U primordijalnoj atmosferi zemlje prve su se pojavile molekule. Karakteristike primarne zemljine atmosfere

Atmosfera (od grčkog "atmos" - para, "sfera" - lopta) je zračna vanjska plinska ljuska planeta koja okružuje globus, rotira s njim, štiti sav život na Zemlji od štetnih učinaka zračenja.

Što se tiče nastanka atmosfere, znanstvenici razlikuju dvije hipoteze.

Prema prvoj hipotezi- atmosfera je plinovito taljenje primarnog materijala koji je nekad prekrivao vruću Zemlju. Većina znanstvenika se pridržava druga hipoteza, koji kaže da je atmosfera sekundarna tvorevina nastala prilikom nastajanja plinovitih kemijskih elemenata i spojeva iz rastaljene tvari.

Prva atmosfera nastala je oko Zemlje kondenzacijom prašine i plina, bila je 100 puta veća od naše sadašnje. Izvori plinovitih tvari koje su činile primarnu atmosferu bile su rastaljene stijene Zemljine kore, plašta i jezgre. To sugerira da je atmosfera nastala nakon što je Zemlja podijeljena na ljuske.

Veliki znanstvenici sugeriraju da se rana atmosfera sastojala od mješavine vodene pare, vodika, ugljičnog dioksida, ugljičnog monoksida i sumpora. Posljedično, primarna atmosfera sastojala se od lakih plinova koji su se zadržavali u blizini Zemljine površine sile gravitacije. Usporedimo li drevnu atmosferu s modernom, nedostajali su joj uobičajeni dušik i kisik. Ti su plinovi, zajedno s vodenom parom, tada bili u dubokoj utrobi Zemlje. Vode je u to vrijeme bilo malo: bila je dio supstance plašta u obliku hidroksila. Tek nakon što se vodena para i razni plinovi počeli intenzivno oslobađati iz stijena gornjeg plašta, hidrosfera, a promijenila se i debljina atmosfere i njezin sastav.

Usput, ti procesi još uvijek traju.

Na primjer, tijekom erupcije vulkana havajskog tipa, na temperaturi od 1000 0 -1200 0 C, emisije plinova sadrže do 80% vodene pare i manje od 6% ugljičnog dioksida. Osim toga, velike količine klora, metana, amonijaka, fluora, broma i sumporovodika ispuštaju se u modernu atmosferu. Može se zamisliti kolika je ogromna količina plinova ispuštena u davna vremena tijekom grandioznih erupcija.

Primarna atmosfera bila je vrlo agresivna sredina i djelovala je na stijene kao jaka kiselina. I temperatura joj je bila jako visoka. Ali čim je temperatura pala, para se kondenzirala. Primarna atmosfera Zemlje bila je vrlo 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 razdoblja karbona u povijesti Zemlje apsorbirale su većinu ugljičnog dioksida i zasitile atmosferu kisikom. S pojavom primitivnog života pojavile su se cijanobakterije koje su počele prerađivati ​​atmosferske komponente, oslobađajući kisik. Tijekom stvaranja atmosfere došlo je do oslobađanja kisika zbog procesa većih razmjera povezanog s "kretanjem" brojnih oceanskih vulkana ispod vode na površinu Zemlje. Podvodni vulkan oslobađa magmu, koja se hladi vodom. U tom slučaju dolazi do oslobađanja sumporovodika i formiranja minerala, čiji kemijski sastav uključuje kisik.

Zemljini vulkani emitiraju proizvode koji ne reagiraju s atmosferskim kisikom, već samo nadopunjuju njegov sadržaj u vodi. Tijekom proteklih 200 milijuna godina, sastav zemljine atmosfere ostao je gotovo nepromijenjen.

Dimenzije magnetosfere, masa i volumen atmosfere

Prethodno se vjerovalo (prije pojave umjetnih satelita) da kako se udaljavamo od Zemljine površine, atmosfera postupno postaje sve rjeđa i glatko prolazi kroz međuplanetarni prostor.

Sada je utvrđeno da tokovi energije iz dubokih slojeva Sunca prodiru u svemir daleko izvan Zemljine orbite, sve do najviših granica Sunčevog sustava. Ovaj takozvani "solarni vjetar" struji okolo Zemljino magnetsko polje, tvoreći izduženu "šupljinu" unutar koje je koncentrirana zemljina atmosfera.

Zemljino magnetsko polje primjetno je suženo na dnevnoj strani okrenutoj prema Suncu i oblikuje dugačak jezik koji se vjerojatno proteže izvan Mjesečeve orbite, na suprotnoj noćnoj strani.

Gornji granica Zemljine magnetosfere s dnevne strane na ekvatoru udaljenost se smatra približno jednakom 7 (sedam) radijusa Zemlje.

6371: 7 = 42000 km.

Gornji granica Zemljine magnetosfere na dnevnoj strani na polovima udaljenost se smatra približno 28 000 km. (što je uzrokovano centrifugalnom silom rotacije Zemlje).

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

Dakle, "težina" atmosfere po jedinici površine, ili atmosferski tlak, na razini mora je približno 11 tona/m. Atmosfera je višestruko veća po volumenu od Zemlje, ali čini samo 0,0001 mase našeg planeta.

Sastav prirodnog plina atmosferskog zraka i

utjecaj nekih njegovih komponenti na ljudsko zdravlje

Sastav plina atmosferski zrak po volumenu je fizikalna smjesa dušika (78,08%), kisika (20,94%) na površini Zemlje - omjer dušika i kisika je 4:1, argona (0,9%), ugljičnog dioksida (0,035%), kao kao i mala količina neona (0,0018%), helija (0,0005%), kriptona (0,0001%), metana (0,00018%), vodika (0,000015%), ugljičnog 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, lebdećih čestica, aerosola i vodene pare.

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

S visinom se količina vodene pare brzo smanjuje. Kad bi se sva voda sakupila zajedno, formirala 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.

Plinski sastav nižih slojeva atmosfere na visini do 110 km. od Zemljine površine, posebno troposfere, gotovo je konstantna. Tlak i gustoća atmosfere opadaju s visinom. Polovica zraka nalazi se u nižim 5,6 km, a druga polovica do visine od 11,3 km. Na nadmorskoj visini od 110 km. Gustoća zraka je milijun puta manja nego na površini.

U visokim slojevima atmosfere mijenja se sastav zraka pod utjecajem sunčevog zračenja, što dovodi do raspadanja molekula kisika na atome.

Otprilike do nadmorske visine 400 – 600 km. atmosfera ostaje kisik - dušik

Značajnija promjena u sastavu atmosfere počinje tek od visine od 600 km. Ovdje počinje prelaziti helij. Helijeva kruna Zemljin, kako je V. I. Vernadsky nazvao helijev pojas, proteže se na otprilike 1600 km. s površine Zemlje. Iznad ove udaljenosti je 1600 – 2 – 3 tisuće km. postoji višak vodika.

Neke se molekule razlažu na ione i stvaraju ionosfera.

Preko 1000 km. postoje radijacijski pojasevi.Mogu se smatrati dijelom atmosfere ispunjene vrlo energičnim jezgrama atoma vodika i elektrona uhvaćenih magnetskim poljem planeta. Tako se plinoviti omotač Zemlje stalno pretvara u interplanetarni plin (svemir), koji se sastoji od:

od 76% masenog udjela vodika;

Od 23% po masi iz helija;

Od 1% mase iz kozmičke prašine.

Zanimljivo je da se naša atmosfera vrlo razlikuje po sastavu od atmosfera drugih planeta u Sunčevom sustavu. Naši najbliži susjedi Venera i Mars imaju uglavnom atmosferu ugljičnog dioksida, dalji susjedi Jupiter, Saturn, Uran, Neptun okruženi su helij-vodikovom atmosferom, a istovremeno u tim atmosferama ima dosta metana.

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

KISIK – plin bez boje i mirisa gustoće 1,23 g/l. Najčešći kemijski element na Zemlji.

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

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

Kisik je aktivno oksidacijsko sredstvo za većinu kemijskih elemenata, kao iu metalurgiji, kemijskoj i petrokemijskoj industriji, u raketnim gorivima, a koristi se u aparatima za disanje u svemirskim i podmorskim brodovima. Ljudi, životinje i biljke dobivaju energiju potrebnu za život biološkom oksidacijom raznih tvari kisikom koji u tijelo ulazi na različite načine, kroz pluća i kožu.

Kisik je bitan sudionik svakog izgaranja. Prekoračenje sadržaja kisika u atmosferi za 25% može dovesti do požara na Zemlji.

Otpuštaju ga biljke tijekom fotosinteze. Istodobno, oko 60% kisika ulazi u atmosferu fotosintezom oceanskog planktona, a 40% iz zelenih kopnenih biljaka.

Fiziološke promjene u zdravih ljudi opažaju se ako sadržaj kisika padne na 16-17%, a na 11-13% opaža se teška hipoksija.

Izgladnjivanje kisikom zbog pada atmosferskog tlaka kisika može se pojaviti tijekom letenja (visinska bolest), pri penjanju na planine (planinska bolest), koja počinje na visini od 2,5 - 3 km.

Niske koncentracije kisika mogu se stvoriti u zraku zatvorenih i hermetički zatvorenih prostora, primjerice u podmornicama tijekom nesreća, kao iu rudnicima, oknima i napuštenim bunarima, gdje kisik mogu istisnuti drugi plinovi. Učinke nedostatka kisika tijekom letova možete spriječiti korištenjem pojedinačnih uređaja za kisik, svemirskih odijela ili kabina zrakoplova pod tlakom.

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

Za prevenciju planinske bolesti od velike je važnosti stalna aklimatizacija (prilagodba) na međupostajama u uvjetima rijetke atmosfere. Boravakom u planinama povećava se količina hemoglobina i crvenih krvnih zrnaca u krvi, a oksidativni procesi u tkivima, zbog pojačane sinteze pojedinih enzima, potpunije se odvijaju, što omogućuje prilagodbu čovjeka na život na većim nadmorskim visinama.

Planinska sela nalaze se na nadmorskoj visini od 3-5 km. iznad razine mora, posebno obučeni penjači uspijevaju se popeti na planine visoke 8 km. i više bez upotrebe uređaja za kisik.

Kisik u svom čistom obliku ima toksične učinke. Kod udisanja čistog kisika kod životinja, nakon 1-2 sata, u plućima nastaju telektaze (zbog začepljenja sluzi u malim bronhima), a nakon 3-5 sati, kršenje propusnosti kapilara pluća, nakon 24 sata.

Fenomeni plućnog edema. U uvjetima normalnog atmosferskog tlaka, kada je potrebno povećati performanse osobe tijekom teške tjelesne aktivnosti ili kod liječenja bolesnika s hipoksijom, tlak i opskrba kisikom značajno se povećavaju i do 40%.

OZON– modifikacija kisika, čime se osigurava očuvanje života na Zemlji jer Ozonski omotač atmosfere zadržava dio ultraljubičastog zračenja Sunca i apsorbira infracrveno zračenje Zemlje, sprječavajući njezino hlađenje. To je plavi plin oštrog mirisa. Glavnina ozona dobiva se iz kisika tijekom električnih pražnjenja u atmosferi na visinama od 20-30 km. Kisik apsorbira ultraljubičaste zrake, tvoreći molekule ozona, koje se sastoje od tri atoma kisika. Štiti sav život na Zemlji od štetnog djelovanja kratkovalnog ultraljubičastog zračenja Sunca. U gornjim slojevima nema dovoljno kisika za stvaranje ozona, au nižim slojevima nema dovoljno ultraljubičastog zračenja. Ozon je također prisutan u malim količinama u prizemnom sloju zraka. Ukupni sadržaj ozona u cijeloj atmosferi odgovara sloju čistog ozona debljine 2 - 4 mm, pod uvjetom da su tlak i temperatura zraka isti kao na površini Zemlje. Sastav zraka pri usponu čak i nekoliko desetaka kilometara (do 100 m) malo se mijenja. Ali zbog činjenice da se zrak ispušta s visinom, sadržaj svakog plina po jedinici volumena opada (atmosferski tlak pada). Nečistoće su: Ozon, fitoncidi koje oslobađa vegetacija, plinovite tvari nastale kao posljedica biokemijskih procesa i radioaktivnog raspada u tlu i dr. Ozon se koristi za dezinfekciju vode za piće, neutralizaciju industrijskih otpadnih voda, za dobivanje kamfora, vanilina i drugih spojeva, za izbjeljivati ​​tkanine, mineralna ulja itd.

UGLJIČNI DIOKSID(ugljikov oksid) je plin bez boje i mirisa, ispod -78,5 0 C postoji u krutom obliku (suhi led). 1,5 puta je teži od zraka, a nalazi se u zraku (0,35% volumena), u vodama rijeka, mora i mineralnih izvora. Ugljikov dioksid koristi se u proizvodnji šećera, piva, gaziranih voda i pjenušavih vina, uree, sode, za gašenje požara itd.; suhi led je rashladno sredstvo. Nastaje truljenjem i izgaranjem organskih tvari, disanjem životinjskih organizama, asimiliraju ga biljke i ima važnu ulogu u fotosintezi. Važnost procesa fotosinteze je u tome što biljke ispuštaju kisik u zrak. Zbog toga je nedostatak ugljičnog dioksida opasan. Ugljični dioksid izdišu ljudi (3,4 - 4,7% izdahnutog zraka), životinje, oslobađa se i izgaranjem ugljena, nafte i benzina,

Stoga je zbog intenzivnog izgaranja mineralnih goriva posljednjih godina povećana količina ugljičnog dioksida u atmosferi. Povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi dovodi do globalne opasnosti za ljude - efekt 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 utječe na zdravlje ljudi. Svake godine kao rezultat fotosinteze apsorbira se oko 300 milijuna tona ugljičnog dioksida i oslobodi oko 200 milijuna tona kisika, proizvede se oko 3000 milijardi tona ugljičnog dioksida i njegova količina je u stalnom porastu. Ako je prije 100 godina sadržaj ugljičnog dioksida u zraku bio 0,0298%, sada je 0,0318%. U gradovima je taj sadržaj još veći.

Zanimljivo je da akceleraciju – ubrzani rast djece, posebice u gradovima – neki znanstvenici povezuju s povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi. Čak i malo povećanje količine ugljičnog dioksida u zraku značajno pojačava respiratorni proces, počinje brzi rast prsnog koša i, sukladno tome, cijelog tijela.

Ugljični dioksid je 1,5 puta teži od zraka i stoga se može nakupljati na dnu zatvorenih prostora. Ova svojstva mogu doprinijeti trovanju izvan naseljenih mjesta u atmosferi zraka ima 0,03 - 0,04% ugljičnog dioksida; u industrijskim središtima njegov se sadržaj povećava na 0,06%, au blizini poduzeća 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 učinke; kada je koncentracija veća od 2-3%, intoksikacija je izraženija. Uz “slobodan izbor” plinskog okoliša, ljudi počinju izbjegavati ugljični dioksid tek kada njegova koncentracija dosegne 3%. U koncentraciji od 10-12% dolazi do brzog gubitka svijesti i smrti.

Opisani su slučajevi teških trovanja ugljičnim dioksidom u zatvorenim ili hermetički zatvorenim prostorima (rudnici, kamenolomi, podmornice), kao i zatvorenim prostorima u kojima je došlo do intenzivne razgradnje organskih tvari – duboki bunari, silosi, fermentacijski spremnici u pivovarama, kanalizacijski bunari, itd. itd. S obzirom na iznesene 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 uvjetima, može se pretpostaviti koncentracija ugljičnog dioksida do 2%.

DUŠIK– plin bez boje i mirisa, glavni je sastojak zraka (78,09% volumena), ulazi u sastav svih živih organizama (u ljudskom tijelu oko 3% mase dušika, u bjelančevinama do 17%), sudjeluje u kruženje tvari u prirodi . Glavno područje primjene je sinteza amonijaka; dušikovi spojevi – dušična gnojiva. Dušik je inertan medij u kemijskim i metalurškim procesima, u skladištima povrća itd.

Dušik i drugi inertni plinovi su fiziološki neaktivni pri normalnom tlaku; njihova važnost leži u razrjeđivanju kisika.

ARGON– inertni plin, 0,9% volumena u zraku, gustoća 1,73 g/l. Koristi se u industriji kod zavarivanja argonom, u kemijskim procesima, za punjenje električnih svjetiljki i cijevi s izbojem u plinu.

Svježi zrak

Zrak je neophodan za život, jer bez njega čovjek može živjeti u prosjeku do 5 minuta. Sukladno tome, onečišćenje zraka jedan je od najozbiljnijih ekoloških problema za društvo, bez obzira na stupanj njegovog gospodarskog razvoja. Najmanje 500 milijuna ljudi izloženo je visokim razinama zagađivača zraka svaki dan u svojim domovima u obliku dima iz otvorene vatre ili loše dizajniranih peći. Više od 1500 ljudi živi u urbaniziranim regijama s alarmantno visokim razinama onečišćenja zraka. Industrijski razvoj povezan je s ispuštanjem ogromnih količina plinova i čestica u atmosferu, kako otpada iz same proizvodnje tako i produkata izgaranja goriva u prometu i energetici. Nakon uvođenja tehnologije za kontrolu onečišćenja zraka smanjenjem emisije čestica, stručnjaci su otkrili da se emisija plinova i dalje nastavlja i da je uzrok samog problema. Nedavni napori da se kontroliraju i emisije čestica i plinoviti bili su prilično uspješni u većini razvijenih zemalja, ali postoje dokazi da onečišćenje zraka predstavlja zdravstveni rizik čak i pod relativno povoljnim uvjetima okoliša.

U početku zemlje koje su se brzo razvijale nisu mogle uložiti dovoljno sredstava u kontrolu onečišćenja zraka zbog drugih ekonomskih i društvenih prioriteta. Brza ekspanzija u takvim zemljama ujedno je postala temeljni uzrok povećanja broja vozila, povećanja neindustrijske potrošnje energije i povećane koncentracije stanovništva u velikim urbaniziranim regijama (metropolama). Sve je to dovoljno pridonijelo nastanku takvog ekološkog problema kao što je onečišćenje zraka.

U mnogim tradicionalnim društvima, gdje su se izvori energije u kućanstvu smatrali čistima, oni se više ne koriste tako široko kao prošlih godina zbog neučinkovitosti i, iz moderne perspektive, štetnih goriva koja se koriste za grijanje zgrada i kuhanje. Navedene okolnosti uzrokuju onečišćenje vanjskog i unutarnjeg zraka, što može dovesti do plućnih bolesti, problema s vidom (iritacija sluznice očiju i sl.) te povećanog rizika od raka.

Kvaliteta zraka u zatvorenom prostoru i dalje je gorući problem u mnogim razvijenim zemljama jer... stambene i industrijske zgrade su zabrtvljene i dobro grijane. Opasnost od ulaska štetnih kemijskih spojeva u zrak ne dolazi samo od sustava grijanja i kuhanja, već i od dimnih para iz građevinskih materijala. A sve se to nakuplja unutar kuća i stvara problem onečišćenja.

Struktura atmosfere

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

Donji sloj atmosfere naziva se troposfera(od grčkog "trope" - okret) Njegova masa je 80% mase atmosfere. Gornja granica troposfere ovisi o geografskoj širini:

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

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

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

Od godišnjeg doba:

Gornja granica troposfere (tropopauza - od grčke "pauze" - prestanak) na sjevernoj hemisferi zimi se, zbog hlađenja, podigne 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 zrakama. Izravno zbog apsorpcije sunčevih zraka, zrak se zagrijava desetke puta manje nego na Zemlji. S porastom nadmorske visine temperatura zraka opada prosječno za 0,6 0 C na svakih 100 m uspona.

Na gornjoj granici troposfere temperatura doseže -60 0 C. To je olakšano činjenicom da se zrak, dižući, širi i hladi. Bilo bi još hladnije da nema topline koja se oslobađa kondenzacijom vodene pare.

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

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

Uglavnom nastaje u troposferi vrijeme, koji određuje uvjete ljudskog postojanja.

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

Zagrijavanje atmosfere u različitim dijelovima Zemlje nije jednako, što doprinosi razvoju opće cirkulacije Zemljine atmosfere, koja je usko povezana s raspodjelom atmosferskog tlaka. To je pritisak atmosferskog zraka na objekte u njemu i na zemljinu površinu.

U svakoj točki atmosfere, atmosferski tlak je jednak težini zračnog stupca iznad, koja opada s visinom. Prosječni tlak na razini mora jednak je 760 mmHg (1013,25 hPa).

Raspodjela atmosferskog tlaka na Zemljinoj površini (na razini mora) karakterizira relativno niska vrijednost u blizini ekvatora, porast u suptropima i pad u srednjim i visokim geografskim širinama. U isto vrijeme, nad kontinentalnim netropskim geografskim širinama, atmosferski tlak je obično povećan zimi i smanjen ljeti. Pod utjecajem razlike tlaka, zrak doživljava ubrzanje usmjereno od visokog tlaka prema niskom tlaku. Kada se zrak kreće, na njega djeluju sile uzrokovane rotacijom Zemlje. Coriolis sile i centrifugalne sile, kao i sile trenja.

Sve to rezultira složenim uzorkom utjecaja u Zemljinoj atmosferi, od kojih su neki relativno trajni (na primjer, pasati i monsuni). U srednjim geografskim širinama prevladava strujanje zraka od zapada prema istoku, u kojem nastaju veliki vrtlozi - ciklone i anticiklone, obično se protežu stotinama i tisućama kilometara.

Troposfera je karakterizirana turbulencije i snažna zračna strujanja (vjetrovi) i oluje. U gornjoj troposferi postoje snažna zračna strujanja sa strogo definiranim smjerovima. Turbulentni vrtlozi nastaju pod utjecajem trenja i dinamičke interakcije između sporih i brzih zračnih masa. Budući da obično nema naoblake na ovim visokim razinama, ova se turbulencija naziva "turbulencija čistog zraka".

Stratosfera

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

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

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

U umjerenim geografskim širinama do 50 km;

U polarnim širinama (polovima) 40 – 50 km.

U stratosferi se uzdizanjem zrak zagrijava, a temperatura zraka raste s visinom prosječno za 1 - 2 stupnja po 1 km. raste i doseže na gornjoj granici do +50 0 C.

Porast temperature s nadmorskom 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 oborina, iako ponekad na visini od 30 km. stvaraju se oblaci.

Na temelju promatranja u stratosferi su ustanovljeni turbulentni poremećaji i jaki vjetrovi koji pušu u različitim smjerovima. Kao iu troposferi, postoje snažni zračni vrtlozi koji su posebno opasni za letjelice velikih brzina.

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

Moguće je da je dio energije koja ulazi u stratosferu (uglavnom potrošena na formiranje ozona) povezan s atmosferskim frontama, gdje su zabilježena opsežna strujanja stratosferskog zraka daleko ispod tropopauze, a troposferski zrak se uvlači u nižu stratosferu.

Mezosfera

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

Gornja granica mezosfere nalazi se na visini od površine Zemlje:

U tropskim širinama (ekvator) 80 – 85 km;

U umjerenim geografskim širinama do 80 km;

U polarnim širinama (polovima) 70 - 80 km.

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

U polarnim područjima oblačni sustavi često se pojavljuju tijekom mezopauze ljeti, zauzimajući veliko područje, ali imaju mali vertikalni razvoj. Takvi oblaci koji svijetle noću često otkrivaju valovito kretanje zraka velikih razmjera u mezosferi. Sastav ovih oblaka, izvori vlage i kondenzacijske jezgre, dinamika i povezanost s meteorološkim čimbenicima još nisu dovoljno proučeni.

Termosfera

Iznad mezopauze nalazi se termosfera (od grčkog "termos" - toplo).

Gornja granica termosfere nalazi se na visini od Zemljine površine:

U tropskim širinama (ekvator) do 800 km;

U umjerenim geografskim širinama do 700 km;

U polarnim širinama (polovima) do 650 km.

U termosferi temperatura ponovno raste i u gornjim slojevima doseže 2000 0 C.

Treba napomenuti da su nadmorske visine od 400 - 500 km. i iznad, temperatura zraka se ne može odrediti nijednom od poznatih metoda, zbog velike razrijeđenosti atmosfere. Temperatura zraka na takvim visinama mora se ocjenjivati ​​energijom čestica plina koje se kreću u strujama plina.

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

U termosferi tlak, a time i gustoća plina postupno opada s visinom. Blizu zemljine površine na 1 m 3. zrak sadrži oko 2,5x10 25 molekula; na visini od oko 100 km u nižim slojevima termosfere, 1 m 3 zraka sadrži oko 2,5x10 25 molekula. Na visini od 200 km, u ionosferi od 1 m 3. zrak sadrži 5x10 15 molekula. Na visini od oko 850 km. na 1m. zrak sadrži 10 12 molekula. U međuplanetarnom prostoru koncentracija molekula je 10 8 - 10 9 po 1 m 3. Na visini od oko 100 km. broj molekula je mali, ali se one rijetko sudaraju jedna s drugom. Prosječna udaljenost koju kaotično gibajuća molekula prijeđe prije sudara s drugom sličnom molekulom naziva se njezin srednji slobodni put.

Pri određenoj temperaturi brzina molekule ovisi o njezinoj masi: lakše se molekule gibaju brže od težih. U nižim slojevima atmosfere, gdje je slobodan put vrlo kratak, nema zamjetnog razdvajanja plinova po njihovoj molekulskoj masi, ali je ono izraženo iznad 100 km. Osim toga, pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca, molekule kisika se raspadaju na atome, čija je masa polovica mase molekule. Stoga, kako se udaljavamo od površine Zemlje, atmosferski kisik postaje sve važniji u sastavu atmosfere na visini od oko 200 km. postaje glavna komponenta.

Više, udaljeno cca 1200 km. S površine Zemlje prevladavaju laki plinovi helij i vodik. Od njih se sastoji vanjski omotač atmosfere.

Ovo širenje težinom naziva se difuzno širenje i podsjeća na odvajanje smjesa pomoću centrifuge.

Egzosfera

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

Ovo je vanjska sfera iz koje laki atmosferski plinovi (vodik, helij, kisik) mogu strujati u svemir.

Slojevi atmosfere koji se nalaze iznad 50 km. provode struju i reflektiraju radio valove. To omogućuje uspostavljanje radiokomunikacija na velikim udaljenostima oko Zemlje. Budući da složene kemijske reakcije proizvode ione, gornji dio atmosfere (mezosfera i termosfera) naziva se ionosfera.

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

Molekule i atomi u egzosferi rotiraju oko Zemlje u balističkim orbitama pod utjecajem gravitacije. Neke od tih orbita mogu kružiti oko Zemlje iu eliptičnim orbitama, poput satelita. Neke molekule, uglavnom vodik i helij, imaju otvorene putanje i idu u svemir.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje, koja se okreće s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan s geološkim i geokemijskim procesima koji se odvijaju na našem planetu, kao i s aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se s površinom Zemlje, budući da zrak prodire u najmanje pore u tlu i otapa se čak iu vodi.

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

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

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

Atmosfera zadržava najveći dio sunčevog ultraljubičastog zračenja koje ima štetan učinak na žive organizme. Također zadržava toplinu u blizini Zemljine površine, sprječavajući hlađenje našeg planeta.

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.

Riža. 1. Građa Zemljine atmosfere

Zrak u troposferi zagrijavaju zemljina površina, odnosno kopno i voda. Stoga temperatura zraka u ovom sloju opada s visinom prosječno za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere doseže -55 °C. Pritom je u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka -70 °C, a u području Sjevernog pola -65 °C.

U troposferi je koncentrirano oko 80% mase atmosfere, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavinska nevremena, oluje, naoblaka i oborine, a događa se okomito (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 visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava rijetkošću zraka, zbog koje se sunčeve zrake gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se gotovo i ne stvaraju oblaci i oborine. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentriran ozon(ozon screen, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprječava ih da dopru do Zemlje i time štiti žive organizme na našem planetu. Zahvaljujući ozonu, temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere kreće se od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere nalazi se prijelazna zona - stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 50-80 km. Gustoća zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi izgleda crna, a zvijezde su vidljive danju. Temperatura zraka pada do -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 nadmorskoj visini od 150 km doseže 220-240 ° C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi pod utjecajem kozmičkih zraka dolazi do raspadanja molekula plina na nabijene (ionizirane) čestice atoma, pa se ovaj dio atmosfere naziva ionosfera- sloj vrlo prorijeđenog zraka, koji se nalazi na visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od ioniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakterizira visoka naelektriziranost, a dugi i srednji radiovalovi se reflektiraju od njega, kao od zrcala.

U ionosferi se pojavljuju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i opažaju se oštre fluktuacije magnetskog polja.

Egzosfera

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

Atmosferski sastav

Atmosfera je mješavina plinova koja se sastoji od dušika (78,08%), kisika (20,95%), ugljičnog dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helija, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih plinova, ali je njihov sadržaj zanemariv (Tablica 1). Suvremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu milijuna godina, no naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost dovela je do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za otprilike 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu obavljaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavno značenje ovih plinova određeno je prvenstveno činjenicom da vrlo snažno apsorbiraju energiju zračenja i time značajno utječu na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tablica 1. Kemijski sastav suhog atmosferskog zraka u blizini zemljine površine

Dušik, Najčešći plin u atmosferi, kemijski je neaktivan.

Kisik, za razliku od dušika, kemijski je vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nedovoljno oksidiranih plinova koje u atmosferu ispuštaju vulkani. Bez kisika ne bi bilo razgradnje mrtve organske tvari.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi iznimno je velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa izgaranja, disanja živih organizama i truljenja te je prije svega glavni gradivni materijal za stvaranje organske tvari tijekom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti sposobnost ugljičnog dioksida da propušta kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplinskog dugovalnog zračenja, što će stvoriti tzv. efekt staklenika, o čemu će biti riječi u nastavku.

Atmosferski procesi, posebno toplinski režim stratosfere, također su pod utjecajem ozon. 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 ovisno o geografskoj širini i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (to je debljina ozonskog omotača pri prizemnom tlaku i temperaturi). Postoji porast sadržaja ozona od ekvatora prema polovima i godišnji ciklus s minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakteristično svojstvo atmosfere je da se sadržaj glavnih plinova (dušik, kisik, argon) neznatno mijenja s visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj dušika iznosi 86%, kisika - 19, argona - 0,91 , na nadmorskoj visini od 95 km - dušik 77, kisik - 21,3, argon - 0,82%. Stalnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Osim plinova, zrak sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati prirodno i umjetno (antropogeno) podrijetlo. To su pelud, sitni kristali soli, cestovna prašina i aerosolne nečistoće. Kada sunčeve zrake prodru kroz prozor, vide se golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u zraku gradova i velikih industrijskih središta, gdje se aerosolima dodaju emisije štetnih plinova i njihove nečistoće nastale izgaranjem goriva.

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

Važnost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona zadržava dugovalno toplinsko zračenje sa zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; povećava temperaturu zraka tijekom kondenzacije vodenih slojeva.

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

Prosječni 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). Podaci o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorni. Pretpostavlja se, primjerice, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost snažno raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo ovisi o nadmorskoj visini i iznosi 2-4 mg / kg.

Promjenljivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je međudjelovanjem procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padaju oborine u obliku kiše, tuče i snijega.

Procesi faznih prijelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), nazvani sedefasti i srebrnasti, relativno rijetko opažaju, dok se troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cijele zemljine površine.površine.

Količina vodene pare koja se može sadržavati u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C može sadržavati najviše 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 viša temperatura zraka, to može sadržavati više vodene pare.

Zrak može biti bogati I nije zasićeno vodena para. Dakle, ako pri 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 zraka. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 mL sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u postocima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka prema količini vodene pare koja se može sadržavati u 1 m L pri određenoj temperaturi. Na primjer, ako radio emitira vremensku prognozu da je relativna vlažnost zraka 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 zasićenosti, veća je vjerojatnost padalina.

Uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost zraka opažena je u ekvatorijalnom pojasu, jer temperatura zraka tamo ostaje visoka tijekom cijele godine i dolazi do velikog isparavanja s površine oceana. Relativna vlažnost je također visoka u polarnim područjima, ali zato pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini zrak zasićenim ili blizu zasićenog. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira s godišnjim dobima - viša je zimi, niža ljeti.

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

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grč. 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 vidjeti ljeti u vedroj, svježoj noći.

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

Stvaranje oblaka također uključuje Određena stvar suspendiran u troposferi.

Oblaci mogu imati različite oblike, koji ovise o uvjetima njihova nastanka (tablica 14).

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

Zaštita atmosfere

Glavni izvori su industrijska poduzeća i automobili. U velikim gradovima problem zagađenja plinom na glavnim prometnim pravcima vrlo je akutan. Zbog toga su mnogi veliki gradovi u svijetu, pa tako i kod nas, uveli ekološku kontrolu toksičnosti ispušnih plinova vozila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti opskrbu zemljine površine sunčevom energijom, što će dovesti do promjene prirodnih uvjeta.

Zemljina primarna atmosfera sastojala se uglavnom od vodene pare, vodika i amonijaka. Pod utjecajem ultraljubičastog zračenja Sunca vodena se para razložila na vodik i kisik. Vodik je velikim dijelom pobjegao u svemir, kisik je reagirao s amonijakom i nastali su dušik i voda. Na početku geološke povijesti Zemlja je, zahvaljujući magnetosferi koja ju je izolirala od sunčevog vjetra, stvorila vlastitu sekundarnu atmosferu ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid dolazio je iz dubina tijekom intenzivnih vulkanskih erupcija. Pojavom zelenih biljaka krajem paleozoika u atmosferu je počeo ulaziti kisik kao rezultat razgradnje ugljičnog dioksida tijekom fotosinteze, te je sastav atmosfere poprimio svoj suvremeni oblik. Moderna atmosfera uvelike je proizvod žive tvari biosfere. Potpuna obnova kisika planeta živom materijom događa se za 5200-5800 godina. Cijelu njegovu masu živi organizmi apsorbiraju za otprilike 2 tisuće godina, sav ugljični dioksid - za 300-395 godina.

Sastav primarne i moderne atmosfere Zemlje

Također su u primarnoj atmosferi bili prisutni metan, amonijak, vodik itd. Slobodni kisik pojavio se u atmosferi prije 1,8-2 milijarde godina.

Postanak i razvoj atmosfere (prema V.A. Vronskom i G.V. Voitkoviču)

Još tijekom početnog radioaktivnog zagrijavanja mlade Zemlje, hlapljive tvari su ispuštene na površinu, formirajući primarni ocean i primarnu atmosferu. Može se pretpostaviti da je primarna atmosfera našeg planeta po sastavu bila bliska sastavu meteorita i vulkanskih plinova. Donekle je primarna atmosfera (sadržaj CO 2 bio 98%, argon - 0,19%, dušik - 1,5%) bila slična atmosferi Venere, planeta koji je po veličini najbliži našem planetu.

Zemljina primarna atmosfera bila je reducirajuće prirode i bila je praktički 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 njezina atmosfera ugljičnog dioksida pretvorila u atmosferu dušika i kisika. Međutim, ostaje nejasno pitanje vremena i prirode tog prijelaza - u kojem se razdoblju povijesti biosfere dogodila prekretnica, je li bila brza ili postupna.

Trenutno su prikupljeni podaci o prisutnosti slobodnog kisika u prekambriju. Prisutnost visoko oksidiranih spojeva željeza u crvenim trakama željeznih ruda iz prekambrija ukazuje na prisutnost slobodnog kisika. Povećanje njegovog sadržaja kroz povijest biosfere utvrđeno je konstruiranjem odgovarajućih modela različitog stupnja pouzdanosti (A.P. Vinogradov, G. Holland, J. Walker, M. Shidlovsky i dr.). Prema A.P. Vinogradova, sastav atmosfere se kontinuirano mijenjao i bio je reguliran kako procesima otplinjavanja plašta tako i fizikalno-kemijskim čimbenicima koji su se odvijali na površini Zemlje, uključujući hlađenje i, sukladno tome, smanjenje temperature okoline. Kemijska evolucija atmosfere i hidrosfere u prošlosti bila je usko povezana u ravnoteži njihovih tvari.

Obilje zakopanog organskog ugljika uzima se kao osnova za proračune prijašnjeg sastava atmosfere, jer je prošla fazu fotosinteze u ciklusu povezanom s otpuštanjem kisika. Sa smanjenjem otplinjavanja plašta tijekom geološke povijesti, ukupna masa sedimentnih stijena postupno se približavala suvremenoj. Pritom je 4/5 ugljika bilo zakopano u karbonatnim stijenama, a 1/5 je otpadalo na organski ugljik sedimentnih slojeva. Na temelju tih premisa njemački geokemičar M. Shidlovsky izračunao je porast udjela slobodnog kisika tijekom geološke povijesti Zemlje. Utvrđeno je da je otprilike 39% ukupnog kisika oslobođenog tijekom fotosinteze bilo vezano u Fe 2 O 3, 56% je bilo koncentrirano u SO 4 2 sulfatima, a 5% je kontinuirano ostalo u slobodnom stanju u Zemljinoj atmosferi.

U ranom prekambriju gotovo sav oslobođeni kisik bio je brzo apsorbiran od strane zemljine kore tijekom oksidacije, kao i vulkanskih sumpornih plinova primarne atmosfere. Vjerojatno je da su procesi nastanka trakastih željeznih kvarcita (jaspelita) u ranom i srednjem prekambriju doveli do apsorpcije značajnog dijela slobodnog kisika iz fotosinteze drevne biosfere. Dvostruko željezo u prekambrijskim morima bilo je glavni apsorber kisika kada su fotosintetski morski organizmi isporučivali slobodni molekularni kisik izravno u vodeni okoliš. Nakon što su pretkambrijski oceani očišćeni od otopljenog željeza, slobodni kisik se počeo nakupljati u hidrosferi, a potom i u atmosferi.

Novu fazu u povijesti biosfere karakterizirala je činjenica da je u atmosferi prije 2000-1800 milijuna godina došlo do povećanja količine slobodnog kisika. Stoga se oksidacija željeza preselila na površinu drevnih kontinenata u području kore trošenja, što je dovelo do stvaranja snažnih drevnih slojeva crvene boje. Opskrba oceana dvovalentnim željezom je smanjena i, sukladno tome, smanjena je apsorpcija slobodnog kisika u morskom okolišu. Sve veća količina slobodnog kisika počela je ulaziti u atmosferu, gdje je uspostavljen njegov stalni sadržaj. U ukupnoj ravnoteži atmosferskog kisika povećala se uloga biokemijskih procesa žive tvari u biosferi. Moderna etapa u povijesti kisika u Zemljinoj atmosferi započela je pojavom vegetacije na kontinentima. To je dovelo do značajnog povećanja njegovog sadržaja u usporedbi s drevnom atmosferom našeg planeta.

Književnost

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

Još nije bilo moguće pouzdano utvrditi povijest nastanka atmosfere. Ali već je bilo moguće identificirati neke moguće promjene u njegovom sastavu.
Atmosfera je počela nastajati odmah nakon formiranja Zemlje. U procesu evolucije gotovo je potpuno izgubio svoju izvornu atmosferu. U ranoj fazi naš je planet bio u rastaljenom stanju. Čvrsto tijelo počelo se formirati prije otprilike četiri i pol milijarde godina. Ovo će vrijeme biti početak geološke kronologije.
Upravo u tom razdoblju počinje spora evolucija atmosfere.
Procesi poput ispuštanja lave tijekom vulkanskih erupcija popraćeni su neizbježnim ispuštanjem plinova poput dušika, metana, vodene pare i drugih. Kada je izložena sunčevom zračenju, vodena para se raspada na kisik i vodik. Oslobođeni kisik reagira s ugljičnim monoksidom u ugljični dioksid. Amonijak se raspada na dušik i vodik. Tijekom procesa difuzije, vodik se diže i napušta atmosferu. Dušik, koji je puno teži, ne može pobjeći i postupno se nakuplja. Dakle, dušik postaje glavna komponenta.
Zemljina primarna atmosfera vjerojatno je sadržavala ugljikov dioksid i vodik, a moguća je reakcija između njih koja dovodi do stvaranja močvarnog plina (metana) i vodene pare. Ali najveći dio vode, prema suvremenim konceptima (Vinogradov, 1967.), otplinjen je iz magme tijekom prvih stotina milijuna godina nakon formiranja atmosfere. Voda je odmah uvelike zakomplicirala prirodu interakcije između komponenti i samu strukturu biogenosfere. Zasićenost primarne atmosfere vodenom parom i sposobnost vode da akumulira (“polako hladi”) sunčevu energiju bitno je promijenila termodinamičke uvjete unutar biogenosfere, pa čak i izvan njezinih granica. Postoje dvije stvari koje treba uzeti u obzir; prvo, s pojavom vode, procesi trošenja počeli su se odvijati puno energičnije, zbog čega se geokemijske baterije "pune" sunčevom energijom. Drugo, produkti trošenja (na primjer gline) došli su u dodir s velikim količinama vode, što im je povećalo energetsku barijeru, odnosno minerali su uklonjeni s točke na kojoj su mogli otpustiti akumuliranu sunčevu energiju. Da bi oslobodili ovu energiju, prvo su se morali "osušiti". Sedimentne stijene su dehidrirane, tonući duboko u zemljinu koru kao rezultat transformacije gline u liskun (sericitis). Ako su se prije ispuštale negdje blizu površine, onda su nakon pojave vode na Zemlji geokemijske baterije mogle koristiti vlagu za prijenos sunčeve energije u niže horizonte biogenosfere, pa čak i izvan njezinih granica, do donje granice Zemlje. kora. Tu su oslobađali akumuliranu energiju i time osiguravali temperaturni gradijent zemljine kore.
Međutim, potrebno je imati na umu sljedeće. Kako se sediment spušta, proces dehidracije se suprotstavlja porastu tlaka, što sprječava oslobađanje energije. Vjerojatno su magmatske komore - rezultat brzog oslobađanja energije - nastale tijekom tektonskih pukotina i sl., odnosno kada je pritisak oslabio. Ako uzmemo u obzir da je u to vrijeme oblik Zemlje bio manje stabilan nego sada, a pomicanje masa se odvijalo energičnije, tada se u međudjelovanju ovih čimbenika s geokemijskom akumulacijom može vidjeti razlog za pretpostavljenu burnu vulkansku aktivnost. u osvit geološke povijesti našeg planeta.
Kada je izložen ultraljubičastim zrakama, kao i električnim pražnjenjima. Smjesa plinova ušla je u kemijsku reakciju, nakon čega su nastale organske tvari - aminokiseline. Dakle, život je mogao nastati u atmosferi koja se razlikuje od moderne atmosfere.
Kada su se na Zemlji pojavile primitivne biljke, počeo se odvijati proces fotosinteze. Što je, kao što je poznato, popraćeno oslobađanjem slobodnog kisika. Nakon difuzije u gornje slojeve atmosfere, ovaj je plin počeo štititi donje slojeve i samu površinu Zemlje od opasnog X-zraka i ultraljubičastog zračenja.
Može se pretpostaviti da je primarna atmosfera sadržavala mnogo ugljičnog dioksida, koji se trošio u procesu fotosinteze kako se flora razvijala. Znanstvenici također vjeruju da su fluktuacije u njegovoj koncentraciji utjecale na klimatske promjene tijekom razvoja Zemlje.
Moderna atmosfera sadrži helij, koji nastaje kao rezultat radioaktivnog raspada torija, urana i radija. Ove čestice emitiraju alfa čestice. To su jezgre atoma helija.
Budući da se tijekom radioaktivnog raspada ne stvara niti uništava električni naboj, svaka alfa čestica ima dva elektrona. Ona se povezuje s njima. Kao rezultat fuzije nastaju neutralni atomi helija.

Značajan dio helija sadržan je u mineralima, koji su raspršeni u debljini stijena i vrlo sporo isparavaju u atmosferu. Mala količina helija diže se prema gore u egzosferu zbog difuzije. A budući da postoji stalni dotok sa Zemlje, volumen ovog plina u atmosferi ostaje nepromijenjen.
Relativni sadržaj različitih kemijskih elemenata u Svemiru može se procijeniti na temelju spektralne analize iz svjetlosti zvijezda, kao i iz zračenja meteorita.
U svemiru je koncentracija neona deset milijardi puta veća nego na Zemlji. Kripton je deset milijuna puta veći, ksenon je milijun puta veći.
Možemo zaključiti da se u početku koncentracija ovih plinova u Zemljinoj atmosferi jako smanjila i nije se obnavljala. To se dogodilo čak iu fazi kada je Zemlja izgubila svoju primarnu atmosferu. Izuzetak je bio inertni plin argon. On je u obliku izotopa i sada nastaje tijekom radioaktivnog raspada izotopa kalija.

Sastav atmosfere nije uvijek bio isti kao sada. Vjeruje se da se primarna atmosfera sastojala od vodika i helija, 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 tijekom života na Zemlji daju razloga vjerovati da se povijest sekundarne atmosfere može podijeliti u dvije faze: atmosferu bez kisika i atmosferu kisika - na prijelazu od prije otprilike 2 milijarde godina.

Prva faza započela je nakon završetka formiranja planeta, kada je započela podjela primarne zemaljske tvari na teške (uglavnom željezo) i relativno lake (uglavnom silicij) elemente. Prvi je formirao zemljinu jezgru, drugi - plašt. Ova reakcija bila je popraćena oslobađanjem topline, uslijed čega je počelo dolaziti do otplinjavanja plašta - iz njega su se počeli oslobađati različiti plinovi. Zemljina gravitacijska sila uspjela ih je zadržati u blizini planeta, gdje su se počeli nakupljati i formirali Zemljinu atmosferu. Sastav ove početne atmosfere značajno se razlikovao od modernog sastava zraka (Tablica 1)

stol 1

Sastav zraka tijekom formiranja Zemljine atmosfere u usporedbi sa suvremenim sastavom atmosfere (prema V.A. Vronskom, G.V. Voitkevichu)

Osim ovih plinova u atmosferi su bili prisutni metan, amonijak, vodik itd.

Karakteristična značajka 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, pritom se kao primjesa pojavio endogeni kisik, koji je nastao prilikom otplinjavanja bazaltnih lava. Kisik je također nastao kao rezultat disocijacije molekula vode u gornjim slojevima atmosfere pod utjecajem ultraljubičastih zraka. No, sav kisik je potrošen na oksidaciju minerala u zemljinoj kori, a nije ga bilo dovoljno za nakupljanje u atmosferi.

Prije više od 2 milijarde godina pojavile su se fotosintetske modrozelene alge koje su počele koristiti svjetlosnu energiju Sunca za sintezu 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 taj je proces završen, a slobodni kisik počeo se nakupljati u atmosferi. Započela je druga faza razvoja atmosfere - kisik.

Isprva je povećanje udjela kisika u atmosferi bilo sporo: prije oko 1 milijarde godina doseglo je 1% moderne razine (Pasteurova točka), no to se pokazalo dovoljnim za pojavu sekundarnih heterotrofnih organizama (životinja) koji troše kisik za disanje. Pojavom vegetacije na kontinentima u drugoj polovici paleozoika, porast kisika u atmosferi iznosio je oko 10% današnjeg, a već u karbonu bilo je iste količine kisika kao sada. Fotosintetski kisik izazvao je velike promjene u atmosferi i živim organizmima planeta. Sadržaj ugljičnog dioksida tijekom evolucije atmosfere značajno se smanjio, budući da je značajan dio postao dio ugljena i karbonata.

Vodik i helij, široko rasprostranjeni u svemiru, čine 0,00005 odnosno 0,0005% u Zemljinoj atmosferi. Zemljina atmosfera je dakle geokemijska anomalija u svemiru. Njegov izniman sastav formiran je paralelno s razvojem Zemlje u specifičnim, jedinstvenim kozmičkim uvjetima: gravitacijsko polje koje drži veliku masu zraka, magnetsko polje koje je štiti od sunčevog vjetra i rotacija planeta koja osigurava povoljan toplinski režim. Nastanak atmosfere odvijao se paralelno s nastankom hidrosfere i o njemu je bilo riječi gore.

Primarna atmosfera helij-vodik izgubljena je kada se planet zagrijao. Na početku geološke povijesti Zemlje, kada su se odvijali intenzivni vulkanski i planinski procesi, atmosfera je bila zasićena amonijakom, vodenom parom i ugljikovim dioksidom. Ova ljuska imala je temperaturu od oko 100°C. S padom temperature došlo je do podjele na hidrosferu i atmosferu. Život je započeo u ovoj sekundarnoj atmosferi ugljičnog dioksida. S progresivnim razvojem žive tvari razvijala se i atmosfera. Kada je biosfera dosegla stadij zelenih biljaka, a one izašle iz vode na kopno, započeo je proces fotosinteze, što je dovelo do stvaranja moderne atmosfere kisika.

12.4 Međudjelovanje atmosfere s drugim ljuskama. Atmosfera se razvija s cjelokupnom prirodom zemljine površine – s GO. Biljke i životinje koriste atmosferu za fotosintezu i disanje. Magnetosfera, ionosfera i ozonski štit izoliraju biosferu od svemira. Gornja granica GO - biosfere nalazi se na visinama od 20-25 km. Atmosferski plinovi iznad napuštaju Zemlju, a Zemljina unutrašnjost obnavlja zračni omotač, opskrbljujući do 1 milijun tona plinova godišnje. Atmosfera zadržava infracrveno zračenje Zemlje, stvarajući povoljan toplinski režim. U atmosferi se prenosi vlaga, nastaju oblaci i oborine – formiraju se vremenske i klimatske prilike. Štiti Zemlju od pada meteorita na nju.

12.5 Sunčeva energija, sunčevo zračenje – energija zračenja Sunca. Sunce emitira elektromagnetske valove i korpuskularni tok. Elektromagnetsko zračenje je posebna vrsta materije, različita od materije, koja putuje brzinom od 300 000 km/s. (brzina svjetlosti). Korpuskularno zračenje (sunčev vjetar) je tok nabijenih čestica: protona, elektrona itd., koji se šire brzinama od 400-2000 km/s. Korpuskularno strujanje, dopirući do Zemlje, remeti njezino magnetsko polje, uzrokujući niz pojava u atmosferi (aurore, magnetske oluje i dr.).

Elektromagnetsko zračenje sastoji se od toplinskog (infracrvenog, 47%), svjetlosnog (46%) i ultraljubičastog (7%) zračenja, ovisno o valnoj duljini. Sve tri vrste energije igraju veliku ulogu u HE. Ultraljubičasto zračenje uglavnom blokira ozonski zaslon i to je dobro, jer... Jako ultraljubičasto zračenje štetno djeluje na žive organizme, ali njegova mala količina koja dospije na površinu Zemlje djeluje dezinfekcijski. Pod ultraljubičastim zrakama ljudska koža tamni.

Utjecaj svjetlosti dobro je poznat. Ne samo zato što nam svjetlost omogućuje da vidimo svijet oko sebe, već pri izlaganju sunčevoj svjetlosti dolazi do procesa fotosinteze o čemu ćemo kasnije govoriti. Konačno, protok topline određuje temperaturne uvjete GO.

Mjerna jedinica za sunčevu energiju je solarna konstanta( ja 0 ) – 2 cal/cm2/min. (toliko topline prima 1 kvadratni cm apsolutno crne površine u minuti s okomitim upadom zraka). Kada zrake padaju okomito, zemljina površina prima maksimalnu sunčevu energiju, a što je kut upada manji, to manje dopire do ispod površine. Količina dolazne 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 od strane zemljine površine.

Ako 1,36 x 10 24 cal/god dospije do gornje granice atmosfere, onda do zemljine površine dospije 25% manje, zbog toga što prolaskom kroz atmosferu slabi tok sunčeve energije. Ta energija, u interakciji s 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 u svemir u obliku toplinskog toka.

Promjene sunčevog zračenja u atmosferi. Kako energija zračenja prolazi kroz atmosferu, ona se smanjuje zbog apsorpcije i disipacije energije. U vidljivom dijelu spektra prevladava raspršenje, au ultraljubičastom i infracrvenom području atmosfera je uglavnom apsorpcijski medij.

Zahvaljujući raspršenju dobiva se dnevna svjetlost koja osvjetljava predmete ako na njih izravno ne padaju sunčeve zrake. Raspršenje također određuje plavu boju neba. U velikim gradovima, u pustinjskim područjima gdje je velika zaprašenost zraka, disperzija slabi snagu zračenja za 30-45%.

Glavni plinovi koji čine zrak apsorbiraju malo energije zračenja, ali imaju veliku sposobnost apsorpcije: vodena para (infracrvene zrake), ozon (ultraljubičaste zrake), ugljični dioksid i prašina (infracrvene zrake).

Količina prigušenja sunčevog zračenja ovisi o koeficijentu prozirnosti (transparency coefficient), koji pokazuje koliki udio zračenja dopire do zemljine površine.

Ako bi se atmosfera sastojala od plinova, tada bi c.p. =0,9, tj. propuštao bi 90% zračenja koje dopire do Zemlje. Ali atmosfera sadrži nečistoće, uklj. oblaka i faktor mutnoće smanjuje prozirnost na 0,7-0,8 (ovisno o vremenu). Općenito, atmosfera apsorbira i raspršuje oko 25% energije zračenja koja dopire do Zemljine površine, a slabljenje fluksa zračenja nije jednako za različite geografske širine Zemlje. Te razlike ovise o kutu upadanja zraka. U zenitnom položaju Sunca zrake prolaze kroz atmosferu najkraćim putem, a smanjenjem upadnog kuta produljuje se put zraka, a slabljenje Sunčevog zračenja postaje značajnije.

Ako je upadni kut zraka:

a) 90, stupanj prigušenja 25%;

b) 30, stupanj prigušenja 44%;

c) 10, stupanj prigušenja 80%;

d) 0, stupanj prigušenja 100%.

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

Radijacija koja dolazi na površinu zemlje u obliku milijuna zraka sa svih točaka neba zbog raspršivanja - raspršeno sunčevo zračenje.

Raspršeno zračenje ljeti na srednjim geografskim širinama iznosi 40%, a zimi 70% ukupnog unosa; u tropskim geografskim širinama oko 30%, au polarnim geografskim širinama 70% ukupnog toka energije zračenja.

Izravno sunčevo zračenje i raspršeno zračenje zajedno daju tzv ukupno zračenje . U praktične svrhe najčešće su potrebni podaci o ukupnoj količini energije koja stiže na površinu zemlje, tj. količina ukupnog zračenja za bilo koje vremensko razdoblje (dan, mjesec, godina) po jedinici površine, zbog čega su u širokoj uporabi karte ukupnih količina zračenja.

Maksimum ukupnog zračenja javlja se u tropskim geografskim širinama (180-200 kcal/cm2 godišnje), što je povezano s niskom naoblakom, što uzrokuje veliki udio izravnog zračenja. Ekvatorijalne širine primaju manje sunčeve energije, oko 100-140 kcal/cm2 godišnje, zbog velike naoblake, unatoč većem kutu 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/god.

Sunčevo zračenje koje dolazi do Zemljine površine se djelomično apsorbira ( apsorbirano zračenje ), djelomično reflektirano ( reflektirano zračenje ) u atmosferu i u međuplanetarni prostor. Omjer količine sunčevog zračenja koje reflektira određena površina i količine toka energije zračenja koja pada na tu površinu naziva se albedo.

Albedo se izražava u postocima i karakterizira refleksivnost određene površine. Reflektivnost ovisi o prirodi površine (boja, hrapavost) i o kutu upadanja zraka. Potpuno crno tijelo apsorbira svo zračenje, a zrcalna površina odbija 100% zraka i ne zagrijava se. Svježe pali snijeg odbija 80-90% zračenja, crna zemlja - 5-18%, svijetli pijesak 35-40%, šuma - 10-20%, vrhovi oblaka - 50-60%.

Kako se nadmorska visina Sunca smanjuje, albedo raste, stoga se u njegovom dnevnom ciklusu najniža vrijednost opaža oko podneva. Godišnja varijacija albeda određena je promjenama u prirodi podloge prema godišnjim dobima. U umjerenim i sjevernim geografskim širinama obično dolazi do porasta albeda iz tople polovice godine u hladnu polovicu godine.

Visoki albedo snijega na Arktiku i Antarktiku uzrokuje niske ljetne temperature, unatoč značajnoj količini sunčeve insolacije u ljetnim mjesecima kada Sunce ne zalazi 24 sata dnevno. Većinu sunčevog zračenja reflektiraju oblaci.

Albedo utječe na temperature prijelaznih razdoblja u umjerenim geografskim širinama: u rujnu i ožujku Sunce je na istoj visini, ali se ožujske zrake odbijaju (i idu na topljenje snijega), pa je ožujak hladniji od rujna.

Planetarni albedo 35-%.

Apsorbirano zračenje troši se na isparavanje vode i zagrijavanje podloge.

Zemlja, primajući sunčevu energiju, sama postaje izvor toplinskog zračenja u svemir. Energija koju emitira zemljina površina naziva se zemaljsko zračenje .

Proučavanje zemljine površine odvija se danju i noću. Intenzitet zračenja je veći što je viša temperatura emitirane topline prema Stefan-Boltzmannovom zakonu: svako tijelo gubi zračenjem količinu topline proporcionalnu 4. potenciji apsolutne temperature: (Et = T 4 cal/ cm 2 min), gdje je  Stefan-Boltzmannova konstanta.

Terestričko zračenje izražava se istim jedinicama kao i Sunčevo zračenje.

Svaki volumen zraka, kao i atmosfera kao cjelina, ima temperaturu različitu od temperature apsolutne nule, također emitira toplinsko zračenje, to je - atmosfersko zračenje , koji je usmjeren u različitim smjerovima. Njegov dio usmjeren prema zemljinoj površini je protuzračenje .

Razlika između vlastitog zračenja podloge i protuzračenja naziva se učinkovito zračenje zemljina površina (E 2 = E 5 -Ea).

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

Općenito, Zemljina površina u srednjim geografskim širinama gubi efektivnim zračenjem približno polovicu količine topline koju prima od apsorbiranog zračenja.

Efektivno zračenje je stvarni gubitak topline zračenjem. Ti su gubici posebno veliki za vedrih noći - noćno hlađenje. Vodena para zadržava toplinu. U planinama je efektivno zračenje veće nego u ravnicama, a smanjuje ga vegetacijski pokrov. Pustinje i arktičke širine su prozori gubitka topline zračenjem.

Apsorbirajući Zemljino zračenje i šaljući protuzračenje na Zemljinu površinu, atmosfera time smanjuje hlađenje potonjeg noću. Tijekom dana, malo pomaže u sprječavanju zagrijavanja zemljine površine zračenjem. Taj utjecaj na toplinski režim zemljine površine naziva se staklenik (staklenik) posljedica , a zemljina površina ima prosječnu temperaturu +17,3S umjesto – 22S.

Dugovalno zračenje sa zemljine površine i atmosfere koje ide u svemir naziva se izlazno zračenje (65%, od čega zemljina površina gubi 10%, atmosfera 55%). Zajedno s reflektiranim zračenjem (35%), ovo izlazno zračenje kompenzira dotok sunčevog zračenja na Zemlju.

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

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

12.6 Bilanca zračenja(rezidualno zračenje) zemljine površine je razlika između dolazne (ukupne radijacije i protuzračenja) i protoka (albedo i terestričko zračenje) topline.

R=Q (izravno) +D (raspršeno) +E (brojač) =C (reflektirano)-U (tlo)

Bilanca zračenja (R) može biti pozitivna i negativna. Noću je posvuda negativan, prelazi od noćnih negativnih vrijednosti do dnevnih pozitivnih vrijednosti nakon izlaska sunca (kada kut upada zraka ne prelazi 10-15), od pozitivnih do negativnih - prije zalaska sunca na iste visine iznad horizonta.

Tijekom dana, R raste s povećanjem solarne visine i smanjuje se s smanjenjem nadmorske visine. Noću, kada nema ukupnog zračenja, R je jednak efektivnom zračenju i stoga se malo mijenja tijekom noći ako se naoblaka ne mijenja.

Distribucija R je zonalna, jer zonalno ukupno zračenje. Učinkovito zračenje se ravnomjernije raspoređuje.

R zemljine površine godišnje je pozitivan za sva mjesta na Zemlji, osim za ledene visoravni Grenlanda i Antarktike, tj. godišnji dotok apsorbiranog zračenja veći je od efektivnog zračenja za isto vrijeme. Ali to uopće ne znači da zemljina površina iz godine u godinu postaje sve toplija. Činjenica je da se višak apsorbiranog zračenja nad zračenjem uravnotežuje prijenosom topline sa zemljine površine na zrak i tlo putem toplinske vodljivosti i tijekom faznih transformacija vode (prilikom isparavanja – kondenzacije).

Dakle, iako za Zemljinu površinu ne postoji ravnoteža u primanju i otpuštanju zračenja, postoji toplinska ravnoteža , što se izražava formulom toplinska ravnoteža : P=P+B+LE, gdje je P turbulentni toplinski tok između zemljine površine i atmosfere, B je izmjena topline između Zemlje i ispod slojeva tla i vode, L je specifična toplina isparavanja, E je količina isparene vlage godišnje. Dotok topline na zemljinu površinu zračenjem uravnotežuje se njezinim oslobađanjem drugim sredstvima.

R na geografskim širinama 60sjeverno i južno iznosi 20-30 kcal/cm2, odakle na višim geografskim širinama opada na –5,-10 kcal/cm2 na kontinentu Antarktika. Prema nižim geografskim širinama raste: između 40sjeverske geografske širine i 40južne geografske širine, godišnje vrijednosti r.b. 60 kcal/cm2, a između 20sjeverne i južne geografske širine 100 kcal/cm2. Na oceanima je R veći nego na kopnu na istim geografskim širinama, jer Oceani akumuliraju puno topline, a s velikim toplinskim kapacitetom voda se zagrijava na niže vrijednosti od kopna.

12.7 Temperatura zraka. Zrak se zagrijava i hladi površinom zemlje i vodenih tijela. Budući da je slab vodič topline, zagrijava se samo u donjem sloju koji izravno dodiruje površinu zemlje. Glavni način prijenosa topline prema gore je turbulentno miješanje. Zahvaljujući tome, sve više i više novih masa zraka približava se zagrijanoj površini, zagrijava i diže.

Budući da je izvor topline za zrak zemljina površina, očito je da s visinom njegova temperatura opada, amplituda kolebanja postaje manja, a maksimum i minimum u dnevnom ciklusu nastupaju kasnije nego na tlu. Nadmorska visina za mjerenje temperature zraka jednaka je za sve zemlje – 2 m. Za posebne namjene temperatura se mjeri i na drugim visinama.

Drugi izvor grijanja i hlađenja zraka je adijabatski procesi kada temperatura zračne mase raste ili pada bez dotoka topline izvana. Kada se zrak spusti iz gornjih slojeva troposfere u niže slojeve, plinovi postaju gušći, a mehanička energija kompresije pretvara se u toplinsku energiju. Temperatura raste za 1°C na 100 m visine.

Hlađenje zraka povezano je s adijabatskim uzgonom, pri kojem se zrak diže i širi. Toplinska energija se u ovom slučaju pretvara u kinetičku energiju. Za svakih 100 m uspona suhi se zrak ohladi za 1 0 C. Ako se u suhom zraku događaju adijabatske transformacije, procesi su tzv. suhi adijabat. Ali zrak obično sadrži vodenu paru. Hlađenje vlažnog zraka dok se diže popraćeno je kondenzacijom vlage. Oslobođena toplina u ovom slučaju smanjuje količinu hlađenja na prosječno 0,6°C na 100 m visine (vlažni adijabatski proces). Pri dizanju zraka prevladavaju vlažni adijabatski procesi, a pri spuštanju suhi adijabatski procesi.

Drugi način hlađenja zraka je izravni gubitak topline radijacija . To se događa na Arktiku i Antarktici, u pustinjama noću, u umjerenim geografskim širinama s nebom bez oblaka zimi i vedrim noćima ljeti.

Važan izvor topline za zrak je toplina kondenzacije, koji se ispušta u atmosferu.

12.8 Toplinske zone. Tropi i polarni krugovi, koji ograničavaju zone osvjetljenja, ne mogu se smatrati granicama toplinskih (temperaturnih) zona. Na raspodjelu temperature, osim oblika i položaja Zemlje, utječu i brojni čimbenici: raspored kopna i vode, toplo i hladno more i zračna strujanja. Stoga se za granice toplinskih zona uzimaju izoterme. Postoji sedam toplinskih zona:

vruće nalazi se između godišnjih izotermi od 20°C sjeverne i južne polutke;

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 s ovim izotermama;

dva hladna nalaze se između izotermi od 10°C i 0°C najtoplijeg mjeseca;

dva pojasa mraz smještene na polovima i ograničene 0S izotermom najtoplijeg mjeseca. Na sjevernoj hemisferi to je Grenland i Arktički ocean, a na južnoj hemisferi to je područje južno od paralele 60 J. w.

Toplinske uvjete pojaseva narušavaju planinske zemlje. Zbog pada temperature s visinom, u planinama se može pratiti vertikalna temperatura i klimatska zonalnost.

Za određivanje temperature zraka koriste se termometri (živini, alkoholni i dr.), aspiracijski psihrometri i termografi.