بیشتر هوای اتمسفر در آن وجود دارد خواص اصلی جو چیست؟

ترکیب جو.پوسته هوای سیاره ما - جوسطح زمین را از اثرات مضر اشعه ماوراء بنفش خورشید بر موجودات زنده محافظت می کند. همچنین از زمین در برابر ذرات کیهانی - گرد و غبار و شهاب سنگ ها محافظت می کند.

جو از مخلوط مکانیکی گازها تشکیل شده است: 78٪ حجم آن نیتروژن، 21٪ اکسیژن و کمتر از 1٪ هلیوم، آرگون، کریپتون و غیره است. گازهای بی اثر. مقدار اکسیژن و نیتروژن در هوا عملاً بدون تغییر است، زیرا نیتروژن تقریباً با سایر مواد وارد ترکیب نمی شود و اکسیژن که اگرچه بسیار فعال است و صرف تنفس، اکسیداسیون و احتراق می شود، دائماً توسط گیاهان دوباره پر می شود.

تا ارتفاع حدود 100 کیلومتری، درصد این گازها عملاً بدون تغییر باقی می ماند. این به دلیل این واقعیت است که هوا به طور مداوم مخلوط می شود.

علاوه بر این گازها، جو حاوی حدود 0.03٪ دی اکسید کربن است که معمولاً در نزدیکی سطح زمین متمرکز شده و به طور ناموزون توزیع می شود: در شهرها، مراکز صنعتی و مناطق فعالیت آتشفشانی، مقدار آن افزایش می یابد.

همیشه مقدار مشخصی ناخالصی در جو وجود دارد - بخار آب و گرد و غبار. محتوای بخار آب به دمای هوا بستگی دارد: هر چه دما بالاتر باشد، بخار بیشتری در هوا نگه می دارد. به دلیل وجود آب بخار در هوا، پدیده های جوی مانند رنگین کمان، شکست نور خورشید و ... امکان پذیر است.

گرد و غبار در هنگام فوران های آتشفشانی، طوفان های شن و غبار، با احتراق ناقص سوخت در نیروگاه های حرارتی و غیره وارد جو می شود.

ساختار جو.چگالی جو با ارتفاع تغییر می کند: در سطح زمین بالاترین میزان است و با افزایش آن کاهش می یابد. بنابراین، در ارتفاع 5.5 کیلومتری، چگالی جو 2 برابر و در ارتفاع 11 کیلومتری - 4 برابر کمتر از لایه سطحی است.

بسته به چگالی، ترکیب و خواص گازها، جو به پنج لایه متحدالمرکز تقسیم می شود (شکل 34).

برنج. 34.بخش عمودی جو (طبقه بندی اتمسفر)

1. لایه زیرین نامیده می شود تروپوسفرمرز بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطب و 16-18 کیلومتری در استوا قرار دارد. تروپوسفر حاوی 80 درصد جرم کل جو و تقریباً تمام بخار آب است.

دمای هوا در تروپوسفر با ارتفاع 0.6 درجه سانتیگراد در هر 100 متر کاهش می یابد و در مرز بالایی آن -45-55 درجه سانتیگراد است.

هوا در تروپوسفر دائماً مخلوط می شود و در جهات مختلف حرکت می کند. فقط در اینجا مه، باران، بارش برف، رعد و برق، طوفان و سایر پدیده های آب و هوایی مشاهده می شود.

2. در بالا قرار دارد استراتوسفر،که تا ارتفاع 50-55 کیلومتری امتداد می یابد. چگالی و فشار هوا در استراتوسفر ناچیز است. هوای کمیاب از همان گازهای موجود در تروپوسفر تشکیل شده است، اما حاوی ازن بیشتری است. بیشترین غلظت ازن در ارتفاع 30-15 کیلومتری مشاهده می شود. دما در استراتوسفر با ارتفاع افزایش می یابد و در مرز بالایی آن به صفر درجه سانتیگراد یا بیشتر می رسد. این به دلیل این واقعیت است که ازن بخش طول موج کوتاه انرژی خورشیدی را جذب می کند و در نتیجه هوا گرم می شود.

3. بالای استراتوسفر قرار دارد مزوسفر،تا ارتفاع 80 کیلومتری گسترش می یابد. در آن، دما دوباره کاهش می یابد و به -90 درجه سانتیگراد می رسد. چگالی هوا در آنجا 200 برابر کمتر از سطح زمین است.

4. بالای مزوسفر است ترموسفر(از 80 تا 800 کیلومتر). درجه حرارت در این لایه افزایش می یابد: در ارتفاع 150 کیلومتری تا 220 درجه سانتیگراد. در ارتفاع 600 کیلومتری تا 1500 درجه سانتی گراد. گازهای اتمسفر (نیتروژن و اکسیژن) در حالت یونیزه هستند. تحت تأثیر تابش خورشیدی موج کوتاه، تک تک الکترون ها از پوسته اتم ها جدا می شوند. در نتیجه، در این لایه - یون کرهلایه هایی از ذرات باردار ظاهر می شوند. متراکم ترین لایه آنها در ارتفاع 300-400 کیلومتری است. به دلیل چگالی کم، پرتوهای خورشید در آنجا پراکنده نمی شوند، بنابراین آسمان سیاه است، ستارگان و سیارات به شدت بر روی آن می درخشند.

در یونوسفر وجود دارد چراغ های قطبی،جریان های الکتریکی قدرتمندی ایجاد می شود که باعث اختلال می شود میدان مغناطیسیزمین.

5. در بالای 800 کیلومتر، پوسته بیرونی قرار دارد - اگزوسفرسرعت حرکت تک تک ذرات در اگزوسفر به سرعت بحرانی نزدیک می شود - 11.2 میلی متر بر ثانیه، بنابراین ذرات منفرد می توانند بر گرانش زمین غلبه کنند و به فضای جهان فرار کنند.

ارزش جو.نقش جو در حیات سیاره ما فوق العاده است. بدون آن، زمین مرده بود. جو از سطح زمین در برابر گرما و سرمایش شدید محافظت می کند. تأثیر آن را می توان به نقش شیشه در گلخانه ها تشبیه کرد: نفوذ اشعه خورشید و جلوگیری از خروج گرما.

جو از موجودات زنده در برابر امواج کوتاه و تشعشعات هسته ای خورشید محافظت می کند. جو محیطی است که در آن پدیده های آب و هوایی رخ می دهد که تمام فعالیت های انسانی با آن مرتبط است. بررسی این پوسته در ایستگاه های هواشناسی انجام می شود. روز و شب، در هر آب و هوایی، هواشناسان وضعیت پایین جو را زیر نظر دارند. چهار بار در روز و در بسیاری از ایستگاه‌ها هر ساعت دما، فشار، رطوبت هوا، ابری، جهت و سرعت باد، بارش، پدیده‌های الکتریکی و صوتی در جو را اندازه‌گیری می‌کنند. ایستگاه های هواشناسی در همه جا قرار دارند: در قطب جنوب و در جنگل های بارانی استوایی، در کوه های بلندو در گستره های بی کران تندرا. همچنین مشاهداتی بر روی اقیانوس ها از طریق کشتی های مخصوص ساخته شده انجام می شود.

از دهه 30. قرن 20 مشاهدات در فضای آزاد آغاز شد. آنها شروع به پرتاب رادیوسوندها کردند که تا ارتفاع 25-35 کیلومتری بالا می روند و با کمک تجهیزات رادیویی اطلاعاتی در مورد دما، فشار، رطوبت هوا و سرعت باد به زمین ارسال می کنند. امروزه موشک ها و ماهواره های هواشناسی نیز بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. دومی دارای تاسیسات تلویزیونی است که تصاویری از سطح زمین و ابرها را مخابره می کند.

| |
5. پوسته هوای زمین§ 31. گرم شدن جو

گاهی اوقات جوی که سیاره ما را در یک لایه ضخیم احاطه کرده است، اقیانوس پنجم نامیده می شود. جای تعجب نیست که نام دوم هواپیما یک هواپیما است. جو مخلوطی از گازهای مختلف است که در میان آنها نیتروژن و اکسیژن غالب است. به لطف دومی است که زندگی در این سیاره به شکلی که همه ما به آن عادت کرده ایم امکان پذیر است. علاوه بر آنها، 1٪ دیگر از اجزای دیگر نیز وجود دارد. اینها گازهای بی اثر (که وارد فعل و انفعالات شیمیایی نمی شوند)، اکسید گوگرد هستند. اقیانوس پنجم همچنین حاوی ناخالصی های مکانیکی است: گرد و غبار، خاکستر و غیره. همه لایه های جو در مجموع تقریباً 480 کیلومتر از سطح امتداد دارند (داده ها متفاوت است، ما خواهیم دید. بیشتر در مورد این نکته با جزئیات بیشتر صحبت کنید). چنین ضخامت چشمگیری نوعی سپر غیرقابل نفوذ را تشکیل می دهد که از سیاره در برابر تشعشعات مخرب کیهانی و اجرام بزرگ محافظت می کند.

لایه های زیر از جو متمایز می شوند: تروپوسفر، به دنبال آن استراتوسفر، سپس مزوسفر و در نهایت ترموسفر. ترتیب فوق از سطح سیاره شروع می شود. لایه های متراکم جو با دو لایه اول نشان داده می شوند. آنها بخش قابل توجهی از مخرب را فیلتر می کنند

پایین ترین لایه جو، تروپوسفر، تنها 12 کیلومتر بالاتر از سطح دریا (18 کیلومتر در مناطق استوایی) گسترش یافته است. تا 90 درصد بخار آب در اینجا متمرکز می شود، بنابراین ابرها در آن تشکیل می شوند. بیشتر هوا نیز در اینجا متمرکز است. تمام لایه های بعدی جو سردتر هستند، زیرا نزدیکی به سطح به نور خورشید منعکس شده اجازه می دهد تا هوا را گرم کند.

استراتوسفر تقریباً تا 50 کیلومتر از سطح امتداد دارد. بیشتر بادکنک های هواشناسی در این لایه "شناور" می شوند. برخی از انواع هواپیما نیز می توانند در اینجا پرواز کنند. یکی از ویژگی های شگفت انگیز این است رژیم دما: در فاصله 25 تا 40 کیلومتری افزایش دمای هوا آغاز می شود. از 60- تقریباً به 1 می رسد. سپس کاهش جزئی به صفر دارد که تا ارتفاع 55 کیلومتری ادامه دارد. کران بالا بدنام است

علاوه بر این، مزوسفر تقریباً تا 90 کیلومتر گسترش می یابد. دمای هوا در اینجا به شدت کاهش می یابد. به ازای هر 100 متر ارتفاع، 0.3 درجه کاهش می یابد. گاهی اوقات آن را سردترین قسمت جو می نامند. چگالی هوا کم است، اما برای ایجاد مقاومت در برابر سقوط شهاب ها کاملاً کافی است.

لایه های جو به معنای معمول به ارتفاع حدود 118 کیلومتری ختم می شوند. شفق های معروف در اینجا شکل می گیرند. منطقه ترموسفر از بالا شروع می شود. به دلیل اشعه ایکس، یونیزاسیون آن چند مولکول هوای موجود در این ناحیه رخ می دهد. این فرآیندها به اصطلاح یونوسفر را ایجاد می کنند (اغلب در ترموسفر گنجانده می شود، بنابراین به طور جداگانه در نظر گرفته نمی شود).

هر چیزی بالاتر از 700 کیلومتر را اگزوسفر می نامند. هوا بسیار کوچک است، بنابراین آنها آزادانه و بدون مقاومت در اثر برخورد حرکت می کنند. این به برخی از آنها اجازه می دهد تا انرژی مربوط به 160 درجه سانتیگراد را جمع کنند، در حالی که دمای محیط پایین است. مولکول های گاز در سراسر حجم اگزوسفر مطابق با جرم خود توزیع می شوند، بنابراین سنگین ترین آنها را فقط در قسمت پایین لایه می توان یافت. جاذبه سیاره که با ارتفاع کاهش می یابد، دیگر قادر به نگه داشتن مولکول ها نیست، بنابراین ذرات پرانرژی کیهانی و تشعشعات به مولکول های گاز انگیزه کافی برای خروج از جو می دهند. این منطقه یکی از طولانی ترین مناطق است: اعتقاد بر این است که جو به طور کامل در خلاء فضا در ارتفاعات بیش از 2000 کیلومتر عبور می کند (گاهی اوقات حتی عدد 10000 ظاهر می شود). مدارهای مصنوعی هنوز در ترموسفر هستند.

همه این اعداد تقریبی هستند، زیرا مرزهای لایه های جوی به تعدادی از عوامل، به عنوان مثال، به فعالیت خورشید بستگی دارد.

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

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

استراتوسفر

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

استراتوپوز

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

مزوسفر

مزوپوز

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

خط کارمان

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

ترموسفر

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

اگزوسفر (کره پراکنده)

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

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

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

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

مشخصات فیزیکی

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

خصوصیات فیزیولوژیکی و سایر خواص جو

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

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

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

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

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

همانطور که ما به ارتفاع بیشتر از سطح زمین صعود می کنیم، به تدریج ضعیف می شویم و سپس کاملاً ناپدید می شویم، چنین پدیده هایی که برای ما آشنا هستند، در لایه های پایینی جو مشاهده می شوند، مانند انتشار صوت، وقوع بالابر آیرودینامیکی. و مقاومت، انتقال حرارت توسط همرفت و غیره.

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

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

ترکیب اتمسفر

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

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

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

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

تاریخچه شکل گیری جو

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

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

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

نیتروژن

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

نیتروژن N 2 فقط در شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام تخلیه رعد و برق) وارد واکنش می شود. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی در تولید صنعتی استفاده می شود. کودهای نیتروژنی. می توان آن را با مصرف انرژی کم اکسید کرد و توسط سیانوباکتری ها (جلبک های سبز-آبی) و باکتری های گره ای که همزیستی ریزوبیایی با حبوبات را تشکیل می دهند به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کرد. کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

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

دی اکسید کربن

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

گازهای نجیب

آلودگی هوا

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

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

آلودگی هوا از طریق هوا ناشی از دلایل طبیعی(فوران آتشفشانی، طوفان گرد و غبار، انتقال قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و فعالیت اقتصادیانسان (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانی، احتراق سوخت، تولید سیمان و غیره). حذف شدید ذرات جامد در اتمسفر در مقیاس بزرگ یکی از دلایل احتمالی تغییر آب و هوا در این سیاره است.

ادبیات

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

همچنین ببینید

پیوندها

اتمسفر زمین

جو پوشش هوای زمین است. گسترش تا 3000 کیلومتر از سطح زمین. آثار آن تا ارتفاع 10000 کیلومتری قابل ردیابی است. A. دارای چگالی ناهموار 50 5 است؛ توده های آن تا 5 کیلومتر، 75٪ - تا 10 کیلومتر، 90٪ - تا 16 کیلومتر متمرکز است.

جو از هوا تشکیل شده است - مخلوطی مکانیکی از چندین گاز.

نیتروژن(78%) در جو نقش یک رقیق کننده اکسیژن را ایفا می کند و سرعت اکسیداسیون و در نتیجه سرعت و شدت را تنظیم می کند. فرآیندهای بیولوژیکی. نیتروژن عنصر اصلی جو زمین است که به طور مداوم با ماده زنده بیوسفر مبادله می شود و قطعات تشکیل دهندهدومی ترکیبات نیتروژن (اسیدهای آمینه، پورین ها و غیره) هستند. استخراج نیتروژن از اتمسفر به روش‌های معدنی و بیوشیمیایی انجام می‌شود، اگرچه ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. استخراج غیر آلی با تشکیل ترکیبات آن N 2 O , N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 همراه است. آنها در بارش جوی یافت می شوند و در اتمسفر تحت تأثیر تخلیه های الکتریکی در هنگام رعد و برق یا واکنش های فتوشیمیایی تحت تأثیر تابش خورشیدی تشکیل می شوند.

تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط برخی باکتری ها در همزیستی با گیاهان بالاتر در خاک انجام می شود. نیتروژن همچنین توسط برخی میکروارگانیسم های پلانکتون و جلبک ها در محیط دریایی تثبیت می شود. از نظر کمی، پیوند بیولوژیکی نیتروژن از تثبیت معدنی آن فراتر می رود. تبادل کل نیتروژن موجود در جو تقریباً 10 میلیون سال طول می کشد. نیتروژن در گازهای آتشفشانی و در سنگهای آذرین یافت می شود. هنگامی که نمونه های مختلف سنگ های کریستالی و شهاب سنگ ها گرم می شوند، نیتروژن به شکل مولکول های N 2 و NH 3 آزاد می شود. با این حال، شکل اصلی حضور نیتروژن، هم در زمین و هم در سیارات زمینی، مولکولی است. آمونیاک که وارد جو فوقانی می شود، به سرعت اکسید می شود و نیتروژن آزاد می کند. در سنگهای رسوبی همراه با مواد آلی مدفون شده و به مقدار زیاد در رسوبات قیر یافت می شود. در فرآیند دگرگونی منطقه ای این سنگ ها، نیتروژن به اشکال مختلف در جو زمین آزاد می شود.

چرخه نیتروژن ژئوشیمیایی (

اکسیژن(21٪) توسط موجودات زنده برای تنفس استفاده می شود، بخشی از مواد آلی (پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها) است. ازن O 3. جلوگیری از تشعشعات ماوراء بنفش تهدید کننده حیات از خورشید

اکسیژن دومین گاز فراوان در جو است که نقش بسیار مهمی را در بسیاری از فرآیندهای زیست کره ایفا می کند. شکل غالب وجود آن O 2 است. در لایه های بالایی جو، تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش، تفکیک مولکول های اکسیژن رخ می دهد و در ارتفاع حدود 200 کیلومتری، نسبت اکسیژن اتمی به مولکولی (O: O 2) برابر 10 می شود. این اشکال اکسیژن در جو (در ارتفاع 20-30 کیلومتری)، کمربند ازن (سپر اوزون) برهم کنش دارند. ازن (O 3) برای موجودات زنده ضروری است و مخرب را برای آنها به تاخیر می اندازد اکثراشعه ماوراء بنفش خورشید.

در مراحل اولیه توسعه زمین، اکسیژن آزاد در مقادیر بسیار کمی در نتیجه تفکیک نوری دی اکسید کربن و مولکول های آب در اتمسفر فوقانی به وجود آمد. با این حال، این مقادیر کم به سرعت در اکسیداسیون گازهای دیگر مصرف شد. با ظهور موجودات فتوسنتزی اتوتروف در اقیانوس، وضعیت به طور قابل توجهی تغییر کرده است. مقدار اکسیژن آزاد در جو به تدریج شروع به افزایش کرد و به طور فعال بسیاری از اجزای بیوسفر را اکسید کرد. بنابراین، اولین بخش‌های اکسیژن آزاد عمدتاً به انتقال اشکال آهنی آهن به اکسید و سولفیدها به سولفات کمک کردند.

در نهایت مقدار اکسیژن آزاد در جو زمین به جرم معینی رسید و به گونه ای متعادل شد که مقدار تولید شده برابر با مقدار جذب شد. یک ثبات نسبی از محتوای اکسیژن آزاد در جو ایجاد شد.

چرخه اکسیژن ژئوشیمیایی (V.A. ورونسکی، جی.وی. ویتکویچ)

دی اکسید کربن، به سمت تشکیل ماده زنده می رود و همراه با بخار آب به اصطلاح "اثر گلخانه ای (گلخانه ای)" را ایجاد می کند.

کربن (دی اکسید کربن) - بیشتر آن در جو به شکل CO 2 و بسیار کمتر به شکل CH 4 است. اهمیت تاریخ ژئوشیمیایی کربن در بیوسفر بسیار زیاد است، زیرا بخشی از همه موجودات زنده است. در موجودات زنده، اشکال کاهش یافته کربن رخ می دهد، و در محیطزیست کره ها اکسید می شوند. بنابراین، یک تبادل شیمیایی ایجاد می شود چرخه زندگی: CO 2 ↔ ماده زنده.

منبع اصلی دی اکسید کربن در بیوسفر، فعالیت های آتشفشانی است که با گاززدایی سکولار گوشته و افق های زیرین پوسته زمین مرتبط است. بخشی از این دی اکسید کربن از تجزیه حرارتی سنگ های آهکی باستانی در مناطق مختلف دگرگونی ناشی می شود. مهاجرت CO 2 در بیوسفر به دو صورت انجام می شود.

روش اول در جذب CO 2 در فرآیند فتوسنتز با تشکیل مواد آلی و دفن بعدی در شرایط کاهشی مطلوب در لیتوسفر به شکل ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت، شیل نفتی بیان می شود. طبق روش دوم، مهاجرت کربن منجر به ایجاد یک سیستم کربناته در هیدروسفر می شود، جایی که CO 2 به H 2 CO 3، HCO 3 -1، CO 3 -2 تبدیل می شود. سپس با مشارکت کلسیم (کمتر منیزیم و آهن) رسوب کربناتها به صورت بیوژنیک و بیوژنیک اتفاق می افتد. لایه های ضخیم سنگ آهک و دولومیت ظاهر می شود. به گفته A.B. Ronov، نسبت کربن آلی (Corg) به کربن کربناته (Ccarb) در تاریخ زیست کره 1:4 بود.

همراه با چرخه جهانی کربن، تعدادی از چرخه های کوچک آن نیز وجود دارد. بنابراین، در روی زمین، گیاهان سبز برای فرآیند فتوسنتز CO2 را جذب می کنند روز، و در شب آن را در جو رها می کنند. با مرگ موجودات زنده در سطح زمین، مواد آلی (با مشارکت میکروارگانیسم ها) با انتشار CO 2 در جو اکسید می شوند. در دهه های اخیر، احتراق گسترده سوخت های فسیلی و افزایش محتوای آن در جو مدرن، جایگاه ویژه ای در چرخه کربن به خود اختصاص داده است.

چرخه کربن در پاکت جغرافیایی(به گفته ف. راماد، 1981)

آرگون- سومین گاز رایج اتمسفر، که به شدت آن را از گازهای بی اثر دیگر که بسیار کم رایج هستند متمایز می کند. با این حال، آرگون در تاریخ زمین شناسی خود سرنوشت این گازها را دارد که با دو ویژگی مشخص می شود:

  1. برگشت ناپذیری تجمع آنها در جو؛
  2. ارتباط نزدیک با واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ های ناپایدار خاص.

گازهای بی اثر خارج از گردش بیشتر عناصر حلقوی در بیوسفر زمین هستند.

همه گازهای بی اثر را می توان به اولیه و پرتوزا تقسیم کرد. اولیه آنهایی هستند که در طول شکل گیری زمین توسط زمین اسیر شدند. آنها بسیار نادر هستند. بخش اولیه آرگون عمدتاً توسط ایزوتوپ های 36 Ar و 38 Ar نشان داده می شود، در حالی که آرگون اتمسفر کاملاً از ایزوتوپ 40 Ar (99.6٪) تشکیل شده است که بدون شک پرتوزا است. در سنگهای حاوی پتاسیم، آرگون رادیوژنیک به دلیل واپاشی پتاسیم-40 با جذب الکترون انباشته شده است: 40 K + e → 40 Ar.

بنابراین میزان آرگون در سنگ ها با توجه به سن آنها و میزان پتاسیم آنها تعیین می شود. تا این حد غلظت هلیوم در سنگها تابعی از سن آنها و محتوای توریم و اورانیوم است. آرگون و هلیوم در طول فوران‌های آتشفشانی از داخل زمین از طریق شکاف‌هایی در اتمسفر آزاد می‌شوند. پوسته زمیندر قالب جت های گاز و همچنین در هوازدگی سنگ ها. بر اساس محاسبات انجام شده توسط P. Dimon و J. Culp، هلیوم و آرگون در دوران مدرن در پوسته زمین انباشته شده و در مقادیر نسبتاً کمی وارد جو می شوند. سرعت ورود این گازهای پرتوزا به حدی کم است که در طول تاریخ زمین شناسی زمین نتوانسته محتوای مشاهده شده آنها را در جو مدرن ارائه دهد. بنابراین، باید فرض کرد که بیشتر آرگون اتمسفر از روده‌های زمین در مراحل اولیه توسعه آن آمده است، و بخش بسیار کوچک‌تری بعداً در فرآیند آتشفشانی و در طول هوازدگی پتاسیم اضافه شده است. حاوی سنگ

بنابراین، در طول زمان زمین شناسی، هلیوم و آرگون فرآیندهای مهاجرت متفاوتی داشتند. هلیوم بسیار کمی در جو وجود دارد (حدود 5 * 10-4٪)، و "نفس هلیوم" زمین سبک تر بود، زیرا به عنوان سبک ترین گاز، به فضای بیرونی فرار کرد. و "نفس آرگون" - سنگین و آرگون در سیاره ما باقی ماند. بیشتر گازهای خنثی اولیه، مانند نئون و زنون، با نئون اولیه ای که در طول شکل گیری زمین توسط زمین گرفته شده است، و همچنین با انتشار در اتمسفر در هنگام گاززدایی از گوشته مرتبط بودند. مجموع داده های مربوط به ژئوشیمی گازهای نجیب نشان می دهد که اتمسفر اولیه زمین حداکثر به وجود آمده است. مراحل اولیهاز توسعه آن.

جو شامل بخار آبو ابدر حالت مایع و جامد. آب موجود در جو یک انباشته کننده حرارت مهم است.

لایه های زیرین جو حاوی مقدار زیادی گرد و غبار معدنی و فن آوری و ذرات معلق در هوا، محصولات احتراق، نمک ها، هاگ ها و گرده گیاهان و غیره است.

تا ارتفاع 100-120 کیلومتری به دلیل اختلاط کامل هوا، ترکیب جو همگن است. نسبت نیتروژن و اکسیژن ثابت است. در بالا گازهای بی اثر، هیدروژن و غیره غالب است.در لایه های پایینی جو بخار آب وجود دارد. با فاصله گرفتن از زمین محتوای آن کاهش می یابد. در بالا، نسبت گازها تغییر می کند، به عنوان مثال، در ارتفاع 200-800 کیلومتری، اکسیژن 10-100 برابر بر نیتروژن غلبه دارد.

جو(از اتمس یونانی - بخار و اسفاریا - توپ) - پوسته هوای زمین که با آن می چرخد. توسعه جو ارتباط نزدیکی با فرآیندهای زمین شناسی و ژئوشیمیایی در حال وقوع در سیاره ما و همچنین با فعالیت های موجودات زنده داشت.

مرز پایین جو با سطح زمین منطبق است، زیرا هوا به کوچکترین منافذ خاک نفوذ می کند و حتی در آب نیز حل می شود.

حد بالایی در ارتفاع 2000-3000 کیلومتری به تدریج به فضای بیرونی می رود.

اتمسفر غنی از اکسیژن، حیات را در زمین ممکن می کند. اکسیژن اتمسفر در فرآیند تنفس انسان ها، حیوانات و گیاهان استفاده می شود.

اگر جو وجود نداشت، زمین به اندازه ماه ساکت بود. بالاخره صدا ارتعاش ذرات هواست. رنگ آبی آسمان با این واقعیت توضیح داده می شود که پرتوهای خورشید که از جو عبور می کنند، گویی از طریق یک عدسی، به رنگ های تشکیل دهنده خود تجزیه می شوند. در این حالت پرتوهای رنگ های آبی و آبی بیشتر از همه پراکنده می شوند.

اتمسفر بیشتر تابش فرابنفش خورشید را در خود نگه می دارد که تأثیر مخربی بر موجودات زنده دارد. همچنین گرما را در سطح زمین نگه می دارد و از سرد شدن سیاره ما جلوگیری می کند.

ساختار جو

چندین لایه را می توان در جو متمایز کرد که از نظر چگالی و چگالی متفاوت هستند (شکل 1).

تروپوسفر

تروپوسفر- پایین ترین لایه جو، که ضخامت آن در بالای قطب ها 8-10 کیلومتر است، در عرض های جغرافیایی معتدل - 10-12 کیلومتر، و بالای خط استوا - 16-18 کیلومتر.

برنج. 1. ساختار جو زمین

هوا در تروپوسفر از سطح زمین، یعنی از زمین و آب گرم می شود. بنابراین دمای هوا در این لایه با ارتفاع به ازای هر 100 متر به طور متوسط ​​0.6 درجه سانتی گراد کاهش می یابد و در مرز بالایی تروپوسفر به 55- درجه سانتی گراد می رسد. در همان زمان، در منطقه استوا در مرز بالایی تروپوسفر، دمای هوا -70 درجه سانتیگراد و در منطقه قطب شمال -65 درجه سانتیگراد است.

حدود 80 درصد از جرم جو در تروپوسفر متمرکز است، تقریباً تمام بخار آب در آن قرار دارد، رعد و برق، طوفان، ابر و بارش رخ می دهد و حرکت هوای عمودی (همرفت) و افقی (باد) رخ می دهد.

می توان گفت که آب و هوا عمدتاً در تروپوسفر تشکیل می شود.

استراتوسفر

استراتوسفر- لایه جو که در بالای تروپوسفر در ارتفاع 8 تا 50 کیلومتری قرار دارد. رنگ آسمان در این لایه بنفش به نظر می رسد، که با کم شدن هوا توضیح داده می شود، به همین دلیل اشعه های خورشید تقریباً پراکنده نمی شوند.

استراتوسفر شامل 20 درصد جرم جو است. هوا در این لایه کمیاب است، عملاً بخار آب وجود ندارد و بنابراین ابرها و بارش تقریباً تشکیل نمی شوند. با این حال، جریان هوای پایدار در استراتوسفر مشاهده می شود که سرعت آن به 300 کیلومتر در ساعت می رسد.

این لایه متمرکز است ازن(صفحه نمایش ازن، اوزونوسفر)، لایه ای که اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند و از عبور آنها به زمین جلوگیری می کند و در نتیجه از موجودات زنده روی سیاره ما محافظت می کند. به دلیل وجود ازن، دمای هوا در مرز بالایی استراتوسفر در محدوده 50- تا 4-55 درجه سانتی گراد است.

بین مزوسفر و استراتوسفر یک منطقه انتقالی وجود دارد - استراتوپوز.

مزوسفر

مزوسفر- لایه ای از جو واقع در ارتفاع 50-80 کیلومتری. چگالی هوا در اینجا 200 برابر کمتر از سطح زمین است. رنگ آسمان در مزوسفر سیاه به نظر می رسد، ستاره ها در طول روز قابل مشاهده هستند. دمای هوا به -75 (-90) درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

در ارتفاع 80 کیلومتری آغاز می شود ترموسفردمای هوا در این لایه به شدت به ارتفاع 250 متر افزایش می یابد و سپس ثابت می شود: در ارتفاع 150 کیلومتری به 220-240 درجه سانتیگراد می رسد. در ارتفاع 500-600 کیلومتری از 1500 درجه سانتیگراد فراتر می رود.

در مزوسفر و ترموسفر، تحت تأثیر پرتوهای کیهانی، مولکول های گاز به ذرات باردار (یونیزه) اتم ها تجزیه می شوند، بنابراین این قسمت از جو نامیده می شود. یون کره- لایه ای از هوای بسیار کمیاب که در ارتفاع 50 تا 1000 کیلومتری قرار دارد که عمدتاً از اتم های اکسیژن یونیزه شده، مولکول های اکسید نیتریک و الکترون های آزاد تشکیل شده است. این لایه با الکتریسیته بالا مشخص می شود و امواج رادیویی بلند و متوسط ​​از آن مانند یک آینه منعکس می شود.

در یونوسفر، شفق های قطبی به وجود می آیند - درخشش گازهای کمیاب تحت تأثیر ذرات باردار الکتریکی که از خورشید پرواز می کنند - و نوسانات شدید در میدان مغناطیسی مشاهده می شود.

اگزوسفر

اگزوسفر- لایه بیرونی جو، واقع در بالای 1000 کیلومتر. به این لایه، کره پراکنده نیز می گویند، زیرا ذرات گاز با سرعت بالایی در اینجا حرکت می کنند و می توانند در فضای بیرونی پراکنده شوند.

ترکیب اتمسفر

جو مخلوطی از گازهای متشکل از نیتروژن (78.08٪)، اکسیژن (20.95٪)، دی اکسید کربن (0.03٪)، آرگون (0.93٪)، مقدار کمی هلیوم، نئون، زنون، کریپتون (0.01٪)، ازن و سایر گازها، اما محتوای آنها ناچیز است (جدول 1). ترکیب مدرن هوای زمین بیش از صد میلیون سال پیش ایجاد شد، اما با این وجود افزایش شدید فعالیت تولید انسان منجر به تغییر آن شد. در حال حاضر، حدود 10-12٪ افزایش در محتوای CO 2 وجود دارد.

گازهایی که اتمسفر را تشکیل می دهند نقش های عملکردی مختلفی دارند. با این حال، اهمیت اصلی این گازها در درجه اول با این واقعیت تعیین می شود که آنها به شدت انرژی تابشی را جذب می کنند و بنابراین تأثیر قابل توجهی بر رژیم دمایی سطح و جو زمین دارند.

میز 1. ترکیب شیمیاییهوای جوی خشک در نزدیکی سطح زمین

غلظت حجم. %

وزن مولکولی، واحد

اکسیژن

دی اکسید کربن

اکسید نیتروژن

0 تا 0.00001

دی اکسید گوگرد

از 0 تا 0.000007 در تابستان؛

0 تا 0.000002 در زمستان

از 0 تا 0.000002

46,0055/17,03061

دی اکسید آزوگ

مونوکسید کربن

نیتروژن،رایج ترین گاز در اتمسفر، از نظر شیمیایی کمی فعال است.

اکسیژنبر خلاف نیتروژن، عنصر شیمیایی بسیار فعال است. عملکرد خاص اکسیژن اکسیداسیون مواد آلی موجودات هتروتروف، سنگ ها و گازهای ناقص اکسید شده است که توسط آتشفشان ها به جو منتشر می شود. بدون اکسیژن، تجزیه مواد آلی مرده وجود نخواهد داشت.

نقش دی اکسید کربن در جو فوق العاده زیاد است. در نتیجه فرآیندهای احتراق، تنفس موجودات زنده، پوسیدگی وارد اتمسفر می شود و اول از همه، ماده اصلی ساختمان برای ایجاد مواد آلی در طول فتوسنتز است. علاوه بر این، خاصیت دی اکسید کربن برای انتقال تابش موج کوتاه خورشیدی و جذب بخشی از تابش امواج بلند حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است که به اصطلاح ایجاد می کند. اثر گلخانه ای، که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

تأثیر بر فرآیندهای جوی، به ویژه بر رژیم حرارتی استراتوسفر، نیز توسط ازناین گاز به عنوان یک جاذب طبیعی تابش فرابنفش خورشیدی عمل می کند و جذب تابش خورشیدی منجر به گرم شدن هوا می شود. مقادیر متوسط ​​ماهانه محتوای کل ازن در جو بسته به عرض جغرافیایی منطقه و فصل در 0.23-0.52 سانتی متر متفاوت است (این ضخامت لایه ازن در فشار و دمای زمین است). مقدار ازن از استوا به قطب ها افزایش می یابد و تغییرات سالانه با حداقل در پاییز و حداکثر در بهار وجود دارد.

ویژگی مشخص جو را می توان این واقعیت نامید که محتوای گازهای اصلی (نیتروژن، اکسیژن، آرگون) با ارتفاع کمی تغییر می کند: در ارتفاع 65 کیلومتری جو، محتوای نیتروژن 86٪، اکسیژن - 19 است. ، آرگون - 0.91، در ارتفاع 95 کیلومتری - نیتروژن 77، اکسیژن - 21.3، آرگون - 0.82٪. ثبات ترکیب هوای اتمسفر به صورت عمودی و افقی با اختلاط آن حفظ می شود.

علاوه بر گازها، هوا حاوی بخار آبو ذرات جامددومی می تواند منشا طبیعی و مصنوعی (انسان زایی) داشته باشد. اینها گرده گل، کریستال های ریز نمک، گرد و غبار جاده، ناخالصی های آئروسل هستند. هنگامی که پرتوهای خورشید به پنجره نفوذ می کنند، با چشم غیر مسلح دیده می شوند.

به خصوص ذرات معلق زیادی در هوای شهرها و مراکز صنعتی بزرگ وجود دارد، جایی که انتشار گازهای مضر و ناخالصی های آنها در هنگام احتراق سوخت به ذرات معلق اضافه می شود.

غلظت ذرات معلق در هوا شفافیت هوا را تعیین می کند که بر تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد تأثیر می گذارد. بزرگترین ذرات معلق در هوا هسته های تراکم (از لات. متراکم شدن- تراکم، ضخیم شدن) - به تبدیل بخار آب به قطرات آب کمک می کند.

ارزش بخار آب در درجه اول با این واقعیت تعیین می شود که تابش حرارتی موج بلند سطح زمین را به تاخیر می اندازد. نشان دهنده پیوند اصلی چرخه های رطوبت بزرگ و کوچک است. هنگامی که بسترهای آب متراکم می شوند، دمای هوا را افزایش می دهد.

مقدار بخار آب موجود در جو در طول زمان و مکان متفاوت است. بنابراین، غلظت بخار آب در نزدیکی سطح زمین از 3٪ در مناطق استوایی تا 2-10 (15)٪ در قطب جنوب متغیر است.

میانگین مقدار بخار آب در ستون عمودی جو در عرض های جغرافیایی معتدل حدود 1.6-1.7 سانتی متر است (لایه بخار آب متراکم چنین ضخامتی خواهد داشت). اطلاعات در مورد بخار آب در لایه های مختلف جو متناقض است. برای مثال فرض بر این بود که در محدوده ارتفاعی 20 تا 30 کیلومتری، رطوبت ویژه به شدت با ارتفاع افزایش می یابد. با این حال، اندازه گیری های بعدی خشکی بیشتر استراتوسفر را نشان می دهد. ظاهراً رطوبت خاص در استراتوسفر کمی به ارتفاع بستگی دارد و به 2-4 میلی گرم بر کیلوگرم می رسد.

تغییرپذیری محتوای بخار آب در تروپوسفر توسط برهمکنش تبخیر، تراکم و انتقال افقی تعیین می شود. در نتیجه تراکم بخار آب، ابرها تشکیل شده و می ریزند. ته نشینیبه صورت باران، تگرگ و برف.

فرآیندهای انتقال فاز آب عمدتاً در تروپوسفر انجام می شود، به همین دلیل است که ابرها در استراتوسفر (در ارتفاعات 20-30 کیلومتری) و مزوسفر (در نزدیکی مزوپوز)، که مادر مروارید و نقره نامیده می شوند، نسبتاً به ندرت مشاهده می شوند. در حالی که ابرهای تروپوسفر اغلب حدود 50 درصد از کل سطوح زمین را می پوشانند.

مقدار بخار آبی که می تواند در هوا وجود داشته باشد به دمای هوا بستگی دارد.

1 متر مکعب هوا در دمای -20 درجه سانتیگراد نمی تواند بیش از 1 گرم آب داشته باشد. در دمای 0 درجه سانتیگراد - حداکثر 5 گرم؛ در +10 درجه سانتیگراد - حداکثر 9 گرم؛ در +30 درجه سانتیگراد - حداکثر 30 گرم آب.

نتیجه:هر چه دمای هوا بالاتر باشد، بخار آب بیشتری می تواند داشته باشد.

هوا می تواند باشد ثروتمندو اشباع نشدهبخار. بنابراین، اگر در دمای +30 درجه سانتیگراد، 1 متر مکعب هوا حاوی 15 گرم بخار آب باشد، هوا از بخار آب اشباع نشده است. اگر 30 گرم - اشباع شده است.

رطوبت مطلق- این مقدار بخار آب موجود در 1 متر مکعب هوا است. بر حسب گرم بیان می شود. به عنوان مثال، اگر بگویند "رطوبت مطلق 15 است"، این بدان معناست که 1 میلی لیتر حاوی 15 گرم بخار آب است.

رطوبت نسبی- این نسبت (در درصد) محتوای واقعی بخار آب در 1 متر مکعب هوا به مقدار بخار آبی است که می تواند در 1 متر لیتر در دمای معین وجود داشته باشد. به عنوان مثال، اگر یک گزارش آب و هوا از طریق رادیو پخش شود که رطوبت نسبی آن 70٪ است، به این معنی است که هوا حاوی 70٪ بخار آبی است که می تواند در یک دمای معین نگه دارد.

هر چه رطوبت نسبی هوا بیشتر باشد، t. هر چه هوا به اشباع نزدیکتر باشد، احتمال سقوط آن بیشتر است.

رطوبت نسبی هوا همیشه بالا (تا 90٪) در منطقه استوایی مشاهده می شود، زیرا حرارتهوا و رفتن تبخیر عالیاز سطح اقیانوس ها همان رطوبت نسبی بالا در نواحی قطبی وجود دارد، اما فقط به این دلیل که در دماهای پایین حتی مقدار کمی بخار آب، هوا را اشباع یا نزدیک به اشباع می کند. در عرض های جغرافیایی معتدل، رطوبت نسبی به صورت فصلی متفاوت است - در زمستان بیشتر و در تابستان کمتر است.

رطوبت نسبی هوا به ویژه در بیابان ها کم است: 1 متر مربع هوا در آنجا دو تا سه برابر کمتر از مقدار بخار آب ممکن در یک دمای معین است.

برای اندازه گیری رطوبت نسبیاز رطوبت سنج استفاده کنید (از یونانی hygros - مرطوب و مترکو - من اندازه می‌گیرم).

هنگامی که هوای اشباع سرد می شود، نمی تواند همان مقدار بخار آب را در خود نگه دارد، غلیظ می شود (تراکم می شود) و به قطرات مه تبدیل می شود. مه را می توان در تابستان در یک شب خنک و صاف مشاهده کرد.

ابرها- این همان مه است، فقط نه در سطح زمین، بلکه در ارتفاع معینی تشکیل می شود. با بالا آمدن هوا سرد می شود و بخار آب موجود در آن متراکم می شود. قطرات ریز آب حاصل، ابرها را تشکیل می دهند.

در تشکیل ابرها نقش دارند ذرات معلقدر تروپوسفر معلق است.

ابرها می توانند شکل متفاوتی داشته باشند که به شرایط شکل گیری آنها بستگی دارد (جدول 14).

پست ترین و سنگین ترین ابرها لایه لایه هستند. آنها در ارتفاع 2 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند. در ارتفاع 2 تا 8 کیلومتری می توان ابرهای کومولوس زیباتری را مشاهده کرد. بلندترین و سبک ترین آنها ابرهای سیروس هستند. آنها در ارتفاع 8 تا 18 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.

خانواده ها

انواع ابرها

ظاهر

الف- ابرهای بالایی - بالای 6 کیلومتر

I. Pinnate

نخ مانند، فیبری، سفید

II. سیروکومولوس

لایه ها و برجستگی های پرک و فرهای کوچک، سفید

III. سیروستراتوس

حجاب سفید شفاف

ب- ابرهای لایه میانی - بالای 2 کیلومتر

IV. آلتوکومولوس

لایه ها و برجستگی های سفید و خاکستری

V. Altostratified

حجاب صاف به رنگ خاکستری شیری

ب- ابرهای پایین - تا 2 کیلومتر

VI. نیمبوستراتوس

لایه خاکستری بی شکل جامد

VII. استراتوکومولوس

لایه های مات و برآمدگی های خاکستری

هشتم. لایه بندی شده

حجاب خاکستری روشن

د. ابرهای توسعه عمودی - از لایه پایین به بالا

IX کومولوس

چماق ها و گنبدهای سفید روشن، با لبه های پاره شده در باد

X. کومولونیمبوس

توده های کومولوس شکل قدرتمند از رنگ سربی تیره

حفاظت اتمسفر

منابع اصلی شرکت های صنعتی و خودرو هستند. در شهرهای بزرگ مشکل آلودگی گازی مسیرهای اصلی حمل و نقل بسیار حاد است. به همین دلیل است که در بسیاری از کلان شهرهادر سراسر جهان، از جمله در کشور ما، کنترل زیست محیطی سمیت گازهای خروجی اگزوز خودروها را معرفی کرد. به گفته کارشناسان، دود و گرد و غبار موجود در هوا می تواند جریان انرژی خورشیدی به سطح زمین را به نصف کاهش دهد که منجر به تغییر شرایط طبیعی خواهد شد.

 

شاید خواندن آن مفید باشد: