سیاره آبی...

این موضوع قرار بود یکی از اولین ها در سایت ظاهر شود. به هر حال هلیکوپترها هواپیماهای جوی هستند. اتمسفر زمین- به اصطلاح زیستگاه آنها :-). آ خواص فیزیکی هوافقط کیفیت این زیستگاه را تعیین کنید :-). بنابراین این یکی از اصول اولیه است. و اساس همیشه اول نوشته می شود. اما من الان این را فهمیدم. با این حال، همانطور که می دانید بهتر است دیر شود تا هرگز ... بیایید به این موضوع بپردازیم، اما بدون وارد شدن به طبیعت و سختی های غیر ضروری :-).

بنابراین… اتمسفر زمین. این پوسته گازی سیاره آبی ماست. همه این اسم را می شناسند. چرا آبی؟ صرفاً به این دلیل که مؤلفه "آبی" (و همچنین آبی و بنفش) نور خورشید (طیف) به خوبی در جو پراکنده است، بنابراین آن را به رنگ آبی مایل به آبی، گاهی اوقات با رنگ بنفش (البته در یک روز آفتابی) رنگ می کند. :-)) .

ترکیب جو زمین.

ترکیب جو بسیار گسترده است. من تمام اجزای متن را لیست نمی کنم، یک مثال خوب برای این وجود دارد.ترکیب همه این گازها به استثنای دی اکسید کربن (CO 2 ) تقریبا ثابت است. علاوه بر این، جو لزوماً حاوی آب به شکل بخار، قطرات معلق یا کریستال های یخ است. مقدار آب ثابت نیست و به دما و تا حدی به فشار هوا بستگی دارد. علاوه بر این، جو زمین (مخصوصاً اتمسفر فعلی) حاوی مقدار مشخصی است، من می گویم "انواع کثیفی" :-). اینها SO 2، NH 3، CO، HCl، NO هستند، علاوه بر این بخارهای جیوه جیوه وجود دارد. درست است، همه اینها در مقادیر کم وجود دارد، خدا را شکر :-).

اتمسفر زمینمرسوم است که در ارتفاع بالاتر از سطح به چندین منطقه به دنبال یکدیگر تقسیم شوند.

اولین، نزدیکترین به زمین، تروپوسفر است. این پایین ترین و به اصطلاح، لایه اصلی برای زندگی انواع مختلف است. این شامل 80٪ از جرم کل هوای جو است (اگرچه از نظر حجم تنها حدود 1٪ از کل اتمسفر را تشکیل می دهد) و حدود 90٪ از کل آب اتمسفر را شامل می شود. بخش عمده ای از بادها، ابرها، باران ها و برف ها 🙂 از آنجا می آیند. تروپوسفر تا ارتفاعات حدود 18 کیلومتر در عرض های جغرافیایی استوایی و تا 10 کیلومتر در عرض های جغرافیایی قطبی گسترش می یابد. دمای هوا در آن با افزایش حدود 0.65 درجه به ازای هر 100 متر کاهش می یابد.

مناطق جوی

منطقه دوم استراتوسفر است. باید بگویم که یک منطقه باریک دیگر بین تروپوسفر و استراتوسفر متمایز است - تروپوپوز. کاهش دما را با ارتفاع متوقف می کند. تروپوپوز دارای ضخامت متوسط ​​1.5-2 کیلومتر است، اما مرزهای آن نامشخص است و تروپوسفر اغلب با استراتوسفر همپوشانی دارد.

بنابراین استراتوسفر دارای ارتفاع متوسط ​​12 کیلومتر تا 50 کیلومتر است. دمای آن تا 25 کیلومتر بدون تغییر باقی می ماند (حدود -57 درجه سانتیگراد)، سپس در جایی تا 40 کیلومتر به حدود 0 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و تا 50 کیلومتر بیشتر بدون تغییر باقی می ماند. استراتوسفر بخش نسبتاً آرام جو زمین است. عملا هیچ شرایط آب و هوایی نامساعدی در آن وجود ندارد. در استراتوسفر است که لایه معروف اوزون در ارتفاعات 15-20 کیلومتری تا 55-60 کیلومتری قرار دارد.

به دنبال آن یک لایه مرزی کوچک استراتوپوز، که در آن دما در حدود 0ºC باقی می ماند، و سپس منطقه بعدی مزوسفر است. تا ارتفاعات 80-90 کیلومتری گسترش می یابد و در آن دما تا حدود 80 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. در مزوسفر معمولاً شهاب‌های کوچک قابل مشاهده می‌شوند که در آن شروع به درخشیدن می‌کنند و در آنجا می‌سوزند.

شکاف باریک بعدی مزوپوز و فراتر از آن ناحیه ترموسفر است. ارتفاع آن به 700-800 کیلومتر می رسد. در اینجا دما دوباره شروع به افزایش می کند و در ارتفاعات حدود 300 کیلومتری می تواند به مقادیری در حدود 1200 درجه سانتیگراد برسد. پس از آن، ثابت می ماند. یونوسفر در داخل ترموسفر تا ارتفاع حدود 400 کیلومتری قرار دارد. در اینجا هوا به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی به شدت یونیزه می شود و رسانایی الکتریکی بالایی دارد.

منطقه بعدی و به طور کلی آخرین منطقه اگزوسفر است. این به اصطلاح منطقه پراکنده است. در اینجا، عمدتاً هیدروژن و هلیوم بسیار کمیاب (با غلبه هیدروژن) وجود دارد. در ارتفاعات حدود 3000 کیلومتری، اگزوسفر به خلاء فضایی نزدیک می رود.

یه جایی همینطوره چرا در مورد؟ زیرا این لایه ها نسبتاً مشروط هستند. تغییرات مختلفی در ارتفاع، ترکیب گازها، آب، دما، یونیزاسیون و غیره امکان پذیر است. علاوه بر این، اصطلاحات بسیار بیشتری وجود دارند که ساختار و وضعیت جو زمین را تعریف می کنند.

به عنوان مثال هموسفر و هتروسفر. در اولی، گازهای اتمسفر به خوبی مخلوط شده و ترکیب آنها کاملاً همگن است. دومی بالای اولی قرار دارد و عملاً چنین اختلاط در آنجا وجود ندارد. گازها توسط گرانش از هم جدا می شوند. مرز بین این لایه ها در ارتفاع 120 کیلومتری قرار دارد و به آن توربوپاز می گویند.

شاید ما با شرایط تمام کنیم، اما من قطعا اضافه می کنم که به طور معمول فرض می شود که مرز جو در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد. این مرز را خط کارمان می نامند.

من دو تصویر دیگر برای نشان دادن ساختار جو اضافه خواهم کرد. با این حال، اولی به زبان آلمانی است، اما به اندازه کافی کامل و آسان برای درک است :-). می توان آن را بزرگ کرد و به خوبی در نظر گرفت. دومی تغییر دمای اتمسفر را با ارتفاع نشان می دهد.

ساختار جو زمین.

تغییر دمای هوا با ارتفاع.

فضاپیمای مداری سرنشین دار مدرن در ارتفاعات حدود 300-400 کیلومتری پرواز می کنند. با این حال، این دیگر هوانوردی نیست، اگرچه این منطقه، البته، به معنای خاصی ارتباط نزدیکی دارد، و مطمئناً دوباره در مورد آن صحبت خواهیم کرد :-).

منطقه هوانوردی تروپوسفر است. هواپیماهای اتمسفر مدرن همچنین می توانند در لایه های پایینی استراتوسفر پرواز کنند. به عنوان مثال، سقف عملی MIG-25RB 23000 متر است.

پرواز در استراتوسفر

و دقیقا خواص فیزیکی هواتروپوسفرها تعیین می کنند که پرواز چگونه خواهد بود، سیستم کنترل هواپیما چقدر موثر خواهد بود، تلاطم در جو چگونه بر آن تأثیر می گذارد، موتورها چگونه کار می کنند.

اولین ملک اصلی است دمای هوا. در دینامیک گاز می توان آن را در مقیاس سلسیوس یا در مقیاس کلوین تعیین کرد.

درجه حرارت t1در ارتفاع معین اچدر مقیاس سلسیوس تعیین می شود:

t 1 \u003d t - 6.5N، جایی که تیدمای هوا در زمین است.

دما در مقیاس کلوین نامیده می شود دمای مطلقصفر در این مقیاس صفر مطلق است. در صفر مطلق، حرکت حرارتی مولکول ها متوقف می شود. صفر مطلق در مقیاس کلوین برابر با -273 درجه در مقیاس سانتیگراد است.

بر این اساس، درجه حرارت تیدر بالا اچدر مقیاس کلوین تعیین می شود:

T \u003d 273K + t - 6.5H

فشار هوا. فشار اتمسفر با پاسکال (N / m 2) در سیستم قدیمی اندازه گیری در اتمسفر (اتمسفر) اندازه گیری می شود. همچنین چیزی به نام فشار هوا وجود دارد. این فشار بر حسب میلی متر جیوه با استفاده از فشارسنج جیوه اندازه گیری می شود. فشار بارومتریک (فشار در سطح دریا) برابر با 760 میلی متر جیوه. هنر استاندارد نامیده می شود. در فیزیک 1 اتمسفر. فقط برابر با 760 میلی متر جیوه است.

تراکم هوا. در آیرودینامیک، رایج ترین مفهوم مورد استفاده، چگالی جرم هوا است. این جرم هوا در 1 متر مکعب حجم است. چگالی هوا با ارتفاع تغییر می کند، هوا کمیاب تر می شود.

رطوبت هوا. میزان آب موجود در هوا را نشان می دهد. یک مفهوم وجود دارد " رطوبت نسبی". این نسبت جرم بخار آب به حداکثر ممکن در یک دمای معین است. مفهوم 0% یعنی زمانی که هوا کاملاً خشک است به طور کلی فقط در آزمایشگاه وجود دارد. از طرف دیگر، رطوبت 100٪ کاملا واقعی است. این بدان معناست که هوا تمام آبی را که می توانست جذب کند جذب کرده است. چیزی شبیه یک "اسفنج کامل". رطوبت نسبی بالا تراکم هوا را کاهش می دهد، در حالی که رطوبت نسبی کم باعث افزایش آن می شود.

با توجه به اینکه پروازهای هواپیما در شرایط جوی مختلف انجام می شود، ممکن است پارامترهای پروازی و آیرودینامیکی آنها در یک حالت پرواز متفاوت باشد. بنابراین برای ارزیابی صحیح این پارامترها به معرفی جو استاندارد بین المللی (ISA). تغییر وضعیت هوا را با افزایش ارتفاع نشان می دهد.

پارامترهای اصلی وضعیت هوا در رطوبت صفر به شرح زیر است:

فشار P = 760 میلی متر جیوه. هنر (101.3 کیلو پاسکال)؛

دما t = +15 درجه سانتیگراد (288 K)؛

چگالی جرم ρ \u003d 1.225 کیلوگرم بر متر مکعب؛

برای ISA، فرض می شود (همانطور که در بالا ذکر شد :-)) که دما در تروپوسفر 0.65 درجه به ازای هر 100 متر ارتفاع کاهش می یابد.

جو استاندارد (به عنوان مثال تا 10000 متر).

جداول ISA برای کالیبراسیون ابزار و همچنین برای محاسبات ناوبری و مهندسی استفاده می شود.

خواص فیزیکی هواهمچنین شامل مفاهیمی مانند بی اثری، ویسکوزیته و تراکم پذیری است.

اینرسی خاصیتی از هوا است که توانایی آن را در مقاومت در برابر تغییرات حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستطیل مشخص می کند. . اندازه گیری اینرسی چگالی جرم هوا است. هرچه بالاتر باشد، اینرسی و نیروی کشش محیط در هنگام حرکت هواپیما در آن بیشتر می شود.

ویسکوزیته مقاومت اصطکاکی در برابر هوا را هنگام حرکت هواپیما تعیین می کند.

تراکم پذیری تغییر چگالی هوا را با تغییر فشار اندازه گیری می کند. در سرعت های پایین هواپیما (تا 450 کیلومتر بر ساعت)، هنگامی که جریان هوا در اطراف آن جریان دارد، تغییری در فشار ایجاد نمی شود، اما در سرعت های بالا، اثر تراکم پذیری ظاهر می شود. تأثیر آن بر مافوق صوت به ویژه برجسته است. این یک حوزه جداگانه از آیرودینامیک و یک موضوع برای یک مقاله جداگانه است :-).

خب، به نظر می رسد که فعلاً همین است ... وقت آن رسیده است که این شمارش کمی خسته کننده را به پایان برسانیم، اما نمی توان از آن صرف نظر کرد :-). اتمسفر زمین، پارامترهای آن، خواص فیزیکی هوابرای هواپیما به اندازه پارامترهای خود دستگاه مهم هستند و غیرممکن است که آنها را ذکر نکنیم.

فعلا تا جلسات بعدی و موضوعات جذاب تر 🙂…

P.S. برای دسر، پیشنهاد می‌کنم ویدیویی را تماشا کنید که از کابین خلبان یک دوقلو MIG-25PU در طول پروازش به استراتوسفر فیلم‌برداری شده است. ظاهراً توسط توریستی فیلمبرداری شده است که برای چنین پروازهایی پول دارد :-). بیشتر از طریق شیشه جلو فیلمبرداری شده است. به رنگ آسمان توجه کنید...

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5

✪ سفینه فضایی زمین (قسمت 14) - اتمسفر

✪ چرا جو به خلاء فضا کشیده نشد؟

✪ ورود فضاپیمای "سایوز TMA-8" به جو زمین

✪ ساختار جو، معنا، مطالعه

✪ O. S. Ugolnikov "اتمسفر فوقانی. ملاقات زمین و فضا"

زیرنویس

مرز اتمسفر

اتمسفر به ناحیه ای در اطراف زمین در نظر گرفته می شود که در آن محیط گازی همراه با زمین به عنوان یک کل می چرخد. اتمسفر به تدریج، در اگزوسفر، از ارتفاع 500-1000 کیلومتری از سطح زمین به فضای بین سیاره ای می رود.

طبق تعریف پیشنهادی فدراسیون بین المللی هوانوردی، مرز بین جو و فضا در امتداد خط کارمانا واقع در ارتفاع حدود 100 کیلومتری ترسیم می شود که پروازهای هوایی در بالای آن کاملا غیرممکن می شود. ناسا از علامت 122 کیلومتری (400000 پا) به عنوان مرز جو استفاده می کند، جایی که شاتل ها از مانور موتوری به مانور آیرودینامیکی تغییر می کنند.

مشخصات فیزیکی

علاوه بر گازهای ذکر شده در جدول، جو شامل Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2)))، هیدروکربن ها HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI))))، زوج ها جیوه (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2)))و همچنین بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم. در تروپوسفر دائماً مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) وجود دارد. نادرترین گاز موجود در جو زمین است Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

ساختار جو

لایه مرزی جو

لایه زیرین تروپوسفر (1-2 کیلومتر ضخامت)، که در آن وضعیت و ویژگی های سطح زمین به طور مستقیم بر پویایی جو تأثیر می گذارد.

تروپوسفر

حد بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطبی، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی است. در زمستان کمتر از تابستان است.
لایه زیرین و اصلی جو شامل بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو است. تلاطم و همرفت به شدت در تروپوسفر توسعه یافته است، ابرها ظاهر می شوند، طوفان ها و پادسیکلون ها توسعه می یابند. دما با ارتفاع با میانگین شیب عمودی 0.65 درجه در 100 متر کاهش می یابد.

تروپوپوز

لایه انتقالی از تروپوسفر به استراتوسفر، لایه ای از جو که در آن کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود.

استراتوسفر

لایه ای از جو در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. تغییر جزئی دما در لایه 25-11 کیلومتری (لایه پایینی استراتوسفر) و افزایش آن در لایه 40-25 کیلومتری از منفی 56.5 به مثبت 0.8 درجه سانتیگراد (استراتوسفر فوقانی یا منطقه وارونگی) معمول است. با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. حداکثر در توزیع دمای عمودی (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

ترموسفر

حد بالایی حدود 800 کیلومتر است. دما تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد و پس از آن تا ارتفاعات تقریباً ثابت می ماند. تحت تأثیر تابش خورشیدی و تابش کیهانی، هوا یونیزه می شود ("چراغ های قطبی") - مناطق اصلی یونوسفر در داخل ترموسفر قرار دارند. در ارتفاعات بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است. حد بالایی ترموسفر عمدتاً توسط فعالیت فعلی خورشید تعیین می شود. در دوره های فعالیت کم - به عنوان مثال، در سال 2008-2009 - کاهش قابل توجهی در اندازه این لایه وجود دارد.

ترموپوز

ناحیه اتمسفر بالای ترموسفر. در این منطقه، جذب تابش خورشیدی ناچیز است و دما در واقع با ارتفاع تغییر نمی کند.

اگزوسفر (کره پراکنده)

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه های بالاتر، توزیع گازها در ارتفاع به جرم مولکولی آنها بستگی دارد، غلظت گازهای سنگین تر با فاصله از سطح زمین سریعتر کاهش می یابد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به منفی 110 درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~ 150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به اصطلاح عبور می کند. نزدیک خلاء فضاییکه با ذرات نادر گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن پر شده است. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای است. قسمت دیگر از ذرات غبار مانند با منشاء دنباله دار و شهاب سنگی تشکیل شده است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و جسمی با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می کند.

بررسی اجمالی

تروپوسفر حدود 80 درصد از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر حدود 20 درصد را تشکیل می دهد. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است.

بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، آنها ساطع می کنند نوتروسفرو یون کره .

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، آنها منتشر می کنند هموسفرو هتروسفر. هتروسفر- این منطقه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. از این رو ترکیب متغیر هتروسفر را دنبال می کند. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود، در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

سایر خواص جو و اثرات آن بر بدن انسان

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده دچار گرسنگی اکسیژن می شود و بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این جایی است که منطقه فیزیولوژیکی جو به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 9 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

جو اکسیژن مورد نیاز برای تنفس را در اختیار ما قرار می دهد. با این حال، به دلیل کاهش فشار کل اتمسفر، با افزایش ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن نیز به همان نسبت کاهش می یابد.

تاریخچه شکل گیری جو

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول تاریخ خود در سه ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته می شد. این به اصطلاح جو اولیه. در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. اینگونه است جو ثانویه. این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، روند تشکیل جو توسط عوامل زیر تعیین شد:

• نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به فضای بین سیاره ای؛
• واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

کم کم این عوامل منجر به شکل گیری شد جو سومبا محتوای بسیار کمتر هیدروژن و محتوای بسیار بیشتر نیتروژن و دی اکسید کربن (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود) مشخص می شود.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی نیتروژن به دلیل اکسیداسیون جو آمونیاک-هیدروژن توسط اکسیژن مولکولی است. O 2 (\displaystyle (\ce (O2)))، که از 3 میلیارد سال پیش در نتیجه فتوسنتز از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. همچنین نیتروژن N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو منتشر می شود. نیتروژن توسط ازن اکسید می شود NO (\displaystyle ((\ce (NO))))در لایه های بالایی جو

نیتروژن N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))فقط تحت شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام تخلیه رعد و برق) وارد واکنش می شود. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی به مقدار کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. می‌تواند با مصرف کم انرژی اکسید شده و توسط سیانوباکتری‌ها (جلبک‌های سبز آبی) و باکتری‌های گره‌ای که همزیستی ریزوبیایی با حبوبات ایجاد می‌کنند به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل شود که می‌تواند گیاهان کود سبز مؤثری باشد که تخلیه نمی‌شوند، اما خاک را غنی می‌کنند. با کودهای طبیعی

اکسیژن

ترکیب اتمسفر با ظهور موجودات زنده روی زمین، در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، شروع به تغییر اساسی کرد. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات کاهش یافته - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به رشد کرد. به تدریج فضایی مدرن با خواص اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای رخ داده در جو، لیتوسفر و بیوسفر شد، این رویداد را فاجعه اکسیژن نامیدند.

گازهای نجیب

آلودگی هوا

اخیراً انسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرده است. نتیجه فعالیت انسان افزایش مداوم محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های زمین شناسی قبلی بوده است. مقادیر زیادی در فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر فعالیت های آتشفشانی و تولید انسان وارد جو می شود. محتوای 100 سال گذشته CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))در اتمسفر 10 درصد افزایش یافته است که بخش اصلی آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت است. اگر نرخ رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 200-300 سال آینده میزان CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))در جو دو برابر می شود و می تواند منجر به

ساختار و ترکیب جو زمین، باید گفت، همیشه مقادیر ثابتی در یک دوره توسعه سیاره ما نبود. امروزه ساختار عمودی این عنصر که دارای "ضخامت" کل 1.5-2.0 هزار کیلومتر است، توسط چندین لایه اصلی نشان داده شده است، از جمله:

1. تروپوسفر.
2. تروپوپوز
3. استراتوسفر.
4. استراتوپوز.
5. مزوسفر و مزوپوز
6. ترموسفر.
7. اگزوسفر

عناصر اساسی جو

تروپوسفر لایه ای است که در آن حرکات عمودی و افقی قوی مشاهده می شود، اینجاست که آب و هوا، بارش و شرایط اقلیمی شکل می گیرد. تقریباً در همه جا 7-8 کیلومتر از سطح سیاره گسترش می یابد، به استثنای مناطق قطبی (در آنجا - تا 15 کیلومتر). در تروپوسفر، کاهش تدریجی دما، تقریباً 6.4 درجه سانتیگراد با هر کیلومتر ارتفاع وجود دارد. این رقم ممکن است برای عرض جغرافیایی و فصول مختلف متفاوت باشد.

ترکیب جو زمین در این قسمت با عناصر زیر و درصد آنها نشان داده می شود:

نیتروژن - حدود 78 درصد؛

اکسیژن - تقریبا 21 درصد؛

آرگون - حدود یک درصد؛

دی اکسید کربن - کمتر از 0.05٪.

ترکیب تک تا ارتفاع 90 کیلومتر

علاوه بر این، گرد و غبار، قطرات آب، بخار آب، محصولات احتراق، کریستال های یخ، نمک های دریایی، بسیاری از ذرات آئروسل و غیره در اینجا یافت می شود.این ترکیب جو زمین تا ارتفاع تقریبی نود کیلومتر مشاهده می شود، بنابراین هوا از نظر ترکیب شیمیایی تقریباً یکسان است، نه تنها در تروپوسفر، بلکه در لایه های بالایی نیز. اما در آنجا جو دارای خواص فیزیکی اساسا متفاوتی است. لایه ای که دارای ترکیب شیمیایی مشترک است، هموسفر نامیده می شود.

چه عناصر دیگری در جو زمین وجود دارد؟ به عنوان درصد (بر حسب حجم، در هوای خشک)، گازهایی مانند کریپتون (حدود 1.14 x 10-4)، زنون (8.7 x 10-7)، هیدروژن (5.0 x 10-5)، متان (حدود 1.7 x 10 - 4)، اکسید نیتروژن (5.0 * 10 -5) و غیره از نظر درصد جرمی اجزای ذکر شده، اکسید نیتروژن و هیدروژن بیشترین و پس از آن هلیم، کریپتون و ... هستند.

خواص فیزیکی لایه های مختلف جوی

خواص فیزیکی تروپوسفر ارتباط نزدیکی با اتصال آن به سطح سیاره دارد. از اینجا، گرمای خورشیدی منعکس شده به شکل پرتوهای مادون قرمز، از جمله فرآیندهای هدایت حرارتی و همرفت، به سمت بالا فرستاده می شود. به همین دلیل است که دما با فاصله از سطح زمین کاهش می یابد. چنین پدیده ای تا ارتفاع استراتوسفر (11-17 کیلومتر) مشاهده می شود، سپس دما عملاً تا سطح 34-35 کیلومتر بدون تغییر می شود و سپس دوباره افزایش دما تا ارتفاع 50 کیلومتر وجود دارد. مرز بالایی استراتوسفر). بین استراتوسفر و تروپوسفر یک لایه میانی نازک از تروپوپوز وجود دارد (تا 1-2 کیلومتر)، که در آن دمای ثابت بالای استوا مشاهده می شود - حدود منفی 70 درجه سانتیگراد و پایین تر. در بالای قطب ها، تروپاپوز در تابستان تا منفی 45 درجه سانتیگراد گرم می شود، در زمستان دمای اینجا حدود -65 درجه سانتیگراد در نوسان است.

ترکیب گاز جو زمین شامل عنصر مهمی مانند ازن است. مقدار نسبتاً کمی از آن در نزدیکی سطح وجود دارد (ده تا منهای ششم درصد)، زیرا گاز تحت تأثیر نور خورشید از اکسیژن اتمی در قسمت‌های بالایی جو تشکیل می‌شود. به طور خاص، بیشتر ازن در ارتفاع حدود 25 کیلومتری قرار دارد و کل "صفحه اوزون" در مناطقی از 7-8 کیلومتر در منطقه قطب ها، از 18 کیلومتر در استوا و تا پنجاه کیلومتر قرار دارد. به طور کلی در بالای سطح سیاره.

اتمسفر از تشعشعات خورشیدی محافظت می کند

ترکیب هوای جو زمین نقش بسیار مهمی در حفظ حیات ایفا می کند، زیرا عناصر و ترکیبات شیمیایی فردی با موفقیت دسترسی تابش خورشید به سطح زمین و افراد، حیوانات و گیاهان روی آن را محدود می کند. به عنوان مثال، مولکول های بخار آب تقریباً همه طیف های تابش مادون قرمز را به طور موثر جذب می کنند، به جز طول هایی در محدوده 8 تا 13 میکرون. از سوی دیگر، ازن، اشعه ماوراء بنفش را تا طول موج 3100 آمپر جذب می کند. جایی که تابش خورشیدی به آن نمی رسد، می توان در آن ساکن شد.

صفر درجه سانتیگراد در استراتوپوز

بین دو سطح بعدی جو، استراتوسفر و مزوسفر، یک لایه قابل توجه وجود دارد - استراتوپوز. تقریباً با حداکثر ارتفاع ازن مطابقت دارد و در اینجا دمای نسبتاً راحت برای انسان مشاهده می شود - حدود 0 درجه سانتیگراد. در بالای استراتوپوز، در مزوسفر (از جایی در ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و در ارتفاع 80-90 کیلومتری به پایان می رسد)، با افزایش فاصله از سطح زمین (تا منفی 70-80 درجه) دوباره کاهش دما وجود دارد. ج). در مزوسفر، شهاب ها معمولاً به طور کامل می سوزند.

در ترموسفر - به علاوه 2000 K!

ترکیب شیمیایی اتمسفر زمین در ترموسفر (از ارتفاعات حدود 85-90 تا 800 کیلومتری بعد از میان‌پاز شروع می‌شود) احتمال چنین پدیده‌ای مانند گرم شدن تدریجی لایه‌های "هوا" بسیار کمیاب تحت تأثیر خورشید را تعیین می‌کند. تابش - تشعشع. در این قسمت از "پوشش هوایی" سیاره، دماهایی از 200 تا 2000 کلوین رخ می دهد که در ارتباط با یونیزاسیون اکسیژن (بالای 300 کیلومتر اکسیژن اتمی است) و همچنین ترکیب مجدد اتم های اکسیژن به مولکول ها به دست می آید. ، با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است. ترموسفر جایی است که شفق های قطبی سرچشمه می گیرند.

در بالای ترموسفر، اگزوسفر قرار دارد - لایه بیرونی جو، که از آن اتم های هیدروژن نور و با حرکت سریع می توانند به فضای بیرونی فرار کنند. ترکیب شیمیایی جو زمین در اینجا بیشتر با اتم‌های اکسیژن منفرد در لایه‌های پایین، اتم‌های هلیوم در وسط و تقریباً منحصراً اتم‌های هیدروژن در لایه‌های بالایی نشان داده می‌شود. دمای بالا در اینجا غالب است - حدود 3000 کلوین و فشار جوی وجود ندارد.

جو زمین چگونه تشکیل شد؟

اما همانطور که در بالا ذکر شد، این سیاره همیشه چنین ترکیبی از جو را نداشت. در مجموع، سه مفهوم از منشأ این عنصر وجود دارد. فرضیه اول فرض می کند که اتمسفر در فرآیند تجمع از یک ابر پیش سیاره ای گرفته شده است. با این حال، امروزه این نظریه در معرض انتقاد قابل توجهی قرار دارد، زیرا چنین جو اولیه باید توسط "باد" خورشیدی از یک ستاره در منظومه سیاره ای ما نابود شده باشد. علاوه بر این، فرض بر این است که عناصر فرار به دلیل دمای بیش از حد بالا نمی توانند در منطقه شکل گیری سیارات مانند گروه زمینی باقی بمانند.

ترکیب جو اولیه زمین، همانطور که در فرضیه دوم پیشنهاد می شود، می تواند به دلیل بمباران فعال سطح توسط سیارک ها و دنباله دارهایی که از مجاورت منظومه شمسی در مراحل اولیه توسعه وارد شده اند، تشکیل شود. تأیید یا رد این مفهوم بسیار دشوار است.

در IDG RAS آزمایش کنید

محتمل ترین فرضیه سوم است که معتقد است جو در نتیجه انتشار گازهایی از گوشته پوسته زمین در حدود 4 میلیارد سال پیش ظاهر شده است. این مفهوم در موسسه زمین شناسی و ژئوشیمی آکادمی علوم روسیه در جریان آزمایشی به نام "Tsarev 2" آزمایش شد، زمانی که نمونه ای از یک ماده شهاب سنگی در خلاء گرم شد. سپس انتشار گازهایی مانند H 2، CH 4، CO، H 2 O، N 2 و ... ثبت شد، بنابراین دانشمندان به درستی فرض کردند که ترکیب شیمیایی جو اولیه زمین شامل آب و دی اکسید کربن، هیدروژن فلوراید است. بخار (HF)، گاز مونوکسید کربن (CO)، سولفید هیدروژن (H2S)، ترکیبات نیتروژن، هیدروژن، متان (CH4)، بخار آمونیاک (NH3)، آرگون و غیره. بخار آب از جو اولیه در با تشکیل هیدروسفر، دی اکسید کربن در مواد آلی و سنگ ها بیشتر در حالت محدود است، نیتروژن به ترکیب هوای مدرن و همچنین دوباره به سنگ های رسوبی و مواد آلی منتقل می شود.

ترکیب جو اولیه زمین به افراد مدرن اجازه نمی دهد بدون دستگاه تنفس در آن باشند، زیرا در آن زمان اکسیژن به مقدار لازم وجود نداشت. این عنصر در مقادیر قابل توجهی یک و نیم میلیارد سال پیش ظاهر شد، همانطور که اعتقاد بر این است، در ارتباط با توسعه فرآیند فتوسنتز در جلبک های سبز آبی و سایر جلبک ها، که قدیمی ترین ساکنان سیاره ما هستند.

حداقل اکسیژن

این واقعیت که ترکیب اتمسفر زمین در ابتدا تقریباً بدون اکسیژن بود، نشان دهنده این واقعیت است که گرافیت (کربن) به راحتی اکسید شده، اما اکسید نشده در قدیمی ترین سنگ ها (کاتارچ) یافت می شود. متعاقباً به اصطلاح سنگ آهن نواری ظاهر شد که شامل لایه های میانی اکسیدهای آهن غنی شده بود که به معنای ظهور منبع قدرتمند اکسیژن در شکل مولکولی در سیاره است. اما این عناصر فقط به صورت دوره‌ای با یکدیگر مواجه می‌شوند (شاید همان جلبک‌ها یا سایر تولیدکنندگان اکسیژن به صورت جزایر کوچک در یک بیابان بی‌هوازی ظاهر می‌شوند)، در حالی که بقیه جهان بی‌هوازی بود. مورد دوم با این واقعیت پشتیبانی می شود که پیریت به راحتی اکسید شده به شکل سنگریزه های پردازش شده توسط جریان بدون اثری از واکنش های شیمیایی یافت می شود. از آنجایی که آب های جاری را نمی توان به خوبی هوادهی کرد، این دیدگاه تکامل یافته است که اتمسفر قبل از آغاز کامبرین کمتر از یک درصد اکسیژن از ترکیب امروزی را در خود جای داده است.

تغییر انقلابی در ترکیب هوا

تقریباً در اواسط دوره پروتروزوئیک (1.8 میلیارد سال پیش)، "انقلاب اکسیژن" رخ داد، زمانی که جهان به تنفس هوازی روی آورد، که طی آن 38 مورد از یک مولکول مغذی (گلوکز) بدست می‌آید و نه دو (همانطور که با تنفس بی هوازی) واحد انرژی. ترکیب جو زمین، از نظر اکسیژن، شروع به تجاوز از یک درصد از جو امروزی کرد و لایه اوزون ظاهر شد که از موجودات در برابر تشعشعات محافظت می کرد. از او بود که در زیر پوسته های ضخیم "پنهان" شده بود ، به عنوان مثال ، حیوانات باستانی مانند تریلوبیت ها. از آن زمان تا زمان ما، محتوای عنصر اصلی "تنفسی" به تدریج و به آرامی افزایش یافته است و انواع مختلفی از اشکال حیات را در این سیاره ایجاد می کند.

حد بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطبی، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی است. در زمستان کمتر از تابستان است. لایه زیرین و اصلی جو. بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در اتمسفر را شامل می شود. تلاطم و همرفت به شدت در تروپوسفر توسعه یافته است، ابرها ظاهر می شوند، طوفان ها و پادسیکلون ها توسعه می یابند. دما با ارتفاع با شیب عمودی متوسط ​​0.65 درجه در 100 متر کاهش می یابد

برای "شرایط عادی" در سطح زمین در نظر گرفته می شود: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50%. این شاخص های مشروط دارای ارزش کاملاً مهندسی هستند.

استراتوسفر

لایه ای از جو در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایینی استراتوسفر) و افزایش آن در لایه 25-40 کیلومتری از -56.5 به 0.8 درجه (استراتوسفر فوقانی یا منطقه وارونگی) معمول است. با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. حداکثر در توزیع دمای عمودی (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

مزوپوز

لایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر. در توزیع عمودی دما حداقل (حدود -90 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

خط کارمان

ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است.

ترموسفر

حد بالایی حدود 800 کیلومتر است. دما تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد و پس از آن تا ارتفاعات تقریباً ثابت می ماند. تحت تأثیر تابش خورشیدی فرابنفش و اشعه ایکس و تابش کیهانی، هوا یونیزه می شود ("چراغ های قطبی") - مناطق اصلی یونوسفر در داخل ترموسفر قرار دارند. در ارتفاعات بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است.

اگزوسفر (کره پراکنده)

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه های بالاتر، توزیع گازها در ارتفاع به جرم مولکولی آنها بستگی دارد، غلظت گازهای سنگین تر با فاصله از سطح زمین سریعتر کاهش می یابد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به -110 درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~1500 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3000 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به به اصطلاح عبور می کند. نزدیک خلاء فضاییکه با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن پر شده است. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای است. قسمت دیگر از ذرات غبار مانند با منشاء دنباله دار و شهاب سنگی تشکیل شده است. علاوه بر ذرات غبار مانند بسیار کمیاب، تابش الکترومغناطیسی و جسمی با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می کند.

تروپوسفر حدود 80 درصد از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر حدود 20 درصد را تشکیل می دهد. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است. بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، نوتروسفر و یونوسفر متمایز می شوند. در حال حاضر اعتقاد بر این است که جو تا ارتفاع 2000-3000 کیلومتری گسترش می یابد.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، آنها منتشر می کنند هموسفرو هتروسفر. هتروسفر- این منطقه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. از این رو ترکیب متغیر هتروسفر را دنبال می کند. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود، در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو تقریباً 2000 - 3000 کیلومتر از سطح زمین است. جرم کل هوا - (5.1-5.3)؟ 10 18 کیلوگرم. جرم مولی هوای خشک تمیز 28.966 است. فشار در 0 درجه سانتیگراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال. دمای بحرانی -140.7 درجه سانتی گراد; فشار بحرانی 3.7 مگاپاسکال؛ C p 1.0048?10? J / (kg K) (در دمای 0 درجه سانتیگراد)، C v 0.7159 10? J/(kg K) (در دمای 0 درجه سانتیگراد). حلالیت هوا در آب در دمای 0 ° C - 0.036٪، در 25 ° C - 0.22٪.

ویژگی های فیزیولوژیکی و دیگر جو

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده دچار گرسنگی اکسیژن می شود و بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این جایی است که منطقه فیزیولوژیکی جو به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 15 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

جو اکسیژن مورد نیاز برای تنفس را در اختیار ما قرار می دهد. با این حال، به دلیل کاهش فشار کل اتمسفر، با افزایش ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن نیز به همان نسبت کاهش می یابد.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی در فشار معمولی اتمسفر 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن - 40 میلی متر جیوه. هنر، و بخار آب - 47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر هنگامی که فشار هوای اطراف به این مقدار برسد، جریان اکسیژن به داخل ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

در ارتفاع حدود 19-20 کیلومتری، فشار اتمسفر به 47 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر بنابراین در این ارتفاع آب و مایع بینابینی در بدن انسان شروع به جوشیدن می کند. در خارج از کابین تحت فشار در این ارتفاعات، مرگ تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد. بنابراین، از نقطه نظر فیزیولوژی انسان، "فضا" از قبل در ارتفاع 15-19 کیلومتری شروع می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - ما را از اثرات مخرب تشعشع محافظت می کند. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، پرتوهای یونیزان، پرتوهای اولیه کیهانی، تأثیر شدیدی بر بدن دارند. در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتری، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی که برای انسان خطرناک است عمل می کند.

همانطور که ما به ارتفاع بیشتر از سطح زمین بالا می رویم، چنین پدیده هایی که برای ما آشنا هستند در لایه های زیرین جو مشاهده می شوند، مانند انتشار صوت، پیدایش بالابر و کشش آیرودینامیکی، انتقال حرارت توسط همرفت و غیره. .، به تدریج ضعیف شده و سپس کاملاً ناپدید می شوند.

در لایه های کمیاب هوا، انتشار صدا غیرممکن است. تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت هوا و بالابر برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتری، مفاهیم عدد M و دیوار صوتی آشنا برای هر خلبان معنای خود را از دست می دهند، از آنجا خط مشروط کارمان می گذرد، که فراتر از آن حوزه پرواز صرفا بالستیک آغاز می شود، که فقط قابل کنترل است. با استفاده از نیروهای واکنشی

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، اتمسفر از ویژگی قابل توجه دیگری نیز محروم است - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی توسط همرفت (یعنی از طریق اختلاط هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات، تجهیزات ایستگاه فضایی مداری نمی توانند از بیرون به روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا - خنک شوند. در چنین ارتفاعی، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما تابش حرارتی است.

ترکیب اتمسفر

جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، کریستال های یخ، نمک های دریا، محصولات احتراق) تشکیل شده است.

غلظت گازهای تشکیل دهنده جو تقریباً ثابت است، به استثنای آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2).

ترکیب هوای خشک

گاز	محتوا حجم، ٪	محتوا وزن، %
نیتروژن	78,084	75,50
اکسیژن	20,946	23,10
آرگون	0,932	1,286
اب	0,5-4	-
دی اکسید کربن	0,032	0,046
نئون	1.818×10-3	1.3×10-3
هلیوم	4.6×10-4	7.2×10-5
متان	1.7×10-4	-
کریپتون	1.14×10-4	2.9×10-4
هیدروژن	5×10-5	7.6×10-5
زنون	8.7×10-6	-
اکسید نیتروژن	5×10-5	7.7×10-5

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO 2، NH 3، CO، ازن، هیدروکربن ها، HCl، بخارات، I2 و همچنین بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم است. در تروپوسفر دائماً مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) وجود دارد.

تاریخچه شکل گیری جو

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان در چهار ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته می شد. این به اصطلاح جو اولیه(حدود چهار میلیارد سال پیش). در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. اینگونه است جو ثانویه(حدود سه میلیارد سال قبل از روزگار ما). این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، روند تشکیل جو توسط عوامل زیر تعیین شد:

• نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به فضای بین سیاره ای؛
• واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

کم کم این عوامل منجر به شکل گیری شد جو سومبا محتوای بسیار کمتر هیدروژن و محتوای بسیار بیشتر نیتروژن و دی اکسید کربن (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود) مشخص می شود.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی N 2 به دلیل اکسیداسیون اتمسفر آمونیاک-هیدروژن توسط O 2 مولکولی است که از 3 میلیارد سال پیش در نتیجه فتوسنتز از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. N 2 همچنین در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن توسط ازن به NO در اتمسفر فوقانی اکسید می شود.

نیتروژن N 2 فقط در شرایط خاص (مثلاً در هنگام تخلیه رعد و برق) وارد واکنش می شود. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی در تولید صنعتی کودهای نیتروژن استفاده می شود. می تواند با مصرف انرژی کم اکسید شود و توسط سیانوباکترها (جلبک سبز-آبی) و باکتری های ندول که همزیستی ریزوبی با حبوبات را تشکیل می دهند به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل شود. کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

ترکیب اتمسفر با ظهور موجودات زنده روی زمین، در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، شروع به تغییر اساسی کرد. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات کاهش یافته - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به رشد کرد. به تدریج فضایی مدرن با خواص اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای رخ داده در جو، لیتوسفر و بیوسفر شد، این رویداد را فاجعه اکسیژن نامیدند.

دی اکسید کربن

محتوای CO 2 در جو به فعالیت های آتشفشانی و فرآیندهای شیمیایی در پوسته های زمین بستگی دارد، اما بیشتر از همه - به شدت بیوسنتز و تجزیه مواد آلی در بیوسفر زمین. تقریباً کل زیست توده فعلی سیاره (حدود 2.4 × 10 12 تن) به دلیل دی اکسید کربن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوای اتمسفر تشکیل شده است. مواد آلی که در اقیانوس ها، مرداب ها و جنگل ها مدفون شده اند به زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل می شوند. (به چرخه کربن ژئوشیمیایی مراجعه کنید)

گازهای نجیب

آلودگی هوا

اخیراً انسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرده است. نتیجه فعالیت های او افزایش قابل توجه ثابت در محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های زمین شناسی قبلی بود. مقادیر زیادی CO 2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر فعالیت های آتشفشانی و تولید انسان وارد جو می شود. در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که بخش اصلی آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت است. اگر نرخ رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 50 تا 60 سال آینده میزان CO 2 در جو دو برابر خواهد شد و ممکن است منجر به تغییرات آب و هوایی جهانی شود.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (СО,, SO 2) است. دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر به SO 3 در اتمسفر فوقانی اکسید می شود که به نوبه خود با بخار آب و آمونیاک برهمکنش می کند و اسید سولفوریک (H 2 SO 4 ) و سولفات آمونیوم ( (NH 4 ) 2 SO 4 ) به سطح زمین به شکل یک به اصطلاح. باران اسیدی. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی هوا با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن‌ها و ترکیبات سرب می‌شود (سرب تترااتیل سرب (CH 3 CH 2) 4).

آلودگی آئروسل اتمسفر هم به دلایل طبیعی (فوران آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، حباب قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و هم در اثر فعالیت های اقتصادی انسان (معادن سنگ معدن و مصالح ساختمانی، احتراق سوخت، تولید سیمان و غیره ایجاد می شود). .). حذف شدید ذرات جامد در اتمسفر در مقیاس بزرگ یکی از دلایل احتمالی تغییرات آب و هوایی در این سیاره است.

ادبیات

1. V. V. Parin، F. P. Kosmolinsky، B. A. Dushkov "زیست شناسی فضایی و پزشکی" (ویرایش دوم، تجدید نظر شده و بزرگ شده)، M.: "Prosveshchenie"، 1975، 223 صفحه.
2. N. V. Gusakova "شیمی محیط زیست"، Rostov-on-Don: Phoenix، 2004، 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. ژئوشیمی گازهای طبیعی، M.، 1971;
4. McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K.، Warner S.، آلودگی هوا. منابع و کنترل، ترجمه. از انگلیسی، M.. 1980;
6. پایش آلودگی پس زمینه محیط های طبیعی. v 1، L.، 1982.

را نیز ببینید

پیوندها

اتمسفر زمین

جو پوسته گازی سیاره ما است که با زمین می چرخد. گاز موجود در جو را هوا می نامند. جو در تماس با هیدروسفر است و تا حدی لیتوسفر را می پوشاند. اما تعیین مرزهای بالایی دشوار است. به طور متعارف، فرض بر این است که جو تا حدود سه هزار کیلومتر به سمت بالا گسترش می یابد. در آنجا به آرامی به فضای بدون هوا جریان می یابد.

ترکیب شیمیایی جو زمین

تشکیل ترکیب شیمیایی جو حدود چهار میلیارد سال پیش آغاز شد. در ابتدا، جو فقط از گازهای سبک - هلیوم و هیدروژن تشکیل شده بود. به گفته دانشمندان، پیش نیاز اولیه برای ایجاد یک پوسته گاز در اطراف زمین، فوران های آتشفشانی بود که همراه با گدازه، مقدار زیادی گاز را منتشر می کرد. متعاقبا، تبادل گاز با فضاهای آبی، با موجودات زنده، با محصولات فعالیت آنها آغاز شد. ترکیب هوا به تدریج تغییر کرد و به شکل کنونی آن چندین میلیون سال پیش ثابت شد.

اجزای اصلی جو نیتروژن (حدود 79٪) و اکسیژن (20٪) هستند. درصد باقیمانده (1%) توسط گازهای زیر تشکیل می شود: آرگون، نئون، هلیوم، متان، دی اکسید کربن، هیدروژن، کریپتون، زنون، ازن، آمونیاک، دی اکسید گوگرد و نیتروژن، اکسید نیتروژن و مونوکسید کربن موجود در این گاز. درصد

علاوه بر این، هوا حاوی بخار آب و ذرات معلق (گرده گیاهان، گرد و غبار، کریستال های نمک، ناخالصی های آئروسل) است.

اخیراً دانشمندان به یک تغییر کیفی، بلکه کمی در برخی از ترکیبات هوا اشاره کرده اند. و دلیل این امر شخص و فعالیت اوست. فقط در 100 سال گذشته، محتوای دی اکسید کربن به طور قابل توجهی افزایش یافته است! این مملو از مشکلات بسیاری است که جهانی ترین آنها تغییرات آب و هوایی است.

تشکیل آب و هوا و آب و هوا

جو نقشی حیاتی در شکل گیری آب و هوا و آب و هوای زمین دارد. مقدار زیادی به میزان نور خورشید، به ماهیت سطح زیرین و گردش اتمسفر بستگی دارد.

بیایید به ترتیب عوامل را بررسی کنیم.

1. جو گرمای پرتوهای خورشید را منتقل می کند و تشعشعات مضر را جذب می کند. یونانیان باستان می دانستند که پرتوهای خورشید در زوایای مختلف به نقاط مختلف زمین می تابند. خود کلمه "اقلیم" در ترجمه یونانی باستان به معنای "شیب" است. بنابراین، در خط استوا، پرتوهای خورشید تقریباً عمودی می‌افتند، زیرا اینجا بسیار گرم است. هر چه به قطب ها نزدیکتر باشد، زاویه تمایل بیشتر است. و دما در حال کاهش است.

2. در اثر گرمای ناهموار زمین، جریان های هوا در جو ایجاد می شود. آنها بر اساس اندازه آنها طبقه بندی می شوند. کوچکترین آنها (دهها و صدها متر) بادهای محلی هستند. به دنبال آن بادهای موسمی و بادهای تجاری، طوفان‌ها و پادسیکلون‌ها، مناطق پیشانی سیاره‌ای دنبال می‌شوند.

همه این توده های هوا دائما در حال حرکت هستند. برخی از آنها کاملا ثابت هستند. به عنوان مثال، بادهای تجاری که از مناطق نیمه گرمسیری به سمت استوا می وزند. حرکت دیگران تا حد زیادی به فشار اتمسفر بستگی دارد.

3. فشار اتمسفر یکی دیگر از عوامل مؤثر بر شکل گیری اقلیم است. این فشار هوا روی سطح زمین است. همانطور که می دانید توده های هوا از ناحیه ای با فشار اتمسفر بالا به سمت ناحیه ای که این فشار کمتر است حرکت می کند.

در مجموع 7 منطقه وجود دارد. استوا یک منطقه کم فشار است. علاوه بر این، در هر دو طرف استوا تا عرض های جغرافیایی سی ام - منطقه ای با فشار بالا. از 30 درجه تا 60 درجه - دوباره فشار کم. و از 60 درجه تا قطب - منطقه ای با فشار بالا. توده های هوا بین این مناطق در گردش هستند. آنهایی که از دریا به خشکی می روند باران و هوای بد می آورند و آنهایی که از قاره ها می وزند هوای صاف و خشک می آورند. در مکان هایی که جریان های هوا با هم برخورد می کنند، مناطق جبهه جوی تشکیل می شود که با بارش و هوای نامناسب و بادی مشخص می شود.

دانشمندان ثابت کرده اند که حتی رفاه یک فرد به فشار اتمسفر بستگی دارد. طبق استانداردهای بین المللی، فشار معمولی اتمسفر 760 میلی متر جیوه است. ستون در 0 درجه سانتیگراد این رقم برای مناطقی از زمین که تقریباً همسطح سطح دریا هستند محاسبه می شود. فشار با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. بنابراین، به عنوان مثال، برای سنت پترزبورگ 760 میلی متر جیوه. - هنجار است. اما برای مسکو که بالاتر قرار دارد، فشار طبیعی 748 میلی متر جیوه است.

فشار نه تنها به صورت عمودی، بلکه به صورت افقی نیز تغییر می کند. این امر به ویژه در هنگام عبور طوفان ها احساس می شود.

ساختار جو

فضا شبیه یک کیک لایه ای است. و هر لایه ویژگی های خاص خود را دارد.

. تروپوسفرنزدیکترین لایه به زمین است. "ضخامت" این لایه با دور شدن از خط استوا تغییر می کند. در بالای خط استوا، لایه به سمت بالا به مدت 16-18 کیلومتر، در مناطق معتدل - برای 10-12 کیلومتر، در قطب - برای 8-10 کیلومتر گسترش می یابد.

اینجاست که 80 درصد از کل جرم هوا و 90 درصد بخار آب را شامل می شود. ابرها در اینجا شکل می گیرند، طوفان ها و پادسیکلون ها به وجود می آیند. دمای هوا بستگی به ارتفاع منطقه دارد. به طور متوسط ​​در هر 100 متر 0.65 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

. تروپوپوز- لایه انتقالی جو ارتفاع آن از چند صد متر تا 1-2 کیلومتر است. دمای هوا در تابستان بیشتر از زمستان است. بنابراین، به عنوان مثال، در زمستان -65 درجه سانتیگراد بر فراز قطبها. و در هر زمانی از سال بالای استوا 70- درجه سانتیگراد است.

. استراتوسفر- این لایه ای است که مرز بالایی آن در ارتفاع 50-55 کیلومتری قرار دارد. تلاطم در اینجا کم است، میزان بخار آب در هوا ناچیز است. اما مقدار زیادی ازن. حداکثر غلظت آن در ارتفاع 20-25 کیلومتری است. در استراتوسفر، دمای هوا شروع به افزایش می کند و به +0.8 درجه سانتیگراد می رسد. این به دلیل این واقعیت است که لایه اوزون با اشعه ماوراء بنفش تعامل دارد.

. استراتوپوز- یک لایه میانی کم بین استراتوسفر و مزوسفر به دنبال آن.

. مزوسفر- مرز بالایی این لایه 80-85 کیلومتر است. در اینجا فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد اتفاق می افتد. آنها هستند که درخشش ملایم آبی سیاره ما را که از فضا دیده می شود، ارائه می دهند.

بیشتر دنباله دارها و شهاب سنگ ها در مزوسفر می سوزند.

. مزوپوز- لایه میانی بعدی، دمای هوا که در آن حداقل -90 درجه است.

. ترموسفر- مرز پایینی از ارتفاع 80 - 90 کیلومتری شروع می شود و مرز بالایی لایه تقریباً از علامت 800 کیلومتری عبور می کند. دمای هوا در حال افزایش است. می تواند از 500+ تا 1000+ درجه سانتی گراد متغیر باشد. در طول روز، نوسانات دما به صدها درجه می رسد! اما هوای اینجا آنقدر کمیاب است که درک اصطلاح "دما" آنطور که ما تصور می کنیم در اینجا مناسب نیست.

. یون کره- مزوسفر، مزوپوز و ترموسفر را متحد می کند. هوا در اینجا عمدتاً از مولکول های اکسیژن و نیتروژن و همچنین پلاسمای شبه خنثی تشکیل شده است. پرتوهای خورشید که به یونوسفر می افتند، مولکول های هوا را به شدت یونیزه می کنند. در لایه زیرین (تا 90 کیلومتر) درجه یونیزاسیون کم است. هر چه بالاتر، یونیزاسیون بیشتر است. بنابراین، در ارتفاع 100-110 کیلومتری، الکترون ها متمرکز می شوند. این به بازتاب امواج رادیویی کوتاه و متوسط ​​کمک می کند.

مهمترین لایه یونوسفر لایه بالایی است که در ارتفاع 150-400 کیلومتری قرار دارد. ویژگی آن این است که امواج رادیویی را منعکس می کند و این به انتقال سیگنال های رادیویی در فواصل طولانی کمک می کند.

در یونوسفر است که پدیده ای مانند شفق قطبی رخ می دهد.

. اگزوسفر- از اتم های اکسیژن، هلیوم و هیدروژن تشکیل شده است. گاز در این لایه بسیار کمیاب است و اغلب اتم های هیدروژن به فضای بیرونی فرار می کنند. بنابراین به این لایه «منطقه پراکندگی» می گویند.

اولین دانشمندی که پیشنهاد کرد جو ما وزن دارد، E. Torricelli ایتالیایی بود. به عنوان مثال، اوستاپ بندر در رمان "گوساله طلایی" اظهار تاسف کرد که هر فرد توسط یک ستون هوا به وزن 14 کیلوگرم فشار می آورد! اما استراتژیست بزرگ کمی اشتباه کرد. یک فرد بالغ فشار 13-15 تن را تجربه می کند! اما ما این سنگینی را احساس نمی کنیم، زیرا فشار اتمسفر با فشار درونی فرد متعادل می شود. وزن جو ما 5,300,000,000,000,000 تن است. این رقم بسیار بزرگ است، اگرچه تنها یک میلیونم وزن سیاره ما است.