De moderne atmosfeer van de aarde is van biogene oorsprong. De primaire atmosfeer van de aarde. Geschiedenis van de studie van de ionosfeer
De atmosfeer is een mengsel van verschillende gassen. Het strekt zich uit van het aardoppervlak tot een hoogte van 900 km en beschermt de planeet tegen het schadelijke spectrum van zonnestraling, en bevat gassen die nodig zijn voor al het leven op de planeet. De atmosfeer houdt de warmte van de zon vast, waardoor het aardoppervlak opwarmt en een gunstig klimaat ontstaat.
Sfeervolle compositie
De atmosfeer van de aarde bestaat voornamelijk uit twee gassen: stikstof (78%) en zuurstof (21%). Bovendien bevat het onzuiverheden van kooldioxide en andere gassen. in de atmosfeer komt het voor in de vorm van damp, vochtdruppels in wolken en ijskristallen.
Lagen van de atmosfeer
De atmosfeer bestaat uit vele lagen, waartussen geen duidelijke grenzen bestaan. De temperaturen van verschillende lagen verschillen aanzienlijk van elkaar.
- Luchtloze magnetosfeer. Dit is waar de meeste satellieten van de aarde buiten de atmosfeer van de aarde vliegen.
- Exosfeer (450-500 km van het oppervlak). Bijna geen gassen. Sommige weersatellieten vliegen in de exosfeer. De thermosfeer (80-450 km2) wordt gekenmerkt door hoge temperaturen, die in de bovenste laag oplopen tot 1700°C.
- Mesosfeer (50-80 km). In dit gebied daalt de temperatuur naarmate de hoogte toeneemt. Dit is waar de meeste meteorieten (fragmenten van ruimtegesteenten) die de atmosfeer binnendringen, verbranden.
- Stratosfeer (15-50 km). Bevat de ozonlaag, d.w.z. een ozonlaag die ultraviolette straling van de zon absorbeert. Hierdoor stijgen de temperaturen nabij het aardoppervlak. Straalvliegtuigen vliegen hier meestal omdat Het zicht in deze laag is zeer goed en er is vrijwel geen sprake van hinder door weersomstandigheden.
- Troposfeer. De hoogte varieert van 8 tot 15 km vanaf het aardoppervlak. Het is hier dat het weer van de planeet wordt gevormd Deze laag bevat de meeste waterdamp, stof en wind. De temperatuur neemt af met de afstand tot het aardoppervlak.
Atmosfeer druk
Hoewel we het niet voelen, oefenen lagen van de atmosfeer druk uit op het aardoppervlak. Het is het hoogst aan de oppervlakte, en naarmate je er verder vanaf beweegt, neemt het geleidelijk af. Het hangt af van het temperatuurverschil tussen land en oceaan, en daarom zijn er in gebieden die zich op dezelfde hoogte boven zeeniveau bevinden vaak verschillende drukken. Lagedruk brengt nat weer met zich mee, terwijl hogedruk meestal helder weer met zich meebrengt.
Beweging van luchtmassa's in de atmosfeer
En de druk dwingt de lagere lagen van de atmosfeer om zich te vermengen. Dit is hoe winden ontstaan, die van gebieden met hoge druk naar gebieden met lage druk waaien. In veel regio’s ontstaan ook lokale winden als gevolg van temperatuurverschillen tussen land en zee. Bergen hebben ook een aanzienlijke invloed op de richting van de wind.
Broeikaseffect
Kooldioxide en andere gassen waaruit de atmosfeer van de aarde bestaat, houden de warmte van de zon vast. Dit proces wordt gewoonlijk het broeikaseffect genoemd, omdat het in veel opzichten doet denken aan de warmtecirculatie in kassen. Het broeikaseffect veroorzaakt de opwarming van de aarde op de planeet. In gebieden met hoge druk (anticyclonen) begint helder zonnig weer. Gebieden met lage druk – cyclonen – ervaren meestal onstabiel weer. Warmte en licht komen de atmosfeer binnen. Gassen houden de door het aardoppervlak gereflecteerde warmte vast, waardoor de temperatuur op aarde stijgt.
In de stratosfeer bevindt zich een speciale ozonlaag. Ozon blokkeert het grootste deel van de ultraviolette straling van de zon en beschermt zo de aarde en al het leven erop. Wetenschappers hebben ontdekt dat de oorzaak van de vernietiging van de ozonlaag speciale zijn die zich in sommige spuitbussen en koelapparatuur bevinden. Boven de Noordpool en Antarctica zijn enorme gaten ontdekt in de ozonlaag, die hebben bijgedragen aan een toename van de hoeveelheid ultraviolette straling die het aardoppervlak aantast.
Ozon wordt in de lagere atmosfeer gevormd als gevolg van zonnestraling en verschillende uitlaatgassen en gassen. Meestal verspreidt het zich door de atmosfeer, maar als zich onder een laag warme lucht een gesloten laag koude lucht vormt, concentreert ozon zich en ontstaat er smog. Helaas kan dit de ozon die verloren gaat in ozongaten niet vervangen.
Op deze satellietfoto is duidelijk een gat in de ozonlaag boven Antarctica zichtbaar. De grootte van het gat varieert, maar wetenschappers geloven dat het voortdurend groeit. Er worden pogingen ondernomen om het niveau van uitlaatgassen in de atmosfeer te verminderen. De luchtvervuiling moet worden teruggedrongen en er moeten rookloze brandstoffen in steden worden gebruikt. Smog veroorzaakt bij veel mensen oogirritatie en verstikking.
Het ontstaan en de evolutie van de atmosfeer van de aarde
De moderne atmosfeer van de aarde is het resultaat van een lange evolutionaire ontwikkeling. Het ontstond als gevolg van de gecombineerde werking van geologische factoren en de vitale activiteit van organismen. Door de geologische geschiedenis heen heeft de atmosfeer van de aarde verschillende diepgaande veranderingen ondergaan. Op basis van geologische gegevens en theoretische uitgangspunten zou de oorspronkelijke atmosfeer van de jonge aarde, die ongeveer 4 miljard jaar geleden bestond, kunnen bestaan uit een mengsel van inerte en edelgassen met een kleine toevoeging van passieve stikstof (N.A. Yasamanov, 1985; A.S. Monin, 1987; O.G. Sorokhtin, S.A. Ushakov, 1991, 1993). Momenteel is het beeld van de samenstelling en structuur van de vroege atmosfeer enigszins veranderd, wat kan resulteren in een mengsel van methaan, ammoniak en koolstofdioxide van het ontgassen van de mantel en actieve verweringsprocessen die plaatsvinden op het aardoppervlak, waterdamp, koolstofverbindingen in de vorm van CO 2 en CO, zwavel en zijn verbindingen begonnen de atmosfeer binnen te dringen, evenals sterke halogeenzuren - HCI, HF , HI en boorzuur, aangevuld met methaan, ammoniak, waterstof, argon en enkele andere edelgassen in de atmosfeer. Deze primaire atmosfeer was extreem dun. Daarom lag de temperatuur aan het aardoppervlak dicht bij de temperatuur van het stralingsevenwicht (A.S. Monin, 1977).
In de loop van de tijd begon de gassamenstelling van de primaire atmosfeer te transformeren onder invloed van verweringsprocessen van rotsen die uit het aardoppervlak steken, de activiteit van cyanobacteriën en blauwgroene algen, vulkanische processen en de werking van zonlicht. Dit leidde tot de ontleding van methaan in kooldioxide, ammoniak in stikstof en waterstof; Kooldioxide, dat langzaam naar het aardoppervlak zakte, en stikstof begonnen zich op te hopen in de secundaire atmosfeer. Dankzij de vitale activiteit van blauwgroene algen begon er zuurstof te worden geproduceerd tijdens het fotosyntheseproces, dat echter in het begin voornamelijk werd besteed aan de “oxidatie van atmosferische gassen en vervolgens van rotsen”. Tegelijkertijd begon ammoniak, geoxideerd tot moleculaire stikstof, zich intensief op te hopen in de atmosfeer. Aangenomen wordt dat er in de moderne atmosfeer een aanzienlijke hoeveelheid stikstof achterblijft. Methaan en koolmonoxide werden geoxideerd tot kooldioxide. Zwavel en waterstofsulfide werden geoxideerd tot SO 2 en SO 3, die vanwege hun hoge mobiliteit en lichtheid snel uit de atmosfeer werden verwijderd. Zo veranderde de atmosfeer van een reducerende atmosfeer, zoals die was in het Archeïsche en vroege Proterozoïcum, geleidelijk in een oxiderende atmosfeer.
Koolstofdioxide kwam in de atmosfeer terecht als gevolg van de oxidatie van methaan en als gevolg van de ontgassing van de mantel en de verwering van rotsen. In het geval dat al het koolstofdioxide dat gedurende de hele geschiedenis van de aarde vrijkwam in de atmosfeer zou blijven, zou de partiële druk ervan op dit moment hetzelfde kunnen worden als op Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Maar op aarde was het omgekeerde proces aan het werk. Een aanzienlijk deel van de koolstofdioxide uit de atmosfeer werd opgelost in de hydrosfeer, waarin het door hydrobionten werd gebruikt om hun omhulsels te bouwen en biogeen omgezet in carbonaten. Vervolgens werden daaruit dikke lagen van chemogene en organogene carbonaten gevormd.
Zuurstof kwam vanuit drie bronnen in de atmosfeer terecht. Lange tijd, vanaf het moment dat de aarde verscheen, kwam het vrij tijdens het ontgassen van de mantel en werd het voornamelijk besteed aan oxidatieve processen. Een andere bron van zuurstof was de fotodissociatie van waterdamp door harde ultraviolette zonnestraling. Optredens; vrije zuurstof in de atmosfeer leidde tot de dood van de meeste prokaryoten die in reducerende omstandigheden leefden. Prokaryotische organismen veranderden hun leefgebied. Ze verlieten het aardoppervlak in de diepten en gebieden waar nog steeds herstelomstandigheden aanwezig waren. Ze werden vervangen door eukaryoten, die koolstofdioxide energetisch in zuurstof begonnen om te zetten.
Tijdens het Archeïcum en een aanzienlijk deel van het Proterozoïcum werd bijna alle zuurstof die op zowel abiogene als biogene manieren ontstond, voornamelijk besteed aan de oxidatie van ijzer en zwavel. Tegen het einde van het Proterozoïcum was al het metallische tweewaardige ijzer dat zich op het aardoppervlak bevond, geoxideerd of verplaatst naar de kern van de aarde. Dit zorgde ervoor dat de partiële zuurstofdruk in de vroege Proterozoïsche atmosfeer veranderde.
In het midden van het Proterozoïcum bereikte de zuurstofconcentratie in de atmosfeer het jurypunt en bedroeg 0,01% van het moderne niveau. Vanaf deze tijd begon zuurstof zich op te hopen in de atmosfeer en waarschijnlijk bereikte het gehalte al aan het einde van het Riphean het Pasteur-punt (0,1% van het moderne niveau). Het is mogelijk dat de ozonlaag tijdens de Vendiaanse periode is ontstaan en nooit is verdwenen.
Het verschijnen van vrije zuurstof in de atmosfeer van de aarde stimuleerde de evolutie van het leven en leidde tot de opkomst van nieuwe vormen met een geavanceerder metabolisme. Als eerdere eukaryote eencellige algen en cyanea, die aan het begin van het Proterozoïcum verschenen, een zuurstofgehalte in water vereisten van slechts 10 -3 van de moderne concentratie, dan met de opkomst van niet-skeletale Metazoa aan het einde van het vroege Vendian, d.w.z. ongeveer 650 miljoen jaar geleden zou de zuurstofconcentratie in de atmosfeer aanzienlijk hoger moeten zijn. Metazoa maakte immers gebruik van zuurstofademhaling en dit vereiste dat de partiële zuurstofdruk een kritisch niveau bereikte: het Pasteur-punt. In dit geval werd het anaerobe fermentatieproces vervangen door een energetisch veelbelovender en progressiever zuurstofmetabolisme.
Hierna vond vrij snel een verdere accumulatie van zuurstof in de atmosfeer van de aarde plaats. De geleidelijke toename van het volume blauwalgen droeg bij aan het bereiken van het zuurstofniveau in de atmosfeer dat nodig is voor het levensonderhoud van de dierenwereld. Een zekere stabilisatie van het zuurstofgehalte in de atmosfeer vond plaats vanaf het moment dat planten het land bereikten - ongeveer 450 miljoen jaar geleden. De opkomst van planten op het land, die plaatsvond in de Siluurperiode, leidde tot de uiteindelijke stabilisatie van het zuurstofniveau in de atmosfeer. Vanaf dat moment begon de concentratie ervan binnen tamelijk nauwe grenzen te fluctueren, waarbij de grenzen van het bestaan van het leven nooit werden overschreden. De zuurstofconcentratie in de atmosfeer is sinds het verschijnen van bloeiende planten volledig gestabiliseerd. Deze gebeurtenis vond plaats in het midden van het Krijt, d.w.z. ongeveer 100 miljoen jaar geleden.
Het grootste deel van de stikstof werd gevormd in de vroege stadia van de ontwikkeling van de aarde, voornamelijk als gevolg van de ontbinding van ammoniak. Met het verschijnen van organismen begon het proces van het binden van stikstof uit de lucht aan organisch materiaal en het begraven ervan in mariene sedimenten. Nadat organismen het land bereikten, begon stikstof te worden begraven in continentale sedimenten. De processen voor de verwerking van vrije stikstof zijn vooral geïntensiveerd met de komst van landplanten.
Aan het begin van het cryptozoïcum en het fanerozoïcum, d.w.z. ongeveer 650 miljoen jaar geleden, daalde het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer tot tienden van een procent, en bereikte pas recentelijk, ongeveer 10-20 miljoen jaar geleden, een gehalte dat dicht bij het moderne niveau ligt. geleden.
De gassamenstelling van de atmosfeer voorzag dus niet alleen in leefruimte voor organismen, maar bepaalde ook de kenmerken van hun levensactiviteit en droeg bij aan vestiging en evolutie. Opkomende verstoringen in de verdeling van de gassamenstelling van de atmosfeer die gunstig zijn voor organismen, zowel vanwege kosmische als planetaire redenen, leidden tot massale uitstervingen van de organische wereld, wat herhaaldelijk plaatsvond tijdens het Cryptozoïcum en op bepaalde grenzen van de Phanerozoïsche geschiedenis.
Etnosferische functies van de atmosfeer
De atmosfeer van de aarde levert de noodzakelijke stoffen en energie en bepaalt de richting en snelheid van stofwisselingsprocessen. De gassamenstelling van de moderne atmosfeer is optimaal voor het bestaan en de ontwikkeling van het leven. Omdat het het gebied is waar weer en klimaat worden gevormd, moet de atmosfeer comfortabele omstandigheden creëren voor het leven van mensen, dieren en vegetatie. Afwijkingen in de een of andere richting in de kwaliteit van de atmosferische lucht en weersomstandigheden creëren extreme omstandigheden voor het leven van flora en fauna, inclusief de mens.
De atmosfeer van de aarde biedt niet alleen de voorwaarden voor het bestaan van de mensheid, maar is ook de belangrijkste factor in de evolutie van de etnosfeer. Tegelijkertijd blijkt het een energie- en grondstofbron voor de productie te zijn. Over het algemeen is de atmosfeer een factor die de menselijke gezondheid in stand houdt, en sommige gebieden dienen, vanwege fysisch-geografische omstandigheden en atmosferische luchtkwaliteit, als recreatiegebieden en zijn gebieden bedoeld voor de behandeling en recreatie van mensen in sanatoriumresorts. De sfeer is dus een factor van esthetische en emotionele impact.
De etnosfeer- en technosfeerfuncties van de atmosfeer, die vrij recent zijn gedefinieerd (E.D. Nikitin, N.A. Yasamanov, 2001), vereisen onafhankelijk en diepgaand onderzoek. De studie van atmosferische energiefuncties is dus zeer relevant, zowel vanuit het oogpunt van het optreden en de werking van processen die het milieu beschadigen, als vanuit het oogpunt van de impact op de gezondheid en het welzijn van mensen. In dit geval hebben we het over de energie van cyclonen en anticyclonen, atmosferische wervels, atmosferische druk en andere extreme atmosferische verschijnselen, waarvan het effectieve gebruik zal bijdragen aan de succesvolle oplossing van het probleem van het verkrijgen van alternatieve energiebronnen die de aarde niet vervuilen. omgeving. Het luchtmilieu, en vooral dat deel ervan dat zich boven de Wereldoceaan bevindt, is immers een gebied waar een enorme hoeveelheid vrije energie vrijkomt.
Er is bijvoorbeeld vastgesteld dat tropische cyclonen van gemiddelde sterkte energie vrijgeven die gelijk is aan de energie van 500.000 atoombommen die in slechts één dag op Hiroshima en Nagasaki zijn gevallen. In de tien dagen dat zo’n cycloon bestaat, komt er genoeg energie vrij om 600 jaar lang in alle energiebehoeften van een land als de Verenigde Staten te voorzien.
De afgelopen jaren is er een groot aantal werken van natuurwetenschappers verschenen, die op de een of andere manier over verschillende aspecten van activiteit en de invloed van de atmosfeer op aardse processen gaan, wat duidt op de intensivering van interdisciplinaire interacties in de moderne natuurwetenschappen. Tegelijkertijd manifesteert zich de integrerende rol van bepaalde richtingen, waaronder de functioneel-ecologische richting in de geo-ecologie.
Deze richting stimuleert analyse en theoretische generalisatie van de ecologische functies en planetaire rol van verschillende geosferen, en dit is op zijn beurt een belangrijke voorwaarde voor de ontwikkeling van methodologie en wetenschappelijke grondslagen voor de holistische studie van onze planeet, het rationele gebruik en de bescherming van zijn natuurlijke hulpbronnen.
De atmosfeer van de aarde bestaat uit verschillende lagen: de troposfeer, stratosfeer, mesosfeer, thermosfeer, ionosfeer en exosfeer. Aan de bovenkant van de troposfeer en aan de onderkant van de stratosfeer bevindt zich een laag verrijkt met ozon, het ozonschild genoemd. Er zijn bepaalde (dagelijkse, seizoens-, jaarlijkse, enz.) patronen in de verspreiding van ozon vastgesteld. Sinds zijn oorsprong heeft de atmosfeer het verloop van planetaire processen beïnvloed. De primaire samenstelling van de atmosfeer was compleet anders dan nu, maar in de loop van de tijd nam het aandeel en de rol van moleculaire stikstof gestaag toe, ongeveer 650 miljoen jaar geleden verscheen vrije zuurstof, waarvan de hoeveelheid voortdurend toenam, maar de concentratie van koolstofdioxide dienovereenkomstig verlaagd. De hoge mobiliteit van de atmosfeer, de gassamenstelling en de aanwezigheid van aërosolen bepalen de opmerkelijke rol en actieve deelname ervan in een verscheidenheid aan geologische en biosfeerprocessen. De atmosfeer speelt een grote rol bij de herverdeling van zonne-energie en de ontwikkeling van catastrofale natuurverschijnselen en rampen. Atmosferische wervels - tornado's (tornado's), orkanen, tyfonen, cyclonen en andere verschijnselen hebben een negatieve invloed op de organische wereld en natuurlijke systemen. De belangrijkste bronnen van vervuiling zijn, naast natuurlijke factoren, verschillende vormen van menselijke economische activiteit. Antropogene effecten op de atmosfeer komen niet alleen tot uiting in het verschijnen van verschillende aërosolen en broeikasgassen, maar ook in een toename van de hoeveelheid waterdamp, en manifesteren zich in de vorm van smog en zure regen. Broeikasgassen veranderen het temperatuurregime van het aardoppervlak. De uitstoot van sommige gassen vermindert het volume van de ozonlaag en draagt bij aan de vorming van ozongaten. De etnosferische rol van de atmosfeer van de aarde is groot.
De rol van de atmosfeer in natuurlijke processen
De oppervlakteatmosfeer, in zijn tussentoestand tussen de lithosfeer en de ruimte en zijn gassamenstelling, creëert omstandigheden voor het leven van organismen. Tegelijkertijd zijn de verwering en de intensiteit van de vernietiging van gesteenten, de overdracht en accumulatie van klastisch materiaal afhankelijk van de hoeveelheid, aard en frequentie van de neerslag, van de frequentie en kracht van de wind en vooral van de luchttemperatuur. De atmosfeer is een centraal onderdeel van het klimaatsysteem. Luchttemperatuur en vochtigheid, bewolking en neerslag, wind - dit alles kenmerkt het weer, d.w.z. de voortdurend veranderende toestand van de atmosfeer. Tegelijkertijd kenmerken deze zelfde componenten het klimaat, dat wil zeggen het gemiddelde weerregime op lange termijn.
De samenstelling van gassen, de aanwezigheid van wolken en verschillende onzuiverheden, die aerosoldeeltjes worden genoemd (as, stof, waterdampdeeltjes), bepalen de kenmerken van de doorgang van zonnestraling door de atmosfeer en voorkomen het ontsnappen van de thermische straling van de aarde de ruimte in.
De atmosfeer van de aarde is zeer mobiel. De processen die daarin plaatsvinden en veranderingen in de gassamenstelling, dikte, bewolking, transparantie en de aanwezigheid van bepaalde aërosoldeeltjes daarin beïnvloeden zowel het weer als het klimaat.
De actie en richting van natuurlijke processen, evenals het leven en de activiteit op aarde, worden bepaald door zonnestraling. Het levert 99,98% van de warmte die aan het aardoppervlak wordt geleverd. Jaarlijks komt dit neer op 134 * 10 19 kcal. Deze hoeveelheid warmte kan worden verkregen door 200 miljard ton steenkool te verbranden. De waterstofreserves die deze stroom thermonucleaire energie in de massa van de zon creëren, zullen nog minstens tien miljard jaar meegaan, dat wil zeggen een periode die twee keer zo lang duurt als het bestaan van onze planeet en zichzelf.
Ongeveer 1/3 van de totale hoeveelheid zonne-energie die de bovengrens van de atmosfeer bereikt, wordt terug de ruimte in gereflecteerd, 13% wordt geabsorbeerd door de ozonlaag (inclusief bijna alle ultraviolette straling). 7% - de rest van de atmosfeer en slechts 44% bereikt het aardoppervlak. De totale zonnestraling die de aarde per dag bereikt, is gelijk aan de energie die de mensheid het afgelopen millennium heeft ontvangen als gevolg van het verbranden van alle soorten brandstof.
De hoeveelheid en aard van de verdeling van zonnestraling op het aardoppervlak zijn sterk afhankelijk van de bewolking en transparantie van de atmosfeer. De hoeveelheid verstrooide straling wordt beïnvloed door de hoogte van de zon boven de horizon, de transparantie van de atmosfeer, het gehalte aan waterdamp, stof, de totale hoeveelheid koolstofdioxide, enz.
De maximale hoeveelheid verstrooide straling bereikt de poolgebieden. Hoe lager de zon boven de horizon staat, hoe minder warmte een bepaald deel van het terrein binnendringt.
Atmosferische transparantie en bewolking zijn van groot belang. Op een bewolkte zomerdag is het meestal kouder dan op een heldere zomerdag, omdat bewolking overdag de opwarming van het aardoppervlak verhindert.
De stoffigheid van de atmosfeer speelt een belangrijke rol bij de verspreiding van warmte. De fijn verspreide vaste stof- en asdeeltjes die erin voorkomen, die de transparantie beïnvloeden, hebben een negatieve invloed op de verdeling van de zonnestraling, waarvan het grootste deel wordt gereflecteerd. Fijne deeltjes komen op twee manieren in de atmosfeer terecht: as die wordt uitgestoten tijdens vulkaanuitbarstingen, of woestijnstof dat wordt meegevoerd door de wind uit droge tropische en subtropische gebieden. Vooral veel van dit soort stof wordt gevormd tijdens droogtes, wanneer warme luchtstromen het naar de bovenste lagen van de atmosfeer transporteren en daar lange tijd kunnen blijven. Na de uitbarsting van de Krakatoa-vulkaan in 1883 bleef het stof dat tientallen kilometers de atmosfeer in werd geworpen, ongeveer drie jaar in de stratosfeer achter. Als gevolg van de uitbarsting van de El Chichon-vulkaan (Mexico) in 1985 bereikte stof Europa en daarom was er een lichte daling van de oppervlaktetemperaturen.
De atmosfeer van de aarde bevat variabele hoeveelheden waterdamp. In absolute termen qua gewicht of volume varieert de hoeveelheid van 2 tot 5%.
Waterdamp versterkt, net als kooldioxide, het broeikaseffect. In de wolken en mist die in de atmosfeer ontstaan, vinden bijzondere fysische en chemische processen plaats.
De belangrijkste bron van waterdamp in de atmosfeer is het oppervlak van de Wereldoceaan. Jaarlijks verdampt hieruit een laag water met een dikte van 95 tot 110 cm. Een deel van het vocht keert na condensatie terug naar de oceaan, een ander deel wordt door luchtstromen richting de continenten geleid. In gebieden met een variabel vochtig klimaat bevochtigt neerslag de bodem, en in vochtige klimaten creëert het grondwaterreserves. De atmosfeer is dus een accumulator van vocht en een reservoir van neerslag. en mist die zich in de atmosfeer vormen, voorzien de bodembedekking van vocht en spelen daardoor een beslissende rol in de ontwikkeling van flora en fauna.
Atmosferisch vocht wordt door de mobiliteit van de atmosfeer over het aardoppervlak verdeeld. Het wordt gekenmerkt door een zeer complex systeem van wind- en drukverdeling. Vanwege het feit dat de atmosfeer voortdurend in beweging is, veranderen de aard en de schaal van de verdeling van windstromen en -druk voortdurend. De schaal van de circulatie varieert van micrometeorologisch, met een omvang van slechts een paar honderd meter, tot een mondiale schaal van enkele tienduizenden kilometers. Enorme atmosferische wervelingen nemen deel aan het creëren van systemen van grootschalige luchtstromen en bepalen de algemene circulatie van de atmosfeer. Bovendien zijn ze bronnen van catastrofale atmosferische verschijnselen.
De verdeling van weers- en klimatologische omstandigheden en het functioneren van levende materie zijn afhankelijk van de atmosferische druk. Als de atmosferische druk binnen kleine grenzen schommelt, speelt deze geen beslissende rol in het welzijn van mensen en het gedrag van dieren en heeft zij geen invloed op de fysiologische functies van planten. Drukveranderingen worden meestal geassocieerd met frontale verschijnselen en weersveranderingen.
Atmosferische druk is van fundamenteel belang voor de vorming van wind, die als reliëfvormende factor een sterke invloed heeft op de dieren- en plantenwereld.
Wind kan de plantengroei onderdrukken en tegelijkertijd de zaadoverdracht bevorderen. De rol van wind bij het vormgeven van weer- en klimaatomstandigheden is groot. Het fungeert ook als een regulator van de zeestromingen. Wind draagt, als een van de exogene factoren, bij aan de erosie en het leeglopen van verweerd materiaal over lange afstanden.
Ecologische en geologische rol van atmosferische processen
Een afname van de transparantie van de atmosfeer als gevolg van het verschijnen van aerosoldeeltjes en vast stof daarin beïnvloedt de verdeling van zonnestraling, waardoor het albedo of reflectiviteit toeneemt. Verschillende chemische reacties die de afbraak van ozon veroorzaken en het ontstaan van ‘parelwolken’ bestaande uit waterdamp leiden tot hetzelfde resultaat. Mondiale veranderingen in reflectiviteit, evenals veranderingen in atmosferische gassen, voornamelijk broeikasgassen, zijn verantwoordelijk voor klimaatverandering.
Ongelijkmatige verwarming, die verschillen in atmosferische druk over verschillende delen van het aardoppervlak veroorzaakt, leidt tot atmosferische circulatie, wat het kenmerk is van de troposfeer. Wanneer er een drukverschil optreedt, stroomt er lucht van gebieden met hoge druk naar gebieden met lage druk. Deze bewegingen van luchtmassa's bepalen, samen met vochtigheid en temperatuur, de belangrijkste ecologische en geologische kenmerken van atmosferische processen.
Afhankelijk van de snelheid voert de wind verschillende geologische werkzaamheden uit op het aardoppervlak. Met een snelheid van 10 m/s schudt hij dikke boomtakken, waardoor stof en fijn zand worden opgetild en getransporteerd; breekt boomtakken met een snelheid van 20 m/s, voert zand en grind mee; met een snelheid van 30 m/s (storm) scheurt de daken van huizen af, ontwortelt bomen, breekt palen, verplaatst kiezels en voert klein puin mee, en een orkaanwind met een snelheid van 40 m/s vernietigt huizen, breekt en vernietigt de stroom lijnpalen, ontwortelt grote bomen.
Buien en tornado's (tornado's) - atmosferische wervelingen die in het warme seizoen ontstaan op krachtige atmosferische fronten, met snelheden tot 100 m/s, hebben een grote negatieve impact op het milieu met catastrofale gevolgen. Buien zijn horizontale wervelwinden met orkaanwindsnelheden (tot 60-80 m/s). Ze gaan vaak gepaard met hevige regen- en onweersbuien die enkele minuten tot een half uur kunnen duren. Buien bestrijken gebieden tot 50 km breed en leggen een afstand af van 200-250 km. Een bui in Moskou en de regio Moskou in 1998 beschadigde de daken van veel huizen en liet bomen omvallen.
Tornado's, in Noord-Amerika tornado's genoemd, zijn krachtige trechtervormige atmosferische wervelingen die vaak worden geassocieerd met onweerswolken. Dit zijn in het midden taps toelopende luchtkolommen met een diameter van enkele tientallen tot honderden meters. Een tornado heeft het uiterlijk van een trechter, die sterk lijkt op de slurf van een olifant, die uit de wolken neerdaalt of uit het aardoppervlak oprijst. Met een sterke zeldzaamheid en een hoge rotatiesnelheid reist een tornado tot enkele honderden kilometers, waarbij hij stof, water uit reservoirs en verschillende objecten aanzuigt. Krachtige tornado's gaan gepaard met onweersbuien, regen en hebben een grote vernietigende kracht.
Tornado's komen zelden voor in subpolaire of equatoriale gebieden, waar het constant koud of warm is. Er zijn weinig tornado's in de open oceaan. Tornado's komen voor in Europa, Japan, Australië, de VS en in Rusland komen ze vooral vaak voor in de regio Central Black Earth, in de regio's Moskou, Yaroslavl, Nizjni Novgorod en Ivanovo.
Tornado's heffen en verplaatsen auto's, huizen, rijtuigen en bruggen. In de Verenigde Staten worden bijzonder destructieve tornado's waargenomen. Jaarlijks zijn er 450 tot 1500 tornado's met een gemiddeld dodental van ongeveer 100 mensen. Tornado's zijn snelwerkende catastrofale atmosferische processen. Ze worden in slechts 20-30 minuten gevormd en hun levensduur is 30 minuten. Daarom is het bijna onmogelijk om de tijd en plaats van tornado's te voorspellen.
Andere destructieve maar langdurige atmosferische wervelingen zijn cyclonen. Ze worden gevormd door een drukverschil, dat onder bepaalde omstandigheden bijdraagt aan het ontstaan van een cirkelvormige beweging van luchtstromen. Atmosferische wervels ontstaan rond krachtige stijgende stromingen van vochtige, warme lucht en draaien met hoge snelheid met de klok mee op het zuidelijk halfrond en tegen de klok in op het noordelijk halfrond. Cyclonen ontstaan, in tegenstelling tot tornado's, boven de oceanen en veroorzaken hun vernietigende effecten boven continenten. De belangrijkste destructieve factoren zijn harde wind, intense neerslag in de vorm van sneeuwval, stortbuien, hagel en overstromingen. Winden met snelheden van 19 - 30 m/s vormen een storm, 30 - 35 m/s - een storm en meer dan 35 m/s - een orkaan.
Tropische cyclonen – orkanen en tyfonen – hebben een gemiddelde breedte van enkele honderden kilometers. De windsnelheid in de cycloon bereikt orkaankracht. Tropische cyclonen duren enkele dagen tot meerdere weken en bewegen zich met snelheden van 50 tot 200 km/u. Cyclonen op de middelste breedtegraad hebben een grotere diameter. Hun dwarsafmetingen variëren van duizend tot enkele duizenden kilometers, en de windsnelheid is stormachtig. Ze verplaatsen zich vanuit het westen naar het noordelijk halfrond en gaan gepaard met hagel en sneeuwval, die catastrofaal van aard zijn. In termen van het aantal slachtoffers en veroorzaakte schade zijn cyclonen en de daarmee samenhangende orkanen en tyfoons na overstromingen de grootste natuurlijke atmosferische verschijnselen. In dichtbevolkte gebieden van Azië loopt het dodental als gevolg van orkanen in de duizenden. In 1991, tijdens een orkaan in Bangladesh, die de vorming van zeegolven van 6 meter hoog veroorzaakte, stierven 125 duizend mensen. Tyfonen veroorzaken grote schade in de Verenigde Staten. Tegelijkertijd sterven tientallen en honderden mensen. In West-Europa veroorzaken orkanen minder schade.
Onweersbuien worden beschouwd als een catastrofaal atmosferisch fenomeen. Ze ontstaan wanneer warme, vochtige lucht zeer snel opstijgt. Op de grens van de tropische en subtropische zones komen onweersbuien 90-100 dagen per jaar voor, in de gematigde zone 10-30 dagen. In ons land komt het grootste aantal onweersbuien voor in de Noord-Kaukasus.
Onweersbuien duren meestal minder dan een uur. Bijzonder gevaarlijk zijn hevige regenbuien, hagel, blikseminslagen, windstoten en verticale luchtstromen. Het hagelgevaar wordt bepaald door de grootte van de hagelstenen. In de Noord-Kaukasus bereikte de massa hagelstenen ooit 0,5 kg, en in India werden hagelstenen met een gewicht van 7 kg geregistreerd. De meest stedelijk gevaarlijke gebieden in ons land bevinden zich in de Noord-Kaukasus. In juli 1992 beschadigde hagel 18 vliegtuigen op de luchthaven Mineralnye Vody.
Gevaarlijke atmosferische verschijnselen zijn onder meer bliksem. Ze doden mensen en vee, veroorzaken brand en beschadigen het elektriciteitsnet. Jaarlijks sterven wereldwijd ongeveer 10.000 mensen door onweersbuien en de gevolgen daarvan. Bovendien is in sommige gebieden van Afrika, Frankrijk en de VS het aantal slachtoffers door bliksem groter dan door andere natuurverschijnselen. De jaarlijkse economische schade als gevolg van onweersbuien in de Verenigde Staten bedraagt minstens $700 miljoen.
Droogtes zijn typisch voor woestijn-, steppe- en bos-steppegebieden. Een gebrek aan neerslag veroorzaakt uitdroging van de bodem, een daling van het grondwaterpeil en in reservoirs totdat deze volledig uitdrogen. Vochtgebrek leidt tot de dood van vegetatie en gewassen. Droogtes zijn vooral ernstig in Afrika, het Nabije en Midden-Oosten, Centraal-Azië en het zuiden van Noord-Amerika.
Droogtes veranderen de levensomstandigheden van de mens en hebben een negatief effect op de natuurlijke omgeving door processen zoals verzilting van de bodem, droge wind, stofstormen, bodemerosie en bosbranden. Branden zijn vooral hevig tijdens droogte in taigagebieden, tropische en subtropische bossen en savannes.
Droogtes zijn kortetermijnprocessen die één seizoen duren. Wanneer droogtes langer dan twee seizoenen duren, bestaat er een dreiging van hongersnood en massale sterfte. Doorgaans treft droogte het grondgebied van een of meer landen. Langdurige droogtes met tragische gevolgen komen vooral vaak voor in de Sahelregio van Afrika.
Atmosferische verschijnselen zoals sneeuwval, hevige regenval op korte termijn en langdurige aanhoudende regen veroorzaken grote schade. Sneeuwval veroorzaakt enorme lawines in de bergen, en het snelle smelten van gevallen sneeuw en langdurige regenval leiden tot overstromingen. De enorme hoeveelheid water die op het aardoppervlak valt, vooral in boomloze gebieden, veroorzaakt ernstige bodemerosie. Er is sprake van een intensieve groei van kolkbalksystemen. Overstromingen ontstaan als gevolg van grote overstromingen tijdens periodes van hevige neerslag of hoog water na een plotselinge opwarming of het smelten van de sneeuw in de lente en zijn daarom van oorsprong atmosferische verschijnselen (ze worden besproken in het hoofdstuk over de ecologische rol van de hydrosfeer).
Antropogene atmosferische veranderingen
Momenteel zijn er veel verschillende antropogene bronnen die luchtvervuiling veroorzaken en tot ernstige verstoringen van het ecologische evenwicht leiden. Qua schaalgrootte hebben twee bronnen de grootste impact op de atmosfeer: transport en industrie. Gemiddeld is transport verantwoordelijk voor ongeveer 60% van de totale hoeveelheid luchtvervuiling, de industrie - 15, thermische energie - 15, technologieën voor de vernietiging van huishoudelijk en industrieel afval - 10%.
Afhankelijk van de gebruikte brandstof en het soort oxidatiemiddelen stoot het vervoer in de atmosfeer stikstofoxiden, zwaveloxiden en koolstofdioxiden, lood en verbindingen daarvan, roet en benzopyreen uit (een stof uit de groep van polycyclische aromatische koolwaterstoffen, die een sterk kankerverwekkende stof die huidkanker veroorzaakt).
De industrie stoot zwaveldioxide, koolstofoxiden en -dioxiden, koolwaterstoffen, ammoniak, waterstofsulfide, zwavelzuur, fenol, chloor, fluor en andere chemische verbindingen uit in de atmosfeer. Maar de dominante positie onder de emissies (tot 85%) wordt ingenomen door stof.
Als gevolg van vervuiling verandert de transparantie van de atmosfeer, waardoor aërosolen, smog en zure regen ontstaan.
Aerosolen zijn verspreide systemen die bestaan uit vaste deeltjes of vloeistofdruppeltjes die in een gasvormige omgeving zweven. De deeltjesgrootte van de gedispergeerde fase bedraagt doorgaans 10 -3 -10 -7 cm. Afhankelijk van de samenstelling van de gedispergeerde fase worden aërosolen in twee groepen verdeeld. Eén omvat aërosolen die bestaan uit vaste deeltjes verspreid in een gasvormig medium, de tweede omvat aërosolen die een mengsel zijn van gasvormige en vloeibare fasen. De eerste worden rook genoemd, en de laatste - mist. In het proces van hun vorming spelen condensatiecentra een belangrijke rol. Vulkanische as, kosmisch stof, industriële emissieproducten, verschillende bacteriën, enz. fungeren als condensatiekernen en groeien voortdurend. Wanneer bijvoorbeeld droog gras op een oppervlakte van 4000 m2 door brand wordt vernietigd, worden gemiddeld 11 * 10 22 aerosolkernen gevormd.
Aerosolen begonnen zich te vormen vanaf het moment dat onze planeet verscheen en de natuurlijke omstandigheden beïnvloedden. Hun hoeveelheid en werking, in evenwicht met de algemene cyclus van stoffen in de natuur, veroorzaakten echter geen diepgaande veranderingen in het milieu. Antropogene factoren van hun vorming hebben dit evenwicht verschoven naar een aanzienlijke overbelasting van de biosfeer. Dit kenmerk is vooral uitgesproken sinds de mensheid speciaal gemaakte aërosolen begon te gebruiken, zowel in de vorm van giftige stoffen als voor gewasbescherming.
De gevaarlijkste voor de vegetatie zijn aërosolen van zwaveldioxide, waterstoffluoride en stikstof. Wanneer ze in contact komen met een vochtig bladoppervlak, vormen ze zuren die een schadelijk effect hebben op levende wezens. Zure nevels dringen samen met de ingeademde lucht de ademhalingsorganen van dieren en mensen binnen en hebben een agressieve werking op de slijmvliezen. Sommigen van hen ontbinden levend weefsel en radioactieve aërosolen veroorzaken kanker. Onder de radioactieve isotopen is Sg 90 bijzonder gevaarlijk, niet alleen vanwege zijn carcinogeniteit, maar ook als analoog van calcium, dat het in de botten van organismen vervangt en hun ontbinding veroorzaakt.
Tijdens kernexplosies worden radioactieve aërosolwolken gevormd in de atmosfeer. Kleine deeltjes met een straal van 1 - 10 micron vallen niet alleen in de bovenste lagen van de troposfeer, maar ook in de stratosfeer, waar ze lange tijd kunnen blijven. Aërosolwolken ontstaan ook tijdens de werking van reactoren in industriële installaties die splijtstof produceren, maar ook als gevolg van ongelukken in kerncentrales.
Smog is een mengsel van aërosolen met vloeibare en vaste verspreide fasen, die een mistig gordijn vormen over industriële gebieden en grote steden.
Er zijn drie soorten smog: ijzig, nat en droog. IJssmog wordt Alaska-smog genoemd. Dit is een combinatie van gasvormige verontreinigende stoffen met toevoeging van stofdeeltjes en ijskristallen die ontstaan wanneer mist- en stoomdruppels van verwarmingssystemen bevriezen.
Natte smog, of smog van het Londense type, wordt ook wel wintersmog genoemd. Het is een mengsel van gasvormige verontreinigende stoffen (voornamelijk zwaveldioxide), stofdeeltjes en mistdruppels. De meteorologische voorwaarde voor het optreden van wintersmog is windstil weer, waarbij een laag warme lucht zich boven de grondlaag met koude lucht bevindt (onder de 700 m). In dit geval is er niet alleen sprake van horizontale, maar ook van verticale uitwisseling. Verontreinigende stoffen, meestal verspreid in hoge lagen, hopen zich in dit geval op in de oppervlaktelaag.
Droge smog treedt op tijdens de zomer en wordt vaak smog van het Los Angeles-type genoemd. Het is een mengsel van ozon, koolmonoxide, stikstofoxiden en zuurdampen. Dergelijke smog wordt gevormd als gevolg van de ontbinding van verontreinigende stoffen door zonnestraling, vooral het ultraviolette deel ervan. De meteorologische voorwaarde is atmosferische inversie, uitgedrukt in het verschijnen van een laag koude lucht boven warme lucht. Normaal gesproken worden gassen en vaste deeltjes die door warme luchtstromen worden opgetild vervolgens verspreid in de bovenste koude lagen, maar in dit geval hopen ze zich op in de inversielaag. Tijdens het fotolyseproces ontleden stikstofdioxiden die worden gevormd tijdens de verbranding van brandstof in automotoren:
NEE 2 → NEE + O
Dan vindt ozonsynthese plaats:
O + O 2 + M → O 3 + M
NEE + O → NEE 2
Fotodissociatieprocessen gaan gepaard met een geelgroene gloed.
Bovendien treden er reacties op van het type: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, d.w.z. er wordt sterk zwavelzuur gevormd.
Bij een verandering in de meteorologische omstandigheden (het optreden van wind of een verandering in de luchtvochtigheid) verdwijnt de koude lucht en verdwijnt de smog.
De aanwezigheid van kankerverwekkende stoffen in smog leidt tot ademhalingsproblemen, irritatie van de slijmvliezen, stoornissen in de bloedsomloop, astmatische verstikking en vaak de dood. Smog is vooral gevaarlijk voor jonge kinderen.
Zure regen is atmosferische neerslag die wordt verzuurd door de industriële uitstoot van zwaveloxiden, stikstof en de daarin opgeloste dampen van perchloorzuur en chloor. Bij het verbranden van steenkool en gas wordt het grootste deel van de daarin aanwezige zwavel, zowel in de vorm van oxide als in verbindingen met ijzer, met name in pyriet, pyrrhotiet, chalcopyriet, enz., omgezet in zwaveloxide, dat samen met koolstofdioxide, wordt uitgestoten in de atmosfeer. Wanneer atmosferische stikstof en technische emissies worden gecombineerd met zuurstof, worden verschillende stikstofoxiden gevormd, en het volume van de gevormde stikstofoxiden hangt af van de verbrandingstemperatuur. Het grootste deel van de stikstofoxiden ontstaat tijdens het gebruik van voertuigen en diesellocomotieven, en een kleiner deel komt voor in de energiesector en industriële ondernemingen. Zwavel- en stikstofoxiden zijn de belangrijkste zuurvormers. Bij reactie met zuurstof uit de lucht en waterdamp die zich daarin bevinden, worden zwavelzuur en salpeterzuren gevormd.
Het is bekend dat de alkalische zuurbalans van het milieu wordt bepaald door de pH-waarde. Een neutrale omgeving heeft een pH-waarde van 7, een zure omgeving heeft een pH-waarde van 0 en een alkalische omgeving heeft een pH-waarde van 14. In de moderne tijd is de pH-waarde van regenwater 5,6, hoewel dit in het recente verleden was neutraal. Een verlaging van de pH-waarde met één komt overeen met een tienvoudige toename van de zuurgraad en daarom valt er momenteel bijna overal regen met verhoogde zuurgraad. De maximale zuurgraad van de regen die in West-Europa werd geregistreerd, was 4-3,5 pH. Houd er rekening mee dat een pH-waarde van 4-4,5 voor de meeste vissen dodelijk is.
Zure regen heeft een agressief effect op de vegetatie van de aarde, op industriële en residentiële gebouwen en draagt bij aan een aanzienlijke versnelling van de verwering van blootgestelde rotsen. Verhoogde zuurgraad verhindert de zelfregulering van de neutralisatie van bodems waarin voedingsstoffen oplossen. Dit leidt op zijn beurt tot een scherpe daling van de opbrengst en veroorzaakt degradatie van de vegetatiebedekking. De zuurgraad van de bodem bevordert het vrijkomen van gebonden zware grond, die geleidelijk door planten wordt opgenomen, waardoor ernstige weefselbeschadiging ontstaat en de menselijke voedselketen binnendringt.
Een verandering in het alkalisch zuurpotentieel van zeewater, vooral in ondiepe wateren, leidt tot het stopzetten van de voortplanting van veel ongewervelde dieren, veroorzaakt de dood van vissen en verstoort het ecologische evenwicht in de oceanen.
Als gevolg van de zure regen lopen bossen in West-Europa, de Baltische staten, Karelië, de Oeral, Siberië en Canada het risico te worden vernietigd.
De dikte van de atmosfeer ligt ongeveer 120 km van het aardoppervlak. De totale massa lucht in de atmosfeer is (5,1-5,3) 10-18 kg. Hiervan is de massa droge lucht 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, de totale massa waterdamp is gemiddeld 1,27 10 16 kg.
Tropopauze
De overgangslaag van de troposfeer naar de stratosfeer, een laag van de atmosfeer waarin de temperatuurdaling met de hoogte stopt.
Stratosfeer
Een laag van de atmosfeer die zich op een hoogte van 11 tot 50 km bevindt. Gekenmerkt door een kleine temperatuurverandering in de laag van 11-25 km (onderste laag van de stratosfeer) en een temperatuurstijging in de laag van 25-40 km van −56,5 naar 0,8 ° (bovenste laag van de stratosfeer of inversiegebied). Nadat op een hoogte van ongeveer 40 km een waarde van ongeveer 273 K (bijna 0 °C) is bereikt, blijft de temperatuur constant tot een hoogte van ongeveer 55 km. Dit gebied met constante temperatuur wordt de stratopauze genoemd en vormt de grens tussen de stratosfeer en de mesosfeer.
Stratopauze
De grenslaag van de atmosfeer tussen de stratosfeer en de mesosfeer. In de verticale temperatuurverdeling zit een maximum (circa 0 °C).
Mesosfeer
de atmosfeer van de aarde
Grens van de atmosfeer van de aarde
Thermosfeer
De bovengrens ligt op ongeveer 800 km. De temperatuur stijgt tot een hoogte van 200-300 km, waar hij waarden in de orde van 1500 K bereikt, waarna hij op grote hoogte vrijwel constant blijft. Onder invloed van ultraviolette en röntgenstraling van de zon en kosmische straling vindt ionisatie van de lucht ("aurora's") plaats - de belangrijkste gebieden van de ionosfeer liggen in de thermosfeer. Op hoogtes boven 300 km overheerst atomaire zuurstof. De bovengrens van de thermosfeer wordt grotendeels bepaald door de huidige activiteit van de zon. Tijdens perioden van lage activiteit - bijvoorbeeld in 2008-2009 - is er een merkbare afname van de omvang van deze laag.
Thermopauze
Het gebied van de atmosfeer dat grenst aan de thermosfeer. In dit gebied is de absorptie van zonnestraling verwaarloosbaar en verandert de temperatuur niet daadwerkelijk met de hoogte.
Exosfeer (verstrooiende bol)
Tot een hoogte van 100 km is de atmosfeer een homogeen, goed gemengd mengsel van gassen. In hogere lagen hangt de verdeling van gassen naar hoogte af van hun molecuulgewicht; de concentratie van zwaardere gassen neemt sneller af met de afstand tot het aardoppervlak. Door de afname van de gasdichtheid daalt de temperatuur van 0 °C in de stratosfeer naar −110 °C in de mesosfeer. De kinetische energie van individuele deeltjes op een hoogte van 200-250 km komt echter overeen met een temperatuur van ~150 °C. Boven de 200 km worden aanzienlijke schommelingen in temperatuur en gasdichtheid in tijd en ruimte waargenomen.
Op een hoogte van ongeveer 2000-3500 km verandert de exosfeer geleidelijk in de zogenaamde nabij ruimtevacuüm, die gevuld is met zeer ijle deeltjes interplanetair gas, voornamelijk waterstofatomen. Maar dit gas vertegenwoordigt slechts een deel van de interplanetaire materie. Het andere deel bestaat uit stofdeeltjes van komeet- en meteorische oorsprong. Naast uiterst ijle stofdeeltjes dringt elektromagnetische en corpusculaire straling van zonne- en galactische oorsprong deze ruimte binnen.
De troposfeer vertegenwoordigt ongeveer 80% van de massa van de atmosfeer, de stratosfeer ongeveer 20%; de massa van de mesosfeer bedraagt niet meer dan 0,3%, de thermosfeer minder dan 0,05% van de totale massa van de atmosfeer. Op basis van de elektrische eigenschappen in de atmosfeer worden de neutronosfeer en de ionosfeer onderscheiden. Momenteel wordt aangenomen dat de atmosfeer zich uitstrekt tot een hoogte van 2000-3000 km.
Afhankelijk van de samenstelling van het gas in de atmosfeer stoten ze uit homosfeer En heterosfeer. Heterosfeer- Dit is het gebied waar de zwaartekracht de scheiding van gassen beïnvloedt, omdat hun vermenging op een dergelijke hoogte verwaarloosbaar is. Dit impliceert een variabele samenstelling van de heterosfeer. Daaronder ligt een goed gemengd, homogeen deel van de atmosfeer, de homosfeer genoemd. De grens tussen deze lagen wordt de turbopauze genoemd en ligt op een hoogte van ongeveer 120 km.
Fysiologische en andere eigenschappen van de atmosfeer
Al op een hoogte van 5 km boven zeeniveau begint een ongetraind persoon zuurstofgebrek te ervaren en zonder aanpassing worden de prestaties van een persoon aanzienlijk verminderd. De fysiologische zone van de atmosfeer eindigt hier. Menselijke ademhaling wordt onmogelijk op een hoogte van 9 km, hoewel de atmosfeer tot ongeveer 115 km zuurstof bevat.
De atmosfeer voorziet ons van de zuurstof die nodig is om te ademen. Als gevolg van de daling van de totale druk van de atmosfeer neemt de partiële zuurstofdruk echter overeenkomstig af naarmate u hoger komt.
In ijle luchtlagen is geluidsvoortplanting onmogelijk. Tot een hoogte van 60-90 km is het nog steeds mogelijk om luchtweerstand en lift te gebruiken voor gecontroleerde aerodynamische vluchten. Maar vanaf een hoogte van 100-130 km verliezen de concepten van het M-nummer en de geluidsbarrière, bekend bij elke piloot, hun betekenis: daar passeert de conventionele Karman-lijn, waarachter het gebied van puur ballistische vlucht begint, dat alleen kan worden gecontroleerd met behulp van reactieve krachten.
Op hoogtes boven de 100 km is de atmosfeer beroofd van een andere opmerkelijke eigenschap: het vermogen om thermische energie te absorberen, te geleiden en door te geven door middel van convectie (d.w.z. door lucht te mengen). Dit betekent dat verschillende onderdelen van de uitrusting van het orbitale ruimtestation niet van buitenaf kunnen worden gekoeld op dezelfde manier als gewoonlijk in een vliegtuig gebeurt - met behulp van luchtstralen en luchtradiatoren. Op deze hoogte is, net als in de ruimte in het algemeen, warmtestraling de enige manier om warmte over te dragen.
Geschiedenis van atmosferische vorming
Volgens de meest gangbare theorie heeft de atmosfeer van de aarde in de loop van de tijd drie verschillende samenstellingen gehad. Aanvankelijk bestond het uit lichte gassen (waterstof en helium) die uit de interplanetaire ruimte werden opgevangen. Dit is de zgn primaire sfeer(ongeveer vier miljard jaar geleden). In de volgende fase leidde actieve vulkanische activiteit tot de verzadiging van de atmosfeer met andere gassen dan waterstof (kooldioxide, ammoniak, waterdamp). Dit is hoe het werd gevormd secundaire atmosfeer(ongeveer drie miljard jaar vóór de dag van vandaag). Deze sfeer werkte herstellend. Verder werd het proces van atmosfeervorming bepaald door de volgende factoren:
- lekkage van lichte gassen (waterstof en helium) in de interplanetaire ruimte;
- chemische reacties die plaatsvinden in de atmosfeer onder invloed van ultraviolette straling, bliksemontladingen en enkele andere factoren.
Geleidelijk leidden deze factoren tot de formatie tertiaire atmosfeer, gekenmerkt door een veel lager waterstofgehalte en een veel hoger gehalte aan stikstof en kooldioxide (gevormd als gevolg van chemische reacties van ammoniak en koolwaterstoffen).
Stikstof
De vorming van een grote hoeveelheid stikstof N2 is te wijten aan de oxidatie van de ammoniak-waterstofatmosfeer door moleculaire zuurstof O2, die van het oppervlak van de planeet begon te komen als gevolg van fotosynthese, die 3 miljard jaar geleden begon. Stikstof N2 komt ook in de atmosfeer terecht als gevolg van denitrificatie van nitraten en andere stikstofhoudende verbindingen. Stikstof wordt in de hogere atmosfeer door ozon geoxideerd tot NO.
Stikstof N 2 reageert alleen onder specifieke omstandigheden (bijvoorbeeld tijdens een bliksemontlading). De oxidatie van moleculaire stikstof door ozon tijdens elektrische ontladingen wordt in kleine hoeveelheden gebruikt bij de industriële productie van stikstofmeststoffen. Cyanobacteriën (blauwalgen) en knobbelbacteriën die rhizobiale symbiose vormen met vlinderbloemige planten, de zogenaamde, kunnen deze met een laag energieverbruik oxideren en omzetten in een biologisch actieve vorm. groene mest.
Zuurstof
De samenstelling van de atmosfeer begon radicaal te veranderen met het verschijnen van levende organismen op aarde, als gevolg van fotosynthese, vergezeld van het vrijkomen van zuurstof en de opname van koolstofdioxide. Aanvankelijk werd zuurstof besteed aan de oxidatie van gereduceerde verbindingen - ammoniak, koolwaterstoffen, ijzerhoudende vormen van ijzer in de oceanen, enz. Aan het einde van deze fase begon het zuurstofgehalte in de atmosfeer te stijgen. Geleidelijk vormde zich een moderne atmosfeer met oxiderende eigenschappen. Omdat dit ernstige en abrupte veranderingen veroorzaakte in veel processen die plaatsvinden in de atmosfeer, lithosfeer en biosfeer, werd deze gebeurtenis de zuurstofcatastrofe genoemd.
Edelgassen
Luchtvervuiling
Onlangs zijn mensen begonnen de evolutie van de atmosfeer te beïnvloeden. Het resultaat van zijn activiteiten was een constante aanzienlijke toename van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer als gevolg van de verbranding van koolwaterstofbrandstoffen die zich in voorgaande geologische tijdperken hadden verzameld. Tijdens de fotosynthese worden enorme hoeveelheden CO 2 geconsumeerd en geabsorbeerd door de oceanen van de wereld. Dit gas komt in de atmosfeer terecht als gevolg van de ontbinding van carbonaatgesteenten en organische stoffen van plantaardige en dierlijke oorsprong, maar ook als gevolg van vulkanisme en menselijke industriële activiteit. De afgelopen 100 jaar is het CO2-gehalte in de atmosfeer met 10% toegenomen, waarbij het grootste deel (360 miljard ton) afkomstig is van de verbranding van brandstoffen. Als het groeitempo van de verbranding van brandstoffen aanhoudt, zal de hoeveelheid CO 2 in de atmosfeer in de komende 200 tot 300 jaar verdubbelen, wat zou kunnen leiden tot een mondiale klimaatverandering.
Brandstofverbranding is de belangrijkste bron van vervuilende gassen (CO, SO2). Zwaveldioxide wordt door zuurstof uit de lucht geoxideerd tot SO 3 in de bovenste lagen van de atmosfeer, dat op zijn beurt interageert met water en ammoniakdamp, en het resulterende zwavelzuur (H 2 SO 4) en ammoniumsulfaat ((NH 4) 2 SO 4 ) worden teruggestuurd naar het aardoppervlak in de vorm van de zogenaamde. zure regen. Het gebruik van verbrandingsmotoren leidt tot aanzienlijke luchtverontreiniging met stikstofoxiden, koolwaterstoffen en loodverbindingen (tetraethyllood Pb(CH 3 CH 2) 4)).
Aërosolvervuiling van de atmosfeer wordt veroorzaakt door zowel natuurlijke oorzaken (vulkaanuitbarstingen, stofstormen, meeslepen van druppels zeewater en plantenpollen, enz.) als menselijke economische activiteiten (mijnen van ertsen en bouwmaterialen, het verbranden van brandstof, het maken van cement, enz.). ). De intense grootschalige uitstoot van fijnstof in de atmosfeer is een van de mogelijke oorzaken van klimaatverandering op aarde.
zie ook
- Jacchia (sfeermodel)
Opmerkingen
Koppelingen
Literatuur
- V.V. Parin, F.P. Kosmolinsky, B.A. Dushkov“Ruimtebiologie en geneeskunde” (2e editie, herzien en uitgebreid), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 pp.
- N.V. Gusakova“Environmental Chemistry”, Rostov aan de Don: Phoenix, 2004, 192 met ISBN 5-222-05386-5
- Sokolov V.A. Geochemie van natuurlijke gassen, M., 1971;
- McEwen M., Phillips L. Atmosferische chemie, M., 1978;
- Wark K., Warner S. Luchtvervuiling. Bronnen en controle, trans. uit het Engels, M.. 1980;
- Monitoring van achtergrondvervuiling van natuurlijke omgevingen. V. 1, L., 1982.
Aarde | ||
---|---|---|
Geschiedenis van de aarde | Leeftijd van de aarde Geologische geschiedenis van de aarde Geochronologische schaal Geschiedenis van het leven op aarde Glaciatie van de aarde Paradox van de zwakke jonge zon Reuzeninslagtheorie Chronologie van de evolutie | |
Geografie en geologie |
Australië Azië Antarctica Afrika Europa Noord-Amerika Zuid-Amerika Atlantische Oceaan Indische Oceaan Noordelijke IJszee |
Atmosfeer (van het Griekse ατμός - "stoom" en σφαῖρα - "bol") is de gasomhulling van een hemellichaam, die eromheen wordt gehouden door de zwaartekracht. De atmosfeer is de gasvormige schil van de planeet, bestaande uit een mengsel van verschillende gassen, waterdamp en stof. De atmosfeer wisselt materie uit tussen de aarde en de kosmos. De aarde ontvangt kosmisch stof en meteorietmateriaal en verliest de lichtste gassen: waterstof en helium. De atmosfeer van de aarde wordt door en door doordrongen door krachtige straling van de zon, die het thermische regime van het planeetoppervlak bepaalt en de dissociatie van moleculen van atmosferische gassen en de ionisatie van atomen veroorzaakt.
De atmosfeer van de aarde bevat zuurstof, die door de meeste levende organismen wordt gebruikt voor de ademhaling, en koolstofdioxide, dat wordt geconsumeerd door planten, algen en cyanobacteriën tijdens de fotosynthese. De atmosfeer is ook de beschermende laag van de planeet en beschermt de bewoners tegen de ultraviolette straling van de zon.
Alle massieve lichamen – aardse planeten en gasreuzen – hebben een atmosfeer.
Sfeervolle compositie
De atmosfeer is een mengsel van gassen bestaande uit stikstof (78,08%), zuurstof (20,95%), kooldioxide (0,03%), argon (0,93%), een kleine hoeveelheid helium, neon, xenon, krypton (0,01%), 0,038% koolstofdioxide en kleine hoeveelheden waterstof, helium, andere edelgassen en verontreinigende stoffen.
De moderne samenstelling van de lucht op aarde werd meer dan honderd miljoen jaar geleden vastgesteld, maar de sterk toegenomen menselijke productieactiviteit leidde niettemin tot verandering ervan. Momenteel is er een toename van het CO 2 -gehalte met ongeveer 10-12%. Gassen in de atmosfeer vervullen verschillende functionele rollen. De belangrijkste betekenis van deze gassen wordt echter vooral bepaald door het feit dat ze zeer sterk stralingsenergie absorberen en daardoor een aanzienlijke invloed hebben op het temperatuurregime van het aardoppervlak en de atmosfeer.
De initiële samenstelling van de atmosfeer van een planeet hangt meestal af van de chemische en temperatuureigenschappen van de zon tijdens de vorming van planeten en de daaropvolgende uitstoot van externe gassen. De samenstelling van de gasschil evolueert dan onder invloed van verschillende factoren.
De atmosfeer van Venus en Mars bestaat voornamelijk uit koolstofdioxide met kleine toevoegingen van stikstof, argon, zuurstof en andere gassen. De atmosfeer van de aarde is grotendeels het product van de organismen die erin leven. De gasreuzen met lage temperatuur - Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus - kunnen voornamelijk gassen met een laag molecuulgewicht vasthouden: waterstof en helium. Gasreuzen met een hoge temperatuur, zoals Osiris of 51 Pegasi b, kunnen het daarentegen niet vasthouden en de moleculen van hun atmosfeer zijn verspreid in de ruimte. Dit proces vindt langzaam en voortdurend plaats.
Stikstof, Het meest voorkomende gas in de atmosfeer is chemisch inactief.
Zuurstof, in tegenstelling tot stikstof, is een chemisch zeer actief element. De specifieke functie van zuurstof is de oxidatie van organisch materiaal van heterotrofe organismen, gesteenten en ondergeoxideerde gassen die door vulkanen in de atmosfeer worden uitgestoten. Zonder zuurstof zou er geen afbraak van dood organisch materiaal plaatsvinden.
Atmosferische structuur
De structuur van de atmosfeer bestaat uit twee delen: de binnenste - de troposfeer, stratosfeer, mesosfeer en thermosfeer, of ionosfeer, en de buitenste - de magnetosfeer (exosfeer).
1) Troposfeer– dit is het onderste deel van de atmosfeer waarin 3/4 d.w.z. geconcentreerd is. ~ 80% van de gehele atmosfeer van de aarde. De hoogte wordt bepaald door de intensiteit van verticale (stijgende of dalende) luchtstromen veroorzaakt door verwarming van het aardoppervlak en de oceaan. Daarom is de dikte van de troposfeer op de evenaar 16-18 km, op gematigde breedtegraden 10-11 km, en aan de polen – tot 8 km. De luchttemperatuur in de troposfeer op grote hoogte daalt met 0,6ºС per 100 m en varieert van +40 tot - 50ºС.
2) Stratosfeer bevindt zich boven de troposfeer en heeft een hoogte tot 50 km vanaf het oppervlak van de planeet. De temperatuur op een hoogte tot 30 km is constant -50ºC. Dan begint het te stijgen en bereikt op een hoogte van 50 km +10ºС.
De bovengrens van de biosfeer is het ozonscherm.
Het ozonscherm is een laag van de atmosfeer in de stratosfeer, gelegen op verschillende hoogten van het aardoppervlak en met een maximale ozondichtheid op een hoogte van 20-26 km.
De hoogte van de ozonlaag aan de polen wordt geschat op 7-8 km, aan de evenaar op 17-18 km, en de maximale hoogte van de aanwezigheid van ozon is 45-50 km. Leven boven het ozonschild is onmogelijk vanwege de harde ultraviolette straling van de zon. Als je alle ozonmoleculen comprimeert, krijg je een laag van ongeveer 3 mm rond de planeet.
3) Mesosfeer– de bovengrens van deze laag ligt tot een hoogte van 80 km. Het belangrijkste kenmerk is een scherpe temperatuurdaling -90ºC op de bovengrens. Hier worden nachtlichtende wolken bestaande uit ijskristallen geregistreerd.
4) Ionosfeer (thermosfeer) - bevindt zich tot een hoogte van 800 km en wordt gekenmerkt door een aanzienlijke temperatuurstijging:
150 km temperatuur +240ºC,
200 km temperatuur +500ºC,
600 km temperatuur +1500ºC.
Onder invloed van ultraviolette straling van de zon bevinden gassen zich in een geïoniseerde toestand. Ionisatie wordt geassocieerd met de gloed van gassen en het verschijnen van aurora's.
De ionosfeer heeft het vermogen om herhaaldelijk radiogolven te reflecteren, wat radiocommunicatie over lange afstanden op de planeet garandeert.
5) Exosfeer– ligt boven de 800 km en strekt zich uit tot 3000 km. Hier is de temperatuur >2000ºC. De snelheid van de gasbeweging nadert de kritieke ~11,2 km/sec. De dominante atomen zijn waterstof en helium, die een lichtgevende corona rond de aarde vormen, die zich uitstrekt tot een hoogte van 20.000 km.
Functies van de atmosfeer
1) Thermoregulerend - het weer en klimaat op aarde zijn afhankelijk van de verdeling van warmte en druk.
2) Levensonderhoudend.
3) In de troposfeer vinden mondiale verticale en horizontale bewegingen van luchtmassa's plaats, die de watercyclus en warmte-uitwisseling bepalen.
4) Bijna alle oppervlaktegeologische processen worden veroorzaakt door de interactie van de atmosfeer, de lithosfeer en de hydrosfeer.
5) Beschermend - de atmosfeer beschermt de aarde tegen de ruimte, zonnestraling en meteorietstof.
Functies van de atmosfeer. Zonder de atmosfeer zou het leven op aarde onmogelijk zijn. Een persoon consumeert dagelijks 12-15 kg. lucht, waarbij elke minuut 5 tot 100 liter wordt ingeademd, wat aanzienlijk groter is dan de gemiddelde dagelijkse behoefte aan voedsel en water. Bovendien beschermt de atmosfeer mensen op betrouwbare wijze tegen gevaren die hen vanuit de ruimte bedreigen: ze laat geen meteorieten of kosmische straling door. Een mens kan vijf weken zonder voedsel leven, vijf dagen zonder water en vijf minuten zonder lucht. Normaal menselijk leven vereist niet alleen lucht, maar ook een zekere zuiverheid ervan. De gezondheid van mensen, de toestand van de flora en fauna, de sterkte en duurzaamheid van bouwconstructies en constructies zijn afhankelijk van de luchtkwaliteit. Vervuilde lucht is destructief voor wateren, land, zeeën en bodems. De atmosfeer bepaalt het licht en reguleert de thermische regimes van de aarde, draagt bij aan de herverdeling van warmte over de aarde. De gasgranaat beschermt de aarde tegen overmatige afkoeling en verwarming. Als onze planeet niet omringd zou zijn door een luchtgranaat, zou de amplitude van temperatuurschommelingen binnen één dag 200 C bereiken. De atmosfeer beschermt alles wat op aarde leeft tegen destructief ultraviolet, röntgenstraling en kosmische straling. De sfeer speelt een grote rol bij de verdeling van het licht. De lucht breekt de zonnestralen in een miljoen kleine stralen, verstrooit ze en creëert een uniforme verlichting. De atmosfeer dient als geleider van geluiden.
De rol van de atmosfeer in het leven op aarde
De atmosfeer is de bron van zuurstof die mensen inademen. Naarmate u echter hoger komt, daalt de totale atmosferische druk, wat leidt tot een afname van de partiële zuurstofdruk.
De menselijke longen bevatten ongeveer drie liter alveolaire lucht. Als de atmosferische druk normaal is, zal de partiële zuurstofdruk in de alveolaire lucht 11 mm Hg zijn. Art., kooldioxidedruk - 40 mm Hg. Art., en waterdamp - 47 mm Hg. Kunst. Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de zuurstofdruk af en blijft de totale druk van waterdamp en koolstofdioxide in de longen constant: ongeveer 87 mm Hg. Kunst. Wanneer de luchtdruk gelijk is aan deze waarde, stopt de zuurstoftoevoer naar de longen.
Door de afname van de atmosferische druk op een hoogte van 20 km zullen water en interstitiële vloeistof in het menselijk lichaam hier koken. Als je geen drukcabine gebruikt, zal iemand op zo'n hoogte vrijwel onmiddellijk overlijden. Daarom, vanuit het oogpunt van de fysiologische kenmerken van het menselijk lichaam, vindt ‘ruimte’ zijn oorsprong op een hoogte van 20 km boven zeeniveau.
De rol van de atmosfeer in het leven op aarde is zeer groot. Dankzij de dichte luchtlagen – de troposfeer en de stratosfeer – worden mensen bijvoorbeeld beschermd tegen blootstelling aan straling. In de ruimte, in ijle lucht, op een hoogte van meer dan 36 km, werkt ioniserende straling. Op een hoogte van meer dan 40 km - ultraviolet.
Wanneer we boven het aardoppervlak uitstijgen tot een hoogte van meer dan 90-100 km, zal een geleidelijke verzwakking en vervolgens volledige verdwijning worden waargenomen van verschijnselen die bekend zijn bij mensen en worden waargenomen in de lagere atmosferische laag:
Er reist geen geluid.
Er is geen aerodynamische kracht of weerstand.
Warmte wordt niet overgedragen door convectie enz.
De atmosferische laag beschermt de aarde en alle levende organismen tegen kosmische straling en meteorieten, en is verantwoordelijk voor het reguleren van seizoensgebonden temperatuurschommelingen, het balanceren en nivelleren van dagelijkse cycli. Bij afwezigheid van een atmosfeer op aarde zouden de dagelijkse temperaturen schommelen binnen +/-200C˚. De atmosferische laag is een levengevende ‘buffer’ tussen het aardoppervlak en de ruimte, een drager van vocht en warmte; in de atmosfeer vinden processen van fotosynthese en energie-uitwisseling plaats – de belangrijkste processen in de biosfeer.
Lagen van de atmosfeer in volgorde vanaf het aardoppervlak
De atmosfeer is een gelaagde structuur die bestaat uit de volgende lagen van de atmosfeer, gerangschikt vanaf het aardoppervlak:
Troposfeer.
Stratosfeer.
Mesosfeer.
Thermosfeer.
Exosfeer
Elke laag heeft geen scherpe grenzen tussen elkaar, en hun hoogte wordt beïnvloed door de breedtegraad en de seizoenen. Deze gelaagde structuur werd gevormd als gevolg van temperatuurveranderingen op verschillende hoogten. Het is dankzij de atmosfeer dat we fonkelende sterren zien.
Structuur van de atmosfeer van de aarde in lagen:
Waaruit bestaat de atmosfeer van de aarde?
Elke atmosferische laag verschilt in temperatuur, dichtheid en samenstelling. De totale dikte van de atmosfeer is 1,5-2,0 duizend km. Waaruit bestaat de atmosfeer van de aarde? Momenteel is het een mengsel van gassen met verschillende onzuiverheden.
Troposfeer
De structuur van de atmosfeer van de aarde begint met de troposfeer, het onderste deel van de atmosfeer met een hoogte van ongeveer 10-15 km. Het grootste deel van de atmosferische lucht is hier geconcentreerd. Kenmerkend voor de troposfeer is een temperatuurdaling van 0,6 ˚C bij elke 100 meter stijging. De troposfeer concentreert bijna alle atmosferische waterdamp, en dit is waar wolken ontstaan.
De hoogte van de troposfeer verandert dagelijks. Bovendien varieert de gemiddelde waarde afhankelijk van de breedtegraad en het seizoen van het jaar. De gemiddelde hoogte van de troposfeer boven de polen is 9 km, boven de evenaar - ongeveer 17 km. De gemiddelde jaarlijkse luchttemperatuur boven de evenaar ligt rond de +26 ˚C en boven de Noordpool -23 ˚C. De bovenste lijn van de troposferische grens boven de evenaar is een gemiddelde jaartemperatuur van ongeveer -70 ˚C, en boven de Noordpool in de zomer -45 ˚C en in de winter -65 ˚C. Dus hoe hoger de hoogte, hoe lager de temperatuur. De zonnestralen passeren ongehinderd de troposfeer en verwarmen het aardoppervlak. De warmte die door de zon wordt uitgestraald, wordt vastgehouden door koolstofdioxide, methaan en waterdamp.
Stratosfeer
Boven de troposfeerlaag bevindt zich de stratosfeer, die 50-55 km hoog is. De eigenaardigheid van deze laag is dat de temperatuur toeneemt met de hoogte. Tussen de troposfeer en de stratosfeer ligt een overgangslaag die de tropopauze wordt genoemd.
Vanaf een hoogte van ongeveer 25 kilometer begint de temperatuur van de stratosferische laag te stijgen en krijgt bij het bereiken van een maximale hoogte van 50 km waarden van +10 tot +30 ˚C.
Er is heel weinig waterdamp in de stratosfeer. Soms zijn er op een hoogte van ongeveer 25 km vrij dunne wolken te vinden, deze worden “parelwolken” genoemd. Overdag zijn ze niet merkbaar, maar 's nachts gloeien ze door de verlichting van de zon, die onder de horizon staat. De samenstelling van parelmoerwolken bestaat uit onderkoelde waterdruppeltjes. De stratosfeer bestaat voornamelijk uit ozon.
Mesosfeer
De hoogte van de mesosfeerlaag bedraagt ongeveer 80 km. Hier daalt de temperatuur naarmate deze omhoog stijgt en bereikt helemaal bovenaan waarden van enkele tientallen C˚ onder nul. In de mesosfeer zijn ook wolken waar te nemen, die vermoedelijk gevormd zijn uit ijskristallen. Deze wolken worden "noctilucent" genoemd. De mesosfeer wordt gekenmerkt door de koudste temperatuur in de atmosfeer: van -2 tot -138 ˚C.
Thermosfeer
Deze atmosferische laag kreeg zijn naam vanwege de hoge temperaturen. De thermosfeer bestaat uit:
Ionosfeer.
Exosfeer.
De ionosfeer wordt gekenmerkt door ijle lucht, waarvan elke centimeter op een hoogte van 300 km uit 1 miljard atomen en moleculen bestaat, en op een hoogte van 600 km - meer dan 100 miljoen.
De ionosfeer wordt ook gekenmerkt door een hoge luchtionisatie. Deze ionen bestaan uit geladen zuurstofatomen, geladen moleculen van stikstofatomen en vrije elektronen.
Exosfeer
De exosferische laag begint op een hoogte van 800-1000 km. Gasdeeltjes, vooral lichte, bewegen hier met enorme snelheid en overwinnen de zwaartekracht. Dergelijke deeltjes vliegen vanwege hun snelle beweging uit de atmosfeer de ruimte in en worden verspreid. Daarom wordt de exosfeer de sfeer van dispersie genoemd. Meestal vliegen waterstofatomen, die de hoogste lagen van de exosfeer vormen, de ruimte in. Dankzij deeltjes in de hogere atmosfeer en deeltjes uit de zonnewind kunnen we het noorderlicht zien.
Satellieten en geofysische raketten hebben het mogelijk gemaakt om de aanwezigheid in de bovenste lagen van de atmosfeer van de stralingsgordel van de planeet vast te stellen, bestaande uit elektrisch geladen deeltjes - elektronen en protonen.
De atmosfeer is de gasvormige schil van de aarde; het is dankzij de atmosfeer dat het ontstaan en de verdere ontwikkeling van het leven op onze planeet mogelijk werd. Het belang van de atmosfeer voor de aarde is enorm: de atmosfeer zal verdwijnen, de planeet zal verdwijnen. Maar de laatste tijd horen we via televisieschermen en radioluidsprekers steeds vaker over het probleem van de luchtvervuiling, het probleem van de vernietiging van de ozonlaag en de schadelijke effecten van zonnestraling op levende organismen, inclusief de mens. Hier en daar vinden milieurampen plaats die in uiteenlopende mate negatieve gevolgen hebben voor de atmosfeer van de aarde, waardoor de gassamenstelling rechtstreeks wordt beïnvloed. Helaas moeten we toegeven dat met elk jaar van menselijke industriële activiteit de atmosfeer steeds minder geschikt wordt voor het normale functioneren van levende organismen.
Het uiterlijk van de atmosfeer
De leeftijd van de atmosfeer wordt gewoonlijk gelijkgesteld aan de leeftijd van de planeet Aarde zelf: ongeveer 5 miljard jaar. In de beginfase van haar vorming warmde de aarde op tot indrukwekkende temperaturen. “Als, zoals de meeste wetenschappers geloven, de nieuw gevormde aarde extreem heet was (een temperatuur had van ongeveer 9000 ° C), dan zouden de meeste gassen waaruit de atmosfeer bestond, haar hebben verlaten. Naarmate de aarde geleidelijk afkoelde en stolde, ontsnapten er gassen die in de vloeibare korst waren opgelost.” Uit deze gassen werd de primaire atmosfeer van de aarde gevormd, waardoor het ontstaan van leven mogelijk werd.
Zodra de aarde afkoelde, vormde zich uit de vrijkomende gassen een atmosfeer eromheen. Helaas is het niet mogelijk om het exacte percentage elementen in de chemische samenstelling van de primaire atmosfeer te bepalen, maar er kan nauwkeurig worden aangenomen dat de gassen in de samenstelling vergelijkbaar waren met de gassen die nu door vulkanen worden uitgestoten: koolstofdioxide, water damp en stikstof. “Vulkanische gassen in de vorm van oververhitte waterdamp, kooldioxide, stikstof, waterstof, ammoniak, zure dampen, edelgassen en zuurstof vormden de proto-atmosfeer. Op dit moment vond er geen ophoping van zuurstof in de atmosfeer plaats, omdat deze werd besteed aan de oxidatie van zure dampen (HCl, SiO 2, H 2 S)” (1).
Er zijn twee theorieën over de oorsprong van het belangrijkste chemische element voor het leven: zuurstof. Terwijl de aarde afkoelde, daalde de temperatuur tot ongeveer 100°C, het grootste deel van de waterdamp condenseerde en viel als de eerste regen naar het aardoppervlak, wat resulteerde in de vorming van rivieren, zeeën en oceanen: de hydrosfeer. “De waterschil op aarde bood de mogelijkheid om endogene zuurstof te accumuleren, en werd daarmee de accumulator en (wanneer verzadigd) leverancier van de atmosfeer, die tegen die tijd als gevolg daarvan al was ontdaan van water, kooldioxide, zure dampen en andere gassen. van eerdere regenbuien” (1).
Een andere theorie stelt dat zuurstof werd gevormd tijdens fotosynthese als gevolg van de levensactiviteit van primitieve cellulaire organismen. Toen plantenorganismen zich over de hele aarde vestigden, begon de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer snel toe te nemen. Veel wetenschappers hebben echter de neiging beide versies te overwegen zonder wederzijdse uitsluiting.
Veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer van de aarde
Stadia van de ontwikkeling van het leven op aarde |
Verandering in de atmosferische samenstelling |
|
Onderwijs van de planeet |
4,5 – 5 miljard jaar geleden |
Geen sfeer |
Het verschijnen van tekenen van leven op aarde |
2,5 – 3 miljard jaar geleden |
De primaire atmosfeer bevat geen zuurstof |
Actieve verovering van de aarde door levende organismen |