Formazione della terra e della sua atmosfera. Informazioni e fatti sull'atmosfera. L'atmosfera terrestre. A causa delle piogge acide, le foreste dell’Europa occidentale, dei Paesi baltici, della Carelia, degli Urali, della Siberia e del Canada rischiano di essere distrutte.

Formazione dell'atmosfera. Oggi l'atmosfera terrestre è una miscela di gas: 78% azoto, 21% ossigeno e piccole quantità di altri gas, come l'anidride carbonica. Ma quando il pianeta apparve per la prima volta, non c'era ossigeno nell'atmosfera: era costituita da gas che originariamente esistevano nel sistema solare.

La Terra si è formata quando piccoli corpi rocciosi costituiti da polvere e gas provenienti dalla nebulosa solare, conosciuti come planetoidi, si sono scontrati tra loro e gradualmente hanno preso la forma di un pianeta. Man mano che cresceva, i gas contenuti nei planetoidi esplodevano e avvolgevano il globo. Dopo qualche tempo, le prime piante iniziarono a rilasciare ossigeno e l'atmosfera primordiale si sviluppò nell'attuale denso involucro d'aria.

Origine dell'atmosfera

Una pioggia di piccoli planetoidi cadde sulla nascente Terra 4,6 miliardi di anni fa. I gas della nebulosa solare intrappolati all'interno del pianeta esplosero durante la collisione e formarono l'atmosfera primitiva della Terra, costituita da azoto, anidride carbonica e vapore acqueo.
Il calore rilasciato durante la formazione del pianeta viene trattenuto da uno strato di dense nubi nell'atmosfera primordiale. I "gas serra" come l'anidride carbonica e il vapore acqueo bloccano la radiazione di calore nello spazio. La superficie della Terra è inondata da un mare ribollente di magma fuso.
Quando le collisioni planetoidi divennero meno frequenti, la Terra cominciò a raffreddarsi e apparvero gli oceani. Il vapore acqueo si condensa da spesse nuvole e la pioggia, che dura per diversi eoni, inonda gradualmente le pianure. Così compaiono i primi mari.
L'aria viene purificata quando il vapore acqueo si condensa per formare gli oceani. Nel corso del tempo, l'anidride carbonica si dissolve in essi e l'atmosfera è ora dominata dall'azoto. A causa della mancanza di ossigeno, lo strato protettivo di ozono non si forma e i raggi ultravioletti del sole raggiungono senza ostacoli la superficie terrestre.
La vita appare negli antichi oceani entro il primo miliardo di anni. Le alghe blu-verdi più semplici sono protette dalle radiazioni ultraviolette dall'acqua di mare. Usano la luce solare e l'anidride carbonica per produrre energia, rilasciando ossigeno come sottoprodotto, che gradualmente inizia ad accumularsi nell'atmosfera.
Miliardi di anni dopo si forma un’atmosfera ricca di ossigeno. Le reazioni fotochimiche nell'alta atmosfera creano un sottile strato di ozono che disperde la dannosa luce ultravioletta. La vita può ora emergere dagli oceani sulla terra, dove l’evoluzione produce molti organismi complessi.

Miliardi di anni fa, uno spesso strato di alghe primitive iniziò a rilasciare ossigeno nell’atmosfera. Sopravvivono fino ad oggi sotto forma di fossili chiamati stromatoliti.

Origine vulcanica

1. Terra antica e priva di aria. 2. Eruzione di gas.

Secondo questa teoria, i vulcani stavano eruttando attivamente sulla superficie del giovane pianeta Terra. L'atmosfera primordiale probabilmente si formò quando i gas intrappolati nel guscio di silicio del pianeta fuoriuscirono attraverso i vulcani.

STRUTTURA DELLA BIOSFERA

Biosfera- l'involucro geologico della Terra, popolato da organismi viventi, sotto la loro influenza e occupato dai prodotti della loro attività vitale; “film della vita”; ecosistema globale della Terra.

Il termine " biosfera"fu introdotto in biologia da Jean-Baptiste Lamarck (Fig. 4.18) all'inizio del XIX secolo, e in geologia fu proposto dal geologo austriaco Eduard Suess (Fig. 4.19) nel 1875.

Una dottrina olistica della biosfera è stata creata dal biogeochimico e filosofo russo V.I. Vernadsky. Per la prima volta ha assegnato agli organismi viventi il ruolo della più importante forza trasformatrice sul pianeta Terra, tenendo conto delle loro attività non solo nel momento presente, ma anche nel passato.

La biosfera si trova all'intersezione tra la parte superiore della litosfera, la parte inferiore dell'atmosfera e occupa l'intera idrosfera (Fig. 4.1).

Fig.4.1 Biosfera

Confini della biosfera

Limite superiore nell'atmosfera: 15÷20 km. È determinata dallo strato di ozono, che blocca le radiazioni UV a onde corte, dannose per gli organismi viventi.
Limite inferiore nella litosfera: 3,5÷7,5 km. È determinata dalla temperatura di transizione dell'acqua in vapore e dalla temperatura di denaturazione delle proteine, ma generalmente la distribuzione degli organismi viventi è limitata ad una profondità di diversi metri.
Limite inferiore nell'idrosfera: 10÷11 km. È determinato dal fondo dell'Oceano Mondiale, compresi i sedimenti del fondo.

La biosfera è composta dai seguenti tipi di sostanze:

Materia vivente- L'intero insieme dei corpi degli organismi viventi che abitano la Terra è unito fisicamente e chimicamente, indipendentemente dalla loro affiliazione sistematica. La massa della materia vivente è relativamente piccola ed è stimata in 2,4-3,6·10 12 tonnellate (peso secco) ed è inferiore a 10 -6 la massa degli altri gusci della Terra. Ma questa è “una delle forze geochimiche più potenti del nostro pianeta”, poiché la materia vivente non solo abita la biosfera, ma trasforma l’aspetto della Terra. La materia vivente è distribuita in modo molto disomogeneo all’interno della biosfera.
Nutriente- una sostanza creata e trasformata dalla materia vivente. Durante l'evoluzione organica, gli organismi viventi hanno attraversato i loro organi, tessuti, cellule e sangue mille volte attraverso l'intera atmosfera, l'intero volume degli oceani del mondo e un'enorme massa di sostanze minerali. Questo ruolo geologico della materia vivente può essere immaginato dai depositi di carbone, petrolio, rocce carbonatiche, ecc.
Sostanza inerte- alla cui formazione la vita non partecipa; solido, liquido e gassoso.
Sostanza bioinerte, che viene creato simultaneamente da organismi viventi e processi inerti, rappresentando dinamicamente sistemi di equilibrio di entrambi. Questi sono terreno, limo, crosta esposta agli agenti atmosferici, ecc. Gli organismi svolgono un ruolo di primo piano in essi.
Sostanza sottoposta a decadimento radioattivo.
Atomi sparsi, creato continuamente da tutti i tipi di materia terrestre sotto l'influenza della radiazione cosmica.
Sostanza di origine cosmica.

Struttura della terra

Esistono per lo più informazioni speculative sulla struttura, composizione e proprietà della Terra “solida”, poiché solo la parte più superficiale della crosta terrestre è accessibile all’osservazione diretta. I più affidabili sono i metodi sismici, basati sullo studio dei percorsi e della velocità di propagazione delle vibrazioni elastiche (onde sismiche) nella Terra. Con il loro aiuto è stato possibile stabilire la divisione della Terra “solida” in sfere separate e farsi un’idea della struttura interna della Terra”. Si scopre che l'idea generalmente accettata della struttura profonda del globo è un presupposto, perché non è stata creata sulla base di dati fattuali diretti. Nei libri di geografia la crosta, il mantello e il nucleo terrestre sono riportati come oggetti della vita reale, senza ombra di dubbio sulla loro possibile fittizia. Il termine “crosta terrestre” apparve a metà del XIX secolo, quando l’ipotesi della formazione della Terra da una palla di gas caldo, attualmente chiamata ipotesi di Kant-Laplace, ottenne il riconoscimento nelle scienze naturali. Si presumeva che lo spessore della crosta terrestre fosse di 10 miglia (16 km). Di seguito è riportato il materiale fuso primordiale preservato dalla formazione del nostro pianeta.

Nel 1909 Nella penisola balcanica, vicino alla città di Zagabria, si è verificato un forte terremoto. Il geofisico croato Andrija Mohorovicic, studiando il sismogramma registrato al momento dell'evento, ha notato che ad una profondità di circa 30 km la velocità delle onde aumenta notevolmente. Questa osservazione è stata confermata da altri sismologi. Ciò significa che esiste una certa sezione che limita la crosta terrestre dal basso. Per designarlo è stato introdotto un termine speciale: superficie Mohorovicic (o sezione Moho) (Fig. 4.2).

Fig. 4.2 Mantello, astenosfera, superficie di Mohorovicic

La Terra è racchiusa in un guscio esterno duro, o litosfera, costituito dalla crosta e da uno strato solido superiore del mantello. La litosfera è divisa in enormi blocchi, o placche. Sotto la pressione di potenti forze sotterranee, queste placche sono in costante movimento (Fig. 4.3). In alcuni luoghi, il loro movimento porta alla nascita di catene montuose, in altri i bordi delle placche vengono trascinati in profonde depressioni. Questo fenomeno è chiamato sottospinta o subduzione. Quando le placche si spostano, si collegano o si dividono e le zone delle loro giunzioni sono chiamate confini. È in questi punti più deboli della crosta terrestre che più spesso sorgono i vulcani.

Fig. 4.3 Piastre di terra

Sotto la crosta, a una profondità compresa tra 30-50 e 2900 km, si trova il mantello terrestre. È costituito principalmente da rocce ricche di magnesio e ferro. Il mantello occupa fino all'82% del volume del pianeta ed è diviso in superiore e inferiore. Il primo si trova sotto la superficie di Moho ad una profondità di 670 km. Un rapido calo di pressione nella parte superiore del mantello e l'elevata temperatura portano alla fusione della sua sostanza. Ad una profondità di 400 km sotto i continenti e 10-150 km sotto gli oceani, cioè nel mantello superiore è stato scoperto uno strato in cui le onde sismiche viaggiano in modo relativamente lento. Questo strato era chiamato astenosfera (dal greco "asthenes" - debole). Qui la percentuale di fusione è dell'1-3%, più plastica rispetto al resto del mantello. L'astenosfera funge da “lubrificante” lungo il quale si muovono le placche litosferiche rigide. Rispetto alle rocce che compongono la crosta terrestre, le rocce del mantello si distinguono per la loro elevata densità e la velocità di propagazione delle onde sismiche al loro interno è notevolmente più elevata. Proprio nel “seminterrato” del mantello inferiore, a una profondità di 1.000 km e fino alla superficie del nucleo, la densità aumenta gradualmente. In cosa consista il mantello inferiore rimane un mistero.

Fig.4.4 Struttura stimata della Terra

Si presuppone che la superficie del nucleo sia costituita da una sostanza con le proprietà di un liquido. Il confine centrale si trova ad una profondità di 2900 km. Ma la regione interna, a partire da una profondità di 5100 km, dovrebbe comportarsi come un corpo solido. Ciò deve essere dovuto alla pressione sanguigna molto alta. Anche al limite superiore del nucleo la pressione teoricamente calcolata è di circa 1,3 milioni di atm. e al centro arriva a 3 milioni di atm. Qui la temperatura può superare i 10.000°C. La validità di queste ipotesi può però solo essere immaginata (fig. 4.4). Il primo test di perforazione della struttura della crosta terrestre di tipo continentale dallo strato di granito e sotto di esso dallo strato di basalto ha dato risultati diversi. Stiamo parlando dei risultati della perforazione del pozzo superprofondo di Kola (Fig. 4.5). È stata fondata nel nord della penisola di Kola per scopi puramente scientifici per aprire lo strato di basalto presumibilmente previsto ad una profondità di 7 km. Le rocce lì hanno una velocità delle onde sismiche longitudinali di 7,0-7,5 km/s. Secondo questi dati, lo strato di basalto è identificato ovunque. Questa posizione è stata scelta perché, secondo i dati geofisici, lo strato di basalto all'interno dell'URSS si trova qui più vicino alla superficie della litosfera. Al di sopra si trovano rocce con velocità delle onde longitudinali di 6,0-6,5 km/s – uno strato di granito.

Fig. 4.5 Pozzo di Kola superprofondo

La sezione reale aperta dal pozzo superprofondo di Kola si è rivelata completamente diversa. Ad una profondità di 6842 m, sono comuni arenarie e tufi di composizione basaltica con corpi di doleriti (basalti criptocristallini), e sotto - gneiss, gneiss di granito e meno comunemente - anfiboliti. La cosa più importante nei risultati della perforazione del pozzo superprofondo di Kola, l'unico sulla Terra a una profondità superiore a 12 km, è che non solo hanno confutato l'idea generalmente accettata della struttura della parte superiore della litosfera, ma ma che prima che fossero ottenuti era generalmente impossibile parlare della struttura materiale di questo globo profondo. Tuttavia né i libri di testo scolastici né quelli universitari di geografia e geologia riportano i risultati della perforazione del pozzo superprofondo di Kola, e la presentazione della sezione Litosfera inizia con quanto detto circa il nucleo, il mantello e la crosta, che nei continenti è composta da un granito strato e sotto - uno strato di basalto.

L'atmosfera terrestre

Atmosfera Terra - il guscio d'aria della Terra, costituito principalmente da gas e varie impurità (polvere, gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio, sali marini, prodotti della combustione), la cui quantità non è costante. L'atmosfera fino a 500 km di altitudine è costituita da troposfera, stratosfera, mesosfera, ionosfera (termosfera), esosfera (Fig. 4.6)

Fig. 4.6 La struttura dell'atmosfera fino a 500 km di quota

Troposfera- lo strato inferiore e più studiato dell'atmosfera, alto 8-10 km nelle regioni polari, fino a 10-12 km alle latitudini temperate e 16-18 km all'equatore. La troposfera contiene circa l'80-90% della massa totale dell'atmosfera e quasi tutto il vapore acqueo. Salendo ogni 100 m, la temperatura nella troposfera diminuisce in media di 0,65° e raggiunge i 220 K (-53°C) nella parte superiore. Questo strato superiore della troposfera è chiamato tropopausa.

Stratosfera- uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Caratterizzato da un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e da un aumento di temperatura nello strato di 25-40 km da −56,5 a 0,8 ° C (strato superiore della stratosfera o regione di inversione) . Avendo raggiunto un valore di circa 273 K (circa 0°C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa e costituisce il confine tra la stratosfera e la mesosfera. È nella stratosfera che si trova lo strato di ozono (“strato di ozono”) (ad un'altitudine compresa tra 15-20 e 55-60 km), che determina il limite superiore della vita nella biosfera. Un componente importante della stratosfera e della mesosfera è l'O 3, che si forma più intensamente a seguito di reazioni fotochimiche ad un'altitudine di ~ 30 km. La massa totale di O 3 ammonterebbe a uno strato spesso 1,7-4,0 mm a pressione normale, ma questo è sufficiente per assorbire la radiazione UV distruttiva del Sole. La distruzione dell'O 3 avviene quando interagisce con i radicali liberi, l'NO e i composti contenenti alogeni (compresi i “freon”). Nella stratosfera, la maggior parte della parte a onde corte della radiazione ultravioletta (180-200 nm) viene trattenuta e l'energia delle onde corte viene trasformata. Sotto l'influenza di questi raggi, i campi magnetici cambiano, le molecole si disintegrano, avviene la ionizzazione e si verifica la nuova formazione di gas e altri composti chimici. Questi processi possono essere osservati sotto forma di aurora boreale, fulmini e altri bagliori. Nella stratosfera e negli strati più alti, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano in atomi (sopra gli 80 km CO 2 e H 2 si dissociano, sopra i 150 km - O 2, sopra i 300 km - H 2). Ad un'altitudine di 100-400 km, la ionizzazione dei gas avviene anche nella ionosfera, ad un'altitudine di 320 km, la concentrazione di particelle cariche (O + 2, O − 2, N + 2) è ~ 1/300; concentrazione di particelle neutre. Negli strati superiori dell'atmosfera ci sono radicali liberi: OH, HO 2, ecc. Nella stratosfera non c'è quasi vapore acqueo.

Mesosfera inizia ad un'altitudine di 50 km e si estende per 80-90 km. La temperatura dell'aria ad un'altitudine di 75-85 km scende a -88°C. Il limite superiore della mesosfera è la mesopausa.

Termosfera(un altro nome è ionosfera) - lo strato dell'atmosfera che segue la mesosfera - inizia ad un'altitudine di 80-90 km e si estende fino a 800 km. La temperatura dell'aria nella termosfera aumenta rapidamente e costantemente e raggiunge diverse centinaia e persino migliaia di gradi.

Esosfera- zona di dispersione, la parte esterna della termosfera, situata al di sopra degli 800 km. Il gas nell'esosfera è molto rarefatto e da qui le sue particelle fuoriescono nello spazio interplanetario

Le concentrazioni di gas che compongono l'atmosfera nello strato terrestre sono quasi costanti, ad eccezione dell'acqua (H 2 O) e dell'anidride carbonica (CO 2). Il cambiamento nella composizione chimica dell'atmosfera in base all'altitudine è mostrato in Fig. 4.7.

La variazione di pressione e temperatura dello strato atmosferico fino ad un'altezza di 35 km è mostrata in Fig. 4.8.

Fig. 4.7 Variazione della composizione chimica dell'atmosfera nel numero di atomi di gas per 1 cm3 di altezza.

La composizione dello strato superficiale dell'atmosfera è riportata nella Tabella 4.1:

Tabella 4.1

Oltre ai gas indicati in tabella, l'atmosfera contiene SO 2, CH 4, NH 3, CO, idrocarburi, HCl, HF, vapori di Hg, I 2, nonché NO e molti altri gas in piccole quantità.

Fig. 4.8 Variazione di pressione e temperatura dello strato atmosferico fino ad un'altitudine di 35 km

L'atmosfera primaria della Terra era simile all'atmosfera di altri pianeti. Pertanto, l'89% dell'atmosfera di Giove è costituita da idrogeno. Un altro 10% circa è costituito da elio, le restanti frazioni percentuali sono occupate da metano, ammoniaca ed etano. C'è anche la "neve": sia acqua che ghiaccio di ammoniaca.

Anche l'atmosfera di Saturno è costituita principalmente da elio e idrogeno (Fig. 4.9)

Fig. 4.9 Atmosfera di Saturno

Storia della formazione dell'atmosfera terrestre

1. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo è il cosiddetto atmosfera primaria.

2. L'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (idrocarburi, ammoniaca, vapore acqueo). Ecco come si è formato atmosfera secondaria.

3. La costante fuoriuscita di idrogeno nello spazio interplanetario, le reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza della radiazione ultravioletta, le scariche di fulmini e alcuni altri fattori hanno portato alla formazione atmosfera terziaria.

4. Con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica, la composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare e gradualmente formò la moderna quaternario atmosfera (Fig. 4.10). Esistono però dati (analisi della composizione isotopica dell'ossigeno atmosferico e di quello rilasciato durante la fotosintesi) che indicano l'origine geologica dell'ossigeno atmosferico. La formazione di ossigeno dall'acqua è facilitata dalle radiazioni e dalle reazioni fotochimiche. Tuttavia il loro contributo è insignificante. Nel corso delle varie epoche la composizione dell'atmosfera e il contenuto di ossigeno hanno subito cambiamenti molto significativi. È correlato alle estinzioni globali, alle glaciazioni e ad altri processi globali. L'instaurazione del suo equilibrio fu apparentemente il risultato della comparsa di organismi eterotrofi sulla terra e nell'oceano e dell'attività vulcanica.

Fig. 4.10 Atmosfera terrestre in diversi periodi

Contrariamente ad un malinteso diffuso, il contenuto di ossigeno e azoto nell’atmosfera è praticamente indipendente dalle foreste. Fondamentalmente una foresta non può influenzare in modo significativo il contenuto di CO 2 nell'atmosfera perché non accumula carbonio. La stragrande maggioranza del carbonio viene restituita all’atmosfera a seguito dell’ossidazione delle foglie e degli alberi caduti. Una foresta sana è in equilibrio con l’atmosfera e restituisce esattamente quanto assorbe nel processo di “respirazione”. Inoltre, le foreste tropicali assorbono ossigeno più spesso, mentre la taiga lo rilascia “leggermente”. Negli anni '90 furono condotti esperimenti per creare un sistema ecologico chiuso (“Biosfera 2”), durante il quale non era possibile creare un sistema stabile con una composizione dell'aria uniforme. L'influenza dei microrganismi ha portato ad una diminuzione del livello di ossigeno fino al 15% e ad un aumento della quantità di anidride carbonica.

Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera è aumentato del 10%, la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proviene dalla combustione di combustibili (Fig. 4.11). Se il tasso di crescita della combustione del carburante continua, allora

Fig. 4.11 Progressi nell’aumento delle concentrazioni di anidride carbonica e delle temperature medie negli ultimi anni.

nei prossimi 50-60 anni la quantità di CO 2 nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a un cambiamento climatico globale.

Il principio dell'effetto serra è illustrato nella Figura 4.12.

Riso. 4.12 Principi dell'effetto serra

Lo strato di ozono si trova nella stratosfera ad altitudini comprese tra 15 e 35 km (Fig. 4.13):

Fig. 4.13 Struttura dello strato di ozono

Negli ultimi anni la concentrazione di ozono nella stratosfera è diminuita drasticamente, il che porta ad un aumento del fondo UV sulla Terra, soprattutto nella regione antartica (Fig. 4.14).

Fig. 4.14 Cambiamenti nello strato di ozono sopra l'Antartide

Idrosfera

Idrosfera(Greco Idro- acqua + Sphaira- sfera) - la totalità di tutte le riserve idriche della Terra, il guscio d'acqua intermittente del globo, situato sulla superficie e nello spessore della crosta terrestre e che rappresenta la totalità degli oceani, dei mari e dei corpi idrici terrestri.

3/4 della superficie terrestre sono occupati da oceani, mari, bacini idrici e ghiacciai. La quantità di acqua nell'oceano non è costante e cambia nel tempo a causa di vari fattori. Le fluttuazioni di livello ammontano fino a 150 metri in diversi periodi dell’esistenza della Terra. Le acque sotterranee sono l'anello di congiunzione dell'intera idrosfera. Vengono prese in considerazione solo le acque sotterranee che si trovano a una profondità massima di 5 km. Chiudono il ciclo geologico dell'acqua. Il loro numero è stimato in 10-5mila km cubi ovvero circa il 7% dell'intera idrosfera.

Ghiaccio e neve in quantità sono uno dei componenti più importanti dell'idrosfera. La massa d'acqua nei ghiacciai è 2,6x107 miliardi di tonnellate.

L’acqua del suolo gioca un ruolo enorme nella biosfera, perché... È a causa dell'acqua che nel suolo si verificano processi biochimici che ne garantiscono la fertilità. La massa d'acqua del suolo è stimata in 8x10 3 miliardi di tonnellate.

I fiumi hanno la minor quantità di acqua nella biosfera. Le riserve d'acqua nei fiumi sono stimate a 1-2x10 3 miliardi di tonnellate. Le acque dei fiumi sono generalmente dolci, la loro mineralizzazione è instabile e varia con le stagioni. I fiumi scorrono lungo depressioni di rilievo formate tettonicamente.

L'acqua atmosferica unisce l'idrosfera e l'atmosfera. L'umidità atmosferica è sempre fresca. La massa dell'acqua atmosferica è 14x10 3 miliardi di tonnellate. La sua importanza per la biosfera è molto grande. Il tempo medio di circolazione dell'acqua tra l'idrosfera e l'atmosfera è di 9-10 giorni.

Una parte significativa dell'acqua si trova nella biosfera allo stato legato negli organismi viventi: 1,1x10 3 miliardi di tonnellate. In un ambiente acquatico, le piante filtrano continuamente l'acqua attraverso la loro superficie. Sulla terra le piante estraggono l'acqua dal terreno con le radici e la traspirano con le parti fuori terra. Per sintetizzare 1 grammo di biomassa, le piante devono far evaporare circa 100 grammi di acqua (il plancton filtra attraverso se stesso tutta l'acqua dell'oceano in circa 1 anno).

Il rapporto tra acqua salata e acqua dolce nell'idrosfera è mostrato in Fig. 4.15

Fig. 4.15 Il rapporto tra sale e acqua dolce nell'idrosfera

La maggior parte dell’acqua è concentrata nell’oceano, molto meno nella rete fluviale continentale e nelle falde acquifere. Anche nell'atmosfera sono presenti grandi riserve d'acqua, sotto forma di nubi e vapore acqueo. Oltre il 96% del volume dell’idrosfera è costituito da mari e oceani, circa il 2% da acque sotterranee, circa il 2% da ghiaccio e neve e circa lo 0,02% da acque superficiali terrestri. Parte dell'acqua è allo stato solido sotto forma di ghiacciai, manto nevoso e permafrost, che rappresentano la criosfera. Le acque superficiali, che occupano una quota relativamente piccola della massa totale dell'idrosfera, svolgono tuttavia un ruolo vitale nella vita del nostro pianeta, essendo la principale fonte di approvvigionamento idrico, irrigazione e approvvigionamento idrico. Le acque dell'idrosfera sono in costante interazione con l'atmosfera, la crosta terrestre e la biosfera. L'interazione di queste acque e le reciproche transizioni da un tipo di acqua all'altro costituiscono un complesso ciclo dell'acqua sul globo. La vita sulla Terra ha avuto origine per la prima volta nell'idrosfera. Solo all'inizio dell'era Paleozoica iniziò la graduale migrazione degli animali e degli organismi vegetali verso la terra.

Una delle funzioni più importanti dell’idrosfera è l’accumulo di calore, che porta al ciclo globale dell’acqua nella biosfera. Il riscaldamento delle acque superficiali da parte del Sole (Fig. 4.16) porta alla ridistribuzione del calore su tutto il pianeta.

Fig. 4.16 Temperatura delle acque oceaniche superficiali

La vita nell'idrosfera è distribuita in modo estremamente irregolare. Una parte significativa dell'idrosfera ha una debole popolazione di organismi. Ciò è particolarmente vero nelle profondità oceaniche, dove c’è poca luce e temperature relativamente basse.

Principali correnti superficiali:

Nella parte settentrionale dell'Oceano Pacifico: caldo - Kuroshio, Pacifico settentrionale e Alaska; freddo: californiano e curile. Nella parte meridionale: caldo - South Passat e East Australian; freddo - Venti occidentali e peruviani (Fig. 4.17). Le correnti dell'Oceano Atlantico settentrionale sono strettamente coordinate con le correnti dell'Oceano Artico. Nell'Atlantico centrale, l'acqua viene riscaldata e spostata verso nord dalla Corrente del Golfo, dove l'acqua si raffredda e sprofonda nelle profondità dell'Oceano Artico.

YouTube enciclopedico

1 / 5

✪ Astronave Terra (episodio 14) - Atmosfera

✪ Perché l'atmosfera non è stata trascinata nel vuoto dello spazio?

✪ Ingresso della navicella spaziale Soyuz TMA-8 nell'atmosfera terrestre

✪ Struttura dell'atmosfera, significato, studio

✪ O. S. Ugolnikov "Atmosfera superiore. Incontro tra Terra e Spazio"

Sottotitoli

Confine atmosferico

L'atmosfera è considerata quella regione attorno alla Terra in cui il mezzo gassoso ruota insieme alla Terra nel suo insieme. L'atmosfera passa gradualmente nello spazio interplanetario, nell'esosfera, a partire da un'altitudine di 500-1000 km dalla superficie terrestre.

Secondo la definizione proposta dalla International Aviation Federation, il confine tra atmosfera e spazio è tracciato lungo la linea Karman, situata ad un'altitudine di circa 100 km, al di sopra della quale i voli aerei diventano completamente impossibili. La NASA utilizza il limite di 122 chilometri (400.000 piedi) come limite atmosferico, dove le navette passano dalla manovra motorizzata alla manovra aerodinamica.

Proprietà fisiche

Oltre ai gas indicati in tabella, l'atmosfera contiene Cl2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO2 (\displaystyle (\ce (NO2))), idrocarburi, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), coppie Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , io 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br2 (\displaystyle (\ce (Br2))), così come molti altri gas in piccole quantità. La troposfera contiene costantemente una grande quantità di particelle solide e liquide sospese (aerosol). Il gas più raro nell'atmosfera terrestre è Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

La struttura dell'atmosfera

Strato limite atmosferico

Lo strato inferiore della troposfera (spessore 1-2 km), in cui lo stato e le proprietà della superficie terrestre influenzano direttamente la dinamica dell'atmosfera.

Troposfera

Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km alle latitudini polari, 10-12 km alle latitudini temperate e 16-18 km alle latitudini tropicali; più basso in inverno che in estate.
Lo strato inferiore e principale dell'atmosfera contiene più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica e circa il 90% del vapore acqueo totale presente nell'atmosfera. Nella troposfera la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, compaiono le nuvole e si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'aumentare della quota con un dislivello verticale medio di 0,65°/100 metri.

Tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, uno strato dell'atmosfera in cui si arresta la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

Uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Caratterizzato da un leggero cambiamento della temperatura nello strato 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e da un aumento nello strato 25-40 km da meno 56,5 a più 0,8 ° C (strato superiore della stratosfera o regione di inversione). Avendo raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa e costituisce il confine tra la stratosfera e la mesosfera.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. Nella distribuzione verticale della temperatura c'è un massimo (circa 0 °C).

Mesosfera

Termosfera

Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale fino a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché si mantiene pressoché costante fino a quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare e della radiazione cosmica, avviene la ionizzazione dell'aria ("aurore"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attuale attività del Sole. Durante i periodi di bassa attività, ad esempio nel 2008-2009, si osserva una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

La regione dell'atmosfera adiacente sopra la termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è trascurabile e la temperatura infatti non cambia con l'altitudine.

Esosfera (sfera di diffusione)

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dai loro pesi molecolari; la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0°C nella stratosfera a meno 110°C nella mesosfera. Tuttavia, l'energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde ad una temperatura di ~ 150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km l'esosfera si trasforma gradualmente nella cosiddetta vicino al vuoto spaziale, che è pieno di rare particelle di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. In questo spazio penetrano, oltre alle particelle di polvere estremamente rarefatte, anche radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

Revisione

In base alle proprietà elettriche nell'atmosfera, distinguono neutrosfera E ionosfera .

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera E eterosfera. Eterosfera- Questa è l'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altitudine è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto di essa si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera, chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa e si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Altre proprietà dell'atmosfera ed effetti sul corpo umano

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non allenata inizia a sperimentare la carenza di ossigeno e senza adattamento, le prestazioni di una persona diminuiscono significativamente. La zona fisiologica dell'atmosfera finisce qui. A 9 km di altitudine la respirazione umana diventa impossibile, anche se fino a circa 115 km l'atmosfera contiene ossigeno.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno necessario per respirare. Tuttavia, a causa della diminuzione della pressione totale dell'atmosfera, man mano che si sale in quota, la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.

Storia della formazione atmosferica

Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto tre diverse composizioni nel corso della sua storia. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo è il cosiddetto atmosfera primaria. Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (anidride carbonica, ammoniaca, vapore acqueo). Ecco come si è formato atmosfera secondaria. Questa atmosfera è stata rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

perdita di gas leggeri (idrogeno ed elio) nello spazio interplanetario;
reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e alcuni altri fattori.

A poco a poco questi fattori portarono alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto inferiore di idrogeno e un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

Azoto

La formazione di una grande quantità di azoto è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera di ammoniaca-idrogeno da parte dell'ossigeno molecolare O2 (\displaystyle (\ce (O2))), che cominciò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. Anche azoto N2 (\displaystyle (\ce (N2))) rilasciato nell'atmosfera a seguito della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto. L'azoto viene ossidato dall'ozono NO (\displaystyle ((\ce (NO)))) negli strati superiori dell'atmosfera.

Azoto N2 (\displaystyle (\ce (N2))) reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata in piccole quantità nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. Cianobatteri (alghe blu-verdi) e batteri noduli, che formano una simbiosi rizobica con piante leguminose, che possono essere efficaci concimi verdi - piante che non impoveriscono, ma arricchiscono il terreno con fertilizzanti naturali, possono ossidarlo con un basso consumo energetico e convertirlo in una forma biologicamente attiva.

Ossigeno

La composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare radicalmente con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani e altri. Al termine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera cominciò ad aumentare. A poco a poco si formò un'atmosfera moderna con proprietà ossidanti. Poiché ciò causò cambiamenti gravi e improvvisi in molti processi che si verificavano nell’atmosfera, nella litosfera e nella biosfera, questo evento fu chiamato Catastrofe dell’Ossigeno.

gas nobili

Inquinamento dell'aria

Recentemente, gli esseri umani hanno iniziato a influenzare l’evoluzione dell’atmosfera. Il risultato dell'attività umana è stato un costante aumento del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di idrocarburi combustibili accumulati in ere geologiche precedenti. Enormi quantità vengono consumate durante la fotosintesi e vengono assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera a causa della decomposizione di rocce carbonatiche e sostanze organiche di origine vegetale e animale, nonché a causa del vulcanismo e dell'attività industriale umana. Contenuto degli ultimi 100 anni CO2 (\displaystyle (\ce (CO2))) nell’atmosfera è aumentato del 10%, la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proviene dalla combustione di carburante. Se il tasso di crescita della combustione del carburante continua, nei prossimi 200-300 anni l'importo aumenterà CO2 (\displaystyle (\ce (CO2))) nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a

L'atmosfera (dal greco antico ἀτμός - vapore e σφαῖρα - palla) è un guscio di gas (geosfera) che circonda il pianeta Terra. La sua superficie interna copre l'idrosfera e in parte la crosta terrestre, mentre la sua superficie esterna confina con la parte vicina alla Terra dello spazio esterno.

L'insieme delle branche della fisica e della chimica che studiano l'atmosfera viene solitamente chiamata fisica dell'atmosfera. L'atmosfera determina il tempo sulla superficie terrestre, la meteorologia studia il tempo e la climatologia si occupa delle variazioni climatiche a lungo termine.

Proprietà fisiche

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 120 km dalla superficie terrestre. La massa totale dell'aria nell'atmosfera è (5.1-5.3) 1018 kg. Di questi, la massa dell'aria secca è (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, la massa totale del vapore acqueo è in media 1,27 1016 kg.

La massa molare dell'aria secca e pulita è 28,966 g/mol e la densità dell'aria sulla superficie del mare è di circa 1,2 kg/m3. La pressione a 0 °C al livello del mare è 101.325 kPa; temperatura critica - −140,7 ° C (~ 132,4 K); pressione critica - 3,7 MPa; Cp a 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (a 0 °C). Solubilità dell'aria in acqua (in massa) a 0 °C - 0,0036%, a 25 °C - 0,0023%.

Sono accettate come “condizioni normali” sulla superficie terrestre: densità 1,2 kg/m3, pressione barometrica 101,35 kPa, temperatura più 20 °C e umidità relativa 50%. Questi indicatori condizionali hanno un significato puramente ingegneristico.

Composizione chimica

L'atmosfera terrestre è nata a seguito del rilascio di gas durante le eruzioni vulcaniche. Con l'avvento degli oceani e della biosfera, si è formato a causa dello scambio di gas con l'acqua, le piante, gli animali e i prodotti della loro decomposizione nei suoli e nelle paludi.

Attualmente l'atmosfera terrestre è costituita principalmente da gas e varie impurità (polvere, gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio, sali marini, prodotti della combustione).

La concentrazione dei gas che compongono l'atmosfera è pressoché costante, ad eccezione dell'acqua (H2O) e dell'anidride carbonica (CO2).

Composizione dell'aria secca


Azoto
Ossigeno
Argon
Acqua
Diossido di carbonio
Neon
Elio
Metano
Krypton
Idrogeno
Xeno
Ossido nitroso

Oltre ai gas indicati in tabella, l'atmosfera contiene SO2, NH3, CO, ozono, idrocarburi, HCl, HF, vapori di Hg, I2, oltre a NO e molti altri gas in piccole quantità. La troposfera contiene costantemente una grande quantità di particelle solide e liquide sospese (aerosol).

La struttura dell'atmosfera

Troposfera

Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km alle latitudini polari, 10-12 km alle latitudini temperate e 16-18 km alle latitudini tropicali; più basso in inverno che in estate. Lo strato inferiore e principale dell'atmosfera contiene più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica e circa il 90% del vapore acqueo totale presente nell'atmosfera. Nella troposfera la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, si formano le nuvole e si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'aumentare della quota con un dislivello verticale medio di 0,65°/100 m

Tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, uno strato dell'atmosfera in cui si arresta la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

Uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Caratterizzato da un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e da un aumento di temperatura nello strato di 25-40 km da −56,5 a 0,8 ° C (strato superiore della stratosfera o regione di inversione) . Avendo raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa e costituisce il confine tra la stratosfera e la mesosfera.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. Nella distribuzione verticale della temperatura c'è un massimo (circa 0 °C).

Mesosfera

La mesosfera inizia ad un'altitudine di 50 km e si estende fino a 80-90 km. La temperatura diminuisce con l'altezza con un gradiente verticale medio di (0,25-0,3)°/100 m. Il principale processo energetico è il trasferimento di calore radiante. Processi fotochimici complessi che coinvolgono radicali liberi, molecole eccitate dalle vibrazioni, ecc. causano la luminescenza atmosferica.

Mesopausa

Strato di transizione tra mesosfera e termosfera. C'è un minimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa -90 °C).

Linea Karman

L'altezza sopra il livello del mare, che è convenzionalmente accettata come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio. Secondo la definizione FAI, la linea Karman si trova ad una quota di 100 km sul livello del mare.

Confine dell'atmosfera terrestre

Termosfera

Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale fino a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché si mantiene pressoché costante fino a quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X e della radiazione cosmica, si verifica la ionizzazione dell'aria ("aurore"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attuale attività del Sole. Durante i periodi di bassa attività, ad esempio nel 2008-2009, si osserva una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

La regione dell'atmosfera adiacente alla termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è trascurabile e la temperatura infatti non cambia con l'altitudine.

Esosfera (sfera di diffusione)

L'esosfera è una zona di dispersione, la parte esterna della termosfera, situata al di sopra dei 700 km. Il gas nell'esosfera è molto rarefatto e da qui le sue particelle fuoriescono nello spazio interplanetario (dissipazione).

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dai loro pesi molecolari; la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia, l’energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde ad una temperatura di ~150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km, l'esosfera si trasforma gradualmente nel cosiddetto vuoto quasi spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. In questo spazio penetrano, oltre alle particelle di polvere estremamente rarefatte, anche radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; la massa della mesosfera non è superiore allo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. In base alle proprietà elettriche dell'atmosfera si distinguono la neutronosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera si distinguono omosfera ed eterosfera. L'eterosfera è un'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altezza è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto di essa si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa; si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Altre proprietà dell'atmosfera ed effetti sul corpo umano

I polmoni umani contengono costantemente circa 3 litri di aria alveolare. La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare alla normale pressione atmosferica è di 110 mmHg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo - 47 mm Hg. Arte. Con l'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione totale del vapore di acqua e anidride carbonica nei polmoni rimane quasi costante: circa 87 mm Hg. Arte. L'apporto di ossigeno ai polmoni si interromperà completamente quando la pressione dell'aria ambiente raggiungerà questo valore.

Ad un'altitudine di circa 19-20 km, la pressione atmosferica scende a 47 mm Hg. Arte. Pertanto, a questa altitudine, l'acqua e il liquido interstiziale iniziano a bollire nel corpo umano. Fuori dalla cabina pressurizzata, a queste altitudini, la morte avviene quasi istantaneamente. Pertanto, dal punto di vista della fisiologia umana, lo “spazio” inizia già ad un'altitudine di 15-19 km.

Dense strati d'aria - la troposfera e la stratosfera - ci proteggono dagli effetti dannosi delle radiazioni. Con sufficiente rarefazione dell'aria, ad altitudini superiori a 36 km, le radiazioni ionizzanti - raggi cosmici primari - hanno un effetto intenso sul corpo; Ad altitudini superiori a 40 km, la parte ultravioletta dello spettro solare è pericolosa per l'uomo.

Man mano che saliamo ad un'altezza sempre maggiore sopra la superficie terrestre, i fenomeni familiari osservati negli strati inferiori dell'atmosfera come la propagazione del suono, il verificarsi di portanza e resistenza aerodinamica, il trasferimento di calore per convezione, ecc. si indeboliscono gradualmente fino a scomparire completamente.

Negli strati d’aria rarefatti la propagazione del suono è impossibile. Fino ad altitudini di 60-90 km è ancora possibile sfruttare la resistenza dell'aria e la portanza per il volo aerodinamico controllato. Ma a partire da altitudini di 100-130 km, i concetti familiari a ogni pilota del numero M e della barriera del suono perdono il loro significato: lì si trova la linea convenzionale di Karman, oltre la quale inizia la regione del volo puramente balistico, che può solo essere controllati utilizzando forze reattive.

Ad altitudini superiori a 100 km, l'atmosfera è privata di un'altra proprietà notevole: la capacità di assorbire, condurre e trasmettere energia termica per convezione (cioè mescolando l'aria). Ciò significa che vari elementi dell'attrezzatura sulla stazione spaziale orbitale non potranno essere raffreddati dall'esterno come avviene solitamente su un aereo, con l'aiuto di getti d'aria e radiatori d'aria. A questa quota, come in generale nello spazio, l’unico modo per trasferire calore è la radiazione termica.

Storia della formazione atmosferica

Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo tre diverse composizioni. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questa è la cosiddetta atmosfera primaria (circa quattro miliardi di anni fa). Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (anidride carbonica, ammoniaca, vapore acqueo). È così che si è formata l'atmosfera secondaria (circa tre miliardi di anni prima dei giorni nostri). Questa atmosfera è stata rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

perdita di gas leggeri (idrogeno ed elio) nello spazio interplanetario;
reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e alcuni altri fattori.

A poco a poco, questi fattori portarono alla formazione di un'atmosfera terziaria, caratterizzata da molto meno idrogeno e molto più azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

Azoto

La formazione di una grande quantità di azoto N2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera di ammoniaca-idrogeno da parte dell'ossigeno molecolare O2, che iniziò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. L'azoto N2 viene rilasciato nell'atmosfera anche a seguito della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto. L'azoto viene ossidato dall'ozono in NO nell'alta atmosfera.

L'azoto N2 reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata in piccole quantità nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. I cianobatteri (alghe blu-verdi) e i batteri noduli che formano la simbiosi rizobiale con le cosiddette leguminose, possono ossidarlo con un basso consumo energetico e convertirlo in una forma biologicamente attiva. concime verde.

Ossigeno

La composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare radicalmente con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra, a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani, ecc. Alla fine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera iniziò ad aumentare. A poco a poco si formò un'atmosfera moderna con proprietà ossidanti. Poiché ciò causò cambiamenti gravi e improvvisi in molti processi che si verificavano nell’atmosfera, nella litosfera e nella biosfera, questo evento fu chiamato Catastrofe dell’Ossigeno.

Durante il Fanerozoico, la composizione dell'atmosfera e il contenuto di ossigeno subirono cambiamenti. Erano correlati principalmente al tasso di deposizione dei sedimenti organici. Pertanto, durante i periodi di accumulo di carbone, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera apparentemente superava in modo significativo il livello moderno.

Diossido di carbonio

Il contenuto di CO2 nell'atmosfera dipende dall'attività vulcanica e dai processi chimici nei gusci terrestri, ma soprattutto dall'intensità della biosintesi e dalla decomposizione della materia organica nella biosfera terrestre. Quasi tutta la biomassa attuale del pianeta (circa 2,4 1012 tonnellate) è formata dall'anidride carbonica, dall'azoto e dal vapore acqueo contenuti nell'aria atmosferica. I prodotti organici sepolti negli oceani, nelle paludi e nelle foreste si trasformano in carbone, petrolio e gas naturale.

gas nobili

La fonte dei gas nobili - argon, elio e kripton - sono le eruzioni vulcaniche e il decadimento degli elementi radioattivi. La Terra in generale e l'atmosfera in particolare sono impoverite di gas inerti rispetto allo spazio. Si ritiene che la ragione di ciò risieda nella continua fuoriuscita di gas nello spazio interplanetario.

Inquinamento dell'aria

Recentemente, gli esseri umani hanno iniziato a influenzare l’evoluzione dell’atmosfera. Il risultato delle sue attività fu un costante aumento del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di combustibili idrocarburici accumulati in ere geologiche precedenti. Enormi quantità di CO2 vengono consumate durante la fotosintesi e assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera a causa della decomposizione di rocce carbonatiche e sostanze organiche di origine vegetale e animale, nonché a causa del vulcanismo e dell'attività industriale umana. Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO2 nell’atmosfera è aumentato del 10%, la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proviene dalla combustione di carburante. Se il tasso di crescita della combustione dei combustibili continua, nei prossimi 200-300 anni la quantità di CO2 nell’atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a un cambiamento climatico globale.

La combustione dei combustibili è la principale fonte di gas inquinanti (CO, NO, SO2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico in SO3 e dall'ossido di azoto in NO2 negli strati superiori dell'atmosfera, che a loro volta interagiscono con il vapore acqueo, e l'acido solforico H2SO4 e l'acido nitrico HNO3 risultanti cadono sulla superficie della Terra nel forma del cosiddetto. pioggia acida. L'uso di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico da ossidi di azoto, idrocarburi e composti di piombo (piombo tetraetile) Pb(CH3CH2)4.

L'inquinamento da aerosol dell'atmosfera è causato sia da cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, trascinamento di gocce di acqua di mare e polline di piante, ecc.) che da attività economiche umane (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di carburante, produzione di cemento, ecc. ). Il rilascio intenso e su larga scala di particolato nell’atmosfera è una delle possibili cause del cambiamento climatico sul pianeta.

(Visitato 580 volte, 1 visite oggi)

È invisibile, eppure non possiamo vivere senza di lui.

Ognuno di noi capisce quanto sia necessaria l'aria per la vita. L'espressione "È necessario come l'aria" può essere ascoltata quando si parla di qualcosa di molto importante per la vita di una persona. Sappiamo fin dall'infanzia che vivere e respirare sono praticamente la stessa cosa.

Sai quanto tempo una persona può vivere senza aria?

Non tutte le persone sanno quanta aria respirano. Si scopre che in un giorno, effettuando circa 20.000 respiri ed espirazioni, una persona fa passare 15 kg di aria attraverso i polmoni, mentre assorbe solo circa 1,5 kg di cibo e 2-3 kg di acqua. Allo stesso tempo, l’aria è qualcosa che diamo per scontato, come l’alba ogni mattina. Purtroppo lo sentiamo solo quando non ce n’è abbastanza o quando è inquinato. Dimentichiamo che tutta la vita sulla Terra, sviluppandosi nel corso di milioni di anni, si è adattata alla vita in un'atmosfera di una certa composizione naturale.

Vediamo in cosa consiste l'aria.

E concludiamo: l'aria è una miscela di gas. L'ossigeno in esso contenuto è di circa il 21% (circa 1/5 in volume), l'azoto rappresenta circa il 78%. I restanti componenti richiesti sono gas inerti (principalmente argon), anidride carbonica e altri composti chimici.

Lo studio della composizione dell'aria iniziò nel XVIII secolo, quando i chimici impararono a raccogliere i gas e a condurre esperimenti con essi. Se ti interessa la storia della scienza, guarda un cortometraggio dedicato alla storia della scoperta dell'aria.

L'ossigeno contenuto nell'aria è necessario per la respirazione degli organismi viventi. Qual è l'essenza del processo di respirazione? Come sai, nel processo di respirazione il corpo consuma ossigeno dall'aria. L'ossigeno dell'aria è necessario per numerose reazioni chimiche che si verificano continuamente in tutte le cellule, i tessuti e gli organi degli organismi viventi. Durante queste reazioni, con la partecipazione dell'ossigeno, le sostanze presenti nel cibo “bruciano” lentamente per formare anidride carbonica. Allo stesso tempo, l'energia in essi contenuta viene rilasciata. Grazie a questa energia, il corpo esiste e lo utilizza per tutte le funzioni: la sintesi di sostanze, la contrazione muscolare, il funzionamento di tutti gli organi, ecc.

In natura esistono anche alcuni microrganismi che possono utilizzare l'azoto nel corso della vita. A causa dell'anidride carbonica contenuta nell'aria, avviene il processo di fotosintesi e la biosfera terrestre nel suo insieme vive.

Come sapete, l'involucro d'aria della Terra è chiamato atmosfera. L'atmosfera si estende per circa 1000 km dalla Terra: è una sorta di barriera tra la Terra e lo spazio. A seconda della natura dei cambiamenti di temperatura nell'atmosfera, ci sono diversi strati:

Atmosfera- Questa è una sorta di barriera tra la Terra e lo spazio. Attenua gli effetti delle radiazioni cosmiche e fornisce le condizioni sulla Terra per lo sviluppo e l'esistenza della vita. È l'atmosfera del primo guscio terrestre che incontra i raggi del sole e assorbe la dura radiazione ultravioletta del Sole, che ha un effetto dannoso su tutti gli organismi viventi.

Un altro “merito” dell’atmosfera è legato al fatto che assorbe quasi completamente la radiazione termica invisibile (infrarossa) della Terra e ne restituisce la maggior parte. Cioè l’atmosfera, trasparente ai raggi del sole, rappresenta allo stesso tempo una “coperta” d’aria che non permette alla Terra di raffreddarsi. Pertanto, il nostro pianeta mantiene una temperatura ottimale per la vita di una varietà di esseri viventi.

La composizione dell'atmosfera moderna è unica, l'unica nel nostro sistema planetario.

L'atmosfera primaria della Terra era costituita da metano, ammoniaca e altri gas. Insieme allo sviluppo del pianeta, l'atmosfera è cambiata in modo significativo. Gli organismi viventi hanno svolto un ruolo di primo piano nella formazione della composizione dell'aria atmosferica che è nata e viene mantenuta con la loro partecipazione al momento attuale. Puoi guardare più in dettaglio la storia della formazione dell'atmosfera sulla Terra.

I processi naturali sia di consumo che di formazione dei componenti atmosferici si bilanciano approssimativamente tra loro, cioè assicurano una composizione costante dei gas che compongono l'atmosfera.

Senza l'attività economica umana, la natura affronta fenomeni come l'ingresso nell'atmosfera di gas vulcanici, fumo di incendi naturali e polvere di tempeste di polvere naturali. Queste emissioni si disperdono nell'atmosfera, si depositano o cadono sulla superficie terrestre sotto forma di precipitazioni. Per loro vengono presi i microrganismi del suolo e alla fine li trasformano in anidride carbonica, zolfo e composti di azoto del suolo, cioè nei componenti "ordinari" dell'aria e del suolo. Questo è il motivo per cui l'aria atmosferica ha, mediamente, una composizione costante. Con la comparsa dell'uomo sulla Terra, prima gradualmente, poi rapidamente e ora minacciosamente, è iniziato il processo di modifica della composizione gassosa dell'aria e di distruzione della naturale stabilità dell'atmosfera.Circa 10.000 anni fa, le persone impararono a usare il fuoco. I prodotti della combustione di vari tipi di combustibili sono stati aggiunti alle fonti naturali di inquinamento. All'inizio si trattava di legno e altri tipi di materiale vegetale.

Attualmente, il più dannoso per l'atmosfera è causato dal carburante prodotto artificialmente: prodotti petroliferi (benzina, cherosene, gasolio, olio combustibile) e carburante sintetico. Quando bruciano, formano ossidi di azoto e di zolfo, monossido di carbonio, metalli pesanti e altre sostanze tossiche di origine non naturale (inquinanti).

Considerando l’enorme utilizzo della tecnologia al giorno d’oggi, si può immaginare quanti motori di automobili, aeroplani, navi e altre attrezzature vengono generati ogni secondo. ha ucciso l'atmosfera Aleksashina I.Yu., Kosmodamiansky A.V., Oreshchenko N.I. Scienze naturali: libro di testo per il 6o grado degli istituti di istruzione generale. – San Pietroburgo: SpetsLit, 2001. – 239 pag. .

Perché filobus e tram sono considerati modi di trasporto rispettosi dell'ambiente rispetto agli autobus?

Particolarmente pericolosi per tutti gli esseri viventi sono quei sistemi di aerosol stabili che si formano nell'atmosfera insieme a rifiuti industriali acidi e molti altri rifiuti industriali gassosi. L’Europa è una delle parti più densamente popolate e industrializzate del mondo. Un potente sistema di trasporti, una grande industria, un elevato consumo di combustibili fossili e di materie prime minerali portano ad un notevole aumento delle concentrazioni di sostanze nocive nell'aria. In quasi tutte le principali città d'Europa c'è smog Lo smog è un aerosol costituito da fumo, nebbia e polvere, uno dei tipi di inquinamento atmosferico nelle grandi città e nei centri industriali. Per maggiori dettagli vedere: http://ru.wikipedia.org/wiki/Smog e nell'aria si registra regolarmente un aumento dei livelli di inquinanti pericolosi come ossidi di azoto e zolfo, monossido di carbonio, benzene, fenoli, polveri sottili, ecc.

Non c'è dubbio che esiste una connessione diretta tra l'aumento del contenuto di sostanze nocive nell'atmosfera e l'aumento delle malattie allergiche e respiratorie, nonché di una serie di altre malattie.

Sono necessarie misure serie in relazione all'aumento del numero di automobili nelle città e allo sviluppo industriale previsto in alcune città russe, che inevitabilmente aumenterà la quantità di emissioni inquinanti nell'atmosfera.

Guarda come vengono risolti i problemi della purezza dell'aria nella "capitale verde d'Europa" - Stoccolma.

Un insieme di misure per migliorare la qualità dell’aria deve necessariamente includere il miglioramento delle prestazioni ambientali delle automobili; costruzione di sistemi di purificazione del gas presso imprese industriali; l’uso del gas naturale, anziché del carbone, come combustibile nelle imprese energetiche. Ora in ogni paese sviluppato esiste un servizio per monitorare lo stato di pulizia dell'aria nelle città e nei centri industriali, che ha in qualche modo migliorato l'attuale brutta situazione. Pertanto, a San Pietroburgo esiste un sistema automatizzato per il monitoraggio dell'aria atmosferica di San Pietroburgo (ASM). Grazie ad esso, non solo le autorità statali e locali, ma anche i residenti delle città possono conoscere lo stato dell'aria atmosferica.

La salute dei residenti di San Pietroburgo - una metropoli con una rete sviluppata di autostrade di trasporto - è influenzata principalmente dai principali inquinanti: monossido di carbonio, ossido di azoto, biossido di azoto, sostanze sospese (polvere), anidride solforosa, che entrano nell'aria atmosferica della città dalle emissioni delle centrali termoelettriche, dell'industria e dei trasporti. Attualmente, la quota di emissioni dei veicoli a motore rappresenta l’80% delle emissioni totali dei principali inquinanti. (Secondo le stime degli esperti, in più di 150 città della Russia, il trasporto automobilistico ha l'influenza predominante sull'inquinamento atmosferico).

Come vanno le cose nella tua città? Cosa pensi si possa e si debba fare per rendere l’aria nelle nostre città più pulita?

Vengono fornite informazioni sul livello di inquinamento atmosferico nelle aree in cui si trovano le stazioni AFM a San Pietroburgo.

Va detto che a San Pietroburgo si è osservata una tendenza alla diminuzione delle emissioni di sostanze inquinanti nell'atmosfera, tuttavia le ragioni di questo fenomeno sono legate principalmente alla diminuzione del numero di imprese operative. È chiaro che da un punto di vista economico questo non è il modo migliore per ridurre l’inquinamento.

Traiamo le conclusioni.

Il guscio d'aria della Terra - l'atmosfera - è necessario per l'esistenza della vita. I gas che compongono l'aria sono coinvolti in processi importanti come la respirazione e la fotosintesi. L'atmosfera riflette e assorbe la radiazione solare e quindi protegge gli organismi viventi dai dannosi raggi X e dai raggi ultravioletti. L'anidride carbonica intrappola la radiazione termica proveniente dalla superficie terrestre. L'atmosfera terrestre è unica! La nostra salute e la nostra vita dipendono da questo.

L'uomo accumula sconsideratamente nell'atmosfera i rifiuti derivanti dalle sue attività, il che causa seri problemi ambientali. Dobbiamo tutti non solo renderci conto della nostra responsabilità per lo stato dell’atmosfera, ma anche, al meglio delle nostre capacità, fare il possibile per preservare la pulizia dell’aria, base della nostra vita.