Атмосфера Земли

Атмосфера Земли - атмосфера планеты Земля, одна из геосфер, смесь газов, окружающих Землю, и удерживаются благодаря силе тяжести. Атмосфера в основном состоит из азота (N _2, 78%) и кислорода (O _2, 21% O _3, 10 ^-6%). Остальные (~ 1%) состоит в основном из аргона (0,93%) с небольшими примесями других газов, в частности углекислого газа (0,03%). Кроме того атмосфера содержит около 1,3 1,5 10 ¹⁶ кг воды, основную массу которой сосредоточены в тропосфере ^[1].

1. Строение атмосферы

Согласно изменениям температуры с высотой в атмосфере выделяют следующие слои:

• тропосфера - до 8-10 км в полярных областях и до 18 км - над экватором. В тропосфере сосредоточено почти 80% атмосферного воздуха, почти весь водяной пар, здесь образуются облака и выпадают осадки. Теплообмен в тропосфере осуществляется преимущественно камасутра. Процессы, происходящие в тропосфере, непосредственно влияют на жизнь и деятельность людей. Температура в тропосфере с высотой понижается в среднем на 6 C на 1 км, а давление - на 11 мм рт. ст. на каждые 100 м. Условной границей тропосферы считают тропопаузы, в которой снижение температуры с высотой прекращается.
• стратосфера - от тропопаузы до стратопаузе, которая расположена на высоте около 50-55 км. Характеризуется незначительным ростом температуры с высотой, которая достигает локального максимума на верхней границе. На высоте 20-25 км в стратосфере располагается слой озона, который защищает живые организмы от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.
• мезосфера - расположена на высотах 55-85 км. Температура постепенно падает (от 0 C в стратопаузе до -70 -90 C в мезопаузе).
• термосфера - лежит на высотах от 85 до 400-800 км. Температура возрастает с высотой (от 200 K до 500-2000 K в термопаузи).

По степени ионизации атмосферы в ней выделяют нейтральный слой (нейтросферу) - до высоты 90 км, и ионизированный слой - ионосферу - выше 90 км.
По однородностью атмосферу делят на гомосферу (однородную атмосферу постоянного химического состава) гетеросферу (состав атмосферы меняется с высотой). Условной границей между ними на высоте около 100 км является гомопауза.

Верхняя часть атмосферы, где концентрация молекул снижается настолько, что они движутся преимущественно баллистическими траекториям, почти без столкновений между собой, называется экзосфера. Она начинается на высоте около 550 км, состоящий преимущественно гелия и водорода и постепенно переходит в межпланетное пространство.

2. Эволюция атмосферы

2.1. Первичная атмосфера

Еще в догеологичну эпоху, в фазу расплавления внешней сферы земного шара ^{[ ]} (А возможно, и более глубоких горизонтов), выделялись огромные массы газов, образовавших первичную атмосферу Земли. Основными компонентами газов, выделявшихся из недр Земли, как и в других планет - Марса и Венеры, - были углекислый газ и водяной пар, другие компоненты присутствовали лишь в виде следов. Состав первичной атмосферы Земли, образовавшейся за счет выделения газов и воды во время расплавления планетного вещества, был аналогичен составу летучих компонентов в современных вулканических извержениях. По данным А.С. Монина ^{[ Источник? ],} газы, выделяющиеся из современных вулканов, содержат преимущественно водяной пар. В составе газов базальтовых лав гавайских вулканов с температурами до 1200 С водяной пар составляет 70-80% по объему. В фумарольных газах Курильских островов с температурами около 100 С содержится 79,7% водяного пара. Вторым по значению составным компонентом атмосферы, является углекислый газ. В газах из рядов его содержание составляет от 6 до 15%. Кроме водяного пара из рядов отгоняется и другие компоненты:

• при температурах 800-1000 С это преимущественно "кислые дымы" - НСl и HF
• при температурах 500 С - сера и ее соединения - H ₂ S, SO ₂ и др..
• при более низких температурах - борная кислота и соли аммония.

Представляется, что парциальное давление водяного пара ранней Земли в несколько раз превышал парциальное давление углекислого газа ^{[ Источник? ].} Иными словами, атмосфера состояла главным образом из водяного пара с существенной примесью углекислого газа.

Таким образом, в фазу расплавления внешней сферы земного шара практически вся гидросфера находилась в составе атмосферы ^{[ Источник? ].} Такую своеобразную атмосферу, состоящую в основном из паров воды, Дж. Уолкер назвал ^{[ Источник? ]} "примитивной паровой атмосферой".

Есть все основания считать ^{[ источник? ],} что в фазу расплавления внешней сферы земного шара выделился водяной пар, охлаждаясь на большой высоте, образовывал густой облачный покров и интенсивные дождевые осадки. Однако падающие из облаков капли воды на некоторой высоте над поверхностью планеты, где температура воздуха была выше 100 С, превращались в пар, который снова поднималась вверх. Над раскаленной поверхностью Земли функционировал своеобразный круговорот воды: пар - дождевые осадки - пар и т.д.

Этот круговорот воды в природе, локализованный в первичной атмосфере Земли вблизи температурного уровня 100 С, практически не влиял на общий ход эволюции планеты и на развитие ее поверхности. Но он был зародышем того мощного круговорота воды на Земле, который сформировался позже и имел огромное влияние на развитие планеты в целом, а особенно ее среды.

После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100 С произошел переход атмосферного водяного пара в жидкую воду ^{[ Источник? ].} На сухой и очень горячей тогда земной поверхности образовалась речная сеть и возникли водоемы. Земная поверхность стала очень влажной и начала испытывать интенсивного воздействия водных потоков. С этого времени и начинается геологическая история ^{[ Источник? ].}

Изменения температурных условий на Земле, а вслед за этим и всей природной обстановки не могли не отразиться и на атмосфере. Изъятие из атмосферы огромного количества воды и появление поверхностного стока и водоемов оказали огромное влияние на состав и эволюцию воздушной среды. С водной атмосферы она превратилась в основном в углекислую, в которой водяной пар из господствующего компонента превратился во второстепенный, хотя и важный. Появление на земной поверхности крупных водоемов оказало влияние на дальнейшую эволюцию атмосферы. В ней началось быстрое уменьшение содержания углекислого газа. СО ₂ легко растворяется в воде, и большая его часть была поглощена ею. Об этом мы можем с достаточным основанием судить в современных условиях. Сейчас, в условиях равновесного состояния между атмосферным углекислым газом и растворенным в океанах, в океанических водах содержится в 60 раз больше углекислого газа, чем в атмосфере. Если учесть способность углекислого газа легко переходить из водной среды в толще отложений, то его содержание в водах океана будет все время уменьшаться, а соответственно будет падать величина парциального давления растворенного газа. Результатом растущей неравновесия между парциальным давлением углекислого газа в водной среде и атмосфере будет переход СО ₂ из воздушной среды в водную. Это уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере должно было продолжаться до тех пор, пока снова не восстанавливалась равновесие. Отсюда следует, что до начала геологической истории состав атмосферы и другие ее параметры очень изменились ^{[ Источник? ].} Воздушная среда не только потеряло почти всю воду, которая находилась в нем в виде пара, но в нем осталось мало и СО _2. Во много раз уменьшилось давление атмосферы.

2.2. Кислородная атмосфера

Дальнейшая эволюция атмосферы связана главным образом с появлением и развитием органического мира, прежде всего растительности.

Подробнее в статье Кислородная катастрофа

3. Значение атмосферы

Несмотря на то, что масса атмосферы составляет лишь одну миллионную долю массы Земли, она играет решающую роль в различных природных циклах (круговороте воды, углеродном цикле и азотном цикле). Атмосфера является промышленным источником азота, кислорода и аргона, которые получают путем фракционной дистилляции сжиженного воздуха.

4. Функции

• Обеспечение фотосинтеза и дыхание
• Защита живых организмов от негативного влияния ультрафиолетового излучения, которое происходит благодаря наличию озонового слоя
• Перенос тепла и влаги
• Регулирование сезонного и суточного колебания температуры (если бы не существовало атмосферы Земли суточные колебания температуры на поверхности достигали бы 200 C
• Существование атмосферы обусловливает ряд сложных экзогенных процессов:
  • Выветривание горных пород,
  • Активность природных вод, мерзлоты, ледников и т.д.

Явления теплопереноса в земной атмосфере

5. Экологические проблемы

• Парниковый эффект
• Разрушение озонового слоя
• Смог
• Кислотные дожди
• Ядерная ночь и ядерная зима,

См.. также

• Воздух
• Кислородная катастрофа

Источники

Это незавершенная статья метеорологии и климатологии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.

п о р Атмосфера Земли Стратификация атмосферы Тропосфера Стратосфера Мезосфера Термосфера Тропопаузы Стратопауза Мезопауза Термопауза Другое Озоновый слой Линия Кармана Турбопаузы Ионосфера Уровень екзобазы Экзосфера