Információk és tények a légkörről. A Föld légköre. A légkör függőleges szerkezete

10,045 × 10 3 J/(kg*K) (0-100°C hőmérséklet-tartományban), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). A levegő oldhatósága vízben 0 °C-on 0,036%, 25 °C-on - 0,22%.

Légköri összetétel

A légkör kialakulásának története

Korai történelem

Jelenleg a tudomány nem tudja száz százalékos pontossággal nyomon követni a Föld kialakulásának minden szakaszát. A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légköre az idők során négyszeres volt. különféle kompozíciók. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör. A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szénhidrogén, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így alakult ki másodlagos légkör. Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:

• a hidrogén állandó szivárgása a bolygóközi térbe;
• kémiai reakciók, amelyek a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására lejátszódnak.

Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és sokkal magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (a kémiai reakciók ammóniából és szénhidrogénekből).

Az élet és az oxigén megjelenése

A fotoszintézis eredményeként az élő szervezetek Földön való megjelenésével, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísért, a légkör összetétele megváltozni kezdett. Vannak azonban adatok (a légköri oxigén izotópösszetételének és a fotoszintézis során felszabaduló izotópos összetételének elemzése), amelyek a légköri oxigén geológiai eredetére utalnak.

Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára fordították - szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett.

Az 1990-es években kísérleteket végeztek egy zárt ökológiai rendszer („Bioszféra 2”) létrehozására, melynek során nem sikerült stabil, egyenletes levegőösszetételű rendszert létrehozni. A mikroorganizmusok hatása az oxigénszint csökkenéséhez és a szén-dioxid mennyiségének növekedéséhez vezetett.

Nitrogén

A nagy mennyiségű nitrogén képződése az elsődleges ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris O 2 -vel történő oxidációjának köszönhető, amely a bolygó felszínéről a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni, állítólag körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt (szerint egy másik változat szerint a légköri oxigén geológiai eredetű). A nitrogén NO-vá oxidálódik felső rétegek atmoszféra, az iparban használják és nitrogénmegkötő baktériumok kötik meg, ugyanakkor a nitrátok és egyéb nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében N 2 kerül a légkörbe.

A nitrogén N 2 inert gáz, és csak meghatározott körülmények között reagál (például villámkisülés során). A cianobaktériumok és egyes baktériumok (például a hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó csomóbaktériumok) oxidálhatják és biológiai formává alakíthatják.

A molekuláris nitrogén elektromos kisülésekkel történő oxidációját a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során használják, és ez a chilei Atacama-sivatagban egyedülálló nitrátlerakódások kialakulásához is vezetett.

Nemesgázok

A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, NO, SO2) fő forrása. A kén-dioxidot a levegő O 2 SO 3 -dá oxidálja a légkör felső rétegeiben, ami kölcsönhatásba lép a H 2 O és NH 3 gőzeivel, és a keletkező H 2 SO 4 és (NH 4) 2 SO 4 visszakerül a Föld felszínére. csapadékkal együtt. A belső égésű motorok használata jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és Pb-vegyületekkel.

A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és növényi pollenszemcsék beszivárgása stb.) és emberi gazdasági tevékenységek (ércbányászat, ill. építőanyagok, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.). A részecskék intenzív, nagy léptékű légkörbe kerülése a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.

A légkör szerkezete és az egyes héjak jellemzői

A légkör fizikai állapotát az időjárás és az éghajlat határozza meg. A légkör alapvető paraméterei: levegő sűrűsége, nyomása, hőmérséklete és összetétele. A magasság növekedésével a levegő sűrűsége és a légköri nyomás csökken. A hőmérséklet a magasság változásával is változik. Függőleges szerkezet A légkört eltérő hőmérsékleti és elektromos tulajdonságok, eltérő levegőviszonyok jellemzik. A légkör hőmérsékletétől függően a következő főbb rétegeket különböztetjük meg: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra, exoszféra (szórási gömb). A szomszédos héjak közötti légkör átmeneti régióit tropopauzának, sztratopausának stb.

Troposzféra

Sztratoszféra

A sztratoszférában az ultraibolya sugárzás rövidhullámú részének nagy része (180-200 nm) megmarad, és a rövidhullámok energiája átalakul. Ezen sugarak hatására a mágneses mezők megváltoznak, a molekulák szétesnek, ionizáció következik be, új gázok és egyéb kémiai vegyületek. Ezek a folyamatok északi fények, villámok és más izzások formájában figyelhetők meg.

A sztratoszférában és a magasabb rétegekben a napsugárzás hatására a gázmolekulák atomokká disszociálnak (80 km felett CO 2 és H 2 disszociál, 150 km felett - O 2, 300 km felett - H 2). 100-400 km magasságban 320 km magasságban a gázok ionizációja is megtörténik, a töltött részecskék koncentrációja (O + 2, O − 2, N + 2) a 1/300-a; semleges részecskék koncentrációja. A légkör felső rétegeiben szabad gyökök vannak - OH, HO 2 stb.

A sztratoszférában szinte nincs vízgőz.

Mezoszféra

100 km-es magasságig a légkör homogén, jól kevert gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása ​​a molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0°C-ról -110°C-ra csökken a mezoszférában. Viszont mozgási energia az egyes részecskék 200-250 km magasságban ~1500°C hőmérsékletnek felelnek meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3000 km-es magasságban az exoszféra fokozatosan úgynevezett űrközeli vákuummá alakul, amely bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van megtöltve. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteorikus eredetű porszemcsékből áll. E rendkívül ritka részecskék mellett ebbe a térbe behatol a nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás.

A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. alapján elektromos tulajdonságok A légkör neutronoszférára és ionoszférára oszlik. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.

A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraÉs heteroszféra. Heteroszféra- Ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel ilyen magasságban elhanyagolható a keveredésük. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör jól elegyített, homogén része, az úgynevezett homoszféra fekszik. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.

Légköri tulajdonságok

Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban egy képzetlen személy oxigénéhezést kezd tapasztalni, és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 15 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.

A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. Azonban a légkör teljes nyomásának csökkenése miatt, ahogy Ön a magasságba emelkedik, az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.

Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomás - 40 mm Hg. Art., és vízgőz −47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő víz és szén-dioxid teljes gőznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. A tüdő oxigénellátása teljesen leáll, ha a környezeti levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.

Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.

A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás - az elsődleges kozmikus sugarak - intenzív hatással van a testre; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum ultraibolya része veszélyes az emberre.

A légkör bolygónk gáznemű héja, amely a Földdel együtt forog. A légkörben lévő gázt levegőnek nevezzük. A légkör érintkezik a hidroszférával, és részben lefedi a litoszférát. De a felső határokat nehéz meghatározni. Hagyományosan elfogadott, hogy az atmoszféra körülbelül háromezer kilométerre nyúlik felfelé. Ott simán befolyik a levegőtlen térbe.

A Föld légkörének kémiai összetétele

A légkör kémiai összetételének kialakulása körülbelül négymilliárd éve kezdődött. Kezdetben a légkör csak könnyű gázokból állt - héliumból és hidrogénből. A tudósok szerint a Föld körüli gázhéj létrehozásának kezdeti előfeltételei a vulkánkitörések voltak, amelyek a lávával együtt hatalmas mennyiségű gázt bocsátottak ki. Ezt követően megindult a gázcsere a vízterekkel, az élő szervezetekkel és tevékenységük termékeivel. A levegő összetétele fokozatosan változott, és több millió évvel ezelőtt rögzült modern formájában.

A légkör fő összetevői a nitrogén (körülbelül 79%) és az oxigén (20%). A fennmaradó százalék (1%) a következő gázokból származik: argon, neon, hélium, metán, szén-dioxid, hidrogén, kripton, xenon, ózon, ammónia, kén és nitrogén-dioxidok, nitrogén-oxid és szén-monoxid, amelyek ebbe beletartoznak. egy százalék.

Ezenkívül a levegő vízgőzt és szilárd részecskéket (pollen, por, sókristályok, aeroszolos szennyeződések) tartalmaz.

IN utóbbi időben A tudósok nem minőségi, hanem mennyiségi változást észlelnek egyes levegő-összetevőkben. Ennek pedig az ember és tevékenysége az oka. Csak az elmúlt 100 évben a szén-dioxid szintje jelentősen megnőtt! Ez számos problémával jár, amelyek közül a legglobálisabb az éghajlatváltozás.

Az időjárás és az éghajlat kialakulása

A légkör kritikus szerepet játszik a Föld éghajlatának és időjárásának alakításában. Sok múlik a napfény mennyiségén, az alatta lévő felület jellegén és a légköri cirkuláción.

Nézzük sorban a tényezőket.

1. A légkör továbbítja a napsugarak hőjét és elnyeli a káros sugárzást. Az a tény, hogy a Nap sugarai a Föld különböző részeire esnek alá különböző szögekből tudták az ókori görögök. Maga a „klíma” szó az ógörögről lefordítva „lejtőt” jelent. Tehát az Egyenlítőnél a napsugarak szinte függőlegesen esnek, ezért itt nagyon meleg van. Minél közelebb van a pólusokhoz, annál nagyobb a dőlésszög. És a hőmérséklet csökken.

2. A Föld egyenetlen felmelegedése miatt a légkörben légáramlatok képződnek. Méretük szerint osztályozzák őket. A legkisebbek (tíz és száz méter) helyi szelek. Ezt követik a monszunok és passzátszelek, ciklonok és anticiklonok, valamint a bolygófronti zónák.

Mindezek a légtömegek folyamatosan mozognak. Némelyikük meglehetősen statikus. Például passzátszelek, amelyek a szubtrópusokról fújnak az Egyenlítő felé. A többiek mozgása nagymértékben függ a légköri nyomástól.

3. A légköri nyomás egy másik, az éghajlat kialakulását befolyásoló tényező. Ez a légnyomás a föld felszínén. Mint ismeretes, a légtömegek a magas légköri nyomású területről egy olyan terület felé mozognak, ahol ez a nyomás alacsonyabb.

Összesen 7 zóna van kiosztva. Az egyenlítő egy alacsony nyomású zóna. Továbbá az Egyenlítő mindkét oldalán a harmincas szélességi körökig van egy nagy nyomású terület. 30°-ról 60°-ra - ismét alacsony nyomás. És 60°-tól a pólusokig egy nagynyomású zóna. E zónák között légtömegek keringenek. A tenger felől a szárazföldre érkezők esőt és rossz időt hoznak, a kontinensekről fújók pedig tiszta és száraz időt hoznak. Azokon a helyeken, ahol a légáramlatok ütköznek, légköri frontzónák alakulnak ki, amelyeket csapadék és zord, szeles idő jellemez.

A tudósok bebizonyították, hogy még az ember jóléte is függ a légköri nyomástól. A nemzetközi szabványok szerint a normál légköri nyomás 760 Hgmm. oszlop 0°C hőmérsékleten. Ezt a mutatót azokra a szárazföldi területekre számítják ki, amelyek szinte a tengerszinttel egy szintben vannak. A magassággal a nyomás csökken. Ezért például Szentpétervárra 760 Hgmm. - ez a norma. De Moszkvában, amely magasabban található, a normál nyomás 748 Hgmm.

A nyomás nemcsak függőlegesen, hanem vízszintesen is változik. Ez különösen a ciklonok áthaladásakor érezhető.

A légkör szerkezete

A hangulat egy réteg tortára emlékeztet. És minden rétegnek megvannak a maga sajátosságai.

. Troposzféra- a Földhöz legközelebb eső réteg. Ennek a rétegnek a "vastagsága" az Egyenlítőtől való távolsággal változik. Az Egyenlítő felett a réteg felfelé 16-18 km-rel, a mérsékelt égövön 10-12 km-rel, a sarkokon 8-10 km-rel húzódik.

Itt található a teljes légtömeg 80%-a és a vízgőz 90%-a. Itt felhők képződnek, ciklonok és anticiklonok keletkeznek. A levegő hőmérséklete a terület magasságától függ. Átlagosan 0,65°C-kal csökken 100 méterenként.

. Tropopauza- a légkör átmeneti rétege. Magassága több száz métertől 1-2 km-ig terjed. A levegő hőmérséklete nyáron magasabb, mint télen. Például a sarkok felett télen -65°C. Az egyenlítő felett pedig -70°C az év bármely szakában.

. Sztratoszféra- ez egy olyan réteg, amelynek felső határa 50-55 kilométeres magasságban fekszik. A turbulencia itt kicsi, a levegő vízgőztartalma elhanyagolható. De sok az ózon. Maximális koncentrációja 20-25 km magasságban van. A sztratoszférában a levegő hőmérséklete emelkedni kezd, és eléri a +0,8° C-ot. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az ózonréteg kölcsönhatásba lép az ultraibolya sugárzással.

. Sztratopauza- alacsony köztes réteg a sztratoszféra és az azt követő mezoszféra között.

. Mezoszféra- ennek a rétegnek a felső határa 80-85 kilométer. Itt komplex fotokémiai folyamatok mennek végbe, amelyekben szabad gyökök vesznek részt. Ők biztosítják bolygónk szelíd kék fényét, amely az űrből látható.

A legtöbb üstökös és meteorit a mezoszférában ég el.

. Mezopauza- a következő köztes réteg, amelyben a levegő hőmérséklete legalább -90°.

. Termoszféra- az alsó határ 80-90 km magasságban kezdődik, a réteg felső határa pedig körülbelül 800 km-en halad. A levegő hőmérséklete emelkedik. +500°C és +1000°C között változhat. Napközben több száz fokos hőmérséklet-ingadozások is előfordulhatnak! De a levegő itt annyira ritka, hogy a „hőmérséklet” kifejezést az általunk elképzelt módon értelmezni itt nem helyénvaló.

. Ionoszféra- egyesíti a mezoszférát, a mezopauzát és a termoszférát. A levegő itt főleg oxigén- és nitrogénmolekulákból, valamint kvázi semleges plazmából áll. Az ionoszférába jutó napsugarak erősen ionizálják a levegőmolekulákat. Az alsó rétegben (90 km-ig) az ionizáció foka alacsony. Minél magasabb, annál nagyobb az ionizáció. Tehát 100-110 km magasságban az elektronok koncentrálódnak. Ez segít a rövid és közepes rádióhullámok visszaverésében.

Az ionoszféra legfontosabb rétege a felső, amely 150-400 km magasságban található. Különlegessége, hogy visszaveri a rádióhullámokat, és ez megkönnyíti a rádiójelek jelentős távolságra történő továbbítását.

Az ionoszférában fordul elő olyan jelenség, mint az aurora.

. Exoszféra- oxigén-, hélium- és hidrogénatomokból áll. Ebben a rétegben a gáz nagyon ritka, és a hidrogénatomok gyakran kijutnak a világűrbe. Ezért ezt a réteget „diszperziós zónának” nevezik.

Az első tudós, aki felvetette, hogy a légkörünknek súlya van, az olasz E. Torricelli volt. Ostap Bender például „Az aranyborjú” című regényében arról panaszkodott, hogy minden embert egy 14 kg súlyú légoszlop nyom! De a nagy tervező egy kicsit tévedett. Egy felnőtt 13-15 tonnás nyomást tapasztal! De ezt a nehézséget nem érezzük, mert a légköri nyomást az ember belső nyomása egyensúlyozza ki. Légkörünk súlya 5 300 000 000 000 000 tonna. A szám kolosszális, bár bolygónk tömegének csak egy milliomod része.

A Föld légkörének oxigéntelítettségi szintjének különbsége szorosan összefügg az élő szervezetek evolúciójával. Az elmúlt 400 millió év során az oxigénszint jelentősen eltért, a modern szint 21%-án belül.

A Royal Holloway College, a Londoni Egyetem és a Chicagói Természettudományi Múzeum tudósai publikáltak egy tanulmányt, amely a légkör oxigénmennyiségét használja fel a légkör oxigénszintjének becslésére. faszén, ősi tőzeglápokban őrizték.

A tudósok mindeddig geokémiai modellekre támaszkodtak a légkör oxigénkoncentrációjának becsléséhez. A számokban a modellek eltérései miatt vannak eltérések, de az összes modell szerint körülbelül 300 millió évvel ezelőtt, a késő paleozoikumban az oxigénszint lényegesen magasabb volt, mint ma. Ennek köszönhetően egyes állat- és rovarcsoportok – például a 60 cm-nél nagyobb szárnyfesztávolságú szitakötő – gigantizmusa történt meg.

A magas oxigénszint lehetővé tette olyan óriási rovarok létezését, mint a Meganeura monyi szitakötő, amelynek szárnyfesztávolsága több mint 60 cm

A magas oxigénkoncentráció a földfelszínen található növények bőségének közvetlen következménye volt. A fotoszintézis során a növények oxigént szabadítanak fel és felhalmozzák a szenet (ami szén-dioxidot képez). A légkör oxigéntartalmának nettó százalékos növekedéséhez a felesleges szenet a talajba kell temetni. Ennek eredményeként a növényzet terjedése a talajban történő szénlerakódás meredek növekedéséhez vezet. Különösen nagyok voltak a késő paleozoikum időszakban, amikor hatalmas szénkészletek halmozódtak fel.

Orvos Ian J. Glasspool(Dr. Ian J Glasspool) kifejtette, hogy az oxigén koncentrációja a légkörben szorosan összefügg az anyagok gyúlékonyságával. 15% alatti oxigénszint mellett az erdőtüzek nem terjedhettek tovább. Ha a szint meghaladja a 25%-ot, még a nedves növények is könnyen meggyulladnak, és 30-35%-os szinten, mint a késő paleozoikumban, nagyon gyakoriak voltak a tüzek, és katasztrofális következményekkel jártak.

A tudósok azt találták, hogy a szén koncentrációja a széntelepekben az elmúlt 50 millió évben körülbelül 4-8% volt, ami megközelítőleg megegyezik a légkör jelenlegi oxigénszintjével. Ennek ellenére a Föld történetében voltak időszakok, amikor részesedése elérte a 70%-ot. Ez a légköri oxigén nagyon magas koncentrációját jelzi. Ezeket az időszakokat a paleozoikum korszakának karbon és perm korszakában (320-250 millió évvel ezelőtt) és a középső kréta időszakában (körülbelül 100 millió évvel ezelőtt) jegyezték fel.

Ez az időszak jelentős változásokat hozott a növényvilág fejlődésében az új növénycsoportok - tűlevelűek és virágos növények - elterjedésével összefüggésben. Ez nagy mennyiségű szerves szén temetkezéséhez és a légkörben lévő szén-dioxid mennyiségének csökkenéséhez, valamint az oxigénkoncentráció növekedéséhez vezetett. Ezek az intenzív tüzek és a súlyos erózió időszakai is.

A kutatók megjegyzik, hogy a fő rejtély az, hogy az oxigén aránya miért stabilizálódott végül körülbelül 50 millió évvel ezelőtt, és miért marad még mindig ugyanazon a szinten.

A növényzet mennyisége és a légkör oxigénkoncentrációja közötti ilyen szoros kapcsolat, valamint a stabilizációs folyamat több millió évig tartó időtartama arra utal, hogy a Föld ökoszférája sérülékenyebb, mint gondolnánk. Több száz éves kutatás után nem tudunk róla mindent. Elképzelhető, hogy a légkör szén-dioxid-koncentrációjának növekedése részben még mindig az erdőirtásnak köszönhető, nem csak az ipari vállalkozások kibocsátásainak.

Meg kell mondani, hogy a Föld légkörének szerkezete és összetétele nem mindig volt állandó érték bolygónk fejlődésének egyik vagy másik időszakában. Ma ennek az elemnek a függőleges szerkezetét, amelynek teljes „vastagsága” 1,5-2,0 ezer km, több fő réteg képviseli, beleértve:

1. Troposzféra.
2. Tropopauza.
3. Sztratoszféra.
4. Sztratopauza.
5. Mezoszféra és mezopauza.
6. Termoszféra.
7. Exoszféra.

A légkör alapvető elemei

A troposzféra egy olyan réteg, amelyben erős függőleges és vízszintes mozgások figyelhetők meg, itt az időjárási, üledékes jelenségek, éghajlati viszonyok. Szinte mindenhol 7-8 kilométerre húzódik a bolygó felszínétől, kivéve a sarki régiókat (ott 15 km-ig). A troposzférában a hőmérséklet fokozatosan csökken, körülbelül 6,4 °C-kal minden magassági kilométerrel. Ez a mutató a különböző szélességi körökben és évszakokban eltérő lehet.

A Föld légkörének összetételét ebben a részben a következő elemek és azok százalékos aránya képviseli:

Nitrogén - körülbelül 78 százalék;

Oxigén - csaknem 21 százalék;

Argon - körülbelül egy százalék;

Szén-dioxid - kevesebb, mint 0,05%.

Egyetlen kompozíció 90 kilométeres magasságig

Ezen kívül por, vízcseppek, vízgőz, égéstermékek, jégkristályok, tengeri sók, sok aeroszol részecske stb. A Föld légkörének ilyen összetétele megközelítőleg kilencven kilométeres magasságig megfigyelhető, tehát a levegő kémiai összetétele megközelítőleg azonos, nemcsak a troposzférában, hanem a fedőrétegekben is. De ott a légkör alapvetően eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. Az általános kémiai összetételű réteget homoszférának nevezzük.

Milyen egyéb elemek alkotják a Föld légkörét? Százalékban (térfogatban, száraz levegőben) gázok, például kripton (körülbelül 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogén (5,0 x 10 -5), metán (körülbelül 1,7 x 10 -5) itt 4), dinitrogén-oxid (5,0 x 10 -5) stb. Tömegszázalékban a legtöbb felsorolt ​​komponens a dinitrogén-oxid és a hidrogén, ezt követi a hélium, kripton stb.

Különböző légköri rétegek fizikai tulajdonságai

A troposzféra fizikai tulajdonságai szorosan összefüggenek a bolygó felszínéhez való közelségével. Innen a visszavert naphő infravörös sugarak formájában visszafelé irányul, ami magában foglalja a vezetési és konvekciós folyamatokat. Ezért csökken a hőmérséklet a földfelszíntől való távolsággal. Ez a jelenség a sztratoszféra magasságáig (11-17 kilométer) megfigyelhető, majd 34-35 kilométerig szinte változatlanná válik a hőmérséklet, majd ismét 50 kilométeres magasságig (a sztratoszféra felső határáig) emelkedik a hőmérséklet. . A sztratoszféra és a troposzféra között a tropopauza vékony közbenső rétege van (1-2 km-ig), ahol állandó hőmérsékletek az egyenlítő felett - körülbelül mínusz 70 ° C és az alatt. A pólusok felett a tropopauza nyáron mínusz 45°C-ra "melegszik", itt -65°C körül ingadozik a hőmérséklet.

A Föld légkörének gázösszetétele olyan fontos elemet tartalmaz, mint az ózon. Viszonylag kevés van belőle a felszínen (tíz-egy százalék mínusz hatodik hatványa), mivel a gáz a napfény hatására képződik az atmoszféra felső részein lévő atomi oxigénből. A legtöbb ózon körülbelül 25 km-es tengerszint feletti magasságban található, és a teljes „ózonernyő” a sarkoknál 7-8 km-re, az Egyenlítőnél 18 km-re, az Egyenlítőnél 18 km-re és összesen ötven km-re a sarkok felett található. a bolygó felszíne.

A légkör véd a napsugárzástól

A Föld légkörében lévő levegő összetétele nagyon fontos szerepet játszik az élet megőrzésében, hiszen egyéni kémiai elemekés a kompozíciók sikeresen korlátozzák a napsugárzásnak a földfelszínhez és a rajta élő emberekhez, állatokhoz és növényekhez való hozzáférését. Például a vízgőzmolekulák hatékonyan elnyelik az infravörös sugárzás szinte minden tartományát, kivéve a 8 és 13 mikron közötti hosszúságokat. Az ózon 3100 A hullámhosszig nyeli el az ultraibolya sugárzást. Vékony rétege nélkül (átlagosan csak 3 mm, ha a bolygó felszínére helyezzük) csak a 10 méternél mélyebb vizet és a földalatti barlangokat, ahol a napsugárzás nem éri el. elérheti lakható .

Nulla Celsius a sztratopauzában

A légkör következő két szintje, a sztratoszféra és a mezoszféra között van egy figyelemre méltó réteg - a sztratopauza. Ez megközelítőleg megfelel az ózon maximumának magasságának, és a hőmérséklet itt viszonylag kényelmes az ember számára - körülbelül 0 ° C. A sztratopauza felett, a mezoszférában (valahol 50 km magasságban kezdődik és 80-90 km magasságban ér véget) a Föld felszínétől való távolság növekedésével (mínusz 70-80 ° C-ra) ismét hőmérsékletcsökkenés figyelhető meg. ). A meteorok általában teljesen kiégnek a mezoszférában.

A termoszférában - plusz 2000 K!

A Föld légkörének kémiai összetétele a termoszférában (a mezopauza után kezdődik, körülbelül 85-90-800 km magasságból) meghatározza egy olyan jelenség lehetőségét, mint a nagyon ritka „levegő” rétegeinek fokozatos felmelegedése a napsugárzás hatására. . A bolygó „levegőtakarójának” ezen részén a hőmérséklet 200 és 2000 K között van, amelyet az oxigén ionizációja (az atomi oxigén 300 km felett található), valamint az oxigénatomok molekulákká történő rekombinációja miatt kapnak. , amelyet nagy mennyiségű hő felszabadulása kísér. A termoszféra az a hely, ahol az aurorák előfordulnak.

A termoszféra felett található az exoszféra - a légkör külső rétege, ahonnan könnyű és gyorsan mozgó hidrogénatomok juthatnak ki a világűrbe. A Föld légkörének kémiai összetételét itt leginkább az alsó rétegekben az egyes oxigénatomok, a középső rétegekben héliumatomok, a felsőbb rétegekben pedig szinte kizárólag hidrogénatomok képviselik. Itt magas hőmérséklet uralkodik - körülbelül 3000 K, és nincs légköri nyomás.

Hogyan alakult ki a Föld légköre?

De amint fentebb említettük, a bolygónak nem mindig volt ilyen légköri összetétele. Összességében három fogalom létezik ennek az elemnek az eredetéről. Az első hipotézis azt sugallja, hogy a légkört egy protoplanetáris felhőből való akkréció során vették át. Ma azonban ezt az elméletet komoly kritikák érik, mivel egy ilyen elsődleges légkört a bolygórendszerünkben lévő csillagból származó napszélnek kellett volna elpusztítania. Ezen túlmenően azt feltételezik, hogy a túl magas hőmérséklet miatt az illékony elemek nem maradhattak meg a szárazföldi bolygók képződési zónájában.

A Föld elsődleges légkörének a második hipotézisben megfogalmazott összetétele a Naprendszer közeléből a fejlődés korai szakaszában érkezett aszteroidák és üstökösök aktív felszínbombázása miatt alakulhatott ki. Ezt az elképzelést meglehetősen nehéz megerősíteni vagy cáfolni.

Kísérlet az IDG RAS-nál

A legvalószínűbbnek a harmadik hipotézis tűnik, amely szerint az atmoszféra a földkéreg köpenyéből mintegy 4 milliárd évvel ezelőtti gázok felszabadulásának eredményeként jelent meg. Ezt a koncepciót az Orosz Tudományos Akadémia Földrajzi Intézetében tesztelték a „Tsarev 2” nevű kísérlet során, amikor egy meteorikus eredetű anyag mintáját vákuumban hevítették. Ezután rögzítették az olyan gázok kibocsátását, mint a H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 stb. Ezért a tudósok jogosan feltételezték, hogy a Föld elsődleges légkörének kémiai összetétele vizet és szén-dioxidot, hidrogén-fluoridot tartalmaz. HF) gőz, szén-monoxid(CO), hidrogén-szulfid (H 2 S), nitrogénvegyületek, hidrogén, metán (CH 4), ammóniagőz (NH 3), argon stb. A primer atmoszférából származó vízgőz részt vett a hidroszféra kialakulásában, szén-dioxid nagyobb mértékben kötött állapotban jelent meg szerves anyagokban és kőzetekben, a nitrogén átjutott a modern levegő összetételébe, valamint ismét az üledékes kőzetekbe és szerves anyagokba.

A Föld elsődleges légkörének összetétele nem tette volna lehetővé modern emberek légzőkészülék nélkül lenni benne, mivel akkor még nem volt oxigén a szükséges mennyiségben. Ez az elem jelentős mennyiségben jelent meg másfél milliárd évvel ezelőtt, feltehetően összefüggésben áll a bolygónk legrégebbi lakóinak számító kék-zöld és más algák fotoszintézisének kialakulásával.

Minimális oxigén

Azt, hogy a Föld légkörének összetétele kezdetben szinte oxigénmentes volt, jelzi, hogy a legősibb (katarchai) kőzetekben könnyen oxidálódó, de nem oxidálódó grafit (szén) található. Ezt követően megjelentek az úgynevezett sávos vasércek, amelyek dúsított vas-oxidok rétegeit tartalmazták, ami azt jelenti, hogy a bolygón egy erőteljes oxigénforrás molekuláris formában jelenik meg. De ezeket az elemeket csak időszakonként találták meg (talán ugyanazok az algák vagy más oxigéntermelők jelentek meg egy anoxikus sivatag kis szigetein), míg a világ többi része anaerob volt. Ez utóbbit támasztja alá, hogy könnyen oxidálódó piritet találtak áramlással feldolgozott kavicsok formájában, kémiai reakciók nyomai nélkül. Mivel az áramló vizeket nem lehet rosszul levegőztetni, kialakult az a nézet, hogy a kambrium előtti légkör a mai oxigénösszetétel kevesebb mint egy százalékát tartalmazta.

Forradalmi változás a levegő összetételében

Körülbelül a proterozoikum közepén (1,8 milliárd évvel ezelőtt) „oxigénforradalom” következett be, amikor a világ aerob légzésre tért át, melynek során egy tápanyagmolekulából (glükózból) 38 nyerhető, nem pedig kettő (mint pl. anaerob légzés) energiaegységek. A Föld atmoszférájának összetétele oxigénben mérve kezdett meghaladni a mainak az egy százalékát, és elkezdett megjelenni egy ózonréteg, amely megvédi az élőlényeket a sugárzástól. Tőle például olyan ősi állatok, mint a trilobitok, „bújtak” vastag kagyló alá. Ettől kezdve korunkig fokozatosan és lassan nőtt a fő „légzési” elem tartalma, biztosítva a bolygó életformáinak fejlődési változatosságát.

Tengerszinten 1013,25 hPa (kb. 760 Hgmm). A Föld felszínén a levegő globális átlaghőmérséklete 15°C, a hőmérséklet a szubtrópusi sivatagok körülbelül 57°C-tól az Antarktiszon -89°C-ig terjed. A levegő sűrűsége és nyomása a magassággal csökken az exponenciálishoz közeli törvény szerint.

A légkör szerkezete. Függőlegesen a légkör réteges szerkezetű, amelyet elsősorban a függőleges hőmérséklet-eloszlás jellemzői határoznak meg (ábra), amely függ a földrajzi elhelyezkedéstől, évszaktól, napszaktól stb. A légkör alsó rétegét - a troposzférát - a hőmérséklet csökkenése jellemzi a magassággal (körülbelül 6 °C-kal 1 km-enként), magassága a poláris szélességeken 8-10 km-től a trópusokon 16-18 km-ig terjed. A levegő sűrűségének magassággal történő gyors csökkenése miatt a légkör teljes tömegének körülbelül 80% -a a troposzférában található. A troposzféra felett található a sztratoszféra, egy olyan réteg, amelyet általában a magassággal növekvő hőmérséklet jellemez. A troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteget tropopauzának nevezik. Az alsó sztratoszférában körülbelül 20 km-es szintig a hőmérséklet alig változik a magassággal (az úgynevezett izoterm régió), sőt gyakran kissé csökken is. Efelett a Nap UV-sugárzásának ózon általi elnyelése miatt emelkedik a hőmérséklet, eleinte lassan, 34-36 km-es szinttől gyorsabban. A sztratoszféra felső határa - a sztratopauza - a maximális hőmérsékletnek (260-270 K) megfelelő 50-55 km magasságban található. A légkör 55-85 km magasságban elhelyezkedő rétegét, ahol a hőmérséklet ismét csökken a magassággal, mezoszférának nevezzük a felső határán - mezopauza - a hőmérséklet nyáron eléri a 150-160 K-t, a 200-230 fokot; K télen a mezopauza felett kezdődik a termoszféra - egy réteg, amelyre jellemző gyors emelkedés a 800-1200 K-t elérő hőmérséklet 250 km-es magasságban A termoszférában a Nap korpuszkuláris és röntgensugárzása elnyelődik, a meteorok lelassulnak és elégnek, így a Föld védőrétegeként működik. Még magasabban van az exoszféra, ahonnan a légköri gázok a disszipáció következtében szétszóródnak az űrben, és ahol fokozatos átmenet történik a légkörből a bolygóközi térbe.

Légköri összetétel. Kb. 100 km-es magasságig a légkör kémiai összetételében szinte homogén, a levegő átlagos molekulatömege (kb. 29) állandó. A Föld felszíne közelében a légkör nitrogénből (körülbelül 78,1 térfogatszázalék) és oxigénből (kb. 20,9 százalék) áll, emellett kis mennyiségben tartalmaz argont, szén-dioxidot (szén-dioxid), neont és egyéb állandó és változó komponenseket (lásd Levegő). ).

Ezenkívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz ózont, nitrogén-oxidokat, ammóniát, radont stb. A levegő fő összetevőinek relatív tartalma időben állandó, és a különböző földrajzi területeken egyenletes. A vízgőz és az ózon tartalma térben és időben változó; Alacsony tartalmuk ellenére szerepük a légköri folyamatokban igen jelentős.

100-110 km felett az oxigén, szén-dioxid és vízgőz molekulák disszociációja megy végbe, így a levegő molekulatömege csökken. Körülbelül 1000 km-es magasságban a könnyű gázok - hélium és hidrogén - kezdenek uralkodni, és még magasabban a Föld légköre fokozatosan bolygóközi gázzá alakul.

A légkör legfontosabb változó komponense a vízgőz, amely a víz felszínéről és a nedves talajról párolgás útján, valamint a növények transzspirációjával kerül a légkörbe. A relatív vízgőztartalom a Föld felszínén a trópusi 2,6%-tól a poláris szélességi körök 0,2%-áig terjed. A magassággal gyorsan zuhan, már 1,5-2 km-es magasságban felére csökken. A mérsékelt övi szélességi körökben a légkör függőleges oszlopa körülbelül 1,7 cm „kicsapódott vízréteget” tartalmaz. A vízgőz lecsapódásakor felhők képződnek, amelyekből a légköri csapadék eső, jégeső és hó formájában hullik le.

Fontos komponens légköri levegőózon, 90%-a a sztratoszférában koncentrálódik (10 és 50 km között), körülbelül 10%-a a troposzférában. Az ózon biztosítja a kemény (290 nm-nél kisebb hullámhosszúságú) UV-sugárzás elnyelését, és ez a bioszféra védő szerepe. A teljes ózontartalom értékei a szélességtől és az évszaktól függően változnak 0,22-0,45 cm tartományban (az ózonréteg vastagsága nyomáson p = 1 atm és hőmérsékleten T = 0 °C). Az 1980-as évek eleje óta az Antarktiszon tavasszal megfigyelt ózonlyukakban az ózontartalom 0,07 cm-re csökkenhet. Az egyenlítőtől a sarkokig növekszik, éves ciklusa tavasszal és minimuma ősszel, amplitúdója pedig kb. az éves ciklus kicsi a trópusokon, és a magas szélességek felé növekszik. A légkör jelentős változó összetevője a szén-dioxid, amelynek a légkör tartalma az elmúlt 200 évben 35%-kal nőtt, ami elsősorban az antropogén tényező. Megfigyelhető szélességi és szezonális változékonysága, ami a növények fotoszintéziséhez és a tengervízben való oldhatóságához kapcsolódik (Henry törvénye szerint a gáz vízoldhatósága a hőmérséklet emelkedésével csökken).

A bolygó klímájának alakításában fontos szerepet játszanak a légköri aeroszolok – a levegőben lebegő szilárd és folyékony részecskék, amelyek mérete több nm-től több tíz mikronig terjed. Vannak természetes és antropogén eredetű aeroszolok. Aeroszol gázfázisú reakciók során keletkezik a növények hulladéktermékeiből és gazdasági tevékenység emberek, vulkánkitörések, a szél által a bolygó felszínéről, különösen annak sivatagi vidékeiről felszálló por eredményeként, valamint abból is keletkezik. kozmikus por bejutni a felső légkörbe. Az aeroszol nagy része a troposzférában koncentrálódik, a vulkánkitörésekből származó aeroszol mintegy 20 km-es magasságban alkotja az úgynevezett Junge-réteget. Legnagyobb mennyiség antropogén aeroszol kerül a légkörbe járművek és hőerőművek működése, vegyi előállítás, tüzelőanyag elégetése stb. következtében. Emiatt egyes területeken a légkör összetétele észrevehetően eltér a közönséges levegőtől, amihez speciális légkör létrehozására volt szükség. a légköri légszennyezettség szintjének megfigyelésére és ellenőrzésére szolgáló szolgáltatás.

A légkör evolúciója. A modern légkör láthatóan másodlagos eredetű: a Föld szilárd héja által kibocsátott gázokból jött létre, miután a bolygó kialakulása körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt befejeződött. A Föld geológiai története során a légkör összetételében jelentős változásokon ment keresztül számos tényező hatására: gázok, elsősorban könnyebb gázok disszipációja (elpárolgása) a világűrbe; gázok kibocsátása a litoszférából a vulkáni tevékenység következtében; kémiai reakciók a légkör összetevői és a földkérget alkotó kőzetek között; fotokémiai reakciók magában a légkörben a nap UV-sugárzásának hatására; anyag felhalmozódása (befogása) a bolygóközi közegből (például meteorikus anyag). A légkör fejlődése szorosan összefügg a geológiai és geokémiai folyamatokkal, valamint az elmúlt 3-4 milliárd év során a bioszféra tevékenységével is. A modern légkört alkotó gázok (nitrogén, szén-dioxid, vízgőz) jelentős része vulkáni tevékenység és behatolás során keletkezett, amely a Föld mélyéről szállította őket. Az oxigén jelentős mennyiségben jelent meg körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt az eredetileg az óceán felszíni vizeiben keletkezett fotoszintetikus organizmusok eredményeként.

A karbonátlelőhelyek kémiai összetételére vonatkozó adatok alapján a geológiai múlt légkörében lévő szén-dioxid és oxigén mennyiségére vonatkozó becslések születtek. A fanerozoikum idején (a Föld történetének utolsó 570 millió éve) a légkörben lévő szén-dioxid mennyisége nagymértékben változott a szinttől függően. vulkáni tevékenység, az óceán hőmérséklete és a fotoszintézis szintjei. Ez idő nagy részében a légkör szén-dioxid-koncentrációja lényegesen magasabb volt, mint ma (akár 10-szer). A fanerozoos atmoszférában lévő oxigén mennyisége jelentősen megváltozott, és a tendencia a növekedés irányába mutat. A prekambriumi légkörben a szén-dioxid tömege általában nagyobb, az oxigén tömege pedig kisebb volt a fanerozoos atmoszférához képest. A szén-dioxid mennyiségének ingadozása korábban jelentős hatást gyakorolt ​​az éghajlatra, növelve az üvegházhatást a szén-dioxid koncentrációjának növekedésével, így az éghajlat a fanerozoikum nagy részében a modern korhoz képest sokkal melegebbé vált.

A légkör és az élet. Légkör nélkül a Föld halott bolygó lenne. A szerves élet szoros kölcsönhatásban fordul elő a légkörrel és a kapcsolódó éghajlattal és időjárással. A bolygó egészéhez képest jelentéktelen tömegű (kb. egymillió része), a légkör az élet minden formája nélkülözhetetlen feltétele. Az élőlények életében a légköri gázok közül a legfontosabbak az oxigén, a nitrogén, a vízgőz, a szén-dioxid és az ózon. Amikor a szén-dioxidot a fotoszintetikus növények felszívják, szerves anyag keletkezik, amelyet az élőlények túlnyomó többsége, így az ember is energiaforrásként használ. Az oxigén szükséges az aerob organizmusok létezéséhez, amelyek számára az energia áramlását oxidációs reakciók biztosítják szerves anyag. Az egyes mikroorganizmusok által asszimilált nitrogén (nitrogénfixáló szerek) szükséges a növények ásványi táplálásához. Az ózon, amely elnyeli a Nap kemény UV-sugárzását, jelentősen gyengíti a napsugárzásnak ezt az életre káros részét. A légkörben a vízgőz lecsapódása, a felhők képződése és az azt követő csapadék víz juttatja a szárazföldet, amely nélkül semmilyen életforma nem lehetséges. Az élőlények létfontosságú tevékenységét a hidroszférában nagymértékben meghatározza a vízben oldott légköri gázok mennyisége és kémiai összetétele. Mivel a légkör kémiai összetétele nagymértékben függ az élőlények tevékenységétől, a bioszféra és a légkör egy részének tekinthető. egységes rendszer, melynek fenntartása és fejlődése (lásd Biogeokémiai ciklusok) nagy jelentőséggel bírt a légkör összetételének megváltoztatásában a Föld mint bolygó története során.

A légkör sugárzás-, hő- és vízmérlege. A napsugárzás gyakorlatilag az egyetlen energiaforrás a légkörben zajló összes fizikai folyamathoz. A légkör sugárzási rezsimjének fő jellemzője az úgynevezett üvegházhatás: a légkör elég jól továbbítja a napsugárzást a földfelszínre, de aktívan elnyeli a földfelszínről érkező hosszúhullámú termikus sugárzást, amelynek egy része visszatér a felszínre. ellensugárzás formájában, kompenzálva a földfelszín sugárzási hőveszteségét (lásd Légköri sugárzás). Légkör hiányában a földfelszín átlaghőmérséklete -18°C lenne, a valóságban azonban 15°C. A beérkező napsugárzás részben (kb. 20%-ban) elnyelődik a légkörbe (főleg vízgőz, vízcseppek, szén-dioxid, ózon és aeroszolok), valamint szétszórják (kb. 7%) az aeroszol részecskék és a sűrűség-ingadozások (Rayleigh-szórás) . A földfelszínt érő teljes sugárzás részben (kb. 23%) visszaverődik róla. A reflexiós együtthatót az alatta lévő felület, az úgynevezett albedó visszaverő képessége határozza meg. Átlagosan a Föld albedója a napsugárzás integrált fluxusához közel 30%. Néhány százaléktól (száraz talaj és fekete talaj) a frissen hullott hó 70-90%-áig terjed. A földfelszín és a légkör közötti sugárzó hőcsere jelentősen függ az albedótól, és a földfelszín effektív sugárzása és az általa elnyelt légkör ellensugárzása határozza meg. Algebrai összeg felől a föld légkörébe jutó sugárzásáramok világűr az onnan visszalépőket pedig sugárzási egyensúlynak nevezzük.

A napsugárzásnak a légkör és a földfelszín általi elnyelése utáni átalakulásai meghatározzák a Föld mint bolygó hőmérlegét. A légkör fő hőforrása a földfelszín; hő belőle nemcsak hosszúhullámú sugárzás, hanem konvekció útján is átadódik, és a vízgőz kondenzációja során is felszabadul. E hőbeáramlások aránya átlagosan 20%, 7%, illetve 23%. A közvetlen napsugárzás elnyelése miatt itt is hozzáadódik a hő mintegy 20%-a. A napsugárzás egységnyi idő alatti fluxusa egyetlen, a Nap sugaraira merőleges és a légkörön kívül, a Földtől a Naptól átlagos távolságban elhelyezkedő területen (ún. szoláris állandó) 1367 W/m2, a változások 1-2 W/m2 a naptevékenység ciklusától függően. Körülbelül 30%-os bolygóalbedó mellett a napenergia globális beáramlása a bolygóra idő szerint 239 W/m2. Mivel a Föld mint bolygó átlagosan ugyanannyi energiát bocsát ki az űrbe, így a Stefan-Boltzmann törvény szerint a kilépő hosszúhullámú termikus sugárzás effektív hőmérséklete 255 K (-18 °C). Ugyanakkor a Föld felszínének átlaghőmérséklete 15°C. A 33°C-os eltérés az üvegházhatásnak köszönhető.

A légkör vízháztartása általában megfelel a Föld felszínéről elpárolgott nedvesség és a Föld felszínére hulló csapadék mennyiségének egyenlőségének. Az óceánok feletti légkör több nedvességet kap a párolgási folyamatokból, mint a szárazföld felett, és csapadék formájában 90%-ot veszít. Az óceánok feletti felesleges vízgőz a kontinensekre kerül légáramlatok. Az óceánokból a kontinensekre a légkörbe kerülő vízgőz mennyisége megegyezik az óceánokba ömlő folyók térfogatával.

Légmozgás. A Föld gömb alakú, ezért sokkal kevesebb napsugárzás éri el magas szélességeit, mint a trópusokon. Ennek eredményeként nagy hőmérsékleti kontrasztok keletkeznek a szélességi fokok között. A hőmérséklet-eloszlást jelentősen befolyásolja az óceánok és kontinensek egymáshoz viszonyított helyzete is. Az óceánvizek nagy tömege és a víz nagy hőkapacitása miatt szezonális eltérések Az óceán felszínének hőmérséklete lényegesen alacsonyabb, mint a szárazföldi hőmérséklet. Ebben a tekintetben a középső és magas szélességi körökben a levegő hőmérséklete az óceánok felett nyáron észrevehetően alacsonyabb, mint a kontinenseken, és magasabb télen.

A légkör egyenetlen felmelegedése a földgömb különböző területein a légköri nyomás térbeli inhomogén eloszlását okozza. Tengerszinten a nyomáseloszlást az egyenlítő közelében viszonylag alacsony értékek jellemzik, a szubtrópusokon (nagynyomású övezetek) növekszik, a középső és magas szélességeken pedig csökken. Ugyanakkor az extratrópusi szélességi körök kontinensein a nyomás általában télen növekszik, nyáron pedig csökken, ami a hőmérséklet-eloszlással függ össze. A nyomásgradiens hatására a levegő a nagy nyomású területekről az alacsony nyomású területekre irányuló gyorsulást tapasztal, ami a légtömegek mozgásához vezet. A mozgó légtömegekre hatással van a Föld forgásának eltérítő ereje (Coriolis-erő), a magassággal csökkenő súrlódási erő, illetve ívelt pályák esetén a centrifugális erő is. A levegő turbulens keveredésének nagy jelentősége van (lásd Turbulencia a légkörben).

A bolygó nyomáseloszlásával kapcsolatos összetett rendszer légáramlatok (általános légköri keringés). A meridionális síkban átlagosan két-három meridionális keringési sejt nyomon követhető. Az Egyenlítő közelében a felmelegített levegő felemelkedik és süllyed a szubtrópusokon, és Hadley sejtet alkot. A fordított Ferrell-cella levegője is oda száll le. Magas szélességi fokon gyakran látható egy egyenes poláris cella. A meridionális keringési sebesség 1 m/s vagy ennél kisebb nagyságrendű. A Coriolis-erő hatására a nyugati szelek a légkör nagy részében megfigyelhetők, a középső troposzférában körülbelül 15 m/s sebességgel. Vannak viszonylag stabil szélrendszerek. Ide tartoznak a passzátszelek - a szubtrópusi nagynyomású övezetekből az Egyenlítőig fújó szelek, amelyeknek keleti komponense észrevehető (keletről nyugatra). A monszunok meglehetősen stabilak - légáramlatok, amelyek egyértelműen meghatározott szezonális karakterrel rendelkeznek: nyáron az óceánból fújnak a szárazföldre, télen pedig az ellenkező irányba. A monszunok különösen rendszeresek Indiai-óceán. A középső szélességeken a légtömegek mozgása elsősorban nyugati (nyugatról keletre) irányul. Ez a légköri frontok övezete, amelyen nagy örvények keletkeznek - ciklonok és anticiklonok, amelyek sok száz, sőt több ezer kilométert fednek le. A trópusokon is előfordulnak ciklonok; itt kisebb méretükkel, de igen nagy szélsebességgel, hurrikán erejű (33 m/s vagy annál nagyobb) széllel tűnnek ki, az úgynevezett trópusi ciklonok. Az Atlanti-óceánon és a Csendes-óceán keleti részén hurrikánoknak, a Csendes-óceán nyugati részén tájfunoknak nevezik. A felső troposzférában és az alsó sztratoszférában, a közvetlen Hadley meridionális keringési sejtet és a fordított Ferrell-sejtet elválasztó területeken gyakran megfigyelhetők viszonylag keskeny, több száz kilométer széles, élesen meghatározott határú sugárfolyamok, amelyeken belül a szél eléri a 100-150 fokot. és még 200 m/ -val.

Klíma és időjárás. A Föld felszínére különböző szélességi fokokon érkező napsugárzás mennyiségének különbsége, amely fizikai tulajdonságaiban változatos, meghatározza a Föld éghajlatának változatosságát. Az Egyenlítőtől a trópusi szélességi körökig a levegő hőmérséklete a Föld felszínén átlagosan 25-30°C, és egész évben alig változik. Az egyenlítői övben általában sok csapadék esik, ami ott túlzott nedvesség feltételeit teremti meg. A trópusi övezetekben csökken a csapadék, egyes területeken pedig nagyon alacsony lesz. Itt vannak a Föld hatalmas sivatagai.

A szubtrópusi és középső szélességeken a levegő hőmérséklete egész évben jelentősen változik, a nyári és téli hőmérsékletek közötti különbség pedig különösen nagy a kontinensek óceánoktól távol eső területein. Igen, bizonyos területeken Kelet-Szibéria A levegő éves hőmérsékleti tartománya eléri a 65°C-ot. A párásítási viszonyok ezeken a szélességi körökben nagyon változatosak, főként az általános légköri keringési rendszertől függenek, és évről évre jelentősen változnak.

A sarki szélességi körökön a hőmérséklet egész évben alacsony marad, még akkor is, ha észrevehető szezonális eltérések vannak. Ez hozzájárul a jégtakaró széles körű elterjedéséhez az óceánokon és a szárazföldön, valamint az örök fagyon, amelyek Oroszország területének több mint 65%-át foglalják el, főleg Szibériában.

Mert elmúlt évtizedek A globális éghajlat változásai egyre észrevehetőbbé váltak. A hőmérséklet jobban emelkedik a magas szélességeken, mint az alacsony szélességeken; több télen, mint nyáron; inkább éjjel, mint nappal. A 20. század során Oroszországban 1,5-2°C-kal nőtt az éves átlagos levegőhőmérséklet a földfelszínen, Szibéria egyes területein pedig több fokos emelkedés volt megfigyelhető. Ez az üvegházhatás fokozódásával függ össze a nyomokban előforduló gázok koncentrációjának növekedése miatt.

Az időjárást a légköri keringési viszonyok és a földrajzi elhelyezkedés terep, a trópusokon a legstabilabb, a középső és a magas szélességeken a legváltozóbb. Az időjárás leginkább a légköri frontok, a csapadékot hordozó ciklonok és anticiklonok átvonulása miatt változó légtömegű zónákban változik, megnövekedett szél. Az időjárás-előrejelzéshez szükséges adatokat földi meteorológiai állomásokon, hajókon és repülőgépeken, valamint meteorológiai műholdakról gyűjtik. Lásd még Meteorológia.

Optikai, akusztikai és elektromos jelenségek a légkörben. Amikor elektromágneses sugárzás terjed a légkörben, a levegő és a különböző részecskék (aeroszol, jégkristályok, vízcseppek) törése, elnyelése és szórása következtében különféle optikai jelenségek keletkeznek: szivárványok, koronák, fényudvarok, délibábok stb. a fényszóródás határozza meg az égboltozat látszólagos magasságát és az ég kék színe. Az objektumok láthatósági tartományát a fény légkörben való terjedésének feltételei határozzák meg (lásd: Légköri láthatóság). A légkör átlátszóságától a különféle hosszúságok A hullámok a kommunikációs tartománytól és a tárgyak műszerekkel történő észlelésének képességétől függenek, beleértve a képességet is csillagászati ​​megfigyelések a Föld felszínéről. A sztratoszféra és a mezoszféra optikai inhomogenitásának vizsgálatában a szürkületi jelenség fontos szerepet játszik. Például az alkonyat űrhajóról történő fényképezése lehetővé teszi az aeroszolrétegek észlelését. Az elektromágneses sugárzás légkörben való terjedésének jellemzői meghatározzák a paraméterek távérzékelésére szolgáló módszerek pontosságát. Mindezeket a kérdéseket, csakúgy, mint sok mást, az atmoszférikus optika vizsgálja. A rádióhullámok fénytörése és szórása meghatározza a rádióvétel lehetőségeit (lásd: Rádióhullámok terjedése).

A hang terjedése a légkörben a hőmérséklet és a szélsebesség térbeli eloszlásától függ (lásd Légköri akusztika). A távoli módszerekkel történő légköri érzékelés szempontjából érdekes. A rakéták által a felső légkörbe indított töltetek robbanásai gazdag információkat szolgáltattak a szélrendszerekről és a sztratoszféra és a mezoszféra hőmérsékleti változásairól. Stabilan rétegzett légkörben, amikor a hőmérséklet az adiabatikus gradiensnél (9,8 K/km) lassabb magassággal csökken, úgynevezett belső hullámok keletkeznek. Ezek a hullámok felfelé terjedhetnek a sztratoszférába, sőt a mezoszférába is, ahol gyengülnek, hozzájárulva a szél és a turbulencia növekedéséhez.

A Föld negatív töltése és az ebből eredő elektromos mező A légkör az elektromosan töltött ionoszférával és a magnetoszférával együtt globális elektromos áramkört hoz létre. Ebben fontos szerepe van a felhőképződésnek és a zivatar elektromosságnak. A villámkisülés veszélye szükségessé tette villámvédelmi módszerek kidolgozását az épületek, építmények, elektromos vezetékek és a kommunikáció területén. Ez a jelenség különös veszélyt jelent a repülésre. A villámkisülések légköri rádióinterferenciát okoznak, amelyet atmoszferikusnak neveznek (lásd: Fütyülő légkör). A feszültség éles növekedése során elektromos mező a csúcsokon megjelenő fénykisülések és éles sarkok a földfelszín fölé kiálló tárgyak, a hegyek egyes csúcsain stb. (Elma fényei). A légkör mindig nagyon változó mennyiségű könnyű és nehéz iont tartalmaz, az adott körülményektől függően, amelyek meghatározzák elektromos vezetőképesség légkör. A földfelszín közelében lévő levegő fő ionizálói a benne lévő radioaktív anyagok sugárzása földkéregés a légkörben, valamint a kozmikus sugarakban. Lásd még: Légköri elektromosság.

Emberi hatás a légkörre. Az elmúlt évszázadok során nőtt a koncentráció üvegházhatású gázok az emberi gazdasági tevékenység következtében a légkörben. A szén-dioxid százalékos aránya a kétszáz évvel ezelőtti 2,8-10 2-ről 2005-ben 3,8-10 2-re, a metántartalom a körülbelül 300-400 évvel ezelőtti 0,7-10 1-ről 1,8-10 -4-re nőtt 21. elejére. század; Az üvegházhatás elmúlt évszázadban bekövetkezett növekedésének mintegy 20%-a a freonokból származott, amelyek a 20. század közepéig gyakorlatilag hiányoztak a légkörben. Ezeket az anyagokat sztratoszférikus ózonlebontó anyagokként ismerik el, és előállításukat az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv tiltja. A légkör szén-dioxid koncentrációjának növekedését az egyre nagyobb mennyiségű szén, olaj, gáz és egyéb széntüzelőanyagok elégetése, valamint az erdők irtása okozza, ami a felszívódás csökkenését eredményezi. szén-dioxid fotoszintézis révén. A metán koncentrációja nő az olaj- és gáztermelés növekedésével (a veszteségei miatt), valamint a rizstermés bővülésével és a szarvasmarha-létszám növekedésével. Mindez hozzájárul az éghajlat felmelegedéséhez.

Az időjárás megváltoztatására módszereket dolgoztak ki a légköri folyamatok aktív befolyásolására. A mezőgazdasági növények jégeső elleni védelmére szolgálnak speciális reagensekkel a zivatarfelhőkben. Léteznek módszerek a repülőtereken a köd eloszlatására, a növények fagy elleni védelmére, a felhők befolyásolására, hogy növeljék a csapadék mennyiségét a kívánt területeken, vagy a felhők szétoszlatására nyilvános rendezvények során.

A légkör tanulmányozása. Információk a fizikai folyamatok a légkörben elsősorban meteorológiai megfigyelésekből származnak, amelyeket állandó globális hálózata végez időjárási állomásokés minden kontinensen és számos szigeten található posztok. A napi megfigyelések a levegő hőmérsékletéről és páratartalmáról, légköri nyomásról és csapadékról, felhőzetről, szélről stb. adnak tájékoztatást. A napsugárzás és átalakulásainak megfigyelése aktinometriai állomásokon történik. A légkör vizsgálata szempontjából nagy jelentőséggel bírnak az aerológiai állomások hálózatai, amelyeken 30-35 km magasságig végeznek meteorológiai méréseket rádiószondákkal. Számos állomáson megfigyelik a légköri ózont, a légkör elektromos jelenségeit és a levegő kémiai összetételét.

A földi állomások adatait kiegészítik az óceánokon végzett megfigyelések, ahol „időjárási hajók” működnek, folyamatosan elhelyezve a Világóceán bizonyos területein, valamint a kutató- és egyéb hajóktól kapott meteorológiai információk.

Az elmúlt évtizedekben egyre több információt szereztek a légkörről meteorológiai műholdak segítségével, amelyeken felhők fényképezésére és a Nap ultraibolya, infravörös és mikrohullámú sugárzásának áramlásának mérésére szolgáló műszerek vannak. A műholdak lehetővé teszik a hőmérséklet függőleges profiljairól, a felhőzetről és annak vízellátásáról, a légkör sugárzási egyensúlyának elemeiről, az óceán felszínének hőmérsékletéről stb. vonatkozó információk beszerzését. A navigációs műholdak rendszeréből származó rádiójelek fénytörésének mérésével Meghatározható a sűrűség, nyomás és hőmérséklet függőleges profilja, valamint a légkör nedvességtartalma. A műholdak segítségével lehetővé vált a Föld szoláris állandójának és bolygóalbedójának értékének tisztázása, a Föld-légkör rendszer sugárzási egyensúlyának térképek készítése, a kis légköri szennyező anyagok mennyiségének és változékonyságának mérése, megoldása. számos más légkörfizikai és környezeti megfigyelési probléma.

Lit.: Budyko M.I. Klíma a múltban és a jövőben. L., 1980; Matveev L. T. Általános meteorológia tanfolyam. Légkörfizika. 2. kiadás L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. A légkör története. L., 1985; Khrgian A. Kh. Légkörfizika. M., 1986; Atmoszféra: Címtár. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorológia és klimatológia. 5. kiadás M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaiceva.