U primordijalnoj atmosferi Zemlje prvi su se pojavili molekuli. Karakteristike primarne Zemljine atmosfere

Atmosfera (od grčkog "atmos" - para, "sfera" - lopta) je prozračna vanjska plinska ljuska planete koja okružuje globus, rotira s njom, štiti sav život na Zemlji od štetnog djelovanja zračenja.

Što se tiče porijekla atmosfere, naučnici razlikuju dvije hipoteze.

Prema prvoj hipotezi- atmosfera je plinovito topljenje primarnog materijala koji je nekada prekrivao vruću Zemlju. Većina naučnika se pridržava druga hipoteza, koji kaže da je atmosfera sekundarna formacija koja je nastala prilikom formiranja gasovitih hemijskih elemenata i jedinjenja iz rastopljene materije.

Prva atmosfera nastala oko Zemlje tokom kondenzacije prašine i gasa bila je 100 puta veća od naše sadašnje. Izvori plinovitih tvari koje su činile primarnu atmosferu bile su rastopljene stijene Zemljine kore, plašta i jezgra. Ovo sugerira da je atmosfera nastala nakon što je Zemlja podijeljena na školjke.

Veliki naučnici sugerišu da se rana atmosfera sastojala od mešavine vodene pare, vodonika, ugljen-dioksida, ugljen-monoksida i sumpora. Posljedično, primarna atmosfera se sastojala od lakih plinova koji su se zadržavali blizu površine Zemlje sile gravitacije. Ako uporedimo drevnu atmosferu sa modernom, nedostajali su joj uobičajeni dušik i kisik. Ti su gasovi, zajedno sa vodenom parom, tada bili u dubokim utrobama Zemlje. U to vrijeme bilo je malo vode: bila je dio tvari plašta u obliku hidroksila. Tek nakon što su se vodena para i razni plinovi počeli intenzivno oslobađati iz stijena gornjeg plašta, hidrosfera, a debljina atmosfere i njen sastav su se promenili.

Inače, ovi procesi još uvijek traju.

Na primjer, tokom erupcije vulkana havajskog tipa, na temperaturi od 1000 0 -1200 0 C, emisije gasova sadrže do 80% vodene pare i manje od 6% ugljen-dioksida. Osim toga, velike količine hlora, metana, amonijaka, fluora, broma i vodonik sulfida ispuštaju se u modernu atmosferu. Može se zamisliti kolika se ogromna količina gasova oslobađala u davna vremena tokom grandioznih erupcija.

Primarna atmosfera je bila vrlo agresivna sredina i djelovala je na stijene kao jaka kiselina. I njena temperatura je bila veoma visoka. Ali čim je temperatura pala, para se kondenzovala. Primarna atmosfera Zemlje bila je veoma različita od moderne. Bio je mnogo gušći i sastojao se uglavnom od ugljičnog dioksida. Oštra promjena u sastavu atmosfere dogodila se prije 2 - 2,5 milijarde godina i povezana je s nastankom života.

Biljke karbonskog perioda u istoriji Zemlje apsorbovale su većinu ugljen-dioksida i zasitile atmosferu kiseonikom. S pojavom primitivnog života pojavile su se cijanobakterije koje su počele prerađivati ​​atmosferske komponente, oslobađajući kisik. Prilikom stvaranja atmosfere do oslobađanja kisika došlo je zbog procesa većeg razmjera povezanog s "kretanjem" brojnih okeanskih vulkana iz podvoda na površinu Zemlje. Podvodni vulkan oslobađa magmu, koja se hladi vodom. U tom slučaju se oslobađa sumporovodik i formiraju minerali, čiji hemijski sastav uključuje kisik.

Zemljini vulkani emituju produkte koji ne reagiraju s atmosferskim kisikom, već samo obnavljaju njegov sadržaj u vodi. Tokom proteklih 200 miliona godina, sastav Zemljine atmosfere ostao je gotovo nepromijenjen.

Dimenzije magnetosfere, masa i zapremina atmosfere

Ranije se vjerovalo (prije pojave vještačkih satelita) da kako smo se udaljavali od zemljine površine, atmosfera se postepeno razrjeđivala i glatko prolazila kroz međuplanetarni prostor.

Sada je utvrđeno da energetski tokovi iz dubokih slojeva Sunca prodiru u svemir daleko izvan Zemljine orbite, sve do najviših granica Sunčevog sistema. Ovaj takozvani “solarni vetar” struji okolo Zemljino magnetsko polje, formirajući izduženu "šupljinu" unutar koje je koncentrisana Zemljina atmosfera.

Zemljino magnetsko polje je primetno suženo na dnevnoj strani okrenutoj prema Suncu i formira dugačak jezik, koji se verovatno proteže izvan Mesečeve orbite, na suprotnoj noćnoj strani.

Upper granica Zemljine magnetosfere na dnevnoj strani na ekvatoru smatra se da je udaljenost približno jednaka 7 (sedam) poluprečnika Zemlje.

6371: 7 = 42000 km.

Upper granica Zemljine magnetosfere na dnevnoj strani na polovima smatra se da je udaljenost otprilike 28.000 km. (koja je uzrokovana centrifugalnom silom Zemljine rotacije).

Po zapremini, atmosfera (oko 4x10 12 km) je 3000 puta veća od cijele hidrosfere (zajedno sa Svjetskim okeanom), ali je po masi znatno manja od nje i iznosi približno 5,15x10 15 tona.

Dakle, "težina" atmosfere po jedinici površine, odnosno atmosferski pritisak, na nivou mora iznosi približno 11 tona/m. Atmosfera je višestruko veća po zapremini od Zemlje, ali je samo 0,0001 mase naše planete.

Sastav prirodnog gasa atmosferskog vazduha i

uticaj nekih njegovih komponenti na zdravlje ljudi

Sastav gasa atmosferski vazduh po zapremini je fizička mešavina azota (78,08%), kiseonika (20,94%) na površini Zemlje - odnos azota i kiseonika je 4:1, argona (0,9%), ugljen-dioksida (0,035%), kao kao i mala količina neona (0,0018%), helijuma (0,0005%), kriptona (0,0001%), metana (0,00018%), vodonika (0,000015%), ugljen monoksida (0,00001%), ozona (0,00001%) , dušikov oksid (0,0003%), ksenon (0,000009%), dušikov dioksid (0,000002%).

Osim toga, zrak uvijek sadrži razne vrste dima, prašine i pare, suspendiranih čestica, aerosola i vodene pare.

vodena para njegova koncentracija je oko 0,16% zapremine atmosfere. Na površini zemlje kreće se od 3% (u tropima) do 0,00002% (na Antarktiku).

Sa visinom, količina vodene pare brzo opada. Kada bi se sva voda sakupila, formirao bi sloj prosječne debljine oko 2 cm (1,6 -1,7 cm u umjerenim geografskim širinama). Ovaj sloj se formira na nadmorskoj visini do 20 km.

Gasni sastav nižih slojeva atmosfere na nadmorskoj visini do 110 km. od Zemljine površine, posebno troposfere, gotovo je konstantna. Pritisak i gustina u atmosferi opadaju sa visinom. Polovina zraka sadržana je u donjih 5,6 km, a druga polovina do visine od 11,3 km. Na nadmorskoj visini od 110 km. Gustina vazduha je milion puta manja nego na površini.

U visokim slojevima atmosfere, sastav vazduha se menja pod uticajem sunčevog zračenja, što dovodi do raspadanja molekula kiseonika na atome.

Otprilike do nadmorske visine od 400 – 600 km. atmosfera ostaje kiseonik - nitrogen

Značajna promjena u sastavu atmosfere počinje tek s visine od 600 km. Ovdje počinje da prelazi helijum. Helijumska kruna Zemlja, kako je V.I. Vernadsky nazvao helijumski pojas, proteže se na otprilike 1600 km. sa površine Zemlje. Iznad ove udaljenosti je 1600 – 2 – 3 hiljade km. postoji višak vodonika.

Neki molekuli se razlažu na ione i formiraju jonosfera.

Preko 1000 km. postoje radijacijski pojasevi mogu se smatrati dijelom atmosfere ispunjene vrlo energetskim jezgrima atoma vodonika i elektrona zarobljenih magnetnim poljem planete. Tako se plinovita ljuska Zemlje neprestano pretvara u međuplanetarni gas (prostor), koji se sastoji od:

76% masenog udjela vodonika;

Od 23% mase iz helijuma;

Od 1% mase iz kosmičke prašine.

Zanimljivo je da se naša atmosfera po sastavu veoma razlikuje od atmosfera drugih planeta u Sunčevom sistemu. Naši najbliži susjedi Venera i Mars imaju atmosferu pretežno ugljičnog dioksida, udaljeniji susjedi Jupiter, Saturn, Uran, Neptun okruženi su atmosferom helijum-vodikova, a istovremeno u tim atmosferama ima dosta metana.

Atmosferski zrak je jedan od najvažnijih prirodnih resursa, bez kojeg bi život na Zemlji bio apsolutno nemoguć. Svaka komponenta je po svom hemijskom sastavu važna za život.

KISENIK – gas bez boje i mirisa gustine 1,23 g/l. Najčešći hemijski element na Zemlji.

U atmosferi 20,94%, u hidrosferi 85,82%, u litosferi 47% kiseonika. Kada osoba izdahne, oslobađa 15,4-16,0% kiseonika u atmosferskom vazduhu. Osoba dnevno u mirovanju udahne oko 2722 litara (1,4 m) kisika, izdahne 0,34 m 3 ugljičnog dioksida, osim toga, emituje oko 400 tvari dnevno u okoliš. U tom slučaju 9 litara atmosferskog zraka prolazi kroz pluća. po minuti, 540l. na sat, 12960l. dnevno, a pri opterećenju 25.000 - 30.000 l. dnevno (25 – 30m3). Tokom godine udahne 16.950 m u mirovanju, tokom fizičke aktivnosti 20.000 - 30.000 m, a tokom života od 65.000 do 180.000 m. zrak.

Dio je svih živih organizama (u ljudskom tijelu njegova masa je oko 65%).

Kiseonik je aktivno oksidaciono sredstvo za većinu hemijskih elemenata, kao i u metalurgiji, hemijskoj i petrohemijskoj industriji, u raketnim gorivima, a koristi se u aparatima za disanje u svemirskim i podmorničkim brodovima. Ljudi, životinje i biljke dobijaju energiju neophodnu za život biološkom oksidacijom različitih supstanci kiseonikom, koji na različite načine ulazi u organizam, preko pluća i kože.

Kiseonik je bitan učesnik u svakom sagorevanju. Prekoračenje sadržaja kiseonika u atmosferi za 25% može dovesti do požara na Zemlji.

Biljke ga oslobađaju tokom fotosinteze. Istovremeno, oko 60% kiseonika ulazi u atmosferu fotosintezom okeanskog planktona, a 40% iz zelenih biljaka.

Fiziološke promjene kod zdravih ljudi se primjećuju ako sadržaj kisika padne na 16-17% na 11-13%, uočava se teška hipoksija.

Izgladnjivanje kiseonikom usled smanjenja atmosferskog pritiska kiseonika može se javiti prilikom letenja (visinska bolest), prilikom penjanja na planine (planinska bolest), koja počinje na visini od 2,5 - 3 km.

Niske koncentracije kiseonika mogu se stvoriti u vazduhu zatvorenih i hermetički zatvorenih prostora, na primer u podmornicama tokom nesreća, kao iu rudnicima, oknima i napuštenim bunarima, gde kiseonik može biti istisnut drugim gasovima. Možete sprečiti efekte nedostatka kiseonika tokom letova korišćenjem pojedinačnih uređaja za kiseonik, svemirskih odela ili kabina aviona pod pritiskom.

Sustav za održavanje života svemirskih brodova ili podmornica uključuje opremu koja apsorbira ugljični dioksid, vodenu paru i druge nečistoće iz zraka te im dodaje kisik.

Za prevenciju planinske bolesti od velike je važnosti stalna aklimatizacija (adaptacija) na međustanicama u uslovima razrijeđene atmosfere. Boravkom u planinama povećava se količina hemoglobina i crvenih krvnih zrnaca u krvi, a oksidativni procesi u tkivima, zbog pojačane sinteze određenih enzima, potpunije se odvijaju, što omogućava čovjeku da se prilagodi životu na većim nadmorskim visinama.

Postoje planinska sela koja se nalaze na nadmorskoj visini od 3-5 km. iznad nivoa mora, posebno obučeni penjači uspevaju da se popnu na planine visoke 8 km. i više bez upotrebe uređaja za kiseonik.

Kiseonik u svom čistom obliku ima toksične efekte. Prilikom udisanja čistog kiseonika kod životinja nakon 1-2 sata u plućima nastaju telektaze (zbog začepljenja sluzi u malim bronhima), a nakon 3-5 sati dolazi do narušavanja propusnosti kapilara pluća, nakon 24 sata.

Fenomeni plućnog edema. U uslovima normalnog atmosferskog pritiska, kada je potrebno povećati performanse osobe tokom teške fizičke aktivnosti ili kod lečenja pacijenata sa hipoksijom, pritisak i snabdevanje kiseonikom se značajno povećavaju i do 40%.

OZON– modifikacija kiseonika, čime se obezbeđuje očuvanje života na Zemlji jer Ozonski omotač atmosfere zadržava dio ultraljubičastog zračenja Sunca i apsorbira infracrveno zračenje Zemlje, sprječavajući njeno hlađenje. To je plavi plin oštrog mirisa. Najveći deo ozona se dobija iz kiseonika tokom električnih pražnjenja u atmosferi na visinama od 20-30 km. Kiseonik apsorbuje ultraljubičaste zrake, formirajući molekule ozona, koje se sastoje od tri atoma kiseonika. Štiti sav život na Zemlji od štetnih efekata kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja Sunca. U gornjim slojevima nema dovoljno kiseonika za formiranje ozona, au nižim slojevima nema dovoljno ultraljubičastog zračenja. Ozon je takođe prisutan u malim količinama u prizemnom sloju vazduha. Ukupan sadržaj ozona u cijeloj atmosferi odgovara sloju čistog ozona debljine 2 - 4 mm, pod uslovom da su tlak i temperatura zraka isti kao na površini Zemlje. Sastav zraka pri usponu čak i nekoliko desetina kilometara (do 100 m) se malo mijenja. Ali zbog činjenice da se zrak ispušta s visinom, sadržaj svakog plina po jedinici volumena se smanjuje (atmosferski tlak opada). Nečistoće uključuju: ozon, fitoncide koje oslobađa vegetacija, gasovite materije nastale kao rezultat biohemijskih procesa i radioaktivnog raspada u tlu, itd. Ozon se koristi za dezinfekciju vode za piće, neutralizaciju industrijskih otpadnih voda, za dobijanje kamfora, vanilina i drugih jedinjenja, za tkanine za izbjeljivanje, mineralna ulja itd.

UGLJEN-DIOKSID(ugljen-oksid) je gas bez boje i mirisa, ispod -78,5 0 C postoji u čvrstom obliku (suvi led). 1,5 puta je teži od vazduha i nalazi se u vazduhu (0,35% zapremine), u vodama reka, mora i mineralnih izvora. Ugljični dioksid se koristi u proizvodnji šećera, piva, gaziranih voda i pjenušavih vina, uree, sode, za gašenje požara i dr.; suvi led je rashladno sredstvo. Nastaje pri raspadanju i sagorijevanju organskih tvari, pri disanju životinjskih organizama, asimiliraju ga biljke i igra važnu ulogu u fotosintezi. Važnost procesa fotosinteze je da biljke oslobađaju kiseonik u vazduh. Zbog toga je nedostatak ugljičnog dioksida opasan. Ugljični dioksid izdišu ljudi (3,4 - 4,7% izdahnutog zraka), životinje, oslobađa se i pri sagorijevanju uglja, nafte i benzina,

Stoga je zbog intenzivnog sagorijevanja mineralnih goriva posljednjih godina povećana količina ugljičnog dioksida u atmosferi. Povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi dovodi do globalne opasnosti za ljude - efekat staklenika. Ugljični dioksid, poput stakleničkog stakla, propušta sunčeve zrake, ali zadržava toplinu sa zagrijane površine Zemlje. Kao rezultat toga, prosječna temperatura zraka raste,

Mikroklima se pogoršava, što utiče na zdravlje ljudi. Svake godine se kao rezultat fotosinteze apsorbira oko 300 miliona tona ugljičnog dioksida i oslobađa oko 200 miliona tona kisika, proizvodi se oko 3000 milijardi tona ugljičnog dioksida i njegova količina se stalno povećava. Ako je prije 100 godina sadržaj ugljičnog dioksida u zraku bio 0,0298%, sada je 0,0318%. U gradovima je ovaj sadržaj još veći.

Zanimljivo je da ubrzanje - ubrzani rast djece, posebno u gradovima - neki naučnici povezuju s povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi. Čak i malo povećanje količine ugljičnog dioksida u zraku značajno pospješuje proces disanja, počinje brzi rast grudnog koša i, shodno tome, cijelog tijela.

Ugljični dioksid je 1,5 puta teži od zraka i stoga se može akumulirati na dnu zatvorenih prostora. Ova svojstva mogu doprinijeti trovanju izvan naseljenih mjesta u atmosferi zraka ima 0,03 - 0,04% ugljičnog dioksida; u industrijskim centrima njegov sadržaj raste na 0,06%, a blizu preduzeća crne metalurgije - do 1%.

Povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u udahnutom zraku dovodi do razvoja acidoze, pojačanog disanja i tohakardije. Kada se koncentracija poveća na 1-2%, performanse se smanjuju, neki ljudi doživljavaju toksične efekte kada je koncentracija veća od 2-3%, intoksikacija je izraženija. Uz „slobodan izbor“ plinskog okruženja, ljudi počinju izbjegavati ugljični dioksid tek kada njegova koncentracija dostigne 3%. Pri koncentraciji od 10-12% dolazi do brzog gubitka svijesti i smrti.

Opisani su slučajevi teškog trovanja ugljičnim dioksidom u zatvorenim ili hermetički zatvorenim prostorima (rudnici, kamenolomi, podmornice), kao i zatvorenim prostorima u kojima je dolazilo do intenzivnog raspadanja organskih materija - duboki bunari, silosi, fermentacioni rezervoari u pivarama, kanalizacioni bunari, itd. Uzimajući u obzir prikazane podatke, smatra se da u industrijama gdje postoje izvori ugljičnog dioksida, u svemirskim brodovima, na podmornicama, njegova koncentracija ne bi trebala prelaziti 0,5-1%. U skloništima, kao iu drugim kritičnim uslovima, može se pretpostaviti da je koncentracija ugljičnog dioksida do 2%.

NITROGEN– gas bez boje i mirisa, glavni je sastojak vazduha (78,09% zapremine), deo je svih živih organizama (u ljudskom telu oko 3% masenog azota, u proteinima do 17%), učestvuje u ciklus supstanci u prirodi. Glavno područje primjene je sinteza amonijaka; jedinjenja azota – azotna đubriva. Azot je inertan medij u hemijskim i metalurškim procesima, u skladištima povrća itd.

Dušik i drugi inertni gasovi su fiziološki neaktivni pri normalnom pritisku;

ARGON– inertni gas, 0,9% zapremine u vazduhu, gustina 1,73 g/l. Koristi se u industriji u argonskom zavarivanju, u hemijskim procesima, za punjenje električnih lampi i cevi za pražnjenje gasom.

Svježi zrak

Vazduh je neophodan za život, jer bez njega čovek može da živi u proseku do 5 minuta. Shodno tome, zagađenje vazduha je jedan od najozbiljnijih ekoloških problema za društvo, bez obzira na stepen njegovog ekonomskog razvoja. Najmanje 500 miliona ljudi svakodnevno je izloženo visokim nivoima zagađivača vazduha u svojim domovima u obliku dima iz otvorene vatre ili loše dizajniranih peći. Više od 1.500 ljudi živi u urbanizovanim regionima sa alarmantno visokim nivoom zagađenja vazduha. Industrijski razvoj je povezan sa ispuštanjem ogromnih količina gasa i čestica u atmosferu, kako otpada iz same proizvodnje tako i proizvoda sagorevanja goriva u transportu i energetici. Nakon uvođenja tehnologije za kontrolu zagađenja zraka smanjenjem emisije čestica, stručnjaci su otkrili da se emisije plinova i dalje nastavljaju i da su uzrok samog problema. Nedavni napori da se kontrolišu emisije čestica i gasova su prilično uspješni u većini razvijenih zemalja, ali postoje dokazi da zagađenje zraka predstavlja zdravstveni rizik čak i pod relativno povoljnim okolišnim uvjetima.

U početku, zemlje koje se brzo razvijaju nisu bile u mogućnosti da ulože dovoljna sredstva u kontrolu zagađenja vazduha zbog drugih ekonomskih i društvenih prioriteta. Brza ekspanzija u takvim zemljama je istovremeno postala osnovni uzrok povećanja broja vozila, povećanja neindustrijske potrošnje energije i povećane koncentracije stanovništva u velikim urbanizovanim regijama (metropolama). Sve je to dovoljno doprinijelo nastanku takvog ekološkog problema kao što je zagađenje zraka.

U mnogim tradicionalnim društvima, gdje su izvori energije za domaćinstvo smatrani čistima, oni se više ne koriste tako široko kao u prošlim godinama zbog neefikasnosti i, iz moderne perspektive, štetnih goriva koja se koriste za grijanje zgrada i kuhanje. Navedene okolnosti uzrokuju zagađenje vanjskog i unutrašnjeg zraka, što može dovesti do plućnih bolesti, problema s vidom (iritacija sluzokože očiju i sl.) i povećanog rizika od raka.

Kvalitet zraka u zatvorenom prostoru ostaje goruće pitanje u mnogim razvijenim zemljama jer... stambeni i industrijski objekti su zaptiveni i dobro grijani. Opasnost od ulaska štetnih hemijskih jedinjenja u vazduh ne dolazi samo od sistema za grejanje i kuvanje, već i od dimnih gasova iz građevinskih materijala. A sve se to nakuplja u kućama i stvara problem zagađenja.

Struktura atmosfere

Atmosfera sastoji se od zasebnih slojeva, koncentričnih sfera, koje se međusobno razlikuju po visini od površine Zemlje, po prirodi temperaturnih promjena, po sastavu gasa. Postoje: - troposfera; -stratosfera; - mezosfera; - termosfera; - egzosfera.

Donji sloj atmosfere se naziva troposfera(od grčkog "tropa" - okret) Njegova masa je 80% mase atmosfere. Gornja granica troposfere zavisi od geografske širine:

U tropskim geografskim širinama (ekvator) visina od Zemljine površine je 18 – 20 km;

U umjerenim geografskim širinama, visina od Zemljine površine je oko 10 km;

U polarnim geografskim širinama (na polovima) visina od Zemljine površine je 8 - 10 km.

Od doba godine:

Gornja granica troposfere (tropopauza - od grčkog "pauze" - prestanak) na sjevernoj hemisferi se zimi, zbog zahlađenja, podiže za 2 - 4 km.

Gornja granica troposfere (tropopauza) na sjevernoj hemisferi ljeti se zbog zagrijavanja smanjuje za 2-4 km.

Troposfera prima svoje tijelo odozdo od Zemlje, koje se zauzvrat zagrijava sunčevim zracima. Direktno zbog apsorpcije sunčevih zraka, zrak se zagrijava desetine puta manje nego na Zemlji. Kako se visina povećava, temperatura zraka se smanjuje u prosjeku za 0,6 0 C na svakih 100 m uspona.

Na gornjoj granici troposfere temperatura dostiže -60 0 C. To je olakšano činjenicom da se zrak, podižući se, širi i hladi. Bilo bi još hladnije da nije toplote koja se oslobađa kada se vodena para kondenzuje.

Na nadmorskoj visini od 10 km. Temperatura troposfere ljeti je -45 0 C, a zimi -60 0 C.

Iznad troposfere nalazi se sloj vazduha sa stalno niskom temperaturom - tropopauza. U tropima, gdje sunčeve zrake padaju okomito ili gotovo okomito, a kopno i more se više zagrijavaju, ovaj sloj se nalazi na nadmorskoj visini od 18 - 20 km. U polarnim područjima, gdje kosi zraci slabo zagrijavaju Zemlju, tropopauza se nalazi niže - na nadmorskoj visini od 8 - 10 km.

U troposferi se uglavnom formira vrijeme, koji određuje uslove ljudskog postojanja.

Većina atmosferske vodene pare koncentrirana je u troposferi i tu se prvenstveno formiraju oblaci, iako se neki, koji se sastoje od kristala leda, nalaze u višim slojevima.

Zagrijavanje atmosfere u različitim dijelovima Zemlje nije isto, što doprinosi razvoju opšte cirkulacije Zemljine atmosfere, što je usko povezano sa distribucijom atmosferskog pritiska. To je pritisak atmosferskog zraka na objekte u njemu i na površini zemlje.

U svakoj tački atmosfere, atmosferski pritisak je jednak težini vazdušnog stuba iznad, koji opada sa visinom. Prosječni pritisak na nivou mora je ekvivalentan 760 mmHg (1013,25 hPa).

Raspodjela atmosferskog tlaka na površini Zemlje (na nivou mora) karakterizira relativno niska vrijednost u blizini ekvatora, povećanje u suptropima i smanjenje u srednjim i visokim geografskim širinama. Istovremeno, na kontinentalnim netropskim geografskim širinama, atmosferski pritisak se obično povećava zimi, a smanjuje ljeti. Pod uticajem razlike pritisaka, vazduh doživljava ubrzanje usmereno od visokog ka niskom pritisku. Kada se zrak kreće, na njega djeluju sile uzrokovane rotacijom Zemlje. Coriolis sile i centrifugalne sile, kao i sile trenja.

Sve ovo rezultira složenim obrascem uticaja na Zemljinu atmosferu, od kojih su neki relativno uporni (na primjer, pasati i monsuni). U srednjim geografskim širinama prevladava zračna struja od zapada prema istoku, u kojoj nastaju veliki vrtlozi - cikloni i anticikloni, obično se proteže na stotine i hiljade kilometara.

Troposfera je karakterizirana turbulencije i snažne zračne struje (vjetrovi) i oluje. U gornjoj troposferi postoje jake vazdušne struje sa strogo određenim pravcima. Turbulentni vrtlozi nastaju pod uticajem trenja i dinamičke interakcije između sporo i brzo pokretnih vazdušnih masa. Pošto obično nema oblačnosti na ovim visokim nivoima, ova turbulencija se naziva "turbulencija čistog vazduha".

Stratosfera

Iznad troposfere je stratosfera (od grčkog "stratium" - pod, sloj). Njegova masa je 20% mase atmosfere.

Gornja granica stratosfere nalazi se od Zemljine površine na nadmorskoj visini:

U tropskim geografskim širinama (ekvator) 50 – 55 km:

U umjerenim geografskim širinama do 50 km;

U polarnim geografskim širinama (polovima) 40 – 50 km.

U stratosferi se vazduh zagreva kako raste, a temperatura vazduha raste sa visinom u proseku za 1-2 stepena po 1 km. raste i dostiže gornju granicu do +50 0 C.

Povećanje temperature s visinom uglavnom je posljedica ozona, koji apsorbira ultraljubičasti dio sunčevog zračenja. Na visini od 20 - 25 km od površine Zemlje nalazi se vrlo tanak (samo nekoliko centimetara) ozonski omotač.

Stratosfera je vrlo siromašna vodenom parom, ovdje nema padavina, iako ponekad na nadmorskoj visini od 30 km. nastaju oblaci.

Na osnovu posmatranja, u stratosferi su ustanovljeni turbulentni poremećaji i jaki vjetrovi koji duvaju u različitim smjerovima. Kao iu troposferi, postoje snažni vazdušni vrtlozi koji su posebno opasni za letjelice velike brzine.

Zvali su jaki vjetrovi mlazne struje duvaju u uskim zonama duž granica umjerenih geografskih širina okrenutih prema polovima. Međutim, ove zone se mogu pomjeriti, nestati i ponovo pojaviti. Mlazne struje obično prodiru u tropopauzu i pojavljuju se u gornjoj troposferi, ali njihova brzina brzo opada sa smanjenjem visine.

Moguće je da je dio energije koja ulazi u stratosferu (uglavnom se troši na stvaranje ozona) povezan s atmosferskim frontovima, gdje su ekstenzivni stratosferski vazdušni tokovi zabilježeni znatno ispod tropopauze, a troposferski zrak se uvlači u donju stratosferu.

Mezosfera

Iznad stratopauze je mezosfera (od grčkog "mesos" - sredina).

Gornja granica mezosfere nalazi se na visini od Zemljine površine:

U tropskim geografskim širinama (ekvator) 80 – 85 km;

U umjerenim geografskim širinama do 80 km;

U polarnim geografskim širinama (polovima) 70 - 80 km.

U mezosferi temperatura pada na – 60 0 C. – 1000 0 C. na njenoj gornjoj granici.

U polarnim regijama, oblačni sistemi se često pojavljuju tokom mezopauze ljeti, zauzimaju veliko područje, ali imaju mali vertikalni razvoj. Takvi noćni oblaci često otkrivaju velika talasna kretanja vazduha u mezosferi. Sastav ovih oblaka, izvori vlage i kondenzacijskih jezgara, dinamika i veze sa meteorološkim faktorima još uvijek nisu dovoljno proučeni.

Termosfera

Iznad mezopauze je termosfera (od grčkog "thermos" - toplo).

Gornja granica termosfere nalazi se na visini od Zemljine površine:

U tropskim geografskim širinama (ekvator) do 800 km;

U umjerenim geografskim širinama do 700 km;

U polarnim geografskim širinama (polovima) do 650 km.

U termosferi temperatura ponovo raste, dostižući 2000 0 C u gornjim slojevima.

Treba napomenuti da su nadmorske visine od 400 - 500 km. i iznad, temperatura zraka se ne može odrediti nijednom od poznatih metoda, zbog ekstremne razrijeđenosti atmosfere. Temperatura vazduha na takvim visinama mora se suditi po energiji čestica gasa koje se kreću u gasnim tokovima.

Povećanje temperature zraka u termosferi povezano je s apsorpcijom ultraljubičastog zračenja i stvaranjem jona i elektrona u atomima i molekulima plinova sadržanih u atmosferi.

U termosferi se pritisak, a samim tim i gustina gasa postepeno smanjuje sa visinom. Blizu zemljine površine na 1 m 3. vazduh sadrži oko 2,5x10 25 molekula na visini od oko 100 km u nižim slojevima termosfere, 1 m 3 vazduha sadrži oko 2,5x10 25 molekula. Na visini od 200 km, u jonosferi od 1 m 3. vazduh sadrži 5x10 15 molekula. Na nadmorskoj visini od oko 850 km. na 1m. vazduh sadrži 10 12 molekula. U međuplanetarnom prostoru koncentracija molekula je 10 8 - 10 9 po 1 m 3. Na nadmorskoj visini od oko 100 km. broj molekula je mali, ali se rijetko sudaraju. Prosječna udaljenost koju haotično kreće molekul prijeđe prije sudara s drugim sličnim molekulom naziva se njegov srednji slobodni put.

Na određenoj temperaturi, brzina molekula ovisi o njegovoj masi: lakši molekuli kreću se brže od težih. U nižim slojevima atmosfere, gdje je slobodan put vrlo kratak, nema primjetnog razdvajanja plinova po njihovoj molekularnoj težini, već je izraženo iznad 100 km. Osim toga, pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca, molekuli kisika se raspadaju na atome čija je masa polovina mase molekula. Stoga, kako se udaljavamo od Zemljine površine, atmosferski kisik postaje sve važniji u sastavu atmosfere na visini od oko 200 km. postaje glavna komponenta.

Više, udaljeno oko 1200 km. Sa površine Zemlje preovlađuju laki gasovi helijum i vodonik. Vanjski omotač atmosfere se sastoji od njih.

Ovo širenje po težini naziva se difuzno širenje i podsjeća na odvajanje smjese pomoću centrifuge.

Egzosfera

Iznad termopauze je egzosfera (od grčkog "exo" - spolja, spolja).

Ovo je vanjska sfera iz koje lagani atmosferski plinovi (vodonik, helijum, kisik) mogu teći u svemir.

Slojevi atmosfere nalaze se iznad 50 km. provode elektricitet i reflektuju radio talase. Ovo omogućava uspostavljanje daljinskih radio komunikacija oko Zemlje. Pošto složene hemijske reakcije proizvode ione, gornji deo atmosfere (mezosfera i termosfera) se naziva jonosfera.

Pod uticajem sunčevog zračenja često se pojavljuju sjaji u gornjim slojevima atmosfere. Najefikasniji od njih je aurora.

Molekuli i atomi u egzosferi rotiraju oko Zemlje po balističkim orbitama pod uticajem gravitacije. Neke od ovih orbita mogu se okretati oko Zemlje i po eliptičnim orbitama, poput satelita. Neki molekuli, uglavnom vodonik i helijum, imaju otvorene putanje i odlaze u svemir.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se dešavaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Zahvaljujući atmosferi, koja sadrži kiseonik, moguć je život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao i Mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu sunčevog ultraljubičastog zračenja, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu blizu površine Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva od strane zemljine površine, odnosno kopna i vode. Stoga se temperatura zraka u ovom sloju smanjuje s visinom u prosjeku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °C, a u području sjevernog pola -65 °C.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na nadmorskoj visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrijeđenošću zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo i ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Vazduh u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, a samim tim gotovo da nema oblaka i padavina. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilna strujanja zraka čija brzina dostiže 300 km/h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da dođu do Zemlje i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zahvaljujući ozonu, temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere kreće se od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi izgleda crna, a zvijezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°C.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 ° C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod uticajem kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi se pojavljuju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Sastav atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za otprilike 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time imaju značajan uticaj na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

Nitrogen, Najčešći gas u atmosferi, hemijski je neaktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nedovoljno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama i raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti i sposobnost ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Atmosferski procesi, posebno termički režim stratosfere, takođe su pod uticajem ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber ultraljubičastog zračenja sunca, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju u zavisnosti od geografske širine i doba godine u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnji ciklus sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakteristično svojstvo atmosfere je da se sadržaj glavnih gasova (dušik, kiseonik, argon) neznatno menja sa visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj azota je 86%, kiseonika - 19, argona - 0,91 , na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen, sitni kristali soli, cestovna prašina i aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju tokom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Važnost vodene pare determinisana je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugotalasno toplotno zračenje sa zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; povećava temperaturu vazduha tokom kondenzacije vodenih slojeva.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare na površini zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječan sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (to je debljina sloja kondenzirane vodene pare). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost jako raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od nadmorske visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenljivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se pretežno u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), nazvani biserno i srebrnasti, relativno retko uočavaju, dok se troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% ukupne površine zemlje.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °C - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat I nije zasićeno vodena para. Dakle, ako na temperaturi od +30 °C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost je količina vodene pare sadržana u 1 m3 vazduha. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 m L sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka i količine vodene pare koja može biti sadržana u 1 m L pri datoj temperaturi. Na primjer, ako radio emituje vremensku prognozu da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na toj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost, tj. Što je zrak bliži stanju zasićenja, vjerovatnije su padavine.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost zraka, jer tamo temperatura zraka ostaje visoka tokom cijele godine i dolazi do velikog isparavanja sa površine okeana. Relativna vlažnost je također visoka u polarnim područjima, ali zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini zrak zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira u zavisnosti od godišnjih doba - viša je zimi, niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha u pustinjama je posebno niska: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje vodene pare nego što je to moguće pri datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni zrak ne može zadržati istu količinu vodene pare, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim, prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se formira ne na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

Formiranje oblaka takođe uključuje čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci mogu imati različite oblike, koji zavise od uslova njihovog nastanka (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Atmosferska zaštita

Glavni izvori su industrijska preduzeća i automobili. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom na glavnim saobraćajnicama je veoma akutan. Zbog toga su mnogi veliki gradovi širom svijeta, uključujući i našu zemlju, uveli ekološku kontrolu toksičnosti izduvnih plinova vozila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti dotok sunčeve energije na površinu zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.

Zemljina primarna atmosfera sastojala se uglavnom od vodene pare, vodonika i amonijaka. Pod uticajem ultraljubičastog zračenja Sunca, vodena para se raspada na vodonik i kiseonik. Vodonik je u velikoj mjeri pobjegao u svemir, kisik je reagirao s amonijakom i nastali su dušik i voda. Na početku geološke istorije, Zemlja je, zahvaljujući magnetosferi, koja ju je izolovala od sunčevog vetra, stvorila sopstvenu sekundarnu atmosferu ugljen-dioksida. Ugljični dioksid je dolazio iz dubina tokom intenzivnih vulkanskih erupcija. Pojavom zelenih biljaka krajem paleozoika, kiseonik je počeo da ulazi u atmosferu kao rezultat razgradnje ugljen-dioksida tokom fotosinteze, a sastav atmosfere je poprimio savremeni oblik. Moderna atmosfera je u velikoj mjeri proizvod žive materije biosfere. Potpuna obnova kiseonika planete živom materijom dešava se za 5200-5800 godina. Cijelu njegovu masu apsorbiraju živi organizmi za otprilike 2 hiljade godina, sav ugljični dioksid - za 300-395 godina.

Sastav primarne i moderne atmosfere Zemlje

U primarnoj atmosferi bili su prisutni i metan, amonijak, vodonik, itd. Slobodni kiseonik se pojavio u atmosferi prije 1,8-2 milijarde godina.

Nastanak i evolucija atmosfere (prema V.A. Vronskom i G.V. Voitkovich)

Čak i tokom početnog radioaktivnog zagrevanja mlade Zemlje, isparljive supstance su ispuštene na površinu, formirajući primarni okean i primarnu atmosferu. Može se pretpostaviti da je primarna atmosfera naše planete po sastavu bila bliska sastavu meteorita i vulkanskih plinova. U određenoj mjeri, primarna atmosfera (sadržaj CO 2 je bio 98%, argon - 0,19%, dušik - 1,5%) bila je slična atmosferi Venere, planete koja je po veličini najbliža našoj planeti.

Zemljina primarna atmosfera bila je redukcijske prirode i praktički je bila lišena slobodnog kisika. Samo mali dio nastao je u gornjim slojevima atmosfere kao rezultat disocijacije ugljičnog dioksida i molekula vode. Trenutno postoji opći konsenzus da se u određenoj fazi razvoja Zemlje njena atmosfera ugljičnog dioksida pretvorila u atmosferu dušika i kisika. Međutim, ostaje nejasno pitanje vremena i prirode ove tranzicije - u kojoj eri historije biosfere se dogodila prekretnica, da li je bila brza ili postepena.

Trenutno su dobijeni podaci o prisutnosti slobodnog kiseonika u pretkambriju. Prisustvo visoko oksidiranih spojeva željeza u crvenim trakama prekambrijskih željeznih ruda ukazuje na prisustvo slobodnog kisika. Povećanje njegovog sadržaja kroz istoriju biosfere utvrđeno je konstruisanjem odgovarajućih modela različitog stepena pouzdanosti (A.P. Vinogradov, G. Holland, J. Walker, M. Shidlovsky, itd.). Prema A.P. Vinogradova, sastav atmosfere se kontinuirano mijenjao i bio je reguliran kako procesima otplinjavanja plašta, tako i fizičko-hemijskim faktorima koji su se odvijali na površini Zemlje, uključujući hlađenje i, shodno tome, smanjenje temperature okoline. Hemijska evolucija atmosfere i hidrosfere u prošlosti bila je usko povezana u ravnoteži njihovih supstanci.

Obilje zakopanog organskog ugljika uzeto je kao osnova za proračune sastava atmosfere u prošlosti, jer je prošlo fazu fotosinteze u ciklusu povezanom s oslobađanjem kisika. Sa smanjenjem otplinjavanja plašta tokom geološke istorije, ukupna masa sedimentnih stijena postepeno se približavala modernoj. Istovremeno, 4/5 ugljika je zakopano u karbonatnim stijenama, a 1/5 otpada na organski ugljik sedimentnih slojeva. Na osnovu ovih premisa, nemački geohemičar M. Šidlovski izračunao je povećanje sadržaja slobodnog kiseonika tokom geološke istorije Zemlje. Utvrđeno je da je otprilike 39% cjelokupnog kisika koji se oslobađa tokom fotosinteze vezano u Fe 2 O 3, 56% koncentrirano u SO 4 2 sulfate, a 5% kontinuirano ostaje u slobodnom stanju u Zemljinoj atmosferi.

U ranom prekambriju, skoro sav oslobođeni kiseonik je brzo apsorbovan u zemljinu koru tokom oksidacije, kao i vulkanski sumporni gasovi primarne atmosfere. Vjerovatno je da su procesi formiranja trakastih feruginoznih kvarcita (jaspelita) u ranom i srednjem prekambriju doveli do apsorpcije značajnog dijela slobodnog kisika iz fotosinteze drevne biosfere. Željezno željezo u pretkambrijskim morima bilo je glavni apsorber kisika kada su fotosintetski morski organizmi isporučivali slobodni molekularni kisik direktno u vodenu sredinu. Nakon što su prekambrijski okeani očišćeni od otopljenog gvožđa, slobodni kiseonik je počeo da se akumulira u hidrosferi, a zatim i u atmosferi.

Novu etapu u istoriji biosfere karakteriše činjenica da je u atmosferi pre 2000-1800 miliona godina došlo do povećanja količine slobodnog kiseonika. Stoga se oksidacija željeza preselila na površinu drevnih kontinenata u području kore trošenja, što je dovelo do stvaranja moćnih drevnih slojeva crvene boje. Opskrba okeanom željeznog željeza je smanjena i, shodno tome, smanjena je apsorpcija slobodnog kisika od strane morskog okoliša. Sve veća količina slobodnog kiseonika počela je da ulazi u atmosferu, gde je uspostavljen njegov konstantan sadržaj. U ukupnoj ravnoteži atmosferskog kiseonika povećana je uloga biohemijskih procesa žive materije u biosferi. Moderna faza u istoriji kiseonika u Zemljinoj atmosferi počela je pojavom vegetacije na kontinentima. To je dovelo do značajnog povećanja njegovog sadržaja u odnosu na drevnu atmosferu naše planete.

Književnost

1. Vronski V.A. Osnove paleogeografije / V.A. Vronski, G.V. Voitkevich. - Rostov n/d: izdavačka kuća "Feniks", 1997. - 576 str.
2. Zubaschenko E.M. Regionalna fizička geografija. Klima Zemlje: nastavno-metodički priručnik. Dio 1. / E.M. Zubaschenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. – Voronjež: VSPU, 2007. – 183 str.

Još uvijek nije bilo moguće pouzdano utvrditi historiju nastanka atmosfere. Ali već je bilo moguće identificirati neke moguće promjene u njegovom sastavu.
Atmosfera je počela da nastaje odmah nakon formiranja Zemlje. U procesu evolucije, gotovo je potpuno izgubio svoju izvornu atmosferu. U ranoj fazi, naša planeta je bila u rastopljenom stanju. Čvrsto tijelo počelo je da se formira prije otprilike četiri i po milijarde godina. Ovo vrijeme će biti početak geološke hronologije.
Upravo u tom periodu počinje spora evolucija atmosfere.
Procesi poput oslobađanja lave tokom vulkanskih erupcija praćeni su neizbježnim oslobađanjem plinova kao što su dušik, metan, vodena para i drugi. Kada je izložena sunčevom zračenju, vodena para se razlaže na kiseonik i vodonik. Oslobođeni kisik reagira s ugljičnim monoksidom i formira ugljični dioksid. Amonijak se razlaže na azot i vodonik. Tokom procesa difuzije, vodonik se diže i napušta atmosferu. Azot, koji je mnogo teži, ne može izaći i postepeno se akumulirao. Dakle, dušik postaje glavna komponenta.
Zemljina primarna atmosfera je vjerovatno sadržavala ugljični dioksid i vodonik, a moguća je reakcija između njih koja dovodi do stvaranja močvarnog plina (metana) i vodene pare. Ali najveći dio vode, prema modernim konceptima (Vinogradov, 1967), bio je degasiran iz magme tokom prvih stotina miliona godina nakon formiranja atmosfere. Voda je odmah uvelike zakomplikovala prirodu interakcije između komponenti i samu strukturu biogenosfere. Zasićenost primarne atmosfere vodenom parom i sposobnost vode da akumulira („polako hladi“) sunčevu energiju značajno je promijenila termodinamičke uvjete unutar biogenosfere, pa čak i izvan njenih granica. Postoje dvije stvari koje treba uzeti u obzir; prvo, s pojavom vode, procesi vremenskih utjecaja počeli su se odvijati mnogo energičnije, zbog čega se geohemijske baterije "nabijaju" sunčevom energijom. Drugo, proizvodi od vremenskih utjecaja (glina, na primjer) dolazili su u kontakt sa velikim količinama vode, što je povećalo njihovu energetsku barijeru, odnosno minerali su uklonjeni sa tačke na kojoj su mogli osloboditi akumuliranu sunčevu energiju. Da bi oslobodili ovu energiju, prvo su se morali "osušiti". Sedimentne stijene su dehidrirane, potonule duboko u zemljinu koru kao rezultat transformacije gline u liskun (sericitizacija). Ako su se ranije ispuštale negdje blizu površine, onda su nakon pojave vode na Zemlji geohemijske baterije mogle koristiti vlagu da prenesu sunčevu energiju u donje horizonte biogenosfere, pa čak i izvan njenih granica, do donje granice Zemljine površine. kora. Tamo su oslobodili akumuliranu energiju i time osigurali temperaturni gradijent zemljine kore.
Međutim, potrebno je imati na umu sljedeće. Kako se sediment spušta, proces dehidracije se suprotstavlja povećanjem pritiska, što sprečava oslobađanje energije. Vjerovatno su komore magme - rezultat brzog oslobađanja energije - nastale tijekom tektonskih ruptura itd., odnosno kada je pritisak oslabio. Ako uzmemo u obzir da je u to vrijeme oblik Zemlje bio manje stabilan nego sada, a pomicanje masa odvijalo se energičnije, onda se u interakciji ovih faktora sa geohemijskom akumulacijom može vidjeti razlog navodne nasilne vulkanske aktivnosti. u zoru geološke istorije naše planete.
Kada je izložen ultraljubičastim zracima, kao i električnim pražnjenjima. Smjesa plinova ušla je u kemijsku reakciju nakon koje su nastale organske tvari - aminokiseline. Dakle, život je mogao nastati u atmosferi koja se razlikuje od moderne atmosfere.
Kada su se primitivne biljke pojavile na Zemlji, počeo je da se odvija proces fotosinteze. Što je, kao što je poznato, praćeno oslobađanjem slobodnog kisika. Nakon difuzije u gornje slojeve atmosfere, ovaj plin je počeo štititi donje slojeve i samu površinu Zemlje od opasnog rendgenskog i ultraljubičastog zračenja.
Može se pretpostaviti da je primarna atmosfera sadržavala mnogo ugljičnog dioksida, koji se trošio u procesu fotosinteze kako se flora razvijala. Naučnici takođe veruju da su fluktuacije njegove koncentracije uticale na klimatske promene tokom razvoja Zemlje.
Moderna atmosfera sadrži helijum koji nastaje kao rezultat radioaktivnog raspada torija, uranijuma i radijuma. Ove čestice emituju alfa čestice. Ovo su jezgra atoma helijuma.
Budući da se tokom radioaktivnog raspada ne stvara ili uništava električni naboj, postoje dva elektrona za svaku alfa česticu. Ona se povezuje sa njima. Kao rezultat fuzije nastaju neutralni atomi helija.

Značajan dio helijuma sadržan je u mineralima, koji su raspršeni u debljini stijena i vrlo sporo isparavaju u atmosferu. Mala količina helijuma diže se prema gore u egzosferu zbog difuzije. A pošto postoji stalan priliv sa Zemlje, zapremina ovog gasa u atmosferi ostaje nepromenjena.
Relativni sadržaj različitih hemijskih elemenata u Univerzumu može se proceniti na osnovu spektralne analize iz svetlosti zvezda, kao i iz zračenja meteorita.
U svemiru je koncentracija neona deset milijardi puta veća nego na Zemlji. Kripton je deset miliona puta veći, ksenon milion puta veći.
Možemo zaključiti da se u početku koncentracija ovih plinova u Zemljinoj atmosferi jako smanjila i nije se obnavljala. To se dogodilo čak i u fazi kada je Zemlja izgubila svoju primarnu atmosferu. Izuzetak je bio inertni gas argon. On je u obliku izotopa i sada nastaje tokom radioaktivnog raspada izotopa kalijuma.

Sastav atmosfere nije uvijek bio isti kao sada. Vjeruje se da se primarna atmosfera sastojala od vodonika i helijuma, koji su bili najčešći plinovi u svemiru i bili su dio protoplanetarnog oblaka plina i prašine.

Rezultati istraživanja M.I. Budyko s kvantitativnim procjenama promjena u masi kisika i ugljičnog dioksida tokom života na Zemlji daju razloga za vjerovanje da se povijest sekundarne atmosfere može podijeliti u dvije faze: atmosferu bez kisika i atmosferu kisika - na prije otprilike 2 milijarde godina.

Prva faza započela je nakon završetka formiranja planete, kada je počela podjela primarne zemaljske materije na teške (uglavnom željezo) i relativno lake (uglavnom silicijum) elemente. Prvi je formirao Zemljino jezgro, drugi - plašt. Ovu reakciju pratilo je oslobađanje topline, uslijed čega je počelo otplinjavanje plašta - iz njega su se počeli oslobađati različiti plinovi. Zemljina gravitaciona sila ih je mogla zadržati u blizini planete, gdje su se počeli akumulirati i formirali Zemljinu atmosferu. Sastav ove početne atmosfere značajno se razlikovao od savremenog sastava vazduha (Tabela 1)

Tabela 1

Sastav vazduha tokom formiranja Zemljine atmosfere u poređenju sa savremenim sastavom atmosfere (prema V.A. Vronskom, G.V. Voitkeviču)

Pored ovih gasova, u atmosferi su bili prisutni metan, amonijak, vodonik itd.

Karakteristična karakteristika ove faze bilo je smanjenje ugljičnog dioksida i nakupljanje dušika, koji je do kraja ere atmosfere bez kisika postao glavna komponenta zraka. Prema istraživanju V.I. Bgatova, istovremeno se kao nečistoća pojavio endogeni kiseonik, koji je nastao prilikom degazacije bazaltnih lava. Kisik je također nastao kao rezultat disocijacije molekula vode u gornjim slojevima atmosfere pod utjecajem ultraljubičastih zraka. Međutim, sav kisik je potrošen na oksidaciju minerala u zemljinoj kori, a nije ga bilo dovoljno da se akumulira u atmosferi.

Prije više od 2 milijarde godina pojavile su se fotosintetičke plavo-zelene alge, koje su počele koristiti svjetlosnu energiju Sunca za sintetizaciju organske tvari. Reakcija fotosinteze koristi ugljični dioksid i oslobađa slobodni kisik. Isprva se trošio na oksidaciju elemenata litosfere koji sadrže željezo, ali prije oko 2 milijarde godina ovaj proces je završen i slobodni kisik se počeo akumulirati u atmosferi. Počela je druga faza razvoja atmosfere - kiseonik.

U početku je povećanje sadržaja kisika u atmosferi bilo sporo: prije oko milijardu godina dostigao je 1% savremenog nivoa (Pasterova tačka), ali se pokazalo da je to bilo dovoljno za pojavu sekundarnih heterotrofnih organizama (životinja) koji troše kiseonik za disanje. Pojavom vegetacije na kontinentima u drugoj polovini paleozoika, povećanje kiseonika u atmosferi iznosilo je oko 10% današnjeg, a već u karbonu je bila ista količina kiseonika kao i sada. Fotosintetski kisik izazvao je velike promjene kako u atmosferi tako iu živim organizmima planete. Sadržaj ugljičnog dioksida tokom evolucije atmosfere značajno se smanjio, jer je značajan dio postao dio ugljena i karbonata.

Vodonik i helijum, koji su široko rasprostranjeni u svemiru, čine 0,00005 i 0,0005%, respektivno, u Zemljinoj atmosferi. Zemljina atmosfera je stoga geohemijska anomalija u svemiru. Njegov izuzetan sastav formiran je paralelno sa razvojem Zemlje u specifičnim, jedinstvenim kosmičkim uslovima: gravitaciono polje koje drži veliku masu vazduha, magnetno polje koje ga štiti od sunčevog vetra i rotacija planete koja obezbeđuje povoljan termički režim. Formiranje atmosfere išlo je paralelno sa formiranjem hidrosfere i o tome se govori gore.

Primarna atmosfera helijuma i vodonika je izgubljena kada se planeta zagrijala. Na početku geološke istorije Zemlje, kada su se odvijali intenzivni vulkanski i planinski procesi, atmosfera je bila zasićena amonijakom, vodenom parom i ugljičnim dioksidom. Ova školjka je imala temperaturu od oko 100°C. Kako je temperatura pala, došlo je do podjele na hidrosferu i atmosferu. Život je započeo u ovoj sekundarnoj atmosferi ugljičnog dioksida. Progresivnim razvojem žive materije razvijala se i atmosfera. Kada je biosfera dostigla fazu zelenih biljaka, a one su izašle iz vode na kopno, započeo je proces fotosinteze, što je dovelo do formiranja moderne atmosfere kiseonika.

12.4 Interakcija atmosfere sa drugim školjkama. Atmosfera se razvija sa cjelokupnom prirodom zemljine površine - sa GO. Biljke i životinje koriste atmosferu za fotosintezu i disanje. Magnetosfera, jonosfera i ozonski štit izoluju biosferu od svemira. Gornja granica GO - biosfere leži na visinama od 20-25 km. Atmosferski gasovi iznad napuštaju Zemlju, a unutrašnjost Zemlje popunjava vazdušni omotač, snabdevajući do 1 milion tona gasova godišnje. Atmosfera odlaže infracrveno zračenje Zemlje, stvarajući povoljan termalni režim. U atmosferi se prenosi vlaga, stvaraju se oblaci i padavine - formiraju se vremenski i klimatski uslovi. Štiti Zemlju od pada meteorita na nju.

12.5 Sunčeva energija, sunčevo zračenje – energija zračenja Sunca. Sunce emituje elektromagnetne talase i korpuskularni fluks. Elektromagnetno zračenje je posebna vrsta materije, različita od materije, koja putuje brzinom od 300.000 km/sek. (brzina svetlosti). Korpuskularno zračenje (solarni vjetar) je tok nabijenih čestica: protona, elektrona itd., koji se šire brzinom od 400-2000 km/sek. Korpuskularno strujanje, dosežući Zemlju, remeti njeno magnetno polje, uzrokujući niz pojava u atmosferi (polarne svjetlosti, magnetske oluje, itd.).

Elektromagnetno zračenje se sastoji od toplotnog (infracrveno, 47%), svetlosnog (46%) i ultraljubičastog (7%) zračenja, u zavisnosti od talasne dužine. Sve tri vrste energije igraju veliku ulogu u HE. Ultraljubičasto zračenje uglavnom blokira ozonski ekran i to je dobro, jer... Čvrsto ultraljubičasto zračenje štetno djeluje na žive organizme, ali ono malo koje dospije na površinu Zemlje ima dezinfekcijski učinak. Pod ultraljubičastim zracima ljudska koža preplanuli.

Uticaj svetlosti je dobro poznat. Ne samo zato što nam svjetlost omogućava da vidimo svijet oko sebe, već kada smo izloženi sunčevoj svjetlosti dolazi do procesa fotosinteze, o čemu ćemo kasnije. Konačno, toplotni tok određuje temperaturne uslove GO.

Jedinica mjere za solarnu energiju je solarna konstanta ( I 0 ) – 2 cal/cm2/min. (toliko topline prima 1 kvadratni cm apsolutno crne površine u minuti sa okomitim upadom zraka). Kada zraci padaju okomito, Zemljina površina prima maksimalnu sunčevu energiju, a što je manji upadni ugao, to manje doseže donju površinu. Količina ulazne energije na određenoj geografskoj širini izračunava se po formuli: I 1 =I 0 xSin h o, gdje je h o visina Sunca iznad horizonta. Atmosfera slabi i redistribuira sunčev tok zbog razlika u njegovoj apsorpciji na zemljinoj površini.

Ako 1,36 x 10 24 cal/god dostigne gornju granicu atmosfere, tada 25% manje dospijeva na površinu zemlje, zbog činjenice da pri prolasku kroz atmosferu protok sunčeve energije slabi. Ova energija, u interakciji sa gravitacijom, određuje cirkulaciju atmosfere i hidrosfere. Aktiviranjem različitih procesa koji se odvijaju u GO, sunčevo zračenje se gotovo u potpunosti pretvara u toplinu i vraća se u Svemir u obliku toplotnog toka.

Promjene sunčevog zračenja u atmosferi. Kako energija zračenja prolazi kroz atmosferu, ona se slabi zbog apsorpcije i disipacije energije. U vidljivom dijelu spektra dominira rasipanje, au ultraljubičastom i infracrvenom području atmosfera je uglavnom apsorpcioni medij.

Zahvaljujući rasejanju, dobija se dnevna svetlost koja osvetljava predmete ako nisu direktno pogođeni sunčevim zracima. Rasipanje takođe određuje plavu boju neba. U velikim gradovima, u pustinjskim područjima gdje je velika prašina u zraku, disperzija slabi jačinu zračenja za 30-45%.

Glavni plinovi koji čine zrak apsorbiraju malo energije zračenja, ali imaju visok kapacitet apsorpcije: vodena para (infracrveni zraci), ozon (ultraljubičasti zraci), ugljični dioksid i prašina (infracrveni zraci).

Količina prigušenja sunčevog zračenja zavisi od koeficijenta transparentnosti (koeficijenta transparentnosti), koji pokazuje koliki udio zračenja dopire do površine zemlje.

Ako se atmosfera sastoji od gasova, tada je k.p. =0,9, tj. prenijela bi 90% radijacije koja bi stigla do Zemlje. Ali atmosfera sadrži nečistoće, uklj. faktor oblaka i zamućenosti smanjuje transparentnost na 0,7-0,8 (u zavisnosti od vremena). Generalno, atmosfera apsorbuje i raspršuje oko 25% energije zračenja koja stiže do površine zemlje, a slabljenje toka zračenja nije isto za različite geografske širine Zemlje. Ove razlike zavise od upadnog ugla zraka. U zenitalnom položaju Sunca, zraci prelaze atmosferu duž najkraćeg puta sa smanjenjem upadnog ugla, putanja zraka se produžava, a slabljenje sunčevog zračenja postaje značajnije.

Ako je upadni ugao zraka:

a) 90, stepen slabljenja 25%;

b) 30, stepen slabljenja 44%;

c) 10, stepen slabljenja 80%;

d) 0, stepen slabljenja 100%.

Značajan dio sunčevog zračenja koji dopire do površine Zemlje u obliku paralelnog snopa zraka koji dolazi sa Sunca naziva se direktno sunčevo zračenje.

Radijacija koja dolazi na površinu zemlje u obliku miliona zraka sa svih tačaka neba usled raspršivanja - rasejanog sunčevog zračenja.

Raspršena radijacija ljeti na srednjim geografskim širinama iznosi 40%, a zimi – 70% njenog ukupnog unosa u tropskim geografskim širinama je oko 30%, a u polarnim širinama – 70% ukupnog toka energije zračenja.

Direktno sunčevo zračenje i raspršeno zračenje zajedno daju tzv totalno zračenje . U praktične svrhe najčešće su potrebni podaci o ukupnoj količini energije koja stiže na površinu zemlje, tj. količina ukupnog zračenja za bilo koji vremenski period (dan, mjesec, godina) po jedinici površine, zbog čega se široko koriste karte ukupnih količina zračenja.

Maksimalna ukupna radijacija javlja se na tropskim geografskim širinama (180-200 kcal/cm2 godišnje), što je povezano sa niskom oblačnošću koja uzrokuje veliki udio direktnog zračenja. Ekvatorijalne geografske širine primaju manje sunčeve energije, oko 100-140 kcal/cm2 godišnje, zbog velike oblačnosti, uprkos većem uglu nadmorske visine Sunca iznad horizonta; umjerene geografske širine (55-65 N) primaju 80 kcal/cm 2 godišnje, a na geografskim širinama 70-80 N. – prima 60 kcal/cm2/godišnje.

Sunčevo zračenje koje stiže na površinu zemlje djelomično se apsorbira ( apsorbovano zračenje ), djelimično reflektovano ( reflektovanog zračenja ) u atmosferu i u međuplanetarni prostor. Odnos količine sunčevog zračenja reflektovanog od date površine i količine zračnog toka energije koji pada na ovu površinu naziva se albedo.

Albedo se izražava u procentima i karakteriše reflektivnost date površine. Reflektivnost zavisi od prirode površine (boja, hrapavost) i od upadnog ugla zraka. Potpuno crno tijelo apsorbira svo zračenje, a površina ogledala odbija 100% zraka i ne zagrijava se. Svježe pali snijeg odbija 80-90% radijacije, crnica - 5-18%, lagani pijesak 35-40%, šuma - 10-20%, vrhovi oblaka - 50-60%.

Kako se visina Sunca smanjuje, albedo se povećava, stoga, u njegovom dnevnom ciklusu, najniža vrijednost se opaža oko podneva. Godišnja varijacija albeda određena je promjenama u prirodi donje površine prema godišnjim dobima. U umjerenim i sjevernim geografskim širinama obično dolazi do povećanja albeda od tople polovine godine do hladne polovine godine.

Visok albedo snijega na Arktiku i Antarktiku uzrokuje niske ljetne temperature, uprkos značajnoj količini sunčeve insolacije u ljetnim mjesecima kada Sunce ne zalazi danonoćno. Većina sunčevog zračenja se odbija od oblaka.

Albedo utiče na temperature prelaznih perioda u umerenim geografskim širinama: u septembru i martu Sunce je na istoj nadmorskoj visini, ali se martovski zraci reflektuju (i idu na topljenje snega), pa je mart hladniji od septembra.

Planetarni albedo 35%.

Apsorbovano zračenje se troši na isparavanje vode i zagrijavanje donje površine.

Zemlja, primajući sunčevu energiju, sama postaje izvor toplotnog zračenja u svemir. Energija koju emituje Zemljina površina naziva se zemaljsko zračenje .

Proučavanje zemljine površine odvija se danju i noću. Intenzitet zračenja je veći, što je veća temperatura emitovane toplote u skladu sa Stefan-Boltzmanovim zakonom: svako telo gubi zračenjem količinu toplote proporcionalnu 4. stepenu apsolutne temperature: (Et = T 4 cal/ cm 2 min), gdje je  konstanta Stefan-Boltzmanna.

Zemaljsko zračenje se izražava u istim jedinicama kao i sunčevo zračenje.

Svaka zapremina vazduha, kao i atmosfera u celini, koja ima temperaturu različitu od temperature apsolutne nule, takođe emituje toplotno zračenje, to je - atmosfersko zračenje , koji je usmjeren u različitim smjerovima. Njegov dio usmjeren prema zemljinoj površini je protiv zračenja .

Razlika između vlastitog zračenja donje površine i protuzračenja naziva se efektivno zračenje Zemljina površina (E 2 = E 5 -Ea).

Učinkovito zračenje ovisi o temperaturi zračeće površine i zraka, o vlažnosti i slojevitosti površinskog sloja atmosfere.

Uopšteno govoreći, Zemljina površina u srednjim geografskim širinama gubi efektivnim zračenjem otprilike polovinu količine toplote koju prima od apsorbovanog zračenja.

Efektivno zračenje je stvarni gubitak topline zračenjem. Ovi gubici su posebno veliki u vedrim noćima - noćnom zahlađenju. Vodena para zadržava toplotu. U planinama je efektivna radijacija veća nego na ravnicama; Pustinje i arktičke geografske širine su prozori gubitka toplote radijacijom.

Apsorbirajući Zemljino zračenje i šaljući kontra zračenje na Zemljinu površinu, atmosfera na taj način smanjuje hlađenje potonje noću. Tokom dana, on malo sprečava da se Zemljina površina zagrije radijacijom. Taj uticaj na termički režim zemljine površine naziva se staklenika (staklenik) efekat , a Zemljina površina ima prosječnu temperaturu od +17,3S umjesto – 22S.

Dugovalno zračenje sa zemljine površine i atmosfere koje odlazi u svemir naziva se izlazno zračenje (65%, od čega Zemljina površina gubi 10%, atmosfera 55%). Zajedno sa reflektovanim zračenjem (35%), ovo izlazno zračenje kompenzuje priliv sunčevog zračenja na Zemlju.

Dakle, Zemlja zajedno sa atmosferom gubi onoliko zračenja koliko prima, tj. nalazi se u stanju radijacijske (radijativne) ravnoteže.

Kao rezultat preraspodjele topline i hladnoće pretežno zračnim i vodenim strujama, dobivamo značajno ublažavanje temperaturnih kontrasta između ekvatora i polova: bez utjecaja atmosfere i hidrosfere, prosječna godišnja temperatura na ekvatoru bila bi +39 0 C (zapravo +25,4), na polovima -44 0 C (zapravo na sjevernom polu -23 0, na južnom -33 0).

12.6 Bilans zračenja(preostalo zračenje) zemljine površine je razlika između dolaska (ukupne radijacije i kontra zračenja) i protoka (albedo i zemaljsko zračenje) topline.

R=Q (direktno) +D (razbacano) +E (kontra) =C (reflektovano)-U (uzemljenje)

Bilans zračenja (R) može biti pozitivan ili negativan. Noću je svuda negativna, prelazi sa noćnih negativnih vrijednosti na dnevne pozitivne vrijednosti nakon izlaska sunca (kada upadni ugao zraka ne prelazi 10-15), sa pozitivnih na negativne - prije zalaska sunca u iste visine iznad horizonta.

Tokom dana, R raste sa povećanjem solarne visine i opada sa smanjenjem nadmorske visine. Noću, kada nema ukupne radijacije, R je jednako efektivnom zračenju i stoga se malo mijenja tokom noći ako se oblačnost ne promijeni.

Raspodjela R je zonalna, jer zonsko ukupno zračenje. Efektivno zračenje se ravnomjernije raspoređuje.

R zemljine površine godišnje je pozitivan za sva mjesta na Zemlji, osim za ledene visoravni Grenlanda i Antarktika, tj. godišnji priliv apsorbovanog zračenja je veći od efektivnog zračenja u isto vreme. Ali to uopće ne znači da je površina zemlje iz godine u godinu sve toplija. Činjenica je da je višak apsorbovanog zračenja nad zračenjem uravnotežen prenosom toplote sa zemljine površine na vazduh i tlo kroz toplotnu provodljivost i tokom faznih transformacija vode (prilikom isparavanja - kondenzacije).

Dakle, iako za Zemljinu površinu ne postoji ravnoteža u prijemu i oslobađanju zračenja, postoji termička ravnoteža , što je izraženo formulom toplotni bilans : P=P+B+LE, gdje je P turbulentni tok topline između zemljine površine i atmosfere, B je izmjena topline između Zemlje i donjih slojeva tla i vode, L je specifična toplina isparavanja, E je količina isparene vlage godišnje. Priliv toplote na Zemljinu površinu zračenjem uravnotežuje se njenim oslobađanjem drugim sredstvima.

R na geografskim širinama 60sjever i jug iznosi 20-30 kcal/cm2, odakle se na višim geografskim širinama smanjuje na –5.-10 kcal/cm2 na kontinentu Antarktika. Do niskih geografskih širina raste: između 40sjeverne geografske širine i 40južne geografske širine, godišnje r.b. 60 kcal/cm2, a između 20sjeverne i južne geografske širine 100 kcal/cm2. Na okeanima, R je veći nego na kopnu na istim geografskim širinama, jer Okeani akumuliraju mnogo topline, a uz veliki toplinski kapacitet, voda se zagrijava na niže vrijednosti od kopna.

12.7 Temperatura zraka. Zrak se zagrijava i hladi površinom zemlje i vodenim površinama. Budući da je loš provodnik toplote, zagreva se samo u donjem sloju koji direktno dodiruje površinu zemlje. Glavni način prenosa toplote prema gore je turbulentno mešanje. Zahvaljujući tome, sve više i više novih masa zraka približava se zagrijanoj površini, zagrijava se i diže.

Budući da je izvor topline za zrak zemljina površina, očito je da s visinom njena temperatura opada, amplituda fluktuacija postaje manja, a maksimum i minimum u dnevnom ciklusu nastaju kasnije nego na tlu. Nadmorska visina za merenje temperature vazduha je ista za sve zemlje - 2 m. Za posebne namene, temperatura se meri na drugim visinama.

Drugi izvor zraka za grijanje i hlađenje je adijabatski procesi kada temperatura vazdušne mase raste ili pada bez priliva toplote izvana. Kada se zrak spusti iz gornjih slojeva troposfere u donje slojeve, plinovi postaju gušći, a mehanička energija kompresije pretvara se u toplinsku energiju. Temperatura raste za 1°C na 100 m nadmorske visine.

Hlađenje zraka povezano je s adijabatskim podizanjem, u kojem se zrak diže i širi. Toplotna energija se u ovom slučaju pretvara u kinetičku energiju. Na svakih 100 m uspona, suvi vazduh se hladi za 1 0 C. Ako se u suvom vazduhu dešavaju adijabatske transformacije, procesi se nazivaju suvo adijabatsko. Ali zrak obično sadrži vodenu paru. Hlađenje vlažnog vazduha dok se diže praćeno je kondenzacijom vlage. Toplina koja se oslobađa u ovom slučaju smanjuje količinu hlađenja na prosječno 0,6°C na 100 m nadmorske visine (vlažni adijabatski proces). Kada se zrak diže, prevladavaju vlažni adijabatski procesi, a kada se spušta, suhi adijabatski procesi.

Drugi način hlađenja zraka je direktni gubitak topline radijacije . To se dešava na Arktiku i Antarktiku, u pustinjama noću, u umjerenim geografskim širinama s nebom bez oblaka zimi i u vedrim noćima ljeti.

Važan izvor toplote za vazduh je toplota kondenzacije, koji se ispušta u atmosferu.

12.8 Toplotne zone. Tropi i polarni krugovi, koji ograničavaju zone osvjetljenja, ne mogu se smatrati granicama termalnih (temperaturnih) zona. Na distribuciju temperature, pored oblika i položaja Zemlje, utiče niz faktora: raspored kopna i vode, toplo i hladno morsko i vazdušno strujanje. Stoga se izoterme uzimaju kao granice termičkih zona. Postoji sedam toplotnih zona:

vruće nalazi se između godišnjih 20°C izoterme sjeverne i južne hemisfere;

dva umjereno ograničeni su na strani ekvatora godišnjom izotermom od 20°C, na strani pola izotermom od 10°C najtoplijeg mjeseca. Granica rasprostranjenosti drvenaste vegetacije poklapa se sa ovim izotermama;

dva hladno nalaze se između izoterme od 10°C i 0°C najtoplijeg mjeseca;

dva pojasa mraz locirani na polovima i ograničeni izotermom od 0S najtoplijeg mjeseca. Na sjevernoj hemisferi, ovo je Grenland i Arktički okean, na južnoj hemisferi, ovo je područje južno od paralele 60 J. w.

Termički uslovi pojaseva su poremećeni planinskim zemljama. Zbog pada temperature sa visinom, u planinama se mogu pratiti vertikalna temperatura i klimatska zonalnost.

Za određivanje temperature zraka koriste se termometri (živa, alkohol, itd.), aspiracijski psihrometri i termografi.