Svi koji su letjeli avionom navikli su na ovakvu poruku: "naš let je na visini od 10.000 m, temperatura iznad palube je 50°C." Čini se ništa posebno. Što je dalje od površine Zemlje koju grije Sunce, to je hladnije. Mnogi ljudi misle da opadanje temperature sa visinom ide kontinuirano i postepeno temperatura opada, približavajući se temperaturi prostora. Inače, naučnici su tako mislili sve do kraja 19. veka.
Pogledajmo pobliže raspodjelu temperature zraka na Zemlji. Atmosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, koji prvenstveno odražavaju prirodu promjena temperature.
Donji sloj atmosfere se naziva troposfera, što znači "sfera rotacije". Sve promjene vremena i klime su rezultat fizičkih procesa koji se odvijaju upravo u ovom sloju. Gornja granica ovog sloja se nalazi gdje se smanjenje temperature sa visinom zamjenjuje njenim povećanjem - otprilike na nadmorskoj visini od 15-16 km iznad ekvatora i 7-8 km iznad polova.Kao i sama Zemlja, atmosfera je pod uticajem rotacije naše planete takođe donekle spljoštena iznad polova i nadima se nad ekvatorom. ovaj efekat je mnogo jači u atmosferi nego u čvrstom omotaču Zemlje.U pravcu od površine Zemlje ka gornjoj granici troposfere temperatura vazduha opada.Iznad ekvatora minimalna temperatura vazduha je oko -62° C, a iznad polova oko -45°C. U umjerenim geografskim širinama više od 75% mase atmosfere nalazi se u troposferi.U tropima, oko 90% je unutar masa troposfere atmosfere.
Godine 1899. pronađen je minimum u vertikalnom temperaturnom profilu na određenoj nadmorskoj visini, a zatim je temperatura blago porasla. Početak ovog povećanja znači prelazak na sljedeći sloj atmosfere - na stratosfera, što znači "slojna sfera". Termin stratosfera označava i odražava nekadašnju ideju jedinstvenosti sloja koji leži iznad troposfere. Stratosfera se prostire do visine od oko 50 km iznad površine Zemlje. Njena karakteristika je , posebno, nagli porast temperature zraka.Ovo povećanje temperature se objašnjava reakcijom stvaranja ozona - jedne od glavnih kemijskih reakcija koje se odvijaju u atmosferi.
Najveći dio ozona koncentrisan je na visinama od oko 25 km, ali općenito ozonski omotač je školjka koja je jako rastegnuta po visini, koja pokriva gotovo cijelu stratosferu. Interakcija kiseonika sa ultraljubičastim zracima jedan je od povoljnih procesa u zemljinoj atmosferi koji doprinose održavanju života na Zemlji. Apsorpcija ove energije ozonom onemogućava njeno prekomjerno oticanje na površinu zemlje, gdje se stvara upravo takav nivo energije koji je pogodan za postojanje zemaljskih oblika života. Ozonosfera apsorbira dio energije zračenja koja prolazi kroz atmosferu. Kao rezultat, u ozonosferi se uspostavlja vertikalni gradijent temperature vazduha od približno 0,62 °C na 100 m, odnosno temperatura raste sa visinom do gornje granice stratosfere - stratopauze (50 km), dostižući, prema neki podaci, 0°C.
Na visinama od 50 do 80 km nalazi se sloj atmosfere tzv mezosfera. Riječ "mezosfera" znači "srednja sfera", ovdje temperatura zraka nastavlja opadati s visinom. Iznad mezosfere, u sloju tzv termosfera, temperatura ponovo raste sa visinom do oko 1000°C, a zatim vrlo brzo pada na -96°C. Međutim, ne pada u nedogled, onda temperatura ponovo raste.
Termosfera je prvi sloj jonosfera. Za razliku od prethodno navedenih slojeva, jonosfera se ne razlikuje po temperaturi. Jonosfera je područje električne prirode koje omogućava mnoge vrste radio komunikacija. Jonosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, označavajući ih slovima D, E, F1 i F2. Ovi slojevi također imaju posebna imena. Podjela na slojeve uzrokovana je više razloga, među kojima je najvažniji nejednak utjecaj slojeva na prolazak radio valova. Najniži sloj, D, uglavnom apsorbuje radio talase i na taj način sprečava njihovo dalje širenje. Najbolje proučavan sloj E nalazi se na nadmorskoj visini od oko 100 km iznad površine zemlje. Naziva se i Kennelly-Heaviside sloj po imenima američkih i engleskih naučnika koji su ga istovremeno i nezavisno otkrili. Sloj E, poput ogromnog ogledala, reflektuje radio talase. Zahvaljujući ovom sloju, dugi radio talasi putuju dalje udaljenosti nego što bi se očekivalo da se šire samo pravolinijski, a da se ne reflektuju od sloja E. F sloj takođe ima slična svojstva. Naziva se i Appletonov sloj. Zajedno sa slojem Kennelly-Heaviside, reflektuje radio talase do zemaljskih radio stanica.Takva refleksija se može desiti pod različitim uglovima. Appletonov sloj se nalazi na nadmorskoj visini od oko 240 km.
Najudaljeniji dio atmosfere, drugi sloj jonosfere, često se naziva egzosfera. Ovaj izraz ukazuje na postojanje periferije svemira u blizini Zemlje. Teško je tačno odrediti gdje završava atmosfera i počinje prostor, budući da se gustoća atmosferskih plinova postepeno smanjuje s visinom, a sama atmosfera postepeno se pretvara u gotovo vakuum, u kojem se susreću samo pojedinačni molekuli. Već na visini od oko 320 km, gustina atmosfere je toliko niska da molekuli mogu putovati više od 1 km bez sudara. Kao njena gornja granica služi najudaljeniji dio atmosfere, koji se nalazi na visinama od 480 do 960 km.
Više informacija o procesima u atmosferi možete pronaći na web stranici "Klima Zemlje"
Atmosfera je plinovita ljuska naše planete koja rotira sa Zemljom. Gas u atmosferi naziva se vazduh. Atmosfera je u kontaktu sa hidrosferom i delimično prekriva litosferu. Ali teško je odrediti gornje granice. Uobičajeno se pretpostavlja da se atmosfera prostire naviše za oko tri hiljade kilometara. Tamo glatko teče u bezvazdušni prostor.
Hemijski sastav Zemljine atmosfere
Formiranje hemijskog sastava atmosfere počelo je prije oko četiri milijarde godina. U početku se atmosfera sastojala samo od lakih gasova - helijuma i vodonika. Prema naučnicima, početni preduslovi za stvaranje gasne ljuske oko Zemlje bile su vulkanske erupcije, koje su, zajedno sa lavom, ispuštale ogromnu količinu gasova. Nakon toga je počela izmjena plinova s vodenim prostorima, sa živim organizmima, s proizvodima njihove aktivnosti. Sastav vazduha se postepeno menjao i u svom današnjem obliku fiksiran je pre nekoliko miliona godina.
Glavne komponente atmosfere su azot (oko 79%) i kiseonik (20%). Preostali postotak (1%) čine sljedeći plinovi: argon, neon, helij, metan, ugljični dioksid, vodik, kripton, ksenon, ozon, amonijak, sumpor-dioksid i dušik, dušikov oksid i ugljični monoksid, uključeni u ovaj jedan posto.
Osim toga, zrak sadrži vodenu paru i čestice (pelud biljaka, prašinu, kristale soli, aerosolne nečistoće).
Nedavno su naučnici primijetili ne kvalitativnu, već kvantitativnu promjenu nekih sastojaka zraka. A razlog tome je osoba i njena aktivnost. Samo u posljednjih 100 godina sadržaj ugljičnog dioksida se značajno povećao! Ovo je ispunjeno mnogim problemima, od kojih su najglobalniji klimatske promjene.
Formiranje vremena i klime
Atmosfera igra vitalnu ulogu u oblikovanju klime i vremena na Zemlji. Mnogo toga zavisi od količine sunčeve svetlosti, od prirode donje površine i atmosferske cirkulacije.
Pogledajmo faktore redom.
1. Atmosfera prenosi toplotu sunčevih zraka i upija štetno zračenje. Stari Grci su znali da sunčevi zraci padaju na različite dijelove Zemlje pod različitim uglovima. Sama riječ "klima" u prijevodu sa starogrčkog znači "kosina". Dakle, na ekvatoru, sunčevi zraci padaju gotovo okomito, jer je ovdje jako vruće. Što je bliže polovima, veći je ugao nagiba. I temperatura pada.
2. Zbog neravnomjernog zagrijavanja Zemlje u atmosferi nastaju vazdušne struje. Klasificiraju se prema veličini. Najmanji (desetine i stotine metara) su lokalni vjetrovi. Zatim slijede monsuni i pasati, cikloni i anticikloni, planetarne frontalne zone.
Sve ove vazdušne mase se stalno kreću. Neki od njih su prilično statični. Na primjer, pasati koji duvaju iz subtropskih područja prema ekvatoru. Kretanje drugih uvelike zavisi od atmosferskog pritiska.
3. Atmosferski pritisak je još jedan faktor koji utiče na formiranje klime. Ovo je pritisak vazduha na površini zemlje. Kao što znate, vazdušne mase se kreću iz oblasti sa visokim atmosferskim pritiskom ka oblasti gde je taj pritisak niži.
Ukupno ima 7 zona. Ekvator je zona niskog pritiska. Dalje, s obje strane ekvatora do tridesetih geografskih širina - područje visokog pritiska. Od 30° do 60° - opet nizak pritisak. A od 60° do polova - zona visokog pritiska. Vazdušne mase kruže između ovih zona. Oni koji idu s mora na kopno donose kišu i loše vrijeme, a oni koji pušu s kontinenata donose vedro i suho vrijeme. Na mjestima gdje se zračne struje sudaraju formiraju se atmosferske frontalne zone koje karakteriziraju padavine i nepogodno, vjetrovito vrijeme.
Naučnici su dokazali da čak i dobrobit osobe zavisi od atmosferskog pritiska. Prema međunarodnim standardima, normalni atmosferski pritisak je 760 mm Hg. kolona na 0°C. Ova brojka je izračunata za one površine kopna koje su skoro u ravni sa nivoom mora. Pritisak opada sa visinom. Stoga, na primjer, za Sankt Peterburg 760 mm Hg. - je norma. Ali za Moskvu, koja se nalazi više, normalan pritisak je 748 mm Hg.
Pritisak se mijenja ne samo okomito, već i horizontalno. To se posebno osjeća prilikom prolaska ciklona.
Struktura atmosfere
Atmosfera je poput kolača. I svaki sloj ima svoje karakteristike.
. Troposfera je sloj najbliži Zemlji. "Debljina" ovog sloja se mijenja kako se udaljavate od ekvatora. Iznad ekvatora sloj se proteže prema gore za 16-18 km, u umjerenim zonama - za 10-12 km, na polovima - za 8-10 km.
Ovdje se nalazi 80% ukupne mase zraka i 90% vodene pare. Ovdje nastaju oblaci, nastaju cikloni i anticikloni. Temperatura zraka ovisi o nadmorskoj visini područja. U prosjeku, padne za 0,65°C na svakih 100 metara.
. tropopauza- prelazni sloj atmosfere. Njegova visina je od nekoliko stotina metara do 1-2 km. Temperatura zraka ljeti je viša nego zimi. Tako, na primjer, preko polova zimi -65 °C. A iznad ekvatora u bilo koje doba godine je -70 °C.
. Stratosfera- ovo je sloj čija gornja granica ide na nadmorskoj visini od 50-55 kilometara. Turbulencija je ovdje niska, sadržaj vodene pare u zraku je zanemarljiv. Ali puno ozona. Maksimalna koncentracija mu je na nadmorskoj visini od 20-25 km. U stratosferi temperatura zraka počinje rasti i dostiže +0,8 ° C. To je zbog činjenice da ozonski omotač stupa u interakciju s ultraljubičastim zračenjem.
. Stratopauza- niski međusloj između stratosfere i mezosfere koja ga prati.
. mezosfera- gornja granica ovog sloja je 80-85 kilometara. Ovdje se odvijaju složeni fotohemijski procesi koji uključuju slobodne radikale. Upravo oni daju onaj nježni plavi sjaj naše planete, koji se vidi iz svemira.
Većina kometa i meteorita sagorijeva u mezosferi.
. Mesopauza- sljedeći srednji sloj, temperatura zraka u kojem je najmanje -90 °.
. Termosfera- donja granica počinje na nadmorskoj visini od 80 - 90 km, a gornja granica sloja prolazi otprilike na oznaci od 800 km. Temperatura vazduha raste. Može da varira od +500° C do +1000° C. Tokom dana, temperaturne fluktuacije iznose stotine stepeni! Ali zrak je ovdje toliko razrijeđen da razumijevanje pojma "temperatura" kako ga zamišljamo nije prikladno ovdje.
. Ionosfera- objedinjuje mezosferu, mezopauzu i termosferu. Vazduh se ovde sastoji uglavnom od molekula kiseonika i azota, kao i od kvazi-neutralne plazme. Sunčeve zrake, padajući u jonosferu, snažno joniziraju molekule zraka. U donjem sloju (do 90 km) stepen jonizacije je nizak. Što je veća, to je veća jonizacija. Dakle, na visini od 100-110 km, elektroni su koncentrisani. Ovo doprinosi refleksiji kratkih i srednjih radio talasa.
Najvažniji sloj jonosfere je gornji, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 150-400 km. Njegova posebnost je da reflektuje radio talase, a to doprinosi prenosu radio signala na velike udaljenosti.
U jonosferi se javlja takav fenomen kao što je aurora.
. Egzosfera- sastoji se od atoma kiseonika, helijuma i vodonika. Gas u ovom sloju je vrlo razrijeđen i često atomi vodonika izlaze u svemir. Stoga se ovaj sloj naziva "zonom raspršivanja".
Prvi naučnik koji je sugerisao da naša atmosfera ima težinu bio je Italijan E. Torricelli. Ostap Bender je, na primer, u romanu "Zlatno tele" žalio da je svaku osobu pritisnuo vazdušni stub težak 14 kg! Ali veliki strateg se malo prevario. Odrasla osoba doživljava pritisak od 13-15 tona! Ali mi ne osjećamo tu težinu, jer je atmosferski pritisak uravnotežen unutrašnjim pritiskom osobe. Težina naše atmosfere je 5.300.000.000.000.000.000 tona. Brojka je kolosalna, iako je samo milioniti dio težine naše planete.
Stratosfera je jedan od gornjih slojeva zračne ljuske naše planete. Počinje na nadmorskoj visini od oko 11 km iznad tla. Ovdje više ne lete putnički avioni i rijetko se stvaraju oblaci. Ozon se nalazi u stratosferi - tankoj ljusci koja štiti planetu od prodora štetnog ultraljubičastog zračenja.
Vazdušna školjka planete
Atmosfera je plinoviti omotač Zemlje, uz unutrašnju površinu hidrosfere i zemljine kore. Njegova vanjska granica postepeno prelazi u svemir. Sastav atmosfere uključuje plinove: dušik, kisik, argon, ugljični dioksid i tako dalje, kao i nečistoće u obliku prašine, kapi vode, kristala leda, produkata izgaranja. Omjer glavnih elemenata zračne školjke održava se konstantnim. Izuzetak su ugljični dioksid i voda - njihova količina u atmosferi se često mijenja.
Slojevi gasnog omotača
Atmosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, smještenih jedan iznad drugog i koji imaju karakteristike u sastavu:
granični sloj - direktno uz površinu planete, proteže se do visine od 1-2 km;
troposfera - drugi sloj, vanjska granica se nalazi u prosjeku na nadmorskoj visini od 11 km, ovdje je koncentrirana gotovo sva vodena para atmosfere, nastaju oblaci, nastaju cikloni i anticikloni, kako se visina povećava, temperatura raste;
tropopauza - prijelazni sloj, karakteriziran prestankom pada temperature;
stratosfera je sloj koji se proteže do visine od 50 km i podijeljen je u tri zone: od 11 do 25 km temperatura se lagano mijenja, od 25 do 40 - temperatura raste, od 40 do 50 - temperatura ostaje konstantna ( stratopauza);
mezosfera se proteže do visine do 80-90 km;
termosfera doseže 700-800 km nadmorske visine, ovdje na visini od 100 km postoji Karmanova linija, koja se uzima kao granica između Zemljine atmosfere i svemira;
Egzosfera se naziva i zona raspršivanja, ovdje dosta gubi čestice materije i one odlete u svemir.
Temperaturne promjene u stratosferi
Dakle, stratosfera je dio plinovitog omotača planete koji slijedi troposferu. Ovde temperatura vazduha, koja je konstantna tokom tropopauze, počinje da se menja. Visina stratosfere je oko 40 km. Donja granica je 11 km nadmorske visine. Počevši od ove oznake, temperatura prolazi kroz male promjene. Na visini od 25 km indeks grijanja počinje polako rasti. Do oznake od 40 km nadmorske visine temperatura raste od -56,5º do +0,8ºS. Dalje, ostaje blizu nula stepeni do visine od 50-55 km. Zona između 40 i 55 kilometara naziva se stratopauza, jer se ovdje temperatura ne mijenja. To je prelazna zona iz stratosfere u mezosferu.
Karakteristike stratosfere
Zemljina stratosfera sadrži oko 20% mase cijele atmosfere. Vazduh je ovde toliko razređen da je nemoguće da čovek ostane bez specijalnog skafandera. Ova činjenica je jedan od razloga zašto su se letovi u stratosferu počeli obavljati tek relativno nedavno.
Još jedna karakteristika gasnog omotača planete na visini od 11-50 km je vrlo mala količina vodene pare. Iz tog razloga, oblaci se gotovo nikada ne formiraju u stratosferi. Za njih jednostavno nema građevinskog materijala. Međutim, rijetko je moguće promatrati takozvane sedefne oblake, koji "kraše" stratosferu (fotografija je prikazana ispod) na nadmorskoj visini od 20-30 km. Tanke, kao da se svjetleće formacije iznutra mogu promatrati nakon zalaska sunca ili prije izlaska sunca. Oblik sedefnih oblaka je sličan cirusu ili cirokumulusu.
Zemljin ozonski omotač
Glavna karakteristika stratosfere je maksimalna koncentracija ozona u cijeloj atmosferi. Nastaje pod uticajem sunčeve svetlosti i štiti sav život na planeti od njihovog razornog zračenja. Ozonski omotač Zemlje nalazi se na nadmorskoj visini od 20-25 km. Molekuli O 3 su raspoređeni po cijeloj stratosferi i čak postoje blizu površine planete, ali njihova najveća koncentracija se uočava na ovom nivou.
Treba napomenuti da je ozonski omotač Zemlje svega 3-4 mm. To će biti njegova debljina ako se čestice ovog gasa stave u uslove normalnog pritiska, na primer, blizu površine planete. Ozon nastaje kao rezultat razgradnje molekule kisika pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja na dva atoma. Jedan od njih se kombinira s "punopravnim" molekulom i nastaje ozon - O 3.
Dangerous Defender
Dakle, danas je stratosfera istraženiji sloj atmosfere nego početkom prošlog stoljeća. Međutim, budućnost ozonskog omotača, bez kojeg život na Zemlji ne bi nastao, još uvijek nije sasvim jasna. Dok zemlje smanjuju proizvodnju freona, neki naučnici kažu da to neće donijeti veliku korist, barem takvim tempom, dok drugi kažu da to uopće nije potrebno, jer većina štetnih tvari nastaje prirodnim putem. Ko je u pravu pokazaće vreme.
Zajedno sa Zemljom rotira se i plinovita ljuska naše planete, koja se zove atmosfera. Procesi koji se u njemu odvijaju određuju vrijeme na našoj planeti, to je i atmosfera koja štiti životinjski i biljni svijet od štetnog djelovanja ultraljubičastih zraka, osigurava optimalnu temperaturu itd. , nije tako lako odrediti, a evo i zašto.
Atmosfera Zemlje km
Atmosfera je gasoviti prostor. Njegova gornja granica nije jasno izražena, budući da se plinovi, što su veći, razrjeđuju i postepeno prelaze u svemir. Ako govorimo o približnom prečniku Zemljine atmosfere, onda naučnici nazivaju cifru oko 2-3 hiljade kilometara.
Zemljina atmosfera je od četiri sloja, koji takođe glatko prelaze iz jednog u drugi. Ovo:
- troposfera;
- stratosfera;
- mezosfera;
- jonosfera (termosfera).
Inače, zanimljiva činjenica: planeta Zemlja bez atmosfere bila bi tiha kao i mjesec, jer je zvuk vibracija čestica zraka. A to što je nebo plavo svjetlo objašnjava se specifičnostima raspadanja sunčevih zraka koji prolaze kroz atmosferu.
Karakteristike svakog sloja atmosfere
Debljina troposfere je od osam do deset kilometara (u umjerenim geografskim širinama - do 12, a iznad ekvatora - do 18 kilometara). Vazduh u ovom sloju se zagreva kopnom i vodom, pa što više radijus Zemljine atmosfere, što je niža temperatura. Ovdje je koncentrisano 80 posto ukupne mase atmosfere i koncentrisana je vodena para, formiraju se grmljavine, oluje, oblaci, padavine, zrak se kreće u vertikalnom i horizontalnom smjeru.
Stratosfera se nalazi od troposfere na nadmorskoj visini od osam do 50 kilometara. Zrak je ovdje razrijeđen, pa se sunčevi zraci ne rasipaju, a boja neba postaje ljubičasta. Ovaj sloj apsorbira ultraljubičasto zračenje zbog ozona.
Mezosfera se nalazi još više - na nadmorskoj visini od 50-80 kilometara. Ovdje se već nebo čini crno, a temperatura sloja je i do minus devedeset stepeni. Slijedi termosfera, ovdje temperatura već naglo raste i onda se zaustavlja na visini od 600 km na oko 240 stepeni.
Najređi sloj je jonosfera, odlikuje se visokom naelektrizacijom, a takođe reflektuje radio talase različitih dužina, poput ogledala. Ovdje se formira sjeverno svjetlo.
Ažurirano: 31. marta 2016. od: Anna Volosovets
ATMOSFERA ZEMLJE(grčki atmos para + sphaira lopta) - plinovita ljuska koja okružuje Zemlju. Masa atmosfere je oko 5,15·10 15 Biološki značaj atmosfere je ogroman. U atmosferi dolazi do razmene mase i energije između žive i nežive prirode, između flore i faune. Mikroorganizmi asimiliraju atmosferski dušik; biljke sintetiziraju organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode zahvaljujući sunčevoj energiji i oslobađaju kisik. Prisustvo atmosfere osigurava očuvanje vode na Zemlji, što je takođe važan uslov za postojanje živih organizama.
Studije sprovedene uz pomoć visinskih geofizičkih raketa, veštačkih zemaljskih satelita i međuplanetarnih automatskih stanica utvrdile su da se Zemljina atmosfera prostire na hiljade kilometara. Granice atmosfere su nestabilne, na njih utiču gravitaciono polje meseca i pritisak toka sunčeve svetlosti. Iznad ekvatora, u oblasti zemljine senke, atmosfera dostiže visinu od oko 10.000 km, a iznad polova njene granice su 3.000 km od zemljine površine. Glavna masa atmosfere (80-90%) nalazi se na visinama do 12-16 km, što se objašnjava eksponencijalnom (nelinearnom) prirodom smanjenja gustine (razrjeđivanja) njenog plinovitog medija kao visina iznad nivoa mora se povećava.
Postojanje većine živih organizama u prirodnim uslovima moguće je u još užim granicama atmosfere, do 7-8 km, gde je kombinacija atmosferskih faktora kao što su sastav gasa, temperatura, pritisak i vlažnost, neophodnih za aktivan tok atmosfere. odvijaju se biološki procesi. Higijenski značaj imaju i kretanje i jonizacija vazduha, atmosferske padavine i električno stanje atmosfere.
Sastav gasa
Atmosfera je fizička mješavina plinova (tabela 1), uglavnom dušika i kisika (78,08 i 20,95 vol. %). Odnos atmosferskih gasova je skoro isti do visina od 80-100 km. Konstantnost glavnog dijela gasnog sastava atmosfere posljedica je relativnog balansiranja procesa izmjene plinova između žive i nežive prirode i kontinuiranog miješanja zračnih masa u horizontalnom i vertikalnom smjeru.
Tabela 1. KARAKTERISTIKE HEMIJSKOG SASTAVA SUVOG ATMOSFERSKOG ZRAKA U BLIZINI ZEMLJINSKE POVRŠINE
|
Sastav gasa |
Volumenska koncentracija, % |
|
Kiseonik |
|
|
Ugljen-dioksid |
|
|
Dušikov oksid |
|
|
Sumporov dioksid |
0 do 0,0001 |
|
0 do 0,000007 ljeti, 0 do 0,000002 zimi |
|
|
dušikov dioksid |
0 do 0,000002 |
|
Ugljen monoksid |
|
Na visinama iznad 100 km mijenja se postotak pojedinačnih plinova zbog njihove difuzne stratifikacije pod utjecajem gravitacije i temperature. Osim toga, pod djelovanjem kratkovalnog dijela ultraljubičastog i rendgenskog zraka na visini od 100 km ili više, molekule kisika, dušika i ugljičnog dioksida disociraju na atome. Na velikim visinama ovi plinovi su u obliku visoko joniziranih atoma.
Sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi različitih područja Zemlje je manje konstantan, što je dijelom posljedica neravnomjerne distribucije velikih industrijskih preduzeća koja zagađuju zrak, kao i neravnomjerne distribucije vegetacije i vodenih bazena koji apsorbiraju ugljični dioksid. na Zemlji. Takođe je promenljiv u atmosferi i sadržaj aerosola (vidi) - čestica suspendovanih u vazduhu veličine od nekoliko milimikrona do nekoliko desetina mikrona - nastalih kao rezultat vulkanskih erupcija, snažnih veštačkih eksplozija, zagađenja od strane industrijskih preduzeća. Koncentracija aerosola brzo opada s visinom.
Najnestabilnija i najvažnija od promjenjivih komponenti atmosfere je vodena para, čija koncentracija na površini zemlje može varirati od 3% (u tropima) do 2 × 10 -10% (na Antarktiku). Što je temperatura vazduha viša, više vlage, ceteris paribus, može biti u atmosferi i obrnuto. Najveći dio vodene pare koncentrisan je u atmosferi do visina od 8-10 km. Sadržaj vodene pare u atmosferi zavisi od kombinovanog uticaja procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Na velikim visinama, zbog pada temperature i kondenzacije para, zrak je praktično suh.
Zemljina atmosfera, osim molekularnog i atomskog kisika, sadrži i malu količinu ozona (vidi), čija je koncentracija vrlo promjenjiva i varira ovisno o visini i godišnjem dobu. Većina ozona se nalazi u području polova do kraja polarne noći na visini od 15-30 km uz naglo smanjenje gore i dolje. Ozon nastaje kao rezultat fotohemijskog djelovanja ultraljubičastog sunčevog zračenja na kisik, uglavnom na visinama od 20-50 km. U ovom slučaju, dvoatomske molekule kisika se djelomično razlažu na atome i spajajući nerazložene molekule formiraju triatomske molekule ozona (polimerni, alotropni oblik kisika).
Prisustvo u atmosferi grupe takozvanih inertnih gasova (helijum, neon, argon, kripton, ksenon) povezano je sa kontinuiranim tokom procesa prirodnog radioaktivnog raspada.
Biološki značaj gasova atmosfera je veoma velika. Za većinu višećelijskih organizama, određeni sadržaj molekularnog kisika u plinovitom ili vodenom mediju nezaobilazan je faktor u njihovom postojanju, koji pri disanju određuje oslobađanje energije iz organskih tvari nastalih u početku fotosintezom. Nije slučajno da su gornje granice biosfere (dio površine globusa i donji dio atmosfere gdje postoji život) određene prisustvom dovoljne količine kisika. U procesu evolucije, organizmi su se prilagodili određenom nivou kiseonika u atmosferi; promena sadržaja kiseonika u pravcu smanjenja ili povećanja ima nepovoljan efekat (vidi Visinska bolest, Hiperoksija, Hipoksija).
Ozonsko-alotropni oblik kiseonika takođe ima izraženo biološko dejstvo. U koncentracijama ne većim od 0,0001 mg/l, što je tipično za turistička područja i morske obale, ozon ima ljekovito djelovanje - stimulira disanje i kardiovaskularnu aktivnost, poboljšava san. S povećanjem koncentracije ozona, manifestira se njegov toksični učinak: iritacija oka, nekrotična upala sluznice respiratornog trakta, pogoršanje plućnih bolesti, autonomne neuroze. Ulazeći u kombinaciju s hemoglobinom, ozon stvara methemoglobin, što dovodi do kršenja respiratorne funkcije krvi; prijenos kisika iz pluća u tkiva postaje otežan, razvijaju se pojave gušenja. Atomski kiseonik ima sličan negativan efekat na organizam. Ozon ima značajnu ulogu u stvaranju termičkih režima različitih slojeva atmosfere zbog izuzetno jake apsorpcije sunčevog i zemaljskog zračenja. Ozon najintenzivnije apsorbuje ultraljubičaste i infracrvene zrake. Atmosferski ozon skoro u potpunosti apsorbuje sunčeve zrake s talasnom dužinom manjom od 300 nm. Dakle, Zemlja je okružena svojevrsnim "ozonskim ekranom" koji štiti mnoge organizme od štetnog dejstva ultraljubičastog zračenja sunca.Azot u atmosferskom vazduhu je od velikog biološkog značaja, prvenstveno kao izvor tzv. fiksirani dušik – resurs biljne (i na kraju životinjske) hrane. Fiziološki značaj azota je određen njegovim učešćem u stvaranju nivoa atmosferskog pritiska neophodnog za životne procese. U određenim uslovima promene pritiska, azot igra glavnu ulogu u nastanku niza poremećaja u organizmu (vidi Dekompresijska bolest). Pretpostavke da dušik slabi toksični učinak kisika na tijelo i da ga iz atmosfere apsorbiraju ne samo mikroorganizmi, već i više životinje, su kontroverzne.
Inertni gasovi atmosfere (ksenon, kripton, argon, neon, helijum) pri parcijalnom pritisku koji stvaraju u normalnim uslovima mogu se klasifikovati kao biološki indiferentni gasovi. Uz značajno povećanje parcijalnog pritiska, ovi gasovi imaju narkotički efekat.
Prisutnost ugljičnog dioksida u atmosferi osigurava akumulaciju sunčeve energije u biosferi zbog fotosinteze složenih ugljičnih spojeva, koji kontinuirano nastaju, mijenjaju se i razgrađuju u toku života. Ovaj dinamički sistem održava se kao rezultat aktivnosti algi i kopnenih biljaka koje hvataju energiju sunčeve svjetlosti i koriste je za pretvaranje ugljičnog dioksida (vidi) i vode u razna organska jedinjenja uz oslobađanje kisika. Proširenje biosfere prema gore je djelomično ograničeno činjenicom da na visinama većim od 6-7 km biljke koje sadrže hlorofil ne mogu živjeti zbog niskog parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid je također vrlo aktivan u fiziološkom smislu, jer ima važnu ulogu u regulaciji metaboličkih procesa, aktivnosti centralnog nervnog sistema, disanja, cirkulacije krvi i režima kiseonika u organizmu. Međutim, ova regulacija je posredovana utjecajem ugljičnog dioksida koji proizvodi samo tijelo, a ne iz atmosfere. U tkivima i krvi životinja i ljudi, parcijalni pritisak ugljičnog dioksida je približno 200 puta veći od njegovog tlaka u atmosferi. I samo sa značajnim povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi (više od 0,6-1%), u tijelu se javljaju poremećaji, označeni terminom hiperkapnija (vidi). Potpuna eliminacija ugljičnog dioksida iz udahnutog zraka ne može direktno štetno djelovati na ljudske i životinjske organizme.
Ugljični dioksid igra ulogu u apsorpciji dugovalnog zračenja i održavanju "efekta staklene bašte" koji podiže temperaturu blizu površine Zemlje. Proučava se i problem uticaja na toplotne i druge režime atmosfere ugljen-dioksida, koji u velikim količinama ulazi u vazduh kao otpadni proizvod industrije.
Atmosferska vodena para (vlažnost vazduha) takođe utiče na ljudski organizam, posebno na razmenu toplote sa okolinom.
Kao rezultat kondenzacije vodene pare u atmosferi nastaju oblaci i padavine (kiša, grad, snijeg). Vodena para, raspršujući sunčevo zračenje, učestvuje u stvaranju toplotnog režima Zemlje i nižih slojeva atmosfere, u formiranju meteoroloških uslova.
Atmosferski pritisak
Atmosferski pritisak (barometarski) je pritisak koji atmosfera vrši pod uticajem gravitacije na površinu Zemlje. Vrijednost ovog pritiska u svakoj tački atmosfere jednaka je težini prekrivenog stupa zraka sa jediničnom osnovom, koji se proteže iznad mjesta mjerenja do granica atmosfere. Atmosferski pritisak se meri barometrom (vidi) i izražava se u milibarima, u njutnima po kvadratnom metru ili u visini živinog stuba u barometru u milimetrima, svedeno na 0° i normalnu vrednost ubrzanja gravitacije. U tabeli. 2 prikazane su najčešće korišćene jedinice za atmosferski pritisak.
Promjena tlaka nastaje zbog neravnomjernog zagrijavanja zračnih masa koje se nalaze iznad kopna i vode na različitim geografskim širinama. Kako temperatura raste, gustoća zraka i pritisak koji stvara se smanjuju. Ogromna akumulacija vazduha koji se brzo kreće sa smanjenim pritiskom (sa smanjenjem pritiska od periferije ka centru vrtloga) naziva se ciklon, sa povećanim pritiskom (sa povećanjem pritiska prema centru vrtloga) - anticiklon. Za prognozu vremena važne su neperiodične promjene atmosferskog tlaka, koje se javljaju u pokretnim ogromnim masama i povezane su s nastankom, razvojem i uništavanjem anticiklona i ciklona. Posebno velike promjene atmosferskog tlaka povezane su s brzim kretanjem tropskih ciklona. Istovremeno, atmosferski pritisak može varirati za 30-40 mbar dnevno.
Pad atmosferskog tlaka u milibarima na udaljenosti od 100 km naziva se horizontalni barometarski gradijent. Tipično, horizontalni barometarski gradijent je 1-3 mbar, ali u tropskim ciklonima ponekad raste do desetina milibara na 100 km.
Kako se visina povećava, atmosferski pritisak opada u logaritamskom odnosu: prvo vrlo oštro, a zatim sve manje i manje primjetno (slika 1). Stoga je kriva barometarskog pritiska eksponencijalna.
Smanjenje pritiska po jedinici vertikalne udaljenosti naziva se vertikalni barometarski gradijent. Često koriste recipročno od toga - barometarski korak.
Budući da je barometarski pritisak zbir parcijalnih pritisaka gasova koji formiraju vazduh, očigledno je da sa porastom na visinu, zajedno sa smanjenjem ukupnog pritiska atmosfere, parcijalni pritisak gasova koji stvaraju u zraku se također smanjuje. Vrijednost parcijalnog tlaka bilo kojeg plina u atmosferi izračunava se po formuli
gdje je Px parcijalni tlak plina, Pz je atmosferski tlak na visini Z, X% je postotak plina čiji parcijalni tlak treba odrediti.
Rice. 1. Promjena barometarskog tlaka ovisno o nadmorskoj visini.
Rice. 2. Promena parcijalnog pritiska kiseonika u alveolarnom vazduhu i zasićenje arterijske krvi kiseonikom u zavisnosti od promene nadmorske visine pri udisanju vazduha i kiseonika. Udisanje kiseonika počinje sa visine od 8,5 km (eksperiment u komori pod pritiskom).
Rice. 3. Uporedne krive prosječnih vrijednosti aktivne svijesti kod osobe u minutima na različitim visinama nakon brzog uspona pri udisanju zraka (I) i kisika (II). Na visinama iznad 15 km aktivna svijest je podjednako poremećena pri udisanju kisika i zraka. Na visinama do 15 km, disanje kiseonika značajno produžava period aktivne svesti (eksperiment u komori pod pritiskom).
Pošto je procentualni sastav atmosferskih gasova relativno konstantan, da bi se odredio parcijalni pritisak bilo kog gasa, potrebno je samo znati ukupni barometarski pritisak na datoj visini (slika 1 i tabela 3).
Tabela 3. TABELA STANDARDNE ATMOSFERE (GOST 4401-64) 1
|
Geometrijska visina (m) |
Temperatura |
barometarski pritisak |
Parcijalni pritisak kiseonika (mmHg) |
|||
|
mmHg Art. |
||||||
1 Dato u skraćenom obliku i dopunjeno kolonom "Parcijalni pritisak kiseonika".
Prilikom određivanja parcijalnog pritiska gasa u vlažnom vazduhu, pritisak (elastičnost) zasićenih para mora se oduzeti od barometarskog pritiska.
Formula za određivanje parcijalnog tlaka plina u vlažnom zraku bit će malo drugačija nego za suhi zrak:
gdje je pH 2 O elastičnost vodene pare. Na t° 37°, elastičnost zasićene vodene pare je 47 mm Hg. Art. Ova vrijednost se koristi za izračunavanje parcijalnih pritisaka plinova u alveolarnom zraku u prizemnim i visinskim uslovima.
Utjecaj visokog i niskog krvnog tlaka na tijelo. Promjene barometarskog tlaka naviše ili naniže imaju različite efekte na organizam životinja i ljudi. Utjecaj povećanog tlaka povezan je s mehaničkim i prodornim fizičko-hemijskim djelovanjem plinovitog medija (tzv. kompresijski i prodorni efekti).
Kompresijski efekat se manifestuje: opštom volumetrijskom kompresijom, usled ravnomernog povećanja sila mehaničkog pritiska na organe i tkiva; mehanonarkoza zbog ujednačene volumetrijske kompresije pri vrlo visokom barometarskom pritisku; lokalni neravnomjerni pritisak na tkiva koja ograničavaju šupljine koje sadrže plin u slučaju poremećene komunikacije između vanjskog zraka i zraka u šupljini, na primjer, srednje uho, pomoćne šupljine nosa (vidjeti Barotrauma); povećanje gustine plinova u vanjskom disajnom sistemu, što uzrokuje povećanje otpora na respiratorne pokrete, posebno pri prisilnom disanju (vježbanje, hiperkapnija).
Prodorni efekat može dovesti do toksičnog dejstva kiseonika i indiferentnih gasova, čije povećanje sadržaja u krvi i tkivima izaziva narkotičnu reakciju, a prvi znaci posekotine pri upotrebi smeše azota i kiseonika kod ljudi javljaju se pri pritisak 4-8 atm. Povećanje parcijalnog pritiska kiseonika u početku smanjuje nivo funkcionisanja kardiovaskularnog i respiratornog sistema usled gašenja regulatornog uticaja fiziološke hipoksemije. Sa povećanjem parcijalnog pritiska kiseonika u plućima za više od 0,8-1 ata, manifestuje se njegovo toksično dejstvo (oštećenje plućnog tkiva, konvulzije, kolaps).
Prodorni i kompresijski efekti povećanog pritiska plinovitog medija koriste se u kliničkoj medicini u liječenju različitih bolesti s općim i lokalnim poremećajima opskrbe kisikom (vidi Baroterapija, Terapija kisikom).
Snižavanje pritiska ima još izraženiji efekat na organizam. U uslovima izuzetno razrijeđene atmosfere, glavni patogenetski faktor koji dovodi do gubitka svijesti za nekoliko sekundi, a smrti za 4-5 minuta je smanjenje parcijalnog tlaka kisika u udahnutom zraku, a zatim u alveolarnom. vazduh, krv i tkiva (sl. 2 i 3). Umjerena hipoksija uzrokuje razvoj adaptivnih reakcija respiratornog sistema i hemodinamike, usmjerenih na održavanje opskrbe kisikom, prvenstveno vitalnih organa (mozak, srce). S izraženim nedostatkom kisika inhibiraju se oksidativni procesi (zbog respiratornih enzima), a aerobni procesi proizvodnje energije u mitohondrijima su poremećeni. To prvo dovodi do kvara u funkcijama vitalnih organa, a potom i do nepovratnih strukturnih oštećenja i smrti tijela. Razvoj adaptivnih i patoloških reakcija, promjena funkcionalnog stanja tijela i ljudskog učinka sa smanjenjem atmosferskog tlaka određuje se stepenom i brzinom smanjenja parcijalnog tlaka kisika u udahnutom zraku, trajanjem boravka. na visini, intenzitet obavljenog posla, početno stanje tijela (vidi Visinska bolest).
Smanjenje tlaka na nadmorskoj visini (čak i uz isključenje nedostatka kisika) uzrokuje ozbiljne poremećaje u tijelu, ujedinjene konceptom "dekompresijskih poremećaja", koji uključuju: nadutost na velikim visinama, barotitis i barosinusitis, visinsku dekompresijsku bolest i emfizem tkiva na velikoj nadmorskoj visini.
Nadutost na velikoj nadmorskoj visini nastaje zbog širenja plinova u gastrointestinalnom traktu sa smanjenjem barometarskog tlaka na trbušnom zidu pri usponu na visine od 7-12 km ili više. Od određenog značaja je oslobađanje gasova rastvorenih u crevnom sadržaju.
Širenje plinova dovodi do istezanja želuca i crijeva, podizanja dijafragme, promjene položaja srca, iritacije receptorskog aparata ovih organa i izazivanja patoloških refleksa koji remete disanje i cirkulaciju krvi. Često se javljaju oštri bolovi u abdomenu. Slične pojave se ponekad javljaju kod ronilaca pri izlasku iz dubine na površinu.
Mehanizam razvoja barotitisa i barosinuzitisa, koji se očituje osjećajem kongestije i boli, odnosno u srednjem uhu ili pomoćnim šupljinama nosa, sličan je razvoju visinskog nadimanja.
Smanjenje pritiska, osim širenja gasova sadržanih u telesnim šupljinama, izaziva i oslobađanje gasova iz tečnosti i tkiva u kojima su rastvoreni pod pritiskom na nivou mora ili na dubini, kao i stvaranje mjehurića gasa u organizmu. .
Ovaj proces izlaska otopljenih plinova (prije svega dušika) uzrokuje razvoj dekompresijske bolesti (vidi).
Rice. 4. Zavisnost tačke ključanja vode o nadmorskoj visini i barometarskom pritisku. Brojevi pritiska nalaze se ispod odgovarajućih brojeva nadmorske visine.
Sa smanjenjem atmosferskog pritiska, tačka ključanja tečnosti se smanjuje (slika 4). Na visini većoj od 19 km, gdje je barometarski tlak jednak (ili manji od) elastičnosti zasićenih para na tjelesnoj temperaturi (37°), može doći do "ključanja" intersticijske i međućelijske tekućine tijela, što rezultira u velikim venama, u šupljini pleure, želuca, perikarda, u labavom masnom tkivu, odnosno u područjima s niskim hidrostatskim i intersticijskim tlakom, stvaraju se mjehurići vodene pare, razvija se visinski emfizem tkiva. Visinsko "ključanje" ne utiče na ćelijske strukture, lokalizovano je samo u međućelijskoj tečnosti i krvi.
Masivni mjehurići pare mogu blokirati rad srca i cirkulaciju krvi i poremetiti rad vitalnih sistema i organa. Ovo je ozbiljna komplikacija akutnog gladovanja kiseonikom koja se razvija na velikim visinama. Prevencija emfizema tkiva na velikim nadmorskim visinama može se postići stvaranjem vanjskog protupritiska na tijelo visinskom opremom.
Sam proces snižavanja barometarskog pritiska (dekompresija) pod određenim parametrima može postati štetni faktor. U zavisnosti od brzine, dekompresija se deli na glatku (sporu) i eksplozivnu. Potonji se odvija za manje od 1 sekunde i praćen je snažnim praskom (kao u pucnju), stvaranjem magle (kondenzacija vodene pare zbog hlađenja zraka koji se širi). Tipično, eksplozivna dekompresija se događa na visinama kada se razbije staklo kokpita pod pritiskom ili odijela pod pritiskom.
U eksplozivnoj dekompresiji, pluća prva stradaju. Brzi porast intrapulmonalnog viška tlaka (više od 80 mm Hg) dovodi do značajnog rastezanja plućnog tkiva, što može uzrokovati rupturu pluća (s njihovim proširenjem za 2,3 puta). Eksplozivna dekompresija također može uzrokovati oštećenje gastrointestinalnog trakta. Količina viška pritiska koji se javlja u plućima u velikoj meri zavisi od brzine odliva vazduha iz njih tokom dekompresije i zapremine vazduha u plućima. Posebno je opasno ako se gornji dišni putevi u trenutku dekompresije pokažu zatvorenima (prilikom gutanja, zadržavanja daha) ili se dekompresija poklopi s fazom dubokog udaha, kada su pluća ispunjena velikom količinom zraka.
Atmosferska temperatura
Temperatura atmosfere u početku opada sa povećanjem nadmorske visine (u prosjeku od 15° blizu tla do -56,5° na visini od 11-18 km). Vertikalni temperaturni gradijent u ovoj zoni atmosfere je oko 0,6° na svakih 100 m; mijenja se tokom dana i godine (tabela 4).
Tabela 4. PROMENE VERTIKALNOG TEMPERATURNOG GRADIJENTA PREKO SREDNJE TRAKE TERITORIJE SSSR-a
Rice. 5. Promjena temperature atmosfere na različitim visinama. Granice sfera su označene isprekidanom linijom.
Na visinama od 11 - 25 km temperatura postaje konstantna i iznosi -56,5°; tada temperatura počinje da raste, dostižući 30–40° na visini od 40 km, i 70° na visini od 50–60 km (slika 5), što je povezano sa intenzivnom apsorpcijom sunčevog zračenja ozonom. Sa visine od 60-80 km temperatura zraka ponovo lagano opada (do 60°C), a zatim progresivno raste i dostiže 270°C na visini od 120 km, 800°C na visini od 220 km, 1500 °C na nadmorskoj visini od 300 km, i
na granici sa svemirom - više od 3000°. Treba napomenuti da je zbog velike razrijeđenosti i male gustine plinova na ovim visinama njihov toplinski kapacitet i sposobnost zagrijavanja hladnijih tijela vrlo mali. U ovim uslovima, prenos toplote sa jednog tela na drugo odvija se samo putem zračenja. Sve razmatrane promjene temperature u atmosferi povezane su sa apsorpcijom zračnih masa toplinske energije Sunca - direktne i reflektirane.
U donjem dijelu atmosfere u blizini Zemljine površine, distribucija temperature ovisi o prilivu sunčevog zračenja i stoga ima uglavnom geografski karakter, odnosno linije jednake temperature - izoterme - su paralelne sa geografskim širinama. Budući da se atmosfera u nižim slojevima zagrijava sa zemljine površine, na horizontalnu promjenu temperature snažno utječe raspored kontinenata i oceana čija su toplinska svojstva različita. Obično se u referentnim knjigama navodi temperatura izmjerena tokom mrežnih meteoroloških osmatranja termometrom postavljenim na visini od 2 m iznad površine tla. Najviše temperature (do 58°C) opažene su u pustinjama Irana, au SSSR-u - na jugu Turkmenistana (do 50°), najniže (do -87°) na Antarktiku, te u SSSR - u regijama Verkhoyansk i Oymyakon (do -68°). Zimi, vertikalni temperaturni gradijent u nekim slučajevima, umjesto 0,6 °, može premašiti 1 ° na 100 m ili čak uzeti negativnu vrijednost. Tokom dana u toploj sezoni može biti jednaka nekoliko desetina stepeni na 100 m. Postoji i horizontalni temperaturni gradijent, koji se obično naziva rastojanjem od 100 km duž normale na izotermu. Veličina horizontalnog temperaturnog gradijenta je desetinke stepena na 100 km, au frontalnim zonama može preći 10° na 100 m.
Ljudsko tijelo je u stanju održati toplinsku homeostazu (vidi) unutar prilično uskog raspona fluktuacija vanjske temperature - od 15 do 45 °. Značajne razlike u temperaturi atmosfere u blizini Zemlje i na visinama zahtijevaju korištenje posebnih zaštitnih tehničkih sredstava kako bi se osigurala toplinska ravnoteža između ljudskog tijela i okoline u visinskim i svemirskim letovima.
Karakteristične promjene u parametrima atmosfere (temperatura, pritisak, hemijski sastav, električno stanje) omogućavaju uslovnu podjelu atmosfere na zone, odnosno slojeve. Troposfera- najbliži sloj Zemlji, čija se gornja granica proteže na ekvatoru do 17-18 km, na polovima - do 7-8 km, u srednjim geografskim širinama - do 12-16 km. Troposferu karakteriše eksponencijalni pad pritiska, prisustvo konstantnog vertikalnog temperaturnog gradijenta, horizontalna i vertikalna kretanja vazdušnih masa i značajne promene vlažnosti vazduha. Troposfera sadrži najveći dio atmosfere, kao i značajan dio biosfere; ovdje nastaju sve glavne vrste oblaka, formiraju se zračne mase i frontovi, razvijaju se cikloni i anticikloni. U troposferi, usled odbijanja sunčevih zraka od snežnog pokrivača Zemlje i hlađenja površinskih slojeva vazduha, dolazi do tzv. inverzije, odnosno povećanja temperature u atmosferi sa dna. naviše umjesto uobičajenog smanjenja.
U toploj sezoni u troposferi postoji stalno turbulentno (slučajno, haotično) miješanje zračnih masa i prijenos topline strujanjima zraka (konvekcija). Konvekcija uništava maglu i smanjuje sadržaj prašine u nižim slojevima atmosfere.
Drugi sloj atmosfere je stratosfera.
Počinje od troposfere kao uska zona (1-3 km) sa konstantnom temperaturom (tropopauza) i prostire se do visine od oko 80 km. Odlika stratosfere je progresivno razrjeđivanje zraka, izuzetno visok intenzitet ultraljubičastog zračenja, odsustvo vodene pare, prisustvo velike količine ozona i postepeno povećanje temperature. Visok sadržaj ozona izaziva niz optičkih pojava (miraže), uzrokuje refleksiju zvukova i značajno utiče na intenzitet i spektralni sastav elektromagnetnog zračenja. U stratosferi dolazi do stalnog miješanja zraka, pa je njegov sastav sličan zraku troposfere, iako je njegova gustina na gornjim granicama stratosfere izuzetno mala. U stratosferi prevladavaju zapadni vjetrovi, au gornjoj zoni prelaze na istočne vjetrove.
Treći sloj atmosfere je jonosfera, koji počinje od stratosfere i proteže se do visina od 600-800 km.
Posebne karakteristike jonosfere su ekstremno razrjeđivanje plinovitog medija, visoka koncentracija molekularnih i atomskih jona i slobodnih elektrona, kao i visoka temperatura. Jonosfera utiče na širenje radio talasa, uzrokujući njihovo prelamanje, refleksiju i apsorpciju.
Glavni izvor jonizacije u visokim slojevima atmosfere je ultraljubičasto zračenje Sunca. U tom slučaju elektroni se izbacuju iz atoma plina, atomi se pretvaraju u pozitivne ione, a izbijeni elektroni ostaju slobodni ili bivaju zarobljeni od strane neutralnih molekula uz stvaranje negativnih iona. Na jonizaciju jonosfere utiču meteori, korpuskularno, rendgensko i gama zračenje Sunca, kao i seizmički procesi na Zemlji (zemljotresi, vulkanske erupcije, snažne eksplozije), koji stvaraju akustične talase u jonosferi, koji povećavaju amplitudu i brzinu oscilacija atmosferskih čestica i doprinose jonizaciji molekula i atoma gasa (vidi Aeroionizacija).
Električna provodljivost u jonosferi, povezana s visokom koncentracijom jona i elektrona, vrlo je visoka. Povećana električna provodljivost jonosfere igra važnu ulogu u refleksiji radio talasa i pojavi aurore.
Jonosfera je područje letova umjetnih Zemljinih satelita i interkontinentalnih balističkih projektila. Trenutno svemirska medicina proučava moguće efekte uslova leta u ovom dijelu atmosfere na ljudsko tijelo.
Četvrto, spoljni sloj atmosfere - egzosfera. Odavde se atmosferski plinovi raspršuju u svjetski prostor zbog disipacije (prevazilaženja sila gravitacije molekulima). Zatim dolazi do postepenog prijelaza iz atmosfere u međuplanetarni svemir. Egzosfera se razlikuje od ove potonje po prisustvu velikog broja slobodnih elektrona koji formiraju 2. i 3. radijacioni pojas Zemlje.
Podjela atmosfere na 4 sloja je vrlo proizvoljna. Dakle, prema električnim parametrima, cijela debljina atmosfere podijeljena je na 2 sloja: neutrosferu, u kojoj prevladavaju neutralne čestice, i jonosferu. Temperatura razlikuje troposferu, stratosferu, mezosferu i termosferu, odvojene troposferom, stratosferom i mezopauzom. Sloj atmosfere koji se nalazi između 15 i 70 km i karakteriše ga visok sadržaj ozona naziva se ozonosfera.
U praktične svrhe, zgodno je koristiti Međunarodnu standardnu atmosferu (MCA), za koju su prihvaćeni sljedeći uslovi: pritisak na nivou mora na t° 15° je 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2, ili 760 mm Hg ); temperatura se smanjuje za 6,5° na 1 km do nivoa od 11 km (uslovna stratosfera), a zatim ostaje konstantna. U SSSR-u je usvojena standardna atmosfera GOST 4401 - 64 (tabela 3).
Padavine. Budući da je najveći dio atmosferske vodene pare koncentrisan u troposferi, procesi faznih prijelaza vode, koji uzrokuju padavine, odvijaju se uglavnom u troposferi. Troposferski oblaci obično pokrivaju oko 50% ukupne zemljine površine, dok se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i blizu mezopauze, koji se nazivaju sedef, odnosno noćni oblaci, uočavaju relativno rijetko. Kao rezultat kondenzacije vodene pare u troposferi nastaju oblaci i nastaju padavine.
Prema prirodi padavina, padavine se dijele na 3 vrste: kontinuirane, obilne, rosuljaste. Količina padavina određena je debljinom sloja otpale vode u milimetrima; padavine se mjere kišomjerima i padalomjerima. Intenzitet padavina se izražava u milimetrima u minuti.
Raspodjela padavina u pojedinim godišnjim dobima i danima, kao i po teritoriji, izuzetno je neujednačena, zbog cirkulacije atmosfere i uticaja Zemljine površine. Tako na Havajskim ostrvima u prosjeku padne 12.000 mm godišnje, a u najsušnijim regijama Perua i Sahare padavine ne prelaze 250 mm, a ponekad ne padaju i nekoliko godina. U godišnjoj dinamici padavina razlikuju se sljedeće vrste: ekvatorijalne - sa maksimumom padavina nakon proljetne i jesenje ravnodnevice; tropski - sa maksimumom padavina ljeti; monsun - sa vrlo izraženim vrhuncem ljeti i sušnom zimi; suptropski - s maksimalnim padavinama zimi i sušnim ljetom; umjerene kontinentalne širine - sa maksimumom padavina ljeti; morske umjerene geografske širine - sa maksimumom padavina zimi.
Čitav atmosfersko-fizički kompleks klimatskih i meteoroloških faktora koji čine vrijeme naširoko se koristi za promicanje zdravlja, očvršćavanja i u medicinske svrhe (vidi Klimatoterapija). Uz to, utvrđeno je da oštre fluktuacije ovih atmosferskih faktora mogu negativno utjecati na fiziološke procese u tijelu, uzrokujući razvoj različitih patoloških stanja i pogoršanje bolesti, koje se nazivaju meteotropne reakcije (vidi Klimatopatologija). Od posebnog značaja u tom pogledu su česta, dugotrajna poremećaja atmosfere i nagle fluktuacije meteoroloških faktora.
Meteotropne reakcije se češće uočavaju kod osoba koje pate od bolesti kardiovaskularnog sistema, poliartritisa, bronhijalne astme, peptičkog ulkusa, kožnih bolesti.
Bibliografija: Belinsky V. A. i Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfera i njeni resursi, ur. V. A. Kovdy, Moskva, 1971. Danilov A. D. Hemija jonosfere, L., 1967; Kolobkov N. V. Atmosfera i njen život, M., 1968; Kalitin H.H. Osnove fizike atmosfere u primjeni na medicinu, L., 1935; Matveev L. T. Osnovi opšte meteorologije, Fizika atmosfere, L., 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionizacija zraka i njena higijenska vrijednost, M., 1963, bibliogr.; it, Metode higijenskih istraživanja, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P. N. Kurs meteorologije, L., 1962; Umansky S.P. Čovjek u svemiru, M., 1970; Khvostikov I. A. Visoki slojevi atmosfere, L., 1964; X r g i a N A. X. Fizika atmosfere, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologija i klimatologija za geografske fakultete, L., 1968.
Utjecaj visokog i niskog krvnog tlaka na tijelo- Armstrong G. Vazduhoplovna medicina, trans. iz engleskog, M., 1954, bibliogr.; Saltsman G.L. Fiziološke osnove boravka čoveka u uslovima visokog pritiska gasova okoline, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. i Khromushkin A. I. Sistemi za održavanje života ljudi tokom visinskih i svemirskih letova, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K. i dr. Teorija i praksa vazduhoplovne medicine, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. i Chernyakov I. N. Kiseonik tkanina pri ekstremnim faktorima leta, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Podvodna medicina, trans. iz engleskog, M., 1971, bibliografija; Busby D. E. Svemirska klinička medicina, Dordrecht, 1968.
I. H. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.