A földtől 100 km-re lévő gázréteg. A légkör szerkezete. Nézze meg, mi a "légkör felső rétegei" más szótárakban

A légkör az, ami lehetővé teszi az életet a Földön. Visszatérve megkapjuk a legelső információkat és tényeket a légkörről Általános Iskola. Középiskolában már jobban ismerjük ezt a fogalmat a földrajzórákon.

A Föld légkörének fogalma

A légkör nemcsak a Földön van jelen, hanem más égitestekben is. Ez a neve a bolygókat körülvevő gáznemű héjnak. A különböző bolygók gázrétegének összetétele jelentősen eltér. Nézzük meg az alapvető információkat és tényeket az egyébként levegővel kapcsolatban.

Legfontosabb összetevője az oxigén. Egyesek tévesen azt gondolják, hogy a Föld légköre teljes egészében oxigénből áll, de a levegő valójában gázok keveréke. 78% nitrogént és 21% oxigént tartalmaz. A maradék egy százalék ózont, argont, szén-dioxidot, vízgőzt tartalmaz. Legyen kicsi ezeknek a gázoknak a százalékos aránya, de fontos funkciót töltenek be - elnyelik a nap sugárzó energiájának jelentős részét, ezáltal megakadályozzák, hogy a világítótest hamuvá változtassa bolygónkon az összes életet. A légkör tulajdonságai a magassággal változnak. Például 65 km-es magasságban a nitrogén 86%, az oxigén pedig 19%.

A Föld légkörének összetétele

• Szén-dioxid nélkülözhetetlen a növények táplálkozásához. A légkörben az élő szervezetek légzési folyamata, rothadás, égés eredményeként jelenik meg. Ennek hiánya a légkör összetételében lehetetlenné tenné a növények létezését.
• Oxigén az ember számára a légkör létfontosságú összetevője. Jelenléte minden élő szervezet létezésének feltétele. A légköri gázok teljes térfogatának körülbelül 20%-át teszi ki.
• Ózon A nap ultraibolya sugárzásának természetes elnyelője, amely károsan hat az élő szervezetekre. Legtöbbször a légkör külön rétegét képezi - az ózonszűrőt. BAN BEN Utóbbi időben az emberi tevékenység oda vezet, hogy fokozatosan összeomlani kezd, de mivel nagy jelentősége van, aktív munka folyik a megőrzése és helyreállítása érdekében.
• vízpára meghatározza a levegő páratartalmát. Tartalma különböző tényezőktől függően változhat: levegő hőmérséklet, földrajzi elhelyezkedés, évszak. Alacsony hőmérsékleten nagyon kevés vízgőz van a levegőben, talán kevesebb, mint egy százalék, magas hőmérsékleten pedig eléri a 4%-ot.
• A fentiek mellett a föld légkörének összetételében mindig van egy bizonyos százalék szilárd és folyékony szennyeződések. Ezek korom, hamu, tengeri só, por, vízcseppek, mikroorganizmusok. Természetes úton és antropogén úton is a levegőbe kerülhetnek.

A légkör rétegei

hőmérséklet, sűrűség és minőségi összetétel a levegő különböző magasságokban nem egyforma. Emiatt a légkör különböző rétegeit szokás megkülönböztetni. Mindegyiknek megvan a maga sajátossága. Nézzük meg, hogy a légkör mely rétegei különböztethetők meg:

• A troposzféra a légkörnek a Föld felszínéhez legközelebb eső rétege. Magassága a sarkok felett 8-10 km, a trópusokon 16-18 km. Itt található a légkörben elérhető összes vízgőz 90%-a, tehát aktív felhőképződés zajlik. Ebben a rétegben is vannak olyan folyamatok, mint a levegő mozgása (szél), turbulencia, konvekció. A hőmérséklet a meleg évszak déli +45 fokától a trópusokon és a sarkokon -65 fokig terjed.
• A sztratoszféra a második legtávolabbi réteg a légkörtől. 11-50 km magasságban található. A sztratoszféra alsó rétegében a hőmérséklet körülbelül -55, a Földtől való távolság felé +1˚С-ra emelkedik. Ezt a régiót inverziónak nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között.
• A mezoszféra 50-90 km magasságban helyezkedik el. Alsó határán 0 körül van a hőmérséklet, felsőn -80...-90 ˚С. A Föld légkörébe kerülő meteoritok teljesen kiégnek a mezoszférában, ami miatt itt légizzás lép fel.
• A termoszféra körülbelül 700 km vastag. Az északi fény a légkör ezen rétegében jelenik meg. A kozmikus sugárzás és a Napból kiáramló sugárzás hatására jelennek meg.
• Az exoszféra a levegő diszperziós zónája. Itt a gázok koncentrációja kicsi, és fokozatosan kijutnak a bolygóközi térbe.

A Föld légköre és a világűr határvonala 100 km-es vonalnak tekinthető. Ezt a vonalat Karman-vonalnak nevezik.

légköri nyomás

Az időjárás-előrejelzést hallgatva gyakran hallunk légnyomásértékeket. De mit jelent a légköri nyomás, és hogyan hathat ránk?

Rájöttünk, hogy a levegő gázokból és szennyeződésekből áll. Mindegyik összetevőnek megvan a maga súlya, ami azt jelenti, hogy a légkör nem súlytalan, ahogyan azt a 17. századig hitték. A légköri nyomás az az erő, amellyel az atmoszféra minden rétege a Föld felszínére és minden tárgyra nyomást gyakorol.

A tudósok összetett számításokat végeztek, és bebizonyították, hogy a légkör 10 333 kg-os erővel nyom egy négyzetméternyi területet. Eszközök, emberi test légnyomásnak kitéve, amelynek tömege 12-15 tonna. Miért nem érezzük? Megkímél minket a belső nyomástól, ami kiegyenlíti a külsőt. Repülőgépen vagy magasan a hegyekben érezheti a légkör nyomását, mint Légköri nyomás magasságban sokkal kevésbé. Ebben az esetben fizikai kényelmetlenség, füldugás, szédülés lehetséges.

Sok mindent el lehet mondani a környező légkörről. Sokat tudunk róla. Érdekes tények, és néhányuk meglepőnek tűnhet:

• A Föld légkörének tömege 5 300 000 000 000 000 tonna.
• Hozzájárul a hangátvitelhez. 100 km-nél nagyobb magasságban ez a tulajdonság eltűnik a légkör összetételének változásai miatt.
• A légkör mozgását a Föld felszínének egyenetlen felmelegedése váltja ki.
• A levegő hőmérsékletének mérésére hőmérőt, a légköri nyomás mérésére barométert használnak.
• A légkör jelenléte naponta 100 tonna meteorittól kíméli meg bolygónkat.
• A levegő összetétele több száz millió éven át rögzült, de a gyors ipari tevékenység beindulásával megváltozni kezdett.
• Úgy tartják, hogy a légkör felfelé nyúlik 3000 km magasságig.

A légkör értéke az ember számára

A légkör élettani zónája 5 km. 5000 m tengerszint feletti magasságban az ember oxigén éhezést kezd mutatni, ami munkaképességének csökkenésében és közérzetének romlásában fejeződik ki. Ez azt mutatja, hogy az ember nem tud túlélni olyan térben, ahol nem létezik ez a csodálatos gázkeverék.

A légkörrel kapcsolatos minden információ és tény csak megerősíti annak fontosságát az emberek számára. Jelenlétének köszönhetően megjelent az élet kialakulásának lehetősége a Földön. Még ma is, miután felmértük, hogy az emberiség mekkora kárt tud cselekedeteivel az éltető levegőben okozni, el kell gondolkodnunk a légkör megőrzését és helyreállítását célzó további intézkedéseken.

A légkörnek külön légrétegei vannak. A levegőrétegek hőmérsékletükben, gázkülönbségükben, sűrűségükben és nyomásukban különböznek egymástól. Meg kell jegyezni, hogy a sztratoszféra és a troposzféra rétegei védik a Földet a napsugárzástól. A magasabb rétegekben egy élő szervezet halálos dózist kaphat az ultraibolya sugárzás spektrumából. Ha gyorsan a kívánt légköri rétegre szeretne ugrani, kattintson a megfelelő rétegre:

Troposzféra és tropopauza

Troposzféra - hőmérséklet, nyomás, magasság

A felső határ körülbelül 8-10 km körül van. BAN BEN mérsékelt övi szélességi körök 16-18 km, a sarkiban pedig 10-12 km. Troposzféra Ez a légkör alsó fő rétege. Ez a réteg a légköri levegő teljes tömegének több mint 80%-át és a teljes vízgőz közel 90%-át tartalmazza. A troposzférában fordul elő konvekció és turbulencia, felhők képződnek, ciklonok alakulnak ki. Hőfok magasságával csökken. Gradiens: 0,65°/100 m. A felmelegített föld és víz felmelegíti a körülvevő levegőt. A felmelegedett levegő felemelkedik, lehűl és felhőket képez. A hőmérséklet a réteg felső határain elérheti a -50/70 °C-ot.

Ebben a rétegben fordulnak elő az éghajlati időjárási viszonyok változásai. A troposzféra alsó határát ún felület mivel sok az illékony mikroorganizmus és a por. Ebben a rétegben a szél sebessége a magassággal nő.

tropopauza

Ez a troposzféra és a sztratoszféra átmeneti rétege. Itt megszűnik a hőmérséklet-csökkenés függése a magasság növekedésével. A tropopauza az a minimális magasság, ahol a függőleges hőmérsékleti gradiens 0,2°C/100 m-re esik. A tropopauza magassága erős éghajlati eseményektől, például ciklonoktól függ. A tropopauza magassága a ciklonok felett csökken, az anticiklonok felett pedig nő.

Sztratoszféra és sztratopauza

A sztratoszféra réteg magassága körülbelül 11-50 km. 11-25 km magasságban enyhe hőmérsékletváltozás tapasztalható. 25-40 km magasságban, inverzió hőmérséklet, 56,5-ről 0,8°C-ra emelkedik. 40 km-től 55 km-ig a hőmérséklet 0°C körül marad. Ezt a területet - sztratopauza.

A Sztratoszférában megfigyelhető a napsugárzás hatása a gázmolekulákra, ezek atomokra disszociálnak. Ebben a rétegben szinte nincs vízgőz. A modern szuperszonikus kereskedelmi repülőgépek 20 km magasságig repülnek a stabil repülési körülmények miatt. A nagy magasságú időjárási léggömbök 40 km magasságba emelkednek. Itt egyenletes légáramlatok vannak, sebességük eléri a 300 km/h-t. Szintén ebben a rétegben koncentrálódik ózon, ultraibolya sugarakat elnyelő réteg.

Mezoszféra és mezopauza - összetétel, reakciók, hőmérséklet

A mezoszféra réteg körülbelül 50 km-nél kezdődik és 80-90 km körül ér véget. A hőmérséklet emelkedéssel kb. 0,25-0,3°C/100 m-rel csökken, itt a sugárzó hőcsere a fő energiahatás. Komplex fotokémiai folyamatok szabad gyökök bevonásával (1 vagy 2 párosítatlan elektronja van) azóta megvalósítják világít légkör.

Szinte minden meteor ég a mezoszférában. A tudósok elnevezték ezt a területet Ignoszféra. Ezt a zónát nehéz feltárni, mivel itt nagyon rossz az aerodinamikai repülés a levegő sűrűsége miatt, ami 1000-szer kisebb, mint a Földön. És futni mesterséges műholdak a sűrűség még mindig nagyon magas. A kutatásokat meteorológiai rakéták segítségével végzik, de ez perverzió. Mezopauzaátmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között. Minimális hőmérséklete -90°C.

Karman vonal

Zsebvonal a Föld légköre és a világűr határának nevezik. A Nemzetközi Repülési Szövetség (FAI) szerint ennek a határnak a magassága 100 km. Ezt a meghatározást Theodor von Karman amerikai tudós tiszteletére adták. Megállapította, hogy körülbelül ezen a magasságon a légkör sűrűsége olyan alacsony, hogy az aerodinamikus repülés itt lehetetlenné válik, mivel a repülőgép sebességének nagyobbnak kell lennie. első térsebesség. Ilyen magasságban a hangsorompó fogalma értelmét veszti. Itt csak reaktív erők hatására irányíthatja a repülőgépet.

Termoszféra és termopauza

Ennek a rétegnek a felső határa körülbelül 800 km. A hőmérséklet körülbelül 300 km-re emelkedik, ahol eléri a körülbelül 1500 K-t. Fent a hőmérséklet változatlan marad. Ebben a rétegben van Sarki fény- a napsugárzás levegőre gyakorolt ​​hatásának eredményeként következik be. Ezt a folyamatot a légköri oxigén ionizációjának is nevezik.

A levegő alacsony ritkasága miatt a Kármán-vonal feletti repülés csak ballisztikus pályákon lehetséges. Minden emberes orbitális repülés (a Holdra irányuló repülések kivételével) a légkör ezen rétegében zajlik.

Exoszféra - Sűrűség, hőmérséklet, magasság

Az exoszféra magassága meghaladja a 700 km-t. Itt a gáz nagyon ritka, és a folyamat megtörténik disszipáció— részecskék kiszivárgása a bolygóközi térbe. Az ilyen részecskék sebessége elérheti a 11,2 km/sec-et. A naptevékenység növekedése ennek a rétegnek a vastagságának bővüléséhez vezet.

• A gázhéj a gravitáció hatására nem repül el az űrbe. A levegő olyan részecskékből áll, amelyeknek saját tömegük van. A gravitáció törvényéből arra lehet következtetni, hogy minden tömegű objektum vonzódik a Földhöz.
• A Buys-Ballot törvénye kimondja, hogy ha az északi féltekén tartózkodik, és háttal áll a szélnek, akkor a jobb oldalon egy magas, a bal oldalon alacsony nyomású zóna lesz. A déli féltekén ez fordítva lesz.

- léghéj a földgömb forog a földdel. A légkör felső határát hagyományosan 150-200 km magasságban végzik. Az alsó határ a Föld felszíne.

A légköri levegő gázok keveréke. A felszíni levegőréteg térfogatának nagy része nitrogén (78%) és oxigén (21%). Ezenkívül a levegő inert gázokat (argon, hélium, neon stb.), szén-dioxidot (0,03), vízgőzt és különféle szilárd részecskéket (por, korom, sókristályok) tartalmaz.

A levegő színtelen, az égbolt színét a fényhullámok szóródásának sajátosságai magyarázzák.

A légkör több rétegből áll: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra és termoszféra.

A levegő alsó rétegét ún troposzféra. Különböző szélességeken a ereje nem azonos. A troposzféra megismétli a bolygó alakját, és a Földdel együtt részt vesz a tengelyirányú forgásban. Az Egyenlítőnél a légkör vastagsága 10-20 km között változik. Az Egyenlítőn nagyobb, a sarkokon kisebb. A troposzférát a levegő maximális sűrűsége jellemzi, a teljes légkör tömegének 4/5-e koncentrálódik benne. A troposzféra határozza meg időjárás: különféle légtömegek, felhők és csapadék képződnek, intenzív vízszintes és függőleges légmozgás tapasztalható.

A troposzféra felett, 50 km-es magasságig található sztratoszféra. Kisebb levegősűrűség jellemzi, nincs benne vízgőz. A sztratoszféra alsó részén körülbelül 25 km magasságban. van egy "ózonernyő" - a légkör magas ózonkoncentrációjú rétege, amely elnyeli az ultraibolya sugárzást, ami végzetes a szervezetekre.

50-80-90 km magasságban terül el mezoszféra. A magasság növekedésével a hőmérséklet (0,25-0,3)°/100 m átlagos függőleges gradienssel csökken, a levegő sűrűsége pedig csökken. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. A légkör izzása összetett fotokémiai folyamatoknak köszönhető, amelyekben gyökök, rezgéssel gerjesztett molekulák vesznek részt.

Termoszféra 80-90-800 km magasságban található. A levegő sűrűsége itt minimális, a levegő ionizációs foka nagyon magas. A hőmérséklet a Nap aktivitásától függően változik. A töltött részecskék nagy száma miatt itt aurórákat és mágneses viharokat figyelnek meg.

A légkör nagy jelentőséggel bír a Föld természete szempontjából. Oxigén nélkül az élő szervezetek nem tudnak lélegezni. Ózonrétege megvéd minden élőlényt a káros ultraibolya sugaraktól. A légkör kiegyenlíti a hőmérséklet-ingadozásokat: a Föld felszíne éjszaka nem hűl le, nappal sem melegszik túl. A légköri levegő sűrű rétegeiben, amelyek nem érik el a bolygó felszínét, a meteoritok kiégnek a tövisből.

A légkör kölcsönhatásba lép a Föld összes héjával. Segítségével hő- és nedvességcsere az óceán és a szárazföld között. A légkör nélkül nem lenne felhő, csapadék, szél.

Az emberi tevékenység jelentős káros hatással van a légkörre. Légszennyezés lép fel, ami a szén-monoxid (CO 2) koncentrációjának növekedéséhez vezet. És ez hozzájárul globális felmelegedéséghajlatot és felerősíti az üvegházhatást. Ózon réteg A föld az ipari hulladék és a szállítás miatt pusztul.

A légkört óvni kell. A fejlett országokban egy sor intézkedést hoznak a légköri levegő szennyeződés elleni védelmére.

Van kérdésed? Szeretne többet tudni a légkörről?
Ha oktatói segítséget szeretne kérni - regisztráljon.

oldalon, az anyag teljes vagy részleges másolásakor a forrásra mutató hivatkozás szükséges.

Föld légköre

Légkör(tól től. másik görögἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) - gáz shell ( geoszféra) körülveszik a bolygót föld. Belső felülete fedett hidroszféraés részben ugat, a külső a világűr földközeli részével határos.

A fizika és a kémia azon részeinek összességét, amelyek a légkört tanulmányozzák, általában nevezik légkörfizika. A légkör határozza meg időjárás a Föld felszínén az időjárás tanulmányozásával foglalkozik meteorológiaés hosszú távú variációk éghajlat - klimatológia.

A légkör szerkezete

A légkör szerkezete

Troposzféra

Felső határa a sarkvidéken 8-10 km, a mérsékelt öviben 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km magasságban van; alacsonyabb télen, mint nyáron. A légkör alsó, fő rétege. A légköri levegő teljes tömegének több mint 80%-át és a légkörben jelenlévő összes vízgőz körülbelül 90%-át tartalmazza. magasan fejlett a troposzférában légörvényÉs konvekció, felmerülhet felhők, fejleszteni ciklonokÉs anticiklonok. A hőmérséklet az átlagos függőleges magasság növekedésével csökken gradiens 0,65°/100 m

A Föld felszínén a "normál állapotokhoz" a következőket vesszük: sűrűség 1,2 kg/m3, légnyomás 101,35 kPa, hőmérséklet plusz 20 °C és relatív páratartalom 50 %. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki értékkel bírnak.

Sztratoszféra

A légkör 11-50 km magasságban található rétege. Jellemzője a hőmérséklet enyhe változása a 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) és a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről 0,8 ° -ra. VAL VEL(felső sztratoszféra vagy régió inverziók). A körülbelül 273 K (majdnem 0 °C) érték elérése után körülbelül 40 km-es magasságban a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű tartományt ún sztratopauzaés ez a határ a sztratoszféra és mezoszféra.

Sztratopauza

A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).

Mezoszféra

Föld légköre

Mezoszféra 50 km-es magasságban kezdődik és 80-90 km-ig terjed. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagos függőleges gradiens (0,25-0,3)°/100 m. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. Összetett fotokémiai folyamatok, amelyek magukban foglalják szabad radikálisok, rezgéssel gerjesztett molekulák stb., meghatározzák a légkör izzását.

Mezopauza

Átmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy minimum (kb. -90 °C).

Karman vonal

Tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el.

Termoszféra

fő cikk: Termoszféra

A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után a nagy magasságokig szinte állandó marad. Az ultraibolya és röntgen napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizációja következik be (" auroras”) - fő területek ionoszféra feküdjön a termoszférában. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál.

Légköri rétegek 120 km magasságig

Exoszféra (szóródó gömb)

Exoszféra- szórási zóna, a termoszféra külső része, 700 km felett található. Az exoszférában lévő gáz nagyon ritka, ezért részecskéi a bolygóközi térbe szivárognak. disszipáció).

100 km magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasságbeli eloszlása ​​molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról -110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~1500 °C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3000 km magasságban az exoszféra fokozatosan átmegy az ún. közeli űrvákuum, amely bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van tele. De ez a gáz csak egy része a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszerű részecskékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszerű részecskék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.

A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80%-át, a sztratoszféra körülbelül 20%-át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutroszférát és az ionoszférát. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.

A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraÉs heteroszféra. heteroszféra - ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel ilyen magasságban elhanyagolható a keveredésük. Ebből következik a heteroszféra változó összetétele. Alatta a légkör jól elegyített, homogén része, az ún homoszféra. E rétegek közötti határt ún turbópauzát, körülbelül 120 km magasságban fekszik.

Fizikai tulajdonságok

A légkör vastagsága körülbelül 2000-3000 km távolságra van a Föld felszínétől. Teljes tömeg levegő- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Moláris tömeg tiszta száraz levegő 28.966. Nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101.325 kPa; kritikus hőmérséklet-140,7 °C; kritikus nyomás 3,7 MPa; C p 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (0 °C-on), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (0 °C-on). A levegő oldhatósága vízben 0 °C-on - 0,036%, 25 °C-on - 0,22%.

A légkör élettani és egyéb tulajdonságai

Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban képzetlen ember fejlődik oxigén éhezésés alkalmazkodás nélkül az emberi teljesítmény jelentősen csökken. Itt ér véget a légkör élettani zónája. Az emberi légzés 15 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.

A légkör biztosítja számunkra a légzéshez szükséges oxigént. Azonban a légkör teljes nyomásának csökkenése miatt, amikor Ön egy magasságba emelkedik, az oxigén parciális nyomása is ennek megfelelően csökken.

Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Parciális nyomás Az alveoláris levegő oxigéntartalma normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomása - 40 Hgmm. Art., és vízgőz - 47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a vízgőz és a szén-dioxid össznyomása a tüdőben szinte állandó marad - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. Az oxigén áramlása a tüdőbe teljesen leáll, ha a környező levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.

Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.

A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló hatás intenzíven hat a szervezetre. sugárzás- elsődleges kozmikus sugarak; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum emberre veszélyes ultraibolya része működik.

Ahogy egyre magasabbra emelkedünk a Föld felszíne fölé, fokozatosan gyengülünk, majd teljesen eltűnünk, a légkör alsóbb rétegeiben olyan számunkra ismerős jelenségek figyelhetők meg, mint a hangterjedés, az aerodinamika kialakulása. emelőerőés ellenállás, hőátadás konvekció satöbbi.

Ritkább légrétegekben, terjedés hang lehetetlennek bizonyul. 60-90 km-es magasságig továbbra is lehetséges a légellenállás és az emelés alkalmazása az irányított aerodinamikus repüléshez. De 100-130 km-es magasságtól kezdve minden pilóta számára ismerős fogalmak számok MÉs hanggát elvesztik értelmüket, ott átmegy a feltételes Karman vonal amelyen túl kezdődik a tisztán ballisztikus repülés szférája, amely csak reaktív erők felhasználásával irányítható.

100 km feletti magasságban a légkör egy másik figyelemre méltó tulajdonságától is meg van fosztva - a hőenergia konvekcióval (azaz levegő keverésével) történő elnyelésének, vezetésének és átvitelének képességétől. Ez azt jelenti, hogy az orbitális űrállomás különböző berendezési elemeit, berendezéseit nem lehet majd kívülről úgy hűteni, ahogy azt egy repülőgépen szokták - légsugarak és légradiátorok segítségével. Ilyen magasságban, mint az űrben általában, a hőátadás egyetlen módja az hősugárzás.

A légkör összetétele

A száraz levegő összetétele

A Föld légköre főleg gázokból és különféle szennyeződésekből (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek) áll.

A légkört alkotó gázok koncentrációja a víz (H 2 O) és a szén-dioxid (CO 2) kivételével szinte állandó.

A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör SO 2, NH 3, CO, ózon, szénhidrogének, HCl, HF, párok hg, I 2 , és NEMés sok más gáz kisebb mennyiségben. A troposzféra folyamatosan nagyszámú lebegő szilárd és folyékony részecskét tartalmaz ( aeroszol).

A légkör kialakulásának története

A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légköre négy különböző összetételű volt az idők során. Kezdetben könnyű gázokból állt ( hidrogénÉs hélium) a bolygóközi térből rögzítették. Ez az ún elsődleges légkör(mintegy négymilliárd éve). A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör telítődéséhez vezetett a hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, gőz). Így másodlagos légkör(mintegy hárommilliárd évvel napjaink előtt). Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkör kialakulásának folyamatát a következő tényezők határozták meg:

könnyű gázok (hidrogén és hélium) szivárgása be bolygóközi tér;

kémiai reakciók, amelyek a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására lejátszódnak.

Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és sokkal magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (a kémiai reakciók ammóniából és szénhidrogénekből).

Nitrogén

A nagy mennyiségű N 2 képződése az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris O 2 általi oxidációjának köszönhető, amely fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni a bolygó felszínéről, 3 milliárd évvel ezelőtt. A nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében N 2 is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.

A nitrogén N 2 csak meghatározott körülmények között lép reakcióba (például villámkisülés során). A molekuláris nitrogén elektromos kisülések során ózon általi oxidációját a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során használják. Alacsony energiafelhasználással oxidálható és biológiailag aktív formává alakítható cianobaktériumok (kék-zöld algák)és a rhizobiálist alkotó csomóbaktériumok szimbiózis Val vel hüvelyesek növények, ún. zöldtrágya.

Oxigén

A légkör összetétele gyökeresen megváltozott a megjelenésével élő organizmusok, ennek eredményeként fotoszintézis oxigén felszabadulása és szén-dioxid felszívódása kíséri. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára költötték - ammónia, szénhidrogének, oxidok mirigy Az óceánok tartalmazzák stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez számos ben lezajló folyamatban komoly és hirtelen változásokat okozott légkör, litoszféraÉs bioszféra, ennek az eseménynek a neve Oxigén katasztrófa.

Alatt Fanerozoikum a légkör összetétele és az oxigéntartalom megváltozott. Elsősorban a szerves üledékes kőzetek lerakódási sebességével korreláltak. Tehát a szén felhalmozódásának időszakában a légkör oxigéntartalma láthatóan észrevehetően meghaladta a modern szintet.

Szén-dioxid

A légkör CO 2 -tartalma a vulkáni tevékenységtől és a földhéjban zajló kémiai folyamatoktól, de leginkább a bioszintézis intenzitásától és a szerves anyagok bomlásának intenzitásától függ. bioszféra föld. A bolygó szinte teljes jelenlegi biomasszája (kb. 2,4 × 10 12 tonna ) a légköri levegőben lévő szén-dioxid, nitrogén és vízgőz hatására képződik. Eltemetve óceán, V mocsarakés be erdők szerves anyag válik szén, olajÉs földgáz. (cm. A szén geokémiai körforgása)

nemesgázok

Inert gázok forrása - argon, héliumÉs kripton- vulkánkitörések és radioaktív elemek bomlása. A Föld egésze, és különösen a légkör kimerült inert gázokban az űrhöz képest. Úgy gondolják, hogy ennek oka a gázok folyamatos szivárgása a bolygóközi térbe.

Légszennyeződés

A közelmúltban a légkör alakulását kezdte befolyásolni Emberi. Tevékenységének eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának állandó jelentős növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén üzemanyagok elégetése következtében. Hatalmas mennyiségű CO 2 fogy el a fotoszintézis során, és a világ óceánjai elnyelik. Ez a gáz a karbonátos kőzetek, valamint a növényi és állati eredetű szerves anyagok bomlása, valamint a vulkanizmus és az emberi termelő tevékenység következtében kerül a légkörbe. Az elmúlt 100 év során a légkör CO 2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek túlnyomó része (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetéséből származik. Ha a tüzelőanyag elégetésének növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 50-60 évben a légkörben lévő CO 2 mennyisége megkétszereződik, és globális klímaváltozás.

A tüzelőanyag elégetése a fő forrása mindkét szennyező gáznak ( ÍGY, NEM, ÍGY 2 ). A kén-dioxidot a légköri oxigén oxidálja ÍGY 3 a felső atmoszférában, amely viszont kölcsönhatásba lép a vízgőzzel és az ammóniával, és a keletkező kénsav (H 2 ÍGY 4 ) És ammónium-szulfát ((NH 4 ) 2 ÍGY 4 ) vissza a Föld felszínére egy ún. savas eső. Használat belső égésű motorok jelentős légszennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és ólomvegyületekkel ( tetraetil-ólom Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

A légkör aeroszolos szennyezését mind természetes okok (vulkánkitörés, porviharok, tengervízcseppek és növényi pollen beszivárgása stb.), mind az emberi gazdasági tevékenység (érc- és építőanyag-bányászat, tüzelőanyag-égetés, cementgyártás stb.) okozzák. .). A szilárd részecskék intenzív, nagy léptékű eltávolítása a légkörbe a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.

A LÉGKÖR FELÉPÍTÉSE

Légkör(más görög ἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) - a Föld bolygót körülvevő gáznemű héj (geoszféra). Belső felülete a hidroszférát és részben a földkérget fedi, külső felülete pedig a világűr földközeli részével határos.

Fizikai tulajdonságok

A légkör vastagsága körülbelül 120 km-re van a Föld felszínétől. A légkör teljes levegőtömege (5,1-5,3) 10 18 kg. Ebből a száraz levegő tömege (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, a vízgőz össztömege átlagosan 1,27 10 16 kg.

A tiszta száraz levegő moláris tömege 28,966 g/mol, a levegő sűrűsége a tengerfelszínen körülbelül 1,2 kg/m 3 . A nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101,325 kPa; kritikus hőmérséklet - -140,7 ° C; kritikus nyomás - 3,7 MPa; C p 0 °C-on - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (0 °C-on). A levegő oldhatósága vízben (tömeg szerint) 0 ° C-on - 0,0036%, 25 ° C-on - 0,0023%.

A "normál körülmények" a Föld felszínén: sűrűség 1,2 kg / m 3, légköri nyomás 101,35 kPa, hőmérséklet plusz 20 ° C és relatív páratartalom 50%. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki értékkel bírnak.

A légkör szerkezete

A légkör réteges szerkezetű. A légkör rétegei a levegő hőmérsékletében, sűrűségében, a levegőben lévő vízgőz mennyiségében és egyéb tulajdonságaiban különböznek egymástól.

Troposzféra(ógörög τρόπος - "fordulás", "változás" és σφαῖρα - "labda") - a légkör alsó, leginkább tanulmányozott rétege, 8-10 km magas a sarki régiókban, 10-12 km a mérsékelt szélességeken, az Egyenlítőnél - 16-18 km.

A troposzférában való emelkedés során a hőmérséklet 100 méterenként átlagosan 0,65 K-t csökken, és a felső részen eléri a 180-220 K-t. A troposzférának ezt a felső rétegét, amelyben a hőmérséklet magasságcsökkenése megáll, tropopauzának nevezzük. A troposzféra feletti légkör következő rétegét sztratoszférának nevezzük.

A légköri levegő össztömegének több mint 80%-a a troposzférában koncentrálódik, a turbulencia és a konvekció erősen fejlett, a vízgőz túlnyomó része koncentrálódik, felhők keletkeznek, légköri frontok is kialakulnak, ciklonok és anticiklonok alakulnak ki, valamint egyéb az időjárást és az éghajlatot meghatározó folyamatok. A troposzférában zajló folyamatok elsősorban a konvekciónak köszönhetőek.

A troposzférának azt a részét, amelyen belül a földfelszínen gleccserek képződhetnek, chionoszférának nevezzük.

tropopauza(a görög τροπος - fordulat, változás és παῦσις - megállás, megszűnés) - a légkör azon rétege, amelyben a hőmérséklet csökkenése a magassággal megáll; átmeneti réteg a troposzférából a sztratoszférába. A földi légkörben a tropopauza 8-12 km (tengerszint feletti) magasságban található a sarki régiókban és 16-18 km-rel az Egyenlítő felett. A tropopauza magassága függ az évszaktól (nyáron magasabb a tropopauza, mint télen) és a ciklonális aktivitástól (ciklonokban alacsonyabb, anticiklonokban magasabb)

A tropopauza vastagsága több száz métertől 2-3 kilométerig terjed. A szubtrópusokon tropopauza szakadások figyelhetők meg az erős sugáráramlások miatt. A tropopauza bizonyos területeken gyakran megsemmisül és újra kialakul.

Sztratoszféra(latin rétegből - padló, réteg) - a légkör egy rétege, amely 11-50 km magasságban található. A 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) a hőmérséklet enyhe változása, a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről 0,8 °C-ra (a felső sztratoszféraréteg vagy inverziós régió) jellemző a hőmérséklet enyhe változása. Körülbelül 40 km-es magasságban elérve a 273 K (majdnem 0 °C) értéket, a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között. A levegő sűrűsége a sztratoszférában tízszer és százszor kisebb, mint a tengerszinten.

A sztratoszférában található az ózonszféra réteg ("ózonréteg") (15-20-55-60 km magasságban), amely meghatározza a bioszférában az élet felső határát. Az ózon (O 3 ) fotokémiai reakciók eredményeként a legintenzívebben ~30 km-es magasságban keletkezik. Az O 3 össztömege normál nyomáson 1,7-4,0 mm vastag réteg lenne, de még ez is elegendő a nap életre káros ultraibolya sugárzásának elnyelésére. Az O 3 pusztulása akkor következik be, amikor szabad gyökökkel, NO-val, halogéntartalmú vegyületekkel (beleértve a "freonokat") kölcsönhatásba lép.

Az ultraibolya sugárzás rövid hullámhosszú részének (180-200 nm) nagy része a sztratoszférában megmarad, és a rövidhullámok energiája átalakul. E sugarak hatására a mágneses mezők megváltoznak, a molekulák felbomlanak, ionizálódnak, új gázok és egyéb kémiai vegyületek keletkeznek. Ezek a folyamatok északi fények, villámok és egyéb izzások formájában figyelhetők meg.

A sztratoszférában és a magasabb rétegekben a napsugárzás hatására a gázmolekulák disszociálnak - atomokká (80 km felett CO 2 és H 2 disszociál, 150 km felett - O 2, 300 km felett - N 2). 200-500 km magasságban a gázok ionizációja is megtörténik az ionoszférában, 320 km-es magasságban a töltött részecskék (O + 2, O - 2, N + 2) koncentrációja ~ 1/300 semleges részecskék koncentrációja. A légkör felső rétegeiben szabad gyökök vannak - OH, HO 2 stb.

A sztratoszférában szinte nincs vízgőz.

A sztratoszférába történő repülések az 1930-as években kezdődtek. Széles körben ismert az első sztratoszférikus ballonon (FNRS-1) végzett repülés, amelyet Auguste Picard és Paul Kipfer 1931. május 27-én hajtott végre 16,2 km-es magasságba. A modern harci és szuperszonikus kereskedelmi repülőgépek általában 20 km-es magasságig repülnek a sztratoszférában (bár a dinamikus plafon sokkal magasabb is lehet). A nagy magasságú időjárási léggömbök akár 40 km-re emelkednek; a pilóta nélküli léggömb rekordja 51,8 km.

Az utóbbi időben az Egyesült Államok katonai köreiben nagy figyelmet szentelnek a sztratoszféra 20 km feletti rétegeinek, amelyeket gyakran "előtérnek" neveznek (Eng. « közeli tér» ). Feltételezhető, hogy a pilóta nélküli léghajók és a napenergiával működő repülőgépek (mint például a NASA Pathfinder) képesek lesznek hosszú ideig körülbelül 30 km-es magasságban maradni, és nagyon nagy területeken képesek megfigyelni és kommunikálni, miközben alacsony a légvédelem sebezhetősége. rendszerek; az ilyen eszközök sokszor olcsóbbak lesznek, mint a műholdak.

Sztratopauza- a légkör rétege, amely két réteg, a sztratoszféra és a mezoszféra közötti határ. A sztratoszférában a hőmérséklet a magassággal emelkedik, és a sztratopauza az a réteg, ahol a hőmérséklet eléri a maximumot. A sztratopauza hőmérséklete 0 °C körül van.

Ez a jelenség nemcsak a Földön figyelhető meg, hanem más légkörrel rendelkező bolygókon is.

A Földön a sztratopauza 50-55 km tengerszint feletti magasságban található. A légköri nyomás körülbelül 1/1000-e a tengerszinti nyomásnak.

Mezoszféra(a görög μεσο- - „középső” és σφαῖρα - „labda”, „gömb” szóból) - a légkör rétege 40-50-80-90 km magasságban. Jellemzője a hőmérséklet növekedése a magassággal; a maximális (körülbelül +50°C) hőmérséklet kb. 60 km magasságban található, ezután a hőmérséklet –70°-ra vagy –80°C-ra csökken. A hőmérséklet ilyen csökkenése a napsugárzás (sugárzás) ózon általi energetikai elnyelésével jár. A kifejezést a Földrajzi és Geofizikai Unió 1951-ben fogadta el.

A mezoszféra, valamint az alsó légköri rétegek gázösszetétele állandó, körülbelül 80% nitrogént és 20% oxigént tartalmaz.

A mezoszférát az alatta lévő sztratoszférától a sztratopausa, a fedő termoszférától a mezopauza választja el. A mezopauza alapvetően egybeesik a turbopauzával.

A meteorok világítani kezdenek, és általában teljesen kiégnek a mezoszférában.

A mezoszférában noktilucens felhők jelenhetnek meg.

A repülések számára a mezoszféra egyfajta "holt zóna" - a levegő túl ritka ahhoz, hogy repülőgépeket vagy léggömböket támogasson (50 km-es magasságban a levegő sűrűsége 1000-szer kisebb, mint a tengerszinten), és ugyanakkor az idő túl sűrű a mesterséges repülésekhez. műholdak ilyen alacsony pályán. A mezoszféra közvetlen vizsgálatát főként szuborbitális meteorológiai rakéták segítségével végzik; általában a mezoszférát rosszabbul tanulmányozták, mint a légkör többi rétegét, amellyel kapcsolatban a tudósok „ignoroszférának” nevezték.

mezopauza

mezopauza Az atmoszférának a mezoszférát és a termoszférát elválasztó rétege. A Földön 80-90 km tengerszint feletti magasságban található. A mezopauza hőmérsékleti minimuma körülbelül -100 ° C. Lent (kb. 50 km magasságból indulva) magassággal csökken a hőmérséklet, fent (kb. 400 km magasságig) ismét emelkedik. A mezopauza egybeesik a röntgensugárzás aktív elnyelési tartományának alsó határával és a Nap legrövidebb hullámhosszú ultraibolya sugárzásával. Ezen a magasságon ezüstös felhők figyelhetők meg.

A mezopauza nemcsak a Földön létezik, hanem más légkörrel rendelkező bolygókon is.

Karman vonal- tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el.

A Fédération Aéronautique Internationale (FAI) meghatározása szerint a Karman-vonal 100 km-es tengerszint feletti magasságban található.

A magasságot Theodor von Karman magyar származású amerikai tudósról nevezték el. Ő volt az első, aki megállapította, hogy körülbelül ezen a magasságon a légkör annyira megritkul, hogy a repülés lehetetlenné válik, mivel a megfelelő felhajtóerő megteremtéséhez szükséges repülőgép sebessége nagyobb lesz, mint az első kozmikus sebesség, és ezért a nagyobb sebesség elérése érdekében. tengerszint feletti magasságok esetén az asztronautika eszközeit kell használni.

A Föld légköre a Karman-vonalon túl folytatódik. A föld légkörének külső része, az exoszféra 10 000 km vagy annál nagyobb magasságig terjed, ilyen magasságban a légkör főként hidrogénatomokból áll, amelyek elhagyhatják a légkört.

A Karman Line elérése volt az első feltétele az Ansari X Prize-nek, hiszen ez az alapja annak, hogy a repülést űrrepülésként ismerjék el.