Dünya atmosferinin kimyasal bileşimi. Dünya atmosferinin yüzde olarak bileşimi. Atmosferin dikey yapısı

Atmosfer çeşitli gazların karışımıdır. Dünya yüzeyinden 900 km yüksekliğe kadar uzanır, gezegeni güneş ışınlarının zararlı spektrumundan korur ve gezegendeki tüm yaşam için gerekli gazları içerir. Atmosfer güneşten gelen ısıyı hapseder, dünya yüzeyini ısıtır ve uygun bir iklim yaratır.

Atmosfer bileşimi

Dünyanın atmosferi esas olarak iki gazdan oluşur: nitrojen (%78) ve oksijen (%21). Ayrıca karbondioksit ve diğer gazların safsızlıklarını da içerir. atmosferde buhar, bulutlardaki nem damlacıkları ve buz kristalleri şeklinde bulunur.

Atmosferin katmanları

Atmosfer, aralarında net sınırların bulunmadığı birçok katmandan oluşur. Farklı katmanların sıcaklıkları birbirinden önemli ölçüde farklıdır.

Havasız manyetosfer. Burası Dünya uydularının çoğunun Dünya atmosferinin dışına uçtuğu yerdir. Ekzosfer (yüzeyden 450-500 km). Neredeyse hiç gaz yok. Bazı hava durumu uyduları ekzosferde uçuyor. Termosfer (80-450 km), üst katmanda 1700°C'ye ulaşan yüksek sıcaklıklarla karakterize edilir. Mezosfer (50-80 km). Bu bölgede rakım arttıkça sıcaklık düşer. Atmosfere giren meteorların çoğunun (uzay kaya parçaları) yandığı yer burasıdır. Stratosfer (15-50 km). Ozon tabakasını, yani Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonu emen bir ozon tabakasını içerir. Bu, Dünya yüzeyine yakın sıcaklıkların artmasına neden olur. Jet uçakları genellikle buraya uçuyor çünkü Bu katmanda görüş çok iyi olup, hava şartlarından kaynaklanan müdahaleler neredeyse yoktur. Troposfer. Yüksekliği dünya yüzeyinden 8 ila 15 km arasında değişmektedir. Gezegenin hava durumu burada oluşuyor, çünkü Bu katman en fazla su buharını, tozu ve rüzgarı içerir. Sıcaklık dünya yüzeyinden uzaklaştıkça azalır.

Atmosfer basıncı

Biz hissetmesek de atmosferin katmanları Dünya yüzeyine baskı uygular. Yüzeye yakın yerlerde en yüksektir ve ondan uzaklaştıkça giderek azalır. Kara ve okyanus arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır ve bu nedenle deniz seviyesinden aynı yükseklikte bulunan bölgelerde genellikle farklı basınçlar vardır. Düşük basınç yağışlı havayı getirirken, yüksek basınç genellikle açık havayı getirir.

Atmosferdeki hava kütlelerinin hareketi

Ve basınçlar atmosferin alt katmanlarını karışmaya zorlar. Bölgelerden esen rüzgarlar böyle doğar yüksek basınç alçak bölgede. Birçok bölgede kara ile deniz arasındaki sıcaklık farkından dolayı yerel rüzgarlar da ortaya çıkar. Dağların rüzgarların yönü üzerinde de önemli bir etkisi vardır.

Sera etkisi

Dünyanın atmosferini oluşturan karbondioksit ve diğer gazlar güneşten gelen ısıyı hapseder. Bu süreç, birçok açıdan seralardaki ısının dolaşımını anımsattığı için genellikle sera etkisi olarak adlandırılıyor. Sera etkisi gezegende küresel ısınmaya neden oluyor. Yüksek basınç alanlarında - antisiklonlar - açık güneşli havalar başlar. Alçak basınç alanları (siklonlar) genellikle dengesiz hava koşullarına maruz kalır. Isı ve ışık atmosfere giriyor. Gazlar dünya yüzeyinden yansıyan ısıyı hapseder ve böylece Dünya'nın sıcaklığının artmasına neden olur.

Stratosferde özel bir ozon tabakası vardır. Ozon, güneşin ultraviyole radyasyonunun çoğunu engelleyerek Dünya'yı ve üzerindeki tüm yaşamı ondan korur. Bilim adamları, ozon tabakasının tahrip edilmesinin nedeninin, bazı aerosollerde ve soğutma ekipmanlarında bulunan özel kloroflorokarbon dioksit gazları olduğunu bulmuşlardır. Kuzey Kutbu ve Antarktika'da, ozon tabakasında devasa delikler keşfedildi ve bu, Dünya yüzeyini etkileyen ultraviyole radyasyon miktarındaki artışa katkıda bulundu.

Ozon, atmosferin alt kısmında, güneş ışınımı ile çeşitli egzoz dumanları ve gazlarının bir araya gelmesi sonucu oluşur. Genellikle atmosfer boyunca dağılır, ancak bir katmanın altındaysa sıcak hava kapalı bir soğuk tabaka oluşur, ozon yoğunlaşır ve duman oluşur. Ne yazık ki bu, ozon deliklerinde kaybedilen ozonun yerini alamaz.

Bu uydu fotoğrafında Antarktika üzerindeki ozon tabakasındaki delik açıkça görülüyor. Deliğin boyutu değişiklik gösteriyor ancak bilim insanları onun sürekli büyüdüğüne inanıyor. Atmosferdeki egzoz gazlarının seviyesini azaltmak için çalışmalar yapılıyor. Şehirlerde hava kirliliği azaltılmalı ve dumansız yakıtlar kullanılmalıdır. Duman birçok insanda göz tahrişine ve boğulmaya neden olur.

Dünya atmosferinin ortaya çıkışı ve evrimi

Dünyanın modern atmosferi uzun evrimsel gelişimin sonucudur. Jeolojik faktörlerin ve organizmaların hayati aktivitesinin birleşik eylemlerinin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Jeolojik tarih boyunca dünyanın atmosferi birçok derin değişime uğramıştır. Jeolojik verilere ve teorik önermelere dayanarak, yaklaşık 4 milyar yıl önce var olan genç Dünya'nın ilkel atmosferi, küçük bir pasif nitrojen ilavesi ile inert ve asal gazların bir karışımından oluşabilir (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Şu anda, erken atmosferin bileşimi ve yapısına ilişkin görüş biraz değişti. En erken proto-gezegensel aşamada birincil atmosfer (proto-atmosfer), yani 4,2 milyardan daha eski yıllar boyunca metan, amonyak ve karbondioksit karışımından oluşabilir.Mantonun gazdan arındırılması ve dünya yüzeyinde meydana gelen aktif hava koşulları sonucunda su buharı, CO2 ve CO formundaki karbon bileşikleri, kükürt ve onun bileşiklerin yanı sıra güçlü halojen asitler - HCI, HF, HI ve borik asit atmosferdeki metan, amonyak, hidrojen, argon ve diğer bazı soylu gazlarla desteklenmiştir. Bu ilkel atmosfer son derece incelikliydi. Bu nedenle dünya yüzeyindeki sıcaklık, ışınımsal denge sıcaklığına yakındı (A.S. Monin, 1977).

Zamanla, birincil atmosferin gaz bileşimi, dünya yüzeyinde çıkıntı yapan kayaların ayrışma süreçlerinin, siyanobakterilerin ve mavi-yeşil alglerin aktivitesinin, volkanik süreçlerin ve güneş ışığının etkisinin etkisi altında değişmeye başladı. Bu, metanın karbondioksite, amonyağın nitrojen ve hidrojene ayrışmasına yol açtı; Yavaş yavaş dünya yüzeyine çöken karbondioksit ve ikincil atmosferde nitrojen birikmeye başladı. Mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesi sayesinde, fotosentez sürecinde oksijen üretilmeye başlandı, ancak bu başlangıçta esas olarak “atmosferik gazların ve ardından kayaların oksidasyonu için harcandı. Aynı zamanda moleküler nitrojene oksitlenen amonyak atmosferde yoğun bir şekilde birikmeye başladı. Modern atmosferde önemli miktarda nitrojenin kalıntı olduğu varsayılmaktadır. Metan ve karbon monoksit karbondioksite oksitlendi. Kükürt ve hidrojen sülfür, yüksek hareketlilikleri ve hafiflikleri nedeniyle atmosferden hızla uzaklaştırılan SO2 ve SO3'e oksitlendi. Böylece, Archean ve Erken Proterozoyik'te olduğu gibi indirgeyici bir atmosferden gelen atmosfer, yavaş yavaş oksitleyici bir atmosfere dönüştü.

Karbondioksit, hem metanın oksidasyonu hem de mantonun gazının alınması ve kayaların aşınması sonucu atmosfere girdi. Dünyanın tüm tarihi boyunca salınan tüm karbondioksitin atmosferde kalması durumunda, şu andaki kısmi basıncı Venüs'teki ile aynı olabilir (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ancak Dünya'da tam tersi bir süreç işliyordu. Atmosferdeki karbondioksitin önemli bir kısmı, hidrobiyontlar tarafından kabuklarını oluşturmak için kullanıldığı ve biyojenik olarak karbonatlara dönüştürüldüğü hidrosferde çözüldü. Daha sonra bunlardan kalın kemojenik ve organojenik karbonat tabakaları oluştu.

Oksijen atmosfere üç kaynaktan girdi. Uzun bir süre, Dünya'nın ortaya çıktığı andan itibaren, mantonun gazının giderilmesi sırasında serbest bırakıldı ve esas olarak oksidatif süreçlere harcandı.Bir başka oksijen kaynağı da, su buharının sert ultraviyole güneş ışınımıyla foto ayrışmasıydı. Görünümler; Atmosferdeki serbest oksijen, indirgeyici koşullarda yaşayan prokaryotların çoğunun ölümüne yol açtı. Prokaryotik organizmalar yaşam alanlarını değiştirdi. Dünyanın yüzeyini derinliklerine ve iyileşme koşullarının hala devam ettiği alanlara bıraktılar. Bunların yerini enerjik olarak karbondioksiti oksijene dönüştürmeye başlayan ökaryotlar aldı.

Archean döneminde ve Proterozoyik'in önemli bir bölümünde, hem abiojenik hem de biyojenik yollarla ortaya çıkan oksijenin neredeyse tamamı, esas olarak demir ve kükürtün oksidasyonu için harcandı. Proterozoyik'in sonunda, dünya yüzeyinde bulunan tüm metalik iki değerlikli demir ya oksitlendi ya da dünyanın çekirdeğine taşındı. Bu, erken Proterozoik atmosferdeki kısmi oksijen basıncının değişmesine neden oldu.

Proterozoyik'in ortasında atmosferdeki oksijen konsantrasyonu Jüri noktasına ulaştı ve modern seviyelerin %0,01'ine ulaştı. Bu zamandan itibaren atmosferde oksijen birikmeye başladı ve muhtemelen Riphean'ın sonunda içeriği Pasteur noktasına ulaştı (modern seviyenin% 0,1'i). Ozon tabakasının Vendian döneminde ortaya çıkmış ve hiçbir zaman yok olmamış olması mümkündür.

Dünya atmosferinde serbest oksijenin ortaya çıkışı, yaşamın evrimini teşvik etti ve daha gelişmiş metabolizmaya sahip yeni formların ortaya çıkmasına yol açtı. Proterozoyik'in başlangıcında ortaya çıkan daha önceki ökaryotik tek hücreli algler ve siyane, sudaki modern konsantrasyonunun yalnızca 10-3'ü kadar bir oksijen içeriğine ihtiyaç duyuyorsa, o zaman Erken Vendian'ın sonunda iskeletsiz Metazoa'nın ortaya çıkmasıyla, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce atmosferdeki oksijen konsantrasyonunun önemli ölçüde daha yüksek olması gerekir. Sonuçta Metazoa oksijen solunumunu kullanıyordu ve bu, kısmi oksijen basıncının kritik bir seviyeye, Pasteur noktasına ulaşmasını gerektiriyordu. Bu durumda, anaerobik fermantasyon sürecinin yerini enerji açısından daha umut verici ve ilerleyen bir oksijen metabolizması aldı.

Bundan sonra, dünya atmosferinde oldukça hızlı bir şekilde daha fazla oksijen birikmesi meydana geldi. Mavi-yeşil alglerin hacmindeki giderek artan artış, hayvanlar dünyasının yaşam desteği için gerekli olan atmosferdeki oksijen seviyesinin elde edilmesine katkıda bulundu. Yaklaşık 450 milyon yıl önce, bitkilerin karaya ulaştığı andan itibaren atmosferdeki oksijen içeriğinde belirli bir stabilizasyon meydana geldi. Silüriyen döneminde bitkilerin karaya çıkışı, atmosferdeki oksijen seviyelerinin nihai olarak stabil hale gelmesine yol açtı. O andan itibaren konsantrasyonu oldukça dar sınırlar içinde dalgalanmaya başladı ve hiçbir zaman yaşamın varlığının sınırlarını aşmadı. Atmosferdeki oksijen konsantrasyonu, çiçekli bitkilerin ortaya çıkışından bu yana tamamen sabitlendi. Bu olay Kretase döneminin ortasında meydana geldi, yani. yaklaşık 100 milyon yıl önce.

Azotun büyük kısmı, esas olarak amonyağın ayrışması nedeniyle Dünya'nın gelişiminin ilk aşamalarında oluşmuştur. Organizmaların ortaya çıkmasıyla birlikte atmosferik nitrojenin organik maddeye bağlanması ve deniz çökeltilerine gömülmesi süreci başladı. Organizmalar karaya ulaştıktan sonra nitrojen kıtasal çökeltilere gömülmeye başladı. Serbest nitrojenin işlenmesi süreçleri özellikle kara bitkilerinin ortaya çıkışıyla yoğunlaştı.

Kriptozoik ve Fanerozoik dönemeçte, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce, atmosferdeki karbondioksit içeriği yüzde onda biri kadar azalmış ve modern seviyeye yakın bir içeriğe ancak yakın zamanda, yaklaşık 10-20 milyon yıl içinde ulaşmıştı. evvel.

Böylece atmosferin gaz bileşimi, organizmalara yaşam alanı sağladığı gibi, onların yaşam aktivitelerinin özelliklerini de belirleyerek yerleşime ve evrime katkıda bulunmuştur. Hem kozmik hem de gezegensel nedenlerden dolayı, atmosferdeki gaz bileşiminin organizmalar için uygun dağılımında ortaya çıkan bozulmalar, Kriptozoik sırasında ve Fanerozoik tarihinin belirli sınırlarında defalarca meydana gelen organik dünyanın kitlesel yok oluşlarına yol açtı.

Atmosferin etnosferik fonksiyonları

Dünyanın atmosferi gerekli maddeleri, enerjiyi sağlar ve metabolik süreçlerin yönünü ve hızını belirler. Modern atmosferin gaz bileşimi yaşamın varlığı ve gelişimi için idealdir. Hava ve iklimin oluştuğu alan olan atmosferin, insanların, hayvanların ve bitki örtüsünün yaşamı için konforlu koşullar yaratması gerekir. Kalitede bir yönde veya başka bir yönde sapmalar atmosferik hava ve hava koşulları hayvanın yaşamı için aşırı koşullar yaratır ve bitki örtüsü insanlar için olanlar da dahil.

Dünya'nın atmosferi yalnızca insanlığın varoluş koşullarını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda etnosferin evrimindeki ana faktördür. Aynı zamanda üretim için enerji ve hammadde kaynağı olarak ortaya çıkıyor. Genel olarak atmosfer insan sağlığını koruyan bir faktör olup, bazı alanlar fiziki-coğrafi koşullar ve atmosferik hava kalitesi nedeniyle rekreasyon alanı olarak hizmet vermekte olup, insanların sanatoryum-tatil tedavisi ve rekreasyonuna yönelik alanlardır. Dolayısıyla atmosfer estetik ve duygusal etki faktörüdür.

Oldukça yakın zamanda tanımlanan atmosferin etnosfer ve teknosfer fonksiyonları (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), bağımsız ve derinlemesine bir çalışma gerektirir. Bu nedenle, atmosferik enerji fonksiyonlarının hem hasara neden olan süreçlerin oluşumu hem de eylemi açısından incelenmesi çok önemlidir. çevre ve insanların sağlığı ve refahı üzerindeki etki açısından. Bu durumda, siklonların ve antisiklonların enerjisinden, atmosferik girdaplardan, atmosferik basınçtan ve diğer aşırı atmosferik olaylardan bahsediyoruz; bunların etkili kullanımı, çevreyi kirletmeyen alternatif enerji kaynakları elde etme sorununun başarılı çözümüne katkıda bulunacaktır. çevre. Sonuçta hava ortamı, özellikle de Dünya Okyanusunun üzerinde bulunan kısmı, muazzam miktarda serbest enerjinin açığa çıktığı bir alandır.

Örneğin ortalama kuvvetteki tropikal siklonların, Hiroşima ve Nagazaki'ye bir günde atılan 500 bin atom bombasının enerjisine eşdeğer enerji açığa çıkardığı tespit edilmiştir. Böyle bir kasırganın ortaya çıkmasından sonraki 10 gün içinde, Amerika gibi bir ülkenin 600 yıllık enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek kadar enerji açığa çıkar.

Son yıllarda doğa bilimlerindeki bilim insanlarının şu ya da bu şekilde konuyla ilgili çok sayıda eseri yayımlandı. farklı taraflar Modern doğa bilimlerinde disiplinler arası etkileşimlerin yoğunlaştığını gösteren, atmosferin dünya süreçleri üzerindeki etkinliği ve etkisi. Aynı zamanda, jeoekolojideki işlevsel-ekolojik yöne dikkat etmemiz gereken bazı yönlerin bütünleştirici rolü de ortaya çıkıyor.

Bu yön, çeşitli jeosferlerin ekolojik işlevleri ve gezegensel rolü üzerine analiz ve teorik genellemeyi teşvik eder ve bu da gezegenimizin bütünsel incelenmesi, rasyonel kullanımı ve korunması için metodolojinin ve bilimsel temellerin geliştirilmesi için önemli bir önkoşuldur. doğal kaynakları.

Dünya'nın atmosferi birkaç katmandan oluşur: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, iyonosfer ve ekzosfer. Troposferin üst kısmında ve stratosferin alt kısmında ozon kalkanı adı verilen, ozonla zenginleştirilmiş bir katman bulunur. Ozonun dağılımında belirli (günlük, mevsimsel, yıllık vb.) modeller oluşturulmuştur. Atmosfer, kökeninden bu yana gezegensel süreçlerin gidişatını etkilemiştir. Atmosferin birincil bileşimi günümüzden tamamen farklıydı, ancak zamanla moleküler nitrojenin payı ve rolü giderek arttı, yaklaşık 650 milyon yıl önce miktarı sürekli artan serbest oksijen ortaya çıktı, ancak karbondioksit konsantrasyonu buna bağlı olarak azaldı. Atmosferin yüksek hareketliliği, gaz bileşimi ve aerosollerin varlığı, çeşitli jeolojik ve biyosfer süreçlerindeki olağanüstü rolünü ve aktif katılımını belirler. Yeniden dağıtımda atmosferin rolü büyüktür Güneş enerjisi ve yıkıcı doğal olayların ve afetlerin gelişimi. Olumsuz etki Açık organik dünya ve doğal sistemler atmosferik girdaplardan - kasırgalar (kasırgalar), kasırgalar, tayfunlar, kasırgalar ve diğer olaylardan etkilenir. Kirliliğin ana kaynakları doğal faktörlerle birlikte çeşitli şekiller insan ekonomik faaliyeti. Atmosfer üzerindeki antropojenik etkiler yalnızca çeşitli aerosollerin ve sera gazları, aynı zamanda su buharı miktarının artmasıyla da kendini duman ve asit yağmuru şeklinde gösterir. Sera gazları Dünya yüzeyinin sıcaklık rejimini değiştirir, belirli gazların emisyonları ozon perdesinin hacmini azaltır ve ozon deliklerinin oluşumuna katkıda bulunur. Dünya atmosferinin etnosferik rolü büyüktür.

Atmosferin doğal süreçlerdeki rolü

Litosfer ile uzay arasındaki ara durumdaki yüzey atmosferi ve gaz bileşimi, organizmaların yaşamı için koşullar yaratır. Aynı zamanda, kayaların ayrışması ve tahribatının yoğunluğu, kırıntılı malzemenin taşınması ve birikmesi, yağış miktarına, niteliğine ve sıklığına, rüzgarların sıklığına ve gücüne ve özellikle hava sıcaklığına bağlıdır. Atmosfer, iklim sisteminin merkezi bir bileşenidir. Hava sıcaklığı ve nem, bulutluluk ve yağış, rüzgar - tüm bunlar hava durumunu, yani atmosferin sürekli değişen durumunu karakterize eder. Aynı bileşenler aynı zamanda iklimi, yani ortalama uzun vadeli hava rejimini de karakterize eder.

Aerosol parçacıkları (kül, toz, su buharı parçacıkları) adı verilen gazların bileşimi, bulutların ve çeşitli yabancı maddelerin varlığı, güneş ışınımının atmosferden geçiş özelliklerini belirler ve Dünya'nın termal radyasyonunun kaçmasını engeller. uzaya.

Dünyanın atmosferi oldukça hareketlidir. İçinde ortaya çıkan süreçler ve gaz bileşimindeki, kalınlığındaki, bulanıklığından, şeffaflığından ve içindeki bazı aerosol parçacıklarının varlığındaki değişiklikler hem havayı hem de iklimi etkiler.

Doğal süreçlerin etkisi ve yönü ile Dünya üzerindeki yaşam ve aktivite güneş ışınımı tarafından belirlenir. Dünya yüzeyine sağlanan ısının %99,98'ini sağlar. Her yıl bu 134*1019 kcal'a tekabül ediyor. Bu miktarda ısı 200 milyar ton kömürün yakılmasıyla elde edilebilmektedir. Göre, Güneş'in kütlesindeki bu termonükleer enerji akışını yaratan hidrojen rezervleri yeterlidir. en azından 10 milyar yıl daha, yani gezegenimizin ve kendisinin var olduğu sürenin iki katı kadar bir süre boyunca.

Atmosferin üst sınırına ulaşan toplam güneş enerjisi miktarının yaklaşık 1/3'ü uzaya geri yansıtılır, %13'ü ozon tabakası tarafından emilir (neredeyse tüm ultraviyole radyasyon dahil). %7'si atmosferin geri kalanıdır ve yalnızca %44'ü dünya yüzeyine ulaşır. Dünya'ya günde ulaşan toplam güneş ışınımı, insanlığın son bin yılda her türlü yakıtın yakılması sonucu aldığı enerjiye eşittir.

Güneş ışınımının dünya yüzeyindeki dağılımının miktarı ve niteliği, atmosferin bulutluluğuna ve şeffaflığına yakından bağlıdır. Saçılan radyasyon miktarı, Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğinden, atmosferin şeffaflığından, su buharı içeriğinden, tozdan, toplam karbondioksit miktarından vb. etkilenir.

Dağınık radyasyonun maksimum miktarı kutup bölgelerine ulaşır. Güneş ufkun üzerinde ne kadar alçaksa, arazinin belirli bir alanına o kadar az ısı girer.

Atmosferin şeffaflığı ve bulutluluğu büyük önem taşımaktadır. Bulutlu bir yaz gününde hava genellikle açık olandan daha soğuktur, çünkü gündüz bulutluluğu dünya yüzeyinin ısınmasını engeller.

Atmosferin tozlu olması ısının dağılımında önemli rol oynar. İçinde bulunan ve şeffaflığını etkileyen ince dağılmış katı toz ve kül parçacıkları, çoğu yansıtılan güneş ışınımının dağılımını olumsuz etkiler. İnce parçacıklar atmosfere iki şekilde girer: ya volkanik patlamalar sırasında yayılan kül ya da kurak tropik ve subtropikal bölgelerden gelen rüzgarlarla taşınan çöl tozu. Özellikle kuraklık sırasında, sıcak hava akımları onu atmosferin üst katmanlarına taşıdığında ve orada uzun süre kalabildiğinde bu tür tozların çoğu oluşur. 1883 yılında Krakatoa Yanardağı'nın patlamasından sonra atmosfere onlarca kilometre atılan tozlar yaklaşık 3 yıl boyunca stratosferde kaldı. 1985 yılında El Chichon Yanardağı'nın (Meksika) patlaması sonucunda toz Avrupa'ya ulaştı ve bu nedenle yüzey sıcaklıklarında bir miktar düşüş yaşandı.

Dünya atmosferi değişen miktarlarda su buharı içerir. Ağırlık veya hacim olarak mutlak anlamda miktarı %2 ila %5 arasında değişir.

Su buharı da karbondioksit gibi sera etkisini artırır. Atmosferde oluşan bulutlarda ve sislerde kendine özgü fiziksel ve kimyasal süreçler meydana gelir.

Atmosfere su buharının ana kaynağı Dünya Okyanusunun yüzeyidir. Her yıl 95 ila 110 cm kalınlığında bir su tabakası buharlaşır, nemin bir kısmı yoğunlaştıktan sonra okyanusa geri döner, diğeri ise hava akımları tarafından kıtalara doğru yönlendirilir. Değişken nemli iklime sahip bölgelerde yağış toprağı nemlendirir, nemli iklimlerde ise yeraltı suyu rezervleri oluşturur. Bu nedenle atmosfer, nem biriktirici ve yağış deposudur. atmosferde oluşan sisler toprak örtüsüne nem sağlayarak flora ve faunanın gelişmesinde belirleyici rol oynar.

Atmosferin hareketliliği nedeniyle atmosferik nem dünya yüzeyine dağılır. Çok karmaşık bir rüzgar ve basınç dağılımı sistemi ile karakterize edilir. Atmosferin sürekli hareket halinde olması nedeniyle rüzgar akışlarının ve basıncın dağılımının doğası ve ölçeği sürekli değişmektedir. Dolaşımın ölçeği, yalnızca birkaç yüz metrelik mikrometeorolojik ölçekten, onbinlerce kilometrelik küresel ölçeğe kadar değişmektedir. Büyük atmosferik girdaplar, büyük ölçekli hava akımları sistemlerinin oluşturulmasına katılır ve atmosferin genel dolaşımını belirler. Ek olarak, bunlar felaket niteliğindeki atmosferik olayların kaynaklarıdır.

Hava ve iklim koşullarının dağılımı ve canlıların işleyişi atmosfer basıncına bağlıdır. Atmosfer basıncı küçük sınırlar içinde dalgalanırsa insanların refahı ve hayvanların davranışlarında belirleyici bir rol oynamaz ve bitkilerin fizyolojik fonksiyonlarını etkilemez. Basınçtaki değişiklikler genellikle ön olaylar ve hava değişiklikleriyle ilişkilidir.

Rölyef oluşturan bir faktör olan, hayvanlar ve bitkiler dünyası üzerinde güçlü bir etkiye sahip olan rüzgarın oluşumu için atmosferik basınç temel öneme sahiptir.

Rüzgar bitki büyümesini bastırabilir ve aynı zamanda tohum transferini teşvik edebilir. Rüzgârın hava ve iklim koşullarının şekillenmesindeki rolü büyüktür. Aynı zamanda düzenleyici görevi de görür deniz akıntıları. Rüzgar, dış etkenlerden biri olarak, uzun mesafelerde aşınmış malzemenin aşınmasına ve sönmesine katkıda bulunur.

Atmosfer süreçlerinin ekolojik ve jeolojik rolü

İçinde aerosol parçacıklarının ve katı tozun ortaya çıkması nedeniyle atmosferin şeffaflığının azalması, güneş ışınımının dağılımını etkileyerek albedoyu veya yansıtmayı artırır. Ozonun ayrışmasına ve su buharından oluşan “inci” bulutlarının oluşmasına neden olan çeşitli kimyasal reaksiyonlar aynı sonuca yol açar. Küresel değişim Yansımanın yanı sıra atmosferin gaz bileşimindeki, özellikle de sera gazlarındaki değişiklikler, iklim değişikliğinin nedenidir.

Dünya yüzeyinin farklı kısımlarında atmosferik basınçta farklılıklara neden olan eşit olmayan ısınma, troposferin ayırt edici özelliği olan atmosferik dolaşıma yol açar. Basınçta bir fark oluştuğunda hava alanlardan dışarı fırlar yüksek tansiyon alçak basınç alanına. Hava kütlelerinin bu hareketleri nem ve sıcaklıkla birlikte atmosferik süreçlerin temel ekolojik ve jeolojik özelliklerini belirler.

Rüzgâr hızına bağlı olarak farklı sonuçlar üretir. jeolojik çalışma. 10 m/s hızla kalın ağaç dallarını sallayarak tozu ve ince kumu kaldırıp taşıyor; 20 m/s hızla ağaç dallarını kırar, kum ve çakıl taşır; 30 m/s (fırtına) hızıyla evlerin çatılarını söker, ağaçları söker, direkleri kırar, çakıl taşlarını hareket ettirir ve küçük molozları taşır, 40 m/s hızındaki kasırga rüzgarı evleri yok eder, elektrikleri kırar ve yerle bir eder. hat direkleri, büyük ağaçları söker.

Fırtınalar ve kasırgalar (kasırgalar) - sıcak mevsimde güçlü atmosferik cephelerde ortaya çıkan, hızı 100 m/s'ye varan atmosferik girdaplar, felaketle sonuçlanacak büyük bir olumsuz çevresel etkiye sahiptir. Kasırgalar, kasırga rüzgar hızlarına (60-80 m/s'ye kadar) sahip yatay kasırgalardır. Bunlara genellikle birkaç dakikadan yarım saate kadar süren şiddetli sağanak ve gök gürültülü sağanak yağışlar eşlik ediyor. Fırtınalar 50 km genişliğe kadar alanları kaplar ve 200-250 km mesafe kat eder. 1998 yılında Moskova ve Moskova bölgesinde yaşanan fırtına birçok evin çatısına zarar verdi ve ağaçları devirdi.

Kuzey Amerika'da kasırga olarak adlandırılan kasırgalar, genellikle fırtına bulutlarıyla ilişkilendirilen, huni şeklindeki güçlü atmosferik girdaplardır. Bunlar, birkaç on ila yüzlerce metre çapında, ortada sivrilen hava sütunlarıdır. Kasırga, bir filin hortumuna çok benzeyen, bulutlardan inen veya dünya yüzeyinden yükselen bir huni görünümüne sahiptir. Güçlü seyrekliğe sahip olmak ve yüksek hız Kasırga birkaç yüz kilometreye kadar yol kat ederek toz ve rezervuarlardan su çeker. çesitli malzemeler. Güçlü kasırgalara gök gürültülü fırtınalar, yağmur eşlik eder ve büyük bir yıkıcı güce sahiptirler.

Kasırgalar, havanın sürekli soğuk veya sıcak olduğu subpolar veya ekvator bölgelerinde nadiren meydana gelir. Açık okyanusta çok az kasırga var. Kasırgalar Avrupa, Japonya, Avustralya, ABD'de meydana gelir ve Rusya'da özellikle Orta Kara Dünya bölgesinde, Moskova, Yaroslavl, Nizhny Novgorod ve Ivanovo bölgelerinde sık görülür.

Kasırgalar arabaları, evleri, yük arabalarını ve köprüleri kaldırır ve hareket ettirir. Amerika Birleşik Devletleri'nde özellikle yıkıcı kasırgalar gözleniyor. Her yıl 450 ile 1500 arasında kasırga meydana geliyor ve ortalama ölüm oranı yaklaşık 100 kişi oluyor. Kasırgalar hızlı etkili, yıkıcı atmosferik süreçlerdir. Sadece 20-30 dakikada oluşurlar ve ömürleri 30 dakikadır. Bu nedenle kasırgaların zamanını ve yerini tahmin etmek neredeyse imkansızdır.

Diğer yıkıcı fakat uzun ömürlü atmosferik girdaplar ise siklonlardır. Belirli koşullar altında hava akışlarının dairesel hareketinin ortaya çıkmasına katkıda bulunan basınç farkı nedeniyle oluşurlar. Atmosferdeki girdaplar, nemli sıcak havanın güçlü yükselen akımları etrafında oluşur. yüksek hız Güney yarımkürede saat yönünde, kuzey yarımkürede ise saat yönünün tersine dönerler. Kasırgaların aksine kasırgalar okyanuslardan kaynaklanır ve kıtalar üzerinde yıkıcı etkiler yaratır. Başlıca yıkıcı faktörler kuvvetli rüzgarlar, kar yağışı şeklinde yoğun yağışlar, sağanak yağışlar, dolu ve taşkınlardır. Hızı 19 - 30 m/s olan rüzgarlar fırtına, 30 - 35 m/s arası fırtına ve 35 m/s'den fazla olan rüzgarlar kasırga oluşturur.

Tropikal siklonlar - kasırgalar ve tayfunlar - ortalama birkaç yüz kilometre genişliğe sahiptir. Kasırga içindeki rüzgar hızı kasırga kuvvetine ulaşır. Tropikal siklonlar birkaç günden birkaç haftaya kadar sürer ve 50 ila 200 km/saat hıza ulaşır. Orta enlem siklonlarının çapı daha büyüktür. Enine boyutları bin ila birkaç bin kilometre arasında değişmektedir ve rüzgar hızı fırtınalıdır. Kuzey yarımkürede batıdan hareket ediyorlar ve buna doğası gereği felaket olan dolu ve kar yağışı da eşlik ediyor. Kurbanların sayısı ve verilen hasar açısından kasırgalar ve bunlara bağlı kasırgalar ve tayfunlar, sellerden sonra meydana gelen en büyük doğal atmosferik olaylardır. Asya'nın yoğun nüfuslu bölgelerinde kasırgalardan ölenlerin sayısı binlerce. 1991 yılında Bangladeş'te 6 metre yüksekliğinde deniz dalgalarının oluşmasına neden olan kasırgada 125 bin kişi hayatını kaybetmişti. Tayfunlar ABD'ye büyük zarar veriyor. Aynı zamanda onlarca, yüzlerce insan ölüyor. Batı Avrupa'da kasırgalar daha az hasara neden oluyor.

Fırtınalar yıkıcı bir atmosferik olay olarak kabul edilir. Sıcak, nemli hava çok hızlı yükseldiğinde ortaya çıkarlar. Tropikal ve subtropikal bölgelerin sınırında, yılda 90-100 gün, ılıman bölgede ise 10-30 gün gök gürültülü fırtınalar meydana gelir. Bizim ülkemizde en büyük sayı Kuzey Kafkasya'da fırtınalar meydana geliyor.

Fırtınalar genellikle bir saatten az sürer. Şiddetli sağanak yağışlar, dolu, yıldırım çarpmaları, sert rüzgarlar ve dikey hava akımları özellikle tehlikelidir. Dolu tehlikesi dolu tanelerinin büyüklüğüne göre belirlenir. Kuzey Kafkasya'da dolu kütlesi bir zamanlar 0,5 kg'a ulaştı ve Hindistan'da 7 kg ağırlığında dolu taneleri kaydedildi. Ülkemizde kentsel açıdan en tehlikeli alanlar Kuzey Kafkasya'da bulunmaktadır. Temmuz 1992'de dolu, Mineralnye Vody havaalanında 18 uçağa zarar verdi.

Tehlikeli olana atmosferik olaylar yıldırım içerir. İnsanları ve hayvanları öldürüyor, yangınlara neden oluyor ve elektrik şebekesine zarar veriyorlar. Dünya çapında her yıl yaklaşık 10.000 kişi fırtınalardan ve bunların sonuçlarından dolayı ölmektedir. Üstelik Afrika, Fransa ve ABD'nin bazı bölgelerinde yıldırım kurbanlarının sayısı diğer doğa olaylarından daha fazla. Amerika Birleşik Devletleri'nde fırtınaların yıllık ekonomik zararı en az 700 milyon dolardır.

Kuraklık çöl, bozkır ve orman-bozkır bölgeleri için tipiktir. Yağış eksikliği toprağın kurumasına, yeraltı suyu seviyesinin azalmasına ve rezervuarların tamamen kurumasına neden olur. Nem eksikliği bitki örtüsünün ve mahsullerin ölümüne yol açar. Kuraklık özellikle Afrika, Yakın ve Orta Doğu, Orta Asya ve Kuzey Amerika'nın güneyinde şiddetlidir.

Kuraklık, insanın yaşam koşullarını değiştirir ve toprağın tuzlanması, kuru rüzgarlar, toz fırtınaları, toprak erozyonu ve orman yangınları gibi süreçlerle doğal çevre üzerinde olumsuz etkiye sahiptir. Yangınlar özellikle tayga bölgelerinde, tropik ve subtropikal ormanlarda ve savanlarda kuraklık sırasında şiddetli oluyor.

Kuraklık bir sezon süren kısa süreli süreçlerdir. Kuraklık iki mevsimden fazla sürdüğünde kıtlık ve kitlesel ölüm tehlikesi ortaya çıkar. Tipik olarak kuraklık bir veya daha fazla ülkenin topraklarını etkiler. Trajik sonuçlara yol açan uzun süreli kuraklıklar özellikle Afrika'nın Sahel bölgesinde sıklıkla yaşanıyor.

Kar yağışları, kısa süreli şiddetli yağışlar ve uzun süreli kalıcı yağmurlar gibi atmosferik olaylar büyük hasara neden olur. Kar yağışları dağlarda büyük çığlara neden olurken, yağan karların hızla erimesi ve uzun süreli yağışlar su baskınlarına neden oluyor. Özellikle ağaçsız alanlarda yeryüzüne düşen devasa su kütlesi şiddetli toprak erozyonuna neden olur. Oluk kirişi sistemlerinde yoğun bir büyüme var. Taşkınlar, ani ısınma veya karların ilkbaharda erimesi sonrasında şiddetli yağış veya yüksek su dönemlerinde meydana gelen büyük taşkınların bir sonucu olarak meydana gelir ve bu nedenle, kökeni atmosferik olaylardır (bunlar, hidrosferin ekolojik rolü ile ilgili bölümde tartışılmıştır).

Antropojenik atmosferik değişiklikler

Şu anda birçok var çeşitli kaynaklar antropojenik nitelikte olup, hava kirliliğine neden olmakta ve ekolojik dengede ciddi bozulmalara yol açmaktadır. Ölçek açısından atmosfer üzerinde en büyük etkiye sahip iki kaynak vardır: ulaşım ve sanayi. Ortalama olarak ulaşım, toplam atmosferik kirlilik miktarının yaklaşık% 60'ını, sanayi - 15, termal enerji - 15, ev ve ev imha teknolojilerini oluşturur. endüstriyel atık - 10%.

Taşıma, kullanılan yakıta ve oksitleyici türlerine bağlı olarak atmosfere nitrojen oksitler, kükürt, karbon oksitler ve dioksitler, kurşun ve bileşikleri, kurum, benzopiren (polisiklik aromatik hidrokarbonlar grubundan güçlü bir madde) yayar. cilt kanserine neden olan kanserojen).

Endüstri atmosfere kükürt dioksit, karbon oksitler ve dioksitler, hidrokarbonlar, amonyak, hidrojen sülfür, sülfürik asit, fenol, klor, flor ve diğer kimyasal bileşikler yayar. Ancak emisyonlar arasında baskın konum (%85'e kadar) toz tarafından işgal edilmektedir.

Kirlilik sonucunda atmosferin şeffaflığı değişerek aerosollere, dumana ve asit yağmurlarına neden olur.

Aerosoller parçacıklardan oluşan dağılmış sistemlerdir sağlam veya gazlı bir ortamda asılı duran sıvı damlaları. Dağınık fazın parçacık boyutu genellikle 10 -3 -10 -7 cm'dir Dağınık fazın bileşimine bağlı olarak aerosoller iki gruba ayrılır. Bunlardan biri, gazlı bir ortamda dağılmış katı parçacıklardan oluşan aerosolleri içerir, ikincisi ise gazlı ve sıvı fazların bir karışımı olan aerosolleri içerir. Birincisine duman, ikincisine ise sis denir. Bunların oluşumu sürecinde büyük rol yoğunlaşma merkezleri tarafından oynanır. Volkanik kül, yoğunlaşma çekirdeği görevi görür. kozmik toz, endüstriyel emisyon ürünleri, çeşitli bakteriler vb. Konsantrasyon çekirdeğinin olası kaynaklarının sayısı sürekli artmaktadır. Yani örneğin 4000 m2'lik bir alanda kuru otların yangınla yok edilmesi durumunda ortalama 11*1022 aerosol çekirdeği oluşur.

Aerosoller gezegenimizin ortaya çıktığı andan itibaren oluşmaya başladı ve doğal koşulları etkiledi. Bununla birlikte, doğadaki maddelerin genel döngüsüyle dengelenen miktarları ve eylemleri, ciddi çevresel değişikliklere neden olmadı. Oluşumlarındaki antropojenik faktörler bu dengeyi önemli biyosfer aşırı yüklemelerine doğru kaydırmıştır. Bu özellik, insanlığın özel olarak oluşturulmuş aerosolleri hem toksik maddeler formunda hem de bitki koruma amacıyla kullanmaya başlamasından bu yana özellikle belirgindir.

Bitki örtüsü için en tehlikeli olanı kükürt dioksit, hidrojen florür ve nitrojen aerosolleridir. Nemli yaprak yüzeyi ile temas ettiğinde canlılara zarar veren asitler oluştururlar. Asit sisleri, solunan havayla birlikte hayvanların ve insanların solunum organlarına girer ve mukoza zarları üzerinde agresif bir etkiye sahiptir. Bazıları canlı dokuyu bozuyor ve radyoaktif aerosoller kansere neden oluyor. Radyoaktif izotoplar arasında Sg 90, yalnızca kanserojenliği nedeniyle değil, aynı zamanda bir kalsiyum analoğu olarak da özellikle tehlikelidir, organizmaların kemiklerinde yerini alarak ayrışmalarına neden olur.

Sırasında nükleer patlamalar Atmosferde radyoaktif aerosol bulutları oluşur. 1 - 10 mikron yarıçaplı küçük parçacıklar sadece troposferin üst katmanlarına değil aynı zamanda uzun süre kalabilecekleri stratosfere de düşer. Aerosol bulutları, nükleer yakıt üreten endüstriyel tesislerdeki reaktörlerin çalışması sırasında ve nükleer santrallerdeki kazalar sonucu da oluşuyor.

Duman, endüstriyel alanlar ve büyük şehirler üzerinde sisli bir perde oluşturan, sıvı ve katı dağılmış fazlara sahip aerosollerin bir karışımıdır.

Üç tür duman vardır: buzlu, ıslak ve kuru. Buz dumanına Alaska dumanı denir. Bu, ısıtma sistemlerinden gelen sis ve buhar damlacıkları donduğunda ortaya çıkan toz parçacıkları ve buz kristallerinin eklenmesiyle gaz halindeki kirleticilerin birleşimidir.

Islak duman veya Londra tipi dumana bazen kış dumanı da denir. Gaz halindeki kirleticilerin (esas olarak kükürt dioksit), toz parçacıklarının ve sis damlacıklarının bir karışımıdır. Kış dumanının ortaya çıkmasının meteorolojik ön koşulu, soğuk havanın zemin tabakasının üzerinde (700 m'nin altında) bir sıcak hava tabakasının bulunduğu rüzgarsız havadır. Bu durumda sadece yatay değil dikey de değişim söz konusudur. Genellikle yüksek katmanlar halinde dağılmış olan kirleticiler bu durumda yüzey katmanında birikir.

Kuru duman oluşur yaz saati ve genellikle Los Angeles tipi sis olarak adlandırılır. Ozon, karbon monoksit, nitrojen oksitler ve asit buharlarının bir karışımıdır. Bu tür duman, kirleticilerin güneş ışınımı, özellikle de ultraviyole kısmı tarafından ayrışması sonucu oluşur. Meteorolojik önkoşul, sıcak havanın üzerinde bir soğuk hava tabakasının ortaya çıkmasıyla ifade edilen atmosferik dönüşümdür. Tipik olarak, sıcak hava akımlarıyla kaldırılan gazlar ve katı parçacıklar daha sonra üstteki soğuk katmanlara dağılır, ancak bu durumda ters çevirme katmanında birikirler. Fotoliz sürecinde, otomobil motorlarında yakıtın yanması sırasında oluşan nitrojen dioksitler ayrışır:

HAYIR 2 → HAYIR + O

Daha sonra ozon sentezi meydana gelir:

Ö + Ö 2 + M → Ö 3 + M

HAYIR + O → HAYIR 2

Foto ayrışma süreçlerine sarı-yeşil bir parıltı eşlik eder.

Ek olarak, şu tür reaksiyonlar meydana gelir: S03 + H20 -> H2S04, yani. güçlü sülfürik asit oluşur.

Meteorolojik koşullardaki bir değişiklikle (rüzgarın ortaya çıkması veya nemdeki değişiklik) soğuk hava dağılır ve duman kaybolur.

Dumandaki kanserojen maddelerin varlığı, solunum problemlerine, mukoza zarının tahrişine, dolaşım bozukluklarına, astımlı boğulmaya ve sıklıkla ölüme yol açar. Duman özellikle küçük çocuklar için tehlikelidir.

Asit yağmuru, kükürt oksitlerin, nitrojenin ve bunların içinde çözünmüş perklorik asit ve klor buharlarının endüstriyel emisyonları ile asitlenen atmosferik yağıştır. Kömür ve gazın yanması sırasında, hem oksit formunda hem de demirli bileşiklerde, özellikle pirit, pirotit, kalkopirit vb. İçinde bulunan kükürtün çoğu, kükürt okside dönüştürülür; karbondioksit atmosfere salınır. Atmosferdeki nitrojen ve teknik emisyonlar oksijenle birleştiğinde çeşitli nitrojen oksitler oluşur ve oluşan nitrojen oksitlerin hacmi yanma sıcaklığına bağlıdır. Azot oksitlerin büyük bir kısmı araçların ve dizel lokomotiflerin çalışması sırasında ortaya çıkar ve daha küçük bir kısmı enerji sektöründe meydana gelir ve endüstriyel Girişimcilik. Kükürt ve nitrojen oksitler ana asit oluşturuculardır. İçinde bulunan atmosferik oksijen ve su buharı ile reaksiyona girdiğinde sülfürik ve nitrik asitler oluşur.

Ortamın alkali-asit dengesinin pH değeriyle belirlendiği bilinmektedir. Nötr ortamın pH değeri 7, asidik ortamın pH değeri 0, alkali ortamın pH değeri ise 14'tür. Modern çağda yağmur suyunun pH değeri 5,6 iken yakın geçmişte bu değer 5,6'dır. tarafsızdı. PH değerinde bir azalma, asitlikte on kat artışa karşılık gelir ve bu nedenle şu anda asitliği artan yağmur neredeyse her yere yağmaktadır. Batı Avrupa'da kaydedilen maksimum yağmur asitliği 4-3,5 pH idi. Çoğu balık için 4-4,5 pH değerinin öldürücü olduğu dikkate alınmalıdır.

Asit yağmuru, Dünya'nın bitki örtüsü, endüstriyel ve konut binaları üzerinde agresif bir etkiye sahiptir ve açıkta kalan kayaların aşınmasının önemli ölçüde hızlanmasına katkıda bulunur. Artan asitlik, besinlerin çözündüğü toprakların nötralizasyonunun kendi kendini düzenlemesini engeller. Bu da verimde keskin bir düşüşe yol açar ve bitki örtüsünün bozulmasına neden olur. Toprak asitliği, bitkiler tarafından yavaş yavaş emilen, ciddi doku hasarına neden olan ve insanın besin zincirine nüfuz eden bağlı ağır toprakların salınmasını teşvik eder.

Deniz sularının özellikle sığ sularda alkali asit potansiyelinin değişmesi birçok omurgasız canlının üremesinin durmasına yol açmakta, balıkların ölümüne neden olmakta ve okyanuslardaki ekolojik dengeyi bozmaktadır.

Asit yağmurları nedeniyle ormanlar yok olma tehlikesiyle karşı karşıya Batı Avrupa, Baltık ülkeleri, Karelya, Urallar, Sibirya ve Kanada.

Dünya atmosferinin yapısı ve bileşiminin, gezegenimizin gelişiminin bir veya başka döneminde her zaman sabit değerler olmadığı söylenmelidir. Bugün, toplam “kalınlığı” 1,5-2,0 bin km olan bu elementin dikey yapısı, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birkaç ana katmanla temsil edilmektedir:

1. Troposfer.
2. Tropopoz.
3. Stratosfer.
4. Stratopoz.
5. Mezosfer ve mezopoz.
6. Termosfer.
7. Ekzosfer.

Atmosferin temel unsurları

Troposfer, güçlü dikey ve yatay hareketlerin gözlendiği bir katmandır, burada hava, tortul olaylar, iklim koşulları oluşur. Kutup bölgeleri hariç (15 km'ye kadar) gezegenin yüzeyinden hemen hemen her yere 7-8 kilometre uzanır. Troposferde sıcaklıkta, her kilometre yükseklikte yaklaşık 6,4°C kadar kademeli bir azalma meydana gelir. Bu gösterge farklı enlemler ve mevsimler için farklılık gösterebilir.

Bu kısımdaki Dünya atmosferinin bileşimi aşağıdaki elementler ve bunların yüzdeleri ile temsil edilir:

Azot - yaklaşık yüzde 78;

Oksijen - neredeyse yüzde 21;

Argon - yaklaşık yüzde bir;

Karbon dioksit -% 0,05'ten az.

90 kilometre yüksekliğe kadar tek kompozisyon

Ayrıca burada toz, su damlacıkları, su buharı, yanma ürünleri, buz kristalleri, deniz tuzları, birçok aerosol parçacığı vb. bulabilirsiniz. Dünya atmosferinin bu bileşimi yaklaşık doksan kilometre yüksekliğe kadar gözlemlenir, dolayısıyla hava yaklaşık olarak aynı kimyasal bileşim sadece troposferde değil, aynı zamanda üstteki katmanlarda da. Ancak orada atmosfer temelde farklı fiziksel özelliklere sahiptir. Genel bir kimyasal bileşime sahip olan katmana homosfer denir.

Dünya atmosferini başka hangi elementler oluşturur? Yüzde olarak (hacim olarak, kuru havada) kripton (yaklaşık 1,14 x 10-4), ksenon (8,7 x 10-7), hidrojen (5,0 x 10-5), metan (yaklaşık 1,7 x 10-5) gibi gazlar burada temsil edilmektedir 4), nitro oksit (5,0 x 10-5), vb. Kütle yüzdesi olarak listelenen bileşenlerin çoğu nitro oksit ve hidrojendir, ardından helyum, kripton vb. gelir.

Farklı atmosferik katmanların fiziksel özellikleri

Troposferin fiziksel özellikleri, gezegenin yüzeyine yakınlığıyla yakından ilgilidir. Buradan kızılötesi ışınlar biçiminde yansıyan güneş ısısı, iletim ve konveksiyon süreçlerini içerecek şekilde yukarıya doğru yönlendirilir. Bu nedenle sıcaklık dünya yüzeyinden uzaklaştıkça düşer. Bu fenomen stratosferin yüksekliğine (11-17 kilometre) kadar gözlenir, daha sonra sıcaklık 34-35 km'ye kadar neredeyse hiç değişmez ve ardından sıcaklık tekrar 50 kilometre yüksekliğe (stratosferin üst sınırı) yükselir. . Stratosfer ve troposfer arasında, ekvatorun üzerinde - yaklaşık eksi 70 ° C ve altında sabit sıcaklıkların gözlemlendiği ince bir tropopoz ara tabakası (1-2 km'ye kadar) vardır. Kutupların üzerindeki tropopoz yazın eksi 45°C'ye kadar "ısınır"; kışın ise buradaki sıcaklıklar -65°C civarında dalgalanır.

Dünya atmosferinin gaz bileşimi aşağıdakileri içerir: önemli unsur ozon gibi. Gaz, atmosferin üst kısımlarındaki atomik oksijenden gelen güneş ışığının etkisi altında oluştuğundan, yüzeyde nispeten az miktarda bulunur (yüzde birin on üzeri eksi altıncı kuvveti). Özellikle ozon yaklaşık 25 km yükseklikte bulunur ve “ozon ekranının” tamamı kutuplarda 7-8 km, ekvatorda 18 km ve toplamda elli kilometreye kadar olan bölgelerde bulunur. gezegenin yüzeyi.

Atmosfer güneş ışınlarından korur

Dünya atmosferindeki havanın bileşimi yaşamın korunmasında çok önemli bir rol oynar, çünkü bireysel kimyasal elementler ve bileşimler güneş radyasyonunun dünya yüzeyine ve üzerinde yaşayan insanlara, hayvanlara ve bitkilere erişimini başarıyla sınırlandırır. Örneğin, su buharı molekülleri, 8 ila 13 mikron aralığındaki uzunluklar hariç, neredeyse tüm kızılötesi radyasyon aralıklarını etkili bir şekilde emer. Ozon, 3100 A dalga boyuna kadar ultraviyole ışınımı emer. İnce tabakası olmadan (gezegenin yüzeyine yerleştirildiğinde ortalama sadece 3 mm), yalnızca 10 metreden daha derindeki su ve güneş ışınımının olmadığı yer altı mağaraları ulaşılabilmektedir.

Stratopozda sıfır santigrat

Atmosferin sonraki iki seviyesi olan stratosfer ve mezosfer arasında dikkate değer bir katman vardır: stratopoz. Bu yaklaşık olarak ozon maksimumunun yüksekliğine karşılık gelir ve buradaki sıcaklık insanlar için nispeten rahattır - yaklaşık 0°C. Stratopozun üstünde, mezosferde (50 km yükseklikte bir yerde başlar ve 80-90 km yükseklikte biter), Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça (eksi 70-80 ° C'ye) sıcaklıkta yine bir düşüş gözlenir. ). Meteorlar genellikle mezosferde tamamen yanar.

Termosferde - artı 2000 K!

Dünya atmosferinin termosferdeki kimyasal bileşimi (yaklaşık 85-90 ila 800 km yükseklikteki mezopozdan sonra başlar), güneş ışınımının etkisi altında çok seyrekleşmiş “hava” katmanlarının kademeli olarak ısınması gibi bir olgunun olasılığını belirler. . Gezegenin “hava battaniyesinin” bu bölümünde, oksijenin iyonlaşması (atomik oksijen 300 km'nin üzerinde bulunur) ve ayrıca oksijen atomlarının moleküller halinde rekombinasyonu nedeniyle elde edilen sıcaklıklar 200 ila 2000 K arasında değişmektedir. , büyük miktarda ısının açığa çıkmasıyla birlikte. Termosfer, auroraların meydana geldiği yerdir.

Termosferin üstünde, hafif ve hızlı hareket eden hidrojen atomlarının dış uzaya kaçabileceği atmosferin dış katmanı olan ekzosfer bulunur. Buradaki Dünya atmosferinin kimyasal bileşimi çoğunlukla alt katmanlardaki bireysel oksijen atomları, orta katmanlardaki helyum atomları ve üst katmanlardaki neredeyse yalnızca hidrojen atomlarıyla temsil edilir. Burada yüksek sıcaklıklar hakimdir - yaklaşık 3000 K ve atmosferik basınç yoktur.

Dünyanın atmosferi nasıl oluştu?

Ancak yukarıda da belirtildiği gibi gezegen her zaman böyle bir atmosferik bileşime sahip değildi. Toplamda, bu elementin kökenine ilişkin üç kavram vardır. İlk hipotez, atmosferin bir proto-gezegen bulutundan birikim süreci yoluyla alındığını öne sürüyor. Ancak bugün bu teori ciddi eleştirilere maruz kalıyor çünkü böyle bir birincil atmosferin, evrenimizdeki bir yıldızdan gelen güneş "rüzgârı" tarafından yok edilmiş olması gerekirdi. gezegen sistemi. Ayrıca uçucu elementlerin çok yüksek sıcaklıklar nedeniyle karasal gezegenlerin oluşum bölgesinde tutulamadığı varsayılmaktadır.

İkinci hipotezin öne sürdüğü gibi, Dünya'nın birincil atmosferinin bileşimi, gelişimin ilk aşamalarında Güneş sisteminin yakınlarından gelen asteroitler ve kuyruklu yıldızlar tarafından yüzeyin aktif bombardımanı nedeniyle oluşmuş olabilir. Bu kavramı doğrulamak veya çürütmek oldukça zordur.

IDG RAS'ta deney yapın

En makul olanı, atmosferin yaklaşık 4 milyar yıl önce yer kabuğunun mantosundan gazların salınması sonucu ortaya çıktığına inanan üçüncü hipotez gibi görünüyor. Bu kavram, Rusya Bilimler Akademisi Coğrafya Enstitüsü'nde, meteorik kökenli bir madde örneğinin vakumda ısıtıldığı "Tsarev 2" adlı bir deney sırasında test edildi. Daha sonra H2, CH4, CO, H2O, N2 vb. Gibi gazların salınımı kaydedildi.Bu nedenle, bilim adamları haklı olarak Dünya'nın birincil atmosferinin kimyasal bileşiminin su ve karbondioksit, hidrojen florür içerdiğini varsaydılar ( HF), karbon monoksit gazı (CO), hidrojen sülfür (H2S), nitrojen bileşikleri, hidrojen, metan (CH4), amonyak buharı (NH3), argon vb. Oluşumuna birincil atmosferden gelen su buharı katıldı. Hidrosferde, karbondioksit büyük ölçüde organik maddelerde ve kayalarda bağlı haldeydi, nitrojen ise hidrosferin bir parçası haline geldi. modern hava ve ayrıca tortul kayaçlara ve organik maddelere de.

Dünyanın birincil atmosferinin bileşimi, o zamanlar gerekli miktarlarda oksijen bulunmadığından, modern insanların solunum cihazı olmadan orada bulunmasına izin vermiyordu. Bu elementin, bir buçuk milyar yıl önce önemli miktarlarda ortaya çıktığı ve gezegenimizin en eski sakinleri olan mavi-yeşil alglerde ve diğer alglerde fotosentez sürecinin gelişmesiyle bağlantılı olduğuna inanılıyor.

Minimum oksijen

Dünya atmosferinin bileşiminin başlangıçta neredeyse oksijensiz olduğu gerçeği, en eski (Katarka) kayalarında kolayca oksitlenen, ancak oksitlenmeyen grafitin (karbon) bulunmasıyla gösterilmektedir. Daha sonra, zenginleştirilmiş demir oksit katmanlarını içeren sözde bantlı demir cevherleri ortaya çıktı; bu, gezegende moleküler formda güçlü bir oksijen kaynağının ortaya çıkması anlamına geliyor. Ancak bu elementler yalnızca periyodik olarak bulundu (belki de aynı algler veya diğer oksijen üreticileri, oksijensiz bir çöldeki küçük adalarda ortaya çıktı), dünyanın geri kalanı anaerobikti. İkincisi, kolayca oksitlenen piritin, akıntı tarafından iz bırakmadan işlenen çakıl taşları şeklinde bulunmasıyla desteklenmektedir. kimyasal reaksiyonlar. Akan sular yeterince havalandırılamayacağından, Kambriyen öncesindeki atmosferin bugünkü oksijen bileşiminin yüzde birinden daha azını içerdiği görüşü gelişmiştir.

Hava bileşiminde devrim niteliğinde değişiklik

Yaklaşık olarak Proterozoyik'in ortasında (1,8 milyar yıl önce), dünya aerobik solunuma geçtiğinde bir "oksijen devrimi" meydana geldi; bu sırada bir besin molekülünden (glikoz) iki değil (38) 38 elde edilebiliyordu. anaerobik solunum) enerji birimleri. Dünya atmosferinin oksijen açısından bileşimi bugünkünün yüzde birini aşmaya başladı ve organizmaları radyasyondan koruyan ozon tabakası oluşmaya başladı. Örneğin trilobitler gibi eski hayvanların kalın kabukların altına "saklandığı" ondandı. O zamandan günümüze kadar, ana "solunum" unsurunun içeriği yavaş yavaş artarak gezegendeki yaşam formlarının gelişiminin çeşitliliğini sağladı.

2,4 milyar yıl önce Dünya'nın atmosferindeki serbest oksijen miktarındaki belirgin artış, bir denge durumundan diğerine çok hızlı bir geçişin sonucu gibi görünüyor. İlk seviye, son derece düşük bir O2 konsantrasyonuna karşılık geliyordu; şu anda gözlemlenenden yaklaşık 100.000 kat daha düşük. İkinci denge seviyesine, modern seviyenin 0,005'inden az olmayan daha yüksek bir konsantrasyonda ulaşılabilirdi. Bu iki seviye arasındaki oksijen içeriği aşırı kararsızlıkla karakterize edilir. Bu tür bir "bistabilitenin" varlığı, siyanobakterilerin (mavi-yeşil "algler") üretmeye başlamasından sonra en az 300 milyon yıl boyunca Dünya atmosferinde neden bu kadar az serbest oksijen bulunduğunun anlaşılmasını mümkün kılıyor.

Şu anda, Dünya'nın atmosferi %20 serbest oksijenden oluşmaktadır ve bu, siyanobakteriler, algler ve deniz yosunlarının fotosentezinin bir yan ürününden başka bir şey değildir. yüksek bitkiler. Popüler yayınlarda genellikle gezegenin akciğerleri olarak adlandırılan tropik ormanlar tarafından çok fazla oksijen salınır. Ancak aynı zamanda tropik ormanların yıl boyunca neredeyse ürettikleri kadar oksijen tükettikleri de sessiz kalıyor. Başta bakteri ve mantarlar olmak üzere bitmiş organik maddeyi ayrıştıran organizmaların solunumuna harcanır. Bunun için, Oksijenin atmosferde birikmeye başlayabilmesi için fotosentez sırasında oluşan maddenin en azından bir kısmının döngüden uzaklaştırılması gerekir.- örneğin dip çökeltilerine girin ve onu aerobik olarak yani oksijen tüketimiyle ayrıştıran bakterilere erişilemez hale gelin.

Oksijenli (yani “oksijen veren”) fotosentezin toplam reaksiyonu şu şekilde yazılabilir:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH20) + O2,
Nerede hν güneş ışığının enerjisidir ve (CH2O) organik maddenin genelleştirilmiş formülüdür. Nefes alma işlemi bunun tersidir ve şu şekilde yazılabilir:
(CH20) + O2 → C02 + H2O.
Aynı zamanda organizmalar için gerekli olan enerji de açığa çıkacaktır. Bununla birlikte, aerobik solunum yalnızca modern seviyenin (Pasteur noktası olarak adlandırılan) 0,01'inden az olmayan bir O2 konsantrasyonunda mümkündür. Anaerobik koşullar altında organik madde fermantasyon yoluyla ayrışır ve bu sürecin son aşamaları sıklıkla metan üretir. Örneğin, asetat oluşumu yoluyla metanojenez için genelleştirilmiş denklem şöyle görünür:
2(CH20) → CH3COOH → CH4 + CO2.
Fotosentez sürecini anaerobik koşullar altında organik maddenin sonraki ayrışmasıyla birleştirirsek, genel denklem şöyle görünecektir:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH4 + 1/2 C02 + O2.
Görünüşe göre antik biyosferdeki ana yol, tam da organik maddenin ayrışmasının bu yoluydu.

Birçok önemli ayrıntılar Atmosfere oksijen sağlanması ile oksijenin uzaklaştırılması arasındaki modern dengenin nasıl kurulduğu belirsizliğini koruyor. Sonuçta, “Atmosferin Büyük Oksidasyonu” olarak adlandırılan oksijen içeriğinde gözle görülür bir artış yalnızca 2,4 milyar yıl önce meydana geldi, ancak oksijenli fotosentez yapan siyanobakterilerin zaten oldukça fazla sayıda ve 2,7 milyar yıl aktif olduğu kesin olarak biliniyor. önce ve hatta daha da erken ortaya çıktılar; belki de 3 milyar yıl önce. Böylece, içinde en az 300 milyon yıl boyunca siyanobakterilerin aktivitesi atmosferdeki oksijen içeriğinde bir artışa yol açmadı.

Net birincil üretimde (yani siyanobakterilerin fotosentezi sırasında oluşan organik maddede artış) bazı nedenlerden dolayı aniden radikal bir artış olduğu varsayımı eleştiriye dayanamadı. Gerçek şu ki, fotosentez sırasında, karbon 12 C'nin hafif izotopu ağırlıklı olarak tüketilir ve ortamda daha ağır izotop 13 C'nin nispi içeriği artar.Buna göre, organik madde içeren alt çökeltilerin izotop 13 C'de tükenmesi gerekir; suda birikerek karbonat oluşumuna gider. Bununla birlikte, atmosferdeki oksijen konsantrasyonundaki radikal değişikliklere rağmen, karbonatlardaki ve tortulardaki organik maddedeki 12 C'nin 13 C'ye oranı değişmeden kalır. Bu, tüm meselenin O2 kaynağında değil, jeokimyacıların söylediği gibi, aniden önemli ölçüde azalan ve oksijen miktarında önemli bir artışa yol açan “batma” (atmosferden uzaklaştırma) olduğu anlamına gelir. atmosferde.

Genellikle "Atmosferin Büyük Oksidasyonundan" hemen önce, oluşan tüm oksijenin, Dünya yüzeyinde oldukça bol olan indirgenmiş demir bileşiklerinin (ve ardından kükürtün) oksidasyonu için harcandığına inanılır. Özellikle o zamanlar “bantlı demir cevherleri” oluştu. Ancak yakın zamanda East Anglia Üniversitesi (Norwich, Birleşik Krallık) Çevre Bilimleri Fakültesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan Colin Goldblatt, aynı üniversiteden iki meslektaşıyla birlikte, dünya atmosferindeki oksijen içeriğinin şu şekilde olabileceği sonucuna vardı: iki denge durumundan biri: ya çok küçük olabilir - şimdikinden yaklaşık 100 bin kat daha az ya da zaten oldukça fazla olabilir (modern bir gözlemcinin konumundan küçük olmasına rağmen) - modern seviyeden 0,005'ten az olamaz.

Önerilen modelde, özellikle serbest oksijen ve metan oranına dikkat edilerek hem oksijenin hem de indirgenmiş bileşiklerin atmosfere girişi dikkate alınmıştır. Oksijen konsantrasyonu mevcut seviyenin 0,0002'sini aşarsa, metanın bir kısmının reaksiyona göre metanotrof bakteriler tarafından zaten oksitlenebileceğini belirttiler:
CH4 + 2O2 → C02 + 2H2O.
Ancak metanın geri kalanı (ve özellikle düşük oksijen konsantrasyonlarında oldukça fazla miktarda bulunur) atmosfere girer.

Termodinamik açıdan bakıldığında tüm sistem dengesiz bir durumdadır. Bozulan dengeyi yeniden sağlamaya yönelik ana mekanizma, atmosferin üst katmanlarındaki metanın hidroksil radikali tarafından oksidasyonudur (bkz. Atmosferdeki metan dalgalanmaları: insan veya doğa - kim kazanır, "Elementler", 10/06/2006). Hidroksil radikalinin atmosferde ultraviyole radyasyonun etkisi altında oluştuğu bilinmektedir. Ancak atmosferde çok fazla oksijen varsa (mevcut seviyenin en az 0,005'i), o zaman üst katmanlarında Dünya'yı sert ultraviyole ışınlarından iyi koruyan ve aynı zamanda fizikokimyasallara müdahale eden bir ozon perdesi oluşur. metanın oksidasyonu.

Yazarlar, oksijenli fotosentezin salt varlığının bir şey olmadığı konusunda biraz paradoksal bir sonuca varıyorlar. yeterli koşul ne oksijen açısından zengin bir atmosferin oluşmasına, ne de bir ozon kalkanının oluşmasına. Atmosfer araştırmalarının sonuçlarına dayanarak diğer gezegenlerde yaşamın varlığına dair işaretler bulmaya çalıştığımız durumlarda bu durum dikkate alınmalıdır.

10,045×10 3 J/(kg*K) (0-100°C sıcaklık aralığında), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Havanın sudaki çözünürlüğü 0°C'de %0,036, 25°C - %0,22'dir.

Atmosfer bileşimi

Atmosfer oluşumunun tarihi

Erken tarih

Şu anda bilim, Dünya'nın oluşumunun tüm aşamalarını yüzde yüz doğrulukla izleyemiyor. En yaygın teoriye göre Dünya'nın atmosferi zaman içinde dört kat daha genişlemiştir. çeşitli kompozisyonlar. Başlangıçta gezegenler arası uzaydan yakalanan hafif gazlardan (hidrojen ve helyum) oluşuyordu. Bu sözde birincil atmosfer. Bir sonraki aşamada aktif volkanik aktivite, atmosferin hidrojen dışındaki gazlarla (hidrokarbonlar, amonyak, su buharı) doymasına neden oldu. Bu şekilde oluştu ikincil atmosfer. Bu atmosfer onarıcıydı. Ayrıca, atmosfer oluşum süreci aşağıdaki faktörlerle belirlendi:

• gezegenler arası uzaya sürekli hidrojen sızıntısı;
• ultraviyole radyasyon, yıldırım deşarjı ve diğer bazı faktörlerin etkisi altında atmosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar.

Yavaş yavaş bu faktörler oluşumuna yol açtı. üçüncül atmosfer, çok daha düşük bir hidrojen içeriği ve çok daha yüksek bir nitrojen ve karbon dioksit içeriği (amonyak ve hidrokarbonlardan gelen kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak oluşur) ile karakterize edilir.

Hayatın ve oksijenin ortaya çıkışı

Fotosentez sonucu canlı organizmaların Dünya'da ortaya çıkması, oksijenin salınması ve karbondioksitin emilmesiyle birlikte atmosferin bileşimi değişmeye başladı. Bununla birlikte, atmosferik oksijenin jeolojik kökenini gösteren veriler (atmosferik oksijenin izotopik bileşiminin ve fotosentez sırasında salınanların analizi) mevcuttur.

Başlangıçta oksijen, indirgenmiş bileşiklerin (hidrokarbonlar, okyanuslarda bulunan demirin demir formu vb.) oksidasyonu için harcanıyordu. bu aşama Atmosferdeki oksijen miktarı artmaya başladı.

1990'lı yıllarda kapalı bir ekolojik sistem (“Biyosfer 2”) oluşturmak için deneyler yapıldı; bu sırada tek tip hava bileşimine sahip kararlı bir sistem oluşturmanın mümkün olmadığı görüldü. Mikroorganizmaların etkisi oksijen seviyelerinde bir azalmaya ve karbondioksit miktarında bir artışa yol açtı.

Azot

Büyük miktarda N2 oluşumu, birincil amonyak-hidrojen atmosferinin, yaklaşık 3 milyar yıl önce fotosentez sonucu gezegenin yüzeyinden gelmeye başlayan moleküler O2 ile oksidasyonundan kaynaklanmaktadır (göre) başka bir versiyona göre atmosferik oksijen jeolojik kökenlidir). Azot, atmosferin üst katmanlarında sanayide kullanılan ve azot sabitleyici bakteriler tarafından bağlanan NO'ya oksitlenirken, nitratların ve diğer azot içeren bileşiklerin denitrifikasyonu sonucu atmosfere N2 salınır.

Azot N2 inert bir gazdır ve yalnızca belirli koşullar altında (örneğin, yıldırım düşmesi sırasında) reaksiyona girer. Siyanobakteriler ve bazı bakteriler (örneğin baklagillerle rizobiyal simbiyoz oluşturan nodül bakterileri) onu oksitleyebilir ve biyolojik forma dönüştürebilir.

Moleküler nitrojenin elektriksel deşarjlarla oksidasyonu, nitrojenli gübrelerin endüstriyel üretiminde kullanıldı ve aynı zamanda Şili Atacama Çölü'nde benzersiz nitrat yataklarının oluşmasına da yol açtı.

soy gazlar

Yakıtın yanması kirletici gazların (CO, NO, SO2) ana kaynağıdır. Kükürt dioksit, atmosferin üst katmanlarında, H2O ve NH3 buharlarıyla etkileşime giren hava O2'den SO3'e oksitlenir ve ortaya çıkan H2SO4 ve (NH4)2SO4, Dünya yüzeyine geri döner. yağışla birlikte. İçten yanmalı motorların kullanımı nitrojen oksitler, hidrokarbonlar ve Pb bileşiklerinden oluşan önemli atmosferik kirliliğe yol açmaktadır.

Atmosferdeki aerosol kirliliği hem doğal nedenlerden (volkanik patlamalar, toz fırtınaları, deniz suyu damlacıklarının ve bitki polen parçacıklarının sürüklenmesi vb.) hem de ekonomik aktivite insanlar (cevher madenciliği ve Yapı malzemeleri, yakıt yanması, çimento üretimi vb.). Katı parçacıkların atmosfere yoğun büyük ölçekli emisyonu, Olası nedenler gezegenin iklimindeki değişiklikler.

Atmosferin yapısı ve bireysel kabukların özellikleri

Atmosferin fiziksel durumu hava ve iklim tarafından belirlenir. Atmosferin temel parametreleri: hava yoğunluğu, basınç, sıcaklık ve bileşim. Yükseklik arttıkça hava yoğunluğu ve atmosfer basıncı azalır. Yükseklik değiştikçe sıcaklık da değişir. Dikey yapı Atmosfer, farklı sıcaklık ve elektriksel özellikler, farklı hava koşulları ile karakterize edilir. Atmosferdeki sıcaklığa bağlı olarak aşağıdaki ana katmanlar ayırt edilir: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, ekzosfer (saçılma küresi). Atmosferin komşu kabuklar arasındaki geçiş bölgelerine sırasıyla tropopoz, stratopoz vb. denir.

Troposfer

Stratosfer

Stratosferde, ultraviyole radyasyonun (180-200 nm) kısa dalga kısmının çoğu tutulur ve kısa dalgaların enerjisi dönüştürülür. Bu ışınların etkisi altında manyetik alanlar değişir, moleküller parçalanır, iyonlaşma meydana gelir, yeni gaz oluşumu vb. kimyasal bileşikler. Bu süreçler kuzey ışıkları, şimşekler ve diğer parıltılar şeklinde gözlemlenebilir.

Stratosferde ve daha yüksek katmanlarda, güneş radyasyonunun etkisi altında, gaz molekülleri atomlara ayrışır (80 km'nin üzerinde CO2 ve H2 ayrışır, 150 km'nin üzerinde - O2, 300 km'nin üzerinde - H2). 100-400 km yükseklikte, iyonosferde gazların iyonlaşması da meydana gelir; 320 km yükseklikte, yüklü parçacıkların konsantrasyonu (O + 2, O - 2, N + 2) ~ 1/300'dür. Nötr parçacıkların konsantrasyonu. Atmosferin üst katmanlarında serbest radikaller vardır - OH, HO2, vb.

Stratosferde neredeyse hiç su buharı yoktur.

Mezosfer

100 km yüksekliğe kadar atmosfer homojen, iyi karışmış bir gaz karışımıdır. Daha yüksek katmanlarda, gazların yüksekliğe göre dağılımı molekül ağırlıklarına bağlıdır; daha ağır gazların konsantrasyonu, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça daha hızlı azalır. Gaz yoğunluğunun azalması nedeniyle sıcaklık stratosferde 0°C'den mezosferde -110°C'ye düşer. Fakat kinetik enerji 200-250 km yükseklikteki bireysel parçacıklar ~1500°C sıcaklığa karşılık gelir. 200 km'nin üzerinde zaman ve mekanda sıcaklık ve gaz yoğunluğunda önemli dalgalanmalar gözlemleniyor.

Yaklaşık 2000-3000 km yükseklikte, ekzosfer yavaş yavaş, esas olarak hidrojen atomları olmak üzere, gezegenler arası gazın oldukça nadir parçacıklarıyla dolu olan sözde yakın uzay boşluğuna dönüşür. Ancak bu gaz gezegenler arası maddenin yalnızca bir kısmını temsil ediyor. Diğer kısım kuyruklu yıldız ve meteor kökenli toz parçacıklarından oluşur. Bu son derece nadir parçacıklara ek olarak, güneş ve galaktik kökenli elektromanyetik ve korpüsküler radyasyon da bu uzaya nüfuz eder.

Troposfer, atmosferin kütlesinin yaklaşık% 80'ini, stratosfer - yaklaşık% 20'sini oluşturur; mezosferin kütlesi% 0,3'ten fazla değildir, termosfer ise atmosferin toplam kütlesinin% 0,05'inden azdır. Temelli elektriksel özellikler Atmosfer nötronosfer ve iyonosfere bölünmüştür. Şu anda atmosferin 2000-3000 km yüksekliğe kadar uzandığına inanılıyor.

Atmosferdeki gazın bileşimine bağlı olarak yayarlar. homosfer Ve heterosfer. Heterosfer- Bu, yerçekiminin gazların ayrılmasını etkilediği alandır, çünkü bu yükseklikte gazların karışması ihmal edilebilir düzeydedir. Bu, heterosferin değişken bir bileşimini ima eder. Bunun altında atmosferin homojen ve iyi karışmış bir kısmı olan homosfer bulunur. Bu katmanlar arasındaki sınıra turbopause adı verilir ve yaklaşık 120 km yükseklikte yer alır.

atmosferik özellikler

Zaten deniz seviyesinden 5 km yükseklikte, eğitimsiz bir kişi oksijen açlığı yaşamaya başlar ve uyum sağlamadan kişinin performansı önemli ölçüde azalır. Atmosferin fizyolojik bölgesi burada bitiyor. Yaklaşık 115 km'ye kadar atmosferde oksijen bulunmasına rağmen, 15 km yükseklikte insanın nefes alması imkansız hale gelir.

Atmosfer bize nefes almamız için gerekli olan oksijeni sağlar. Ancak atmosferin toplam basıncının düşmesi nedeniyle yükseklere çıkıldıkça oksijenin kısmi basıncı da buna bağlı olarak azalır.

İnsan akciğerleri sürekli olarak yaklaşık 3 litre alveolar hava içerir. Normal atmosfer basıncında alveolar havadaki kısmi oksijen basıncı 110 mmHg'dir. Art., karbondioksit basıncı - 40 mm Hg. Art. ve su buharı −47 mm Hg. Sanat. Yükseklik arttıkça oksijen basıncı düşer ve akciğerlerdeki su ve karbondioksitin toplam buhar basıncı neredeyse sabit kalır - yaklaşık 87 mm Hg. Sanat. Ortam hava basıncı bu değere eşitlendiğinde akciğerlere oksijen verilmesi tamamen duracaktır.

Yaklaşık 19-20 km yükseklikte atmosfer basıncı 47 mm Hg'ye düşer. Sanat. Dolayısıyla bu yükseklikte insan vücudunda su ve dokulararası sıvı kaynamaya başlar. Bu irtifalarda basınçlı kabinin dışında ölüm neredeyse anında meydana gelir. Dolayısıyla insan fizyolojisi açısından “uzay” zaten 15-19 km yükseklikte başlıyor.

Yoğun hava katmanları - troposfer ve stratosfer - bizi radyasyonun zararlı etkilerinden korur. Havanın yeterli miktarda seyreltilmesiyle, 36 km'den daha yüksek rakımlarda iyonlaştırıcı radyasyon - birincil kozmik ışınlar - vücut üzerinde yoğun bir etkiye sahiptir; 40 km'nin üzerindeki rakımlarda güneş spektrumunun ultraviyole kısmı insanlar için tehlikelidir.

Hayatın var olduğundan beri tüm organizmaların rahatlığı ve güvenliği buna bağlıdır. Karışımdaki gazların göstergeleri sorunlu alanların veya çevresel olarak uygun alanların incelenmesi için belirleyicidir.

Genel bilgi

“Atmosfer” terimi, gezegenimizi ve Evrendeki diğer birçok gök cismini saran gaz tabakasını ifade eder. Dünyanın birkaç yüz kilometre üzerinde yükselen bir kabuk oluşturur. Bileşim, esas olarak oksijen olan çeşitli gazlar içerir.

Atmosfer aşağıdakilerle karakterize edilir:

• Fiziksel açıdan heterojenlik.
• Artan dinamizm.
• Biyolojik faktörlere bağımlılık (olumsuz olaylar durumunda yüksek hassasiyet).

Bileşim ve onu değiştiren süreçler üzerindeki ana etki canlılardır (mikroorganizmalar dahil). Bu süreçler atmosferin oluşumundan bu yana (birkaç milyar yıldır) devam ediyor. Gezegenin koruyucu kabuğu litosfer ve hidrosfer gibi oluşumlarla temas halindedir, ancak üst sınırların yüksek doğrulukla belirlenmesi zordur, bilim adamları yalnızca yaklaşık değerler verebilirler. Atmosfer, ekzosferdeki gezegenler arası uzaya - yükseklikte geçer
Gezegenimizin yüzeyinden 500-1000 km, bazı kaynaklar bu rakamı 3000 km olarak adlandırıyor.

Atmosferin dünyadaki yaşam için önemi büyüktür, çünkü gezegeni kozmik cisimlerle çarpışmalardan korur ve çeşitli formlarda yaşamın oluşumu ve gelişimi için en uygun göstergeleri sağlar.
Koruyucu kabuğun bileşimi:

• Azot – %78.
• Oksijen – %20,9.
• Gaz karışımı – %1,1 (bu kısım ozon, argon, neon, helyum, metan, kripton, hidrojen, ksenon, karbondioksit, su buharı gibi maddelerden oluşur).

Gaz karışımı önemli bir işlevi yerine getirir - fazla güneş enerjisini emer. Atmosferin bileşimi yüksekliğe bağlı olarak değişir; Dünya yüzeyinden 65 km yükseklikte nitrojen içerecektir
zaten %86, oksijen – yalnızca %19.

Atmosferin bileşenleri

Dünya atmosferinin çeşitli bileşimi, onun çeşitli işlevleri yerine getirmesine ve gezegendeki yaşamı korumasına olanak tanır. Ana unsurları:

• Karbondioksit (CO₂), bitki beslenmesi (fotosentez) sürecinde yer alan ayrılmaz bir bileşendir. Tüm canlı organizmaların solunumu, organik maddelerin çürümesi ve yanması nedeniyle atmosfere salınır. Karbondioksit yok olursa, onunla birlikte bitkiler de yok olacak.
• Oksijen (O₂) – gezegendeki tüm organizmaların yaşamı için en uygun ortamı sağlar ve solunum için gereklidir. Onun yok olmasıyla birlikte gezegendeki organizmaların %99'unun yaşamı sona erecek.
• Ozon (O3), güneş radyasyonunun yaydığı ultraviyole radyasyonun doğal bir emicisi olarak görev yapan bir gazdır. Fazlalığı canlı organizmaları olumsuz etkiler. Gaz, atmosferde ozon kalkanı adı verilen özel bir katman oluşturur. Dış koşulların ve insan faaliyetlerinin etkisi altında giderek bozulmaya başlar, bu nedenle gezegenimizin ozon tabakasını eski haline getirerek üzerindeki yaşamı korumak için önlemler almak önemlidir.

Atmosferde ayrıca su buharı da bulunur; havanın nemini belirlerler. Bu bileşenin yüzdesi çeşitli faktörlere bağlıdır. Tarafından etkilenmiş:

• Hava sıcaklığı göstergeleri.
• Bölgenin konumu (bölge).
• Mevsimsellik.

Su buharı miktarını ve sıcaklığı etkiler - düşükse konsantrasyon% 1'i geçmez, yükselirse% 3-4'e ulaşır.
Ek olarak, dünyanın atmosferi katı ve sıvı yabancı maddeleri içerir - kurum, kül, deniz tuzu, çeşitli mikroorganizmalar, toz, su damlacıkları.

Atmosfer: katmanları

Bu gaz kabuğunun bizim için neden değerli olduğunu tam olarak anlayabilmek için dünya atmosferinin katmanlar halindeki yapısını bilmek gerekir. Farklı yüksekliklerdeki gaz karışımının bileşimi ve yoğunluğunun aynı olmaması nedeniyle öne çıkıyorlar. Her katman kimyasal bileşim ve işlevler bakımından farklılık gösterir. Dünyanın atmosferik katmanları aşağıdaki gibi düzenlenmelidir:

Troposfer dünya yüzeyine en yakın konumdadır. Bu katmanın yüksekliği tropik bölgelerde 16-18 km'ye, kutupların üzerinde ise ortalama 9 km'ye ulaşır. Tüm su buharının %90'a kadarı bu katmanda yoğunlaşmıştır. Bulut oluşumu süreci troposferde meydana gelir. Burada hava hareketi, türbülans ve konveksiyon da gözlemlenmektedir. Sıcaklıklar tropik bölgelerde ve kutuplarda sırasıyla +45 ila -65 derece arasında değişir. 100 metrelik artışla sıcaklık 0,6 derece düşüyor. Siklonik süreçlerden sorumlu olan, su buharı ve havanın birikmesi nedeniyle troposferdir. Buna göre dünya atmosferinde siklon ve antisiklonların geliştiği katmanın adı nedir sorusunun doğru cevabı bu atmosferik katmanın adı olacaktır.

Stratosfer - bu katman gezegenin yüzeyinden 11-50 km yükseklikte bulunur. Alt bölgesinde sıcaklıklar -55 değerlerine ulaşma eğilimindedir. Stratosferde bir inversiyon bölgesi vardır - bu katman ile bir sonraki katman arasında mezosfer adı verilen sınır. Sıcaklıklar +1 derece değerlerine ulaşıyor. Uçaklar alt stratosferde uçar.

Ozon tabakası stratosfer ile mezosfer arasındaki sınırda küçük bir alandır, ancak dünyadaki tüm yaşamı ultraviyole radyasyonun etkilerinden koruyan atmosferin ozon tabakasıdır. Ayrıca, canlı organizmaların varlığı için rahat ve elverişli koşullar ile onsuz hayatta kalmanın imkansız olduğu sert kozmik koşulları birbirinden ayırır. Özel durumlar bakteriler bile. Ultraviyole radyasyonla temas eden ve fotokimyasal reaksiyona giren, ozon adı verilen bir gaz üreten organik bileşenlerin oksijenle etkileşimi sonucu oluşmuştur. Ozon ultraviyole ışınımı emdiği için atmosferi ısıtır ve yaşam için en uygun koşulları her zamanki haliyle korur. Buna göre ozon şu soruya cevap vermelidir: Hangi gaz tabakası dünyayı kozmik radyasyondan ve aşırı güneş radyasyonundan korur?

Atmosferin katmanları dünya yüzeyinden itibaren sıralandığında mezosferin ardından geldiğini belirtmek gerekir. Gezegenin yüzeyinden 50-90 km yükseklikte bulunur. Sıcaklık göstergeleri – 0 ila -143 derece (alt ve üst sınırlar). Dünyayı geçerken yanan meteorlardan korur
havanın parlaması olgusudur. Atmosferin bu kısmındaki gaz basıncı son derece düşüktür, bu da mezosferin tamamen incelenmesini imkansız hale getirir, çünkü uydular veya sondalar da dahil olmak üzere özel ekipmanlar orada çalışamaz.

Termosfer, deniz seviyesinden 100 km yükseklikte bulunan atmosferin bir katmanıdır. Bu, Karman çizgisi olarak adlandırılan alt sınırdır. Bilim adamları şartlı olarak uzayın burada başladığını belirlediler. Termosferin anlık kalınlığı 800 km'ye ulaşır. Sıcaklık 1800 dereceye ulaşıyor, ancak hafif bir hava konsantrasyonu, uzay aracının ve roketlerin derisinin sağlam kalmasına izin veriyor. Dünya atmosferinin bu katmanında özel bir
fenomen - kuzey ışıkları - gezegenin bazı bölgelerinde gözlemlenebilen özel bir parıltı türü. Birkaç faktörün etkileşimi sonucu ortaya çıkarlar - havanın iyonlaşması ve kozmik radyasyonun ve radyasyonun bunun üzerindeki etkisi.

Atmosferin hangi katmanı dünyaya en uzaktır - Ekzosfer. Gazların konsantrasyonu küçük olduğundan, yavaş yavaş atmosferin dışına çıktıkları için burada bir hava dağılım bölgesi vardır. Bu katman Dünya yüzeyinden 700 km yükseklikte yer almaktadır. Onu oluşturan ana unsur
Bu katman hidrojendir. Atomik durumda, güneş ışınımıyla yüksek oranda iyonize olacak oksijen veya nitrojen gibi maddeler bulabilirsiniz.
Dünya'nın ekzosferinin boyutları gezegenden 100 bin km'ye ulaşıyor.

İnsanlar, atmosferin katmanlarını dünya yüzeyinden sırayla inceleyerek, teknolojik yeteneklerin geliştirilmesine ve iyileştirilmesine yardımcı olan birçok değerli bilgi elde etti. Bazı gerçekler şaşırtıcıdır, ancak canlı organizmaların başarılı bir şekilde gelişmesine olanak sağlayan onların varlığıydı.

Atmosferin ağırlığının 5 katrilyon tondan fazla olduğu biliniyor. Katmanlar, gezegenin yüzeyinden 100 km'ye kadar sesleri iletebilir; daha yüksekte, gazların bileşimi değiştikçe bu özellik kaybolur.
Atmosfer hareketleri, Dünya'nın ısınmasının değişmesi nedeniyle ortaya çıkar. Kutuplardaki yüzey soğuktur ve tropik bölgelere yaklaştıkça ısınma artar; sıcaklık göstergeleri siklonik girdaplardan, mevsimlerden ve günün saatinden etkilenir. Bu amaçla bir barometre kullanılarak atmosferik basıncın gücü belirlenebilir. Gözlemler sonucunda bilim insanları, koruyucu katmanların varlığının, toplam kütlesi 100 ton olan meteoritlerin her gün gezegen yüzeyine temas etmesinin önlenmesini mümkün kıldığını tespit etti.

İlginç bir gerçek, havanın bileşiminin (katmanlardaki gaz karışımı) uzun bir süre boyunca değişmeden kalmasıdır - birkaç yüz milyon yıl bilinmektedir. Son yüzyıllarda, insanlığın üretimde önemli bir artış yaşamasından bu yana önemli değişiklikler meydana geldi.

Atmosferin uyguladığı baskı insanların refahını etkiler. 760 mmHg göstergeleri %90 için normal kabul edilir, bu değer 0 derecede oluşmalıdır. Bu değerin dünya karalarının deniz seviyesinin aynı bantta (düşmeden) geçtiği alanlar için geçerli olduğunu dikkate almak gerekir. Yükseklik ne kadar yüksek olursa basınç da o kadar düşük olur. Değişiklikler yalnızca dikey değil yatay olarak da meydana geldiğinden siklonların geçişi sırasında da değişir.

Dünya atmosferinin fizyolojik bölgesi 5 km'dir, bu işareti geçtikten sonra kişi özel bir durum yaşamaya başlar - oksijen açlığı. Bu süreçte insanların %95'i belirgin bir performans düşüşü yaşar ve hazırlıklı ve eğitimli bir kişinin bile refahı önemli ölçüde bozulur.

Atmosferin dünyadaki yaşam için bu kadar önemli olmasının nedeni budur; insanlar ve çoğu canlı organizma bu gaz karışımı olmadan var olamaz. Onların varlığı sayesinde, modern toplumun aşina olduğu Dünya üzerindeki yaşamı geliştirmek mümkün hale geldi. Endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan hasarın değerlendirilmesi, belirli gaz türlerinin konsantrasyonunu azaltmak için hava temizleme önlemlerinin alınması ve normal bileşim için yeterli olmayanların tanıtılması gerekmektedir. Gelecek nesiller için en uygun koşulları sürdürmek amacıyla atmosferin katmanlarını korumak ve eski haline getirmek için şimdi daha fazla önlem düşünmek önemlidir.