Atmosfären är det gasformiga skalet på vår planet, som roterar tillsammans med jorden. Gasen i atmosfären kallas luft. Atmosfären är i kontakt med hydrosfären och täcker delvis litosfären. Men de övre gränserna är svåra att fastställa. Det är konventionellt accepterat att atmosfären sträcker sig uppåt i cirka tre tusen kilometer. Där flyter det smidigt in i luftlöst utrymme.

Kemisk sammansättning av jordens atmosfär

Bildning kemisk sammansättning atmosfären började för ungefär fyra miljarder år sedan. Till en början bestod atmosfären endast av lätta gaser - helium och väte. Enligt forskare var de första förutsättningarna för skapandet av ett gasskal runt jorden vulkanutbrott, som tillsammans med lava släppte ut enorma mängder gaser. Därefter började gasutbytet med vattenutrymmen, med levande organismer och med produkterna av deras aktiviteter. Luftens sammansättning förändrades gradvis och modern form registrerades för flera miljoner år sedan.

Huvudkomponenterna i atmosfären är kväve (cirka 79 %) och syre (20 %). Resterande procent (1%) utgörs av följande gaser: argon, neon, helium, metan, koldioxid, väte, krypton, xenon, ozon, ammoniak, svavel- och kvävedioxider, dikväveoxid och kolmonoxid, som ingår i denna ena procent.

Dessutom innehåller luften vattenånga och partiklar (pollen, damm, saltkristaller, aerosolföroreningar).

I Nyligen Forskare noterar inte en kvalitativ, utan en kvantitativ förändring i vissa luftingredienser. Och anledningen till detta är människan och hennes verksamhet. Bara under de senaste 100 åren har koldioxidhalterna ökat markant! Detta är fyllt med många problem, varav det mest globala är klimatförändringarna.

Bildning av väder och klimat

Atmosfären spelar en avgörande roll för att forma klimatet och vädret på jorden. Mycket beror på mängden solljus, den underliggande ytans karaktär och atmosfärisk cirkulation.

Låt oss titta på faktorerna i ordning.

1. Atmosfären överför värmen från solens strålar och absorberar skadlig strålning. Det faktum att solens strålar faller på olika delar av jorden under olika vinklar, visste de gamla grekerna. Själva ordet "klimat" översatt från antikens grekiska betyder "sluttning". Så vid ekvatorn faller solens strålar nästan vertikalt, varför det är väldigt varmt här. Ju närmare polerna, desto större lutningsvinkel. Och temperaturen sjunker.

2. På grund av jordens ojämna uppvärmning, luftströmmar. De är klassificerade efter deras storlekar. De minsta (tiotals och hundratals meter) är lokala vindar. Detta följs av monsuner och passadvindar, cykloner och anticykloner och planetariska frontzoner.

Alla dessa luftmassor rör sig hela tiden. Vissa av dem är ganska statiska. Till exempel passadvindar som blåser från subtropikerna mot ekvatorn. Andras rörelse beror till stor del på atmosfärstryck.

3. Atmosfärstrycket är en annan faktor som påverkar klimatbildningen. Detta är lufttrycket på jordens yta. Som bekant rör sig luftmassor från ett område med högt atmosfärstryck mot ett område där detta tryck är lägre.

Totalt är 7 zoner tilldelade. Ekvator - zon lågtryck. Vidare, på båda sidor om ekvatorn upp till trettiotalets breddgrader finns det ett område med högt tryck. Från 30° till 60° - lågtryck igen. Och från 60° till polerna är en högtryckszon. Luftmassor cirkulerar mellan dessa zoner. De som kommer från havet till land ger regn och dåligt väder, och de som blåser från kontinenterna ger klart och torrt väder. På platser där luftströmmar kolliderar bildas zoner atmosfärisk front, som kännetecknas av nederbörd och dåligt, blåsigt väder.

Forskare har bevisat att även en persons välbefinnande beror på atmosfärstrycket. Förbi internationella standarder normalt atmosfärstryck är 760 mm Hg. kolonn vid en temperatur av 0°C. Denna indikator beräknas för de landområden som är nästan i nivå med havsnivån. Med höjden minskar trycket. Därför till exempel för St Petersburg 760 mm Hg. - det här är normen. Men för Moskva, som ligger högre, är normalt tryck 748 mm Hg.

Trycket ändras inte bara vertikalt utan även horisontellt. Detta märks särskilt under cyklonernas passage.

Atmosfärens struktur

Stämningen påminner om en lagertårta. Och varje lager har sina egna egenskaper.

. Troposfär- lagret närmast jorden. "Tjockleken" på detta lager ändras med avståndet från ekvatorn. Ovanför ekvatorn sträcker sig lagret uppåt i 16-18 km, in tempererade zoner- vid 10-12 km, vid polerna - vid 8-10 km.

Det är här som 80 % av den totala luftmassan och 90 % vattenånga finns. Här bildas moln, cykloner och anticykloner uppstår. Lufttemperaturen beror på områdets höjd. I genomsnitt minskar den med 0,65°C för varje 100:e meter.

. Tropopaus- atmosfärens övergångslager. Dess höjd sträcker sig från flera hundra meter till 1-2 km. Lufttemperaturen på sommaren är högre än på vintern. Till exempel, ovanför polerna på vintern är det -65° C. Och ovanför ekvatorn är det -70° C när som helst på året.

. Stratosfär- detta är ett lager vars övre gräns ligger på en höjd av 50-55 kilometer. Turbulensen här är låg, halten av vattenånga i luften är försumbar. Men det finns mycket ozon. Dess maximala koncentration är på en höjd av 20-25 km. I stratosfären börjar lufttemperaturen stiga och når +0,8° C. Detta beror på att ozonskiktet interagerar med ultraviolett strålning.

. Stratopaus- ett lågt mellanskikt mellan stratosfären och mesosfären som följer den.

. Mesosfären- den övre gränsen för detta lager är 80-85 kilometer. Här förekommer komplexa fotokemiska processer som involverar fria radikaler. Det är de som ger vår planets milda blåa glöd, som ses från rymden.

De flesta kometer och meteoriter brinner upp i mesosfären.

. Mesopause- nästa mellanskikt, vars lufttemperatur är minst -90°.

. Termosfär- den nedre gränsen börjar på en höjd av 80 - 90 km, och den övre gränsen för lagret löper ungefär på 800 km. Lufttemperaturen stiger. Det kan variera från +500° C till +1000° C. Under dagen uppgår temperatursvängningarna till hundratals grader! Men luften här är så sällsynt att det inte är lämpligt att förstå termen "temperatur" som vi föreställer oss.

. Jonosfär- kombinerar mesosfären, mesopausen och termosfären. Luften här består huvudsakligen av syre- och kvävemolekyler samt kvasinuutral plasma. Solens strålar som kommer in i jonosfären joniserar kraftigt luftmolekyler. I det nedre lagret (upp till 90 km) är joniseringsgraden låg. Ju högre desto större jonisering. Så, på en höjd av 100-110 km, är elektroner koncentrerade. Detta hjälper till att reflektera korta och medelstora radiovågor.

Det viktigaste lagret av jonosfären är det övre, som ligger på en höjd av 150-400 km. Dess egenhet är att den reflekterar radiovågor, och detta underlättar överföringen av radiosignaler över avsevärda avstånd.

Det är i jonosfären som ett sådant fenomen som norrsken inträffar.

. Exosfär- består av syre-, helium- och väteatomer. Gasen i detta skikt är mycket sällsynt och väteatomer flyr ofta ut i rymden. Därför kallas detta lager "spridningszonen".

Den första vetenskapsmannen som antydde att vår atmosfär har vikt var italienaren E. Torricelli. Ostap Bender, till exempel, beklagade i sin roman "Guldkalven" att varje person pressas av en luftpelare som väger 14 kg! Men den store bedragaren hade lite fel. En vuxen upplever ett tryck på 13-15 ton! Men vi känner inte denna tyngd, eftersom atmosfärstrycket balanseras av det inre trycket hos en person. Vikten av vår atmosfär är 5 300 000 000 000 000 ton. Siffran är kolossal, även om den bara är en miljondel av vår planets vikt.

Jordens atmosfär

Atmosfär(från. Gammal grekiskἀτμός - ånga och σφαῖρα - boll) - gas skal ( geosfär), som omger planeten Jorden. Dess inre yta täcker hydrosfär och delvis bark, den yttre gränsar till den jordnära delen av yttre rymden.

Uppsättningen av grenar av fysik och kemi som studerar atmosfären brukar kallas atmosfärsfysik. Atmosfären avgör väder på jordens yta och studerar vädret meteorologi, och långsiktiga variationer klimat - klimatologi.

Atmosfärens struktur

Atmosfärens struktur

Troposfär

Dess övre gräns är på en höjd av 8-10 km i polar, 10-12 km i tempererade och 16-18 km i tropiska breddgrader; lägre på vintern än på sommaren. Det nedre, huvudsakliga lagret av atmosfären. Innehåller mer än 80 % av den totala massan av atmosfärisk luft och cirka 90 % av all vattenånga som finns i atmosfären. I troposfären är de högt utvecklade turbulens Och konvektion, stiga upp moln, utvecklas cykloner Och anticykloner. Temperaturen minskar med ökande höjd med genomsnittlig vertikal lutning 0,65°/100 m

Följande accepteras som "normala förhållanden" på jordens yta: densitet 1,2 kg/m3, barometertryck 101,35 kPa, temperatur plus 20 °C och relativ luftfuktighet 50 %. Dessa villkorade indikatorer har rent teknisk betydelse.

Stratosfär

Ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 11 till 50 km. Kännetecknas av en liten temperaturförändring i 11-25 km skiktet (det nedre skiktet av stratosfären) och en ökning i 25-40 km skiktet från -56,5 till 0,8 ° MED(det övre lagret av stratosfären eller regionen inversioner). Efter att ha nått ett värde av cirka 273 K (nästan 0 ° C) på en höjd av cirka 40 km, förblir temperaturen konstant upp till en höjd av cirka 55 km. Detta område med konstant temperatur kallas stratopaus och är gränsen mellan stratosfären och mesosfären.

Stratopaus

Atmosfärens gränsskikt mellan stratosfären och mesosfären. I den vertikala temperaturfördelningen finns ett maximum (ca 0 °C).

Mesosfären

Jordens atmosfär

Mesosfären börjar på en höjd av 50 km och sträcker sig till 80-90 km. Temperaturen minskar med höjden med en genomsnittlig vertikal gradient på (0,25-0,3)°/100 m. Den huvudsakliga energiprocessen är strålningsvärmeöverföring. Komplexa fotokemiska processer som involverar fria radikaler, vibrationsexciterade molekyler etc. orsakar atmosfärens glöd.

Mesopause

Övergångsskikt mellan mesosfären och termosfären. Det finns ett minimum i den vertikala temperaturfördelningen (ca -90 °C).

Karman Line

Höjden över havet, som är konventionellt accepterad som gränsen mellan jordens atmosfär och rymden.

Termosfär

huvudartikel: Termosfär

Den övre gränsen är cirka 800 km. Temperaturen stiger till höjder på 200-300 km, där den når värden i storleksordningen 1500 K, varefter den förblir nästan konstant till höga höjder. Under påverkan av ultraviolett och röntgensolstrålning och kosmisk strålning sker luftjonisering (“ norrsken") - huvudområden jonosfär ligga inne i termosfären. På höjder över 300 km dominerar atomärt syre.

Atmosfäriska lager upp till en höjd av 120 km

Exosfär (spridningssfär)

Exosfär- spridningszon, den yttre delen av termosfären, belägen över 700 km. Gasen i exosfären är mycket sällsynt, och härifrån läcker dess partiklar in i det interplanetära rymden ( spridning).

Upp till en höjd av 100 km är atmosfären en homogen, välblandad blandning av gaser. I högre lager beror gasernas höjdfördelning på deras molekylvikter minskar koncentrationen av tyngre gaser snabbare med avståndet från jordens yta. På grund av minskningen av gasdensiteten sjunker temperaturen från 0 °C i stratosfären till −110 °C i mesosfären. Den kinetiska energin hos enskilda partiklar på höjder av 200-250 km motsvarar dock en temperatur på ~1500 °C. Över 200 km observeras betydande fluktuationer i temperatur och gasdensitet i tid och rum.

På en höjd av ca 2000-3000 km övergår exosfären gradvis till s.k. nära rymdvakuum, som är fylld med mycket sällsynta partiklar av interplanetär gas, främst väteatomer. Men denna gas representerar bara en del av den interplanetära materien. Den andra delen består av dammpartiklar av kometärt och meteoriskt ursprung. Förutom extremt sällsynta dammpartiklar, tränger elektromagnetisk och korpuskulär strålning av sol- och galaktiskt ursprung in i detta utrymme.

Troposfären står för cirka 80% av atmosfärens massa, stratosfären - cirka 20%; massan av mesosfären är inte mer än 0,3%, termosfären är mindre än 0,05% av den totala massan av atmosfären. Baserat på de elektriska egenskaperna i atmosfären särskiljs neutronosfären och jonosfären. Man tror för närvarande att atmosfären sträcker sig till en höjd av 2000-3000 km.

Beroende på sammansättningen av gasen i atmosfären släpper de ut homosfär Och heterosfär. Heterosfär – Det här är området där gravitationen påverkar separationen av gaser, eftersom deras blandning på en sådan höjd är försumbar. Detta innebär en varierande sammansättning av heterosfären. Under den ligger en välblandad, homogen del av atmosfären, kallad homosfär. Gränsen mellan dessa lager kallas turbo paus, den ligger på en höjd av cirka 120 km.

Fysikaliska egenskaper

Atmosfärens tjocklek är cirka 2000 - 3000 km från jordens yta. Total massa luft- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molar massa ren torr luft är 28,966. Tryck vid 0 °C vid havsnivå 101,325 kPa; kritisk temperatur>140,7°C; kritiskt tryck 3,7 MPa; C sid 1,0048×10 3 J/(kg K) (vid 0 °C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (vid 0 °C). Lösligheten av luft i vatten vid 0 °C är 0,036 %, vid 25 °C - 0,22 %.

Atmosfärens fysiologiska och andra egenskaper

Redan på en höjd av 5 km över havet utvecklas en otränad person syresvält och utan anpassning minskar en persons prestation avsevärt. Atmosfärens fysiologiska zon slutar här. Människans andning blir omöjlig på en höjd av 15 km, även om atmosfären upp till cirka 115 km innehåller syre.

Atmosfären förser oss med det syre som behövs för att andas. Men på grund av fallet i atmosfärens totala tryck, när du stiger till höjden, minskar partialtrycket av syre i enlighet därmed.

Människans lungor innehåller ständigt cirka 3 liter alveolär luft. Partiellt tryck syre i alveolär luft vid normalt atmosfärstryck är 110 mm Hg. Art., koldioxidtryck - 40 mm Hg. Art., och vattenånga - 47 mm Hg. Konst. Med ökande höjd sjunker syretrycket, och det totala ångtrycket av vatten och koldioxid i lungorna förblir nästan konstant - cirka 87 mm Hg. Konst. Tillförseln av syre till lungorna kommer att sluta helt när det omgivande lufttrycket blir lika med detta värde.

På en höjd av cirka 19-20 km sjunker atmosfärstrycket till 47 mm Hg. Konst. Därför, på denna höjd, börjar vatten och interstitiell vätska att koka i människokroppen. Utanför tryckkabinen på dessa höjder inträffar döden nästan omedelbart. Sålunda, ur mänsklig fysiologi, börjar "rymden" redan på en höjd av 15-19 km.

Täta lager av luft - troposfären och stratosfären - skyddar oss från strålningens skadliga effekter. Med tillräcklig sällsynthet av luft, på höjder över 36 km, har joniserande ämnen en intensiv effekt på kroppen. strålning- primära kosmiska strålar; På höjder över 40 km är den ultravioletta delen av solspektrumet farlig för människor.

När vi stiger till en allt större höjd över jordens yta, observeras sådana välbekanta fenomen i de lägre skikten av atmosfären som fortplantningen av ljud, uppkomsten av aerodynamisk hiss och motstånd, värmeöverföring konvektion och så vidare.

I försålda luftlager, distribution ljud visar sig vara omöjligt. Upp till höjder på 60-90 km är det fortfarande möjligt att använda luftmotstånd och lyft för kontrollerad aerodynamisk flygning. Men från höjder på 100-130 km, begrepp som är bekanta för varje pilot nummer M Och ljudbarriär förlora sin mening, det finns en villkorlig Karman Line bortom det börjar sfären av rent ballistisk flygning, som endast kan kontrolleras med hjälp av reaktiva krafter.

På höjder över 100 km saknar atmosfären ytterligare en anmärkningsvärd egenskap - förmågan att absorbera, leda och sända värmeenergi genom konvektion (dvs genom att blanda luft). Det gör att olika delar av utrustningen på den orbitala rymdstationen inte kommer att kunna kylas utifrån på samma sätt som man brukar göra på ett flygplan – med hjälp av luftstrålar och luftradiatorer. På en sådan höjd, som i rymden i allmänhet, är det enda sättet att överföra värme värmestrålning.

Atmosfärisk sammansättning

Sammansättning av torr luft

Jordens atmosfär består huvudsakligen av gaser och olika föroreningar (damm, vattendroppar, iskristaller, havssalter, förbränningsprodukter).

Koncentrationen av gaser som utgör atmosfären är nästan konstant, med undantag för vatten (H 2 O) och koldioxid (CO 2).

Förutom de gaser som anges i tabellen innehåller atmosfären SO 2, NH 3, CO, ozon, kolväten, HCl, HF, par Hg, I 2 och även NEJ och många andra gaser i små mängder. Troposfären innehåller ständigt ett stort antal suspenderade fasta och flytande partiklar ( aerosol).

Atmosfärsbildningens historia

Enligt den vanligaste teorin har jordens atmosfär haft fyra olika sammansättningar över tiden. Till en början bestod den av lätta gaser ( väte Och helium), fångad från det interplanetära rymden. Detta är den så kallade primär atmosfär(för ungefär fyra miljarder år sedan). I nästa steg ledde aktiv vulkanisk aktivitet till att atmosfären mättades med andra gaser än väte (koldioxid, ammoniak, vattenånga). Så här bildades den sekundär atmosfär(cirka tre miljarder år före idag). Denna atmosfär var återställande. Vidare bestämdes processen för atmosfärsbildning av följande faktorer:

läckage av lätta gaser (väte och helium) till interplanetariskt utrymme;

kemiska reaktioner som inträffar i atmosfären under påverkan av ultraviolett strålning, blixtnedslag och några andra faktorer.

Gradvis ledde dessa faktorer till bildandet tertiär atmosfär, kännetecknad av en mycket lägre halt av väte och en mycket högre halt av kväve och koldioxid (bildad som ett resultat av kemiska reaktioner från ammoniak och kolväten).

Kväve

Utbildning stor kvantitet N 2 beror på oxidationen av ammoniak-väteatmosfären av molekylär O 2, som började komma från planetens yta som ett resultat av fotosyntesen, med start för 3 miljarder år sedan. N2 släpps även ut i atmosfären som ett resultat av denitrifiering av nitrater och andra kvävehaltiga föreningar. Kväve oxideras av ozon till NO in övre skikten atmosfär.

Kväve N 2 reagerar endast under specifika förhållanden (till exempel under en blixtladdning). Oxidation av molekylärt kväve med ozon vid elektriska urladdningar används vid industriell produktion av kvävegödselmedel. De kan oxidera det med låg energiförbrukning och omvandla det till en biologiskt aktiv form. cyanobakterier (blågröna alger) och knölbakterier som bildar rhizobial symbios Med baljväxter växter, sk gröngödsel.

Syre

Atmosfärens sammansättning började förändras radikalt med utseendet på jorden levande organismer, som ett resultat fotosyntesåtföljs av frisättning av syre och absorption av koldioxid. Ursprungligen användes syre för oxidation av reducerade föreningar - ammoniak, kolväten, nitrös form körtel som finns i haven etc. I slutet av detta skede började syrehalten i atmosfären att öka. Efter hand bildades en modern atmosfär med oxiderande egenskaper. Eftersom detta orsakade allvarliga och plötsliga förändringar i många processer som inträffade i atmosfär, litosfären Och biosfär, kallades denna händelse Syrekatastrof.

Under Fanerozoikum atmosfärens sammansättning och syrehalt förändrades. De korrelerade främst med hastigheten för avsättning av organiskt sediment. Under perioder av kolackumulering översteg således syrehalten i atmosfären tydligen den moderna nivån.

Koldioxid

Halten av CO 2 i atmosfären beror på vulkanisk aktivitet och kemiska processer i jordens skal, men framför allt - på intensiteten av biosyntes och nedbrytning av organiskt material i biosfär Jorden. Nästan hela planetens nuvarande biomassa (cirka 2,4 × 10 12 ton ) bildas på grund av koldioxid, kväve och vattenånga som finns i den atmosfäriska luften. Begravd i hav, V träsk och i skogar organiskt material förvandlas till kol, olja Och naturgas. (centimeter. Geokemisk kolcykel)

ädelgaser

Källa till inerta gaser - argon, helium Och krypton - vulkanutbrott och sönderfall av radioaktiva grundämnen. Jorden i allmänhet och atmosfären i synnerhet är utarmad på inerta gaser jämfört med rymden. Man tror att orsaken till detta ligger i det kontinuerliga läckaget av gaser till det interplanetära rummet.

Luftförorening

På senare tid har atmosfärens utveckling börjat påverkas av Mänsklig. Resultatet av hans aktiviteter var en konstant betydande ökning av innehållet av koldioxid i atmosfären på grund av förbränning av kolvätebränslen som ackumulerats i tidigare geologiska epoker. Enorma mängder CO 2 förbrukas under fotosyntesen och absorberas av världshaven. Denna gas kommer in i atmosfären på grund av nedbrytningen av karbonatstenar och organiska ämnen av vegetabiliskt och animaliskt ursprung, samt på grund av vulkanism och mänsklig industriell aktivitet. Under de senaste 100 åren har innehållet av CO 2 i atmosfären ökat med 10 %, varav huvuddelen (360 miljarder ton) kommer från bränsleförbränning. Om tillväxttakten för bränsleförbränning fortsätter, kommer mängden CO 2 i atmosfären att fördubblas under de kommande 50 - 60 åren och kan leda till globala klimatförändringar.

Bränsleförbränning är den huvudsakliga källan till förorenande gaser ( CO, NEJ, SÅ 2 ). Svaveldioxid oxideras av atmosfäriskt syre till SÅ 3 i de övre lagren av atmosfären, som i sin tur interagerar med vatten och ammoniakånga, och den resulterande svavelsyra (H 2 SÅ 4 ) Och ammoniumsulfat ((NH 4 ) 2 SÅ 4 ) återvända till jordens yta i form av den sk. surt regn. Användande förbränningsmotorer leder till betydande luftföroreningar med kväveoxider, kolväten och blyföreningar ( tetraetylbly Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Aerosolföroreningar i atmosfären beror på båda naturliga orsaker (vulkanutbrott, damm stormar, överföring av droppar havsvatten och växtpollen, etc.), och mänsklig ekonomisk verksamhet (brytning av malm och byggmaterial, förbränning av bränsle, tillverkning av cement, etc.). Intensiv storskalig utsläpp av partiklar i atmosfären är en av de möjliga orsakerna till klimatförändringar på planeten.

Det gasformiga höljet som omger vår planet Jorden, känt som atmosfären, består av fem huvudlager. Dessa lager har sitt ursprung på planetens yta, från havsnivån (ibland under) och stiger till yttre rymden i följande sekvens:

• Troposfär;
• Stratosfär;
• Mesosfären;
• Termosfär;
• Exosfär.

Diagram över de viktigaste lagren av jordens atmosfär

Mellan vart och ett av dessa fem huvudlager finns övergångszoner som kallas "pauser" där förändringar i lufttemperatur, sammansättning och densitet inträffar. Tillsammans med pauser omfattar jordens atmosfär totalt 9 lager.

Troposfären: där väder uppstår

Av alla atmosfärens lager är troposfären den som vi är mest bekanta med (oavsett om du inser det eller inte), eftersom vi bor på dess botten - planetens yta. Den omsluter jordens yta och sträcker sig uppåt i flera kilometer. Ordet troposfär betyder "klotets förändring". Ett mycket passande namn, eftersom det här lagret är där vårt vardagsväder uppstår.

Från planetens yta stiger troposfären till en höjd av 6 till 20 km. Den nedre tredjedelen av lagret, närmast oss, innehåller 50 % av alla atmosfäriska gaser. Detta är den enda delen av hela atmosfären som andas. På grund av att luften värms upp underifrån av jordytan, som absorberar solens termiska energi, minskar troposfärens temperatur och tryck med ökande höjd.

På toppen finns ett tunt lager som kallas tropopausen, som bara är en buffert mellan troposfären och stratosfären.

Stratosfären: hem för ozon

Stratosfären är nästa lager av atmosfären. Den sträcker sig från 6-20 km till 50 km över jordens yta. Detta är det lager i vilket de flesta kommersiella flygplan flyger och luftballonger färdas.

Här strömmar luften inte upp och ner, utan rör sig parallellt med ytan väldigt snabbt luftströmmar. När du stiger ökar temperaturen, tack vare överflödet av naturligt förekommande ozon (O3), en biprodukt av solstrålning och syre, som har förmågan att absorbera solens skadliga ultravioletta strålar (alla temperaturökningar med höjden i meteorologi är känd som en "inversion").

Eftersom stratosfären har mer varma temperaturer under och svalare ovanför är konvektion (vertikal rörelse av luftmassor) sällsynt i denna del av atmosfären. Faktum är att du kan se en storm som rasar i troposfären från stratosfären eftersom lagret fungerar som ett konvektionslock som hindrar stormmoln från att tränga in.

Efter stratosfären finns det återigen ett buffertlager, denna gång kallad stratopaus.

Mesosfär: mellanatmosfär

Mesosfären ligger cirka 50-80 km från jordens yta. Den övre mesosfären är den kallaste naturliga platsen på jorden, där temperaturen kan sjunka under -143°C.

Termosfär: övre atmosfär

Efter mesosfären och mesopausen kommer termosfären, som ligger mellan 80 och 700 km över planetens yta, och innehåller mindre än 0,01 % av den totala luften i atmosfärshöljet. Temperaturerna här når upp till +2000°C, men på grund av luftens extrema tunnhet och avsaknaden av gasmolekyler för att överföra värme, upplevs dessa höga temperaturer som mycket kalla.

Exosfär: gränsen mellan atmosfären och rymden

På en höjd av cirka 700-10 000 km över jordens yta finns exosfären - atmosfärens ytterkant, som gränsar till rymden. Här kretsar vädersatelliter runt jorden.

Hur är det med jonosfären?

Jonosfären är inte ett separat lager, men i själva verket används termen för att referera till atmosfären mellan 60 och 1000 km höjd. Den omfattar de översta delarna av mesosfären, hela termosfären och en del av exosfären. Jonosfären har fått sitt namn för att i denna del av atmosfären joniseras strålningen från solen när den passerar genom jordens magnetfält vid och. Detta fenomen observeras från marken som norrsken.

jordens ATMOSFÄR(grekisk atmosånga + sphairasfär) - ett gasformigt skal som omger jorden. Atmosfärens massa är cirka 5,15 10 15 Atmosfärens biologiska betydelse är enorm. I atmosfären sker mass- och energiutbyte mellan levande och livlös natur, mellan flora och fauna. Atmosfäriskt kväve absorberas av mikroorganismer; Från koldioxid och vatten, med hjälp av solens energi, syntetiserar växter organiska ämnen och frigör syre. Närvaron av en atmosfär säkerställer bevarandet av vatten på jorden, vilket också är ett viktigt villkor för existensen av levande organismer.

Forskning utförd med geofysiska raketer på hög höjd konstgjorda satelliter Jorden och interplanetära automatiska stationer har fastställt det jordens atmosfär sträcker sig över tusentals kilometer. Atmosfärens gränser är instabila, de påverkas av månens gravitationsfält och trycket från flödet av solstrålar. Ovanför ekvatorn i området för jordens skugga når atmosfären höjder på cirka 10 000 km, och ovanför polerna är dess gränser 3 000 km bort från jordens yta. Större delen av atmosfären (80-90%) är belägen inom höjder på upp till 12-16 km, vilket förklaras av den exponentiella (icke-linjära) karaktären av minskningen av densiteten (rarefaktion) av dess gasformiga miljö när höjden ökar .

Förekomsten av de flesta levande organismer under naturliga förhållanden är möjlig inom ännu smalare gränser av atmosfären, upp till 7-8 km, där det är nödvändigt för den aktiva förekomsten av biologiska processer en kombination av atmosfäriska faktorer som gassammansättning, temperatur, tryck, luftfuktighet. Luftrörelse och jonisering är också av hygienisk betydelse. nederbörd, atmosfärens elektriska tillstånd.

Gassammansättning

Atmosfären är en fysisk blandning av gaser (tabell 1), huvudsakligen kväve och syre (78,08 och 20,95 vol.%). Förhållandet mellan atmosfäriska gaser är nästan detsamma upp till höjder på 80-100 km. Konstansen för huvuddelen av atmosfärens gassammansättning bestäms av den relativa balanseringen av gasutbytesprocesser mellan levande och livlös natur och den kontinuerliga blandningen av luftmassor i horisontella och vertikala riktningar.

Tabell 1. EGENSKAPER FÖR DEN KEMISKA SAMMANSÄTTNINGEN AV TORRA ATMOSFÄRISK LUFT PÅ JORDENS YTA

På höjder över 100 km sker en förändring i andelen enskilda gaser som är associerade med deras diffusa skiktning under påverkan av gravitation och temperatur. Dessutom, under påverkan av kortvågig ultraviolett och röntgenstrålning på en höjd av 100 km eller mer, dissocierar molekyler av syre, kväve och koldioxid till atomer. På höga höjder finns dessa gaser i form av starkt joniserade atomer.

Halten av koldioxid i atmosfären i olika delar av jorden är mindre konstant, vilket delvis beror på den ojämna fördelningen av stora industriföretag som förorenar luften, samt den ojämna fördelningen av vegetation och vattenbassänger på jorden som absorberar koldioxid. Också varierande i atmosfären är innehållet av aerosoler (se) - partiklar suspenderade i luften som varierar i storlek från flera millimikroner till flera tiotals mikron - som bildas som ett resultat av vulkanutbrott, kraftiga konstgjorda explosioner och föroreningar från industriföretag. Koncentrationen av aerosoler minskar snabbt med höjden.

Den mest variabla och viktigaste av atmosfärens variabla komponenter är vattenånga, vars koncentration på jordens yta kan variera från 3% (i tropikerna) till 2 × 10 -10% (i Antarktis). Ju högre lufttemperatur, desto mer fukt kan, allt annat lika, finnas i atmosfären och vice versa. Huvuddelen av vattenångan är koncentrerad i atmosfären till höjder av 8-10 km. Innehållet av vattenånga i atmosfären beror på den kombinerade påverkan av avdunstning, kondensering och horisontell transport. På höga höjder, på grund av minskningen i temperatur och kondensering av ångor, är luften nästan torr.

Jordens atmosfär innehåller, förutom molekylärt och atomärt syre, även små mängder ozon (se), vars koncentration är mycket varierande och varierar beroende på höjd och tid på året. Mest ozon finns i polområdet mot slutet polarnatten på 15-30 km höjd med kraftig minskning upp och ner. Ozon uppstår som ett resultat av den fotokemiska effekten av ultraviolett solstrålning på syre, främst på höjder av 20-50 km. Diatomiska syremolekyler sönderfaller delvis till atomer och förenar oupplösta molekyler och bildar triatomiska ozonmolekyler (en polymer, allotrop form av syre).

Närvaron i atmosfären av en grupp så kallade inerta gaser (helium, neon, argon, krypton, xenon) är förknippad med den kontinuerliga förekomsten av naturliga radioaktiva sönderfallsprocesser.

Gasernas biologiska betydelse atmosfären är mycket bra. För de flesta flercelliga organismer, ett visst innehåll av molekylärt syre i gas eller vattenmiljöär en oumbärlig faktor i deras existens, som under andning bestämmer frisättningen av energi från organiska ämnen som ursprungligen skapades under fotosyntesen. Det är ingen slump att de övre gränserna för biosfären (en del av ytan klot och den nedre delen av atmosfären där liv finns) bestäms av närvaron av tillräckligt med syre. I evolutionsprocessen har organismer anpassat sig till en viss nivå av syre i atmosfären; en förändring av syrehalten, antingen minskande eller ökande, har en negativ effekt (se Höjdsjuka, Hyperoxi, Hypoxi).

Ozonallotropa formen av syre har också en uttalad biologisk effekt. Vid koncentrationer som inte överstiger 0,0001 mg/l, vilket är typiskt för semesterorter och havskuster, har ozon en läkande effekt - det stimulerar andning och kardiovaskulär aktivitet och förbättrar sömnen. Med en ökning av ozonkoncentrationen uppträder dess toxiska effekt: ögonirritation, nekrotisk inflammation i slemhinnorna i luftvägarna, förvärring av lungsjukdomar, autonoma neuroser. I kombination med hemoglobin bildar ozon methemoglobin, vilket leder till störning av blodets andningsfunktion; överföringen av syre från lungorna till vävnaderna blir svår, och kvävning utvecklas. Atomiskt syre har en liknande negativ effekt på kroppen. Ozon spelar en betydande roll för att skapa de termiska regimerna för olika skikt av atmosfären på grund av den extremt starka absorptionen av solstrålning och markstrålning. Ozon absorberar ultravioletta och infraröda strålar mest intensivt. Solstrålar med våglängder mindre än 300 nm absorberas nästan helt av atmosfäriskt ozon. Således är jorden omgiven av en slags "ozonskärm" som skyddar många organismer från de skadliga effekterna av ultraviolett strålning från solen. Kväve i atmosfären är viktigt biologisk betydelse främst som en källa till den s.k. fixerat kväve - en resurs av vegetabilisk (och i slutändan animalisk) mat. Den fysiologiska betydelsen av kväve bestäms av dess deltagande i att skapa den nivå av atmosfärstryck som är nödvändig för livsprocesser. Under vissa förhållanden av tryckförändringar spelar kväve en stor roll i utvecklingen av ett antal störningar i kroppen (se Tryckfallssjuka). Antaganden om att kväve försvagar den toxiska effekten av syre på kroppen och absorberas från atmosfären inte bara av mikroorganismer, utan också av högre djur, är kontroversiella.

Inerta gaser i atmosfären (xenon, krypton, argon, neon, helium) när de skapar normala förhållanden partialtryck kan klassificeras som biologiskt likgiltiga gaser. Med en betydande ökning av partialtrycket har dessa gaser en narkotisk effekt.

Närvaron av koldioxid i atmosfären säkerställer ackumulering av solenergi i biosfären genom fotosyntes av komplexa kolföreningar, som kontinuerligt uppstår, förändras och sönderfaller under livet. Detta dynamiskt system upprätthålls av aktiviteten hos alger och landväxter som fångar energi solljus och använda den för att omvandla koldioxid (se) och vatten till olika organiska föreningar med frigörande av syre. Biosfärens utbredning uppåt begränsas delvis av att på höjder över 6-7 km kan klorofyllhaltiga växter inte leva på grund av det låga partialtrycket av koldioxid. Koldioxid är också mycket aktiv fysiologiskt, eftersom den spelar viktig roll i förordning metaboliska processer, verksamhet i centralen nervsystem, andning, blodcirkulation, syreregimen i kroppen. Denna reglering förmedlas dock av påverkan av koldioxid som produceras av kroppen själv och inte kommer från atmosfären. I vävnader och blod hos djur och människor är koldioxidens partialtryck ungefär 200 gånger högre än dess tryck i atmosfären. Och endast med en signifikant ökning av koldioxidhalten i atmosfären (mer än 0,6-1%) observeras störningar i kroppen, betecknade med termen hyperkapni (se). Fullständig eliminering av koldioxid från inandningsluften kan inte direkt ha en negativ effekt på människokroppen och djuren.

Koldioxid spelar en roll för att absorbera långvågig strålning och upprätthålla "växthuseffekten" som ökar temperaturen på jordens yta. Problemet med påverkan på termiska och andra atmosfäriska förhållanden av koldioxid, som kommer in i luften i enorma mängder som industriavfall, studeras också.

Atmosfärisk vattenånga (luftfuktighet) påverkar också människokroppen, särskilt värmeväxlingen med miljön.

Som ett resultat av kondensering av vattenånga i atmosfären bildas moln och nederbörd (regn, hagel, snö) faller. Vattenånga, som sprider solstrålning, deltar i skapandet av jordens termiska regimen och de lägre skikten av atmosfären och i bildandet av meteorologiska förhållanden.

Atmosfärstryck

Atmosfäriskt tryck (barometriskt) är det tryck som atmosfären utövar under påverkan av gravitationen på jordens yta. Storleken på detta tryck vid varje punkt i atmosfären är lika med vikten av den överliggande luftpelaren med en enda bas, som sträcker sig över mätplatsen till atmosfärens gränser. Atmosfärstrycket mäts med en barometer (cm) och uttrycks i millibar, i newton per kvadratmeter eller kvicksilverkolonnens höjd i barometern i millimeter, reducerad till 0° och normalvärdet för tyngdaccelerationen. I tabell Tabell 2 visar de mest använda måttenheterna för atmosfärstryck.

Förändringen i trycket uppstår på grund av ojämn uppvärmning av luftmassor som ligger ovanför land och vatten i olika geografiska breddgrader. När temperaturen stiger minskar luftens densitet och trycket den skapar. En enorm ansamling av snabbt rörlig luft med lågt tryck (med en minskning av trycket från periferin till mitten av virveln) kallas en cyklon, med högt tryck (med en ökning av trycket mot mitten av virveln) - en anticyklon. För väderprognoser är icke-periodiska förändringar i atmosfärstrycket som sker i rörliga stora massor och är förknippade med uppkomsten, utvecklingen och förstörelsen av anticykloner och cykloner viktiga. Särskilt stora förändringar i atmosfärstryck är förknippade med den snabba rörelsen av tropiska cykloner. I det här fallet kan atmosfärstrycket ändras med 30-40 mbar per dag.

Fallet i atmosfärstryck i millibar över en sträcka av 100 km kallas den horisontella barometriska gradienten. Typiskt är den horisontella barometriska gradienten 1-3 mbar, men i tropiska cykloner ökar den ibland till tiotals millibar per 100 km.

Med ökande höjd minskar atmosfärstrycket logaritmiskt: först mycket kraftigt och sedan mindre och mindre märkbart (fig. 1). Därför förändringskurvan barometertryckär exponentiell till sin natur.

Minskningen av trycket per enhet vertikalt avstånd kallas den vertikala barometriska gradienten. Ofta använder de dess omvända värde - det barometriska stadiet.

Eftersom barometertrycket är summan av partialtrycken för de gaser som bildar luft, är det uppenbart att med en ökning av höjden, tillsammans med en minskning av atmosfärens totala tryck, partialtrycket för de gaser som utgör luften minskar också. Partialtrycket för eventuell gas i atmosfären beräknas med formeln

där P x ​​är gasens partialtryck, P z är atmosfärstrycket på höjden Z, X% är procentandelen gas vars partialtryck ska bestämmas.

Ris. 1. Förändring av barometertryck beroende på höjd över havet.

Ris. 2. Förändringar i syrepartialtrycket i alveolärluften och mättnaden av artärblod med syre beroende på höjdförändringar vid andning av luft och syre. Andning av syre börjar på en höjd av 8,5 km (experimentera i en tryckkammare).

Ris. 3. Jämförande kurvor av medelvärden för aktivt medvetande hos en person i minuter per olika höjder efter en snabb uppgång medan du andas luft (I) och syre (II). På höjder över 15 km försämras det aktiva medvetandet lika mycket när man andas syre och luft. På höjder upp till 15 km förlänger syrgasandningen avsevärt perioden med aktivt medvetande (experiment i en tryckkammare).

Eftersom den procentuella sammansättningen av atmosfäriska gaser är relativt konstant behöver du bara veta det totala barometertrycket på en given höjd för att bestämma partialtrycket för någon gas (fig. 1 och tabell 3).

Tabell 3. TABELL ÖVER STANDARDATMOSFÄR (GOST 4401-64) 1

1 Ges i förkortad form och kompletteras med kolumnen "Syrgas partialtryck".

När man bestämmer partialtrycket för en gas i fuktig luft är det nödvändigt att subtrahera trycket (elasticiteten) från värdet på barometertrycket. mättade ångor.

Formeln för att bestämma gasens partialtryck i fuktig luft kommer att vara något annorlunda än för torr luft:

där pH 2 O är vattenångtrycket. Vid t° 37° är trycket för mättad vattenånga 47 mm Hg. Konst. Detta värde används för att beräkna partialtrycket för alveolära luftgaser i mark- och höghöjdsförhållanden.

Effekten på kroppen av ökad och lågt blodtryck. Förändringar i barometertrycket uppåt eller nedåt har en mängd olika effekter på kroppen hos djur och människor. Effekten av ökat tryck är förknippad med den mekaniska och penetrerande fysiska och kemiska verkan av den gasformiga miljön (de så kallade kompressions- och penetrerande effekterna).

Kompressionseffekten manifesteras av: allmän volymetrisk kompression orsakad av en enhetlig ökning av mekaniska tryckkrafter på organ och vävnader; mekanonarkos orsakad av enhetlig volymetrisk kompression vid mycket högt barometertryck; lokalt ojämnt tryck på vävnader som begränsar gasinnehållande kaviteter när det finns en bruten förbindelse mellan uteluften och luften i kaviteten, till exempel mellanörat, paranasala kaviteter (se Barotrauma); en ökning av gasdensiteten i det externa andningssystemet, vilket orsakar ett ökat motstånd mot andningsrörelser, särskilt vid forcerad andning ( träningsstress hyperkapni).

Den penetrerande effekten kan leda till den toxiska effekten av syre och likgiltiga gaser, en ökning av innehållet i blodet och vävnaderna orsakar en narkotisk reaktion vid användning av en kväve-syreblandning hos människor tryck på 4-8 atm. En ökning av partialtrycket av syre minskar initialt nivån av kardiovaskulära och andningsorganen på grund av att den reglerande inverkan av fysiologisk hypoxemi stängs av. När partialtrycket av syre i lungorna ökar med mer än 0,8-1 ata uppträder dess toxiska effekt (skada på lungvävnad, kramper, kollaps).

De penetrerande och kompressionseffekterna av ökat gastryck används inom klinisk medicin vid behandling av olika sjukdomar med allmän och lokal försämring av syretillförseln (se Baroterapi, Syreterapi).

En minskning av trycket har en ännu mer uttalad effekt på kroppen. Under förhållanden med extremt sällsynt atmosfär är den huvudsakliga patogenetiska faktorn som leder till förlust av medvetande på några sekunder och till döden på 4-5 minuter en minskning av syrepartialtrycket i inandningsluften och sedan i alveolären. luft, blod och vävnader (fig. 2 och 3). Måttlig hypoxi orsakar utvecklingen av adaptiva reaktioner i andningssystemet och hemodynamik, som syftar till att upprätthålla syretillförseln, främst avgörande viktiga organ(hjärna, hjärta). Med en uttalad brist på syre hämmas oxidativa processer (på grund av respiratoriska enzymer), och aeroba processer för energiproduktion i mitokondrier störs. Detta leder först till störningar av vitala organs funktioner och sedan till irreversibla strukturella skador och kroppens död. Utveckling av adaptiva och patologiska reaktioner, förändring funktionellt tillstånd en persons kropp och prestation när atmosfärstrycket minskar bestäms av graden och graden av minskning av partialtrycket av syre i inandningsluften, varaktigheten av vistelsen på höjden, intensiteten av det utförda arbetet och det initiala tillståndet av kroppen (se Höjdsjuka).

En minskning av trycket på höjden (även om syrebrist är utesluten) orsakar allvarliga störningar i kroppen, förenade av begreppet "dekompressionsstörningar", som inkluderar: gasbildning på hög höjd, barotit och barosinusit, tryckfallssjuka på hög höjd och hög höjd -höjd vävnadsemfysem.

Flatulens på hög höjd utvecklas på grund av expansion av gaser i mag-tarmkanalen när barometertrycket minskar med bukväggen vid klättring till höjder på 7-12 km eller mer. Utsläpp av gaser lösta i tarminnehållet är också av viss betydelse.

Expansionen av gaser leder till sträckning av magen och tarmarna, höjning av membranet, förändringar i hjärtats position, irritation av receptorapparaten i dessa organ och förekomsten av patologiska reflexer som försämrar andning och blodcirkulation. Skarp smärta i bukområdet uppstår ofta. Liknande fenomen uppstår ibland bland dykare när de stiger från djupet till ytan.

Mekanismen för utveckling av barotit och barosinusit, manifesterad av en känsla av trängsel respektive smärta i mellanörat eller paranasala håligheter, liknar utvecklingen av gasbildning på hög höjd.

En minskning av trycket, förutom expansionen av gaser som finns i kroppshålorna, orsakar även frigöring av gaser från vätskor och vävnader i vilka de löstes under tryckförhållanden vid havsnivån eller på djupet, och bildandet av gasbubblor i kroppen.

Denna process för frigöring av lösta gaser (främst kväve) orsakar utvecklingen av tryckfallssjuka (se).

Ris. 4. Beroende av vattnets kokpunkt på höjd över havet och barometertryck. Trycksiffrorna är placerade under motsvarande höjdsiffror.

När atmosfärstrycket minskar, sjunker kokpunkten för vätskor (fig. 4). På en höjd av mer än 19 km, där barometertrycket är lika med (eller mindre än) elasticiteten hos mättad ånga vid kroppstemperatur (37°), kan "kokning" av kroppens interstitial- och intercellulära vätska inträffa, vilket resulterar i stora vener, i håligheten i lungsäcken, magen, hjärtsäcken , i lös fettvävnad, det vill säga i områden med lågt hydrostatiskt och interstitiellt tryck, bildas bubblor av vattenånga och vävnadsemfysem på hög höjd utvecklas. "Kokning" på hög höjd påverkar inte cellulära strukturer, eftersom de är lokaliserade endast i den intercellulära vätskan och blodet.

Massiva ångbubblor kan blockera hjärtat och blodcirkulationen och försämra vitala funktioner. viktiga system och organ. Detta är en allvarlig komplikation av akut syresvält som utvecklas på höga höjder. Förebyggande av vävnadsemfysem på hög höjd kan uppnås genom att skapa yttre mottryck på kroppen med hjälp av höghöjdsutrustning.

Processen att sänka barometertrycket (dekompression) under vissa parametrar kan bli en skadlig faktor. Beroende på hastigheten delas dekompression upp i jämn (långsam) och explosiv. Det senare inträffar på mindre än 1 sekund och åtföljs av en kraftig smäll (som när den avfyras) och bildandet av dimma (kondensering av vattenånga på grund av kylning av den expanderande luften). Vanligtvis inträffar explosiv dekompression på höjder när glaset i en tryckkabin eller tryckdräkt går sönder.

Vid explosiv dekompression är lungorna de första som drabbas. En snabb ökning av intrapulmonellt övertryck (med mer än 80 mm Hg) leder till betydande sträckning av lungvävnaden, vilket kan orsaka bristning av lungorna (om de expanderar 2,3 gånger). Explosiv dekompression kan också orsaka skador på mag-tarmkanalen. Mängden övertryck som uppstår i lungorna kommer till stor del att bero på hastigheten för luftexpiration från dem under dekompression och volymen av luft i lungorna. Det är särskilt farligt om de övre luftvägarna är stängda vid tidpunkten för dekompression (vid sväljning, när du håller andan) eller om dekompression sammanfaller med den djupa inandningsfasen när lungorna fylls stor mängd luft.

Atmosfärisk temperatur

Atmosfärens temperatur minskar initialt med ökande höjd (i genomsnitt från 15° vid marken till -56,5° på en höjd av 11-18 km). Den vertikala temperaturgradienten i denna zon av atmosfären är cirka 0,6° för varje 100 m; den förändras under dagen och året (tabell 4).

Tabell 4. FÖRÄNDRINGAR I DEN VERTIKALA TEMPERATURGRADIENTEN ÖVER MELLANBAND I USSR-TERRITORIET

Ris. 5. Ändring i atmosfärstemperatur med olika höjder. Sfärernas gränser indikeras med prickade linjer.

På höjder av 11 - 25 km blir temperaturen konstant och uppgår till -56,5°; då börjar temperaturen stiga och når 30-40° på en höjd av 40 km och 70° på en höjd av 50-60 km (fig. 5), vilket är förknippat med intensiv absorption av solstrålning av ozon. Från en höjd av 60-80 km sjunker lufttemperaturen igen något (till 60°), och ökar sedan successivt och är 270° på en höjd av 120 km, 800° vid 220 km, 1500° på 300 km höjd , och

vid gränsen till yttre rymden - mer än 3000°. Det bör noteras att på grund av den höga sällsyntheten och den låga densiteten av gaser på dessa höjder är deras värmekapacitet och förmåga att värma kallare kroppar mycket obetydlig. Under dessa förhållanden sker värmeöverföring från en kropp till en annan endast genom strålning. Alla övervägda förändringar i temperatur i atmosfären är förknippade med absorptionen av termisk energi från solen av luftmassor - direkt och reflekterad.

I den nedre delen av atmosfären nära jordens yta beror temperaturfördelningen på inflödet av solstrålning och har därför en huvudsakligen latitudinell karaktär, det vill säga linjer med lika temperatur - isotermer - är parallella med breddgraderna. Eftersom atmosfären i de lägre skikten värms upp av jordytan, påverkas den horisontella temperaturförändringen starkt av fördelningen av kontinenter och hav, vars termiska egenskaper är olika. Vanligtvis anger referensböcker temperaturen uppmätt vid nätverket meteorologiska observationer termometer installerad på en höjd av 2 m över markytan. De högsta temperaturerna (upp till 58°C) observeras i Irans öknar och i Sovjetunionen - i södra Turkmenistan (upp till 50°), de lägsta (upp till -87°) i Antarktis och i USSR - i områdena Verkhoyansk och Oymyakon (upp till -68° ). På vintern kan den vertikala temperaturgradienten i vissa fall, istället för 0,6°, överstiga 1° per 100 m eller till och med ta ett negativt värde. Under dagen under den varma årstiden kan det vara lika med många tiotals grader per 100 m. Det finns också en horisontell temperaturgradient, som vanligtvis refereras till ett avstånd på 100 km normalt mot isotermen. Storleken på den horisontella temperaturgradienten är tiondelar av en grad per 100 km, och i frontalzoner kan den överstiga 10° per 100 m.

Människokroppen är kapabel att upprätthålla termisk homeostas (se) inom ett ganska snävt område av fluktuationer i utomhuslufttemperaturen - från 15 till 45°. Betydande skillnader i atmosfärstemperatur nära jorden och på höjder kräver användning av speciella tekniska skyddsmedel för att säkerställa termisk balans mellan människokroppen och yttre miljön vid flygningar på hög höjd och rymd.

Karakteristiska förändringar i atmosfäriska parametrar (temperatur, tryck, kemisk sammansättning, elektriskt tillstånd) gör det möjligt att villkorligt dela upp atmosfären i zoner eller lager. Troposfär- det närmaste lagret till jorden, vars övre gräns sträcker sig upp till 17-18 km vid ekvatorn, upp till 7-8 km vid polerna och upp till 12-16 km vid de mellersta breddgraderna. Troposfären kännetecknas av ett exponentiellt tryckfall, närvaron av en konstant vertikal temperaturgradient, horisontella och vertikala rörelser av luftmassor, betydande förändringar i luftfuktigheten. Troposfären innehåller huvuddelen av atmosfären, såväl som en betydande del av biosfären; Här uppstår alla huvudtyper av moln, luftmassor och fronter bildas, cykloner och anticykloner utvecklas. I troposfären sker, på grund av reflektion av solens strålar av jordens snötäcke och kylning av ytluftlager, en så kallad inversion, det vill säga en ökning av temperaturen i atmosfären från botten till toppen istället för den vanliga minskningen.

Under den varma årstiden förekommer konstant turbulent (oordnad, kaotisk) blandning av luftmassor och värmeöverföring genom luftströmmar (konvektion) i troposfären. Konvektion förstör dimma och minskar damm i det nedre lagret av atmosfären.

Det andra lagret av atmosfären är stratosfär.

Den utgår från troposfären i en smal zon (1-3 km) med konstant temperatur (tropopaus) och sträcker sig till cirka 80 km höjder. En egenskap hos stratosfären är den progressiva tunnheten av luft, extremt hög intensitet av ultraviolett strålning, frånvaron av vattenånga, närvaron av stora mängder ozon och en gradvis ökning av temperaturen. Hög ozonhalt orsakar ett antal optiska fenomen(mirages), orsakar reflektion av ljud och har en betydande inverkan på intensiteten och spektralsammansättningen av elektromagnetisk strålning. I stratosfären finns det konstant blandning av luft, så dess sammansättning liknar troposfärens, även om dess densitet vid stratosfärens övre gränser är extremt låg. De dominerande vindarna i stratosfären är västliga, och i den övre zonen finns en övergång till östliga vindar.

Det tredje lagret av atmosfären är jonosfär, som utgår från stratosfären och sträcker sig till höjder på 600-800 km.

Utmärkande egenskaper hos jonosfären är den extrema sällsyntheten av det gasformiga mediet, den höga koncentrationen av molekylära och atomära joner och fria elektroner, samt värme. Jonosfären påverkar utbredningen av radiovågor, vilket orsakar deras brytning, reflektion och absorption.

Den huvudsakliga källan till jonisering höga skikt Atmosfären är ultraviolett strålning från solen. I det här fallet slås elektroner ut från gasatomer, atomerna förvandlas till positiva joner och de utslagna elektronerna förblir fria eller fångas upp av neutrala molekyler för att bilda negativa joner. Joniseringen av jonosfären påverkas av meteorer, korpuskulär, röntgen- och gammastrålning från solen, såväl som seismiska processer på jorden (jordbävningar, vulkanutbrott, kraftiga explosioner), som genererar akustiska vågor i jonosfären, vilket förbättrar amplituden och hastigheten för svängningar av atmosfäriska partiklar och främjar jonisering av gasmolekyler och atomer (se Aerojonisering).

Elektrisk ledningsförmåga i jonosfären, förknippad med den höga koncentrationen av joner och elektroner, är mycket hög. Den ökade elektriska ledningsförmågan hos jonosfären spelar en viktig roll i reflektionen av radiovågor och förekomsten av norrsken.

Jonosfären är flygområdet för konstgjorda jordsatelliter och interkontinentala ballistiska missiler. För närvarande studerar rymdmedicin de möjliga effekterna av flygförhållanden i denna del av atmosfären på människokroppen.

Det fjärde, yttre lagret av atmosfären - exosfär. Härifrån sprids atmosfäriska gaser ut i rymden på grund av förlust (att övervinna tyngdkrafterna med molekyler). Sedan sker en gradvis övergång från atmosfären till det interplanetära rummet. Exosfären skiljer sig från den senare i närvaro av ett stort antal fria elektroner, som bildar jordens andra och tredje strålningsbälten.

Uppdelningen av atmosfären i 4 lager är mycket godtycklig. Således, enligt elektriska parametrar, är hela atmosfärens tjocklek uppdelad i 2 lager: neutronosfären, där neutrala partiklar dominerar, och jonosfären. Baserat på temperatur särskiljs troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären, åtskilda av tropopaus, stratosfär respektive mesopaus. Atmosfärens lager som ligger mellan 15 och 70 km och kännetecknas av en hög ozonhalt kallas ozonosfären.

För praktiska ändamål är det bekvämt att använda International Standard Atmosphere (MCA), för vilken följande villkor accepteras: trycket vid havsnivån vid t° 15° är lika med 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2, eller 760 mm) Hg); temperaturen minskar med 6,5° per 1 km till en nivå av 11 km (villkorlig stratosfär), och förblir sedan konstant. I Sovjetunionen antogs standardatmosfären GOST 4401 - 64 (tabell 3).

Nederbörd. Eftersom huvuddelen av atmosfärisk vattenånga är koncentrerad i troposfären, sker de processer av fasövergångar av vatten som orsakar nederbörd övervägande i troposfären. Troposfäriska moln täcker vanligtvis cirka 50 % av hela jordens yta, medan moln i stratosfären (på höjder av 20-30 km) och nära mesopausen, kallade pärlemorskimrande respektive nattlysande, observeras relativt sällan. Som ett resultat av kondensering av vattenånga i troposfären bildas moln och nederbörd sker.

Baserat på nederbörden är nederbörden indelad i tre typer: kraftig, skyfall och duggregn. Mängden nederbörd bestäms av tjockleken på lagret av nedfallen vatten i millimeter; Nederbörden mäts med hjälp av regnmätare och nederbördsmätare. Nederbördsintensiteten uttrycks i millimeter per minut.

Fördelningen av nederbörd i enskilda årstider och dagar, såväl som över territoriet, är extremt ojämn, vilket beror på atmosfärisk cirkulation och påverkan av jordens yta. På Hawaiiöarna faller alltså i genomsnitt 12 000 mm per år, och i de torraste områdena i Peru och Sahara överstiger nederbörden inte 250 mm och faller ibland inte på flera år. I nederbördsdynamikens årliga dynamik särskiljs följande typer: ekvatorial - med maximal nederbörd efter vår- och höstdagjämningen; tropisk - med maximal nederbörd på sommaren; monsun - med en mycket uttalad topp på sommaren och torr vinter; subtropisk - med maximal nederbörd på vintern och torr sommar; kontinentala tempererade breddgrader - med maximal nederbörd på sommaren; maritima tempererade breddgrader - med maximal nederbörd på vintern.

Hela det atmosfäriskt-fysiska komplexet av klimat- och meteorologiska faktorer som utgör vädret används i stor utsträckning för att förbättra hälsan, härda och medicinska ändamål(se Klimatterapi). Tillsammans med detta har det fastställts att skarpa fluktuationer i dessa atmosfäriska faktorer negativt kan påverka fysiologiska processer i kroppen, vilket orsakar utvecklingen av olika patologiska tillstånd och förvärring av sjukdomar som kallas meteotropa reaktioner (se Klimatpatologi). Av särskild betydelse i detta avseende är frekventa långvariga atmosfäriska störningar och skarpa abrupta fluktuationer i meteorologiska faktorer.

Meteotropa reaktioner observeras oftare hos personer som lider av sjukdomar av det kardiovaskulära systemet, polyartrit, bronkial astma, magsår, hudsjukdomar.

Bibliografi: Belinsky V. A. och Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfären och dess resurser, red. V.A. Kovdy, M., 1971; Danilov A.D. Chemistry of the ionosphere, Leningrad, 1967; Kolobkov N.V. Atmosphere and its life, M., 1968; Kalitin N.H. Grunderna för atmosfärsfysik tillämpad på medicin, Leningrad, 1935; Matveev L. T. Fundamentals of general meteorology, Atmospheric Physics, Leningrad, 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionisering av luft och dess hygieniska betydelse, M., 1963, bibliogr.; aka, Methods of hygienic research, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P.N. Meteorologikurs, L., 1962; Umansky S.P. Man in Space, M., 1970; Khvostikov I. A. Höga lager av atmosfären, Leningrad, 1964; X r g i a n A. X. Atmosfärens fysik, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologi och klimatologi för geografiska fakulteter, Leningrad, 1968.

Effekten av högt och lågt blodtryck på kroppen- Armstrong G. Aviation Medicine, övers. från engelska, M., 1954, bibliogr.; Zaltsman G.L. Fysiologiska grunder för en persons vistelse i förhållanden med högt tryck av miljögaser, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D.I och Khromushkin A.I. Mänskliga livsuppehållande system under flygningar på hög höjd, M., 1968, bibliogr. Isakov P.K et al. Theory and practice of aviation medicine, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. och Chernyakov I. N. Vävnadssyre under extrema faktorer flight, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Undervattensmedicin, övers. från English, M., 1971, bibliogr.; Busby D. E. Space clinical medicine, Dordrecht, 1968.

I. N. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.

Utrymmet är fyllt med energi. Energi fyller utrymmet ojämnt. Det finns platser för dess koncentration och urladdning. På så sätt kan du uppskatta densiteten. Planeten är ett ordnat system, med en maximal densitet av materia i centrum och en gradvis minskning av koncentrationen mot periferin. Interaktionskrafter bestämmer materiens tillstånd, i vilken form den existerar. Fysik beskriver det aggregerade tillståndet för ämnen: fast, flytande, gas och så vidare.

Atmosfären är den gasformiga miljön som omger planeten. Jordens atmosfär tillåter fri rörlighet och låter ljus passera igenom, vilket skapar utrymme där livet frodas.

Området från jordens yta till en höjd av cirka 16 kilometer (från ekvatorn till polerna är ett mindre värde, beror också på årstid) kallas troposfären. Troposfären är ett skikt i vilket cirka 80 % av all atmosfärisk luft och nästan all vattenånga är koncentrerad. Det är här de processer som formar vädret äger rum. Tryck och temperatur faller med höjden. Anledningen till minskningen av lufttemperaturen är en adiabatisk process under expansion, gasen kyls. U övre gräns i troposfären kan värden nå -50, -60 grader Celsius.

Därefter kommer Stratosfären. Den sträcker sig upp till 50 kilometer. I detta skikt av atmosfären ökar temperaturen med höjden och får ett värde vid topppunkten på cirka 0 C. Temperaturökningen orsakas av processen för absorption av ultravioletta strålar av ozonskiktet. Strålning orsakar en kemisk reaktion. Syremolekyler bryts ner till enskilda atomer, som kan kombineras med normala syremolekyler för att bilda ozon.

Strålning från solen med våglängder mellan 10 och 400 nanometer klassas som ultraviolett. Ju kortare våglängd UV-strålning har, desto större fara är den för levande organismer. Endast en liten del av strålningen når jordens yta och den mindre aktiva delen av dess spektrum. Denna egenskap av naturen tillåter en person att få en hälsosam solbränna.

Nästa lager av atmosfären kallas mesosfären. Gränser från cirka 50 km till 85 km. I mesosfären är koncentrationen av ozon, som kan fånga UV-energi, låg, så temperaturen börjar återigen sjunka med höjden. Vid topppunkten sjunker temperaturen till -90 C, vissa källor indikerar ett värde på -130 C. De flesta meteoroider brinner upp i detta skikt av atmosfären.

Atmosfärens skikt, som sträcker sig från en höjd av 85 km till ett avstånd av 600 km från jorden, kallas termosfären. Termosfären är den första som möter solstrålning, inklusive den så kallade vakuum-ultravioletta.

Vakuum UV fördröjt luftmiljö, och därigenom värmer detta lager av atmosfären till enorma temperaturer. Men eftersom trycket här är extremt lågt har denna till synes heta gas inte samma effekt på föremål som under förhållanden på jordens yta. Tvärtom kommer föremål som placeras i en sådan miljö att svalna.

På en höjd av 100 km passerar den konventionella linjen "Karman-linjen", som anses vara början på rymden.

Uppstår i termosfären norrsken. I detta lager av atmosfären interagerar solvinden med planetens magnetfält.

Det sista lagret av atmosfären är exosfären, ett yttre skal som sträcker sig över tusentals kilometer. Exosfären är praktiskt taget en tom plats, men antalet atomer som vandrar här är en storleksordning större än i det interplanetära rummet.

En man andas luft. Normalt tryck– 760 millimeter kvicksilver. På en höjd av 10 000 m är trycket cirka 200 mm. rt. Konst.

På en sådan höjd kan en person förmodligen andas, åtminstone under en kort stund, men detta kräver förberedelser. Staten kommer helt klart att vara inoperabel. Gassammansättning