Bagaimana struktur atmosfer? Komposisi kimia atmosfer bumi

Atmosfer inilah yang memungkinkan adanya kehidupan di Bumi. Kami menerima informasi dan fakta pertama tentang atmosfer saat itu sekolah dasar. Di sekolah menengah, kita lebih mengenal konsep ini dalam pelajaran geografi.

Konsep atmosfer bumi

Tidak hanya Bumi, benda langit lainnya juga memiliki atmosfer. Ini adalah nama yang diberikan untuk lapisan gas yang mengelilingi planet-planet. Komposisi lapisan gas ini sangat bervariasi antar planet. Mari kita lihat informasi dan fakta dasar tentang udara.

Komponen terpentingnya adalah oksigen. Sebagian orang salah mengira bahwa atmosfer bumi seluruhnya terdiri dari oksigen, padahal udara merupakan campuran gas. Ini mengandung 78% nitrogen dan 21% oksigen. Satu persen sisanya meliputi ozon, argon, karbon dioksida, dan uap air. Meskipun persentase gas-gas ini kecil, mereka menjalankan fungsi penting - mereka menyerap sebagian besar energi radiasi matahari, sehingga mencegah bintang mengubah semua kehidupan di planet kita menjadi abu. Sifat-sifat atmosfer berubah tergantung ketinggian. Misalnya pada ketinggian 65 km, kandungan nitrogennya 86% dan oksigennya 19%.

Komposisi atmosfer bumi

• Karbon dioksida diperlukan untuk nutrisi tanaman. Itu muncul di atmosfer sebagai akibat dari proses respirasi organisme hidup, pembusukan, dan pembakaran. Ketiadaannya di atmosfer akan membuat keberadaan tumbuhan tidak mungkin terjadi.
• Oksigen- komponen penting atmosfer bagi manusia. Kehadirannya merupakan syarat keberadaan semua makhluk hidup. Itu membuat sekitar 20% dari total volume gas atmosfer.
• Ozon merupakan penyerap alami radiasi ultraviolet matahari, yang berdampak buruk pada organisme hidup. Sebagian besar membentuk lapisan atmosfer yang terpisah - lapisan ozon. DI DALAM Akhir-akhir ini Aktivitas manusia mengarah pada fakta bahwa ia mulai runtuh secara bertahap, namun karena sangat penting, pekerjaan aktif sedang dilakukan untuk melestarikan dan memulihkannya.
• uap air menentukan kelembaban udara. Isinya mungkin berbeda-beda tergantung pada berbagai faktor: suhu udara, lokasi teritorial, musim. Pada suhu rendah uap air di udara sangat sedikit, mungkin kurang dari satu persen, dan pada suhu tinggi jumlahnya mencapai 4%.
• Selain semua hal di atas, komposisi atmosfer bumi selalu mengandung persentase tertentu kotoran padat dan cair. Ini adalah jelaga, abu, garam laut, debu, tetesan air, mikroorganisme. Mereka dapat mengudara baik secara alami maupun antropogenik.

Lapisan atmosfer

Dan suhu, dan kepadatan, dan komposisi berkualitas tinggi udara tidaklah sama ketinggian yang berbeda. Oleh karena itu, merupakan kebiasaan untuk membedakan berbagai lapisan atmosfer. Masing-masing mempunyai ciri khasnya masing-masing. Mari kita cari tahu apa saja lapisan atmosfer yang dibedakan:

• Troposfer - lapisan atmosfer ini paling dekat dengan permukaan bumi. Ketinggiannya 8-10 km di atas kutub dan 16-18 km di daerah tropis. 90% dari seluruh uap air di atmosfer terletak di sini, sehingga terjadi pembentukan awan aktif. Di lapisan ini juga diamati proses seperti pergerakan udara (angin), turbulensi, dan konveksi. Suhu berkisar dari +45 derajat pada tengah hari di musim panas di daerah tropis hingga -65 derajat di kutub.
• Stratosfer adalah lapisan atmosfer terjauh kedua. Terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Di lapisan bawah stratosfer suhunya kira-kira -55; menjauh dari Bumi suhunya naik menjadi +1˚С. Wilayah ini disebut inversi dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.
• Mesosfer terletak pada ketinggian 50 hingga 90 km. Suhu di batas bawahnya sekitar 0, di batas atas mencapai -80...-90 ˚С. Meteorit yang memasuki atmosfer bumi terbakar seluruhnya di mesosfer, menyebabkan terjadinya pancaran udara di sini.
• Termosfer tebalnya kira-kira 700 km. Cahaya utara muncul di lapisan atmosfer ini. Mereka muncul karena pengaruh radiasi kosmik dan radiasi yang berasal dari Matahari.
• Eksosfer adalah zona penyebaran udara. Di sini konsentrasi gasnya kecil dan secara bertahap keluar ke ruang antarplanet.

Batas antara atmosfer bumi dan luar angkasa dianggap 100 km. Garis ini disebut garis Karman.

Tekanan atmosfir

Saat mendengarkan ramalan cuaca, kita sering mendengar pembacaan tekanan barometrik. Tapi apa arti tekanan atmosfer, dan apa pengaruhnya terhadap kita?

Kami menemukan bahwa udara terdiri dari gas dan kotoran. Masing-masing komponen tersebut memiliki bobotnya masing-masing, artinya atmosfer tidaklah tanpa bobot, seperti yang diyakini hingga abad ke-17. Tekanan atmosfer adalah gaya yang menekan seluruh lapisan atmosfer pada permukaan bumi dan semua benda.

Para ilmuwan melakukan perhitungan rumit dan membuktikan hal itu meter persegi daerah yang ditekan atmosfer dengan gaya sebesar 10.333 kg. Artinya tubuh manusia terkena tekanan udara yang beratnya 12-15 ton. Mengapa kita tidak merasakan hal ini? Tekanan internal kitalah yang menyelamatkan kita, yang menyeimbangkan tekanan eksternal. Anda dapat merasakan tekanan atmosfer saat berada di pesawat terbang atau di pegunungan, karena tekanan atmosfer di ketinggian jauh lebih kecil. Dalam hal ini, ketidaknyamanan fisik, telinga tersumbat, dan pusing mungkin terjadi.

Banyak yang bisa dikatakan tentang suasana sekitarnya. Kami mengetahui banyak fakta menarik tentangnya, dan beberapa di antaranya mungkin tampak mengejutkan:

• Berat atmosfer bumi adalah 5.300.000.000.000.000 ton.
• Ini mempromosikan transmisi suara. Pada ketinggian lebih dari 100 km, sifat ini menghilang akibat perubahan komposisi atmosfer.
• Pergerakan atmosfer dipicu oleh pemanasan permukaan bumi yang tidak merata.
• Termometer digunakan untuk menentukan suhu udara, dan barometer digunakan untuk menentukan tekanan atmosfer.
• Kehadiran atmosfer menyelamatkan planet kita dari 100 ton meteorit setiap hari.
• Komposisi udara tetap selama beberapa ratus juta tahun, namun mulai berubah seiring dengan dimulainya aktivitas industri yang pesat.
• Atmosfernya diyakini memanjang hingga ketinggian 3000 km.

Pentingnya atmosfer bagi manusia

Zona fisiologis atmosfer adalah 5 km. Pada ketinggian 5000 m dpl, seseorang mulai mengalami kelaparan oksigen, yang tercermin dalam penurunan kinerja dan penurunan kesejahteraan. Hal ini menunjukkan bahwa seseorang tidak dapat bertahan hidup di ruang yang tidak terdapat campuran gas yang menakjubkan ini.

Semua informasi dan fakta tentang atmosfer hanya menegaskan pentingnya atmosfer bagi manusia. Berkat kehadirannya, kehidupan di Bumi menjadi mungkin berkembang. Saat ini, setelah menilai skala kerugian yang dapat ditimbulkan oleh umat manusia melalui tindakannya terhadap udara pemberi kehidupan, kita harus memikirkan langkah-langkah lebih lanjut untuk melestarikan dan memulihkan atmosfer.

Mengubah permukaan bumi. Yang tidak kalah pentingnya adalah aktivitas angin yang membawa pecahan kecil batuan dalam jarak jauh. Fluktuasi suhu dan faktor atmosfer lainnya secara signifikan mempengaruhi kerusakan batuan. Bersamaan dengan itu, A. melindungi permukaan bumi dari dampak destruktif meteorit yang jatuh, yang sebagian besar terbakar ketika memasuki lapisan padat atmosfer.

Aktivitas organisme hidup, yang memiliki pengaruh kuat terhadap produksi oksigen, sangat bergantung pada kondisi atmosfer. A. menunda sebagian besar radiasi ultraviolet dari Matahari, yang berdampak buruk pada banyak organisme. Oksigen atmosfer digunakan dalam proses respirasi hewan dan tumbuhan, karbon dioksida atmosfer digunakan dalam proses nutrisi tanaman. Faktor iklim, terutama kondisi termal dan kelembapan, mempengaruhi kesehatan dan aktivitas manusia. Pertanian sangat bergantung pada kondisi iklim. Pada gilirannya, aktivitas manusia memiliki pengaruh yang semakin besar terhadap komposisi atmosfer dan rezim iklim.

Struktur atmosfer

Distribusi vertikal suhu di atmosfer dan terminologi terkait.

Banyak pengamatan menunjukkan bahwa A. memiliki struktur berlapis yang jelas (lihat gambar). Fitur utama dari struktur berlapis aluminium ditentukan terutama oleh karakteristik distribusi suhu vertikal. Di bagian terendah atmosfer—troposfer, tempat terjadinya pencampuran turbulen yang intens (lihat Turbulensi di atmosfer dan hidrosfer), suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian, dan penurunan suhu vertikal rata-rata 6° per 1 km. Ketinggian troposfer bervariasi dari 8-10 km di garis lintang kutub hingga 16-18 km di garis khatulistiwa. Karena kepadatan udara berkurang dengan cepat seiring dengan ketinggian, sekitar 80% dari total massa udara terkonsentrasi di troposfer.Di atas troposfer terdapat lapisan transisi - tropopause dengan suhu 190-220, di atasnya adalah stratosfer. dimulai. Di bagian bawah stratosfer, penurunan suhu seiring dengan ketinggian berhenti, dan suhu tetap konstan hingga ketinggian 25 km - yang disebut. wilayah isotermal(stratosfer bawah); semakin tinggi suhu mulai meningkat - wilayah inversi (stratosfer atas). Suhu mencapai maksimum ~270 K pada tingkat stratopause yang terletak pada ketinggian sekitar 55 km. Lapisan A yang terletak pada ketinggian 55 hingga 80 km, yang suhunya kembali menurun seiring dengan ketinggian, disebut mesosfer. Di atasnya terdapat lapisan transisi - mesopause, di atasnya terdapat termosfer, di mana suhu, yang meningkat seiring ketinggian, mencapai nilai yang sangat tinggi (lebih dari 1000 K). Yang lebih tinggi lagi (pada ketinggian ~ 1000 km atau lebih) adalah eksosfer, tempat gas atmosfer tersebar ke luar angkasa karena disipasi dan tempat terjadinya transisi bertahap dari atmosfer ke ruang antarplanet. Biasanya seluruh lapisan atmosfer yang terletak di atas troposfer disebut lapisan atas, meskipun terkadang stratosfer atau bagian bawahnya disebut juga lapisan atmosfer bawah.

Semua parameter struktural Afrika (suhu, tekanan, kepadatan) memiliki variabilitas spatiotemporal yang signifikan (garis lintang, tahunan, musiman, harian, dll.). Oleh karena itu, data pada Gambar. hanya mencerminkan keadaan rata-rata atmosfer.

Diagram struktur atmosfer:
1 - permukaan laut; 2 - titik tertinggi di Bumi - Gunung Chomolungma (Everest), 8848 m; 3 - awan kumulus cuaca cerah; 4 - awan kumulus yang kuat; 5 - awan hujan (badai petir); 6 - awan nimbostratus; 7 - awan cirrus; 8 - pesawat terbang; 9 - lapisan konsentrasi ozon maksimum; 10 - awan mutiara; 11 - balon stratosfer; 12 - radiosonde; 1З - meteor; 14 - awan malam; 15 - aurora; 16 - Pesawat roket X-15 Amerika; 17, 18, 19 - gelombang radio dipantulkan dari lapisan terionisasi dan kembali ke Bumi; 20 - gelombang suara dipantulkan dari lapisan hangat dan kembali ke Bumi; 21 - satelit Bumi buatan Soviet pertama; 22 - rudal balistik antarbenua; 23 - roket penelitian geofisika; 24 - satelit meteorologi; 25 - pesawat ruang angkasa Soyuz-4 dan Soyuz-5; 26 - roket luar angkasa, meninggalkan atmosfer, serta gelombang radio yang menembus lapisan terionisasi dan meninggalkan atmosfer; 27, 28 - disipasi (selip) atom H dan He; 29 - lintasan proton matahari P; 30 - penetrasi sinar ultraviolet(panjang gelombang l > 2000 dan l< 900).

Struktur atmosfer yang berlapis memiliki banyak manifestasi lain yang beragam. Komposisi kimiawi atmosfer bersifat heterogen terhadap ketinggian. Jika pada ketinggian hingga 90 km, di mana terjadi percampuran atmosfer yang intens, maka komposisi relatif komponen permanen atmosfer praktis tidak berubah (keseluruhan ketebalan atmosfer disebut homosfer), lalu di atas 90 km - in heterosfer- di bawah pengaruh disosiasi molekul gas atmosfer oleh radiasi ultraviolet matahari, terjadi perubahan kuat dalam komposisi kimia atmosfer seiring dengan ketinggian. Ciri khas dari bagian Afrika ini adalah lapisan ozon dan cahaya atmosfernya sendiri. Struktur berlapis yang kompleks merupakan karakteristik aerosol di atmosfer—partikel padat yang berasal dari terestrial dan kosmik yang tersuspensi di udara. Lapisan aerosol paling umum ditemukan di bawah tropopause dan pada ketinggian sekitar 20 km. Distribusi vertikal elektron dan ion di atmosfer bersifat berlapis, yang dinyatakan dengan adanya lapisan D-, E-, dan F pada ionosfer.

Komposisi atmosfer

Salah satu yang paling optik komponen aktif- aerosol atmosfer - partikel yang tersuspensi di udara dengan ukuran mulai dari beberapa nm hingga beberapa puluh mikron, terbentuk selama kondensasi uap air dan memasuki udara. permukaan bumi akibat polusi industri, letusan gunung berapi, dan juga dari luar angkasa. Aerosol diamati baik di troposfer maupun di lapisan atas A. Konsentrasi aerosol menurun dengan cepat seiring dengan ketinggian, namun variasi ini ditumpangi oleh banyak maksimum sekunder yang terkait dengan keberadaan lapisan aerosol.

Suasana atas

Di atas 20-30 km, sebagai akibat dari disosiasi, molekul-molekul atom sampai tingkat tertentu terurai menjadi atom, dan atom bebas serta molekul baru yang lebih kompleks muncul di dalam atom. Sedikit lebih tinggi, proses ionisasi menjadi signifikan.

Wilayah yang paling tidak stabil adalah heterosfer, tempat proses ionisasi dan disosiasi menimbulkan berbagai reaksi fotokimia yang menentukan perubahan komposisi udara seiring ketinggian. Pemisahan gas secara gravitasi juga terjadi di sini, yang dinyatakan dalam pengayaan bertahap Afrika dengan gas yang lebih ringan seiring dengan bertambahnya ketinggian. Menurut pengukuran roket, pemisahan gravitasi gas netral - argon dan nitrogen - diamati di atas 105-110 km. Komponen utama oksigen pada lapisan 100-210 km adalah nitrogen molekuler, oksigen molekuler, dan oksigen atom (konsentrasi oksigen atom pada tingkat 210 km mencapai 77 ± 20% dari konsentrasi nitrogen molekuler).

Bagian atas termosfer sebagian besar terdiri dari atom oksigen dan nitrogen. Pada ketinggian 500 km, praktis tidak ada oksigen molekuler, tetapi nitrogen molekuler, yang konsentrasi relatifnya sangat menurun, masih mendominasi nitrogen atom.

Di termosfer, pergerakan pasang surut (lihat Pasang surut), gelombang gravitasi, proses fotokimia, peningkatan jalur bebas rata-rata partikel, dan faktor lainnya memainkan peran penting. Hasil pengamatan pengereman satelit pada ketinggian 200-700 km menghasilkan kesimpulan bahwa terdapat hubungan antara kepadatan, suhu dan aktivitas matahari, yang dikaitkan dengan adanya variasi parameter struktur harian, semi tahunan, dan tahunan. Ada kemungkinan bahwa variasi diurnal sebagian besar disebabkan oleh pasang surut atmosfer. Pada periode jilatan api matahari, suhu pada ketinggian 200 km di lintang rendah bisa mencapai 1700-1900°C.

Di atas 600 km, helium menjadi komponen utama, dan bahkan lebih tinggi lagi, pada ketinggian 2-20 ribu km, mahkota hidrogen bumi meluas. Pada ketinggian tersebut, Bumi dikelilingi oleh cangkang partikel bermuatan, yang suhunya mencapai beberapa puluh ribu derajat. Sabuk radiasi dalam dan luar bumi terletak di sini. Sabuk bagian dalam, yang sebagian besar diisi oleh proton dengan energi ratusan MeV, dibatasi pada ketinggian 500-1600 km pada garis lintang dari khatulistiwa hingga 35-40°. Sabuk terluar terdiri dari elektron dengan energi ratusan keV. Di luar sabuk terluar terdapat "sabuk terluar" yang konsentrasi dan aliran elektronnya jauh lebih tinggi. Intrusi radiasi sel surya (angin matahari) ke lapisan atas matahari menimbulkan aurora. Di bawah pengaruh pemboman atmosfer bagian atas oleh elektron dan proton mahkota matahari, pancaran atmosfer itu sendiri, yang sebelumnya disebut cahaya langit malam. Ketika angin matahari berinteraksi dengan medan magnet bumi, terciptalah suatu zona yang disebut. Magnetosfer bumi, tempat aliran plasma matahari tidak menembus.

Untuk lapisan atas A. keberadaan yang khas angin kencang, kecepatannya mencapai 100-200 m/detik. Kecepatan dan arah angin di troposfer, mesosfer, dan termosfer bawah memiliki variabilitas spatiotemporal yang besar. Meskipun massa lapisan langit bagian atas tidak signifikan dibandingkan massa lapisan bawah dan energi proses atmosfer di lapisan atas relatif kecil, ternyata terdapat pengaruh lapisan langit yang tinggi terhadap cuaca dan iklim di troposfer.

Keseimbangan radiasi, panas dan air di atmosfer

Praktis satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik yang berkembang di Afrika adalah radiasi matahari. Fitur utama rezim radiasi A. - disebut. efek rumah kaca: A. menyerap dengan lemah radiasi matahari gelombang pendek (sebagian besar mencapai permukaan bumi), tetapi menahan radiasi termal gelombang panjang (seluruhnya inframerah) dari permukaan bumi, yang secara signifikan mengurangi perpindahan panas bumi ke luar angkasa dan meningkatkan suhunya.

Radiasi matahari yang tiba di Afrika sebagian diserap di Afrika, terutama oleh uap air, karbon dioksida, ozon, dan aerosol dan tersebar pada partikel aerosol dan fluktuasi kepadatan di Afrika. Di Afrika, tidak hanya radiasi matahari langsung yang diamati, tetapi juga radiasi tersebar, yang bersama-sama membentuk radiasi total. Mencapai permukaan bumi, sebagian radiasi total dipantulkan darinya. Jumlah radiasi yang dipantulkan ditentukan oleh reflektifitas permukaan di bawahnya, yang disebut. albedo Akibat radiasi yang diserap tersebut, permukaan bumi menjadi panas dan menjadi sumber radiasi gelombang panjang tersendiri yang diarahkan ke bumi, selanjutnya bumi juga memancarkan radiasi gelombang panjang yang diarahkan ke permukaan bumi (yang disebut anti- radiasi bumi) dan ke luar angkasa (yang disebut radiasi keluar). Pertukaran panas rasional antara permukaan bumi dan bumi ditentukan oleh radiasi efektif - perbedaan antara radiasi intrinsik permukaan bumi dan radiasi balik yang diserapnya. radiasi efektif disebut keseimbangan radiasi.

Transformasi energi radiasi matahari setelah diserap di permukaan bumi dan di atmosfer merupakan keseimbangan panas bumi. Sumber utama panas atmosfer adalah permukaan bumi, yang menyerap sebagian besar radiasi matahari. Karena penyerapan radiasi matahari di bumi lebih kecil daripada hilangnya panas dari bumi ke ruang angkasa melalui radiasi gelombang panjang, konsumsi panas radiasi diisi ulang dengan masuknya panas ke bumi dari permukaan bumi dalam bentuk pertukaran panas yang bergejolak dan masuknya panas sebagai akibat dari pengembunan uap air di bumi, karena jumlah total kondensasi di seluruh Afrika sama dengan jumlah curah hujan, serta jumlah penguapan dari permukaan bumi; kedatangan panas kondensasi di Afrika secara numerik sama dengan panas yang hilang karena penguapan di permukaan bumi (lihat juga Neraca air).

Sebagian energi radiasi matahari dihabiskan untuk menjaga sirkulasi umum atmosfer dan proses atmosfer lainnya, tetapi bagian ini tidak signifikan dibandingkan dengan komponen utama keseimbangan panas.

Pergerakan udara

Karena mobilitas yang tinggi udara atmosfer Angin diamati di semua ketinggian A. Pergerakan udara bergantung pada banyak faktor, faktor utamanya adalah pemanasan udara yang tidak merata di berbagai wilayah di dunia.

Perbedaan suhu yang sangat besar di permukaan bumi terjadi antara ekuator dan kutub karena perbedaan kedatangan energi matahari pada garis lintang yang berbeda. Selain itu, distribusi suhu juga dipengaruhi oleh letak benua dan lautan. Karena tingginya kapasitas panas dan konduktivitas termal perairan laut, lautan secara signifikan mengurangi fluktuasi suhu yang timbul akibat perubahan masuknya radiasi matahari sepanjang tahun. Dalam hal ini, di daerah beriklim sedang dan lintang tinggi, suhu udara di atas lautan pada musim panas terasa lebih rendah daripada di benua, dan lebih tinggi di musim dingin.

Pemanasan atmosfer yang tidak merata berkontribusi pada pengembangan sistem arus udara skala besar - yang disebut. sirkulasi atmosfer umum, yang menciptakan perpindahan panas horizontal di atmosfer, sebagai akibatnya perbedaan pemanasan udara atmosfer di masing-masing area menjadi lebih halus. Bersamaan dengan ini, sirkulasi umum melakukan sirkulasi kelembaban di Afrika, di mana uap air berpindah dari lautan ke daratan dan benua menjadi lembab. Pergerakan udara dalam sistem sirkulasi umum berkaitan erat dengan distribusi tekanan atmosfer dan juga bergantung pada rotasi bumi (lihat gaya Coriolis). Di permukaan laut, distribusi tekanan ditandai dengan penurunan di dekat ekuator dan peningkatan di daerah subtropis (sabuk tekanan tinggi) dan penurunan di daerah beriklim sedang dan lintang tinggi. Pada saat yang sama, di benua dengan garis lintang ekstratropis, tekanan biasanya meningkat di musim dingin dan menurun di musim panas.

Terkait dengan distribusi tekanan planet sebuah sistem yang kompleks arus udara, ada yang relatif stabil, ada pula yang terus berubah dalam ruang dan waktu. Arus udara yang stabil termasuk angin pasat, yang diarahkan dari garis lintang subtropis di kedua belahan bumi ke garis khatulistiwa. Musim hujan juga relatif stabil - arus udara yang muncul antara laut dan daratan dan bersifat musiman. Di daerah beriklim sedang, arus udara barat mendominasi (dari barat ke timur). Arus ini termasuk pusaran besar - siklon dan antisiklon, biasanya membentang sejauh ratusan dan ribuan km. Siklon juga diamati di garis lintang tropis, yang dibedakan berdasarkan ukurannya yang lebih kecil, tetapi terutama karena kecepatan angin yang tinggi, sering kali mencapai kekuatan badai (yang disebut siklon tropis). Di troposfer atas dan stratosfer bawah terdapat aliran jet yang relatif sempit (lebarnya ratusan kilometer) yang memiliki batas yang jelas, di mana angin mencapai kecepatan yang sangat tinggi - hingga 100-150 m/detik. Pengamatan menunjukkan bahwa ciri sirkulasi atmosfer di bagian bawah stratosfer ditentukan oleh proses di troposfer.

Di bagian atas stratosfer, dimana suhu meningkat seiring ketinggian, kecepatan angin meningkat seiring ketinggian, dengan angin timur mendominasi di musim panas dan angin barat di musim dingin. Sirkulasi di sini ditentukan oleh sumber panas stratosfer, yang keberadaannya terkait dengan penyerapan intensif radiasi ultraviolet matahari oleh ozon.

Di bagian bawah mesosfer di garis lintang sedang, kecepatan transportasi musim dingin ke barat meningkat ke nilai maksimum - sekitar 80 m/detik, dan transportasi timur musim panas - hingga 60 m/detik pada ketinggian sekitar 70 km . Penelitian beberapa tahun terakhir dengan jelas menunjukkan bahwa ciri-ciri medan suhu di mesosfer tidak dapat dijelaskan hanya oleh pengaruh faktor radiasi. Faktor dinamis (khususnya, pemanasan atau pendinginan saat udara turun atau naik) merupakan hal yang paling penting, dan sumber panas yang dihasilkan dari foto juga dimungkinkan. reaksi kimia(misalnya, rekombinasi atom oksigen).

Di atas lapisan mesopause yang dingin (di termosfer), suhu udara mulai meningkat pesat seiring ketinggian. Dalam banyak hal, wilayah Afrika ini mirip dengan bagian bawah stratosfer. Kemungkinan besar sirkulasi di bagian bawah termosfer ditentukan oleh proses di mesosfer, dan dinamika lapisan atas termosfer ditentukan oleh penyerapan radiasi matahari di sini. Namun, sulit untuk mempelajari pergerakan atmosfer pada ketinggian ini karena kompleksitasnya yang signifikan. Pergerakan pasang surut (terutama pasang surut semidiurnal matahari dan diurnal) menjadi sangat penting di termosfer, di bawah pengaruh kecepatan angin pada ketinggian lebih dari 80 km dapat mencapai 100-120 m/detik. Ciri pasang surut atmosfer - variabilitasnya yang kuat tergantung pada garis lintang, waktu dalam setahun, ketinggian di atas permukaan laut dan waktu. Di termosfer, perubahan signifikan dalam kecepatan angin terhadap ketinggian juga diamati (terutama di dekat level 100 km), yang disebabkan oleh pengaruh gelombang gravitasi. Terletak pada kisaran ketinggian 100-110 km disebut. Turbopause secara tajam memisahkan wilayah di atas dari zona pencampuran turbulen yang intens.

Seiring dengan arus udara skala besar, banyak sirkulasi udara lokal diamati di lapisan bawah atmosfer (angin sepoi-sepoi, bora, angin lembah pegunungan, dll.; lihat Angin lokal). Di semua arus udara, denyut angin biasanya diamati, sesuai dengan pergerakan pusaran udara berukuran sedang dan kecil. Denyut seperti itu berhubungan dengan turbulensi atmosfer, yang secara signifikan mempengaruhi banyak proses atmosfer.

Iklim dan cuaca

Perbedaan jumlah radiasi matahari yang tiba pada garis lintang berbeda di permukaan bumi dan kompleksitas strukturnya, termasuk sebaran lautan, benua, dan sistem pegunungan utama, menentukan keragaman iklim bumi (lihat Iklim).

literatur

• Meteorologi dan Hidrologi selama 50 tahun kekuasaan Soviet, ed. EK Fedorova, L., 1967;
• Khrgian A. Kh., Fisika Atmosfer, edisi ke-2, M., 1958;
• Zverev A.S., Meteorologi sinoptik dan dasar-dasar prediksi cuaca, Leningrad, 1968;
• Khromov S.P., Meteorologi dan Klimatologi untuk Fakultas Geografi, Leningrad, 1964;
• Tverskoy P.N., Kursus Meteorologi, Leningrad, 1962;
• Matveev L. T., Dasar-dasar meteorologi umum. Fisika Atmosfer, Leningrad, 1965;
• Budyko M.I., Keseimbangan termal permukaan bumi, Leningrad, 1956;
• Kondratyev K.Ya., Aktinometri, Leningrad, 1965;
• Khvostikov I. A., Lapisan atmosfer tinggi, Leningrad, 1964;
• Moroz V.I., Fisika Planet, M., 1967;
• Tverskoy P.N., Listrik atmosfer, Leningrad, 1949;
• Shishkin N.S., Awan, curah hujan dan listrik badai, M., 1964;
• Ozon di Atmosfer Bumi, ed. G.P.Gushchina, Leningrad, 1966;
• Imyanitov I.M., Chubarina E.V., Listrik atmosfer bebas, Leningrad, 1965.

M. I. Budyko, K. Ya. Kondratiev.

Artikel atau bagian ini menggunakan teks

YouTube ensiklopedis

1 / 5

✪ Bumi pesawat ruang angkasa(Episode 14) - Suasana

✪ Mengapa atmosfer tidak ditarik ke dalam ruang hampa?

✪ Masuknya pesawat luar angkasa Soyuz TMA-8 ke atmosfer bumi

✪ Struktur suasana, makna, kajian

✪ O.S.Ugolnikov" Suasana atas. Pertemuan Bumi dan Luar Angkasa"

Subtitle

Batas atmosfer

Atmosfer dianggap sebagai wilayah di sekitar Bumi di mana media gas berputar bersama-sama dengan Bumi sebagai satu kesatuan. Atmosfer masuk ke ruang antarplanet secara bertahap, menjadi eksosfer, dimulai dari ketinggian 500-1000 km dari permukaan bumi.

Menurut definisi yang diajukan oleh Federasi Penerbangan Internasional, batas atmosfer dan ruang angkasa ditarik di sepanjang garis Karman, yang terletak di ketinggian sekitar 100 km, di atasnya penerbangan penerbangan menjadi sama sekali tidak mungkin dilakukan. NASA menggunakan tanda 122 kilometer (400.000 kaki) sebagai batas atmosfer, di mana pesawat ulang-alik beralih dari manuver bertenaga ke manuver aerodinamis.

Properti fisik

Selain gas-gas yang tertera pada tabel, atmosfer mengandung Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, hidrokarbon, HCl, HBr, uap, I 2, Br 2, serta banyak gas lainnya. dalam jumlah kecil. Troposfer secara konstan mengandung sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol). Gas paling langka di atmosfer bumi adalah radon (Rn).

Struktur atmosfer

Lapisan batas atmosfer

Lapisan bawah troposfer (ketebalan 1-2 km), dimana keadaan dan sifat permukaan bumi secara langsung mempengaruhi dinamika atmosfer.

Troposfer

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim sedang, dan 16-18 km di garis lintang tropis; lebih rendah di musim dingin dibandingkan di musim panas.
Lapisan bawah, lapisan utama atmosfer mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari seluruh uap air yang ada di atmosfer. Turbulensi dan konveksi sangat berkembang di troposfer, awan muncul, dan siklon serta antisiklon berkembang. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata 0,65°/100 meter.

Tropopause

Lapisan peralihan dari troposfer ke stratosfer, yaitu lapisan atmosfer di mana penurunan suhu seiring dengan ketinggian terhenti.

Stratosfir

Lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatan suhu pada lapisan 25-40 km dari −56,5 menjadi +0,8° (lapisan atas stratosfer atau daerah inversi) . Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Wilayah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Pada distribusi suhu vertikal terdapat maksimum (sekitar 0 °C).

Mesosfer

Termosfer

Batas atasnya sekitar 800 km. Suhu naik hingga ketinggian 200-300 km, mencapai nilai sekitar 1500 K, setelah itu hampir konstan hingga ketinggian. Di bawah pengaruh radiasi matahari dan radiasi kosmik, ionisasi udara (“aurora”) terjadi - wilayah utama ionosfer terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi. Batas atas termosfer sangat ditentukan oleh aktivitas Matahari saat ini. Selama periode aktivitas rendah - misalnya, pada 2008-2009 - terjadi penurunan ukuran lapisan ini secara nyata.

Termopause

Wilayah atmosfer yang berbatasan dengan termosfer. Di daerah ini terjadi penyerapan radiasi sinar matahari sedikit dan suhu sebenarnya tidak berubah seiring ketinggian.

Eksosfer (bola hamburan)

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas berdasarkan ketinggian bergantung pada berat molekulnya; konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring dengan bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi −110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km setara dengan suhu ~150 °C. Di atas 200 km, terjadi fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3500 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi apa yang disebut dekat ruang hampa udara, yang diisi dengan partikel langka gas antarplanet, terutama atom hidrogen. Namun gas ini hanya mewakili sebagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel debu yang sangat halus, radiasi elektromagnetik dan sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Tinjauan

Troposfer menyumbang sekitar 80% massa atmosfer, stratosfer - sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% total massa atmosfer.

Berdasarkan sifat listrik di atmosfer, mereka membedakannya neutrosfer Dan ionosfir .

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka mengeluarkannya homosfer Dan heterosfer. Heterosfer- Ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian tersebut dapat diabaikan. Ini menyiratkan komposisi heterosfer yang bervariasi. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antar lapisan ini disebut turbopause, terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Sifat-sifat lain dari atmosfer dan pengaruhnya terhadap tubuh manusia

Sudah berada di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mulai mengalami kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja seseorang menurun secara signifikan. Zona fisiologis atmosfer berakhir di sini. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin dilakukan pada ketinggian 9 km, meskipun hingga kurang lebih 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memasok kita dengan oksigen yang diperlukan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer, seiring bertambahnya ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Sejarah pembentukan atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi memiliki tiga komposisi berbeda sepanjang sejarahnya. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut suasana primer. Pada tahap selanjutnya aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Ini adalah bagaimana hal itu terbentuk suasana sekunder. Suasana ini memulihkan. Selanjutnya proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

• kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke ruang antarplanet;
• reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Lambat laun faktor-faktor ini menyebabkan terbentuknya suasana tersier, ditandai dengan kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Pendidikan jumlah besar nitrogen N 2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul oksigen O 2, yang mulai berasal dari permukaan planet ini sebagai hasil fotosintesis, mulai 3 miliar tahun yang lalu. Nitrogen N2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N 2 hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, saat terjadi pelepasan petir). Oksidasi molekul nitrogen oleh ozon di pelepasan listrik digunakan dalam jumlah kecil dalam produksi industri pupuk nitrogen. Oksidasi dengan konsumsi energi rendah dan ubah menjadi biologis bentuk aktif Cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil dapat membentuk simbiosis rhizobial dengan tanaman polong-polongan, yang dapat menjadi pupuk hijau yang efektif - tanaman yang tidak menguras, tetapi memperkaya tanah dengan pupuk alami.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di bumi sebagai hasil fotosintesis yang disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, besi berbentuk besi yang terkandung di lautan dan lain-lain. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai meningkat. Secara bertahap, suasana modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena hal ini menyebabkan perubahan yang serius dan tiba-tiba pada banyak proses yang terjadi di atmosfer, litosfer, dan biosfer, peristiwa ini disebut Bencana Oksigen.

gas mulia

Polusi udara

Belakangan ini, manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Akibat aktivitas manusia adalah peningkatan konstan kandungan karbon dioksida di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi pada era geologi sebelumnya. Sejumlah besar CO 2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan di dunia. Gas ini masuk ke atmosfer akibat penguraian batuan karbonat dan bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta akibat vulkanisme dan aktivitas industri manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer telah meningkat sebesar 10%, dengan sebagian besar (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 200-300 tahun mendatang jumlah CO2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama pencemar gas (CO, SO2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi SO 3, dan nitrogen oksida menjadi NO 2 di lapisan atas atmosfer, yang selanjutnya berinteraksi dengan uap air, dan asam sulfat H 2 SO 4 dan asam nitrat HNO 3 yang dihasilkan jatuh ke dalam permukaan bumi dalam bentuk yang disebut hujan asam. Penggunaan

Struktur dan komposisi atmosfer bumi, harus dikatakan, tidak selalu bernilai konstan dalam periode tertentu perkembangan planet kita. Saat ini, struktur vertikal elemen yang memiliki “ketebalan” total 1,5-2,0 ribu km ini diwakili oleh beberapa lapisan utama, antara lain:

1. Troposfer.
2. Tropopause.
3. Stratosfir.
4. Stratopause.
5. Mesosfer dan mesopause.
6. Termosfer.
7. Eksosfer.

Elemen dasar atmosfer

Troposfer adalah lapisan di mana pergerakan vertikal dan horizontal yang kuat diamati, di sinilah terbentuknya cuaca, fenomena sedimen, dan kondisi iklim. Membentang 7-8 kilometer dari permukaan planet hampir di semua tempat, kecuali wilayah kutub (hingga 15 km di sana). Di troposfer, terjadi penurunan suhu secara bertahap, kira-kira sebesar 6,4°C pada setiap kilometer ketinggian. Indikator ini mungkin berbeda untuk garis lintang dan musim yang berbeda.

Komposisi atmosfer bumi pada bagian ini diwakili oleh unsur-unsur berikut dan persentasenya:

Nitrogen - sekitar 78 persen;

Oksigen - hampir 21 persen;

Argon - sekitar satu persen;

Karbon dioksida - kurang dari 0,05%.

Komposisi tunggal hingga ketinggian 90 kilometer

Selain itu, di sini Anda dapat menemukan debu, tetesan air, uap air, hasil pembakaran, kristal es, garam laut, banyak partikel aerosol, dll. Komposisi atmosfer bumi ini diamati hingga ketinggian kurang lebih sembilan puluh kilometer, sehingga udaranya komposisi kimianya kurang lebih sama, tidak hanya di troposfer, tetapi juga di lapisan atasnya. Tapi di sana suasananya berbeda secara mendasar properti fisik. Lapisan yang mempunyai komposisi kimia umum disebut homosfer.

Unsur apa lagi yang menyusun atmosfer bumi? Dalam persentase (berdasarkan volume, di udara kering) gas seperti kripton (sekitar 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metana (sekitar 1,7 x 10 -5) diwakili di sini.4), dinitrogen oksida (5,0 x 10 -5), dll. Sebagai persentase massa, komponen yang paling banyak terdaftar adalah dinitrogen oksida dan hidrogen, diikuti oleh helium, kripton, dan sebagainya.

Sifat fisik lapisan atmosfer yang berbeda

Sifat fisik troposfer erat kaitannya dengan kedekatannya dengan permukaan planet. Dari sini, panas matahari yang dipantulkan dalam bentuk sinar infra merah diarahkan kembali ke atas, melibatkan proses konduksi dan konveksi. Itulah sebabnya suhu turun seiring bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Fenomena ini teramati hingga ketinggian stratosfer (11-17 kilometer), kemudian suhu hampir tidak berubah hingga 34-35 km, kemudian suhu naik kembali hingga ketinggian 50 kilometer (batas atas stratosfer) . Antara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan perantara tipis tropopause (hingga 1-2 km), di mana suhu konstan diamati di atas khatulistiwa - sekitar minus 70 ° C ke bawah. Di atas kutub, tropopause “menghangat” di musim panas hingga minus 45°C; di musim dingin, suhu di sini berfluktuasi sekitar -65°C.

Komposisi gas di atmosfer bumi mencakup unsur penting seperti ozon. Jumlahnya relatif sedikit di permukaan (sepuluh pangkat minus enam persen), karena gas terbentuk di bawah pengaruh sinar matahari dari atom oksigen di bagian atas atmosfer. Secara khusus, sebagian besar ozon berada pada ketinggian sekitar 25 km, dan seluruh “layar ozon” terletak di area 7-8 km di kutub, dari 18 km di khatulistiwa, dan total hingga lima puluh kilometer di atas permukaan laut. permukaan planet ini.

Atmosfer melindungi dari radiasi matahari

Komposisi udara di atmosfer bumi memegang peranan yang sangat penting dalam melestarikan kehidupan, sejak bersifat individual unsur kimia dan komposisinya berhasil membatasi akses radiasi matahari ke permukaan bumi dan manusia, hewan, dan tumbuhan yang hidup di dalamnya. Misalnya, molekul uap air secara efektif menyerap hampir semua rentang radiasi infra merah, kecuali yang panjangnya berkisar antara 8 hingga 13 mikron. Ozon menyerap radiasi ultraviolet hingga panjang gelombang 3100 A. Tanpa lapisan tipisnya (rata-rata hanya 3 mm jika ditempatkan di permukaan planet), hanya air pada kedalaman lebih dari 10 meter yang dapat dihuni dan gua bawah tanah dimana radiasi matahari tidak mencapainya.

Nol Celcius di stratopause

Di antara dua tingkat atmosfer berikutnya, stratosfer dan mesosfer, terdapat lapisan yang luar biasa - stratopause. Suhu ini kira-kira sama dengan ketinggian maksimum ozon dan suhu di sini relatif nyaman bagi manusia - sekitar 0°C. Di atas stratopause, di mesosfer (dimulai di suatu tempat pada ketinggian 50 km dan berakhir pada ketinggian 80-90 km), penurunan suhu kembali diamati dengan meningkatnya jarak dari permukaan bumi (hingga minus 70-80 ° C ). Meteor biasanya terbakar habis di mesosfer.

Di termosfer - ditambah 2000 K!

Komposisi kimia Atmosfer bumi di termosfer (dimulai setelah mesopause dari ketinggian sekitar 85-90 hingga 800 km) menentukan kemungkinan terjadinya fenomena seperti pemanasan bertahap lapisan “udara” yang sangat dijernihkan di bawah pengaruh radiasi matahari. Di bagian “selimut udara” planet ini, suhu berkisar antara 200 hingga 2000 K, yang diperoleh karena ionisasi oksigen (atom oksigen terletak di atas 300 km), serta rekombinasi atom oksigen menjadi molekul. , disertai dengan pelepasan panas dalam jumlah besar. Termosfer adalah tempat terjadinya aurora.

Di atas termosfer terdapat eksosfer - lapisan terluar atmosfer, tempat atom hidrogen yang ringan dan bergerak cepat dapat lepas ke luar angkasa. Komposisi kimiawi atmosfer bumi di sini sebagian besar diwakili oleh atom oksigen individu di lapisan bawah, atom helium di lapisan tengah, dan hampir secara eksklusif atom hidrogen di lapisan atas. Suhu tinggi terjadi di sini - sekitar 3000 K dan tidak ada tekanan atmosfer.

Bagaimana atmosfer bumi terbentuk?

Namun, seperti disebutkan di atas, planet ini tidak selalu memiliki komposisi atmosfer seperti itu. Total ada tiga konsep asal usul unsur ini. Hipotesis pertama menyatakan bahwa atmosfer diambil melalui proses akresi dari awan protoplanet. Namun, saat ini teori ini mendapat banyak kritik, karena atmosfer primer seperti itu seharusnya dihancurkan oleh “angin” matahari dari sebuah bintang di sistem planet kita. Selain itu, unsur-unsur yang mudah menguap diasumsikan tidak dapat tertahan di zona pembentukan planet kebumian karena suhu yang terlalu tinggi.

Komposisi atmosfer utama bumi, seperti yang dikemukakan oleh hipotesis kedua, mungkin terbentuk karena pemboman aktif permukaan oleh asteroid dan komet yang datang dari sekitar Tata Surya pada tahap awal perkembangannya. Cukup sulit untuk mengkonfirmasi atau menyangkal konsep ini.

Eksperimen di IDG RAS

Tampaknya hipotesis ketiga yang paling masuk akal, yang meyakini bahwa atmosfer muncul sebagai akibat pelepasan gas dari mantel kerak bumi sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Konsep ini diuji di Institut Geografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia selama percobaan yang disebut “Tsarev 2”, ketika sampel zat asal meteorik dipanaskan dalam ruang hampa. Kemudian tercatat pelepasan gas-gas seperti H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, dll. Oleh karena itu, para ilmuwan dengan tepat berasumsi bahwa komposisi kimiawi atmosfer utama bumi antara lain air dan karbon dioksida, hidrogen fluorida ( HF) uap, karbon monoksida(CO), hidrogen sulfida (H 2 S), senyawa nitrogen, hidrogen, metana (CH 4), uap amonia (NH 3), argon, dll. Uap air dari atmosfer primer ikut serta dalam pembentukan hidrosfer, karbon dioksida sebagian besar muncul dalam keadaan terikat dalam bahan organik dan batuan, nitrogen masuk ke dalam komposisi udara modern, dan juga kembali ke batuan sedimen dan bahan organik.

Komposisi atmosfer utama bumi tidak memungkinkan manusia modern berada di dalamnya tanpa alat bantu pernapasan, karena saat itu tidak ada oksigen dalam jumlah yang dibutuhkan. Unsur ini muncul dalam jumlah yang signifikan satu setengah miliar tahun yang lalu, diyakini sehubungan dengan perkembangan proses fotosintesis pada alga biru-hijau dan alga lainnya, yang merupakan penghuni tertua di planet kita.

Oksigen minimal

Fakta bahwa komposisi atmosfer bumi pada awalnya hampir bebas oksigen ditunjukkan oleh fakta bahwa grafit (karbon) yang mudah teroksidasi, tetapi tidak teroksidasi, ditemukan pada batuan tertua (Catarchaean). Selanjutnya disebut banded bijih besi, yang mencakup lapisan oksida besi yang diperkaya, yang berarti munculnya sumber oksigen yang kuat dalam bentuk molekul di planet ini. Namun unsur-unsur ini hanya ditemukan secara berkala (mungkin ganggang yang sama atau penghasil oksigen lainnya muncul di pulau-pulau kecil di gurun bebas oksigen), sedangkan wilayah lain di dunia bersifat anaerobik. Yang terakhir ini didukung oleh fakta bahwa pirit yang mudah teroksidasi ditemukan dalam bentuk kerikil yang diproses secara aliran tanpa jejak reaksi kimia. Karena air yang mengalir tidak dapat diangin-anginkan dengan baik, berkembanglah pandangan bahwa atmosfer sebelum Kambrium mengandung kurang dari satu persen komposisi oksigen saat ini.

Perubahan revolusioner dalam komposisi udara

Kira-kira di pertengahan Proterozoikum (1,8 miliar tahun yang lalu), “revolusi oksigen” terjadi, ketika dunia beralih ke respirasi aerobik, di mana dari satu molekul gizi(glukosa) Anda bisa mendapatkan 38, dan bukan dua (seperti pada respirasi anaerobik) unit energi. Komposisi atmosfer bumi, dalam hal oksigen, mulai melebihi satu persen dari komposisi modern, dan mulai timbul lapisan ozon, melindungi organisme dari radiasi. Dari dialah, misalnya, hewan purba seperti trilobita “bersembunyi” di bawah cangkang tebal. Sejak saat itu hingga zaman kita, kandungan elemen utama “pernapasan” meningkat secara bertahap dan perlahan, memastikan keragaman perkembangan bentuk kehidupan di planet ini.

Atmosfer bumi adalah lapisan gas planet ini. Batas bawah atmosfer terletak di dekat permukaan bumi (hidrosfer dan kerak bumi), dan batas atasnya adalah wilayah antariksa yang berdekatan (122 km). Suasana mengandung banyak elemen berbeda. Yang utama adalah: 78% nitrogen, 20% oksigen, 1% argon, karbon dioksida, neon galium, hidrogen, dll. Fakta Menarik Anda dapat melihat di akhir artikel atau dengan mengklik.

Atmosfer mempunyai lapisan udara yang jelas. Lapisan-lapisan udara berbeda satu sama lain dalam hal suhu, perbedaan gas dan kepadatannya, dan. Perlu diketahui bahwa lapisan stratosfer dan troposfer melindungi bumi dari radiasi matahari. Di lapisan yang lebih tinggi, organisme hidup dapat menerima dosis mematikan spektrum matahari ultraviolet. Untuk melompat dengan cepat ke lapisan atmosfer yang diinginkan, klik pada lapisan yang sesuai:

Troposfer dan tropopause

Troposfer - suhu, tekanan, ketinggian

Batas atasnya kurang lebih 8 - 10 km. Di garis lintang sedang jaraknya 16 - 18 km, dan di garis lintang kutub 10 - 12 km. Troposfer- Ini adalah lapisan utama atmosfer yang lebih rendah. Lapisan ini mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan hampir 90% seluruh uap air. Di troposfer itulah konveksi dan turbulensi terjadi, siklon terbentuk dan terjadi. Suhu berkurang seiring bertambahnya ketinggian. Gradien: 0,65°/100 m Tanah dan air yang panas memanaskan udara di sekitarnya. Udara panas naik, mendingin dan membentuk awan. Suhu di batas atas lapisan bisa mencapai – 50/70 °C.

Di lapisan inilah terjadi perubahan iklim kondisi cuaca. Batas bawah troposfer disebut permukaan tanah, karena mengandung banyak mikroorganisme dan debu yang mudah menguap. Kecepatan angin bertambah seiring bertambahnya ketinggian pada lapisan ini.

Tropopause

Ini adalah lapisan transisi dari troposfer ke stratosfer. Di sini ketergantungan penurunan suhu dengan bertambahnya ketinggian berhenti. Tropopause adalah ketinggian minimum di mana gradien suhu vertikal turun hingga 0,2°C/100 m. Ketinggian tropopause bergantung pada peristiwa iklim kuat seperti siklon. Ketinggian tropopause berkurang di atas siklon, dan meningkat di atas antisiklon.

Stratosfer dan Stratopause

Ketinggian lapisan stratosfer kurang lebih 11 sampai 50 km. Terjadi sedikit perubahan suhu pada ketinggian 11 – 25 km. Pada ketinggian 25 - 40 km diamati inversi suhu, dari 56,5 naik menjadi 0,8°C. Dari 40 km hingga 55 km suhu tetap pada 0°C. Daerah ini disebut - Stratopause.

Di Stratosfer, efek radiasi matahari pada molekul gas diamati; mereka berdisosiasi menjadi atom. Hampir tidak ada uap air pada lapisan ini. Pesawat komersial supersonik modern terbang pada ketinggian hingga 20 km karena kondisi penerbangan yang stabil. Balon cuaca ketinggian naik hingga ketinggian 40 km. Arus udara stabil di sini, kecepatannya mencapai 300 km/jam. Juga terkonsentrasi di lapisan ini ozon, lapisan yang menyerap sinar ultraviolet.

Mesosfer dan Mesopause - komposisi, reaksi, suhu

Lapisan mesosfer dimulai pada ketinggian kurang lebih 50 km dan berakhir pada ketinggian 80 - 90 km. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian sekitar 0,25-0,3°C/100 m. Efek energi utama di sini adalah pertukaran panas radiasi. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas (memiliki 1 atau 2 elektron tidak berpasangan) karena mereka menerapkan binar suasana.

Hampir semua meteor terbakar di mesosfer. Para ilmuwan menamai zona ini - Ketidaktahuan. Zona ini sulit untuk dijelajahi, karena aerodinamis penerbangan di sini sangat buruk karena kepadatan udaranya 1000 kali lebih kecil dibandingkan di Bumi. Dan untuk peluncuran satelit buatan, kepadatannya masih sangat tinggi. Penelitian dilakukan dengan menggunakan roket cuaca, tapi ini adalah penyimpangan. Mesopause lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Memiliki suhu minimal -90°C.

Jalur Karman

Garis saku disebut batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa. Menurut Federasi Penerbangan Internasional (FAI), ketinggian perbatasan ini adalah 100 km. Definisi ini diberikan untuk menghormati ilmuwan Amerika Theodore Von Karman. Dia menetapkan bahwa kira-kira pada ketinggian ini kepadatan atmosfer sangat rendah sehingga penerbangan aerodinamis menjadi tidak mungkin dilakukan di sini, karena kecepatan pesawat harus lebih besar. kecepatan melarikan diri. Pada ketinggian seperti itu konsep tersebut kehilangan maknanya penghalang suara. Di sini untuk mengelola pesawat terbang hanya mungkin terjadi karena gaya reaktif.

Termosfer dan Termopause

Batas atas lapisan ini kurang lebih 800 km. Suhu naik hingga kira-kira ketinggian 300 km mencapai sekitar 1500 K. Di atas suhu tetap tidak berubah. Pada lapisan ini terjadi Lampu Kutub- Terjadi akibat pengaruh radiasi matahari terhadap udara. Proses ini juga disebut ionisasi oksigen atmosfer.

Karena kelangkaan udara yang rendah, penerbangan di atas jalur Karman hanya dapat dilakukan sepanjang lintasan balistik. Semua penerbangan orbit berawak (kecuali penerbangan ke Bulan) berlangsung di lapisan atmosfer ini.

Eksosfer - kepadatan, suhu, ketinggian

Ketinggian eksosfer di atas 700 km. Di sini gasnya sangat dijernihkan, dan prosesnya berlangsung menghilangnya— kebocoran partikel ke ruang antarplanet. Kecepatan partikel tersebut bisa mencapai 11,2 km/detik. Peningkatan aktivitas matahari menyebabkan perluasan ketebalan lapisan ini.

• Cangkang gas tidak terbang ke luar angkasa karena gravitasi. Udara terdiri dari partikel-partikel yang mempunyai massanya sendiri-sendiri. Dari hukum gravitasi kita dapat menyimpulkan bahwa setiap benda bermassa tertarik ke bumi.
• Hukum Buys-Ballot menyatakan bahwa jika Anda berada di belahan bumi utara dan berdiri membelakangi angin, maka akan terdapat daerah bertekanan tinggi di sebelah kanan dan bertekanan rendah di sebelah kiri. Di Belahan Bumi Selatan, segalanya akan terjadi sebaliknya.

Kembali