Vznik Zeme a jej atmosféry. Informácie a fakty o atmosfére. Atmosféra Zeme. V dôsledku kyslých dažďov hrozí zničenie lesov v západnej Európe, pobaltských štátoch, Karélii, na Urale, na Sibíri a v Kanade.

Tvorba atmosféry. Dnes je zemská atmosféra zmesou plynov – 78 % dusíka, 21 % kyslíka a malého množstva iných plynov, napríklad oxidu uhličitého. Ale keď sa planéta prvýkrát objavila, v atmosfére nebol žiadny kyslík - pozostávala z plynov, ktoré pôvodne existovali v slnečnej sústave.

Zem vznikla, keď sa malé skalnaté telesá vyrobené z prachu a plynu zo slnečnej hmloviny, známe ako planetoidy, navzájom zrazili a postupne nadobudli tvar planéty. Ako rástli, plyny obsiahnuté v planetoidoch vybuchli a obklopili zemeguľu. Po určitom čase začali prvé rastliny uvoľňovať kyslík a prvotná atmosféra sa vyvinula do súčasného hustého vzdušného obalu.

Pôvod atmosféry

1. Pred 4,6 miliardami rokov dopadol na rodiacu sa Zem dážď malých planetoidov. Plyny zo slnečnej hmloviny zachytené vo vnútri planéty počas zrážky vybuchli a vytvorili primitívnu atmosféru Zeme pozostávajúcu z dusíka, oxidu uhličitého a vodnej pary.
2. Teplo uvoľnené pri formovaní planéty je zadržiavané vrstvou hustých oblakov v prvotnej atmosfére. „Skleníkové plyny“ ako oxid uhličitý a vodná para zastavujú vyžarovanie tepla do vesmíru. Povrch Zeme je zaplavený kypiacim morom roztavenej magmy.
3. Keď boli zrážky planét menej časté, Zem sa začala ochladzovať a objavili sa oceány. Z hustých mrakov kondenzuje vodná para a niekoľko eónov trvajúci dážď postupne zaplavuje nížiny. Tak sa objavujú prvé moria.
4. Vzduch sa čistí, keď vodná para kondenzuje a vytvára oceány. Časom sa v nich rozpúšťa oxid uhličitý a v atmosfére teraz dominuje dusík. V dôsledku nedostatku kyslíka nevzniká ochranná ozónová vrstva a ultrafialové lúče zo slnka sa bez prekážok dostávajú na zemský povrch.
5. Život sa objavuje v starých oceánoch počas prvej miliardy rokov. Najjednoduchšie modrozelené riasy sú chránené pred ultrafialovým žiarením morskou vodou. Na výrobu energie využívajú slnečné svetlo a oxid uhličitý, pričom ako vedľajší produkt sa uvoľňuje kyslík, ktorý sa postupne začína hromadiť v atmosfére.
6. O miliardy rokov neskôr sa vytvára atmosféra bohatá na kyslík. Fotochemické reakcie v hornej atmosfére vytvárajú tenkú vrstvu ozónu, ktorá rozptyľuje škodlivé ultrafialové svetlo. Život sa teraz môže vynoriť z oceánov na pevninu, kde evolúcia produkuje mnoho zložitých organizmov.

Pred miliardami rokov začala hrubá vrstva primitívnych rias uvoľňovať do atmosféry kyslík. Prežívajú dodnes vo forme fosílií nazývaných stromatolity.

Sopečný pôvod

1. Staroveká Zem bez vzduchu. 2. Erupcia plynov.

Podľa tejto teórie na povrchu mladej planéty Zem aktívne vybuchovali sopky. Skorá atmosféra sa pravdepodobne vytvorila, keď plyny zachytené v kremíkovej škrupine planéty unikli cez sopky.

ŠTRUKTÚRA BIOSFÉRY

Biosféra- geologický obal Zeme, obývaný živými organizmami, pod ich vplyvom a obsadený produktmi ich životnej činnosti; „film života“; globálny ekosystém Zeme.

Termín " biosféra„zaviedol do biológie Jean-Baptiste Lamarck (obr. 4.18) začiatkom 19. storočia a do geológie ho v roku 1875 navrhol rakúsky geológ Eduard Suess (obr. 4.19).

Holistickú doktrínu biosféry vytvoril ruský biogeochemik a filozof V.I. Vernadského. Živým organizmom po prvý raz prisúdil úlohu najdôležitejšej transformačnej sily na planéte Zem s prihliadnutím na ich aktivity nielen v súčasnosti, ale aj v minulosti.

Biosféra sa nachádza na priesečníku hornej časti litosféry, spodnej časti atmosféry a zaberá celú hydrosféru (obr. 4.1).

Obr.4.1 Biosféra

Hranice biosféry

• Horná hranica v atmosfére: 15÷20 km. Určuje ho ozónová vrstva, ktorá blokuje krátkovlnné UV žiarenie škodlivé pre živé organizmy.
• Dolná hranica v litosfére: 3,5÷7,5 km. Je určená teplotou prechodu vody na paru a teplotou denaturácie bielkovín, ale všeobecne je rozšírenie živých organizmov obmedzené do hĺbky niekoľkých metrov.
• Dolná hranica v hydrosfére: 10÷11 km. Určuje ho dno Svetového oceánu vrátane spodných sedimentov.

Biosféra sa skladá z nasledujúcich typov látok:

1. Živá hmota- celý súbor tiel živých organizmov obývajúcich Zem je fyzikálne a chemicky zjednotený bez ohľadu na ich systematickú príslušnosť. Hmotnosť živej hmoty je relatívne malá a odhaduje sa na 2,4-3,6·10 12 ton (suchá hmotnosť) a je menšia ako 10 -6 hmotnosti ostatných obalov Zeme. Toto je však „jedna z najsilnejších geochemických síl na našej planéte“, keďže živá hmota nielenže obýva biosféru, ale pretvára aj vzhľad Zeme. Živá hmota je v biosfére rozložená veľmi nerovnomerne.
2. Živina- látka vytvorená a spracovaná živou hmotou. Počas organickej evolúcie prešli živé organizmy svojimi orgánmi, tkanivami, bunkami a krvou tisíckrát cez celú atmosféru, celý objem svetových oceánov a obrovskú masu minerálnych látok. Túto geologickú úlohu živej hmoty si možno predstaviť z ložísk uhlia, ropy, uhličitanových hornín atď.
3. Inertná látka- na formovaní ktorých sa život nezúčastňuje; pevné, kvapalné a plynné.
4. Bioinertná látka, ktorý je vytváraný súčasne živými organizmami a inertnými procesmi, predstavujúcimi dynamicky rovnovážne systémy oboch. Sú to pôda, nánosy, zvetraná kôra atď. Organizmy v nich zohrávajú vedúcu úlohu.
5. Látka podliehajúca rádioaktívnemu rozpadu.
6. Rozptýlené atómy, nepretržite vytváraný zo všetkých druhov pozemskej hmoty pod vplyvom kozmického žiarenia.
7. Látka kozmického pôvodu.

Štruktúra zeme

O štruktúre, zložení a vlastnostiach „pevnej“ Zeme sú väčšinou špekulatívne informácie, keďže priamemu pozorovaniu je prístupná len samotná vrchná časť zemskej kôry. Najspoľahlivejšie z nich sú seizmické metódy, založené na štúdiu dráh a rýchlosti šírenia elastických vibrácií (seizmických vĺn) v Zemi. S ich pomocou bolo možné vytvoriť rozdelenie „pevnej“ Zeme na samostatné sféry a získať predstavu o vnútornej štruktúre Zeme. Ukazuje sa, že všeobecne akceptovaná myšlienka hlbokej štruktúry zemegule je predpokladom, pretože nebola vytvorená na základe priamych faktických údajov. V učebniciach geografie sa zemská kôra, plášť a jadro uvádzajú ako reálne objekty bez tieňa pochybností o ich možnej fiktívnosti. Pojem „zemská kôra“ sa objavil v polovici 19. storočia, keď hypotéza o vzniku Zeme z horúcej plynovej gule, v súčasnosti nazývaná Kant-Laplaceova hypotéza, získala uznanie v prírodných vedách. Hrúbka zemskej kôry bola predpokladaná na 10 míľ (16 km). Nižšie je prvotný roztavený materiál zachovaný z formovania našej planéty.

V roku 1909 Na Balkánskom polostrove neďaleko mesta Záhreb došlo k silnému zemetraseniu. Chorvátsky geofyzik Andrija Mohorovicic, ktorý študoval seizmogram zaznamenaný v čase tejto udalosti, si všimol, že v hĺbke asi 30 km sa rýchlosť vĺn výrazne zvyšuje. Toto pozorovanie potvrdili aj ďalší seizmológovia. To znamená, že existuje určitá časť, ktorá obmedzuje zemskú kôru zdola. Na jeho označenie bol zavedený špeciálny termín - Mohorovičický povrch (alebo Moho rez) (obr. 4.2).

Obr. 4.2 Plášť, astenosféra, Mohorovičický povrch

Zem je obalená tvrdým vonkajším obalom alebo litosférou, ktorá pozostáva z kôry a pevnej vrchnej vrstvy plášťa. Litosféra je rozdelená na obrovské bloky alebo dosky. Pod tlakom mocných podzemných síl sa tieto platne neustále pohybujú (obr. 4.3). Miestami ich pohyb vedie k vzniku pohorí, inde sú okraje platní stiahnuté do hlbokých priehlbín. Tento jav sa nazýva underthrust alebo subdukcia. Keď sa dosky posúvajú, buď sa spájajú alebo rozdeľujú a zóny ich križovatiek sa nazývajú hranice. Práve na týchto najslabších miestach zemskej kôry najčastejšie vznikajú sopky.

Obr. 4.3 Zemné dosky

Pod kôrou v hĺbkach od 30-50 do 2900 km sa nachádza zemský plášť. Pozostáva prevažne z hornín bohatých na horčík a železo. Plášť zaberá až 82 % objemu planéty a delí sa na horný a spodný. Prvý leží pod hladinou Moho v hĺbke 670 km. Rýchly pokles tlaku v hornej časti plášťa a vysoká teplota vedú k roztaveniu jeho látky. V hĺbke 400 km pod kontinentmi a 10-150 km pod oceánmi, t.j. v hornom plášti bola objavená vrstva, kde seizmické vlny postupujú pomerne pomaly. Táto vrstva sa nazývala astenosféra (z gréckeho „asthenes“ - slabá). Tu je podiel taveniny 1-3%, plastickejší ako zvyšok plášťa. Astenosféra slúži ako „mazivo“, po ktorom sa pohybujú tuhé litosférické platne. Horniny plášťa sa v porovnaní s horninami, ktoré tvoria zemskú kôru, vyznačujú vysokou hustotou a rýchlosť šírenia seizmických vĺn v nich je citeľne vyššia. V samom „suteréne“ spodného plášťa - v hĺbke 1 000 km a až po povrch jadra - sa hustota postupne zvyšuje. Z čoho pozostáva spodný plášť, zostáva záhadou.

Obr.4.4 Navrhovaná štruktúra Zeme

Predpokladá sa, že povrch jadra pozostáva z látky s vlastnosťami kvapaliny. Hranica jadra sa nachádza v hĺbke 2900 km. Ale vnútorná oblasť, začínajúca od hĺbky 5100 km, by sa mala správať ako pevné telo. Musí to byť spôsobené veľmi vysokým krvným tlakom. Dokonca aj na hornej hranici jadra je teoreticky vypočítaný tlak asi 1,3 milióna atm. a v strede dosahuje 3 milióny atm. Teplota tu môže presiahnuť 10 000 o C. Nakoľko sú však tieto predpoklady platné, môžeme len hádať (obr. 4.4). Hneď prvý test vŕtaním štruktúry zemskej kôry kontinentálneho typu zo žulovej vrstvy a pod ňou čadičovej vrstvy priniesol rôzne výsledky. Hovoríme o výsledkoch vŕtania superhlbokej studne Kola (obr. 4.5). Bola založená na severe polostrova Kola na čisto vedecké účely, aby odkryla údajne predpovedanú čadičovú vrstvu v hĺbke 7 km. Tam majú horniny rýchlosť pozdĺžnych seizmických vĺn 7,0-7,5 km/s. Podľa týchto údajov je všade identifikovaná čadičová vrstva. Toto miesto bolo zvolené preto, lebo podľa geofyzikálnych údajov sa tu čadičová vrstva v rámci ZSSR nachádza najbližšie k povrchu litosféry. Hore sú horniny s pozdĺžnymi rýchlosťami vĺn 6,0-6,5 km/s - žulová vrstva.

Obr. 4.5 Kola superhlboká studňa

Skutočný úsek, ktorý otvorila superhlboká studňa Kola, dopadol úplne inak. Do hĺbky 6842 m sú bežné pieskovce a tufy čadičového zloženia s telesami doleritov (kryptokryštalické bazalty), nižšie - ruly, žulové ruly a menej často - amfibolity. Najdôležitejšie na výsledkoch vŕtania superhlbokej studne Kola, jedinej na Zemi vyvŕtanej hlbšie ako 12 km, je to, že nielenže vyvrátili všeobecne uznávanú predstavu o štruktúre hornej časti litosféry, ale že predtým, ako boli získané, bolo vo všeobecnosti nemožné hovoriť o hmotnej štruktúre tejto hlbinnej zemegule. Školské ani vysokoškolské učebnice geografie a geológie však neuvádzajú výsledky vŕtania superhlbokého vrtu Kola a prezentácia časti Litosféra začína tým, čo sa hovorí o jadre, plášti a kôre, ktoré na kontinentoch tvorí žula. vrstva a pod ňou - čadičová vrstva.

Zemská atmosféra

Atmosféra Zem - vzduchový obal Zeme pozostávajúci hlavne z plynov a rôznych nečistôt (prach, kvapky vody, ľadové kryštály, morské soli, produkty spaľovania), ktorých množstvo nie je konštantné. Atmosféru do výšky 500 km tvorí troposféra, stratosféra, mezosféra, ionosféra (termosféra), exosféra (obr. 4.6)

Obr. 4.6 Štruktúra atmosféry do výšky 500 km

Troposféra- spodná, najviac skúmaná vrstva atmosféry, 8-10 km vysoká v polárnych oblastiach, do 10-12 km v miernych zemepisných šírkach a 16-18 km na rovníku. Troposféra obsahuje približne 80-90% celkovej hmotnosti atmosféry a takmer všetku vodnú paru. Pri stúpaní každých 100 m klesá teplota v troposfére v priemere o 0,65° a v hornej časti dosahuje 220 K (−53°C). Táto horná vrstva troposféry sa nazýva tropopauza.

Stratosféra- vrstva atmosféry nachádzajúca sa vo výške 11 až 50 km. Charakterizovaná miernou zmenou teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a zvýšením teploty vo vrstve 25-40 km z -56,5 na 0,8 °C (horná vrstva stratosféry alebo inverzná oblasť) . Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (asi 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosférou. Práve v stratosfére sa (v nadmorskej výške 15-20 až 55-60 km) nachádza ozónová vrstva („ozónová vrstva“), ktorá určuje hornú hranicu života v biosfére. Dôležitou zložkou stratosféry a mezosféry je O 3, ktorý vzniká v dôsledku fotochemických reakcií najintenzívnejšie vo výške ~ 30 km. Celková hmotnosť O 3 by pri normálnom tlaku predstavovala vrstvu s hrúbkou 1,7-4,0 mm, čo však stačí na absorbovanie život deštruktívneho UV žiarenia zo Slnka. K deštrukcii O3 dochádza, keď interaguje s voľnými radikálmi, NO a zlúčeninami obsahujúcimi halogén (vrátane „freónov“). V stratosfére sa väčšina krátkovlnnej časti ultrafialového žiarenia (180-200 nm) zadržiava a energia krátkych vĺn sa transformuje. Vplyvom týchto lúčov sa menia magnetické polia, molekuly sa rozpadajú, dochádza k ionizácii a vzniká nová tvorba plynov a iných chemických zlúčenín. Tieto procesy možno pozorovať vo forme polárnych svetiel, bleskov a iných žiaroviek. V stratosfére a vyšších vrstvách sa vplyvom slnečného žiarenia molekuly plynu disociujú na atómy (nad 80 km disociujú CO 2 a H 2, nad 150 km - O 2, nad 300 km - H 2). Vo výške 100-400 km dochádza k ionizácii plynov aj v ionosfére vo výške 320 km, koncentrácia nabitých častíc (O + 2, O − 2, N + 2) je ~ 1/300; koncentrácia neutrálnych častíc. V horných vrstvách atmosféry sú voľné radikály - OH, HO 2 atď. V stratosfére nie je takmer žiadna vodná para.

mezosféra začína v nadmorskej výške 50 km a siaha do 80-90 km. Teplota vzduchu vo výške 75-85 km klesá na -88°C. Horná hranica mezosféry je mezopauza.

Termosféra(iný názov je ionosféra) - vrstva atmosféry nadväzujúca na mezosféru - začína vo výške 80-90 km a siaha až do 800 km. Teplota vzduchu v termosfére sa rýchlo a neustále zvyšuje a dosahuje niekoľko stoviek až tisícov stupňov.

Exosféra- disperzná zóna, vonkajšia časť termosféry, nachádzajúca sa nad 800 km. Plyn v exosfére je veľmi riedky a odtiaľ jeho častice unikajú do medziplanetárneho priestoru

Koncentrácie plynov, ktoré tvoria atmosféru v prízemnej vrstve, sú takmer konštantné, s výnimkou vody (H 2 O) a oxidu uhličitého (CO 2). Zmena chemického zloženia atmosféry v závislosti od nadmorskej výšky je znázornená na obr. 4.7.

Zmena tlaku a teploty vrstvy atmosféry do výšky 35 km je znázornená na obr. 4.8.

Obr. 4.7 Zmena chemického zloženia atmosféry v počte atómov plynu na 1 cm3 výšky.

Zloženie povrchovej vrstvy atmosféry je uvedené v tabuľke 4.1:

Tabuľka 4.1

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra SO 2, CH 4, NH 3, CO, uhľovodíky, HCl, HF, pary Hg, I 2, ako aj NO a mnoho ďalších plynov v malých množstvách.

Obr. 4.8 Zmena tlaku a teploty vrstvy atmosféry do nadmorskej výšky 35 km

Primárna atmosféra Zeme bola podobná atmosfére iných planét. 89 % atmosféry Jupitera teda tvorí vodík. Ďalších približne 10 % tvorí hélium, zvyšné zlomky percent zaberá metán, čpavok a etán. Je tu tiež „sneh“ - vodný aj čpavkový ľad.

Atmosféru Saturnu tiež tvorí prevažne hélium a vodík (obr. 4.9)

Obr. 4.9 Atmosféra Saturnu

História vzniku zemskej atmosféry

1. Spočiatku ho tvorili ľahké plyny (vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Ide o tzv primárna atmosféra.

2. Aktívna vulkanická činnosť viedla k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (uhľovodíky, amoniak, vodná para). Takto to vzniklo sekundárna atmosféra.

3. Neustály únik vodíka do medziplanetárneho priestoru, chemické reakcie prebiehajúce v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, výboje blesku a niektoré ďalšie faktory viedli k vzniku terciárna atmosféra.

4. S objavením sa živých organizmov na Zemi v dôsledku fotosyntézy sprevádzanej uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého sa zloženie atmosféry začalo meniť a postupne sa formovalo moderné kvartér atmosfére (obr. 4.10). Existujú však údaje (analýza izotopového zloženia vzdušného kyslíka a kyslíka uvoľneného počas fotosyntézy), ktoré naznačujú geologický pôvod atmosférického kyslíka. Tvorba kyslíka z vody je uľahčená žiarením a fotochemickými reakciami. Ich prínos je však zanedbateľný. V priebehu rôznych období prešlo zloženie atmosféry a obsah kyslíka veľmi významnými zmenami. Súvisí to s globálnymi vymieraniami, zaľadneniami a inými globálnymi procesmi. Ustanovenie jeho rovnováhy bolo zrejme výsledkom objavenia sa heterotrofných organizmov na súši av oceáne a vulkanickej činnosti.

Obr. 4.10 Zemská atmosféra v rôznych obdobiach

Na rozdiel od rozšírenej mylnej predstavy je obsah kyslíka a dusíka v atmosfére prakticky nezávislý od lesov. Les v zásade nemôže výrazne ovplyvniť obsah CO 2 v atmosfére, pretože neakumuluje uhlík. Prevažná väčšina uhlíka sa vracia do atmosféry v dôsledku oxidácie opadaného lístia a stromov. Zdravý les je v rovnováhe s atmosférou a vracia presne toľko, koľko do procesu „dýchania“ berie. Tropické lesy navyše absorbujú kyslík častejšie, zatiaľ čo tajga kyslík „mierne“ uvoľňuje. V 90. rokoch sa uskutočnili experimenty na vytvorenie uzavretého ekologického systému („Biosféra 2“), počas ktorého nebolo možné vytvoriť stabilný systém s jednotným zložením vzduchu. Vplyv mikroorganizmov viedol k zníženiu hladiny kyslíka až o 15 % a zvýšeniu množstva oxidu uhličitého.

Za posledných 100 rokov sa obsah CO 2 v atmosfére zvýšil o 10 %, pričom väčšina (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva (obr. 4.11). Ak bude tempo rastu spaľovania paliva pokračovať, potom

Obr. 4.11 Pokrok vo zvyšovaní koncentrácií oxidu uhličitého a priemerných teplôt v posledných rokoch.

v priebehu nasledujúcich 50-60 rokov sa množstvo CO 2 v atmosfére zdvojnásobí a môže viesť ku globálnej zmene klímy.

Princíp skleníkového efektu je znázornený na obrázku 4.12.

Ryža. 4.12 Princípy skleníkového efektu

Ozónová vrstva sa nachádza v stratosfére vo výškach od 15 do 35 km (obr. 4.13):

Obr. 4.13 Štruktúra ozónovej vrstvy

V posledných rokoch koncentrácia ozónu v stratosfére prudko klesla, čo vedie k nárastu UV pozadia na Zemi, najmä v oblasti Antarktídy (obr. 4.14).

Obr. 4.14 Zmeny v ozónovej vrstve nad Antarktídou

Hydrosféra

Hydrosféra(grécky Hydor- voda + Sphaira- guľa) - súhrn všetkých zásob vody Zeme, prerušovaná vodná škrupina zemegule, ktorá sa nachádza na povrchu a v hrúbke zemskej kôry a predstavuje súhrn oceánov, morí a vodných plôch zeme.

3/4 povrchu Zeme zaberajú oceány, moria, nádrže a ľadovce. Množstvo vody v oceáne nie je konštantné a mení sa v priebehu času vplyvom rôznych faktorov. Kolísanie hladiny dosahuje v rôznych obdobiach existencie Zeme až 150 metrov. Podzemná voda je spojovacím článkom celej hydrosféry. Do úvahy sa berú len podzemné vody vyskytujúce sa v hĺbkach do 5 km. Uzatvárajú geologický kolobeh vody. Ich počet sa odhaduje na 10-5 tisíc kubických km alebo asi 7% celej hydrosféry.

Množstvo ľadu a snehu je jednou z najdôležitejších zložiek hydrosféry. Hmotnosť vody v ľadovcoch je 2,6 x 10 7 miliárd ton.

Pôdna voda zohráva v biosfére obrovskú úlohu, pretože... Práve vďaka vode prebiehajú v pôde biochemické procesy, ktoré zabezpečujú úrodnosť pôdy. Množstvo pôdnej vody sa odhaduje na 8x10 3 miliárd ton.

Rieky majú najmenšie množstvo vody v biosfére. Zásoby vody v riekach sa odhadujú na 1-2x10 3 miliardy ton. Riečne vody sú zvyčajne čerstvé, ich mineralizácia je nestabilná a mení sa v závislosti od ročného obdobia. Rieky tečú pozdĺž tektonicky vytvorených reliéfnych depresií.

Atmosférická voda spája hydrosféru a atmosféru. Atmosférická vlhkosť je vždy čerstvá. Hmotnosť atmosférickej vody je 14x103 miliárd ton. Jeho význam pre biosféru je veľmi veľký. Priemerný čas cirkulácie vody medzi hydrosférou a atmosférou je 9-10 dní.

Značná časť vody je v biosfére vo viazanom stave v živých organizmoch – 1,1x10 3 miliardy ton. Vo vodnom prostredí rastliny nepretržite filtrujú vodu cez svoj povrch. Na súši rastliny odoberajú vodu z pôdy svojimi koreňmi a transpirujú ju svojimi nadzemnými časťami. Na syntézu 1 gramu biomasy musia rastliny vypariť asi 100 gramov vody (Planktón prefiltruje všetku oceánsku vodu cez seba asi za 1 rok).

Pomer slanej a sladkej vody v hydrosfére je znázornený na obr. 4.15

Obr. 4.15 Pomer slanej a sladkej vody v hydrosfére

Väčšina vody je sústredená v oceáne, oveľa menej v kontinentálnej riečnej sieti a podzemných vodách. Veľké zásoby vody sú aj v atmosfére, vo forme mrakov a vodnej pary. Viac ako 96 % objemu hydrosféry tvoria moria a oceány, asi 2 % podzemná voda, asi 2 % ľad a sneh a asi 0,02 % povrchová voda pevniny. Časť vody je v pevnom stave vo forme ľadovcov, snehovej pokrývky a permafrostu, čo predstavuje kryosféru. Povrchové vody, ktoré zaberajú relatívne malý podiel z celkovej hmoty hydrosféry, napriek tomu zohrávajú životne dôležitú úlohu v živote našej planéty, pretože sú hlavným zdrojom zásobovania vodou, zavlažovania a zásobovania vodou. Vody hydrosféry sú v neustálej interakcii s atmosférou, zemskou kôrou a biosférou. Vzájomné pôsobenie týchto vôd a vzájomné prechody z jedného typu vody do druhého tvoria komplexný vodný cyklus na zemeguli. Život na Zemi najprv vznikol v hydrosfére. Až na začiatku paleozoickej éry sa začala postupná migrácia živočíchov a rastlinných organizmov na súš.

Jednou z najdôležitejších funkcií hydrosféry je akumulácia tepla, ktorá vedie ku globálnemu kolobehu vody v biosfére. Ohrievanie povrchových vôd Slnkom (obr. 4.16) vedie k redistribúcii tepla po celej planéte.

Obr. 4.16 Teplota povrchových vôd oceánu

Život v hydrosfére je rozmiestnený mimoriadne nerovnomerne. Významná časť hydrosféry má slabú populáciu organizmov. Platí to najmä v hlbinách oceánu, kde je málo svetla a relatívne nízke teploty.

Hlavné povrchové prúdy:

V severnej časti Tichého oceánu: teplé - Kuroshio, Severný Tichý oceán a Aljaška; studený - kalifornský a kurilský. V južnej časti: teplý - južný pasát a východný austrálsky; studené - západné vetry a peruánske (obr. 4.17). Prúdy severného Atlantického oceánu sú úzko koordinované s prúdmi Severného ľadového oceánu. V centrálnom Atlantiku sa voda ohrieva a posúva na sever Golfským prúdom, kde sa voda ochladzuje a klesá do hlbín Severného ľadového oceánu.

Encyklopedický YouTube

1 / 5

✪ Vesmírna loď Zem (14. epizóda) - Atmosféra

✪ Prečo nebola atmosféra stiahnutá do vesmírneho vákua?

✪ Vstup kozmickej lode Sojuz TMA-8 do zemskej atmosféry

✪ Štruktúra atmosféry, význam, štúdium

✪ O. S. Ugolnikov "Horná atmosféra. Stretnutie Zeme a vesmíru"

titulky

Atmosférická hranica

Atmosféra sa považuje za oblasť okolo Zeme, v ktorej plynné médium rotuje spolu so Zemou ako jeden celok. Atmosféra prechádza do medziplanetárneho priestoru postupne, v exosfére, počnúc výškou 500-1000 km od povrchu Zeme.

Podľa definície, ktorú navrhla Medzinárodná letecká federácia, je hranica atmosféry a vesmíru nakreslená pozdĺž línie Karman, ktorá sa nachádza vo výške asi 100 km, nad ktorou sú letecké lety úplne nemožné. NASA používa značku 122 kilometrov (400 000 stôp) ako atmosférickú hranicu, kde sa raketoplány prepínajú z poháňaného manévrovania na aerodynamické.

Fyzikálne vlastnosti

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NIE 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), uhľovodíky, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), páry Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), ako aj mnoho iných plynov v malých množstvách. Troposféra neustále obsahuje veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc (aerosólov). Najvzácnejší plyn v zemskej atmosfére je Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Štruktúra atmosféry

Hraničná vrstva atmosféry

Spodná vrstva troposféry (hrúbka 1-2 km), v ktorej stav a vlastnosti zemského povrchu priamo ovplyvňujú dynamiku atmosféry.

Troposféra

Jeho horná hranica je v nadmorskej výške 8-10 km v polárnych, 10-12 km v miernych a 16-18 km v tropických zemepisných šírkach; v zime nižšia ako v lete.
Spodná, hlavná vrstva atmosféry obsahuje viac ako 80 % celkovej hmotnosti atmosférického vzduchu a asi 90 % celkovej vodnej pary prítomnej v atmosfére. V troposfére sú vysoko rozvinuté turbulencie a konvekcia, objavujú sa oblaky a vznikajú cyklóny a anticyklóny. Teplota klesá so stúpajúcou nadmorskou výškou s priemerným vertikálnym gradientom 0,65°/100 metrov.

Tropopauza

Prechodová vrstva z troposféry do stratosféry, vrstva atmosféry, v ktorej sa pokles teploty s výškou zastavuje.

Stratosféra

Vrstva atmosféry nachádzajúca sa vo výške 11 až 50 km. Charakterizovaná miernou zmenou teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a nárastom vo vrstve 25-40 km z mínus 56,5 na plus 0,8 °C (horná vrstva stratosféry alebo inverzná oblasť). Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosférou.

Stratopauza

Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vo vertikálnom rozložení teploty je maximum (asi 0 °C).

mezosféra

Termosféra

Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, potom zostáva do vysokých nadmorských výšok takmer konštantná. Pod vplyvom slnečného žiarenia a kozmického žiarenia dochádza k ionizácii vzduchu („polárna žiara“) - hlavné oblasti ionosféry ležia vo vnútri termosféry. Vo výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík. Horná hranica termosféry je do značnej miery určená aktuálnou aktivitou Slnka. V obdobiach nízkej aktivity – napríklad v rokoch 2008 – 2009 – dochádza k výraznému poklesu veľkosti tejto vrstvy.

Termopauza

Oblasť atmosféry susediaca nad termosférou. V tejto oblasti je absorpcia slnečného žiarenia zanedbateľná a teplota sa v skutočnosti s nadmorskou výškou nemení.

Exosféra (rozptylová guľa)

Do výšky 100 km je atmosféra homogénna, dobre premiešaná zmes plynov. Vo vyšších vrstvách závisí rozloženie plynov podľa výšky od ich molekulových hmotností, koncentrácia ťažších plynov klesá rýchlejšie so vzdialenosťou od povrchu Zeme. V dôsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C v stratosfére na mínus 110 °C v mezosfére. Kinetická energia jednotlivých častíc však vo výškach 200-250 km zodpovedá teplote ~ 150 °C. Nad 200 km sú pozorované výrazné výkyvy teploty a hustoty plynu v čase a priestore.

Vo výške okolo 2000-3500 km sa exosféra postupne mení na tzv. blízke vesmírne vákuum, ktorý je naplnený vzácnymi časticami medziplanetárneho plynu, najmä atómami vodíka. Tento plyn však predstavuje len časť medziplanetárnej hmoty. Ďalšiu časť tvoria prachové častice kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne riedkych prachových častíc do tohto priestoru preniká elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.

Preskúmanie

Troposféra predstavuje asi 80% hmotnosti atmosféry, stratosféra - asi 20%; hmotnosť mezosféry nie je väčšia ako 0,3 %, termosféra je menšia ako 0,05 % z celkovej hmotnosti atmosféry.

Na základe elektrických vlastností v atmosfére rozlišujú neutrosféra A ionosféra .

V závislosti od zloženia plynu v atmosfére emitujú homosféra A heterosféra. Heterosféra- Toto je oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje oddeľovanie plynov, pretože ich miešanie v takejto nadmorskej výške je zanedbateľné. To znamená premenlivé zloženie heterosféry. Pod ním leží dobre premiešaná, homogénna časť atmosféry, nazývaná homosféra. Hranica medzi týmito vrstvami sa nazýva turbopauza, leží vo výške okolo 120 km.

Ďalšie vlastnosti atmosféry a účinky na ľudský organizmus

Už vo výške 5 km nad morom začína netrénovaný človek pociťovať hladovanie kyslíkom a bez prispôsobenia sa jeho výkonnosť výrazne klesá. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Ľudské dýchanie je nemožné vo výške 9 km, hoci približne do 115 km atmosféra obsahuje kyslík.

Atmosféra nám dodáva kyslík potrebný na dýchanie. Avšak v dôsledku poklesu celkového tlaku v atmosfére, keď stúpate do nadmorskej výšky, parciálny tlak kyslíka primerane klesá.

História vzniku atmosféry

Podľa najrozšírenejšej teórie mala zemská atmosféra počas svojej histórie tri rôzne zloženie. Spočiatku ho tvorili ľahké plyny (vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Ide o tzv primárna atmosféra. V ďalšom štádiu aktívna sopečná činnosť viedla k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). Takto to vzniklo sekundárna atmosféra. Táto atmosféra bola obnovujúca. Ďalej bol proces tvorby atmosféry určený nasledujúcimi faktormi:

• únik ľahkých plynov (vodík a hélium) do medziplanetárneho priestoru;
• chemické reakcie prebiehajúce v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, bleskových výbojov a niektorých ďalších faktorov.

Postupne tieto faktory viedli k vzniku terciárna atmosféra, vyznačujúci sa oveľa nižším obsahom vodíka a oveľa vyšším obsahom dusíka a oxidu uhličitého (vzniká ako výsledok chemických reakcií z amoniaku a uhľovodíkov).

Dusík

Vznik veľkého množstva dusíka je spôsobený oxidáciou amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym kyslíkom O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), ktorý začal pochádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy, ktorá sa začala pred 3 miliardami rokov. Tiež dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) uvoľnené do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík sa ozónom oxiduje na NIE (\displaystyle ((\ce (NO)))) v horných vrstvách atmosféry.

Dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reaguje len za špecifických podmienok (napríklad pri výboji blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom pri elektrických výbojoch sa v malých množstvách využíva pri priemyselnej výrobe dusíkatých hnojív. Sinice (modrozelené riasy) a nodulové baktérie, ktoré tvoria rizobiálnu symbiózu so strukovinami, ktoré môžu byť účinným zeleným hnojením – rastliny, ktoré pôdu nevyčerpávajú, ale obohacujú prírodnými hnojivami, dokážu ju pri nízkej spotrebe energie okysličiť a premeniť do biologicky aktívnej formy.

Kyslík

Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s objavením sa živých organizmov na Zemi v dôsledku fotosyntézy, sprevádzanej uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík vynakladal na oxidáciu redukovaných zlúčenín - amoniaku, uhľovodíkov, železitej formy železa obsiahnutej v oceánoch a iných. Na konci tejto fázy sa obsah kyslíka v atmosfére začal zvyšovať. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra s oxidačnými vlastnosťami. Keďže to spôsobilo vážne a náhle zmeny v mnohých procesoch vyskytujúcich sa v atmosfére, litosfére a biosfére, táto udalosť sa nazývala kyslíková katastrofa.

Vzácne plyny

Znečistenie vzduchu

V poslednej dobe ľudia začali ovplyvňovať vývoj atmosféry. Výsledkom ľudskej činnosti bolo neustále zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických érach. Pri fotosyntéze sa spotrebuje obrovské množstvo a pohlcujú ho svetové oceány. Tento plyn sa dostáva do atmosféry rozkladom uhličitanových hornín a organických látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj vulkanizmom a priemyselnou činnosťou človeka. Obsah za posledných 100 rokov CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) v atmosfére vzrástol o 10 %, pričom väčšina (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva. Ak bude tempo rastu spaľovania paliva pokračovať, potom v nasledujúcich 200-300 rokoch množstvo CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) v atmosfére sa zdvojnásobí a môže viesť k

Atmosféra (zo starogréčtiny ἀτμός - para a σφαῖρα - guľa) je plynový obal (geosféra) obklopujúci planétu Zem. Jeho vnútorný povrch pokrýva hydrosféru a čiastočne aj zemskú kôru, zatiaľ čo jeho vonkajší povrch hraničí s blízkozemskou časťou kozmického priestoru.

Súbor odborov fyziky a chémie, ktoré študujú atmosféru, sa zvyčajne nazýva atmosférická fyzika. Atmosféra určuje počasie na zemskom povrchu, meteorológia študuje počasie a klimatológia sa zaoberá dlhodobými zmenami klímy.

Fyzikálne vlastnosti

Hrúbka atmosféry je približne 120 km od povrchu Zeme. Celková hmotnosť vzduchu v atmosfére je (5,1-5,3) 1018 kg. Z toho hmotnosť suchého vzduchu je (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, celková hmotnosť vodnej pary je v priemere 1,27 1016 kg.

Molárna hmotnosť čistého suchého vzduchu je 28,966 g/mol a hustota vzduchu na hladine mora je približne 1,2 kg/m3. Tlak pri 0 °C na hladine mora je 101,325 kPa; kritická teplota - −140,7 °C (~132,4 K); kritický tlak - 3,7 MPa; Cp pri 0 °C - 1,0048.103 J/(kg.K), Cv - 0,7159.103 J/(kg.K) (pri 0 °C). Rozpustnosť vzduchu vo vode (hmotnostne) pri 0 °C - 0,0036 %, pri 25 °C - 0,0023 %.

Ako „normálne podmienky“ na zemskom povrchu sú akceptované: hustota 1,2 kg/m3, barometrický tlak 101,35 kPa, teplota plus 20 °C a relatívna vlhkosť 50 %. Tieto podmienené ukazovatele majú čisto inžiniersky význam.

Chemické zloženie

Atmosféra Zeme vznikla v dôsledku uvoľňovania plynov pri sopečných erupciách. S príchodom oceánov a biosféry vznikol v dôsledku výmeny plynov s vodou, rastlinami, živočíchmi a produktmi ich rozkladu v pôdach a močiaroch.

V súčasnosti sa zemská atmosféra skladá najmä z plynov a rôznych nečistôt (prach, kvapôčky vody, ľadové kryštály, morské soli, splodiny horenia).

Koncentrácia plynov, ktoré tvoria atmosféru, je takmer konštantná, s výnimkou vody (H2O) a oxidu uhličitého (CO2).

Zloženie suchého vzduchu

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra SO2, NH3, CO, ozón, uhľovodíky, HCl, HF, pary Hg, I2, ako aj NO a mnoho ďalších plynov v malých množstvách. Troposféra neustále obsahuje veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc (aerosólov).

Štruktúra atmosféry

Troposféra

Jeho horná hranica je v nadmorskej výške 8-10 km v polárnych, 10-12 km v miernych a 16-18 km v tropických zemepisných šírkach; v zime nižšia ako v lete. Spodná, hlavná vrstva atmosféry obsahuje viac ako 80 % celkovej hmotnosti atmosférického vzduchu a asi 90 % celkovej vodnej pary prítomnej v atmosfére. V troposfére sú vysoko rozvinuté turbulencie a konvekcia, vznikajú oblaky a vznikajú cyklóny a anticyklóny. Teplota klesá so stúpajúcou nadmorskou výškou s priemerným vertikálnym sklonom 0,65°/100 m

Tropopauza

Prechodová vrstva z troposféry do stratosféry, vrstva atmosféry, v ktorej sa pokles teploty s výškou zastavuje.

Stratosféra

Vrstva atmosféry nachádzajúca sa vo výške 11 až 50 km. Charakterizovaná miernou zmenou teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a zvýšením teploty vo vrstve 25-40 km z -56,5 na 0,8 °C (horná vrstva stratosféry alebo inverzná oblasť) . Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosférou.

Stratopauza

Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vo vertikálnom rozložení teploty je maximum (asi 0 °C).

mezosféra

Mezosféra začína vo výške 50 km a siaha do 80-90 km. Teplota klesá s výškou s priemerným vertikálnym sklonom (0,25-0,3)°/100 m Hlavným energetickým procesom je prenos tepla sálaním. Zložité fotochemické procesy zahŕňajúce voľné radikály, vibračne excitované molekuly atď. spôsobujú atmosférickú luminiscenciu.

Mezopauza

Prechodná vrstva medzi mezosférou a termosférou. Vo vertikálnom rozložení teplôt je minimum (asi -90 °C).

Línia Karman

Výška nad hladinou mora, ktorá sa bežne považuje za hranicu medzi zemskou atmosférou a vesmírom. Podľa definície FAI sa línia Karman nachádza vo výške 100 km nad morom.

Hranica zemskej atmosféry

Termosféra

Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, potom zostáva do vysokých nadmorských výšok takmer konštantná. Pod vplyvom ultrafialového a röntgenového slnečného žiarenia a kozmického žiarenia dochádza k ionizácii vzduchu („polárna žiara“) - hlavné oblasti ionosféry ležia vo vnútri termosféry. Vo výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík. Horná hranica termosféry je do značnej miery určená aktuálnou aktivitou Slnka. V obdobiach nízkej aktivity – napríklad v rokoch 2008 – 2009 – dochádza k výraznému poklesu veľkosti tejto vrstvy.

Termopauza

Oblasť atmosféry susediaca s termosférou. V tejto oblasti je absorpcia slnečného žiarenia zanedbateľná a teplota sa v skutočnosti s nadmorskou výškou nemení.

Exosféra (rozptylová guľa)

Exosféra je disperzná zóna, vonkajšia časť termosféry, ktorá sa nachádza nad 700 km. Plyn v exosfére je veľmi riedky a odtiaľ jeho častice unikajú do medziplanetárneho priestoru (disipácia).

Do výšky 100 km je atmosféra homogénna, dobre premiešaná zmes plynov. Vo vyšších vrstvách závisí rozloženie plynov podľa výšky od ich molekulových hmotností, koncentrácia ťažších plynov klesá rýchlejšie so vzdialenosťou od povrchu Zeme. V dôsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C v stratosfére na −110 °C v mezosfére. Kinetická energia jednotlivých častíc však vo výškach 200-250 km zodpovedá teplote ~150 °C. Nad 200 km sú pozorované výrazné výkyvy teploty a hustoty plynu v čase a priestore.

Vo výške asi 2000-3500 km sa exosféra postupne mení na takzvané blízkovesmírne vákuum, ktoré je vyplnené vysoko riedkymi časticami medziplanetárneho plynu, najmä atómami vodíka. Tento plyn však predstavuje len časť medziplanetárnej hmoty. Ďalšiu časť tvoria prachové častice kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne riedkych prachových častíc do tohto priestoru preniká elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.

Troposféra predstavuje asi 80% hmotnosti atmosféry, stratosféra - asi 20%; hmotnosť mezosféry nie je väčšia ako 0,3 %, termosféra je menšia ako 0,05 % z celkovej hmotnosti atmosféry. Na základe elektrických vlastností v atmosfére sa rozlišuje neutronosféra a ionosféra. V súčasnosti sa verí, že atmosféra siaha do nadmorskej výšky 2000-3000 km.

V závislosti od zloženia plynu v atmosfére sa rozlišuje homosféra a heterosféra. Heterosféra je oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje separáciu plynov, pretože ich miešanie v takej výške je zanedbateľné. To znamená premenlivé zloženie heterosféry. Pod ním leží dobre premiešaná, homogénna časť atmosféry nazývaná homosféra. Hranica medzi týmito vrstvami sa nazýva turbopauza leží vo výške asi 120 km.

Ďalšie vlastnosti atmosféry a účinky na ľudský organizmus

Už vo výške 5 km nad morom začína netrénovaný človek pociťovať hladovanie kyslíkom a bez prispôsobenia sa jeho výkonnosť výrazne klesá. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Ľudské dýchanie je nemožné vo výške 9 km, hoci približne do 115 km atmosféra obsahuje kyslík.

Atmosféra nám dodáva kyslík potrebný na dýchanie. Avšak v dôsledku poklesu celkového tlaku v atmosfére, keď stúpate do nadmorskej výšky, parciálny tlak kyslíka primerane klesá.

Ľudské pľúca neustále obsahujú asi 3 litre alveolárneho vzduchu. Parciálny tlak kyslíka v alveolárnom vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku je 110 mmHg. Art., tlak oxidu uhličitého - 40 mm Hg. Art., a vodná para - 47 mm Hg. čl. So zvyšujúcou sa nadmorskou výškou tlak kyslíka klesá a celkový tlak pár vody a oxidu uhličitého v pľúcach zostáva takmer konštantný - asi 87 mm Hg. čl. Prívod kyslíka do pľúc sa úplne zastaví, keď sa tlak okolitého vzduchu vyrovná tejto hodnote.

Vo výške asi 19-20 km klesá atmosférický tlak na 47 mm Hg. čl. Preto v tejto nadmorskej výške začne v ľudskom tele vrieť voda a intersticiálna tekutina. Mimo pretlakovej kabíny v týchto nadmorských výškach nastáva smrť takmer okamžite. Z hľadiska ľudskej fyziológie teda „priestor“ začína už v nadmorskej výške 15-19 km.

Husté vrstvy vzduchu – troposféra a stratosféra – nás chránia pred škodlivými účinkami žiarenia. Pri dostatočnej riedkosti vzduchu vo výškach nad 36 km intenzívne pôsobí na organizmus ionizujúce žiarenie - primárne kozmické žiarenie; Vo výškach nad 40 km je ultrafialová časť slnečného spektra pre človeka nebezpečná.

Ako stúpame do stále väčšej výšky nad zemským povrchom, tak známe javy pozorované v nižších vrstvách atmosféry ako šírenie zvuku, výskyt aerodynamického vztlaku a odporu, prenos tepla konvekciou atď. postupne slabnú a potom úplne miznú.

V riedkych vrstvách vzduchu je šírenie zvuku nemožné. Do výšok 60-90 km je stále možné využiť odpor vzduchu a vztlak na riadený aerodynamický let. Počnúc výškami 100 – 130 km však pojmy čísla M a zvukovej bariéry, ktoré pozná každý pilot, strácajú svoj význam: leží tu konvenčná Karmanova línia, za ktorou začína oblasť čisto balistického letu, ktorá môže ovládať pomocou reaktívnych síl.

Vo výškach nad 100 km je atmosféra zbavená ďalšej pozoruhodnej vlastnosti - schopnosti absorbovať, viesť a prenášať tepelnú energiu konvekciou (t.j. miešaním vzduchu). To znamená, že rôzne prvky vybavenia na orbitálnej vesmírnej stanici nebude možné chladiť zvonku tak, ako sa to zvyčajne robí v lietadle – pomocou vzduchových trysiek a vzduchových radiátorov. V tejto nadmorskej výške, ako vo vesmíre všeobecne, je jediným spôsobom prenosu tepla tepelné žiarenie.

História vzniku atmosféry

Podľa najbežnejšej teórie mala zemská atmosféra v priebehu času tri rôzne zloženie. Spočiatku ho tvorili ľahké plyny (vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Ide o takzvanú primárnu atmosféru (asi pred štyrmi miliardami rokov). V ďalšom štádiu aktívna sopečná činnosť viedla k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). Takto vznikla sekundárna atmosféra (asi tri miliardy rokov pred dneškom). Táto atmosféra bola obnovujúca. Ďalej bol proces tvorby atmosféry určený nasledujúcimi faktormi:

• únik ľahkých plynov (vodík a hélium) do medziplanetárneho priestoru;
• chemické reakcie prebiehajúce v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, bleskových výbojov a niektorých ďalších faktorov.

Postupne tieto faktory viedli k vytvoreniu terciárnej atmosféry, ktorá sa vyznačuje oveľa menším množstvom vodíka a oveľa väčším množstvom dusíka a oxidu uhličitého (vzniká ako výsledok chemických reakcií z amoniaku a uhľovodíkov).

Dusík

Vznik veľkého množstva dusíka N2 je spôsobený oxidáciou amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym kyslíkom O2, ktorý začal prichádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy, ktorá sa začala pred 3 miliardami rokov. Dusík N2 sa tiež uvoľňuje do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík je oxidovaný ozónom na NO vo vyšších vrstvách atmosféry.

Dusík N2 reaguje len za špecifických podmienok (napríklad pri výboji blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom pri elektrických výbojoch sa v malých množstvách využíva pri priemyselnej výrobe dusíkatých hnojív. Sinice (modrozelené riasy) a uzlové baktérie, ktoré tvoria rizobiálnu symbiózu so strukovinami, tzv., ho dokážu pri nízkej spotrebe energie oxidovať a premieňať na biologicky aktívnu formu. zelené hnojenie.

Kyslík

Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s objavením sa živých organizmov na Zemi v dôsledku fotosyntézy, sprevádzanej uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík vynakladal na oxidáciu redukovaných zlúčenín - amoniaku, uhľovodíkov, železitých foriem železa obsiahnutých v oceánoch atď. Na konci tejto etapy sa obsah kyslíka v atmosfére začal zvyšovať. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra s oxidačnými vlastnosťami. Keďže to spôsobilo vážne a náhle zmeny v mnohých procesoch vyskytujúcich sa v atmosfére, litosfére a biosfére, táto udalosť sa nazývala kyslíková katastrofa.

Počas fanerozoika došlo k zmenám v zložení atmosféry a obsahu kyslíka. Korelovali predovšetkým s rýchlosťou ukladania organického sedimentu. V obdobiach akumulácie uhlia teda obsah kyslíka v atmosfére zjavne výrazne prevyšoval modernú úroveň.

Oxid uhličitý

Obsah CO2 v atmosfére závisí od vulkanickej činnosti a chemických procesov v zemských obaloch, ale predovšetkým od intenzity biosyntézy a rozkladu organickej hmoty v biosfére Zeme. Takmer celá súčasná biomasa planéty (asi 2,4 1012 ton) je tvorená oxidom uhličitým, dusíkom a vodnou parou obsiahnutou v atmosférickom vzduchu. Organické látky pochované v oceáne, močiaroch a lesoch sa menia na uhlie, ropu a zemný plyn.

Vzácne plyny

Zdrojom vzácnych plynov – argónu, hélia a kryptónu – sú sopečné erupcie a rozpad rádioaktívnych prvkov. Zem vo všeobecnosti a atmosféra zvlášť sú v porovnaní s vesmírom ochudobnené o inertné plyny. Predpokladá sa, že dôvodom je neustály únik plynov do medziplanetárneho priestoru.

Znečistenie vzduchu

V poslednej dobe ľudia začali ovplyvňovať vývoj atmosféry. Výsledkom jeho činnosti bolo neustále zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických érach. Obrovské množstvo CO2 sa spotrebuje počas fotosyntézy a absorbuje ho svetové oceány. Tento plyn sa dostáva do atmosféry rozkladom uhličitanových hornín a organických látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj vulkanizmom a priemyselnou činnosťou človeka. Za posledných 100 rokov sa obsah CO2 v atmosfére zvýšil o 10 %, pričom väčšina (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva. Ak bude tempo rastu spaľovania paliva pokračovať, potom sa v nasledujúcich 200 – 300 rokoch množstvo CO2 v atmosfére zdvojnásobí a môže viesť ku globálnej zmene klímy.

Spaľovanie paliva je hlavným zdrojom znečisťujúcich plynov (CO, NO, SO2). Oxid siričitý sa oxiduje vzdušným kyslíkom na SO3 a oxidom dusíka na NO2 v horných vrstvách atmosféry, ktoré následne interagujú s vodnou parou a výsledná kyselina sírová H2SO4 a kyselina dusičná HNO3 padajú na povrch Zeme v formou tzv. kyslý dážď. Používanie spaľovacích motorov vedie k výraznému znečisteniu ovzdušia oxidmi dusíka, uhľovodíkmi a zlúčeninami olova (tetraetylolovo) Pb(CH3CH2)4.

Aerosólové znečistenie atmosféry je spôsobené tak prírodnými príčinami (výbuchy sopiek, prachové búrky, strhávanie kvapiek morskej vody a peľu rastlín atď.), ako aj hospodárskou činnosťou človeka (ťažba rúd a stavebných materiálov, spaľovanie paliva, výroba cementu atď.). ). Intenzívne rozsiahle uvoľňovanie pevných častíc do atmosféry je jednou z možných príčin klimatických zmien na planéte.

(Navštívené 580-krát, dnes 1 návštev)

Je neviditeľný, a predsa bez neho nemôžeme žiť.

Každý z nás chápe, aký nevyhnutný je vzduch pre život. Výraz „Je to potrebné ako vzduch“ možno počuť, keď sa hovorí o niečom veľmi dôležitom pre život človeka. Od detstva vieme, že žiť a dýchať je prakticky to isté.

Viete, ako dlho môže človek žiť bez vzduchu?

Nie všetci ľudia vedia, koľko vzduchu dýchajú. Ukazuje sa, že za deň, pri asi 20 000 nádychoch a výdychoch, človek prejde pľúcami 15 kg vzduchu, pričom absorbuje len asi 1,5 kg potravy a 2-3 kg vody. Vzduch je zároveň niečo, čo považujeme za samozrejmosť, ako každé ráno východ slnka. Žiaľ, cítime to len vtedy, keď je ho málo, alebo keď je znečistený. Zabúdame, že všetok život na Zemi, ktorý sa vyvíjal milióny rokov, sa prispôsobil životu v atmosfére určitého prírodného zloženia.

Pozrime sa, z čoho pozostáva vzduch.

A na záver: Vzduch je zmes plynov. Kyslík je v ňom asi 21 % (približne 1/5 objemu), dusík tvorí asi 78 %. Zvyšné požadované zložky sú inertné plyny (predovšetkým argón), oxid uhličitý a ďalšie chemické zlúčeniny.

Zloženie vzduchu začali skúmať v 18. storočí, keď sa chemici naučili zbierať plyny a robiť s nimi pokusy. Ak vás zaujíma história vedy, pozrite si krátky film venovaný histórii objavovania vzduchu.

Kyslík obsiahnutý vo vzduchu je potrebný na dýchanie živých organizmov. Čo je podstatou dýchacieho procesu? Ako viete, v procese dýchania telo spotrebúva kyslík zo vzduchu. Vzduchový kyslík je potrebný pre mnohé chemické reakcie, ktoré nepretržite prebiehajú vo všetkých bunkách, tkanivách a orgánoch živých organizmov. Počas týchto reakcií za účasti kyslíka tie látky, ktoré prichádzajú s jedlom, pomaly „horia“ a vytvárajú oxid uhličitý. Zároveň sa uvoľňuje energia v nich obsiahnutá. Vďaka tejto energii existuje telo, ktoré ju využíva na všetky funkcie - syntézu látok, svalovú kontrakciu, fungovanie všetkých orgánov atď.

V prírode existujú aj niektoré mikroorganizmy, ktoré môžu využívať dusík v procese života. V dôsledku oxidu uhličitého obsiahnutého vo vzduchu dochádza k procesu fotosyntézy a biosféra Zeme ako celku žije.

Ako viete, vzduchový obal Zeme sa nazýva atmosféra. Atmosféra sa rozprestiera približne 1000 km od Zeme - je to akási bariéra medzi Zemou a vesmírom. Podľa povahy teplotných zmien v atmosfére existuje niekoľko vrstiev:

Atmosféra- Toto je druh bariéry medzi Zemou a vesmírom. Zjemňuje účinky kozmického žiarenia a poskytuje na Zemi podmienky pre rozvoj a existenciu života. Práve atmosféra prvej zo zemských schránok sa stretáva so slnečnými lúčmi a pohlcuje tvrdé ultrafialové žiarenie Slnka, ktoré má neblahý vplyv na všetky živé organizmy.

Ďalšia „prednosť“ atmosféry súvisí so skutočnosťou, že takmer úplne absorbuje vlastné neviditeľné tepelné (infračervené) žiarenie Zeme a väčšinu z neho vracia späť. To znamená, že atmosféra, priehľadná pre slnečné lúče, zároveň predstavuje vzduchovú „prikrývku“, ktorá nedovoľuje Zemi vychladnúť. Naša planéta si tak udržuje optimálnu teplotu pre život rôznych živých bytostí.

Zloženie modernej atmosféry je jedinečné, jediné v našom planetárnom systéme.

Primárna atmosféra Zeme pozostávala z metánu, amoniaku a iných plynov. Spolu s vývojom planéty sa výrazne menila aj atmosféra. Živé organizmy zohrávali vedúcu úlohu pri formovaní zloženia atmosférického vzduchu, ktorý vznikol a udržiava sa s ich účasťou v súčasnosti. Môžete sa podrobnejšie pozrieť na históriu vzniku atmosféry na Zemi.

Prirodzené procesy spotreby a tvorby zložiek atmosféry sa približne navzájom vyrovnávajú, to znamená, že zabezpečujú konštantné zloženie plynov, ktoré tvoria atmosféru.

Bez ľudskej ekonomickej aktivity sa príroda vyrovnáva s takými javmi, akými sú vstup sopečných plynov do atmosféry, dym z prírodných požiarov, prach z prírodných prachových búrok. Tieto emisie sa rozptyľujú do atmosféry, usadzujú sa alebo padajú na zemský povrch ako zrážky. Pôdne mikroorganizmy sa pre ne berú a v konečnom dôsledku ich spracovávajú na oxid uhličitý, síru a dusíkaté zlúčeniny pôdy, teda na „obyčajné“ zložky vzduchu a pôdy. To je dôvod, prečo má atmosférický vzduch v priemere konštantné zloženie. S objavením sa človeka na Zemi, najprv postupne, potom rýchlo a teraz hrozivo, sa začal proces zmeny plynného zloženia vzduchu a ničenia prirodzenej stability atmosféry.Asi pred 10 000 rokmi sa ľudia naučili používať oheň. K prírodným zdrojom znečistenia pribudli splodiny spaľovania rôznych druhov palív. Najprv to bolo drevo a iné druhy rastlinného materiálu.

V súčasnosti najviac škodí atmosfére umelo vyrobené palivo – ropné produkty (benzín, petrolej, nafta, vykurovací olej) a syntetické palivo. Pri spaľovaní vznikajú oxidy dusíka a síry, oxid uhoľnatý, ťažké kovy a iné toxické látky neprírodného pôvodu (znečisťujúce látky).

Vzhľadom na obrovský rozsah technológií používaných v dnešnej dobe si možno predstaviť, koľko motorov áut, lietadiel, lodí a iných zariadení sa vygeneruje každú sekundu. zabili atmosféru Aleksashina I.Yu., Kosmodamiansky A.V., Oreščenko N.I. Prírodoveda: Učebnica pre 6. ročník všeobecnovzdelávacích inštitúcií. – Petrohrad: SpetsLit, 2001. – 239 s. .

Prečo sú trolejbusy a električky považované za ekologické druhy dopravy v porovnaní s autobusmi?

Zvlášť nebezpečné pre všetko živé sú tie stabilné aerosólové systémy, ktoré sa tvoria v atmosfére spolu s kyslými a mnohými ďalšími plynnými priemyselnými odpadmi. Európa je jednou z najhustejšie obývaných a najpriemyselnejších častí sveta. Výkonný dopravný systém, veľký priemysel, vysoká spotreba fosílnych palív a nerastných surovín vedú k citeľnému zvýšeniu koncentrácií znečisťujúcich látok v ovzduší. Takmer vo všetkých veľkých mestách Európy existuje smog Smog je aerosól pozostávajúci z dymu, hmly a prachu, jeden z typov znečistenia ovzdušia vo veľkých mestách a priemyselných centrách. Viac informácií nájdete na: http://ru.wikipedia.org/wiki/Smog a v ovzduší sú pravidelne zaznamenávané zvýšené hladiny nebezpečných znečisťujúcich látok ako sú oxidy dusíka a síry, oxid uhoľnatý, benzén, fenoly, jemný prach a pod.

Niet pochýb o tom, že existuje priama súvislosť medzi nárastom obsahu škodlivých látok v atmosfére a nárastom alergických a respiračných ochorení, ako aj množstva iných ochorení.

V súvislosti s nárastom počtu áut v mestách a plánovaným priemyselným rozvojom v mnohých ruských mestách sú potrebné vážne opatrenia, ktoré nevyhnutne zvýšia množstvo emisií znečisťujúcich látok do atmosféry.

Pozrite sa, ako sa riešia problémy s čistotou vzduchu v „zelenom hlavnom meste Európy“ – Štokholme.

Súbor opatrení na zlepšenie kvality ovzdušia musí nevyhnutne zahŕňať zlepšenie environmentálnych vlastností automobilov; výstavba systémov čistenia plynu v priemyselných podnikoch; používanie zemného plynu namiesto uhlia ako paliva v energetických podnikoch. Teraz v každej vyspelej krajine existuje služba monitorovania stavu čistoty ovzdušia v mestách a priemyselných centrách, ktorá súčasnú zlú situáciu trochu zlepšila. V Petrohrade teda existuje automatizovaný systém na monitorovanie atmosférického vzduchu Petrohradu (ASM). Vďaka nej sa o stave atmosférického vzduchu môžu dozvedieť nielen štátne a samosprávne orgány, ale aj obyvatelia mesta.

Zdravie obyvateľov Petrohradu - metropoly s rozvinutou sieťou dopravných komunikácií - ovplyvňujú predovšetkým hlavné znečisťujúce látky: oxid uhoľnatý, oxidy dusíka, oxid dusičitý, suspendované látky (prach), oxid siričitý, ktoré vstupujú do ovzdušia mesta emisiami z tepelných elektrární, priemyslu a dopravy. V súčasnosti predstavuje podiel emisií z motorových vozidiel 80 % z celkových emisií hlavných znečisťujúcich látok. (Podľa odborných odhadov má vo viac ako 150 mestách Ruska prevažujúci vplyv na znečistenie ovzdušia motorová doprava).

Ako sa darí vo vašom meste? Čo by sa podľa vás dalo a malo urobiť, aby bolo ovzdušie v našich mestách čistejšie?

Poskytujú sa informácie o úrovni znečistenia ovzdušia v oblastiach, kde sa nachádzajú stanice AFM v Petrohrade.

Treba povedať, že v Petrohrade bol zaznamenaný trend znižovania emisií znečisťujúcich látok do ovzdušia, ale príčiny tohto javu sú spojené predovšetkým s poklesom počtu prevádzkovaných podnikov. Je jasné, že z ekonomického hľadiska to nie je najlepší spôsob, ako znížiť znečistenie.

Urobme závery.

Vzdušný obal Zeme – atmosféra – je nevyhnutný pre existenciu života. Plyny, ktoré tvoria vzduch, sa podieľajú na takých dôležitých procesoch, ako je dýchanie a fotosyntéza. Atmosféra odráža a pohlcuje slnečné žiarenie a chráni tak živé organizmy pred škodlivými röntgenovými a ultrafialovými lúčmi. Oxid uhličitý zachytáva tepelné žiarenie zo zemského povrchu. Atmosféra Zeme je jedinečná! Závisí od toho naše zdravie a život.

Človek bezmyšlienkovito hromadí odpad zo svojej činnosti v atmosfére, čo spôsobuje vážne environmentálne problémy. Všetci si musíme nielen uvedomiť svoju zodpovednosť za stav ovzdušia, ale aj podľa svojich možností urobiť, čo je v našich silách, aby sme zachovali čistotu ovzdušia, základ nášho života.