? Všetky tieto otázky budú diskutované nižšie.
Pri pohľade na oblohu, najmä keď je úplne bez mrakov, je veľmi ťažké si vôbec predstaviť, že má takú zložitú a mnohovrstvovú štruktúru, že teplota tam v rôznych nadmorských výškach je veľmi odlišná a čo sa tam presne deje, vo výške. kritických procesov pre všetku flóru a faunu na Zemi.
Keby nebolo takého zložitého zloženia plynového krytu planéty, tak by tu jednoducho neexistoval život a dokonca ani možnosť jeho vzniku.
Prvé pokusy o štúdium tejto časti okolitého sveta robili už starí Gréci, no vo svojich záveroch nemohli zájsť príliš ďaleko, keďže nemali potrebnú technickú základňu. Nevideli hranice rôznych vrstiev, nemohli merať ich teplotu, študovať zloženie komponentov atď.
V podstate len poveternostné podmienky podnietil najprogresívnejšie mysle, aby si mysleli, že viditeľná obloha nie je taká jednoduchá, ako sa zdá.
Predpokladá sa, že štruktúra moderného plynného obalu okolo Zeme bola vytvorená v troch etapách. Najprv tam bola primárna atmosféra vodíka a hélia zachytená z vesmíru.
Potom erupcia sopiek naplnila vzduch masou ďalších častíc a vznikla sekundárna atmosféra. Po prejdení všetkých hlavných chemických reakcií a procesov relaxácie častíc nastala súčasná situácia.
Štruktúra plynného obalu planéty je pomerne zložitá a rôznorodá. Pozrime sa na to podrobnejšie a postupne dosiahneme najvyššie úrovne.
Okrem hraničnej vrstvy je troposféra najnižšou vrstvou atmosféry. Rozprestiera sa do výšky približne 8-10 km nad zemským povrchom v polárnych oblastiach, 10-12 km v. mierne podnebie a v tropických častiach - o 16-18 kilometrov.
Zaujímavý fakt: táto vzdialenosť sa môže líšiť v závislosti od ročného obdobia - v zime je o niečo menšia ako v lete.
Vzduch troposféry obsahuje hlavnú životodarnú silu pre všetok život na Zemi. Obsahuje asi 80 % všetkého dostupného atmosférického vzduchu, viac ako 90 % vodnej pary, práve tu sa nachádzajú mraky, cyklóny a iné atmosférické javy.
Je zaujímavé všimnúť si postupný pokles teploty, keď stúpate z povrchu planéty. Vedci vypočítali, že na každých 100 m nadmorskej výšky sa teplota zníži asi o 0,6-0,7 stupňa.
Ďalšou najdôležitejšou vrstvou je stratosféra. Výška stratosféry je približne 45-50 kilometrov. Začína sa od 11 km a už tu panujú mínusové teploty dosahujúce až -57 ° С.
Prečo je táto vrstva dôležitá pre ľudí, všetky živočíchy a rastliny? Práve tu, v nadmorskej výške 20-25 kilometrov, sa nachádza ozónová vrstva – zachytáva ultrafialové lúče vychádzajúce zo slnka a znižuje ich deštruktívny vplyv na flóru a faunu na prijateľnú hodnotu.
Je veľmi zaujímavé poznamenať, že stratosféra pohlcuje mnoho druhov žiarenia, ktoré prichádza na Zem zo Slnka, iných hviezd a vesmíru. Energia prijatá z týchto častíc ide na ionizáciu molekúl a atómov, ktoré sa tu nachádzajú, objavujú sa rôzne chemické zlúčeniny.
To všetko vedie k takému slávnemu a farebnému fenoménu, akým je polárna žiara.
Mezosféra začína asi na 50 a siaha až do 90 kilometrov. Gradient, čiže pokles teploty so zmenou nadmorskej výšky tu nie je taký veľký ako v nižších vrstvách. V horných okrajoch tejto škrupiny je teplota asi -80 °C. Zloženie tejto oblasti zahŕňa približne 80 % dusíka a 20 % kyslíka.
Je dôležité poznamenať, že mezosféra je akousi mŕtvou zónou pre akékoľvek lietajúce zariadenia. Lietadlá tu nemôžu lietať, pretože vzduch je extrémne riedky, zatiaľ čo satelity nemôžu lietať v takej nízkej výške, pretože hustota vzduchu, ktorá je k dispozícii, je pre ne veľmi vysoká.
Ešte jeden zaujímavá vlastnosť mezosféra - práve tu horia meteority, ktoré zasiahnu planétu.Štúdium takýchto vrstiev vzdialených od Zeme sa vykonáva pomocou špeciálnych rakiet, ale účinnosť procesu je nízka, takže znalosť regiónu ponecháva veľa želaní.
Ihneď potom, čo príde zvažovaná vrstva termosféra, ktorej výška v km dosahuje až 800 km. Svojím spôsobom je to takmer otvorený priestor. Dochádza k agresívnemu vplyvu kozmického žiarenia, žiarenia, slnečného žiarenia.
To všetko dáva vznik tak nádhernému a krásny fenomén ako polárna žiara.
Najnižšia vrstva termosféry sa zohreje na teplotu okolo 200 K a viac. Deje sa tak v dôsledku elementárnych procesov medzi atómami a molekulami, ich rekombinácie a žiarenia.
Horné vrstvy sú zohrievané vďaka prúdeniu, ktoré tu prúdi. magnetické búrky, elektrické prúdy, ktoré vznikajú. Teplota lôžka nie je rovnomerná a môže veľmi výrazne kolísať.
V termosfére lieta väčšina umelých satelitov, balistických telies, staníc s ľudskou posádkou atď. Testuje aj štarty rôznych zbraní a rakiet.
Exosféra, alebo ako sa nazýva aj rozptylová sféra, je najvyššia úroveň našej atmosféry, jej hranica, po ktorej nasleduje medziplanetárna priestor. Exosféra začína z výšky asi 800-1000 kilometrov.
Husté vrstvy sú ponechané a vzduch je tu extrémne riedky, akékoľvek častice, ktoré padajú zboku, sú jednoducho odnesené do vesmíru kvôli veľmi slabému pôsobeniu gravitácie.
Táto škrupina končí vo výške približne 3000-3500 km a nie sú tu takmer žiadne častice. Táto zóna sa nazýva blízke vesmírne vákuum. Neprevládajú tu jednotlivé častice v ich obvyklom stave, ale plazma, najčastejšie úplne ionizovaná.
Takto vyzerajú všetky hlavné úrovne štruktúry atmosféry našej planéty. Jeho podrobná schéma môže zahŕňať ďalšie regióny, ale tie sú už druhoradé.
Je dôležité poznamenať, že Atmosféra hrá kľúčovú úlohu pre život na Zemi. Veľa ozónu v jeho stratosfére umožňuje flóre a faune uniknúť pred smrtiacimi účinkami žiarenia a žiarenia z vesmíru.
Tu sa tiež vytvára počasie, vyskytujú sa všetky atmosférické javy, vznikajú a umierajú cyklóny, vetry, vytvára sa ten či onen tlak. To všetko má priamy vplyv na stav človeka, všetkých živých organizmov a rastlín.
Najbližšia vrstva, troposféra, nám dáva možnosť dýchať, saturuje všetok život kyslíkom a umožňuje mu žiť. Aj malé odchýlky v štruktúre a zložení atmosféry môžu mať najnebezpečnejší vplyv na všetko živé.
Preto sa teraz rozbieha takáto kampaň proti škodlivým emisiám z áut a výroby, environmentalisti bijú na poplach o hrúbke ozónovej vrstvy, Strana zelených a jej podobní sa zasadzujú za maximálnu ochranu prírody. Len tak sa dá predĺžiť normálny život na zemi a nerobiť ho klimaticky neúnosným.
Každý, kto letel v lietadle, je zvyknutý na tento druh správy: "náš let je vo výške 10 000 m, teplota cez palubu je 50 ° C." Zdá sa, že to nie je nič zvláštne. Čím ďalej od povrchu Zeme ohrievaného Slnkom, tým je chladnejšie. Mnoho ľudí si myslí, že pokles teploty s výškou pokračuje nepretržite a postupne teplota klesá a blíži sa k teplote vesmíru. Mimochodom, vedci si to mysleli až do konca 19. storočia.
Pozrime sa bližšie na rozloženie teploty vzduchu na Zemi. Atmosféra je rozdelená do niekoľkých vrstiev, ktoré odrážajú predovšetkým charakter teplotných zmien.
Spodná vrstva atmosféry je tzv troposféra, čo znamená "sféra rotácie". Všetky zmeny počasia a klímy sú výsledkom fyzikálnych procesov prebiehajúcich práve v tejto vrstve. Horná hranica tejto vrstvy sa nachádza tam, kde je pokles teploty s výškou nahradený jej nárastom - približne pri výška 15-16 km nad rovníkom a 7-8 km nad pólmi.Ako Zem samotná, aj atmosféra vplyvom rotácie našej planéty je nad pólmi trochu sploštená a nad rovníkom sa nafukuje. tento efekt je oveľa silnejší v atmosfére ako v pevnom obale Zeme.V smere od zemského povrchu do Na hornej hranici troposféry teplota vzduchu klesá.Nad rovníkom je minimálna teplota vzduchu asi -62 °C a nad pólmi asi -45 °C. miernych zemepisných šírkach viac ako 75% hmotnosti atmosféry je v troposfére. V trópoch sa asi 90 % hmotnosti atmosféry nachádza v troposfére.
V roku 1899 sa vo vertikálnom teplotnom profile v určitej nadmorskej výške našlo minimum a potom sa teplota mierne zvýšila. Začiatok tohto nárastu znamená prechod do ďalšej vrstvy atmosféry – do stratosféra, čo znamená „vrstvová guľa". Výraz stratosféra znamená a odráža niekdajšiu predstavu o jedinečnosti vrstvy ležiacej nad troposférou. Stratosféra siaha do výšky asi 50 km nad zemským povrchom. Jej črtou je , najmä prudký nárast teploty vzduchu.Toto zvýšenie teploty sa vysvetľuje reakciou tvorby ozónu - jednou z hlavných chemických reakcií vyskytujúcich sa v atmosfére.
Prevažná časť ozónu je sústredená v nadmorských výškach okolo 25 km, ale vo všeobecnosti je ozónová vrstva plášťom silne natiahnutým pozdĺž výšky a pokrýva takmer celú stratosféru. Interakcia kyslíka s ultrafialovými lúčmi je jedným z priaznivých procesov v zemskej atmosfére, ktoré prispievajú k udržaniu života na Zemi. Absorpcia tejto energie ozónom bráni jej nadmernému prúdeniu na zemský povrch, kde vzniká presne taká hladina energie, ktorá je vhodná pre existenciu pozemských foriem života. Ozonosféra pohlcuje časť žiarivej energie prechádzajúcej atmosférou. V dôsledku toho sa v ozonosfére ustanoví vertikálny teplotný gradient vzduchu približne 0,62 °C na 100 m, tj teplota stúpa s výškou až k hornej hranici stratosféry - stratopauze (50 km) a dosahuje podľa niektoré údaje, 0 °C.
Vo výškach od 50 do 80 km sa nachádza vrstva atmosféry tzv mezosféra. Slovo „mezosféra“ znamená „stredná sféra“, tu teplota vzduchu s výškou stále klesá. Nad mezosférou, vo vrstve tzv termosféra, teplota opäť stúpa s nadmorskou výškou až na cca 1000°C a potom veľmi rýchlo klesá na -96°C. Neklesá však donekonečna, potom teplota opäť stúpa.
Termosféra je prvá vrstva ionosféra. Na rozdiel od vyššie uvedených vrstiev nie je ionosféra rozlíšená teplotou. Ionosféra je oblasť elektrického charakteru, vďaka ktorej je možný mnoho druhov rádiovej komunikácie. Ionosféra je rozdelená do niekoľkých vrstiev, ktoré sú označené písmenami D, E, F1 a F2.Tieto vrstvy majú aj špeciálne názvy. Rozdelenie na vrstvy je spôsobené niekoľkými dôvodmi, z ktorých najdôležitejší je nerovnaký vplyv vrstiev na prechod rádiových vĺn. Najnižšia vrstva D pohlcuje predovšetkým rádiové vlny a tým bráni ich ďalšiemu šíreniu. Najlepšie prebádaná vrstva E sa nachádza vo výške asi 100 km nad zemským povrchom. Nazýva sa aj vrstva Kennelly-Heaviside podľa mien amerických a anglických vedcov, ktorí ju súčasne a nezávisle objavili. Vrstva E ako obrovské zrkadlo odráža rádiové vlny. Vďaka tejto vrstve sa dlhé rádiové vlny dostanú na väčšie vzdialenosti, než by sa dalo očakávať, ak by sa šírili len priamočiaro, bez toho, aby sa odrážali od vrstvy E. Podobné vlastnosti má aj vrstva F. Nazýva sa aj vrstva Appleton. Spolu s Kennelly-Heaviside vrstvou odráža rádiové vlny k pozemným rádiovým staniciam.Takýto odraz môže nastať pod rôznymi uhlami. Vrstva Appleton sa nachádza v nadmorskej výške asi 240 km.
Najvzdialenejšia oblasť atmosféry, druhá vrstva ionosféry, sa často nazýva exosféra. Tento výraz označuje existenciu okrajových častí vesmíru v blízkosti Zeme. Je ťažké presne určiť, kde atmosféra končí a začína priestor, keďže hustota atmosférických plynov s výškou postupne klesá a samotná atmosféra sa postupne mení na takmer vákuum, v ktorom sa stretávajú len jednotlivé molekuly. Už vo výške asi 320 km je hustota atmosféry taká nízka, že molekuly môžu prejsť viac ako 1 km bez toho, aby sa navzájom zrazili. Ako jej horná hranica slúži najvzdialenejšia časť atmosféry, ktorá sa nachádza vo výškach od 480 do 960 km.
Viac informácií o procesoch v atmosfére nájdete na stránke "Klíma Zeme"
Poznámka 1
Štruktúra zemskej atmosféry je vrstvená, pričom vrstvy sa od seba líšia fyzikálnymi a chemické vlastnosti, z ktorých najdôležitejšie sú teplota a tlak. Na základe toho sa atmosféra planéty delí na troposféru, stratosféru, mezosféru, termosféru, exosféru.
Hustota atmosféry sa mení s výškou a vo výške $11$ km je $4$ krát menšia ako v povrchovej vrstve. Zvážte vrstvy atmosféry v závislosti od hustoty, zloženia a vlastností plynov.
Preložené z grécky výraz "troposféra" znamená "otočiť, zmeniť", ktorý presne odráža jeho vlastnosti. V rámci tejto vrstvy dochádza k neustálemu miešaniu vzduchu a jeho pohybu rôznymi smermi, takže hmly, dažde, sneženie a iné poveternostné javy sú pozorované len tu.
Troposféra je spodná vrstva atmosféry, ktorej horná hranica prebieha vo výške $8-10$ km na póloch a $16-18$ km na rovníku. Sila troposféry sa môže meniť v závislosti od ročného obdobia. V lete, keď je vzduch teplý, horná hranica troposféry stúpa vyššie.
Táto vrstva obsahuje až $80\%$ celej hmoty atmosféry a takmer všetku vodnú paru, čo naznačuje jej hustotu a masívnosť. V troposfére teplota vzduchu s výškou ísť dole každých 100 $ m o $ 0,6 $ stupňov a, samozrejme, to Horná hranica bude to negatívne. Tento princíp je charakteristický len pre troposféru, pretože s rastúcou nadmorskou výškou začne teplota vzduchu stúpať. Na hranici troposféry a stratosféry sa rozlišuje zóna, ktorá je tzv tropopauza– v rámci svojich limitov zostáva teplota nezmenená. Spodná vrstva troposféry, tzv povrchová hraničná vrstva, priamo v kontakte s litosférou a zohráva obrovskú úlohu v atmosférická cirkulácia. Toto je miesto výmena vody- voda odobratá z povrchu pevniny az oceánov sa vracia späť za $8-12$ dní.
Atmosférický tlak na zemskom povrchu je spojený s troposférou, ktorá bežne zodpovedá 1 000 $ milibarov. Tlak 1013 $ milibarov je štandard a je to jedna „atmosféra“. S nadmorskou výškou rýchlo klesá tlak a pri hranici 45 $ km klesne na $ 1 $ mbar.
V gréčtine stratosféra znamená "podlaha, vrstva", ktorý sa nachádza nad troposférou a siaha do výšky $50-55$ km.
Stratosféra sa vyznačuje nízkou hustotou vzduchu a tlakom. Vzduch je riedky, ale je zastúpený rovnakými plynmi ako troposféra. V tejto vrstve nie je takmer žiadna vodná para. S nadmorskou výškou tlak v stratosfére ísť dole– ak je tlak v spodnej časti vrstvy $10$ krát menší ako povrchový tlak, tak v jej hornej časti je už $100$ krát menší. Vo výške 15-30$ km sa objavuje plynný ozón, ktorý absorbuje krátkovlnnú časť slnečnej energie, v dôsledku čoho sa vzduch ohrieva a v spodnej časti troposféry teplota stúpa na $+56$ stupňov a na hranici s mezosférou dosahuje $0$ stupňov. Ohrev sa zastaví v stratopauze.
Táto vrstva sa nachádza nad stratosférou a siaha do výšky 80 $ km. Hustota vzduchu je tu 200 $ krát menšia ako blízko zemského povrchu a teplota klesá na - 90 $ stupňov. Toto je najchladnejšie miesto na planéte Horná vrstva mezosfére sa vzduch ochladí na -143 $ stupňov. Zo všetkých vrstiev atmosféry je mezosféra najmenej študovaná. Tlak plynu je extrémne nízky a pod povrchovým tlakom 1000-10000 $ krát. V dôsledku toho je pohyb balóny obmedzené, len sa vznášajú na mieste, pretože ich zdvih ide na nulu. Podobná situácia nastáva aj pri prúdových lietadlách, takže v mezosfére môžu lietať len rakety alebo lietadlá s raketovými motormi. Napríklad, Raketové lietadlo X-15. Je považované za najrýchlejšie lietadlo na svete, no jeho rekordný let trval iba 15 $ minút. Prístroje, ktoré skúmajú mezosféru, môžu zostať v danej výške obmedzený čas – letia vyššie alebo padajú dole. Je problematické študovať mezosféru zo satelitov a suborbitálnych dáždnikov, pretože aj nízky tlak spomaľuje a dokonca páli kozmická loď.
Hlavná časť meteoritov v tejto vrstve atmosféry zhorí, meteorit, ktorý vstúpi do zemskej atmosféry pod ostrým uhlom a pri rýchlosti 11 $ km/h sa vznieti v dôsledku sily trenia. Kozmický prach zo spálených meteoritov sa denne usadzuje na povrchu a zanecháva 100 až 10 tisíc ton meteoritov.
Nachádza sa nad mezosférou a týči sa do výšky 800 $ km. Termosféru charakterizujú procesy absorpcie a premeny ultrafialového a röntgenového žiarenia.
Vo výške $100$ km je podmienená hranica medzi Zemou a vesmírom – ide o tzv. Karmanova línia. Spodná hranica termosféry sa zhoduje s touto čiarou. V termosfére je malé množstvo plynov, ktoré rotujú so Zemou, ale nad Karmanovou líniou je veľmi málo plynov, takže akýkoľvek let za hranicu 100 $ kilometrov sa považuje za vesmírny let. Teplota tu opäť stúpa a vo výške $150$ km dosahuje $220$ stupňov a vo výške $400$ km dosahuje maximálne $1800$ stupňov. V centrálnej časti termosféry je tlak 1 $ milión krát nižší ako koncentrácia vzduchu v blízkosti zemského povrchu. Jednotlivé častice majú veľmi vysokú energiu, no obrovské vzdialenosti medzi nimi. V dôsledku toho sa ukazuje, že kozmická loď je vo vákuu.
Uvoľňuje sa v termosfére ionosféra, kde sa pôsobením krátkovlnného slnečného žiarenia odtrhávajú jednotlivé elektróny z obalov atómov a vznikajú vrstvy nabitých častíc. V dôsledku nízkej hustoty vzduchu sa slnečné lúče rozptyľujú a na čiernej oblohe jasne žiaria hviezdy. V ionosfére mocný elektrické prúdy spôsobujúce poruchy magnetické pole Objaví sa Zem a polárna žiara.
Poznámka 2
Vlastne termosféra je otvorený priestor, v ktorom prešla dráha prvého sovietskeho satelitu. Mnohí pracujú v rovnakej výške umelé satelity, štúdium povrchu Zeme, oceánov a atmosféry.
Táto vrstva atmosféry je „sféra rozptylu“, pretože hraničí s vesmírom a vzduch sa rozptyľuje do medziplanetárneho priestoru. Vrstva je tvorená atómami vodíka, čo je najľahší prvok. Atómy kyslíka a dusíka môžu tiež vstúpiť, ale sú vysoko ionizované slnečným žiarením.
Exosféra sa nachádza v nadmorskej výške 800 – 3 000 $ km a má teplotu vyše 2 000 $ stupňov. Plyny tejto gule sú zastúpené vodíkom a héliom, ktorých rýchlosť je blízka kritickej hodnote a dosahuje $11,2$ km/s.
Vďaka tomu môžu jednotlivé častice prekonať zemskú gravitáciu a uniknúť do vesmíru.
Exosféra je svojou veľkosťou malá vrstva a vyvíja sa do zemskej koróny, ktorá siaha až 100 $ tisíc km od planéty.
Poznámka 3
Úloha v živote planéty atmosféru je výnimočne veľká – Zem by bez nej bola jednoducho mŕtva. Všetky poveternostné javy sú spojené s atmosférou a sú s nimi spojené aj ľudské aktivity. Ako prostredník medzi Zemou a vesmírom slúži atmosféra ako silný pancier pre železo-kameň meteorické roje. Vďaka tejto vzduchovej škrupine fúka na Zem vietor, padajú zrážky, dochádza k súmraku, polárnym žiaram a neustále dochádza k výmene tepla a vlhkosti so živým povrchom.
