У атмосфері переважає. Основні шари атмосфери землі у порядку зростання

Атмосфера – це повітряна оболонка Землі. Що простягається вгору на 3000 км від земної поверхні. Її сліди простежуються до висоти до 10000 км. А. має нерівномірну щільність 50 5 її маси зосереджені до 5 км, 75% - до 10 км, 90% до 16 км.

Атмосфера складається з повітря – механічної суміші кількох газів.

Азот(78 %) в атмосфері грає роль розріджувача кисню, регулюючи темп окислення, отже, швидкість і напруженість біологічних процесів. Азот - головний елемент земної атмосфери, який безперервно обмінюється з живою речовиною біосфери, причому складовими частинами останнього є сполуки азоту (амінокислоти, пурини та ін). Вилучення азоту з атмосфери відбувається неорганічним та біохімічним шляхами, хоча вони тісно взаємопов'язані. Неорганічне вилучення пов'язані з утворенням його сполук N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 . Вони перебувають у атмосферних опадах і утворюються у атмосфері під впливом електричних розрядів під час гроз чи фотохімічних реакцій під впливом сонячної радіації.

Біологічне зв'язування азоту здійснюється деякими бактеріями у симбіозі з вищими рослинами у ґрунтах. Азот також фіксується деякими мікроорганізмами планктону та водоростями у морському середовищі. У кількісному відношенні біологічне зв'язування азоту перевищує його неорганічну фіксацію. Обмін всього азоту атмосфери відбувається приблизно 10 млн. років. Азот міститься в газах вулканічного походження та у вивержених гірських породах. При нагріванні різних зразків кристалічних порід та метеоритів азот звільняється у вигляді молекул N 2 та NH 3 . Однак головною формою присутності азоту як на Землі, так і на планетах земної групи є молекулярна. Аміак, потрапляючи до верхніх шарів атмосфери, швидко окислюється, вивільняючи азот. В осадових гірських породах він захоронюється разом з органічною речовиною і перебуває у підвищеній кількості бітумінозних відкладеннях. У процесі регіонального метаморфізму цих порід азот у різній формі виділяється в атмосферу Землі.

Геохімічний кругообіг азоту (

Кисень(21%) використовується живими організмами для дихання, входить до складу органічної речовини (білки, жири, вуглеводи). Озон О 3 . затримує згубну для життя ультрафіолетову радіацію Сонця.

Кисень – другий за поширенням газ атмосфери, що грає винятково важливу роль у багатьох процесах біосфери. Панівною формою існування є Про 2 . У верхніх шарах атмосфери під впливом ультрафіолетової радіації відбувається дисоціація молекул кисню, а на висоті приблизно 200 км відношення атомарного кисню до молекулярного (О: Про 2) стає рівним 10. При взаємодії цих форм кисню в атмосфері (на висоті 20-30 км) озоновий пояс (озоновий екран). Озон (О 3) необхідний живим організмам, затримуючи згубну їм більшу частину ультрафіолетової радіації Сонця.

На ранніх етапах розвитку Землі вільний кисень виникав у дуже малих кількостях внаслідок фотодисоціації молекул вуглекислого газу та води у верхніх шарах атмосфери. Однак ці малі кількості швидко витрачалися на окислення інших газів. З появою в океані автотрофних фотосинтезуючих організмів становище суттєво змінилося. Кількість вільного кисню у атмосфері стало прогресивно зростати, активно окислюючи багато компонентів біосфери. Так, перші порції вільного кисню сприяли насамперед переходу закисних форм заліза в окисні, а сульфідів у сульфати.

Зрештою кількість вільного кисню в атмосфері Землі досягла певної маси і виявилася збалансованою таким чином, що кількість виробленого дорівнювала кількості поглинається. У атмосфері встановилося відносне сталість вмісту вільного кисню.

Геохімічний кругообіг кисню (В.А. Вронський, Г.В. Войткевич)

Вуглекислий газ, йде на освіту живої речовини, а разом із водяною парою створює так званий «оранжерейний (парниковий) ефект».

Вуглець (вуглекислота) - його більша частина в атмосфері знаходиться у вигляді 2 і значно менша у формі СН 4 . Значення геохімічної історії вуглецю у біосфері винятково велике, оскільки він входить до складу всіх живих організмів. У межах живих організмів переважають відновлені форми знаходження вуглецю, а навколишньому середовищі біосфери – окислені. Таким чином, встановлюється хімічний обмін життєвого циклу: 2 ↔ жива речовина.

Джерелом первинної вуглекислоти в біосфері є вулканічна діяльність, пов'язана із віковою дегазацією мантії та нижніх горизонтів земної кори. Частина цієї вуглекислоти виникає при термічному розкладі стародавніх вапняків у різних зонах метаморфізму. Міграція 2 в біосфері протікає двома способами.

Перший спосіб виявляється у поглинанні СО 2 у процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин і в подальшому похованні у сприятливих відновлювальних умовах у літосфері у вигляді торфу, вугілля, нафти, горючих сланців. За другим способом міграція вуглецю призводить до створення карбонатної системи в гідросфері, де 2 переходить в Н 2 3 , НСО 3 -1 , 3 -2 . Потім за участю кальцію (рідше магнію та заліза) відбувається осадження карбонатів біогенним та абіогенним шляхом. Виникають потужні товщі вапняків та доломітів. За оцінкою А.Б. Ронова, співвідношення органічного вуглецю (С орг) до карбонатного вуглецю (С карб) в історії біосфери становило 1:4.

Поряд із глобальним кругообігом вуглецю існує ще ряд його малих кругообігів. Так, на суші зелені рослини поглинають 2 для процесу фотосинтезу в денний час, а в нічний - виділяють його в атмосферу. З загибеллю живих організмів на земній поверхні відбувається окислення органічних речовин (з участю мікроорганізмів) із СО 2 в атмосферу. В останні десятиліття особливе місце у кругообігу вуглецю займає масове спалювання викопного палива та зростання його вмісту в сучасній атмосфері.

Кругообіг вуглецю в географічній оболонці (за Ф. Рамадом, 1981)

Аргон- третій за розповсюдженням атмосферний газ, що різко відрізняє його від вкрай мізерно поширених інших інертних газів. Проте аргон у своїй геологічній історії поділяє долю цих газів, котрим характерні дві особливості:

1. незворотність їхнього накопичення в атмосфері;
2. тісний зв'язок із радіоактивним розпадом певних нестійких ізотопів.

Інертні гази знаходяться поза кругообігом більшості циклічних елементів у біосфері Землі.

Усі інертні гази можна поділити на первинні та радіогенні. До первинних відносяться ті, які були захоплені Землею під час її утворення. Вони поширені дуже рідко. Первинна частина аргону представлена ​​переважно ізотопами 36 Ar і 38 Ar, тоді як атмосферний аргон складається повністю з ізотопу 40 Ar (99,6%), який, безперечно, є радіогенним. У калійвмісних породах відбувалося і відбувається накопичення радіогенного аргону за рахунок розпаду калію-40 шляхом електронного захоплення: 40 К + е → 40 Аr.

Тому вміст аргону в гірських породах визначається їх віком та кількістю калію. Такою мірою концентрація гелію в породах служить функцією їхнього віку та вмісту торію та урану. Аргон та гелій виділяються в атмосферу із земних надр під час вулканічних вивержень, по тріщинах у земній корі у вигляді газових струменів, а також при вивітрюванні гірських порід. Згідно з розрахунками, виконаними П. Даймоном і Дж. Калпом, гелій і аргон в сучасну епоху накопичуються в земній корі і порівняно малих кількостях надходять в атмосферу. Швидкість надходження цих радіогенних газів настільки мала, що не могла протягом геологічної історії Землі забезпечити спостережуваний вміст їх у сучасній атмосфері. Тому залишається припустити, що більша частина аргону атмосфери надійшла з надр Землі на ранніх етапах її розвитку і значно менша додалася згодом у процесі вулканізму і при вивітрюванні гірських порід, що містять калій.

Таким чином, протягом геологічного часу гелій і аргон мали різні процеси міграції. Гелія в атмосфері дуже мало (близько 5*10 -4 %), причому «гелієве дихання» Землі було полегшеним, оскільки він, як найлегший газ, випаровувався в космічний простір. А «аргонове дихання» – важким і аргон залишався в межах нашої планети. Більшість первинних інертних газів, як неон і ксенон, пов'язані з первинним неоном, захопленим Землею під час її утворення, і навіть із виділенням при дегазації мантії у повітря. Вся сукупність даних з геохімії благородних газів свідчить про те, що первинна атмосфера Землі виникла на ранніх стадіях свого розвитку.

В атмосфері міститься і водяна параі водау рідкому та твердому стані. Вода в атмосфері є важливим акумулятором тепла.

У нижніх шарах атмосфери міститься велика кількість мінерального та техногенного пилу та аерозолів, продуктів горіння, солей, спор та пилку рослин тощо.

До висоти 100-120 км, внаслідок повного перемішування повітря склад атмосфери однорідний. Співвідношення між азотом та киснем постійно. Вище переважають інертні гази, водень та ін. У нижніх шарах атмосфери знаходиться водяна пара. З віддаленням від землі утримання його падає. Вище співвідношення газів змінюється, наприклад, на висоті 200- 800 км, кисень переважає над азотом в 10-100 разів.

Повітря – це природна сумішрізних газів. Найбільше в ньому містяться такі елементи, як азот (близько 77%) та кисень, менше 2% складають аргон, вуглекислий газ та інші інертні гази.

Кисень, або О2 – другий елемент періодичної таблиці та найважливіший компонент, без якого навряд чи існувало б життя на планеті. Він бере участь у різноманітних процесах, Від яких залежить життєдіяльність всього живого.

Вконтакте

Склад повітря

О2 виконує функцію окислювальних процесів у людському тіліякі дозволяють виділити енергію для нормальної життєдіяльності. У стані спокою людський організм вимагає близько 350 мілілітрів кисню, при важких фізичних навантаженнях це значення зростає втричі-вчетверо.

Скільки відсотків кисню у повітрі, яким ми дихаємо? Норма дорівнює 20,95% . Повітря, що видихається, містить меншу кількість О2 - 15,5-16%. Склад видихуваного повітря також включає вуглекислий газ, азот та інші речовини. Подальше зниження відсоткового вмісту кисню призводить до порушення роботи, а критичне значення 7-8% викликає летальний кінець.

З таблиця можна зрозуміти, наприклад, що в повітрі, що видихається міститься дуже багато азоту і додаткових елементів, а ось О2 всього 16,3%. Вміст кисню у повітрі, що вдихається, приблизно становить 20,95%.

Важливо зрозуміти, що є такий елемент, як кисень. О2 - найбільш поширений на землі хімічний елемент, який не має кольору, запаху та смаку. Він виконує найважливішу функцію окислення.

Без восьмого елемента періодичної таблиці не можна добути вогонь. Сухий кисень дозволяє покращити електричні та захисні властивості плівок, зменшувати їх об'ємний заряд.

Цей елемент міститься в таких з'єднаннях:

1. Силікати – у них є приблизно 48% О2.
2. (морська та прісна) – 89%.
3. Повітря – 21%.
4. Інші сполуки у земній корі.

Повітря містить у собі як газоподібні речовини, а й пари та аерозолі, а також різні забруднюючі домішки. Це може бути пил, бруд, інше різне дрібне сміття. У ньому містяться мікробиякі можуть викликати різні захворювання. Грип, кір, кашлюк, алергени та інші хвороби – це лише малий перелік негативних наслідків, які виникають при погіршенні якості повітря та підвищенні рівня хвороботворних бактерій.

Відсоткове співвідношення повітря – це кількість всіх елементів, що входять до його складу. Показати наочно, з чого складається повітря, а також відсоток кисню у повітрі зручніше на діаграмі.

Діаграма відображає, якого газу більше міститься в повітрі. Значення, наведені на ній, будуть трохи відрізнятися для повітря, що вдихається і видихається.

Діаграма – співвідношення повітря.

Виділяють кілька джерел, з яких утворюється кисень:

1. Рослини. Ще зі шкільного курсу біології відомо, що рослини виділяють кисень при поглинанні вуглекислого газу.
2. Фотохімічне розкладання водяної пари. Процес спостерігається під впливом сонячного випромінювання у верхньому шарі атмосфери.
3. Перемішування потоків повітря у нижніх атмосферних шарах.

Функції кисню в атмосфері та для організму

Для людини велике значення має так зване парціальний тиск, яке міг би виробляти газ, якби займав весь об'єм суміші, що займає. Нормальний парціальний тиск на висоті 0 метрів над рівнем моря становить 160 міліметрів ртутного стовпа. Збільшення висоти спричиняє зменшення парціального тиску. Цей показник важливий, тому що від нього залежить надходження кисню у всі важливі органи та .

Кисень нерідко використовується для лікування різних захворювань. Кисневі балони, інгалятори допомагають органам людини нормально функціонувати за наявності кисневого голодування.

Важливо!На склад повітря впливає багато факторів, відповідно, може змінюватися відсоток кисню. Негативна екологічна ситуація призводить до погіршення якості повітря. У мегаполісах та великих міських поселеннях пропорція вуглекислого газу (СО2) буде більшою, ніж у невеликих поселеннях або на лісових та заповідних територіях. Великий вплив має і висота – відсотковий вміст кисню буде меншим у горах. Можна розглянути наступний приклад - на горі Еверест, яка досягає висоти 8,8 км, концентрація кисню в повітрі буде нижчою в 3 рази, ніж у низині. Для безпечного перебування на високогірних вершинах потрібно використовувати маски кисню.

Склад повітря змінювався протягом років. Еволюційні процеси, природні катаклізми призвели до змін у , тому зменшився відсоток кисню, необхідний нормальної роботи біоорганізмів. Можна розглянути кілька історичних етапів:

1. Доісторична доба. Саме тоді концентрація кисню у атмосфері становила близько 36%.
2. 150 років тому О2 займав 26%від загального повітряного складу.
3. В даний час концентрація кисню в повітрі становить трохи менше 21%.

Подальший розвиток навколишнього світу може призвести до подальшої зміни складу повітря. Найближчим часом малоймовірно, що концентрація О2 може бути нижчою за 14%, оскільки це викличе порушення роботи організму.

До чого призводить нестача кисню

Мале надходження найчастіше спостерігається в задушливому транспорті, приміщенні, що погано провітрюється, або на висоті . Зниження рівня вмісту кисню в повітрі може спричинити негативний вплив на організм. Відбувається виснаження механізмів, найбільше впливає нервова система. Причин, через які організм страждає від гіпоксії, можна виділити кілька:

1. Кров'яна нестача. Викликається при отруєнні чадним газом. Подібна ситуація знижує кисневу складову крові. Це небезпечно тим, що кров припиняє доставити кисень до гемоглобіну.
2. Циркуляторна нестача. Вона можлива при діабеті, серцевій недостатності. У такій ситуації погіршується чи стає неможливим транспорт крові.
3. Гістотоксичні фактори, що впливають на організм, можуть спричинити втрату здатності поглинати кисень. Виникає при отруєнні отрутамиабо через вплив тяжких.

По ряду симптомів можна зрозуміти, що організму потрібно О2. В першу чергу підвищується частота дихання. Також зростає частота серцевих скорочень. Ці захисні функції покликані поставити кисень у легені та забезпечити їм кров та тканини.

Нестача кисню викликає головний біль, підвищену сонливість, погіршення концентрації Поодинокі випадки не такі страшні, їх досить просто підкоригувати. Для нормалізації дихальної недостатності лікар виписує бронхорозширювальні ліки та інші засоби. Якщо ж гіпоксія набуває важких форм, таких як втрата координації людини або навіть коматозний станте лікування ускладнюється.

Якщо виявлено симптоми гіпоксії, важливо негайно звернутися до лікаряі займатися самолікуванням, оскільки застосування тієї чи іншої лікарського засобу залежить від причин порушення. Для легких випадків допомагає лікування кисневими маскамита подушками, кров'яна гіпоксія вимагає переливання крові, а коригування циркулярних причин можливе лише при операції на серці або судини.

Неймовірна подорож кисню по нашому організму

Висновок

Кисень – найважливіша складова повітря, без якої неможливе здійснення багатьох процесів на Землі. Повітряний склад змінювався протягом десятків тисяч років через еволюційні процеси, але в даний час кількість кисню в атмосфері досягла значення у 21%. Якість повітря, яким дихає людина, впливає на його здоров'я,тому необхідно стежити за його чистотою у приміщенні та постаратися скоротити забруднення навколишнього середовища.

Роль атмосфери у житті Землі

Атмосфера є джерелом кисню, яким люди дихають. Однак при підйомі на висоту загальний атмосферний тиск знижується, що призводить до зниження парціального кисневого тиску.

Легкі людини містять приблизно три літри альвеолярного повітря. Якщо атмосферний тиск у нормі, то парціальний кисневий тиск в альвеолярному повітрі становитиме 11 мм рт. ст., тиск вуглекислих газів – 40 мм рт. ст., а водяної пари - 47 мм рт. ст. При збільшенні висоти кисневий тиск знижується, а тиск парів води та вуглекислоти в легень у сумі залишатиметься постійним - приблизно 87 мм рт. ст. Коли тиск повітря зрівняється з цією величиною, кисень припинить надходити у легені.

У зв'язку зі зниженням атмосферного тиску на висоті 20 км, тут кипітиме вода та міжтканинна рідина організму в людському тілі. Якщо не використовувати герметичну кабіну, на такій висоті людина загине майже миттєво. Тому з погляду фізіологічних особливостей людського організму «космос» бере початок з висоти 20 км над рівнем моря.

Роль атмосфери у житті Землі дуже велика. Так, наприклад, завдяки щільним повітряним шарам – тропосфері та стратосфері, люди захищені від радіаційного впливу. У космосі, у розрідженому повітрі, на висоті понад 36 км, діє іонізуюча радіація. На висоті понад 40 км – ультрафіолетова.

При підйомі над поверхнею Землі на висоту понад 90-100 км буде спостерігатися поступове ослаблення, а потім повне зникнення звичних для людини явищ, що спостерігаються в нижньому атмосферному шарі:

Не розповсюджується звук.

Відсутня аеродинамічна сила та опір.

Тепло не передається конвекцією тощо.

Атмосферний шар захищає Землю та всі живі організми від космічної радіації, від метеоритів, відповідає за регулювання сезонних температурних коливань, врівноважування та вирівнювання добових. За відсутності атмосфери Землі добова температура коливалася б у межах +/-200С˚. Атмосферний шар – це життєдайний «буфер» між земною поверхнею та космосом, носій вологи та тепла, в атмосфері відбуваються процеси фотосинтезу та обміну енергії – найважливіших біосферних процесів.

Шари атмосфери по порядку від поверхні Землі

Атмосфера - це шарувата структура, що є наступними шарами атмосфери по порядку від поверхні Землі:

Тропосфера.

Стратосфера.

Мезосфери.

Термосфера.

Екзосфера

Кожен шар не має між собою різких кордонів, а на їх висоту впливає широта та пори року. Така шарувата структура утворилася внаслідок температурних змін різних висотах. Саме завдяки атмосфері ми бачимо мерехтливі зірки.

Будова атмосфери Землі за шарами:

Із чого складається атмосфера Землі?

Кожен атмосферний шар відрізняється температурою, щільністю та складом. Загальна товщина атмосфери становить 15-2000 км. Із чого складається атмосфера Землі? В даний час – це суміш газів з різними домішками.

Тропосфера

Будова атмосфери Землі починається з тропосфери, що є нижню частину атмосфери висотою приблизно 10-15 км. Тут зосереджена переважна більшість атмосферного повітря. Характерна риса тропосфери - зниження температури на 0,6 ˚C у міру підняття вгору на кожні 100 метрів. Тропосфера зосередила у собі майже всі атмосферні водяні пари, і тут відбувається формування хмар.

Висота тропосфери щодня змінюється. Крім того, її середня величина змінюється в залежності від широти та сезону року. Середня висота тропосфери над полюсами – 9 км, над екватором – близько 17 км. Показники середньої річної температури повітря над екватором наближені до +26 °C, а над Північним полюсом -23 °C. Верхня лінія межі тропосфери над екватором становить середньорічну температуру близько -70 ˚C, а над північним полюсом у літній час -45 ˚C та в зимовий -65 ˚C. Таким чином, чим більша висота, тим нижча температура. Промені сонця безперешкодно проходять крізь тропосферу, нагріваючи поверхню Землі. Тепло, що випромінюється сонцем, утримуються завдяки вуглекислому газу, метану та водяним парам.

Стратосфера

Над шаром тропосфери розташована стратосфера, що становить 50-55 км заввишки. Особливість цього шару полягає у зростанні температури з висотою. Між тропосферою і стратосферою пролягає перехідний прошарок, що називається тропопаузою.

Приблизно з висоти 25 кілометрів температура стратосферного шару починає зростати і, досягши максимальної висоти 50 км, набуває значення від +10 до +30 ˚C.

Парів води у стратосфері дуже мало. Іноді на висоті близько 25 км можна виявити досить тонкі хмари, які називають перламутровими. Вдень вони не помітні, а в нічний світяться через освітлення сонцем, яке знаходиться під горизонтом. Склад перламутрових хмар є переохолодженими водяними крапельками. Стратосфера складається з озону.

Мезосфера

Висота шару мезосфери – приблизно 80 км. Тут, з підняттям догори, температура знижується і на верхній межі досягає значень в кілька десятків С нижче нуля. У мезосфері можна спостерігати хмари, які, ймовірно, утворюються з кристалів льоду. Ці хмари називаються сріблястими. Мезосфера характеризується холодною температурою в атмосфері: від -2 до -138 ˚C.

Термосфера

Свою назву цей атмосферний шар набув завдяки високим температурам. Термосфера складається з:

Іоносфери.

Екзосфери.

Іоносфера характеризується розрідженим повітрям, кожен сантиметр якого на висоті 300 км складається з 1 млрд. атомів і молекул, а на висоті 600 км. - більш ніж зі 100 млн.

Також іоносфері характерна висока іонізація повітря. Ці іони складаються із заряджених кисневих атомів, заряджених молекул атомів азоту та вільних електронів.

Екзосфера

З висоти 800-1000 км. починається екзосферний шар. Частинки газу, особливо легкі, рухаються тут із величезною швидкістю, долаючи силу тяжіння. Такі частки внаслідок свого швидкого руху вилітають з атмосфери в космічний простір і розсіюються. Тому екзосфера має назву сфери розсіювання. Вилітають у космос переважно водневі атоми, у тому числі складаються найвищі верстви екзосфери. Завдяки частинкам у верхніх шарах атмосфери та частинкам сонячного вітру ми можемо спостерігати північне сяйво.

Супутники та геофізичні ракети дозволили встановити наявність у верхніх шарах атмосфери радіаційного поясу планети, що складається з електричних заряджених частинок – електронів та протонів.

Атмосфера - те, що забезпечує можливість життя Землі. Найперші відомості та факти про атмосферу ми отримуємо ще у початковій школі. У старших класах ми докладніше знайомимося з цим поняттям під час уроків географії.

Поняття земної атмосфери

Атмосфера є у Землі, а й в інших небесних тіл. Так називають газову оболонку, що оточує планети. Склад цього газового шару різних планет значно відрізняється. Давайте розглянемо основні відомості та факти про так зване повітря.

Найважливішою її складовою є кисень. Деякі помилково думають, що земна атмосфера складається повністю з кисню, але насправді повітря – це суміш газів. У його складі 78% азоту та 21% кисню. Решта відсотка включає озон, аргон, вуглекислий газ, водяні пари. Нехай відсоткове співвідношення цих газів мало, але вони виконують важливу функцію - поглинають значну частину сонячної променистої енергії, тим самим не дають світилу перетворити все живе на нашій планеті на попіл. Властивості атмосфери змінюються залежно від висоти. Наприклад, на висоті 65 км азот становить 86%, а кисень – 19%.

Склад атмосфери Землі

• Вуглекислий газнеобхідний харчування рослин. У атмосфері він у результаті процесу дихання живих організмів, гниття, горіння. Відсутність їх у складі атмосфери унеможливило б існування будь-яких рослин.
• Кисень- Життєво важливий для людини компонент атмосфери. Його наявність є умовою існування всіх живих організмів. Він становить близько 20% загального обсягу атмосферних газів.
• Озон– це природний поглинач сонячного ультрафіолетового випромінювання, яке згубно впливає на живі організми. Більшість його формує окремий шар атмосфери - озоновий екран. Останнім часом діяльність людини призводить до того, що починає поступово руйнуватися, але оскільки вона має велику важливість, то ведеться активна робота щодо її збереження та відновлення.
• Водяна паравизначає вологість повітря. Його зміст може бути різним залежно від різних факторів: температури повітря, територіального розташування, сезону. При низькій температурі водяної пари в повітрі зовсім мало, може бути менше одного відсотка, а при високій його кількість досягає 4%.
• Крім усього вищепереліченого, у складі земної атмосфери завжди є певний відсоток твердих та рідких домішок. Це сажа, попіл, морська сіль, пил, краплі води, мікроорганізми. Потрапляти у повітря можуть як природним, і антропогенним шляхом.

Шари атмосфери

І температура, і густина, і якісний склад повітря неоднаковий на різній висоті. Через це прийнято виділяти різні верстви атмосфери. Кожен має свою характеристику. Давайте дізнаємося, які шари атмосфери розрізняють:

• Тропосфера - цей шар атмосфери знаходиться найближче до Землі. Висота його – 8-10 км над полюсами та 16-18 км – у тропіках. Тут знаходиться 90% всієї водяної пари, яка є в атмосфері, тому відбувається активне утворення хмар. Також у цьому прошарку спостерігаються такі процеси, як рух повітря (вітру), турбулентність, конвекція. Температура коливається від +45 градусів опівдні у теплу пору року в тропіках до -65 градусів на полюсах.
• Стратосфера – другий за віддаленістю від шар атмосфери. Знаходиться на висоті від 11 до 50 км. У нижньому шарі стратосфери температура приблизно -55, у бік віддалення Землі вона підвищується до +1˚С. Ця область називається інверсією і є межею стратосфери та мезосфери.
• Мезосфера знаходиться на висоті від 50 до 90 км. Температура на її нижньому кордоні - близько 0, на верхній досягає -80...-90? Метеорити, що потрапляють в атмосферу Землі, повністю згоряють у мезосфері, тому тут відбуваються світіння повітря.
• Термосфера має товщину приблизно 700 км. У цьому вся шарі атмосфери виникають північні сяйва. З'являються вони рахунок під впливом космічного випромінювання і радіації, що виходить від Сонця.
• Екзосфера – це зона розсіювання повітря. Тут концентрація газів невелика і відбувається їх поступовий відхід у міжпланетний простір.

Кордоном між земною атмосферою та космічними просторами прийнято вважати кордон у 100 км. Цю межу називають лінією Кармана.

Тиск атмосфери

Слухаючи прогноз погоди, часто чуємо показники атмосферного тиску. Але що означає тиск атмосфери, і як це може вплинути на нас?

Ми розібралися, що повітря складається з газів та домішок. Кожна з цих складових має свою вагу, а отже, і атмосфера не є невагомою, як вважали до XVII століття. Атмосферний тиск – це сила, з якою всі шари атмосфери тиснуть на поверхню Землі та на всі предмети.

Вчені провели складні підрахунки та довели, що на один квадратний метр площі атмосфера тисне із силою 10 333 кг. Отже, людське тіло піддається тиску повітря, вага якого дорівнює 12-15 тонн. Чому ж ми цього не відчуваємо? Рятує нас свій внутрішній тиск, який і врівноважує зовнішній. Можна відчути тиск атмосфери, перебуваючи в літаку або високо в горах, оскільки атмосферний тиск на висоті значно менший. При цьому можливий фізичний дискомфорт, закладання вух, запаморочення.

Про атмосферу, що оточує, можна сказати багато всього. Ми знаємо про неї безліч цікавих фактів, і деякі з них можуть здаватися дивовижними:

• Вага земної атмосфери складає 5300000000000 000 тонн.
• Вона сприяє передачі звуку. На висоті більше 100 км ця властивість зникає через зміну складу атмосфери.
• Рух атмосфери спровокований нерівномірним нагріванням Землі.
• Для визначення температури повітря використовують термометр, а для того, щоб дізнатися про силу тиску атмосфери, - барометр.
• Наявність атмосфери рятує нашу планету від 100 тонн метеоритів щодня.
• Склад повітря був фіксованим кілька сотень мільйонів років, але почав змінюватися з початком бурхливої ​​виробничої діяльності.
• Вважається, що атмосфера простягається нагору на висоту 3000 км.

Значення атмосфери для людини

Фізіологічна зона атмосфери становить 5 км. На висоті 5000 м над рівнем моря у людини починає проявлятися кисневе голодування, що виявляється у зниженні його працездатності та погіршенні самопочуття. Це показує те, що людина не зможе вижити у просторі, де немає цієї дивовижної суміші газів.

Усі відомості та факти про атмосферу лише підтверджують її важливість для людей. Завдяки її наявності і виникла можливість розвитку життя Землі. Вже сьогодні, оцінивши масштаби шкоди, яку людство здатне своїми діями завдавати повітря, що дає життя, нам слід задуматися про подальші заходи збереження та відновлення атмосфери.

Блакитна планета...

Ця тема мала з'явитися на сайті однієї з перших. Адже і гелікоптери – атмосферні літальні апарати. Атмосфера Землі- їх, так би мовити, місце існування:-). А фізичні властивості повітрятаки визначають якість цього проживання:-). Тобто, це одна з основ. І про основу завжди пишуть спочатку. Але зрозумів я про це тільки зараз. Однак краще, як відомо, пізно, ніж ніколи… Торкнемося цього питання, в нетрі й непотрібні складнощі, проте не залазячи:-).

Отже… Атмосфера Землі. Це газова оболонка нашої блакитної планети. Така назва всім відома. А чому блакитна? Просто тому, що «блакитна» (а також синя та фіолетова) складова сонячного світла (спектру) найбільш добре розсіюється в атмосфері, забарвлюючи її тим самим у блакитно-синюваті, іноді з відтінком фіолетового тону (в сонячний день, звичайно:-)) .

Склад атмосфери Землі.

Склад атмосфери досить широкий. Перераховувати в тексті всі складові не буду, для цього є хороша ілюстрація. Склад усіх цих газів практично постійний, за винятком вуглекислого газу (2). Крім того, в атмосфері обов'язково міститься вода у вигляді пари, суспензії крапель або кристалів льоду. Кількість води непостійна і залежить від температури та, меншою мірою, від тиску повітря. Крім того, атмосфера Землі (особливо нинішня) містить і певну кількість я б сказав «будь-якої гидоти»:-). Це SO 2 , NH 3 , CO , HCl , NO , крім того є пари ртуті Hg . Правда все це знаходиться там у невеликих кількостях, дякувати Богу:-).

Атмосферу Земліприйнято ділити кілька наступних друг за одним по висоті над поверхнею зон.

Перша, найближча до землі – це тропосфера. Це найнижчий і, так би мовити, основний шар для життєдіяльності різного виду. У ньому міститься 80% маси всього атмосферного повітря (хоча за обсягом вона становить близько 1% всієї атмосфери) і близько 90% всієї атмосферної води. Переважна більшість всіх вітрів, хмар, дощів і снігів 🙂 — звідти. Тропосфера простягається до висот близько 18 км у тропічних широтах і до 10 км у полярних. Температура повітря в ній падає з підйомом на висоту приблизно 0,65 º на кожні 100 м-коду.

атмосферні зони.

Зона друга - стратосфера. Треба сказати, що між тропосферою та стратосферою виділяють ще одну вузьку зону – тропопаузу. У ній припиняється зниження температури з висотою. Тропопауза має середню товщину 1,5-2 км, але межі її нечітки і тропосфера часто перекриває стратосферу.

Так ось, стратосфера має висоту в середньому від 12 км до 50 км. Температура в ній до 25 км залишається незмінною (порядку -57 º С), потім десь до 40 км підвищується приблизно до 0 º С і далі до 50 км залишається незмінною. Стратосфера – відносно спокійна частина землі. Несприятливі погодні умови у ній практично відсутні. Саме в стратосфері розташований знаменитий озоновий шар на висотах від 15-20 км до 55-60 км.

Далі слідує невеликий прикордонний шар стратопауза, температура в якій зберігається близько 0 С, а потім наступна зона мезосфера. Вона тягнеться до висот 80-90 км, і в ній температура падає приблизно до 80ºС. У мезосфері зазвичай стають видні дрібні метеори, які починають у ній світитися і там згоряють.

Наступний вузький проміжок – мезопауза та за нею зона термосфера. Її висота – до 700-800 км. Тут температура знову починає підвищуватись і на висотах близько 300 км може досягати величин близько 1200 ºС. Далі вона залишається постійною. Усередині термосфери до висоти близько 400 км. розташована іоносфера. Тут повітря сильно іонізовано через вплив сонячної радіації і має велику електропровідність.

Наступна і, втім, остання зона - екзосфера. Це так звана зона розсіювання. Тут в основному є дуже сильно розріджений водень і гелій (з переважанням водню). На висотах близько 3000 км екзосфера перетворюється на близькокосмічний вакуум.

Ось десь так. Чому приблизно? Тому що ці шари досить умовні. Можливі різні зміни висоти, складу газів, води, величини температури, іонізації тощо. Крім того, існує ще чимало термінів, що визначають будову і стан атмосфери землі.

Наприклад гомосфера та гетеросфера. У першій атмосферні гази добре перемішані, та його склад досить однорідний. Друга розташована вище за першу і такого перемішування там вже практично немає. Гази у ній поділяє гравітація. Кордон між цими шарами розташований на висоті 120 км, і називається він турбопауза.

З термінами мабуть покінчимо, але обов'язково додам, що умовно прийнято вважати, що межа атмосфери розташована на висоті 100 км над рівнем моря. Цей кордон називається Лінія Кармана.

Додам ще дві картинки для ілюстрації будови атмосфери. Перша, правда, німецькою, зате повна і досить легка в розумінні:-). Її можна збільшити та добре розглянути. Другий показує зміну температури атмосфери з висотою.

Будова атмосфери Землі.

Зміна температури повітря заввишки.

Сучасні пілотовані орбітальні космічні апарати літають на висотах близько 300-400 км. Однак це вже не авіація, хоча область, звичайно, у певному сенсі близька, і ми про неї ще неодмінно поговоримо:-).

Зона авіації – це тропосфера. Сучасні атмосферні літальні апарати можуть літати й у нижніх шарах стратосфери. Наприклад практична стеля МІГ-25РБ - 23000 м .

Політ у стратосфері.

І саме фізичні властивості повітрятропосфери визначають яким буде політ, наскільки буде ефективна система управління літака, як впливатиме на нього турбулентність в атмосфері, як працюватимуть двигуни.

Перша основна властивість – це Температура повітря. У газодинаміці вона може визначатися за шкалою Цельсія або за шкалою Кельвіна.

Температура t 1на заданій висоті Нза шкалою Цельсія визначається:

t 1 = t - 6,5Н, де t- Температура повітря біля землі.

Температура за шкалою Кельвіна називається абсолютною температуроюнуль за цією шкалою – це абсолютний нуль. При абсолютному нулі припиняється тепловий рух молекул. Абсолютний нуль за шкалою Кельвіна відповідає -273 º за шкалою Цельсія.

Відповідно температура Тна висоті Нза шкалою Кельвіна визначається:

T = 273K + t - 6,5H

Тиск повітря. Атмосферний тиск вимірюється в Паскалях (Н/м2), у старій системі вимірювання в атмосферах (атм.). Існує ще таке поняття як барометричний тиск. Це тиск, виміряний у міліметрах ртутного стовпа за допомогою барометра ртутного. Барометричний тиск (тиск на рівні моря) дорівнює 760 мм рт. ст. називається стандартним. У фізиці 1 атм. якраз і дорівнює 760 мм рт.

Щільність повітря. В аеродинаміці найчастіше користуються таким поняттям, як масова густина повітря. Це маса повітря 1 м 3 обсягу. Щільність повітря з висотою змінюється, повітря стає більш розрідженим.

Вологість повітря. Показує кількість води, що знаходиться у повітрі. Існує поняття « відносна вологість». Це відношення маси водяної пари до максимально можливої ​​за даної температури. Поняття 0%, тобто коли повітря зовсім сухе може існувати взагалі тільки в лабораторії. З іншого боку 100% вологість цілком реальна. Це означає, що повітря ввібрало в себе всю воду, яку могло ввібрати. Щось типу абсолютно «повної губки». Висока відносна вологість знижує густину повітря, а мала, відповідно підвищує.

У зв'язку з тим, що польоти літаків відбуваються за різних атмосферних умов, їх польотні і аеродинамічні параметри однією режимі польоту може бути різними. Тому для правильної оцінки цих параметрів введено Міжнародна стандартна атмосфера (МСА). Вона показує зміну стану повітря з підйомом на висоту.

За основні прийняті параметри стану повітря за нульової вологості:

тиск P = 760 мм рт. ст. (101,3 кПА);

температура t = +15 ° C (288 К);

масова щільність ρ = 1,225 kg/m 3 ;

Для МСА прийнято (як було зазначено вище:-)), що температура падає у тропосфері на 0,65º на кожні 100 метрів висоти.

Стандартна атмосфера (приклад 10000 м).

Таблиці МСА використовуються при градуюванні приладів, а також для штурманських та інженерних розрахунків.

Фізичні властивості повітрявключають також такі поняття як інертність, в'язкість і стисливість.

Інертність - властивість повітря, що характеризує його здатність чинити опір зміні стану спокою або рівномірного прямолінійного руху . Мірою інертності є масова щільність повітря. Чим вона вища, тим вища інертність і сила опору середовища під час руху в ній літака.

В'язкість. Визначає опір тертя повітря при русі літака.

Стискання визначає зміну щільності повітря при зміні тиску. На малих швидкостях руху літального апарату (до 450 км/год) зміни тиску при обтіканні повітряним потоком не відбувається, але при великих швидкостях починає проявлятися ефект стисливості. Особливо впливає його вплив на надзвуку. Це окрема область аеродинаміки та тема для окремої статті:-).

Ну от здається поки все ... Настав час закінчити це злегка нудний перелік, без якого однак не обійтися:-). Атмосфера Землі, її параметри, фізичні властивості повітрятакож важливі для літального апарату, як і параметри самого апарата, і про них не можна не згадати.

Поки що, до наступних зустрічей та цікавіших тем 🙂 …

P.S. На солодке пропоную подивитися ролик знятий із кабіни спарки МІГ-25ПУ при його польоті до стратосфери. Знімав, мабуть, турист, який має гроші для таких польотів:-). Знято переважно все через лобове скло. Зверніть увагу на колір неба.