A primeira camada da atmosfera da terra. Camadas da atmosfera em ordem a partir da superfície da terra. Termosfera: atmosfera superior
A atmosfera da Terra é o envelope gasoso do nosso planeta. Seu limite inferior passa no nível da crosta terrestre e da hidrosfera, e o superior passa para a região próxima à Terra. espaço sideral. A atmosfera contém cerca de 78% de nitrogênio, 20% de oxigênio, até 1% de argônio, dióxido de carbono, hidrogênio, hélio, néon e alguns outros gases.
Esta concha de terra é caracterizada por camadas claramente definidas. As camadas da atmosfera são determinadas pela distribuição vertical de temperatura e densidade diferente gases em diferentes níveis. Existem essas camadas da atmosfera da Terra: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, exosfera. A ionosfera é distinguida separadamente.
Até 80% da massa total da atmosfera é a troposfera - a camada superficial inferior da atmosfera. A troposfera nos cinturões polares está localizada em um nível de até 8-10 km acima superfície da Terra, dentro zona tropical- até um máximo de 16-18 km. Entre a troposfera e a estratosfera sobrejacente está a tropopausa - a camada de transição. Na troposfera, a temperatura diminui com o aumento da altitude e a pressão atmosférica diminui com a altitude. O gradiente médio de temperatura na troposfera é de 0,6°C por 100 m. Niveis diferentes desta casca é determinada pelas características de absorção da radiação solar e a eficiência da convecção. Quase toda a atividade humana ocorre na troposfera. A maioria Montanhas altas não ultrapasse a troposfera, apenas o transporte aéreo pode atravessar não grande altura o limite superior desta concha e estar na estratosfera. Uma grande proporção de vapor de água está contida na troposfera, o que determina a formação de quase todas as nuvens. Além disso, quase todos os aerossóis (poeira, fumaça, etc.) que se formam na superfície terrestre estão concentrados na troposfera. Na camada inferior limite da troposfera, as flutuações diárias de temperatura e umidade do ar são expressas, a velocidade do vento geralmente é reduzida (aumenta com a altitude). Na troposfera, há uma divisão variável da coluna de ar em massas de ar na direção horizontal, que diferem em várias características dependendo da zona e da área de sua formação. No frentes atmosféricas- os limites entre as massas de ar - formam-se ciclones e anticiclones que determinam o clima em uma determinada área por um período específico de tempo.
A estratosfera é a camada da atmosfera entre a troposfera e a mesosfera. Os limites desta camada variam de 8-16 km a 50-55 km acima da superfície da Terra. Na estratosfera, a composição gasosa do ar é aproximadamente a mesma da troposfera. característica distintiva– uma diminuição da concentração de vapor de água e um aumento do teor de ozono. A camada de ozônio da atmosfera, que protege a biosfera dos efeitos agressivos da luz ultravioleta, está em um nível de 20 a 30 km. Na estratosfera, a temperatura sobe com a altura, e os valores de temperatura são determinados pela radiação solar, e não pela convecção (movimentos de massas de ar), como na troposfera. O aquecimento do ar na estratosfera se deve à absorção da radiação ultravioleta pelo ozônio.
A mesosfera se estende acima da estratosfera até um nível de 80 km. Essa camada da atmosfera é caracterizada pelo fato de que a temperatura diminui de 0 ° C a - 90 ° C com o aumento da altura, sendo esta a região mais fria da atmosfera.
Acima da mesosfera está a termosfera até um nível de 500 km. Da fronteira com a mesosfera até a exosfera, a temperatura varia de aproximadamente 200 K a 2000 K. Até um nível de 500 km, a densidade do ar diminui várias centenas de milhares de vezes. A composição relativa dos componentes atmosféricos da termosfera é semelhante à camada superficial da troposfera, mas com o aumento da altitude grande quantidade oxigênio passa para o estado atômico. Uma certa proporção de moléculas e átomos da termosfera está em estado ionizado e distribuídos em várias camadas, eles são unidos pelo conceito de ionosfera. As características da termosfera variam em uma ampla faixa, dependendo da latitude geográfica, da magnitude radiação solar, época do ano e dia.
A camada superior da atmosfera é a exosfera. Esta é a camada mais fina da atmosfera. Na exosfera, os caminhos livres médios das partículas são tão grandes que as partículas podem escapar livremente para o espaço interplanetário. A massa da exosfera é um décimo milionésimo da massa total da atmosfera. Resumindo exosfera - o nível de 450-800 km, e o limite superior é a área onde a concentração de partículas é a mesma do espaço sideral - vários milhares de quilômetros da superfície da Terra. A exosfera é composta de plasma, um gás ionizado. Também na exosfera estão os cinturões de radiação do nosso planeta.
Apresentação em vídeo - camadas da atmosfera da Terra:
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A atmosfera é a camada de ar da Terra a uma altura de 1300 km, que é uma mistura de vários gases. Convencionalmente, a atmosfera é dividida em várias camadas. A camada mais próxima da Terra é a troposfera. Nela decorre a vida do homem e dos animais, os processos naturais associados à atividade do Sol, as trocas de calor e água entre a atmosfera e a Terra, o movimento das massas de ar, o clima e as mudanças climáticas são intensamente realizados. Esta camada é seguida sucessivamente pela estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera. A partir de uma altura de 80 km, a casca da Terra é chamada de ionosfera, pois essa camada contém moléculas fortemente dissociadas e íons de gás.
Os principais gases da atmosfera são (78,09%), oxigênio (20,95%), argônio (0,93%), (0,03%) e vários gases inertes, que representam não mais que um milésimo de um por cento. Além disso, várias impurezas estão presentes na atmosfera - monóxido de carbono, metano, vários derivados de nitrogênio, bem como aqueles que entram na baixa atmosfera com emissões empresas industriais, fornos, de veículos.
Na atmosfera, a radiação solar é espalhada tanto por moléculas de ar quanto por partículas maiores na atmosfera (poeira, neblina, fumaça, etc.), o que contribui para o enfraquecimento de sua intensidade.
As propriedades físicas da atmosfera - pressão atmosférica, temperatura e umidade (ver,), velocidade do vento - têm grande influência sobre as condições da vida e do homem. A pressão atmosférica é criada pela camada de ar na superfície da Terra. Essa pressão ao nível do mar é em média de 1,033 kg/cm 2 , ou igual à pressão de uma coluna de mercúrio de 760 mm de altura. Ao subir acima da superfície da Terra, a pressão atmosférica cai aproximadamente 1 mm Hg. Arte. para cada 10-11 m de subida. Em altitudes acima de 3.000 m, desenvolve-se uma pessoa não adaptada à altura. Uma pessoa saudável geralmente não sente a pressão atmosférica, bem como suas pequenas flutuações (até 10-30 mm Hg); quedas de pressão mais severas podem causar doenças (ver Barotrauma, Doenças de descompressão).
A atmosfera quase não é aquecida pelos raios solares, a temperatura do ar depende da temperatura da superfície da Terra, então as camadas mais próximas da Terra têm temperatura mais alta; conforme você sobe, a temperatura cai cerca de 0,6° por 100 m de subida. No limite superior da troposfera, a temperatura cai para -56°. Os processos que ocorrem na atmosfera são de grande importância para a formação do tempo e do clima (ver).
Ao medir a pressão, a unidade de medida é a atmosfera.
Atmosfera (do grego atmos - vapor, sopro e sphaira - bola) é uma camada de ar que envolve Terra. A vida do homem, dos animais e das plantas procede nas condições de ambiente natural- na biosfera. O limite da atmosfera passa a uma altitude de cerca de 1000 km. Composição do gás atmosfera até 80-100 km é quase o mesmo que na superfície da Terra, mas acima do oxigênio, e ainda mais alto e o nitrogênio está apenas em um estado atômico dissociado. Até uma altitude de 1000 km, a atmosfera consiste em átomos de nitrogênio e oxigênio, a zona ionosférica se estende muito mais alto (K. E. Fedorov).
Duas regiões de radiação foram encontradas no plano do equador: a primeira a uma altitude de cerca de mil e a segunda - dois mil quilômetros, formada pela captura de elétrons e prótons pelo campo magnético da Terra.
Os principais elementos físicos da atmosfera: pressão, temperatura (tabela), quantidade de vapor de água, movimento do ar. A composição química da atmosfera: oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono e outros gases. Devido à intensa mistura do ar atmosférico composição química permanece relativamente constante em altitudes bastante elevadas.
Pressão atmosférica e temperatura do ar em diferentes altitudes (Atmosfera Padrão Internacional)
| Altura acima de ur. mares em m | Pressão atmosférica em mm Hg. Arte. (números arredondados) | Temperatura do ar em °С |
| 0 | 760,0 | 15,0 |
| 1 000 | 674,1 | 8,5 |
| 2 000 | 596,2 | 2,0 |
| 3 000 | 525,8 | -4,5 |
| 4 000 | 462,3 | -11,0 |
| 5 000 | 405,1 | -17,5 |
| 6 000 | 353,8 | -24,0 |
| 7 000 | 307,9 | -30,5 |
| 8 000 | 266,9 | -37,0 |
| 9 000 | 230,4 | -43,5 |
| 10 000 | 198,2 | -50,0 |
| 11 000 | 169,4 | -56,5 |
| 12 000 | 144,6 | |
| 13 000 | 123,7 | |
| 14 000 | 105,6 | |
| 15 000 | 90,1 | |
| 16 000 | 77,0 | |
| 17 000 | 65,8 | |
| 18 000 | 56,0 | |
| 19 000 | 48,0 | |
| 20 000 | 41,0 | |
| 21 000 | 35,0 | |
| 22 000 | 30,0 | |
| 23 000 | 25,5 | |
| 24 000 | 21,8 | |
| 25 000 | 18,6 | |
| 26 000 | 16,0 | |
| 27 000 | 13,6 | |
| 28 000 | 11,6 | |
| 29 000 | 10,0 | |
| 30 000 | 8,6 |
A atmosfera é convencionalmente dividida em troposfera e estratosfera. O limite entre eles é considerado a altura em que a diminuição da temperatura para (tabela). A troposfera - a camada inferior da atmosfera - junto com a tropopausa (camada 2-8 km) se estende a uma altura de 10-15 km. especialmente grande significado biológico tem uma camada da atmosfera diretamente adjacente à Terra, com cerca de 2 km de altura. Os processos naturais que ocorrem na troposfera incluem todos os processos associados à atividade do Sol, clima (ver), movimento das massas de ar, clima, flutuações nos fatores meteorológicos (temperatura, umidade, etc.). Essas flutuações diminuem gradativamente à medida que subimos de altura (nas montanhas, em voos de avião) e quase desaparecem na fronteira com a estratosfera (mesa) devido à distância da superfície terrestre, que recebe e reflete uma parcela significativa da radiação solar.
A pressão atmosférica é a pressão do ar acima de um determinado local como resultado da influência da gravidade nas partículas de ar. Ao nível do mar, sua média é de 1,033 kg/cm 2 , o que corresponde à pressão de uma coluna de mercúrio de 760 mm. À medida que a pressão atmosférica diminui, também diminui a pressão parcial do oxigênio no ar atmosférico. Como resultado, em altitudes acima de 3.000 m em corpo humano os fenômenos que receberam o nome de doença de alta altitude (ou montanha) se desenvolvem (ver doença de altitude). Para estudar a distribuição da pressão atmosférica em um determinado período de tempo, pontos com a mesma pressão são conectados em mapa geográfico uma rede de isóbaras que diferem entre si, por exemplo, por 5 mbar de pressão. O grau de mudança na pressão atmosférica é caracterizado por um gradiente barométrico, que é determinado pela diferença de pressão por um grau do meridiano (ou 111 km). Flutuações temporárias (por exemplo, diárias) na pressão atmosférica em este parágrafo superfície da Terra na mesma época do ano são pequenas. As flutuações de pressão afetam pessoas que sofrem de reumatismo, distúrbios cardiovasculares, etc.
Temperatura do ar em tempo diferente ano e dia em diferentes pontos da superfície da Terra é diferente. Isso determina o valor anual curso diário temperatura em um determinado ponto; em um mapa geográfico é mostrado por isotermas - linhas que conectam pontos da mesma temperatura diária, mensal ou anual. A temperatura máxima registrada oficialmente na superfície da Terra é de +58° (Death Valley, Califórnia), a mínima é de -68°, na Antártica -80°. Conforme você se afasta da superfície terrestre, a temperatura do ar diminui gradativamente (tabela) em média 0,6° a cada 100 m de subida. No limite da troposfera e estratosfera em nossas latitudes, atinge -56°. A diferença de temperatura do ar horizontal e verticalmente, bem como em diferentes momentos do dia e do ano, explica o surgimento e a direção do movimento das massas de ar - ventos. Quanto maior a temperatura do ar, mais (ceteris paribus) vapor de água está na atmosfera e vice-versa. grande importância ter a proximidade de espaços de água, o grau de umidade do solo e a quantidade precipitação, uma vez que são principalmente fontes de vapor de água na atmosfera. Conforme você sobe, a quantidade de vapor de água no ar diminui, o que se deve principalmente à diminuição de sua temperatura.
Em temperaturas do ar muito baixas e altas, especialmente em alta umidade, ocorrem distúrbios locais e gerais da termorregulação do corpo humano, que podem resultar em calafrios e queimaduras (com Baixas temperaturas) ou fenômenos de superaquecimento até choque térmico (em altas temperaturas). A alta umidade em baixas temperaturas causa aumento da transferência de calor pelo corpo, sua hipotermia, enquanto em altas temperaturas - uma quebra completa da troca de calor do corpo com meio Ambiente, pois nessas condições a transferência de calor do corpo é difícil não apenas por condução e radiação, mas, principalmente, pela evaporação da umidade da superfície do corpo. A este respeito, o desempenho é reduzido e os choques térmicos são possíveis.
O movimento do ar (vento) na atmosfera, que ocorre continuamente devido à diferença de pressão atmosférica em diferentes pontos da superfície terrestre, é caracterizado pela direção e velocidade. A direção predominante do vento é levada em consideração no planejamento de novos empreendimentos industriais, cidades, vilas e na localização de edifícios individuais (sanatórios, residências, etc.). Este último, por exemplo, é muito importante nas regiões polares, onde, para evitar o acúmulo de neve, as edificações tendem a se localizar ao longo da linha de direção predominante. inverno ventos. A velocidade do vento também é de grande importância higiênica. O vento aumenta a perda de calor da superfície da pele humana quanto mais forte, maior sua velocidade. Como resultado, distúrbios locais na termorregulação e o aparecimento de resfriados e até queimaduras em trabalhadores externos são possíveis na estação fria. Em algumas pessoas, o vento pode causar uma série de distúrbios autonômicos. Por outro lado, um vento com velocidade suficiente suaviza o efeito do clima e do clima quente, promove a evaporação da umidade da superfície da pele, o que melhora significativamente o bem-estar de uma pessoa e pode afetar significativamente o desempenho nessas condições.
A circulação geral da atmosfera é complexa e está em constante mudança. Em vastas extensões, massas de ar são formadas e se movem, cuja extensão horizontal às vezes chega a milhares de quilômetros. Entre massas de ar vizinhas com diferentes propriedades meteorológicas, muitos quilômetros de camadas intermediárias de ar são formados - frentes que estão em constante movimento e mudança. A passagem desta ou daquela frente por esta ou aquela região causa uma mudança brusca no clima. As frentes mais úmidas, aparentemente, podem contribuir para o desenvolvimento de resfriados.
Veja também eletricidade atmosférica.
O que é atmosfera. Vivemos na superfície da crosta terrestre e ao mesmo tempo estamos no fundo ar oceano- atmosfera.
A atmosfera é o envoltório de ar da Terra.
O limite inferior da atmosfera é a superfície da Terra. Perto dele a atmosfera é densa, mas com a altura ela se torna cada vez mais rarefeita. Portanto, a atmosfera não tem um limite superior claro. Convencionalmente, é realizado a uma altitude de 1000 km.
A composição da atmosfera e seu papel na vida da Terra. A atmosfera consiste em uma mistura de gases, que é chamada de ar (Fig. 80).
Arroz. 80. Composição do ar atmosférico
Para a vida na Terra, o mais papel importante jogar oxigênio, dióxido de carbono, vapor de água e ozônio. As plantas fornecem oxigênio na atmosfera. O dióxido de carbono se acumula como resultado de erupções vulcânicas, respiração de organismos vivos e queima de combustível. O vapor de água entra no ar devido à evaporação da água. (Lembre-se do curso de História Natural sobre o papel que o oxigênio e o dióxido de carbono desempenham na vida de plantas e animais.)
Considere o desenho. Que proporção do ar é nitrogênio, oxigênio e outros gases?
O dióxido de carbono, juntamente com o vapor de água, “protege” o calor do nosso planeta: a atmosfera transmite mais energia do Sol para a superfície terrestre do que a Terra emite para o espaço circundante.
O ozônio (do grego "ozo" - cheirando) é formado a partir do oxigênio sob a ação da luz solar e descargas elétricas. Tem cheiro de frescor, como sentimos depois de uma tempestade. Há muito pouco desse gás na atmosfera, mas a uma altitude de 20 a 30 km existe uma camada de ar com maior teor de ozônio. É chamado de escudo de ozônio. Ele, como um escudo, protege todos os seres vivos da radiação destrutiva do sol.
A atmosfera apareceu na Terra há muito tempo - mais de 4 bilhões de anos atrás. Foi formado a partir de gases vulcânicos. Os organismos vivos modernos não podiam respirar na atmosfera antiga.
No entanto, o significado da atmosfera para a Terra não se limita a isso. É mais diversificado (Fig. 81).
Arroz. 81. Significado da atmosfera
Além dos gases no ar da atmosfera, também existem impurezas sólidas. Esses pequenas partículas são formados como resultado da destruição de rochas, erupções vulcânicas, tempestades de poeira, queima de combustível. Por um lado, eles poluem o ar, mas, por outro lado, a formação de nuvens é impossível sem eles.
A estrutura da atmosfera. A atmosfera não é uniforme. Nele, são distinguidas camadas que diferem na densidade do ar, temperatura e composição do gás. A camada mais baixa é a troposfera (Fig. 82).
A troposfera é a camada inferior da atmosfera, estendendo-se a uma altura de 8-10 km acima dos pólos, 10-12 km nas latitudes médias e 16-18 km acima do equador.
Mais de 4/5 de todo o ar atmosférico está na troposfera. Além disso, mais da metade está concentrada até uma altura de 5 km. A temperatura do ar aqui diminui com a altura e atinge -55°C no limite superior. A troposfera contém quase toda a umidade atmosférica. Forma nuvens que trazem chuva, neve, granizo. Aqui há um movimento constante de ar, o vento é formado. A vida do homem e das plantas ocorre na troposfera.
Arroz. 82. A estrutura da atmosfera
A estratosfera se estende acima da troposfera (ver Fig. 82). A estratosfera é a camada da atmosfera que fica acima da troposfera até uma altura de 55 km. O ar na estratosfera é mais fino do que na troposfera. Quase não forma nuvens, pois há muito pouco vapor de água. A temperatura do ar aqui aumenta com a altura e está perto de 0°C perto do limite superior.
Acima da estratosfera, vários outros camadas atmosféricas, que gradualmente passam para o espaço sem ar.
Perguntas e tarefas
- Usando a Figura 81, fale sobre a importância da atmosfera para a vida na Terra.
- Do que é feito o ar atmosférico? Ele sempre foi assim?
- Qual é o nome da camada da atmosfera onde ocorre a vida humana?
- Quais fenômenos ocorrem na troposfera?
O envoltório gasoso que envolve nosso planeta Terra, conhecido como atmosfera, consiste em cinco camadas principais. Essas camadas se originam na superfície do planeta, desde o nível do mar (às vezes abaixo) e sobem para o espaço sideral na seguinte sequência:
- Troposfera;
- Estratosfera;
- Mesosfera;
- Termosfera;
- Exosfera.
Diagrama das principais camadas da atmosfera da Terra
Entre cada uma dessas cinco camadas principais existem zonas de transição chamadas "pausas", onde ocorrem mudanças na temperatura, composição e densidade do ar. Juntamente com as pausas, a atmosfera da Terra inclui um total de 9 camadas.
Troposfera: onde acontece o clima
De todas as camadas da atmosfera, a troposfera é aquela com a qual estamos mais familiarizados (quer você perceba ou não), pois vivemos em seu fundo - a superfície do planeta. Ele envolve a superfície da Terra e se estende para cima por vários quilômetros. A palavra troposfera significa "mudança da bola". Um nome muito apropriado, pois é nessa camada que acontece o clima do nosso dia a dia.
A partir da superfície do planeta, a troposfera sobe a uma altura de 6 a 20 km. O terço inferior da camada mais próxima de nós contém 50% de todos os gases atmosféricos. É a única parte de toda a composição da atmosfera que respira. Devido ao fato de o ar ser aquecido por baixo pela superfície terrestre, absorvendo energia térmica Sol, com o aumento da altitude, a temperatura e a pressão da troposfera diminuem.
No topo está uma fina camada chamada tropopausa, que é apenas um tampão entre a troposfera e a estratosfera.
Estratosfera: lar do ozônio
A estratosfera é a próxima camada da atmosfera. Estende-se de 6-20 km a 50 km acima da superfície terrestre. Esta é a camada na qual a maioria dos aviões comerciais voa e os balões viajam.
Aqui o ar não flui para cima e para baixo, mas move-se paralelamente à superfície a uma velocidade muito rápida. correntes de ar. As temperaturas aumentam à medida que você sobe, graças à abundância de ozônio natural (O3), um subproduto da radiação solar, e oxigênio, que tem a capacidade de absorver os raios ultravioleta nocivos do sol (qualquer aumento de temperatura com a altitude é conhecido em meteorologia como uma "inversão") .
Como a estratosfera tem mais temperaturas quentes abaixo e mais frio acima, a convecção (movimento vertical das massas de ar) é rara nesta parte da atmosfera. Na verdade, você pode ver uma tempestade furiosa na troposfera a partir da estratosfera, porque a camada atua como uma "tampa" para a convecção, através da qual as nuvens de tempestade não penetram.
A estratosfera é novamente seguida por uma camada tampão, desta vez chamada de estratopausa.
Mesosfera: atmosfera média
A mesosfera está localizada a aproximadamente 50-80 km da superfície da Terra. A mesosfera superior é o lugar natural mais frio da Terra, onde as temperaturas podem cair abaixo de -143°C.
Termosfera: atmosfera superior
A mesosfera e a mesopausa são seguidas pela termosfera, localizada entre 80 e 700 km acima da superfície do planeta, e contendo menos de 0,01% do ar total no envelope atmosférico. As temperaturas aqui chegam a +2000° C, mas devido à forte rarefação do ar e à falta de moléculas de gás para transferir calor, essas altas temperaturas são percebidas como muito frias.
Exosfera: o limite da atmosfera e do espaço
A uma altitude de cerca de 700-10.000 km acima da superfície da Terra está a exosfera - a borda externa da atmosfera, que faz fronteira com o espaço. Aqui os satélites meteorológicos giram em torno da Terra.
E a ionosfera?
A ionosfera não é uma camada separada e, de fato, esse termo é usado para se referir à atmosfera a uma altitude de 60 a 1.000 km. Inclui as partes superiores da mesosfera, toda a termosfera e parte da exosfera. A ionosfera recebe esse nome porque é nessa parte da atmosfera que a radiação do Sol é ionizada ao passar por ela. Campos magnéticos Terras em e . Este fenômeno é observado da Terra como as luzes do norte.
Atmosfera (do grego ἀτμός - vapor e σφαῖρα - bola) é uma camada gasosa (geosfera) que envolve o planeta Terra. Sua superfície interna cobre a hidrosfera e parcialmente a crosta terrestre, o externo faz fronteira com a parte próxima da Terra do espaço sideral.
A totalidade das seções de física e química que estudam a atmosfera é comumente chamada de física atmosférica. A atmosfera determina o clima na superfície da Terra, a meteorologia trata do estudo do clima e a climatologia trata das variações climáticas de longo prazo.
Propriedades físicas
A espessura da atmosfera é de cerca de 120 km da superfície da Terra. A massa total de ar na atmosfera é (5,1-5,3) 1018 kg. Destes, a massa de ar seco é (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, a massa total de vapor de água é em média 1,27 1016 kg.
A massa molar do ar limpo e seco é de 28,966 g/mol, a densidade do ar perto da superfície do mar é de aproximadamente 1,2 kg/m3. A pressão a 0 °C ao nível do mar é 101,325 kPa; temperatura crítica - -140,7 ° C (~ 132,4 K); pressão crítica - 3,7 MPa; Cp a 0 °C - 1,0048 103 J/(kg K), Cv - 0,7159 103 J/(kg K) (a 0 °C). A solubilidade do ar em água (em massa) a 0 ° C - 0,0036%, a 25 ° C - 0,0023%.
Por " condições normais» na superfície da Terra, os seguintes valores são tomados: densidade 1,2 kg/m3, pressão barométrica 101,35 kPa, temperatura mais 20 °C e humidade relativa cinquenta %. Esses indicadores condicionais são puramente de engenharia.
Composição química
A atmosfera da Terra surgiu como resultado da liberação de gases durante erupções vulcânicas. Com o advento dos oceanos e da biosfera, formou-se também devido às trocas gasosas com água, plantas, animais e seus produtos de decomposição em solos e pântanos.
Atualmente, a atmosfera da Terra consiste principalmente de gases e várias impurezas (poeira, gotas de água, cristais de gelo, sais marinhos, produtos de combustão).
A concentração dos gases que compõem a atmosfera é quase constante, com exceção da água (H2O) e do dióxido de carbono (CO2).
Composição do ar seco
| Azoto | ||
| Oxigênio | ||
| argônio | ||
| Água | ||
| Dióxido de carbono | ||
| Néon | ||
| Hélio | ||
| Metano | ||
| Krypton | ||
| hidrogênio | ||
| xenônio | ||
| Óxido nitroso |
Além dos gases indicados na tabela, a atmosfera contém SO2, NH3, CO, ozônio, hidrocarbonetos, HCl, HF, vapor de Hg, I2, além de NO e muitos outros gases em pequenas quantidades. Na troposfera existe constantemente uma grande quantidade de partículas sólidas e líquidas em suspensão (aerossol).
A estrutura da atmosfera
Troposfera
Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km em polar, 10-12 km em temperado e 16-18 km em latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada inferior principal da atmosfera contém mais de 80% da massa total de ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor de água presente na atmosfera. Na troposfera, a turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas, nuvens aparecem, ciclones e anticiclones se desenvolvem. A temperatura diminui com a altitude com um gradiente vertical médio de 0,65°/100 m
tropopausa
A camada de transição da troposfera para a estratosfera, a camada da atmosfera na qual a diminuição da temperatura com a altura para.
Estratosfera
A camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Uma ligeira mudança de temperatura na camada de 11-25 km (a camada inferior da estratosfera) e seu aumento na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8 °C (a camada superior da estratosfera ou região de inversão) são típicos. Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0 °C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura permanece constante até uma altitude de cerca de 55 km. Essa região de temperatura constante é chamada de estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera.
Estratopausa
A camada limite da atmosfera entre a estratosfera e a mesosfera. Há um máximo na distribuição vertical de temperatura (cerca de 0 °C).
Mesosfera
A mesosfera começa a uma altitude de 50 km e se estende até 80-90 km. A temperatura diminui com a altura com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)°/100 m. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres, moléculas vibracionalmente excitadas, etc., causam a luminescência atmosférica.
Mesopausa
Camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Há um mínimo na distribuição vertical de temperatura (cerca de -90 °C).
Linha Karman
Altitude acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como o limite entre a atmosfera da Terra e o espaço. De acordo com a definição da FAI, a Linha Karman está a uma altitude de 100 km acima do nível do mar.
Limite da atmosfera da Terra
Termosfera
O limite superior é de cerca de 800 km. A temperatura sobe até altitudes de 200-300 km, onde atinge valores da ordem dos 1500 K, após o que se mantém quase constante até altas altitudes. Sob a influência da radiação solar ultravioleta e de raios-x e da radiação cósmica, o ar é ionizado ("luzes polares") - as principais regiões da ionosfera estão dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico. O limite superior da termosfera é amplamente determinado pela atividade atual do Sol. Durante os períodos de baixa atividade - por exemplo, em 2008-2009 - há uma diminuição notável no tamanho dessa camada.
Termopausa
A região da atmosfera acima da termosfera. Nesta região, a absorção da radiação solar é insignificante e a temperatura realmente não varia com a altura.
Exosfera (esfera de dispersão)
Exosfera - zona de dispersão, a parte externa da termosfera, localizada acima de 700 km. O gás na exosfera é altamente rarefeito e, portanto, suas partículas vazam para o espaço interplanetário (dissipação).
Até uma altura de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Em camadas mais altas, a distribuição dos gases em altura depende de suas massas moleculares, a concentração de gases mais pesados diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade do gás, a temperatura cai de 0 °C na estratosfera para -110 °C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200 a 250 km corresponde a uma temperatura de aproximadamente 150 °C. Acima de 200 km, flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás são observadas no tempo e no espaço.
A uma altitude de cerca de 2.000-3.500 km, a exosfera passa gradualmente para o chamado vácuo do espaço próximo, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas esse gás é apenas parte da matéria interplanetária. A outra parte é composta por partículas semelhantes a poeira de origem cometária e meteórica. Além de partículas extremamente rarefeitas semelhantes a poeira, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra neste espaço.
A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera representa cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas da atmosfera, a neutrosfera e a ionosfera são distinguidas. Atualmente acredita-se que a atmosfera se estende a uma altitude de 2.000 a 3.000 km.
Dependendo da composição do gás na atmosfera, distinguem-se a homosfera e a heterosfera. A heterosfera é uma área onde a gravidade tem efeito na separação dos gases, uma vez que a sua mistura a tal altura é desprezível. Daí segue a composição variável da heterosfera. Abaixo dele encontra-se uma parte bem misturada e homogênea da atmosfera, chamada de homosfera. O limite entre essas camadas é chamado de turbopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.
Outras propriedades da atmosfera e efeitos no corpo humano
Já a uma altitude de 5 km acima do nível do mar, uma pessoa destreinada desenvolve fome de oxigênio e sem adaptação, o desempenho humano é significativamente reduzido. É aqui que termina a zona fisiológica da atmosfera. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 9 km, embora até cerca de 115 km a atmosfera contenha oxigênio.
A atmosfera nos fornece o oxigênio que precisamos para respirar. No entanto, devido à queda na pressão total da atmosfera à medida que você sobe, a pressão parcial do oxigênio também diminui proporcionalmente.
Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. A pressão parcial de oxigênio no ar alveolar em condições normais pressão atmosféricaé de 110 mmHg. Art., pressão de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., e vapor de água - 47 mm Hg. Arte. Com o aumento da altitude, a pressão de oxigênio cai e a pressão total de vapor d'água e dióxido de carbono nos pulmões permanece quase constante - cerca de 87 mm Hg. Arte. O fluxo de oxigênio para os pulmões parará completamente quando a pressão do ar circundante for igual a esse valor.
A uma altitude de cerca de 19-20 km, a pressão atmosférica cai para 47 mm Hg. Arte. Portanto, nessa altura, a água e o fluido intersticial começam a ferver no corpo humano. Fora da cabine pressurizada nessas altitudes, a morte ocorre quase instantaneamente. Assim, do ponto de vista da fisiologia humana, o "espaço" começa já a uma altitude de 15-19 km.
Camadas densas de ar - a troposfera e a estratosfera - nos protegem dos efeitos nocivos da radiação. Com rarefação suficiente do ar, em altitudes superiores a 36 km, a radiação ionizante, os raios cósmicos primários, tem um efeito intenso no corpo; em altitudes superiores a 40 km, opera a parte ultravioleta do espectro solar, perigosa para os seres humanos.
À medida que subimos a uma altura cada vez maior acima da superfície da Terra, fenômenos que nos são familiares observados nas camadas mais baixas da atmosfera, como a propagação do som, a ocorrência de sustentação e arrasto aerodinâmico, transferência de calor por convecção, etc. ., gradualmente enfraquecem e depois desaparecem completamente.
Em camadas rarefeitas de ar, a propagação do som é impossível. Até altitudes de 60-90 km, ainda é possível usar resistência do ar e sustentação para vôo aerodinâmico controlado. Mas a partir de altitudes de 100-130 km, os conceitos do número M e da barreira do som familiares a todo piloto perdem o sentido: ali passa a linha Karman condicional, além da qual começa a área de vôo puramente balístico, que só pode ser controlado usando forças reativas.
Em altitudes acima de 100 km, a atmosfera também é privada de outra propriedade notável - a capacidade de absorver, conduzir e transferir energia térmica por convecção (ou seja, por meio de mistura de ar). Isso significa que vários elementos do equipamento, equipamentos da estação espacial orbital, não poderão ser resfriados de fora da maneira como geralmente é feito em um avião - com a ajuda de jatos de ar e radiadores de ar. Nesta altitude, assim como no espaço em geral, a única forma de transferência de calor é a radiação térmica.
História da formação da atmosfera
De acordo com a teoria mais comum, a atmosfera da Terra tem tido três composições diferentes ao longo do tempo. Inicialmente, consistia em gases leves (hidrogênio e hélio) capturados do espaço interplanetário. Esta é a chamada atmosfera primária (cerca de quatro bilhões de anos atrás). No estágio seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (dióxido de carbono, amônia, vapor d'água). Foi assim que se formou a atmosfera secundária (cerca de três bilhões de anos até os dias atuais). Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:
- vazamento de gases leves (hidrogênio e hélio) no espaço interplanetário;
- reações químicas que ocorrem na atmosfera sob a influência da radiação ultravioleta, descargas atmosféricas e alguns outros fatores.
Gradualmente, esses fatores levaram à formação de uma atmosfera terciária, caracterizada por um teor muito menor de hidrogênio e um teor muito maior de nitrogênio e dióxido de carbono (formado como resultado de reações químicas de amônia e hidrocarbonetos).
Azoto
Educação um grande número O nitrogênio N2 se deve à oxidação da atmosfera de amônia-hidrogênio pelo oxigênio molecular O2, que começou a vir da superfície do planeta como resultado da fotossíntese, a partir de 3 bilhões de anos atrás. O nitrogênio N2 também é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio. O nitrogênio é oxidado pelo ozônio a NO na atmosfera superior.
O nitrogênio N2 reage apenas em condições específicas(por exemplo, durante um raio). A oxidação do nitrogênio molecular pelo ozônio durante descargas elétricas é utilizada em pequenas quantidades na produção industrial de fertilizantes nitrogenados. Pode ser oxidado com baixo consumo de energia e convertido em uma forma biologicamente ativa por cianobactérias (algas verde-azuladas) e bactérias nódulas que formam simbiose de rizóbios com leguminosas, as chamadas. estrume verde.
Oxigênio
A composição da atmosfera começou a mudar radicalmente com o advento dos organismos vivos na Terra, como resultado da fotossíntese, acompanhada pela liberação de oxigênio e absorção de dióxido de carbono. Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - amônia, hidrocarbonetos, a forma ferrosa do ferro contida nos oceanos, etc. Ao final dessa etapa, o teor de oxigênio na atmosfera começou a crescer. Gradualmente, formou-se uma atmosfera moderna com propriedades oxidantes. Como isso causou mudanças graves e abruptas em muitos processos que ocorrem na atmosfera, litosfera e biosfera, esse evento foi chamado de Catástrofe do Oxigênio.
Durante o Fanerozóico, a composição da atmosfera e o conteúdo de oxigênio sofreram mudanças. Eles se correlacionaram principalmente com a taxa de deposição de rochas sedimentares orgânicas. Assim, durante os períodos de acúmulo de carvão, o teor de oxigênio na atmosfera, aparentemente, ultrapassou visivelmente o nível moderno.
Dióxido de carbono
O conteúdo de CO2 na atmosfera depende da atividade vulcânica e dos processos químicos em conchas terrestres, mas acima de tudo - na intensidade da biossíntese e decomposição da matéria orgânica na biosfera da Terra. Quase toda a biomassa atual do planeta (cerca de 2,4 1012 toneladas) é formada devido ao dióxido de carbono, nitrogênio e vapor de água contidos no ar atmosférico. Enterrada no oceano, em pântanos e florestas, a matéria orgânica se transforma em carvão, petróleo e gás natural.
gases nobres
Fonte de gases inertes - argônio, hélio e criptônio - erupções vulcânicas e decadência elementos radioativos. A terra como um todo e a atmosfera em particular são empobrecidas em gases inertes em comparação com o espaço. Acredita-se que a razão para isso esteja no vazamento contínuo de gases no espaço interplanetário.
Poluição do ar
NO recentemente o homem começou a influenciar a evolução da atmosfera. O resultado de suas atividades foi um aumento constante do teor de dióxido de carbono na atmosfera devido à combustão de combustíveis de hidrocarbonetos acumulados em épocas geológicas anteriores. Enormes quantidades de CO2 são consumidas durante a fotossíntese e absorvidas pelos oceanos do mundo. Este gás entra na atmosfera através da decomposição de rochas carbonáticas e matéria orgânica de origem vegetal e animal, bem como devido ao vulcanismo e atividades de produção humana. Nos últimos 100 anos, o teor de CO2 na atmosfera aumentou 10%, sendo a maior parte (360 bilhões de toneladas) proveniente da queima de combustíveis. Se a taxa de crescimento da combustão de combustível continuar, nos próximos 200 a 300 anos a quantidade de CO2 na atmosfera dobrará e poderá levar a mudanças climáticas globais.
A combustão do combustível é a principal fonte de gases poluentes (CO, NO, SO2). O dióxido de enxofre é oxidado pelo oxigênio do ar a SO3 e o óxido nítrico a NO2 na atmosfera superior, que por sua vez interage com o vapor d'água, e o ácido sulfúrico H2SO4 resultante e o ácido nítrico HNO3 caem na superfície da Terra na forma do so- chamado. chuva ácida. Uso de motores combustão interna leva a poluição do ar significativa com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de chumbo (chumbo tetraetila) Pb(CH3CH2)4.
A poluição aerossol da atmosfera é causada por causas naturais(erupção vulcânica, tempestade de poeira, transporte de gotas água do mar e pólen de plantas, etc.), e atividade econômica humano (mineração de minérios e materiais de construção, combustão de combustíveis, produção de cimento, etc.). A remoção intensiva e em larga escala de material particulado para a atmosfera é uma das Causas Possíveis mudanças climáticas planetárias.
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