Lo strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine di 40 50. Atmosfera terrestre

Ogni persona alfabetizzata dovrebbe sapere non solo che il pianeta è circondato da un’atmosfera composta da una miscela di tutti i tipi di gas, ma anche che esistono diversi strati dell’atmosfera che si trovano a distanze disuguali dalla superficie terrestre.

Osservando il cielo non vediamo affatto la sua struttura complessa, la sua composizione eterogenea, o altre cose nascoste alla vista. Ma è proprio grazie alla composizione complessa e multicomponente dello strato d'aria che intorno al pianeta esistono le condizioni che hanno permesso la nascita della vita qui, la fioritura della vegetazione e la comparsa di tutto ciò che è mai esistito qui.

La conoscenza dell'argomento della conversazione viene data alle persone già al 6 ° anno di scuola, ma alcuni non hanno ancora completato gli studi e alcuni sono stati lì da così tanto tempo che hanno già dimenticato tutto. Tuttavia, ogni persona istruita dovrebbe sapere in cosa consiste il mondo che lo circonda, soprattutto quella parte da cui dipende direttamente la possibilità stessa della sua vita normale.

Qual è il nome di ogni strato dell'atmosfera, a quale altitudine si trova e che ruolo svolge? Tutti questi problemi saranno discussi di seguito.

La struttura dell'atmosfera terrestre

Guardando il cielo, soprattutto quando è completamente senza nuvole, è molto difficile persino immaginare che abbia una struttura così complessa e multistrato, che la temperatura lì a diverse altitudini sia molto diversa, e che sia lì, in quota , che si verificano i processi più importanti per tutta la flora e la fauna del suolo.

Se non fosse per una composizione così complessa della copertura gassosa del pianeta, semplicemente non ci sarebbe vita qui e nemmeno la possibilità della sua origine.

I primi tentativi di studiare questa parte del mondo circostante furono fatti dagli antichi greci, ma non poterono andare troppo lontano nelle loro conclusioni, poiché non disponevano della base tecnica necessaria. Non vedevano i confini dei diversi strati, non potevano misurare la loro temperatura, studiare la composizione dei loro componenti, ecc.

Fondamentalmente, solo i fenomeni meteorologici hanno spinto le menti più progressiste a pensare che il cielo visibile non sia così semplice come sembra.

Si ritiene che la struttura del moderno guscio di gas attorno alla Terra si sia formata in tre fasi. Prima c'era un'atmosfera primordiale di idrogeno ed elio catturati dallo spazio.

Poi le eruzioni vulcaniche riempirono l'aria con una massa di altre particelle e si formò un'atmosfera secondaria. Dopo aver attraversato tutte le reazioni chimiche di base e i processi di rilassamento delle particelle, si è verificata la situazione attuale.

Strati dell'atmosfera in ordine dalla superficie terrestre e loro caratteristiche

La struttura del guscio gassoso del pianeta è piuttosto complessa e diversificata. Vediamolo più nel dettaglio, arrivando via via ai massimi livelli.

Troposfera

A parte lo strato limite, la troposfera è lo strato più basso dell'atmosfera. Si estende ad un'altezza di circa 8-10 km sopra la superficie terrestre nelle regioni polari, 10-12 km nei climi temperati e 16-18 km nelle parti tropicali.

Fatto interessante: questa distanza può variare a seconda del periodo dell'anno: in inverno è leggermente inferiore che in estate.

L'aria della troposfera contiene la principale forza vivificante per tutta la vita sulla terra. Contiene circa l'80% di tutta l'aria atmosferica disponibile, più del 90% del vapore acqueo, ed è qui che si formano nuvole, cicloni e altri fenomeni atmosferici.

È interessante notare la graduale diminuzione della temperatura man mano che si sale dalla superficie del pianeta. Gli scienziati hanno calcolato che per ogni 100 m di altitudine la temperatura diminuisce di circa 0,6-0,7 gradi.

Stratosfera

Il successivo strato più importante è la stratosfera. L'altezza della stratosfera è di circa 45-50 chilometri. Si parte al km 11 e qui prevalgono già temperature negative che arrivano fino a -57°C.

Perché questo strato è importante per gli esseri umani, tutti gli animali e le piante? È qui, ad un'altitudine di 20-25 chilometri, che si trova lo strato di ozono: intrappola i raggi ultravioletti emanati dal sole e riduce il loro effetto distruttivo sulla flora e sulla fauna a un livello accettabile.

È molto interessante notare che la stratosfera assorbe molti tipi di radiazioni che arrivano sulla terra dal sole, dalle altre stelle e dallo spazio. L'energia ricevuta da queste particelle viene utilizzata per ionizzare le molecole e gli atomi che si trovano qui e compaiono vari composti chimici.

Tutto ciò porta a un fenomeno così famoso e colorato come l'aurora boreale.

Mesosfera

La mesosfera inizia a circa 50 e si estende fino a 90 chilometri. Qui il gradiente, ovvero la differenza di temperatura con i cambiamenti di altitudine, non è più così grande come negli strati inferiori. Ai limiti superiori di questo guscio la temperatura è di circa -80°C. La composizione di quest'area comprende circa l'80% di azoto e il 20% di ossigeno.

È importante notare che la mesosfera è una sorta di zona morta per qualsiasi dispositivo volante. Gli aeroplani non possono volare qui, poiché l'aria è troppo rarefatta, e i satelliti non possono volare a un'altitudine così bassa, poiché la densità dell'aria disponibile per loro è molto alta.

Un'altra caratteristica interessante della mesosfera è È qui che bruciano i meteoriti che colpiscono il pianeta. Lo studio di tali strati distanti dalla terra avviene con l'ausilio di speciali razzi, ma l'efficienza del processo è bassa, quindi la conoscenza della regione lascia molto a desiderare.

Termosfera

Subito dopo arriva lo strato considerato la termosfera, la cui altitudine in chilometri si estende fino a 800 km. In un certo senso, questo è quasi lo spazio esterno. Qui c'è un impatto aggressivo della radiazione cosmica, della radiazione, della radiazione solare.

Tutto ciò dà origine a un fenomeno così meraviglioso e bello come l'aurora.

Lo strato più basso della termosfera viene riscaldato a temperature di circa 200 K o più. Ciò accade a causa dei processi elementari tra atomi e molecole, della loro ricombinazione e radiazione.

Gli strati superiori vengono riscaldati a causa delle tempeste magnetiche che si verificano qui e delle correnti elettriche che si generano. La temperatura dello strato non è uniforme e può variare in modo molto significativo.

La maggior parte dei satelliti artificiali, dei corpi balistici, delle stazioni con equipaggio, ecc. volano nella termosfera. Inoltre, qui vengono effettuati test di lancio di vari tipi di armi e missili.

Esosfera

L'esosfera, o come viene anche chiamata sfera di dispersione, è il livello più alto della nostra atmosfera, il suo limite, seguito dallo spazio interplanetario. L'esosfera inizia ad un'altitudine di circa 800-1000 chilometri.

Gli strati densi vengono lasciati indietro e qui l'aria è estremamente rarefatta; le particelle che cadono dall'esterno vengono semplicemente trasportate nello spazio a causa dell'effetto molto debole della gravità.

Questo guscio termina ad un'altitudine di circa 3000-3500 km, e qui non ci sono quasi più particelle. Questa zona è chiamata vuoto del vicino spazio. Ciò che predomina qui non sono le singole particelle nel loro stato normale, ma il plasma, il più delle volte completamente ionizzato.

L'importanza dell'atmosfera nella vita della Terra

Ecco come appaiono tutti i principali livelli dell'atmosfera del nostro pianeta. Il suo schema dettagliato può includere altre regioni, ma queste sono di secondaria importanza.

È importante notarlo L’atmosfera gioca un ruolo decisivo per la vita sulla Terra. Molto ozono nella sua stratosfera consente alla flora e alla fauna di sfuggire agli effetti mortali delle radiazioni e delle radiazioni provenienti dallo spazio.

È anche qui che si forma il tempo, si verificano tutti i fenomeni atmosferici, nascono e muoiono cicloni e venti e si stabilisce questa o quella pressione. Tutto ciò ha un impatto diretto sulla condizione dell'uomo, di tutti gli organismi viventi e delle piante.

Lo strato più vicino, la troposfera, ci dà l'opportunità di respirare, satura di ossigeno tutti gli esseri viventi e consente loro di vivere. Anche piccole deviazioni nella struttura e nella composizione dei componenti dell'atmosfera possono avere gli effetti più dannosi su tutti gli esseri viventi.

Ecco perché ora è stata lanciata una campagna contro le emissioni nocive delle automobili e della produzione, gli ambientalisti lanciano l'allarme sullo spessore dello strato di ozono, il Partito Verde e altri sostengono la massima conservazione della natura. Questo è l’unico modo per prolungare la vita normale sulla terra e non renderla insopportabile dal punto di vista climatico.

L'atmosfera terrestre è eterogenea: a diverse altitudini ci sono diverse densità e pressioni dell'aria, cambiamenti di temperatura e composizione del gas. In base all'andamento della temperatura dell'aria ambiente (cioè la temperatura aumenta o diminuisce con l'altezza), in essa si distinguono i seguenti strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. I confini tra gli strati sono chiamati pause: ce ne sono 4, perché il confine superiore dell'esosfera è molto sfocato e spesso si riferisce allo spazio vicino. La struttura generale dell'atmosfera può essere trovata nel diagramma allegato.

Fig.1 La struttura dell'atmosfera terrestre. Credito: sito web

Lo strato atmosferico più basso è la troposfera, il cui limite superiore, chiamato tropopausa, varia a seconda della latitudine geografica e varia da 8 km. al polare fino a 20 km. alle latitudini tropicali. Alle latitudini medie o temperate, il suo limite superiore si trova ad altitudini di 10-12 km Durante l'anno, il limite superiore della troposfera subisce fluttuazioni a seconda dell'afflusso della radiazione solare. Pertanto, in seguito al sondaggio effettuato dal servizio meteorologico statunitense al Polo Sud della Terra, è stato rivelato che da marzo ad agosto o settembre si verifica un costante raffreddamento della troposfera, a seguito del quale per un breve periodo in agosto o settembre il suo confine sale a 11,5 km. Poi, nel periodo da settembre a dicembre, diminuisce rapidamente e raggiunge la posizione più bassa - 7,5 km, dopodiché la sua altezza rimane praticamente invariata fino a marzo. Quelli. La troposfera raggiunge il suo massimo spessore in estate e il suo minimo in inverno.

Vale la pena notare che, oltre a quelle stagionali, ci sono anche fluttuazioni giornaliere nell'altezza della tropopausa. Inoltre, la sua posizione è influenzata dai cicloni e dagli anticicloni: nel primo cade, perché La pressione al loro interno è inferiore a quella dell'aria circostante e, in secondo luogo, aumenta di conseguenza.

La troposfera contiene fino al 90% della massa totale dell'aria terrestre e 9/10 di tutto il vapore acqueo. Qui la turbolenza è molto sviluppata, soprattutto negli strati vicini alla superficie e più alti, si formano nubi di tutti i livelli, si formano cicloni e anticicloni. E a causa dell'accumulo di gas serra (anidride carbonica, metano, vapore acqueo) della luce solare riflessa dalla superficie terrestre, si sviluppa l'effetto serra.

L'effetto serra è associato ad una diminuzione della temperatura dell'aria nella troposfera con l'altezza (poiché la Terra riscaldata cede più calore agli strati superficiali). La pendenza verticale media è di 0,65°/100 m (ovvero, la temperatura dell'aria diminuisce di 0,65° C ogni 100 metri di dislivello). Quindi, se la temperatura media annuale dell'aria sulla superficie della Terra vicino all'equatore è +26°, al confine superiore è -70°. La temperatura nella regione della tropopausa sopra il Polo Nord varia durante tutto l'anno da -45° in estate a -65° in inverno.

Con l’aumentare dell’altitudine diminuisce anche la pressione atmosferica, pari solo al 12-20% del livello vicino alla superficie al limite superiore della troposfera.

Al confine tra la troposfera e lo strato sovrastante della stratosfera si trova uno strato della tropopausa, spesso 1-2 km. I confini inferiori della tropopausa sono solitamente considerati uno strato d'aria in cui il gradiente verticale diminuisce a 0,2°/100 m contro 0,65°/100 m nelle regioni sottostanti della troposfera.

All'interno della tropopausa si osservano flussi d'aria di una direzione rigorosamente definita, chiamati correnti a getto d'alta quota o “correnti a getto”, formati sotto l'influenza della rotazione della Terra attorno al suo asse e del riscaldamento dell'atmosfera con la partecipazione della radiazione solare . Le correnti si osservano ai confini delle zone con differenze di temperatura significative. Esistono diversi centri di localizzazione di queste correnti, ad esempio artico, subtropicale, subpolare e altri. La conoscenza della localizzazione delle correnti a getto è molto importante per la meteorologia e l'aviazione: la prima utilizza i flussi per previsioni meteorologiche più accurate, la seconda per costruire rotte di volo degli aerei, perché Ai confini dei flussi si formano forti vortici turbolenti, simili a piccoli vortici, detti “turbolenze a cielo sereno” per l'assenza di nubi a queste quote.

Sotto l'influenza delle correnti a getto d'alta quota, spesso si formano delle rotture nella tropopausa e talvolta scompare del tutto, anche se poi si forma di nuovo. Ciò è particolarmente spesso osservato alle latitudini subtropicali, che sono dominate da una potente corrente subtropicale ad alta quota. Inoltre, la differenza negli strati della tropopausa nella temperatura ambiente porta alla formazione di lacune. Ad esempio, esiste un ampio divario tra la tropopausa polare calda e bassa e la tropopausa alta e fredda delle latitudini tropicali. Recentemente è emerso anche uno strato della tropopausa delle latitudini temperate, che presenta discontinuità con i due strati precedenti: polare e tropicale.

Il secondo strato dell'atmosfera terrestre è la stratosfera. La stratosfera può essere approssimativamente divisa in due regioni. Il primo di essi, che si trova fino ad un'altitudine di 25 km, è caratterizzato da temperature quasi costanti, uguali alle temperature degli strati superiori della troposfera su una determinata area. La seconda regione, o regione di inversione, è caratterizzata da un aumento della temperatura dell'aria fino ad altitudini di circa 40 km. Ciò si verifica a causa dell'assorbimento della radiazione ultravioletta solare da parte dell'ossigeno e dell'ozono. Nella parte alta della stratosfera, grazie a questo riscaldamento, la temperatura è spesso positiva o addirittura paragonabile alla temperatura dell'aria superficiale.

Al di sopra della regione di inversione si trova uno strato a temperatura costante, chiamato stratopausa e che costituisce il confine tra la stratosfera e la mesosfera. Il suo spessore raggiunge i 15 km.

A differenza della troposfera, nella stratosfera le perturbazioni turbolente sono rare, ma vi sono forti venti orizzontali o correnti a getto che soffiano in zone ristrette lungo i confini delle latitudini temperate rivolte verso i poli. La posizione di queste zone non è costante: possono spostarsi, espandersi o addirittura scomparire del tutto. Spesso le correnti a getto penetrano negli strati superiori della troposfera o, al contrario, le masse d'aria della troposfera penetrano negli strati inferiori della stratosfera. Tale mescolamento delle masse d'aria è particolarmente tipico nelle zone dei fronti atmosferici.

C'è poco vapore acqueo nella stratosfera. L'aria qui è molto secca, e quindi si formano poche nuvole. Solo ad altitudini di 20-25 km e ad alte latitudini si possono notare nubi perlescenti molto sottili costituite da goccioline d'acqua superraffreddate. Durante il giorno, queste nuvole non sono visibili, ma con l'inizio dell'oscurità sembrano brillare a causa della loro illuminazione da parte del Sole, che è già tramontato sotto l'orizzonte.

Alla stessa altitudine (20-25 km) nella bassa stratosfera si trova il cosiddetto strato di ozono, l'area con il più alto contenuto di ozono, che si forma sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta (puoi saperne di più processo nella pagina). Lo strato di ozono o ozonosfera è di estrema importanza per il mantenimento della vita di tutti gli organismi che vivono sulla terra, assorbendo i mortali raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda fino a 290 nm. È per questo motivo che gli organismi viventi non vivono al di sopra dello strato di ozono; è il limite superiore della distribuzione della vita sulla Terra.

Sotto l'influenza dell'ozono, cambiano anche i campi magnetici, gli atomi e le molecole si disintegrano, avviene la ionizzazione e si verifica la nuova formazione di gas e altri composti chimici.

Lo strato dell'atmosfera che si trova sopra la stratosfera è chiamato mesosfera. È caratterizzato da una diminuzione della temperatura dell'aria in altezza con un gradiente verticale medio di 0,25-0,3°/100 m, che porta a forti turbolenze. Ai confini superiori della mesosfera, nella regione chiamata mesopausa, si sono registrate temperature fino a -138°C, che rappresenta il minimo assoluto per l'intera atmosfera terrestre nel suo insieme.

Qui, all'interno della mesopausa, si trova il limite inferiore della regione di assorbimento attivo dei raggi X e della radiazione ultravioletta a onde corte provenienti dal Sole. Questo processo energetico è chiamato trasferimento di calore radiante. Di conseguenza, il gas viene riscaldato e ionizzato, facendo brillare l’atmosfera.

Ad altitudini di 75-90 km, ai confini superiori della mesosfera, sono state notate nubi speciali che occupano vaste aree nelle regioni polari del pianeta. Queste nuvole sono chiamate nottilucenti a causa del loro bagliore al crepuscolo, causato dal riflesso della luce solare dai cristalli di ghiaccio di cui sono composte queste nuvole.

La pressione dell'aria nella mesopausa è 200 volte inferiore a quella sulla superficie terrestre. Ciò suggerisce che quasi tutta l'aria nell'atmosfera è concentrata nei suoi 3 strati inferiori: troposfera, stratosfera e mesosfera. Gli strati sovrastanti, la termosfera e l'esosfera, rappresentano solo lo 0,05% della massa dell'intera atmosfera.

La termosfera si trova ad altitudini comprese tra 90 e 800 km sopra la superficie terrestre.

La termosfera è caratterizzata da un continuo aumento della temperatura dell'aria fino ad altitudini di 200-300 km, dove può raggiungere i 2500°C. La temperatura aumenta a causa dell'assorbimento dei raggi X e della radiazione ultravioletta a onde corte provenienti dal Sole da parte delle molecole di gas. Al di sopra dei 300 km sul livello del mare l'aumento della temperatura si ferma.

Contemporaneamente all'aumento della temperatura diminuisce la pressione e, di conseguenza, la densità dell'aria circostante. Quindi, se ai confini inferiori della termosfera la densità è 1,8 × 10 -8 g/cm 3, ai confini superiori è già 1,8 × 10 -15 g/cm 3, che corrisponde approssimativamente a 10 milioni - 1 miliardo di particelle per 1 cm 3.

Tutte le caratteristiche della termosfera, come la composizione dell'aria, la sua temperatura, la densità, sono soggette a forti fluttuazioni: a seconda della posizione geografica, della stagione dell'anno e dell'ora del giorno. Anche la posizione del limite superiore della termosfera cambia.

Lo strato più superficiale dell'atmosfera è chiamato esosfera o strato di dispersione. Il suo limite inferiore cambia costantemente entro limiti molto ampi; L'altitudine media è di 690-800 km. Viene installato dove la probabilità di collisioni intermolecolari o interatomiche può essere trascurata, ad es. la distanza media che una molecola in movimento caotico percorrerà prima di scontrarsi con un'altra molecola simile (il cosiddetto percorso libero) sarà così grande che di fatto le molecole non si scontreranno con una probabilità prossima allo zero. Lo strato in cui avviene il fenomeno descritto è detto pausa termica.

Il limite superiore dell'esosfera si trova ad altitudini di 2-3 mila km. È molto sfocato e si trasforma gradualmente in un vuoto quasi spaziale. A volte, per questo motivo, l'esosfera è considerata parte dello spazio esterno e il suo limite superiore è considerato un'altezza di 190mila km, alla quale l'influenza della pressione della radiazione solare sulla velocità degli atomi di idrogeno supera l'attrazione gravitazionale del pianeta. Terra. Questo è il cosiddetto la corona terrestre, costituita da atomi di idrogeno. La densità della corona terrestre è molto piccola: solo 1000 particelle per centimetro cubo, ma questo numero è più di 10 volte superiore alla concentrazione di particelle nello spazio interplanetario.

A causa dell'estrema rarefazione dell'aria nell'esosfera, le particelle si muovono attorno alla Terra lungo orbite ellittiche senza scontrarsi tra loro. Alcuni di essi, muovendosi lungo traiettorie aperte o iperboliche a velocità cosmiche (atomi di idrogeno ed elio), lasciano l'atmosfera e si dirigono nello spazio, motivo per cui l'esosfera è chiamata sfera di scattering.

Strati dell'atmosfera in ordine dalla superficie terrestre

Il ruolo dell'atmosfera nella vita della Terra

L'atmosfera è la fonte di ossigeno che le persone respirano. Tuttavia, man mano che si sale in quota, la pressione atmosferica totale diminuisce, il che porta ad una diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno.

I polmoni umani contengono circa tre litri di aria alveolare. Se la pressione atmosferica è normale, la pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare sarà di 11 mm Hg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo - 47 mm Hg. Arte. All'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione totale del vapore acqueo e dell'anidride carbonica nei polmoni rimarrà costante: circa 87 mm Hg. Arte. Quando la pressione dell'aria raggiunge questo valore, l'ossigeno smetterà di fluire nei polmoni.

A causa della diminuzione della pressione atmosferica ad un'altitudine di 20 km, qui l'acqua e il fluido interstiziale nel corpo umano bolliranno. Se non si utilizza una cabina pressurizzata, a tale altezza una persona morirà quasi all'istante. Pertanto, dal punto di vista delle caratteristiche fisiologiche del corpo umano, lo “spazio” ha origine da un'altezza di 20 km sul livello del mare.

Il ruolo dell'atmosfera nella vita della Terra è molto grande. Ad esempio, grazie agli strati d'aria densi: la troposfera e la stratosfera, le persone sono protette dall'esposizione alle radiazioni. Nello spazio, nell'aria rarefatta, ad un'altitudine di oltre 36 km, agiscono le radiazioni ionizzanti. Ad un'altitudine di oltre 40 km - ultravioletto.

Quando si sale sopra la superficie terrestre fino ad un'altezza di oltre 90-100 km, si osserverà un graduale indebolimento e quindi la completa scomparsa dei fenomeni familiari all'uomo osservati nello strato atmosferico inferiore:

Nessun suono viaggia.

Non c'è forza aerodinamica o resistenza.

Il calore non viene trasferito per convezione, ecc.

Lo strato atmosferico protegge la Terra e tutti gli organismi viventi dalle radiazioni cosmiche, dai meteoriti, ed è responsabile della regolazione delle fluttuazioni stagionali della temperatura, del bilanciamento e del livellamento dei cicli giornalieri. In assenza di un’atmosfera sulla Terra, le temperature giornaliere oscillerebbero entro +/- 200°C. Lo strato atmosferico è un "cuscinetto" vivificante tra la superficie terrestre e lo spazio, un portatore di umidità e calore; nell'atmosfera si svolgono i processi di fotosintesi e di scambio energetico - i processi più importanti della biosfera.

Strati dell'atmosfera in ordine dalla superficie terrestre

L'atmosfera è una struttura a strati costituita dai seguenti strati dell'atmosfera in ordine dalla superficie terrestre:

Troposfera.

Stratosfera.

Mesosfera.

Termosfera.

Esosfera

Ogni strato non ha confini netti tra loro e la loro altezza è influenzata dalla latitudine e dalle stagioni. Questa struttura a strati si è formata a causa delle variazioni di temperatura a diverse altitudini. È grazie all'atmosfera che vediamo le stelle scintillanti.

Struttura dell'atmosfera terrestre per strati:

Da cosa è composta l'atmosfera terrestre?

Ogni strato atmosferico differisce per temperatura, densità e composizione. Lo spessore totale dell'atmosfera è di 1,5-2,0 mila km. Da cosa è composta l'atmosfera terrestre? Attualmente è una miscela di gas con varie impurità.

Troposfera

La struttura dell'atmosfera terrestre inizia con la troposfera, che è la parte inferiore dell'atmosfera con un'altitudine di circa 10-15 km. Qui è concentrata la maggior parte dell'aria atmosferica. Una caratteristica della troposfera è un calo di temperatura di 0,6 ˚C ogni 100 metri. La troposfera concentra quasi tutto il vapore acqueo atmosferico ed è qui che si formano le nuvole.

L'altezza della troposfera cambia ogni giorno. Inoltre, il suo valore medio varia a seconda della latitudine e della stagione dell'anno. L'altezza media della troposfera sopra i poli è di 9 km, sopra l'equatore - circa 17 km. La temperatura media annuale dell'aria sopra l'equatore è vicina a +26 ˚C, e sopra il Polo Nord -23 ˚C. La linea superiore del confine troposferico sopra l'equatore ha una temperatura media annuale di circa -70 ˚C, e sopra il Polo Nord in estate -45 ˚C e in inverno -65 ˚C. Pertanto, maggiore è l'altitudine, minore è la temperatura. I raggi del sole attraversano senza ostacoli la troposfera, riscaldando la superficie terrestre. Il calore emesso dal sole viene trattenuto dall'anidride carbonica, dal metano e dal vapore acqueo.

Stratosfera

Sopra lo strato della troposfera si trova la stratosfera, che è alta 50-55 km. La particolarità di questo strato è che la temperatura aumenta con l'altezza. Tra la troposfera e la stratosfera si trova uno strato di transizione chiamato tropopausa.

A partire da una quota di 25 chilometri circa, la temperatura dello strato stratosferico comincia ad aumentare e, raggiunta la quota massima di 50 km, acquisisce valori da +10 a +30 ˚C.

C'è pochissimo vapore acqueo nella stratosfera. A volte ad un'altitudine di circa 25 km si possono trovare nuvole piuttosto sottili, chiamate "nuvole di perle". Di giorno non si notano, ma di notte brillano a causa dell'illuminazione del sole, che è sotto l'orizzonte. La composizione delle nuvole madreperlacee è costituita da goccioline d'acqua superraffreddate. La stratosfera è costituita principalmente da ozono.

Mesosfera

L'altezza dello strato della mesosfera è di circa 80 km. Qui, salendo verso l'alto, la temperatura diminuisce e in alto raggiunge valori di diverse decine di C˚ sotto lo zero. Nella mesosfera si possono osservare anche nuvole, presumibilmente formate da cristalli di ghiaccio. Queste nuvole sono chiamate "nottilucenti". La mesosfera è caratterizzata dalla temperatura più fredda dell'atmosfera: da -2 a -138 ˚C.

Termosfera

Questo strato atmosferico ha preso il nome dalle sue alte temperature. La termosfera è composta da:

Ionosfera.

Esosfera.

La ionosfera è caratterizzata da aria rarefatta, ogni centimetro della quale ad un'altitudine di 300 km è costituito da 1 miliardo di atomi e molecole, e ad un'altitudine di 600 km - più di 100 milioni.

La ionosfera è inoltre caratterizzata da un'elevata ionizzazione dell'aria. Questi ioni sono costituiti da atomi di ossigeno carichi, molecole cariche di atomi di azoto ed elettroni liberi.

Esosfera

Lo strato esosferico inizia ad un'altitudine di 800-1000 km. Le particelle di gas, soprattutto quelle leggere, si muovono qui a una velocità incredibile, superando la forza di gravità. Tali particelle, a causa del loro rapido movimento, volano dall'atmosfera nello spazio e si disperdono. Pertanto, l'esosfera è chiamata sfera di dispersione. Per lo più volano nello spazio gli atomi di idrogeno, che costituiscono gli strati più alti dell'esosfera. Grazie alle particelle dell'alta atmosfera e alle particelle del vento solare, possiamo vedere l'aurora boreale.

Satelliti e razzi geofisici hanno permesso di stabilire la presenza negli strati superiori dell'atmosfera della cintura di radiazione del pianeta, costituita da particelle caricate elettricamente: elettroni e protoni.

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 120 km dalla superficie terrestre. La massa totale dell'aria nell'atmosfera è (5.1-5.3) 10 18 kg. Di questi, la massa dell'aria secca è 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, la massa totale del vapore acqueo è in media 1,27 10 16 kg.

Tropopausa

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

Stratosfera

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

Stratopausa

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

Mesosfera

L'atmosfera terrestre

Confine dell'atmosfera terrestre

Termosfera

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

Termopausa

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

Esosfera (sfera di diffusione)

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

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

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

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

Proprietà fisiologiche e altre proprietà dell'atmosfera

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

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

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

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

Storia della formazione atmosferica

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

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

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

Azoto

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

L'azoto N 2 reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata in piccole quantità nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. I cianobatteri (alghe blu-verdi) e i batteri noduli che formano la simbiosi rizobiale con le cosiddette leguminose, possono ossidarlo con un basso consumo energetico e convertirlo in una forma biologicamente attiva. concime verde.

Ossigeno

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

gas nobili

Inquinamento dell'aria

Recentemente, gli esseri umani hanno iniziato a influenzare l’evoluzione dell’atmosfera. Il risultato delle sue attività fu un costante aumento significativo del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di idrocarburi accumulati in ere geologiche precedenti. Enormi quantità di CO 2 vengono consumate durante la fotosintesi e assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera a causa della decomposizione di rocce carbonatiche e sostanze organiche di origine vegetale e animale, nonché a causa del vulcanismo e dell'attività industriale umana. Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera è aumentato del 10%, la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proviene dalla combustione di carburante. Se il tasso di crescita della combustione dei combustibili continua, nei prossimi 200-300 anni la quantità di CO 2 nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a un cambiamento climatico globale.

La combustione dei combustibili è la principale fonte di gas inquinanti (CO, SO2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico in SO 3 negli strati superiori dell'atmosfera, che a sua volta interagisce con l'acqua e il vapore di ammoniaca e il risultante acido solforico (H 2 SO 4) e solfato di ammonio ((NH 4) 2 SO 4 ) vengono restituiti alla superficie della Terra sotto forma del cosiddetto. pioggia acida. L'uso di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico da ossidi di azoto, idrocarburi e composti di piombo (piombo tetraetile Pb(CH 3 CH 2) 4)).

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

Guarda anche

• Jacchia (modello atmosferico)

Appunti

Collegamenti

Letteratura

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov“Biologia e medicina spaziale” (2a edizione, rivista e ampliata), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 pp.
2. N. V. Gusakova“Chimica ambientale”, Rostov sul Don: Phoenix, 2004, 192 con ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geochimica dei gas naturali, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Chimica dell'atmosfera, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Inquinamento dell'aria. Fonti e controllo, trad. dall'inglese, M.. 1980;
6. Monitoraggio dell'inquinamento di fondo degli ambienti naturali. V. 1, L., 1982.

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L'involucro gassoso che circonda il nostro pianeta Terra, noto come atmosfera, è costituito da cinque strati principali. Questi strati hanno origine sulla superficie del pianeta, dal livello del mare (a volte al di sotto) e salgono verso lo spazio nella seguente sequenza:

• Troposfera;
• Stratosfera;
• Mesosfera;
• Termosfera;
• Esosfera.

Schema dei principali strati dell'atmosfera terrestre

Tra ciascuno di questi cinque strati principali ci sono zone di transizione chiamate "pause" dove si verificano cambiamenti nella temperatura, nella composizione e nella densità dell'aria. Insieme alle pause, l'atmosfera terrestre comprende un totale di 9 strati.

Troposfera: dove si verifica il tempo

Di tutti gli strati dell'atmosfera, la troposfera è quello con cui abbiamo più familiarità (che tu te ne accorga o no), poiché viviamo sul suo fondo, la superficie del pianeta. Avvolge la superficie della Terra e si estende verso l'alto per diversi chilometri. La parola troposfera significa "cambiamento del globo". Un nome molto appropriato, poiché questo strato è dove si verifica il nostro clima quotidiano.

Partendo dalla superficie del pianeta, la troposfera raggiunge un'altezza compresa tra 6 e 20 km. Il terzo inferiore dello strato, più vicino a noi, contiene il 50% di tutti i gas atmosferici. Questa è l'unica parte dell'intera atmosfera che respira. A causa del fatto che l'aria viene riscaldata dal basso dalla superficie terrestre, che assorbe l'energia termica del Sole, la temperatura e la pressione della troposfera diminuiscono con l'aumentare dell'altitudine.

Nella parte superiore c'è uno strato sottile chiamato tropopausa, che è semplicemente un cuscinetto tra la troposfera e la stratosfera.

Stratosfera: casa dell'ozono

La stratosfera è lo strato successivo dell'atmosfera. Si estende da 6-20 km a 50 km sopra la superficie terrestre. Questo è lo strato in cui vola la maggior parte degli aerei di linea commerciali e viaggiano le mongolfiere.

Qui l'aria non scorre su e giù, ma si muove parallelamente alla superficie in correnti d'aria molto veloci. Man mano che si sale, la temperatura aumenta, grazie all'abbondanza di ozono naturale (O3), un sottoprodotto della radiazione solare e dell'ossigeno, che ha la capacità di assorbire i dannosi raggi ultravioletti del sole (qualsiasi aumento di temperatura con l'altitudine è noto in meteorologia come "inversione").

Poiché la stratosfera ha temperature più calde nella parte inferiore e temperature più fresche nella parte superiore, la convezione (movimento verticale delle masse d'aria) è rara in questa parte dell'atmosfera. Infatti, è possibile osservare una tempesta che infuria nella troposfera dalla stratosfera perché lo strato agisce come una calotta convettiva che impedisce alle nuvole temporalesche di penetrare.

Dopo la stratosfera c'è di nuovo uno strato cuscinetto, questa volta chiamato stratopausa.

Mesosfera: atmosfera media

La mesosfera si trova a circa 50-80 km dalla superficie terrestre. La mesosfera superiore è il luogo naturale più freddo della Terra, dove le temperature possono scendere sotto i -143°C.

Termosfera: atmosfera superiore

Dopo la mesosfera e la mesopausa arriva la termosfera, situata tra 80 e 700 km sopra la superficie del pianeta, e contiene meno dello 0,01% dell'aria totale nell'involucro atmosferico. Qui le temperature raggiungono i +2000° C, ma a causa dell'estrema rarefazione dell'aria e della mancanza di molecole di gas per trasferire il calore, queste alte temperature sono percepite come molto fredde.

Esosfera: il confine tra l'atmosfera e lo spazio

Ad un'altitudine di circa 700-10.000 km sopra la superficie terrestre si trova l'esosfera, il bordo esterno dell'atmosfera, al confine con lo spazio. Qui i satelliti meteorologici orbitano attorno alla Terra.

E la ionosfera?

La ionosfera non è uno strato separato, ma in realtà il termine è usato per riferirsi all'atmosfera tra 60 e 1000 km di altitudine. Comprende le parti più alte della mesosfera, l'intera termosfera e parte dell'esosfera. La ionosfera prende il nome perché è in questa parte dell'atmosfera che la radiazione solare viene ionizzata quando attraversa i campi magnetici terrestri.