Der Großteil der atmosphärischen Luft ist darin enthalten. Was sind die Haupteigenschaften der Atmosphäre?

Zusammensetzung der Atmosphäre. Die Lufthülle unseres Planeten - Atmosphäre schützt die Erdoberfläche vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten Strahlung der Sonne auf lebende Organismen. Es schützt die Erde auch vor kosmischen Partikeln – Staub und Meteoriten.

Die Atmosphäre besteht aus einem mechanischen Gasgemisch: 78 % ihres Volumens bestehen aus Stickstoff, 21 % aus Sauerstoff und weniger als 1 % aus Helium, Argon, Krypton und anderen. Inertgase. Die Menge an Sauerstoff und Stickstoff in der Luft bleibt praktisch unverändert, da sich Stickstoff fast nicht mit anderen Stoffen verbindet, sondern mit Sauerstoff, der zwar sehr aktiv ist und für Atmung, Oxidation und Verbrennung verbraucht wird, aber von Pflanzen ständig nachgefüllt wird.

Bis zu einer Höhe von etwa 100 km bleibt der Anteil dieser Gase nahezu unverändert. Dies liegt daran, dass die Luft ständig vermischt wird.

Zusätzlich zu den genannten Gasen enthält die Atmosphäre etwa 0,03 % Kohlendioxid, das meist in der Nähe der Erdoberfläche konzentriert und ungleichmäßig verteilt ist: In Städten, Industriezentren und Gebieten mit vulkanischer Aktivität nimmt seine Menge zu.

In der Atmosphäre gibt es immer eine gewisse Menge an Verunreinigungen – Wasserdampf und Staub. Der Wasserdampfgehalt hängt von der Lufttemperatur ab: Je höher die Temperatur, desto mehr Dampf kann die Luft aufnehmen. Aufgrund der Anwesenheit von dampfförmigem Wasser in der Luft sind atmosphärische Phänomene wie Regenbögen, Brechung des Sonnenlichts usw. möglich.

Staub gelangt bei Vulkanausbrüchen, Sand- und Staubstürmen, bei unvollständiger Brennstoffverbrennung in Wärmekraftwerken usw. in die Atmosphäre.

Die Struktur der Atmosphäre. Die Dichte der Atmosphäre ändert sich mit der Höhe: Sie ist an der Erdoberfläche am höchsten und nimmt mit zunehmender Höhe ab. Somit ist die Dichte der Atmosphäre in einer Höhe von 5,5 km doppelt so hoch und in einer Höhe von 11 km viermal geringer als in der Oberflächenschicht.

Abhängig von der Dichte, Zusammensetzung und Eigenschaften der Gase wird die Atmosphäre in fünf konzentrische Schichten unterteilt (Abb. 34).

Reis. 34. Vertikalschnitt der Atmosphäre (Schichtung der Atmosphäre)

1. Die unterste Schicht heißt Troposphäre. Seine obere Grenze verläuft in einer Höhe von 8–10 km an den Polen und 16–18 km am Äquator. Die Troposphäre enthält bis zu 80 % der Gesamtmasse der Atmosphäre und fast den gesamten Wasserdampf.

Die Lufttemperatur in der Troposphäre nimmt mit der Höhe alle 100 m um 0,6 °C ab und beträgt an ihrer Obergrenze -45–55 °C.

Die Luft in der Troposphäre ist ständig gemischt und bewegt sich in verschiedene Richtungen. Nur hier werden Nebel, Regen, Schneefälle, Gewitter, Stürme und andere Wetterphänomene beobachtet.

2. Oben befindet sich Stratosphäre, die sich bis zu einer Höhe von 50-55 km erstreckt. Luftdichte und Druck in der Stratosphäre sind vernachlässigbar. Dünne Luft besteht aus den gleichen Gasen wie in der Troposphäre, enthält jedoch mehr Ozon. Die höchste Ozonkonzentration wird in einer Höhe von 15–30 km beobachtet. Die Temperatur in der Stratosphäre nimmt mit der Höhe zu und erreicht an ihrer oberen Grenze 0 °C und mehr. Denn Ozon absorbiert kurzwellige Energie der Sonne und führt so zu einer Erwärmung der Luft.

3. Liegt über der Stratosphäre Mesosphäre, erstreckt sich bis zu einer Höhe von 80 km. Dort sinkt die Temperatur wieder und erreicht -90 °C. Die Luftdichte ist dort 200-mal geringer als an der Erdoberfläche.

4. Darüber befindet sich die Mesosphäre Thermosphäre(von 80 bis 800 km). Die Temperatur in dieser Schicht steigt: in 150 km Höhe auf 220 °C; in 600 km Höhe bis zu 1500 °C. Atmosphärische Gase (Stickstoff und Sauerstoff) befinden sich in einem ionisierten Zustand. Unter dem Einfluss kurzwelliger Sonnenstrahlung lösen sich einzelne Elektronen aus den Atomhüllen. Als Ergebnis in dieser Schicht - Ionosphäre Es entstehen Schichten geladener Teilchen. Ihre dichteste Schicht liegt in einer Höhe von 300–400 km. Aufgrund der geringen Dichte werden die Sonnenstrahlen dort nicht gestreut, sodass der Himmel schwarz ist und Sterne und Planeten hell darauf leuchten.

In der Ionosphäre gibt es Polar Lichter, Es entstehen starke elektrische Ströme, die Störungen verursachen Magnetfeld Erde.

5. Über 800 km ist die äußere Hülle - Exosphäre. Die Bewegungsgeschwindigkeit einzelner Partikel in der Exosphäre nähert sich dem kritischen Wert von 11,2 mm/s, sodass einzelne Partikel die Schwerkraft überwinden und in den Weltraum entkommen können.

Die Bedeutung von Atmosphäre. Die Rolle der Atmosphäre im Leben unseres Planeten ist außergewöhnlich groß. Ohne sie wäre die Erde tot. Die Atmosphäre schützt die Erdoberfläche vor extremer Erwärmung und Abkühlung. Seine Wirkung lässt sich mit der Rolle von Glas in Gewächshäusern vergleichen: Es lässt die Sonnenstrahlen durch und verhindert Wärmeverluste.

Die Atmosphäre schützt lebende Organismen vor kurzwelliger und korpuskularer Strahlung der Sonne. Die Atmosphäre ist die Umgebung, in der Wetterphänomene auftreten, mit denen alle menschlichen Aktivitäten verbunden sind. Die Untersuchung dieser Schale wird an meteorologischen Stationen durchgeführt. Tag und Nacht und bei jedem Wetter überwachen Meteorologen den Zustand der unteren Atmosphärenschicht. Viermal täglich und an vielen Stationen stündlich messen sie Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit, notieren Bewölkung, Windrichtung und -geschwindigkeit, Niederschlagsmenge, elektrische und akustische Phänomene in der Atmosphäre. Meteorologische Stationen gibt es überall: in der Antarktis und in tropischen Regenwäldern hohe Berge und in den Weiten der Tundra. Auch von speziell gebauten Schiffen aus werden Beobachtungen auf den Ozeanen durchgeführt.

Seit den 30er Jahren. 20. Jahrhundert Die Beobachtungen begannen in der freien Atmosphäre. Sie begannen mit dem Start von Radiosonden, die eine Höhe von 25 bis 35 km erreichen und mithilfe von Funkgeräten Informationen über Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit zur Erde übertragen. Heutzutage sind auch meteorologische Raketen und Satelliten weit verbreitet. Letztere verfügen über Fernsehanlagen, die Bilder der Erdoberfläche und der Wolken übertragen.

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5. Die Lufthülle der Erde§ 31. Erwärmung der Atmosphäre

Manchmal wird die Atmosphäre, die unseren Planeten in einer dicken Schicht umgibt, als fünfter Ozean bezeichnet. Nicht umsonst ist der zweite Name eines Flugzeugs Flugzeug. Die Atmosphäre ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen, wobei Stickstoff und Sauerstoff überwiegen. Letzterem ist es zu verdanken, dass das Leben auf dem Planeten in der Form möglich ist, die wir alle gewohnt sind. Daneben gibt es 1 % weitere Bestandteile. Dies sind inerte (keine chemischen Wechselwirkungen eingehende) Gase, Schwefeloxid. Der fünfte Ozean enthält auch mechanische Verunreinigungen: Staub, Asche usw. Alle Schichten der Atmosphäre erstrecken sich insgesamt fast 480 km von der Oberfläche entfernt (die Daten sind unterschiedlich, wir Ich werde auf diesen Punkt näher eingehen. Eine solch beeindruckende Dicke bildet eine Art undurchdringlichen Schutzschild, der den Planeten vor schädlicher kosmischer Strahlung und großen Objekten schützt.

Man unterscheidet folgende Schichten der Atmosphäre: die Troposphäre, gefolgt von der Stratosphäre, dann der Mesosphäre und schließlich der Thermosphäre. Die gegebene Ordnung beginnt an der Oberfläche des Planeten. Die dichten Schichten der Atmosphäre werden durch die ersten beiden dargestellt. Sie sind es, die einen erheblichen Teil der Schadstoffe herausfiltern

Die unterste Schicht der Atmosphäre, die Troposphäre, erstreckt sich nur 12 km über dem Meeresspiegel (18 km in den Tropen). Bis zu 90 % des Wasserdampfs sind hier konzentriert, weshalb sich dort Wolken bilden. Hier konzentriert sich auch die meiste Luft. Alle nachfolgenden Schichten der Atmosphäre sind kälter, da durch die Nähe zur Oberfläche reflektierte Sonnenstrahlen die Luft erwärmen können.

Die Stratosphäre erstreckt sich bis fast 50 km von der Oberfläche entfernt. Die meisten Wetterballons „schweben“ in dieser Schicht. Auch einige Flugzeugtypen können hier fliegen. Eine der erstaunlichen Funktionen ist Temperaturregime: Im Intervall von 25 bis 40 km beginnt die Lufttemperatur zu steigen. Von -60 steigt er auf fast 1. Anschließend erfolgt ein leichter Rückgang auf Null, der bis zu einer Höhe von 55 km anhält. Die Obergrenze ist berüchtigt

Darüber hinaus erstreckt sich die Mesosphäre auf fast 90 km. Die Lufttemperatur sinkt hier stark. Pro 100 Meter Steigung gibt es einen Rückgang von 0,3 Grad. Er wird manchmal als der kälteste Teil der Atmosphäre bezeichnet. Die Luftdichte ist gering, reicht aber völlig aus, um Meteoriteneinschlägen Widerstand entgegenzusetzen.

Die Schichten der Atmosphäre im üblichen Sinne enden in einer Höhe von etwa 118 km. Hier entstehen die berühmten Polarlichter. Oben beginnt die Thermosphärenregion. Durch Röntgenstrahlung kommt es zur Ionisierung der wenigen in diesem Bereich enthaltenen Luftmoleküle. Durch diese Prozesse entsteht die sogenannte Ionosphäre (sie wird oft zur Thermosphäre gezählt und daher nicht gesondert betrachtet).

Alles oberhalb von 700 km wird Exosphäre genannt. Luft ist extrem klein, sodass sie sich frei bewegen können, ohne durch Kollisionen Widerstand zu erfahren. Dadurch können einige von ihnen trotz niedriger Umgebungstemperatur eine Energie von 160 Grad Celsius ansammeln. Gasmoleküle sind entsprechend ihrer Masse im Volumen der Exosphäre verteilt, so dass die schwersten von ihnen nur im unteren Teil der Schicht nachgewiesen werden können. Die mit der Höhe abnehmende Schwerkraft des Planeten ist nicht mehr in der Lage, Moleküle festzuhalten, sodass hochenergetische kosmische Teilchen und Strahlung den Gasmolekülen einen ausreichenden Impuls verleihen, um die Atmosphäre zu verlassen. Diese Region ist eine der längsten: Es wird angenommen, dass sich die Atmosphäre in Höhen über 2000 km (manchmal erscheint sogar die Zahl 10.000) vollständig in das Vakuum des Weltraums verwandelt. Künstliche rotieren noch in der Thermosphäre auf Umlaufbahnen.

Alle angegebenen Zahlen sind Richtwerte, da die Grenzen der Atmosphärenschichten von einer Reihe von Faktoren abhängen, beispielsweise von der Aktivität der Sonne.

Seine Obergrenze liegt in einer Höhe von 8–10 km in polaren, 10–12 km in gemäßigten und 16–18 km in tropischen Breiten; im Winter niedriger als im Sommer. Die untere Hauptschicht der Atmosphäre. Enthält mehr als 80 % der Gesamtmasse der atmosphärischen Luft und etwa 90 % des gesamten in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampfs. In der Troposphäre sind Turbulenzen und Konvektion stark ausgeprägt, es entstehen Wolken und es entstehen Zyklone und Antizyklone. Mit zunehmender Höhe nimmt die Temperatur mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von 0,65°/100 m ab

Als „normale Bedingungen“ an der Erdoberfläche gelten: Dichte 1,2 kg/m3, Luftdruck 101,35 kPa, Temperatur plus 20 °C und relative Luftfeuchtigkeit 50 %. Diese bedingten Indikatoren haben rein technische Bedeutung.

Stratosphäre

Eine Schicht der Atmosphäre, die sich in einer Höhe von 11 bis 50 km befindet. Gekennzeichnet durch eine leichte Temperaturänderung in der 11-25 km-Schicht (untere Schicht der Stratosphäre) und einen Temperaturanstieg in der 25-40 km-Schicht von −56,5 auf 0,8 ° (obere Schicht der Stratosphäre oder Inversionsregion). Nachdem die Temperatur in einer Höhe von etwa 40 km einen Wert von etwa 273 K (fast 0 °C) erreicht hat, bleibt sie bis zu einer Höhe von etwa 55 km konstant. Dieser Bereich konstanter Temperatur wird Stratopause genannt und ist die Grenze zwischen Stratosphäre und Mesosphäre.

Stratopause

Die Grenzschicht der Atmosphäre zwischen Stratosphäre und Mesosphäre. In der vertikalen Temperaturverteilung gibt es ein Maximum (ca. 0 °C).

Mesosphäre

Mesopause

Übergangsschicht zwischen Mesosphäre und Thermosphäre. In der vertikalen Temperaturverteilung gibt es ein Minimum (ca. -90°C).

Karman-Linie

Die Höhe über dem Meeresspiegel, die üblicherweise als Grenze zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum angesehen wird.

Thermosphäre

Die Obergrenze liegt bei etwa 800 km. Die Temperatur steigt bis in Höhen von 200–300 km an, erreicht dort Werte in der Größenordnung von 1500 K und bleibt danach bis in große Höhen nahezu konstant. Unter dem Einfluss ultravioletter und röntgenstrahlender Sonnenstrahlung sowie kosmischer Strahlung kommt es zur Ionisierung der Luft („Auroren“) – die Hauptbereiche der Ionosphäre liegen innerhalb der Thermosphäre. In Höhen über 300 km überwiegt atomarer Sauerstoff.

Exosphäre (Streusphäre)

Bis zu einer Höhe von 100 km ist die Atmosphäre ein homogenes, gut gemischtes Gasgemisch. In höheren Schichten hängt die Verteilung der Gase über die Höhe von ihrer ab Molekulargewichte, die Konzentration schwererer Gase nimmt mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche schneller ab. Aufgrund der Abnahme der Gasdichte sinkt die Temperatur von 0 °C in der Stratosphäre auf -110 °C in der Mesosphäre. Allerdings entspricht die kinetische Energie einzelner Teilchen in Höhen von 200-250 km einer Temperatur von ~1500°C. Oberhalb von 200 km werden erhebliche zeitliche und räumliche Schwankungen der Temperatur und Gasdichte beobachtet.

In einer Höhe von etwa 2000-3000 km geht die Exosphäre allmählich in die sogenannte über nahe dem Weltraumvakuum, der mit hochverdünnten Teilchen interplanetaren Gases, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Doch dieses Gas stellt nur einen Teil der interplanetaren Materie dar. Der andere Teil besteht aus Staubpartikeln kometen- und meteorischen Ursprungs. In diesen Raum dringt neben extrem verdünnten Staubpartikeln auch elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs ein.

Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3 %, die Thermosphäre beträgt weniger als 0,05 % der Gesamtmasse der Atmosphäre. Anhand der elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre werden Neutronosphäre und Ionosphäre unterschieden. Derzeit geht man davon aus, dass sich die Atmosphäre bis in eine Höhe von 2000–3000 km erstreckt.

Abhängig von der Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre emittieren sie Homosphäre Und Heterosphäre. Heterosphäre- Dies ist der Bereich, in dem die Schwerkraft die Trennung von Gasen beeinflusst, da ihre Vermischung in einer solchen Höhe vernachlässigbar ist. Dies impliziert eine variable Zusammensetzung der Heterosphäre. Darunter liegt ein gut durchmischter, homogener Teil der Atmosphäre, die sogenannte Homosphäre. Die Grenze zwischen diesen Schichten wird Turbopause genannt und liegt in einer Höhe von etwa 120 km.

Physikalische Eigenschaften

Die Dicke der Atmosphäre beträgt etwa 2000–3000 km von der Erdoberfläche entfernt. Die gesamte Luftmasse beträgt (5,1-5,3)?10 18 kg. Die Molmasse sauberer trockener Luft beträgt 28,966. Druck bei 0 °C auf Meereshöhe 101,325 kPa; kritische Temperatur ?140,7 °C; kritischer Druck 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J/(kg K)(bei 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (bei 0 °C). Die Löslichkeit von Luft in Wasser beträgt bei 0°C 0,036 %, bei 25°C - 0,22 %.

Physiologische und andere Eigenschaften der Atmosphäre

Bereits in einer Höhe von 5 km über dem Meeresspiegel kommt es bei einem untrainierten Menschen zu Sauerstoffmangel und ohne Anpassung nimmt die Leistungsfähigkeit deutlich ab. Hier endet die physiologische Zone der Atmosphäre. In einer Höhe von 15 km ist das Atmen für den Menschen unmöglich, obwohl die Atmosphäre bis etwa 115 km Sauerstoff enthält.

Die Atmosphäre versorgt uns mit dem zum Atmen notwendigen Sauerstoff. Aufgrund des Abfalls des Gesamtdrucks der Atmosphäre nimmt jedoch mit zunehmender Höhe der Sauerstoffpartialdruck entsprechend ab.

Die menschliche Lunge enthält ständig etwa 3 Liter Alveolarluft. Sauerstoffpartialdruck in der Alveolarluft im Normalzustand Luftdruck beträgt 110 mmHg. Art., Kohlendioxiddruck - 40 mm Hg. Kunst. Art. und Wasserdampf - 47 mm Hg. Kunst. Kunst. Mit zunehmender Höhe sinkt der Sauerstoffdruck und der Gesamtdampfdruck von Wasser und Kohlendioxid in der Lunge bleibt nahezu konstant – etwa 87 mm Hg. Kunst. Die Sauerstoffversorgung der Lunge wird vollständig unterbrochen, wenn der Umgebungsluftdruck diesen Wert erreicht.

In einer Höhe von etwa 19–20 km sinkt der Luftdruck auf 47 mm Hg. Kunst. Daher beginnen in dieser Höhe Wasser und interstitielle Flüssigkeit im menschlichen Körper zu kochen. Außerhalb der Druckkabine tritt in diesen Höhen fast augenblicklich der Tod ein. Aus menschlicher Physiologie beginnt der „Weltraum“ also bereits in einer Höhe von 15-19 km.

Dichte Luftschichten – die Troposphäre und die Stratosphäre – schützen uns vor den schädlichen Auswirkungen der Strahlung. Bei ausreichender Luftverdünnung hat ionisierende Strahlung – die primäre kosmische Strahlung – in Höhen über 36 km eine intensive Wirkung auf den Körper; In Höhen über 40 km ist der ultraviolette Teil des Sonnenspektrums für den Menschen gefährlich.

Wenn wir eine immer größere Höhe über der Erdoberfläche erreichen, werden bekannte Phänomene, die in den unteren Schichten der Atmosphäre beobachtet werden, wie Schallausbreitung, das Auftreten von aerodynamischem Auftrieb und Widerstand, Wärmeübertragung durch Konvektion usw., allmählich schwächer und verschwinden dann vollständig .

In verdünnten Luftschichten ist eine Schallausbreitung unmöglich. Bis zu Höhen von 60-90 km ist es noch möglich, Luftwiderstand und Auftrieb für einen kontrollierten aerodynamischen Flug zu nutzen. Doch ab Höhen von 100-130 km verlieren die jedem Piloten vertrauten Begriffe der M-Zahl und der Schallmauer ihre Bedeutung; es verläuft die konventionelle Karman-Linie, jenseits derer die Sphäre des rein ballistischen Fluges beginnt, der nur möglich ist durch Reaktionskräfte kontrolliert werden.

In Höhen über 100 km fehlt der Atmosphäre eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft – die Fähigkeit zur Absorption, Leitung und Übertragung Wärmeenergie durch Konvektion (d. h. durch Luftmischung). Dies bedeutet, dass verschiedene Elemente der Ausrüstung, Orbitalausrüstung Raumstation wird nicht in der Lage sein, draußen zu kühlen, wie es normalerweise im Flugzeug geschieht – mit Hilfe von Luftdüsen und Luftstrahlern. In dieser Höhe, wie im Weltraum allgemein, ist Wärmestrahlung die einzige Möglichkeit zur Wärmeübertragung.

Atmosphärische Komposition

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Gasen und verschiedenen Verunreinigungen (Staub, Wassertröpfchen, Eiskristalle, Meersalze, Verbrennungsprodukte).

Die Konzentration der Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, ist nahezu konstant, mit Ausnahme von Wasser (H 2 O) und Kohlendioxid (CO 2).

Zusammensetzung trockener Luft

Gas	Inhalt nach Ausgabe,%	Inhalt nach Gewicht,%
Stickstoff	78,084	75,50
Sauerstoff	20,946	23,10
Argon	0,932	1,286
Wasser	0,5-4	-
Kohlendioxid	0,032	0,046
Neon	1,818×10 −3	1,3×10 −3
Helium	4,6×10 −4	7,2×10 −5
Methan	1,7×10 −4	-
Krypton	1,14×10 −4	2,9×10 −4
Wasserstoff	5×10 −5	7,6×10 −5
Xenon	8,7×10 −6	-
Lachgas	5×10 −5	7,7×10 −5

Zusätzlich zu den in der Tabelle angegebenen Gasen enthält die Atmosphäre SO 2, NH 3, CO, Ozon, Kohlenwasserstoffe, HCl, Dämpfe, I 2 sowie viele andere Gase in geringen Mengen. Die Troposphäre enthält ständig eine große Menge an suspendierten festen und flüssigen Partikeln (Aerosol).

Geschichte der atmosphärischen Entstehung

Der gängigsten Theorie zufolge hatte die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit vier verschiedene Zusammensetzungen. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Dies ist das sogenannte primäre Atmosphäre(vor etwa vier Milliarden Jahren). Im nächsten Schritt führte die aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserdampf). So ist es entstanden sekundäre Atmosphäre(etwa drei Milliarden Jahre vor dem heutigen Tag). Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Prozess der Atmosphärenbildung durch folgende Faktoren bestimmt:

Austritt leichter Gase (Wasserstoff und Helium) in den interplanetaren Raum;
chemische Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren auftreten.

Allmählich führten diese Faktoren zur Bildung tertiäre Atmosphäre, gekennzeichnet durch einen viel geringeren Wasserstoffgehalt und einen viel höheren Gehalt an Stickstoff und Kohlendioxid (gebildet durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen).

Stickstoff

Die Bildung einer großen Menge N 2 ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekulares O 2 zurückzuführen, das vor 3 Milliarden Jahren durch Photosynthese von der Oberfläche des Planeten austrat. Auch durch Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen gelangt N2 in die Atmosphäre. Stickstoff wird in der oberen Atmosphäre durch Ozon zu NO oxidiert.

Stickstoff N 2 reagiert nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. während einer Blitzentladung). Die Oxidation von molekularem Stickstoff mit Ozon bei elektrischen Entladungen wird in der industriellen Fertigung eingesetzt Stickstoffdünger. Cyanobakterien (Blaualgen) und Knöllchenbakterien, die mit Hülsenfrüchten, den sogenannten Rhizobien, eine Symbiose eingehen, können es mit geringem Energieaufwand oxidieren und in eine biologisch aktive Form umwandeln. Gründüngung.

Sauerstoff

Mit dem Auftauchen lebender Organismen auf der Erde begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch die Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, radikal zu verändern. Ursprünglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen verwendet – Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, in den Ozeanen enthaltene Eisenformen usw. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre anzusteigen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften. Da es große und abrupte Veränderungen in vielen Prozessen in der Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre verursachte, wurde das Ereignis Sauerstoffkatastrophe genannt.

Kohlendioxid

Der CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre hängt von der vulkanischen Aktivität und den chemischen Prozessen in den Erdhüllen ab, vor allem aber von der Intensität der Biosynthese und des Abbaus organischer Stoffe in der Biosphäre der Erde. Fast die gesamte aktuelle Biomasse des Planeten (ca. 2,4 × 10 12 Tonnen) wird durch Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf gebildet, die in der atmosphärischen Luft enthalten sind. Im Meer, in Sümpfen und Wäldern vergrabene organische Stoffe werden in Kohle, Öl und Erdgas umgewandelt. (siehe Geochemischer Kohlenstoffkreislauf)

Edelgase

Luftverschmutzung

IN In letzter Zeit Der Mensch begann, die Entwicklung der Atmosphäre zu beeinflussen. Das Ergebnis seiner Aktivitäten war ein stetiger deutlicher Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre aufgrund der Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die sich in früheren geologischen Epochen angesammelt hatten. Bei der Photosynthese werden große Mengen CO 2 verbraucht und von den Weltmeeren aufgenommen. Dieses Gas gelangt durch die Zersetzung von Karbonatgesteinen und organischen Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie durch Vulkanismus und menschliche Industrietätigkeit in die Atmosphäre. In den letzten 100 Jahren ist der CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre um 10 % gestiegen, wobei der Großteil (360 Milliarden Tonnen) aus der Kraftstoffverbrennung stammt. Wenn die Wachstumsrate der Kraftstoffverbrennung anhält, wird sich die Menge an CO 2 in der Atmosphäre in den nächsten 50 bis 60 Jahren verdoppeln und könnte zu einem globalen Klimawandel führen.

Die Kraftstoffverbrennung ist die Hauptquelle für Schadstoffe (CO, SO2). Schwefeldioxid wird in den oberen Schichten der Atmosphäre durch Luftsauerstoff zu SO 3 oxidiert, das wiederum mit Wasser und Ammoniakdampf interagiert und daraus Schwefelsäure (H 2 SO 4) und Ammoniumsulfat ((NH 4) 2 SO 4 entsteht ) werden in Form des sogenannten an die Erdoberfläche zurückgeführt. saurer Regen. Der Einsatz von Verbrennungsmotoren führt zu einer erheblichen Luftverschmutzung mit Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Bleiverbindungen (Tetraethylblei Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Die Aerosolverschmutzung der Atmosphäre wird verursacht durch: natürliche Ursachen(Vulkanausbrüche, Staubstürme, Entfernung von Meerwassertropfen und Pflanzenpollen usw.) und Wirtschaftstätigkeit Menschen (Erz- und Baustoffabbau, Brennstoffverbrennung, Zementherstellung usw.). Die intensive großflächige Freisetzung von Feinstaub in die Atmosphäre ist eine der möglichen Ursachen für den Klimawandel auf dem Planeten.

Literatur

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McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
Wark K., Warner S., Luftverschmutzung. Quellen und Kontrolle, trans. aus dem Englischen, M.. 1980;
Überwachung der Hintergrundverschmutzung natürlicher Umgebungen. V. 1, L., 1982.

siehe auch

Links

Erdatmosphäre

Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde. Erstreckt sich bis zu 3000 km von der Erdoberfläche entfernt. Seine Spuren lassen sich bis in Höhen von bis zu 10.000 km zurückverfolgen. A. hat eine ungleichmäßige Dichte von 50 5, seine Massen konzentrieren sich auf bis zu 5 km, 75 % – bis zu 10 km, 90 % – bis zu 16 km.

Die Atmosphäre besteht aus Luft – einem mechanischen Gemisch aus mehreren Gasen.

Stickstoff(78 %) in der Atmosphäre spielt die Rolle eines Sauerstoffverdünners und reguliert die Oxidationsrate und damit die Geschwindigkeit und Intensität biologische Prozesse. Stickstoff ist das Hauptelement der Erdatmosphäre, das ständig mit der lebenden Materie der Biosphäre austauscht Komponenten Letztere sind Stickstoffverbindungen (Aminosäuren, Purine etc.). Stickstoff wird der Atmosphäre auf anorganischem und biochemischem Wege entzogen, obwohl diese eng miteinander verknüpft sind. Die anorganische Extraktion ist mit der Bildung ihrer Verbindungen N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 verbunden. Sie kommen in Niederschlägen vor und entstehen in der Atmosphäre unter dem Einfluss elektrischer Entladungen bei Gewittern oder photochemischen Reaktionen unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung.

Die biologische Stickstofffixierung erfolgt durch einige Bakterien in Symbiose mit höheren Pflanzen im Boden. Stickstoff wird auch von einigen Plankton-Mikroorganismen und Algen in der Meeresumwelt gebunden. Quantitativ gesehen übersteigt die biologische Fixierung von Stickstoff die anorganische Fixierung. Der Austausch des gesamten Stickstoffs in der Atmosphäre erfolgt innerhalb von etwa 10 Millionen Jahren. Stickstoff kommt in Gasen vulkanischen Ursprungs und in magmatischen Gesteinen vor. Beim Erhitzen verschiedener Proben kristalliner Gesteine und Meteoriten wird Stickstoff in Form von N 2- und NH 3-Molekülen freigesetzt. Die Hauptform des Vorkommens von Stickstoff sowohl auf der Erde als auch auf den terrestrischen Planeten ist jedoch molekularer Natur. Ammoniak gelangt in die obere Atmosphäre, oxidiert schnell und setzt Stickstoff frei. In Sedimentgesteinen ist es zusammen mit organischem Material vergraben und findet sich in erhöhten Mengen in bituminösen Ablagerungen. Bei der regionalen Metamorphose dieser Gesteine wird Stickstoff in unterschiedlicher Form in die Erdatmosphäre abgegeben.

Geochemischer Stickstoffkreislauf (

Sauerstoff(21 %) wird von lebenden Organismen zur Atmung genutzt und ist Teil organischer Stoffe (Proteine, Fette, Kohlenhydrate). Ozon O 3. verzögert die lebenszerstörende ultraviolette Strahlung der Sonne.

Sauerstoff ist das zweithäufigste Gas in der Atmosphäre und spielt bei vielen Prozessen in der Biosphäre eine äußerst wichtige Rolle. Die vorherrschende Form seiner Existenz ist O 2. In den oberen Schichten der Atmosphäre kommt es unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung zur Dissoziation von Sauerstoffmolekülen, und in einer Höhe von etwa 200 km beträgt das Verhältnis von atomarem Sauerstoff zu molekularem (O: O 2) 10. Wenn diese Formen von Sauerstoff interagieren in der Atmosphäre (in einer Höhe von 20-30 km), einem Ozongürtel (Ozonschirm). Ozon (O 3) ist für lebende Organismen notwendig und verzögert schädliche Wirkungen am meisten ultraviolette Strahlung der Sonne.

In den frühen Stadien der Erdentwicklung entstand freier Sauerstoff in sehr geringen Mengen als Folge der Photodissoziation von Kohlendioxid- und Wassermolekülen in den oberen Schichten der Atmosphäre. Diese geringen Mengen wurden jedoch schnell durch die Oxidation anderer Gase verbraucht. Mit dem Auftauchen autotropher photosynthetischer Organismen im Ozean änderte sich die Situation erheblich. Die Menge an freiem Sauerstoff in der Atmosphäre begann zunehmend zuzunehmen, wodurch viele Bestandteile der Biosphäre aktiv oxidiert wurden. Somit trugen die ersten Anteile an freiem Sauerstoff hauptsächlich zum Übergang von Eisenformen in Oxidformen und von Sulfiden in Sulfate bei.

Schließlich erreichte die Menge an freiem Sauerstoff in der Erdatmosphäre eine bestimmte Masse und wurde so ausgeglichen, dass die produzierte Menge der absorbierten Menge entsprach. In der Atmosphäre wurde ein relativ konstanter Gehalt an freiem Sauerstoff festgestellt.

Geochemischer Sauerstoffkreislauf (V.A. Wronski, G.V. Woitkewitsch)

Kohlendioxid geht in die Bildung lebender Materie ein und erzeugt zusammen mit Wasserdampf den sogenannten „Treibhauseffekt“.

Kohlenstoff (Kohlendioxid) – der größte Teil davon liegt in der Atmosphäre in Form von CO 2 und viel weniger in Form von CH 4 vor. Die Bedeutung der geochemischen Geschichte des Kohlenstoffs in der Biosphäre ist äußerst groß, da er Teil aller lebenden Organismen ist. In lebenden Organismen überwiegen reduzierte Formen von Kohlenstoff Umfeld Biosphären werden oxidiert. Dadurch kommt es zu einem chemischen Austausch Lebenszyklus: CO 2 ↔ lebende Materie.

Die Quelle des primären Kohlendioxids in der Biosphäre ist vulkanische Aktivität, die mit der säkularen Entgasung des Erdmantels und der unteren Horizonte der Erdkruste verbunden ist. Ein Teil dieses Kohlendioxids entsteht bei der thermischen Zersetzung alter Kalksteine in verschiedenen metamorphen Zonen. Die Migration von CO 2 in der Biosphäre erfolgt auf zwei Arten.

Die erste Methode drückt sich in der Absorption von CO 2 während der Photosynthese unter Bildung organischer Substanzen und anschließender Verlagerung unter günstigen Reduktionsbedingungen in der Lithosphäre in Form von Torf, Kohle, Öl und Ölschiefer aus. Nach der zweiten Methode führt die Kohlenstoffmigration zur Entstehung eines Karbonatsystems in der Hydrosphäre, in dem CO 2 in H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2 umgewandelt wird. Anschließend werden unter Beteiligung von Kalzium (seltener Magnesium und Eisen) Karbonate über biogene und abiogene Wege abgelagert. Es treten dicke Schichten aus Kalkstein und Dolomit auf. Laut A.B. Laut Ronov betrug das Verhältnis von organischem Kohlenstoff (Corg) zu Karbonatkohlenstoff (Ccarb) in der Geschichte der Biosphäre 1:4.

Neben dem globalen Kohlenstoffkreislauf gibt es auch eine Reihe kleinerer Kohlenstoffkreisläufe. An Land absorbieren grüne Pflanzen CO 2 für den Prozess der Photosynthese Tageszeit, und nachts geben sie es an die Atmosphäre ab. Beim Absterben lebender Organismen auf der Erdoberfläche kommt es zur Oxidation organischer Stoffe (unter Beteiligung von Mikroorganismen) unter Freisetzung von CO 2 in die Atmosphäre. In den letzten Jahrzehnten nahm die massive Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Zunahme ihres Gehalts in der modernen Atmosphäre einen besonderen Platz im Kohlenstoffkreislauf ein.

Kohlenstoffkreislauf in geografische Hülle(nach F. Ramad, 1981)

Argon- das dritthäufigste atmosphärische Gas, was es deutlich von den äußerst dünn verteilten anderen Inertgasen unterscheidet. Allerdings teilt Argon in seiner geologischen Geschichte das Schicksal dieser Gase, die durch zwei Merkmale gekennzeichnet sind:

die Irreversibilität ihrer Anreicherung in der Atmosphäre;
enger Zusammenhang mit dem radioaktiven Zerfall bestimmter instabiler Isotope.

Inerte Gase befinden sich außerhalb des Kreislaufs der meisten zyklischen Elemente in der Biosphäre der Erde.

Alle Inertgase können in primäre und radiogene Gase unterteilt werden. Zu den primären gehören diejenigen, die von der Erde während ihrer Entstehungszeit eingefangen wurden. Sie sind äußerst selten. Der Hauptbestandteil von Argon besteht hauptsächlich aus den Isotopen 36 Ar und 38 Ar, während atmosphärisches Argon vollständig aus dem Isotop 40 Ar (99,6 %) besteht, das zweifellos radiogen ist. In kaliumhaltigen Gesteinen kam es und kommt es aufgrund des Zerfalls von Kalium-40 durch Elektroneneinfang zur Anreicherung von radiogenem Argon: 40 K + e → 40 Ar.

Daher wird der Argongehalt in Gesteinen durch deren Alter und den Kaliumgehalt bestimmt. Insofern ist die Heliumkonzentration in Gesteinen eine Funktion ihres Alters sowie ihres Thorium- und Urangehalts. Argon und Helium werden bei Vulkanausbrüchen aus dem Erdinneren durch Risse in die Atmosphäre freigesetzt Erdkruste in Form von Gasstrahlen sowie bei der Verwitterung von Gesteinen. Nach Berechnungen von P. Dimon und J. Culp reichern sich Helium und Argon in der Neuzeit in der Erdkruste an und gelangen in relativ geringen Mengen in die Atmosphäre. Die Eintrittsgeschwindigkeit dieser radiogenen Gase ist so gering, dass ihr beobachteter Gehalt in der modernen Atmosphäre während der geologischen Geschichte der Erde nicht gewährleistet werden konnte. Es bleibt daher davon auszugehen, dass der größte Teil des Argons in der Atmosphäre in den frühesten Entwicklungsstadien der Erde aus dem Inneren der Erde stammte und noch viel weniger später während des Vulkanismus und bei der Verwitterung kaliumhaltiger Gesteine hinzugefügt wurde .

So haben Helium und Argon im Laufe der geologischen Zeit unterschiedliche Migrationsprozesse durchlaufen. In der Atmosphäre gibt es sehr wenig Helium (ca. 5 * 10 -4 %), und die „Heliumatmung“ der Erde war leichter, da sie als leichtestes Gas in den Weltraum verdampfte. Und die „Argonatmung“ war schwer und Argon blieb innerhalb der Grenzen unseres Planeten. Die meisten der ursprünglichen Edelgase wie Neon und Xenon wurden mit ursprünglichem Neon in Verbindung gebracht, das von der Erde während ihrer Entstehung eingefangen wurde, sowie mit der Freisetzung während der Entgasung des Erdmantels in die Atmosphäre. Die gesamten Daten zur Geochemie der Edelgase deuten darauf hin, dass die Primäratmosphäre der Erde bereits damals entstand frühe Stufen seiner Entwicklung.

Die Atmosphäre enthält Wasserdampf Und Wasser im flüssigen und festen Zustand. Wasser in der Atmosphäre ist ein wichtiger Wärmespeicher.

Die unteren Schichten der Atmosphäre enthalten eine große Menge an mineralischem und technogenem Staub und Aerosolen, Verbrennungsprodukten, Salzen, Sporen und Pollen usw.

Bis zu einer Höhe von 100–120 km ist die Zusammensetzung der Atmosphäre aufgrund der vollständigen Luftvermischung homogen. Das Verhältnis zwischen Stickstoff und Sauerstoff ist konstant. Oben überwiegen Edelgase, Wasserstoff usw. In den unteren Schichten der Atmosphäre befindet sich Wasserdampf. Mit zunehmender Entfernung von der Erde nimmt sein Gehalt ab. Höher ändert sich das Gasverhältnis, beispielsweise in einer Höhe von 200–800 km überwiegt Sauerstoff um das 10–100-fache gegenüber Stickstoff.

Atmosphäre(von griechisch atmos – Dampf und spharia – Kugel) – die mit ihr rotierende Lufthülle der Erde. Die Entwicklung der Atmosphäre stand in engem Zusammenhang mit den auf unserem Planeten ablaufenden geologischen und geochemischen Prozessen sowie mit den Aktivitäten lebender Organismen.

Die untere Grenze der Atmosphäre fällt mit der Erdoberfläche zusammen, da Luft in die kleinsten Poren des Bodens eindringt und sich auch im Wasser löst.

Die obere Grenze in einer Höhe von 2000–3000 km geht allmählich in den Weltraum über.

Dank der sauerstoffhaltigen Atmosphäre ist Leben auf der Erde möglich. Luftsauerstoff wird im Atmungsprozess von Menschen, Tieren und Pflanzen verwendet.

Gäbe es keine Atmosphäre, wäre die Erde so ruhig wie der Mond. Schließlich ist Schall die Schwingung von Luftpartikeln. Die blaue Farbe des Himmels erklärt sich dadurch, dass die Sonnenstrahlen, die wie durch eine Linse durch die Atmosphäre dringen, in ihre Einzelfarben zerlegt werden. In diesem Fall werden die Strahlen von Blau und Blau am stärksten gestreut.

Die Atmosphäre fängt den größten Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne ein, was sich nachteilig auf lebende Organismen auswirkt. Außerdem speichert es die Wärme nahe der Erdoberfläche und verhindert so eine Abkühlung unseres Planeten.

Die Struktur der Atmosphäre

In der Atmosphäre lassen sich mehrere Schichten unterschiedlicher Dichte unterscheiden (Abb. 1).

Troposphäre

Troposphäre- die unterste Schicht der Atmosphäre, deren Dicke über den Polen 8–10 km, in gemäßigten Breiten 10–12 km und über dem Äquator 16–18 km beträgt.

Reis. 1. Die Struktur der Erdatmosphäre

Die Luft in der Troposphäre wird durch die Erdoberfläche, also durch Land und Wasser, erwärmt. Daher nimmt die Lufttemperatur in dieser Schicht mit der Höhe um durchschnittlich alle 100 m um 0,6 °C ab und erreicht an der oberen Grenze der Troposphäre -55 °C. Gleichzeitig beträgt die Lufttemperatur im Bereich des Äquators an der oberen Grenze der Troposphäre -70 °C und im Bereich des Nordpols -65 °C.

Etwa 80 % der Masse der Atmosphäre sind in der Troposphäre konzentriert, fast der gesamte Wasserdampf befindet sich, es kommt zu Gewittern, Stürmen, Wolken und Niederschlägen, es kommt zu vertikaler (Konvektion) und horizontaler (Wind) Luftbewegung.

Wir können sagen, dass das Wetter hauptsächlich in der Troposphäre entsteht.

Stratosphäre

Stratosphäre- eine Schicht der Atmosphäre, die sich oberhalb der Troposphäre in einer Höhe von 8 bis 50 km befindet. Die Farbe des Himmels in dieser Schicht erscheint violett, was durch die dünne Luft erklärt wird, wodurch die Sonnenstrahlen fast nicht gestreut werden.

Die Stratosphäre enthält 20 % der Masse der Atmosphäre. Die Luft in dieser Schicht ist verdünnt, es gibt praktisch keinen Wasserdampf und daher bilden sich fast keine Wolken und Niederschläge. In der Stratosphäre werden jedoch stabile Luftströmungen beobachtet, deren Geschwindigkeit 300 km/h erreicht.

Diese Schicht ist konzentriert Ozon(Ozonschirm, Ozonosphäre), eine Schicht, die ultraviolette Strahlen absorbiert, sie daran hindert, die Erde zu erreichen und dadurch lebende Organismen auf unserem Planeten schützt. Dank Ozon liegt die Lufttemperatur an der oberen Grenze der Stratosphäre zwischen -50 und 4-55 °C.

Zwischen Mesosphäre und Stratosphäre gibt es eine Übergangszone – die Stratopause.

Mesosphäre

Mesosphäre- eine Schicht der Atmosphäre in einer Höhe von 50-80 km. Die Luftdichte ist hier 200-mal geringer als an der Erdoberfläche. Die Farbe des Himmels in der Mesosphäre erscheint schwarz und tagsüber sind Sterne sichtbar. Die Lufttemperatur sinkt auf -75 (-90)°C.

Auf einer Höhe von 80 km beginnt Thermosphäre. Die Lufttemperatur in dieser Schicht steigt bis zu einer Höhe von 250 m stark an und wird dann konstant: In einer Höhe von 150 km erreicht sie 220–240 °C; in einer Höhe von 500-600 km übersteigt die Temperatur 1500 °C.

In der Mesosphäre und Thermosphäre zerfallen Gasmoleküle unter dem Einfluss kosmischer Strahlung in geladene (ionisierte) Atomteilchen, so wird dieser Teil der Atmosphäre genannt Ionosphäre- eine Schicht sehr verdünnter Luft, die sich in einer Höhe von 50 bis 1000 km befindet und hauptsächlich aus ionisierten Sauerstoffatomen, Stickoxidmolekülen und freien Elektronen besteht. Diese Schicht zeichnet sich durch eine hohe Elektrifizierung aus und von ihr werden lange und mittlere Radiowellen wie von einem Spiegel reflektiert.

In der Ionosphäre treten Polarlichter auf – das Leuchten verdünnter Gase unter dem Einfluss elektrisch geladener Teilchen, die von der Sonne fliegen – und es werden starke Schwankungen im Magnetfeld beobachtet.

Exosphäre

Exosphäre- die äußere Schicht der Atmosphäre oberhalb von 1000 km. Diese Schicht wird auch Streukugel genannt, da sich Gasteilchen hier mit hoher Geschwindigkeit bewegen und in den Weltraum gestreut werden können.

Atmosphärische Komposition

Die Atmosphäre ist ein Gasgemisch bestehend aus Stickstoff (78,08 %), Sauerstoff (20,95 %), Kohlendioxid (0,03 %), Argon (0,93 %), einer kleinen Menge Helium, Neon, Xenon, Krypton (0,01 %). Ozon und andere Gase, ihr Gehalt ist jedoch vernachlässigbar (Tabelle 1). Die moderne Zusammensetzung der Erdluft wurde vor mehr als hundert Millionen Jahren festgelegt, doch die stark gestiegene menschliche Produktionstätigkeit führte dennoch zu ihrer Veränderung. Derzeit ist ein Anstieg des CO 2 -Gehalts um ca. 10-12 % zu verzeichnen.

Die Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, erfüllen verschiedene funktionelle Rollen. Die Hauptbedeutung dieser Gase liegt jedoch vor allem darin begründet, dass sie Strahlungsenergie sehr stark absorbieren und dadurch einen erheblichen Einfluss auf das Temperaturregime der Erdoberfläche und Atmosphäre haben.

Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung trockene atmosphärische Luft in der Nähe der Erdoberfläche

	Volumenkonzentration. %	Molekulargewicht, Einheiten

Sauerstoff

Kohlendioxid





Lachgas
	von 0 bis 0,00001
Schwefeldioxid	von 0 bis 0,000007 im Sommer; von 0 auf 0,000002 im Winter
	Von 0 bis 0,000002	46,0055/17,03061
Azog-Dioxid

Kohlenmonoxid

Stickstoff, Es ist das häufigste Gas in der Atmosphäre und chemisch inaktiv.

Sauerstoff ist im Gegensatz zu Stickstoff ein chemisch sehr aktives Element. Die spezifische Funktion von Sauerstoff ist die Oxidation von organischem Material heterotropher Organismen, Gesteinen und unteroxidierten Gasen, die von Vulkanen in die Atmosphäre abgegeben werden. Ohne Sauerstoff gäbe es keine Zersetzung abgestorbener organischer Stoffe.

Die Rolle von Kohlendioxid in der Atmosphäre ist äußerst groß. Es gelangt durch Verbrennungsprozesse, Atmung lebender Organismen und Zerfall in die Atmosphäre und ist vor allem der Hauptbaustoff für die Entstehung organischer Materie bei der Photosynthese. Darüber hinaus ist die Fähigkeit von Kohlendioxid, kurzwellige Sonnenstrahlung durchzulassen und einen Teil der thermischen langwelligen Strahlung zu absorbieren, von großer Bedeutung, wodurch die sogenannte Treibhauseffekt, worauf weiter unten eingegangen wird.

Auch atmosphärische Prozesse, insbesondere das thermische Regime der Stratosphäre, werden beeinflusst Ozon. Dieses Gas dient als natürlicher Absorber der ultravioletten Strahlung der Sonne und die Absorption der Sonnenstrahlung führt zu einer Erwärmung der Luft. Die durchschnittlichen monatlichen Werte des gesamten Ozongehalts in der Atmosphäre variieren je nach Breitengrad und Jahreszeit im Bereich von 0,23 bis 0,52 cm (dies ist die Dicke der Ozonschicht bei Bodendruck und Temperatur). Der Ozongehalt nimmt vom Äquator bis zu den Polen zu und verläuft jährlich mit einem Minimum im Herbst und einem Maximum im Frühjahr.

Eine charakteristische Eigenschaft der Atmosphäre ist, dass sich der Gehalt der Hauptgase (Stickstoff, Sauerstoff, Argon) mit der Höhe leicht ändert: In einer Höhe von 65 km in der Atmosphäre beträgt der Stickstoffgehalt 86 %, Sauerstoff - 19, Argon - 0,91 , in einer Höhe von 95 km - Stickstoff 77, Sauerstoff - 21,3, Argon - 0,82 %. Die Konstanz der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft vertikal und horizontal wird durch ihre Mischung aufrechterhalten.

Neben Gasen enthält die Luft Wasserdampf Und feste Partikel. Letztere können sowohl natürlichen als auch künstlichen (anthropogenen) Ursprung haben. Dabei handelt es sich um Pollen, winzige Salzkristalle, Straßenstaub und Aerosolverunreinigungen. Wenn die Sonnenstrahlen durch das Fenster dringen, sind sie mit bloßem Auge sichtbar.

Besonders viele Feinstaubpartikel befinden sich in der Luft von Städten und großen Industriezentren, wo zu den Aerosolen Emissionen schädlicher Gase und deren Verunreinigungen, die bei der Kraftstoffverbrennung entstehen, hinzukommen.

Die Konzentration der Aerosole in der Atmosphäre bestimmt die Transparenz der Luft, die sich auf die Sonnenstrahlung auswirkt, die die Erdoberfläche erreicht. Die größten Aerosole sind Kondensationskeime (von lat. Kondensation- Verdichtung, Verdickung) - tragen zur Umwandlung von Wasserdampf in Wassertröpfchen bei.

Die Bedeutung von Wasserdampf wird vor allem dadurch bestimmt, dass er langwellige Wärmestrahlung von der Erdoberfläche verzögert; stellt die Hauptverbindung großer und kleiner Feuchtigkeitskreisläufe dar; erhöht die Lufttemperatur bei der Kondensation von Wasserbetten.

Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre variiert zeitlich und räumlich. So liegt die Wasserdampfkonzentration an der Erdoberfläche zwischen 3 % in den Tropen und 2-10 (15) % in der Antarktis.

Der durchschnittliche Wasserdampfgehalt in der vertikalen Säule der Atmosphäre in gemäßigten Breiten beträgt etwa 1,6–1,7 cm (das ist die Dicke der Schicht aus kondensiertem Wasserdampf). Informationen über Wasserdampf in verschiedenen Schichten der Atmosphäre sind widersprüchlich. Beispielsweise wurde angenommen, dass im Höhenbereich von 20 bis 30 km die spezifische Luftfeuchtigkeit mit der Höhe stark zunimmt. Spätere Messungen deuten jedoch auf eine größere Trockenheit der Stratosphäre hin. Offenbar ist die spezifische Luftfeuchtigkeit in der Stratosphäre wenig höhenabhängig und beträgt 2-4 mg/kg.

Die Variabilität des Wasserdampfgehalts in der Troposphäre wird durch das Zusammenspiel der Prozesse Verdunstung, Kondensation und horizontalen Transport bestimmt. Durch die Kondensation von Wasserdampf entstehen und fallen Wolken Niederschlag in Form von Regen, Hagel und Schnee.

Die Prozesse der Phasenübergänge von Wasser finden überwiegend in der Troposphäre statt, weshalb Wolken in der Stratosphäre (in Höhen von 20–30 km) und Mesosphäre (in der Nähe der Mesopause), sogenannte Perlglanz- und Silberwolken, relativ selten beobachtet werden, während troposphärische Wolken bedecken oft etwa 50 % der gesamten Erdoberfläche.

Die Menge an Wasserdampf, die in der Luft enthalten sein kann, hängt von der Lufttemperatur ab.

1 m 3 Luft mit einer Temperatur von -20 °C darf nicht mehr als 1 g Wasser enthalten; bei 0 °C - nicht mehr als 5 g; bei +10 °C - nicht mehr als 9 g; bei +30 °C - nicht mehr als 30 g Wasser.

Abschluss: Je höher die Lufttemperatur, desto mehr Wasserdampf kann sie enthalten.

Die Luft mag sein reich Und nicht gesättigt Wasserdampf. Wenn also bei einer Temperatur von +30 °C 1 m 3 Luft 15 g Wasserdampf enthält, ist die Luft nicht mit Wasserdampf gesättigt; wenn 30 g - gesättigt.

Absolute Feuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf, die in 1 m3 Luft enthalten ist. Sie wird in Gramm ausgedrückt. Wenn es beispielsweise heißt „die absolute Luftfeuchtigkeit beträgt 15“, bedeutet dies, dass 1 mL 15 g Wasserdampf enthält.

Relative Luftfeuchtigkeit- Dies ist das Verhältnis (in Prozent) des tatsächlichen Wasserdampfgehalts in 1 m 3 Luft zur Wasserdampfmenge, die bei einer bestimmten Temperatur in 1 m L enthalten sein kann. Wenn das Radio beispielsweise einen Wetterbericht mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % sendet, bedeutet dies, dass die Luft 70 % des Wasserdampfs enthält, den sie bei dieser Temperatur aufnehmen kann.

Je höher die relative Luftfeuchtigkeit, d.h. Je näher die Luft einem Sättigungszustand ist, desto wahrscheinlicher ist Niederschlag.

In der Äquatorzone herrscht stets eine hohe (bis zu 90 %) relative Luftfeuchtigkeit, da sie dort das ganze Jahr über verbleibt hohe Temperatur Luft und passiert große Verdunstung von der Oberfläche der Ozeane. Auch in den Polarregionen ist die relative Luftfeuchtigkeit hoch, da bei niedrigen Temperaturen bereits eine geringe Menge Wasserdampf die Luft gesättigt oder nahezu gesättigt macht. In gemäßigten Breiten variiert die relative Luftfeuchtigkeit je nach Jahreszeit – im Winter ist sie höher, im Sommer niedriger.

In Wüsten ist die relative Luftfeuchtigkeit besonders niedrig: 1 m 1 Luft enthält dort zwei- bis dreimal weniger Wasserdampf, als bei einer bestimmten Temperatur möglich ist.

Zum Messen relative Luftfeuchtigkeit Verwenden Sie ein Hygrometer (von griechisch hygros – nass und metreco – ich messe).

Wenn gesättigte Luft abgekühlt ist, kann sie nicht die gleiche Menge an Wasserdampf speichern; sie verdickt sich (kondensiert) und verwandelt sich in Nebeltröpfchen. Nebel kann im Sommer in einer klaren, kühlen Nacht beobachtet werden.

Wolken- Das ist derselbe Nebel, nur dass er nicht an der Erdoberfläche, sondern in einer bestimmten Höhe entsteht. Beim Aufsteigen kühlt die Luft ab und der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert. Die dabei entstehenden winzigen Wassertröpfchen bilden Wolken.

Dazu gehört auch die Wolkenbildung Feinstaub in der Troposphäre schwebend.

Wolken können unterschiedliche Formen haben, die von den Bedingungen ihrer Entstehung abhängen (Tabelle 14).

Die tiefsten und schwersten Wolken sind Stratuswolken. Sie befinden sich in einer Höhe von 2 km über der Erdoberfläche. In einer Höhe von 2 bis 8 km sind malerischere Cumuluswolken zu beobachten. Die höchsten und leichtesten sind Zirruswolken. Sie liegen in einer Höhe von 8 bis 18 km über der Erdoberfläche.

Familien	Arten von Wolken	Aussehen
A. Obere Wolken – über 6 km	I. Cirrus	Fadenförmig, faserig, weiß
	II. Zirrocumulus	Schichten und Grate aus kleinen Flocken und Locken, weiß
	III. Zirrostratus	Transparenter weißlicher Schleier
B. Mittelhohe Wolken – über 2 km	IV. Altocumulus	Schichten und Grate in weißer und grauer Farbe
B. Mittelhohe Wolken – über 2 km	V. Altostratifiziert	Glatter Schleier von milchgrauer Farbe
B. Niedrige Wolken – bis zu 2 km	VI. Nimbostratus	Feste, formlose graue Schicht
	VII. Stratocumulus	Undurchsichtige Schichten und Grate in grauer Farbe
	VIII. Geschichtet	Undurchsichtiger grauer Schleier
D. Wolken vertikaler Entwicklung – von der unteren zur oberen Ebene	IX. Kumulus	Keulen und Kuppeln sind strahlend weiß, mit eingerissenen Kanten im Wind
	X. Cumulonimbus	Kräftige kumulusförmige Massen von dunkler Bleifarbe

Atmosphärenschutz

Die Hauptquellen sind Industrieunternehmen und Automobile. In Großstädten ist das Problem der Gasverschmutzung auf Hauptverkehrswegen sehr akut. Deshalb in vielen Großstädte Auf der ganzen Welt, auch in unserem Land, wurde eine Umweltkontrolle der Toxizität von Fahrzeugabgasen eingeführt. Laut Experten können Rauch und Staub in der Luft die Versorgung der Erdoberfläche mit Sonnenenergie um die Hälfte reduzieren, was zu einer Veränderung der natürlichen Bedingungen führen wird.

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