Abfolge atmosphärischer Schichten. Zusammensetzung und Struktur der Atmosphäre

Atmosphäre (von griechisch ατμός – „Dampf“ und σφαῖρα – „Kugel“) ist die Gashülle eines Himmelskörpers, die durch die Schwerkraft um ihn herum gehalten wird. Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle des Planeten, bestehend aus einer Mischung verschiedener Gase, Wasserdampf und Staub. Die Atmosphäre tauscht Materie zwischen der Erde und dem Kosmos aus. Die Erde nimmt kosmischen Staub und Meteoritenmaterial auf und verliert die leichtesten Gase: Wasserstoff und Helium. Die Erdatmosphäre wird durch und durch von starker Strahlung der Sonne durchdrungen, die das thermische Regime der Planetenoberfläche bestimmt und die Dissoziation von Molekülen atmosphärischer Gase und die Ionisierung von Atomen verursacht.

Die Erdatmosphäre enthält Sauerstoff, der von den meisten lebenden Organismen zur Atmung genutzt wird, und Kohlendioxid, das von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien bei der Photosynthese verbraucht wird. Die Atmosphäre ist auch die Schutzschicht des Planeten und schützt seine Bewohner vor der ultravioletten Strahlung der Sonne.

Alle massiven Körper – terrestrische Planeten und Gasriesen – haben eine Atmosphäre.

Atmosphärische Komposition

Die Atmosphäre ist ein Gasgemisch bestehend aus Stickstoff (78,08 %), Sauerstoff (20,95 %), Kohlendioxid (0,03 %), Argon (0,93 %), einer kleinen Menge Helium, Neon, Xenon, Krypton (0,01 %). 0,038 % Kohlendioxid und nicht große Menge Wasserstoff, Helium, andere Edelgase und Schadstoffe.

Moderne Komposition Die Luft der Erde entstand vor mehr als hundert Millionen Jahren, doch die stark gestiegene Produktionstätigkeit des Menschen führte dennoch zu ihrer Veränderung. Derzeit ist ein Anstieg des CO 2 -Gehalts um ca. 10-12 % zu verzeichnen. Die in der Atmosphäre enthaltenen Gase erfüllen verschiedene funktionelle Rollen. Die Hauptbedeutung dieser Gase liegt jedoch vor allem darin begründet, dass sie Strahlungsenergie sehr stark absorbieren und dadurch einen erheblichen Einfluss auf das Temperaturregime der Erdoberfläche und Atmosphäre haben.

Die anfängliche Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten hängt normalerweise von den chemischen und Temperatureigenschaften der Sonne während der Planetenentstehung und der anschließenden Freisetzung externer Gase ab. Dann entwickelt sich die Zusammensetzung der Gashülle unter dem Einfluss verschiedener Faktoren.

Die Atmosphären von Venus und Mars bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxid mit geringen Zusätzen von Stickstoff, Argon, Sauerstoff und anderen Gasen. Die Erdatmosphäre ist größtenteils das Produkt der darin lebenden Organismen. Die Niedertemperatur-Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun können hauptsächlich Gase mit niedrigem Molekulargewicht zurückhalten – Wasserstoff und Helium. Hochtemperatur-Gasriesen wie Osiris oder 51 Pegasi b hingegen können es nicht halten und die Moleküle ihrer Atmosphäre werden im Weltraum verstreut. Dieser Prozess erfolgt langsam und kontinuierlich.

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

Sauerstoff ist im Gegensatz zu Stickstoff ein chemisch sehr aktives Element. Die spezifische Funktion von Sauerstoff ist die Oxidation organischer Stoffe in heterotrophen Organismen. Felsen und unteroxidierte Gase, die von Vulkanen in die Atmosphäre freigesetzt werden. Ohne Sauerstoff gäbe es keine Zersetzung abgestorbener organischer Stoffe.

Atmosphärische Struktur

Die Struktur der Atmosphäre besteht aus zwei Teilen: dem inneren – der Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Thermosphäre oder Ionosphäre – und dem äußeren – der Magnetosphäre (Exosphäre).

1) Troposphäre- Das Unterteil Atmosphäre, in der 3/4 d.h. konzentriert ist ~ 80 % der gesamten Erdatmosphäre. Seine Höhe wird durch die Intensität der vertikalen (aufsteigenden oder absteigenden) Luftströme bestimmt, die durch die Erwärmung der Erdoberfläche und des Ozeans verursacht werden. Daher beträgt die Dicke der Troposphäre am Äquator 16 bis 18 km gemäßigte Breiten 10-11 km und an den Polen bis zu 8 km. Die Lufttemperatur in der Troposphäre in der Höhe nimmt alle 100 m um 0,6 °C ab und liegt zwischen +40 und -50 °C.

2) Stratosphäre liegt oberhalb der Troposphäre und hat eine Höhe von bis zu 50 km über der Planetenoberfläche. Die Temperatur beträgt in einer Höhe von bis zu 30 km konstant -50 °C. Dann beginnt es zu steigen und erreicht in einer Höhe von 50 km +10 °C.

Die obere Grenze der Biosphäre ist der Ozonschirm.

Der Ozonschirm ist eine Schicht der Atmosphäre in der Stratosphäre, die sich in unterschiedlichen Höhen von der Erdoberfläche befindet und eine maximale Ozondichte in einer Höhe von 20–26 km aufweist.

Die Höhe der Ozonschicht an den Polen wird auf 7–8 km geschätzt, am Äquator auf 17–18 km und die maximale Höhe der Ozonpräsenz beträgt 45–50 km. Leben oberhalb des Ozonschildes ist aufgrund der starken ultravioletten Strahlung der Sonne unmöglich. Wenn man alle Ozonmoleküle komprimiert, entsteht eine etwa 3 mm dicke Schicht um den Planeten.

3) Mesosphäre– Die obere Grenze dieser Schicht liegt bis zu einer Höhe von 80 km. Sein Hauptmerkmal ist ein starker Temperaturabfall von -90 °C an der Obergrenze. Hier werden leuchtende Nachtwolken aus Eiskristallen aufgezeichnet.

4) Ionosphäre (Thermosphäre) - liegt bis zu einer Höhe von 800 km und ist durch einen deutlichen Temperaturanstieg gekennzeichnet:

150 km Temperatur +240 °C,

200 km Temperatur +500 °C,

600 km Temperatur +1500 °C.

Unter dem Einfluss der ultravioletten Strahlung der Sonne befinden sich Gase in einem ionisierten Zustand. Ionisierung ist mit dem Leuchten von Gasen und dem Auftreten von Polarlichtern verbunden.

Die Ionosphäre hat die Fähigkeit, Radiowellen wiederholt zu reflektieren, was die Funkkommunikation über große Entfernungen auf dem Planeten gewährleistet.

5) Exosphäre– liegt über 800 km und erstreckt sich bis zu 3000 km. Hier beträgt die Temperatur >2000 °C. Die Geschwindigkeit der Gasbewegung nähert sich dem kritischen Wert von ~ 11,2 km/s. Die dominierenden Atome sind Wasserstoff und Helium, die eine leuchtende Korona um die Erde bilden, die sich bis zu einer Höhe von 20.000 km erstreckt.

Funktionen der Atmosphäre

1) Thermoregulatorisch – Wetter und Klima auf der Erde hängen von der Verteilung von Wärme und Druck ab.

2) Lebenserhaltend.

3) In der Troposphäre treten globale vertikale und horizontale Bewegungen auf Luftmassen Bestimmung des Wasserkreislaufs und des Wärmeaustauschs.

4) Fast alle oberflächengeologischen Prozesse werden durch die Wechselwirkung von Atmosphäre, Lithosphäre und Hydrosphäre verursacht.

5) Schutz – die Atmosphäre schützt die Erde vor Weltraum, Sonneneinstrahlung und Meteoritenstaub.

Funktionen der Atmosphäre. Ohne die Atmosphäre wäre Leben auf der Erde unmöglich. Ein Mensch nimmt täglich 12-15 kg zu sich. Luft, die jede Minute 5 bis 100 Liter einatmet, was den durchschnittlichen täglichen Bedarf an Nahrung und Wasser deutlich übersteigt. Darüber hinaus schützt die Atmosphäre den Menschen zuverlässig vor Gefahren, die ihn aus dem Weltraum bedrohen: Sie lässt weder Meteoriten noch kosmische Strahlung durch. Ein Mensch kann fünf Wochen ohne Nahrung, fünf Tage ohne Wasser und fünf Minuten ohne Luft leben. Das normale menschliche Leben erfordert nicht nur Luft, sondern auch eine gewisse Reinheit. Die Gesundheit der Menschen, der Zustand der Flora und Fauna, die Festigkeit und Haltbarkeit von Bauwerken und Bauwerken hängen von der Luftqualität ab. Verschmutzte Luft ist schädlich für Gewässer, Land, Meere und Böden. Die Atmosphäre bestimmt das Licht und reguliert die thermischen Regime der Erde, fördert die Umverteilung der Wärme Globus. Die Gashülle schützt die Erde vor übermäßiger Abkühlung und Erwärmung. Wenn unser Planet nicht von einer Lufthülle umgeben wäre, würde die Amplitude der Temperaturschwankungen innerhalb eines Tages 200 °C erreichen. Die Atmosphäre schützt alles Leben auf der Erde vor zerstörerischer ultravioletter Strahlung, Röntgenstrahlung und kosmischer Strahlung. Die Atmosphäre spielt bei der Lichtverteilung eine große Rolle. Seine Luft bricht die Sonnenstrahlen in eine Million kleiner Strahlen, streut sie und erzeugt eine gleichmäßige Beleuchtung. Die Atmosphäre dient als Klangleiter.

Die Erdatmosphäre ist heterogen: In verschiedenen Höhen herrschen unterschiedliche Luftdichten und -drücke, Temperatur und Gaszusammensetzung ändern sich. Basierend auf dem Verhalten der Umgebungslufttemperatur (d. h. die Temperatur nimmt mit der Höhe zu oder ab) werden darin folgende Schichten unterschieden: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Die Grenzen zwischen den Schichten werden Pausen genannt: Es gibt 4 davon, weil Die obere Grenze der Exosphäre ist sehr unscharf und bezieht sich oft auf den nahen Weltraum. Die allgemeine Struktur der Atmosphäre kann dem beigefügten Diagramm entnommen werden.

Abb.1 Die Struktur der Erdatmosphäre. Bildnachweis: Website

Die unterste Atmosphärenschicht ist die Troposphäre, deren obere Grenze je nach Tropopause Tropopause genannt wird geografischer Breitengrad variiert und reicht von 8 km. in der Polarregion bis zu 20 km. in tropischen Breiten. In mittleren oder gemäßigten Breiten liegt ihre Obergrenze bei Höhen von 10–12 km. Im Jahresverlauf unterliegt die Obergrenze der Troposphäre je nach Einstrahlung der Sonnenstrahlung Schwankungen. So wurde bei der Sondierung des Südpols der Erde durch den US-amerikanischen Wetterdienst festgestellt, dass es von März bis August oder September zu einer stetigen Abkühlung der Troposphäre kommt, was zu einer kurzen Zeitspanne im August führt oder September steigt seine Grenze auf 11,5 km. Dann, in der Zeit von September bis Dezember, nimmt er schnell ab und erreicht seinen niedrigsten Stand - 7,5 km, danach bleibt seine Höhe bis März praktisch unverändert. Diese. Die Troposphäre erreicht im Sommer ihre größte Dicke und im Winter ihre dünnste.

Es ist zu beachten, dass es neben saisonalen Schwankungen auch tägliche Schwankungen in der Höhe der Tropopause gibt. Auch seine Position wird durch Zyklone und Antizyklone beeinflusst: Im ersten Fall fällt es, weil Der Druck in ihnen ist geringer als in der Umgebungsluft und zweitens steigt er entsprechend an.

Die Troposphäre enthält bis zu 90 % der Gesamtmasse der Erdluft und 9/10 des gesamten Wasserdampfs. Hier sind Turbulenzen besonders in den oberflächennahen und höchsten Schichten stark ausgeprägt, es bilden sich Wolken aller Ebenen, es bilden sich Zyklone und Antizyklone. Und dank der Ansammlung von Treibhausgasen (Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf), die von der Erdoberfläche reflektiert werden Sonnenstrahlen entwickelt sich Treibhauseffekt.

Der Treibhauseffekt ist mit einer Abnahme der Lufttemperatur in der Troposphäre mit zunehmender Höhe verbunden (da die erhitzte Erde mehr Wärme an die Oberflächenschichten abgibt). Das durchschnittliche vertikale Gefälle beträgt 0,65°/100 m (d. h. die Lufttemperatur sinkt pro 100 Meter Steigung um 0,65° C). Wenn also in der Nähe der Erdoberfläche, in der Nähe des Äquators Jahresdurchschnittstemperatur Luft beträgt +26°, dann an der Obergrenze -70°. Temperatur in der Nähe der Tropopause oben Nordpol Das ganze Jahr über schwankt die Temperatur zwischen -45° im Sommer und -65° im Winter.

Mit zunehmender Höhe sinkt auch der Luftdruck, der an der oberen Grenze der Troposphäre nur noch 12–20 % des oberflächennahen Niveaus beträgt.

An der Grenze der Troposphäre und der darüber liegenden Schicht der Stratosphäre liegt eine 1-2 km dicke Schicht der Tropopause. Als untere Grenze der Tropopause wird üblicherweise eine Luftschicht angesehen, in der der vertikale Gradient auf 0,2°/100 m abnimmt, gegenüber 0,65°/100 m in den darunter liegenden Regionen der Troposphäre.

Innerhalb der Tropopause werden Luftströme einer genau definierten Richtung beobachtet, sogenannte Höhen-Jetstreams oder „Jetstreams“, die unter dem Einfluss der Rotation der Erde um ihre Achse und der Erwärmung der Atmosphäre unter Beteiligung der Sonnenstrahlung entstehen . An den Grenzen von Zonen mit erheblichen Temperaturunterschieden werden Strömungen beobachtet. Es gibt mehrere Lokalisierungszentren dieser Strömungen, beispielsweise arktische, subtropische, subpolare und andere. Kenntnisse über die Lokalisierung von Jetstreams sind für die Meteorologie und die Luftfahrt sehr wichtig: Erstere nutzt Streams für genauere Wettervorhersagen, letztere für die Konstruktion von Flugrouten für Flugzeuge, weil An den Grenzen der Strömungen gibt es starke turbulente Wirbel, ähnlich kleinen Strudeln, die aufgrund der Abwesenheit von Wolken in diesen Höhen als „Turbulenzen bei klarem Himmel“ bezeichnet werden.

Unter dem Einfluss hochgelegener Jet-Strömungen kommt es häufig zu Brüchen in der Tropopause, manchmal verschwindet sie ganz, bildet sich dann aber neu. Dies wird besonders häufig in subtropischen Breiten beobachtet, die von einer starken subtropischen Höhenströmung dominiert werden. Darüber hinaus führt der Unterschied der Tropopausenschichten in der Umgebungstemperatur zur Bildung von Lücken. Beispielsweise besteht eine große Lücke zwischen der warmen und niedrigen polaren Tropopause und der hohen und kalten Tropopause tropischer Breiten. IN In letzter Zeit Hervorzuheben ist auch die Tropopausenschicht der gemäßigten Breiten, die Brüche zu den beiden vorherigen Schichten aufweist: polar und tropisch.

Die zweite Schicht der Erdatmosphäre ist die Stratosphäre. Die Stratosphäre lässt sich grob in zwei Regionen einteilen. Der erste von ihnen liegt bis zu einer Höhe von 25 km und zeichnet sich durch nahezu konstante Temperaturen aus, die den Temperaturen der oberen Schichten der Troposphäre in einem bestimmten Gebiet entsprechen. Die zweite Region oder Inversionsregion ist durch einen Anstieg der Lufttemperatur bis in Höhen von etwa 40 km gekennzeichnet. Dies geschieht aufgrund der Absorption der ultravioletten Sonnenstrahlung durch Sauerstoff und Ozon. Im oberen Teil der Stratosphäre ist die Temperatur dank dieser Erwärmung oft positiv oder sogar vergleichbar mit der Temperatur der Oberflächenluft.

Oberhalb des Inversionsbereichs befindet sich eine Schicht konstanter Temperaturen, die Stratopause genannt wird und die Grenze zwischen Stratosphäre und Mesosphäre darstellt. Seine Dicke erreicht 15 km.

Anders als in der Troposphäre sind turbulente Störungen in der Stratosphäre selten, es gibt jedoch starke horizontale Winde oder Jetstreams, die in schmalen Zonen entlang der den Polen zugewandten Grenzen der gemäßigten Breiten wehen. Die Position dieser Zonen ist nicht konstant: Sie können sich verschieben, ausdehnen oder sogar ganz verschwinden. Oftmals dringen Jetstreams in die oberen Schichten der Troposphäre ein, oder umgekehrt dringen Luftmassen aus der Troposphäre in die unteren Schichten der Stratosphäre ein. Eine solche Vermischung der Luftmassen ist besonders typisch in Gebieten mit atmosphärischen Fronten.

In der Stratosphäre gibt es wenig Wasserdampf. Die Luft ist hier sehr trocken und daher bilden sich kaum Wolken. Erst in Höhen von 20-25 km und in hohen Breiten kann man sehr dünne Perlmuttwolken aus unterkühlten Wassertröpfchen beobachten. Tagsüber sind diese Wolken nicht sichtbar, aber mit Einbruch der Dunkelheit scheinen sie zu leuchten, da sie von der Sonne beleuchtet werden, die bereits unter dem Horizont untergegangen ist.

In der gleichen Höhe (20-25 km) befindet sich in der unteren Stratosphäre die sogenannte Ozonschicht – der Bereich mit dem höchsten Ozongehalt, der unter dem Einfluss ultravioletter Sonnenstrahlung entsteht (mehr dazu erfahren Sie hier). Prozess auf der Seite). Die Ozonschicht oder Ozonosphäre ist von größter Bedeutung für die Erhaltung des Lebens aller an Land lebenden Organismen, da sie tödliche ultraviolette Strahlen mit einer Wellenlänge von bis zu 290 nm absorbiert. Aus diesem Grund leben lebende Organismen nicht oberhalb der Ozonschicht; sie ist die Obergrenze der Verbreitung des Lebens auf der Erde.

Auch Ozon verändert sich Magnetfelder, Atome zerfallen in Moleküle, es kommt zu Ionisierung, es kommt zur Neubildung von Gasen und anderen chemischen Verbindungen.

Die über der Stratosphäre liegende Schicht der Atmosphäre wird Mesosphäre genannt. Es zeichnet sich durch eine Abnahme der Lufttemperatur mit zunehmender Höhe mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von 0,25–0,3°/100 m aus, was zu starken Turbulenzen führt. An den oberen Grenzen der Mesosphäre, in der sogenannten Mesopause, wurden Temperaturen bis zu -138 °C gemessen, was das absolute Minimum für die gesamte Erdatmosphäre darstellt.

Hier, innerhalb der Mesopause, liegt die untere Grenze des Bereichs der aktiven Absorption von Röntgenstrahlung und kurzwelliger ultravioletter Strahlung der Sonne. Dieser Energieprozess wird Strahlungswärmeübertragung genannt. Dadurch wird das Gas erhitzt und ionisiert, was die Atmosphäre zum Leuchten bringt.

In Höhen von 75–90 km an den oberen Grenzen der Mesosphäre wurden besondere Wolken beobachtet, die weite Gebiete in den Polarregionen des Planeten einnahmen. Diese Wolken werden wegen ihres Leuchtens in der Dämmerung als nachtleuchtend bezeichnet, das durch die Reflexion des Sonnenlichts an den Eiskristallen, aus denen diese Wolken bestehen, entsteht.

Der Luftdruck in der Mesopause ist 200-mal geringer als an der Erdoberfläche. Dies deutet darauf hin, dass fast die gesamte Luft in der Atmosphäre in ihren drei unteren Schichten konzentriert ist: der Troposphäre, der Stratosphäre und der Mesosphäre. Die darüber liegenden Schichten Thermosphäre und Exosphäre machen nur 0,05 % der Masse der gesamten Atmosphäre aus.

Die Thermosphäre liegt in Höhen von 90 bis 800 km über der Erdoberfläche.

Die Thermosphäre zeichnet sich durch einen kontinuierlichen Anstieg der Lufttemperatur bis in Höhen von 200–300 km aus, wo sie 2500°C erreichen kann. Die Temperatur steigt aufgrund der Absorption von Röntgenstrahlen und kurzwelliger ultravioletter Strahlung der Sonne durch Gasmoleküle. Oberhalb von 300 km über dem Meeresspiegel hört der Temperaturanstieg auf.

Gleichzeitig mit der Temperaturerhöhung sinkt der Druck und damit die Dichte der umgebenden Luft. Wenn also an den unteren Grenzen der Thermosphäre die Dichte 1,8 × 10 –8 g/cm 3 beträgt, dann beträgt sie an den oberen Grenzen bereits 1,8 × 10 –15 g/cm 3, was ungefähr 10 Millionen – 1 Milliarde Teilchen entspricht pro 1 cm 3.

Alle Eigenschaften der Thermosphäre, wie die Zusammensetzung der Luft, ihre Temperatur, ihre Dichte, unterliegen starken Schwankungen: je nach geografischer Lage, Jahres- und Tageszeit. Sogar die Lage der oberen Grenze der Thermosphäre ändert sich.

Die oberste Schicht der Atmosphäre wird Exosphäre oder Streuschicht genannt. Seine untere Grenze verändert sich ständig in sehr weiten Grenzen; Die durchschnittliche Höhe wird mit 690–800 km angenommen. Es wird dort installiert, wo die Wahrscheinlichkeit intermolekularer oder interatomarer Kollisionen vernachlässigt werden kann, d. h. Die durchschnittliche Entfernung, die ein chaotisch bewegtes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen ähnlichen Molekül kollidiert (die sogenannte freie Wegstrecke), ist so groß, dass die Moleküle tatsächlich mit einer Wahrscheinlichkeit nahe Null nicht kollidieren. Die Schicht, in der das beschriebene Phänomen auftritt, wird als thermische Pause bezeichnet.

Die obere Grenze der Exosphäre liegt in Höhen von 2-3.000 km. Es ist stark verschwommen und verwandelt sich allmählich in ein raumnahes Vakuum. Aus diesem Grund wird die Exosphäre manchmal als Teil des Weltraums betrachtet und als Obergrenze eine Höhe von 190.000 km angenommen, bei der der Einfluss des Sonnenstrahlungsdrucks auf die Geschwindigkeit von Wasserstoffatomen die Anziehungskraft der Wasserstoffatome übersteigt Erde. Dies ist das sogenannte die Erdkrone, bestehend aus Wasserstoffatomen. Die Dichte der Erdkorona ist sehr gering: nur 1000 Teilchen pro Kubikzentimeter, aber diese Zahl ist mehr als zehnmal höher als die Teilchenkonzentration im interplanetaren Raum.

Aufgrund der extremen Verdünnung der Luft in der Exosphäre bewegen sich Partikel auf elliptischen Bahnen um die Erde, ohne miteinander zu kollidieren. Einige von ihnen, die sich mit kosmischen Geschwindigkeiten auf offenen oder hyperbolischen Flugbahnen bewegen (Wasserstoff- und Heliumatome), verlassen die Atmosphäre und gelangen in den Weltraum, weshalb die Exosphäre als Streukugel bezeichnet wird.

Die Atmosphäre ist eine Mischung verschiedener Gase. Es erstreckt sich von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von 900 km, schützt den Planeten vor dem schädlichen Spektrum der Sonnenstrahlung und enthält Gase, die für alles Leben auf dem Planeten notwendig sind. Die Atmosphäre speichert die Wärme der Sonne, erwärmt die Erdoberfläche und schafft ein günstiges Klima.

Atmosphärische Komposition

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus zwei Gasen – Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %). Darüber hinaus enthält es Verunreinigungen von Kohlendioxid und anderen Gasen. In der Atmosphäre kommt es in Form von Dampf, Feuchtigkeitströpfchen in Wolken und Eiskristallen vor.

Schichten der Atmosphäre

Die Atmosphäre besteht aus vielen Schichten, zwischen denen es keine klaren Grenzen gibt. Die Temperaturen verschiedener Schichten unterscheiden sich deutlich voneinander.

Luftlose Magnetosphäre. Hier fliegen die meisten Erdtrabanten außerhalb der Erdatmosphäre. Exosphäre (450-500 km von der Oberfläche entfernt). Fast keine Gase. Einige Wettersatelliten fliegen in der Exosphäre. Charakterisiert wird die Thermosphäre (80-450 km). hohe Temperaturen, wobei in der oberen Schicht eine Temperatur von 1700 °C erreicht wird. Mesosphäre (50-80 km). In diesem Bereich sinkt die Temperatur mit zunehmender Höhe. Hier verglühen die meisten Meteoriten (Fragmente von Weltraumgesteinen), die in die Atmosphäre gelangen. Stratosphäre (15-50 km). Enthält eine Ozonschicht, d. h. eine Ozonschicht, die ultraviolette Strahlung der Sonne absorbiert. Dadurch steigen die Temperaturen nahe der Erdoberfläche. Normalerweise fliegen hier Düsenflugzeuge, weil Die Sicht in dieser Schicht ist sehr gut und es gibt nahezu keine witterungsbedingten Störungen. Troposphäre. Die Höhe variiert zwischen 8 und 15 km über der Erdoberfläche. Hier entsteht das Wetter des Planeten, seit in Diese Schicht enthält den meisten Wasserdampf, Staub und Wind. Die Temperatur nimmt mit der Entfernung von der Erdoberfläche ab.

Atmosphärendruck

Obwohl wir es nicht spüren, üben Schichten der Atmosphäre Druck auf die Erdoberfläche aus. Nahe der Oberfläche ist er am höchsten, und wenn man sich von dieser entfernt, nimmt er allmählich ab. Er hängt vom Temperaturunterschied zwischen Land und Meer ab, weshalb in Gebieten auf gleicher Höhe über dem Meeresspiegel oft unterschiedliche Drücke herrschen. Niedriger Druck bringt nasses Wetter, während hoher Druck normalerweise klares Wetter bringt.

Bewegung von Luftmassen in der Atmosphäre

Und der Druck zwingt die unteren Schichten der Atmosphäre, sich zu vermischen. So entstehen die Winde, die aus den Regionen wehen hoher Druck im Tiefbereich. In vielen Regionen entstehen lokale Winde auch aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Land und Meer. Berge haben auch einen erheblichen Einfluss auf die Windrichtung.

Treibhauseffekt

Kohlendioxid und andere Gase, aus denen die Erdatmosphäre besteht, speichern die Wärme der Sonne. Dieser Vorgang wird allgemein als Treibhauseffekt bezeichnet, da er in vielerlei Hinsicht an die Wärmezirkulation in Gewächshäusern erinnert. Der Treibhauseffekt verursacht eine globale Erwärmung auf dem Planeten. In Hochdruckgebieten – Hochdruckgebieten – setzt klares, sonniges Wetter ein. In den Regionen niedriger Druck- Wirbelstürme – das Wetter ist normalerweise instabil. Wärme und Licht gelangen in die Atmosphäre. Gase fangen die von der Erdoberfläche reflektierte Wärme ein und verursachen dadurch einen Temperaturanstieg auf der Erde.

In der Stratosphäre gibt es eine besondere Ozonschicht. Ozon blockiert den Großteil der ultravioletten Strahlung der Sonne und schützt so die Erde und alles Leben darauf. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Ursache für die Zerstörung der Ozonschicht spezielle Fluorchlorkohlenwasserstoffgase sind, die in einigen Aerosolen und Kühlgeräten enthalten sind. Über der Arktis und der Antarktis wurden riesige Löcher in der Ozonschicht entdeckt, die zu einem Anstieg der Menge ultravioletter Strahlung auf der Erdoberfläche beitragen.

Ozon entsteht in der unteren Atmosphäre durch Sonneneinstrahlung und verschiedene Abgase und Gase. Normalerweise verteilt es sich in der gesamten Atmosphäre. Wenn sich jedoch unter einer Schicht warmer Luft eine geschlossene Schicht kalter Luft bildet, konzentriert sich Ozon und es entsteht Smog. Leider kann dies die Ozonverluste nicht ersetzen Ozonlöcher Oh.

Auf diesem Satellitenfoto ist deutlich ein Loch in der Ozonschicht über der Antarktis zu erkennen. Die Größe des Lochs variiert, Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass es ständig wächst. Es werden Anstrengungen unternommen, die Menge an Abgasen in der Atmosphäre zu reduzieren. Die Luftverschmutzung sollte verringert und in Städten rauchfreie Kraftstoffe eingesetzt werden. Smog verursacht bei vielen Menschen Augenreizungen und Erstickungsgefahr.

Die Entstehung und Entwicklung der Erdatmosphäre

Die moderne Atmosphäre der Erde ist das Ergebnis einer langen evolutionären Entwicklung. Es entstand als Ergebnis der kombinierten Wirkung geologischer Faktoren und der lebenswichtigen Aktivität von Organismen. Hindurch geologische Geschichte Die Erdatmosphäre hat mehrere tiefgreifende Veränderungen erfahren. Basierend auf geologischen Daten und theoretischen Prämissen könnte die Uratmosphäre der jungen Erde, die vor etwa 4 Milliarden Jahren existierte, aus einer Mischung von Inert- und Edelgasen mit einem geringen Zusatz an passivem Stickstoff bestehen (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Derzeit hat sich die Sicht auf die Zusammensetzung und Struktur der frühen Atmosphäre etwas geändert. Die Primäratmosphäre (Protoatmosphäre) im frühesten protoplanetaren Stadium, d. h. älter als 4,2 Milliarden Jahre, könnte aus einer Mischung von Methan, Ammoniak und Kohlendioxid bestehen. Durch die Entgasung des Erdmantels und aktive Verwitterungsprozesse auf der Erdoberfläche entstehen Wasserdampf, Kohlenstoffverbindungen in Form von CO 2 und CO, Schwefel und andere Verbindungen begannen in die Atmosphäre einzudringen, ebenso wie starke Halogensäuren – HCl, HF, HI und Borsäure, die durch Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Argon und einige andere Edelgase in der Atmosphäre ergänzt wurden. Diese Primäratmosphäre war extrem dünn. Daher lag die Temperatur an der Erdoberfläche nahe an der Temperatur des Strahlungsgleichgewichts (A. S. Monin, 1977).

Im Laufe der Zeit begann sich die Gaszusammensetzung der Primäratmosphäre unter dem Einfluss von Verwitterungsprozessen der auf der Erdoberfläche hervorstehenden Gesteine, der Aktivität von Cyanobakterien und Blaualgen, vulkanischen Prozessen und der Einwirkung von Sonnenlicht zu verändern. Dies führte zur Zersetzung von Methan in Kohlendioxid, Ammoniak in Stickstoff und Wasserstoff; Kohlendioxid, das langsam an die Erdoberfläche sank, und Stickstoff begannen sich in der Sekundäratmosphäre anzusammeln. Dank der lebenswichtigen Aktivität der Blaualgen begann im Prozess der Photosynthese Sauerstoff zu produzieren, der jedoch zunächst hauptsächlich für die „Oxidation atmosphärischer Gase und dann von Gesteinen“ aufgewendet wurde. Gleichzeitig begann sich in der Atmosphäre intensiv Ammoniak anzureichern, das zu molekularem Stickstoff oxidiert wurde. Es wird angenommen, dass ein erheblicher Anteil an Stickstoff in der modernen Atmosphäre ein Relikt ist. Methan und Kohlenmonoxid wurden zu Kohlendioxid oxidiert. Schwefel und Schwefelwasserstoff wurden zu SO 2 und SO 3 oxidiert, die aufgrund ihrer hohen Mobilität und Leichtigkeit schnell aus der Atmosphäre entfernt wurden. So verwandelte sich die Atmosphäre von einer reduzierenden Atmosphäre, wie sie im Archaikum und im frühen Proterozoikum herrschte, allmählich in eine oxidierende Atmosphäre.

Kohlendioxid gelangte sowohl durch Methanoxidation als auch durch Entgasung des Erdmantels und Verwitterung von Gesteinen in die Atmosphäre. Für den Fall, dass das gesamte im Laufe der Erdgeschichte freigesetzte Kohlendioxid in der Atmosphäre verbleibt, könnte sein Partialdruck derzeit derselbe wie auf der Venus werden (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Aber auf der Erde war der umgekehrte Prozess am Werk. Ein erheblicher Teil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre wurde in der Hydrosphäre gelöst, wo es von Hydrobionten zum Aufbau ihrer Schalen genutzt und biogen in Karbonate umgewandelt wurde. Anschließend bildeten sich daraus dicke Schichten chemogener und organogener Carbonate.

Sauerstoff gelangte aus drei Quellen in die Atmosphäre. Seit der Entstehung der Erde wurde es lange Zeit bei der Entgasung des Erdmantels freigesetzt und hauptsächlich für oxidative Prozesse aufgewendet. Eine weitere Sauerstoffquelle war die Photodissoziation von Wasserdampf durch harte ultraviolette Sonnenstrahlung. Auftritte; Freier Sauerstoff in der Atmosphäre führte zum Tod der meisten Prokaryoten, die unter reduzierenden Bedingungen lebten. Prokaryontische Organismen veränderten ihre Lebensräume. Sie verließen die Erdoberfläche in ihre Tiefen und Bereiche, in denen noch Erholungsbedingungen herrschten. Sie wurden durch Eukaryoten ersetzt, die begannen, Kohlendioxid energetisch in Sauerstoff umzuwandeln.

Während des Archäikums und eines bedeutenden Teils des Proterozoikums wurde fast der gesamte sowohl abiogen als auch biogen entstehende Sauerstoff hauptsächlich für die Oxidation von Eisen und Schwefel aufgewendet. Am Ende des Proterozoikums oxidierte das gesamte metallische zweiwertige Eisen auf der Erdoberfläche oder wanderte in den Erdkern. Dadurch veränderte sich der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre des frühen Proterozoikums.

In der Mitte des Proterozoikums erreichte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre den Jury-Punkt und betrug 0,01 % des heutigen Niveaus. Ab diesem Zeitpunkt begann sich Sauerstoff in der Atmosphäre anzusammeln und wahrscheinlich erreichte sein Gehalt bereits am Ende des Ripheums den Pasteur-Punkt (0,1 % des heutigen Niveaus). Es ist möglich, dass die Ozonschicht in der Vendian-Zeit entstand und nie verschwand.

Das Auftreten von freiem Sauerstoff in Erdatmosphäre stimulierte die Evolution des Lebens und führte zur Entstehung neuer Formen mit einem fortgeschritteneren Stoffwechsel. Wenn frühere eukaryotische einzellige Algen und Cyanea, die zu Beginn des Proterozoikums auftraten, einen Sauerstoffgehalt im Wasser von nur 10 -3 seiner heutigen Konzentration benötigten, dann mit dem Aufkommen nichtskelettartiger Metazoen am Ende des frühen Vendian. d.h. vor etwa 650 Millionen Jahren dürfte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre deutlich höher gewesen sein. Schließlich nutzten Metazoa die Sauerstoffatmung und dafür musste der Sauerstoffpartialdruck einen kritischen Wert erreichen – den Pasteur-Punkt. In diesem Fall wurde der anaerobe Fermentationsprozess durch einen energetisch erfolgversprechenderen und fortschrittlicheren Sauerstoffstoffwechsel ersetzt.

Danach kam es recht schnell zu einer weiteren Anreicherung von Sauerstoff in der Erdatmosphäre. Die fortschreitende Zunahme des Volumens der Blaualgen trug dazu bei, dass in der Atmosphäre der für die Lebenserhaltung der Tierwelt notwendige Sauerstoffgehalt erreicht wurde. Eine gewisse Stabilisierung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre erfolgte ab dem Zeitpunkt, als Pflanzen das Land erreichten – vor etwa 450 Millionen Jahren. Das Aufkommen von Pflanzen an Land im Silur führte zu einer endgültigen Stabilisierung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre. Von diesem Zeitpunkt an schwankte seine Konzentration innerhalb ziemlich enger Grenzen und überschritt nie die Grenzen der Existenz von Leben. Die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre hat sich seit dem Aufkommen der Blütenpflanzen vollständig stabilisiert. Dieses Ereignis ereignete sich in der Mitte Kreidezeit, d.h. vor etwa 100 Millionen Jahren.

Der Großteil des Stickstoffs entstand in den frühen Stadien der Erdentwicklung, hauptsächlich durch die Zersetzung von Ammoniak. Mit dem Aufkommen von Organismen begann der Prozess, atmosphärischen Stickstoff in organisches Material zu binden und ihn in Meeressedimenten zu vergraben. Nachdem Organismen das Land erreicht hatten, begann Stickstoff in kontinentalen Sedimenten vergraben zu werden. Die Prozesse der Verarbeitung von freiem Stickstoff intensivierten sich insbesondere mit dem Aufkommen von Landpflanzen.

На рубеже криптозоя и фанерозоя, т. е. около 650 млн. лет тому назад, содержание углекислого газа в атмосфере снизилось до десятых долей процентов, а содержания, близкого к современному уровню, он достиг лишь совсем недавно, примерно 10-20 млн. лет vor.

Somit bot die Gaszusammensetzung der Atmosphäre nicht nur Lebensraum für Organismen, sondern bestimmte auch die Merkmale ihrer Lebenstätigkeit und trug zur Besiedlung und Evolution bei. Aufkommende Störungen in der Verteilung dessen, was für Organismen nützlich ist Gaszusammensetzung Atmosphäre sowohl aus kosmischen als auch aus planetarischen Gründen dazu geführt hat Massensterben organische Welt, die während des Kryptozoikums und an bestimmten Grenzen der Geschichte des Phanerozoikums wiederholt vorkam.

Ethnosphärische Funktionen der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre liefert die notwendigen Stoffe, Energie und bestimmt die Richtung und Geschwindigkeit von Stoffwechselprozessen. Die Gaszusammensetzung der modernen Atmosphäre ist optimal für die Existenz und Entwicklung von Leben. Als Raum, in dem Wetter und Klima entstehen, muss die Atmosphäre angenehme Bedingungen für das Leben von Menschen, Tieren und Vegetation schaffen. Qualitätsabweichungen in die eine oder andere Richtung atmosphärische Luft Und Wetterverhältnisse erstellen extreme Bedingungen für das Leben der Tier- und Pflanzenwelt, einschließlich des Menschen.

Die Erdatmosphäre bietet nicht nur die Voraussetzungen für die Existenz der Menschheit, sondern ist auch der Hauptfaktor bei der Entwicklung der Ethnosphäre. Gleichzeitig erweist es sich als Energie- und Rohstoffressource für die Produktion. Im Allgemeinen ist die Atmosphäre ein Faktor, der die menschliche Gesundheit erhält, und einige Gebiete dienen aufgrund der physikalisch-geografischen Bedingungen und der atmosphärischen Luftqualität als Erholungsgebiete und sind Gebiete, die für die Behandlung und Erholung von Menschen in Sanatorien und Kurorten bestimmt sind. Somit ist die Atmosphäre ein Faktor ästhetischer und emotionaler Wirkung.

Die erst kürzlich definierten Ethnosphären- und Technosphärenfunktionen der Atmosphäre (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) erfordern eine unabhängige und eingehende Untersuchung. Daher ist die Untersuchung atmosphärischer Energiefunktionen sehr relevant, sowohl im Hinblick auf das Auftreten und den Ablauf umweltschädlicher Prozesse als auch im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen. In diesem Fall wir reden überüber die Energie von Zyklonen und Antizyklonen, atmosphärischen Wirbeln, Luftdruck und andere extreme atmosphärische Phänomene, deren wirksame Nutzung zur erfolgreichen Lösung des Problems der Schadstofffreiheit beitragen wird Umfeld Alternative Energiequellen. Schließlich ist die Luftumgebung, insbesondere der Teil davon, der sich über dem Weltmeer befindet, ein Bereich, in dem enorme Mengen an freier Energie freigesetzt werden.

Es wurde zum Beispiel festgestellt, dass tropische Wirbelstürme Von durchschnittlicher Stärke setzen sie an nur einem Tag Energie frei, die der Energie von 500.000 entspricht. Atombomben, abgeworfen auf Hiroshima und Nagasaki. In 10 Tagen nach der Existenz eines solchen Zyklons wird genug Energie freigesetzt, um den gesamten Energiebedarf eines Landes wie den Vereinigten Staaten für 600 Jahre zu decken.

IN letzten Jahren Es wurden zahlreiche Arbeiten von Naturwissenschaftlern veröffentlicht, die sich in gewissem Maße auf verschiedene Aspekte der Aktivität und den Einfluss der Atmosphäre auf irdische Prozesse beziehen, was auf die Intensivierung interdisziplinärer Interaktionen in der modernen Naturwissenschaft hinweist. Gleichzeitig wird die integrierende Rolle einiger seiner Richtungen deutlich, unter denen wir die funktional-ökologische Richtung in der Geoökologie hervorheben sollten.

Diese Richtung regt die Analyse und theoretische Verallgemeinerung der ökologischen Funktionen und der planetarischen Rolle verschiedener Geosphären an, und dies wiederum ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Methodik und wissenschaftlichen Grundlagen für die ganzheitliche Untersuchung unseres Planeten. rationelle Nutzung und Schutz seiner natürlichen Ressourcen.

Die Erdatmosphäre besteht aus mehreren Schichten: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre, Ionosphäre und Exosphäre. Oben in der Troposphäre und unten in der Stratosphäre befindet sich eine mit Ozon angereicherte Schicht, der sogenannte Ozonschild. Es wurden bestimmte (tägliche, saisonale, jährliche usw.) Muster in der Ozonverteilung festgestellt. Seit ihrer Entstehung hat die Atmosphäre den Ablauf planetarischer Prozesse beeinflusst. Die primäre Zusammensetzung der Atmosphäre war völlig anders als heute, doch im Laufe der Zeit nahmen der Anteil und die Rolle des molekularen Stickstoffs stetig zu, vor etwa 650 Millionen Jahren erschien freier Sauerstoff, dessen Menge kontinuierlich zunahm, aber die Konzentration von Kohlendioxid entsprechend gesunken. Die hohe Mobilität der Atmosphäre, ihre Gaszusammensetzung und das Vorhandensein von Aerosolen bestimmen ihre herausragende Rolle und aktive Beteiligung an einer Vielzahl geologischer und biosphärischer Prozesse. Die Atmosphäre spielt eine große Rolle bei der Umverteilung der Sonnenenergie und der Entwicklung katastrophaler Ereignisse Naturphänomen und Katastrophen. Negative Auswirkung An organische Welt und natürliche Systeme werden von atmosphärischen Wirbeln beeinflusst – Tornados (Tornados), Hurrikanen, Taifunen, Wirbelstürmen und anderen Phänomenen. Die Hauptverschmutzungsquellen sind neben natürliche Faktoren ausführen verschiedene Formen Wirtschaftstätigkeit Person. Anthropogene Einflüsse auf die Atmosphäre äußern sich nicht nur im Auftreten verschiedener Aerosole und Treibhausgase, sondern auch in einer Zunahme der Wasserdampfmenge und äußern sich in Form von Smog und saurer Regen. Treibhausgase verändern das Temperaturregime der Erdoberfläche; die Emissionen einiger Gase verringern das Volumen der Ozonschicht und tragen zur Bildung von Ozonlöchern bei. Die ethnosphärische Rolle der Erdatmosphäre ist groß.

Die Rolle der Atmosphäre in natürlichen Prozessen

Die Oberflächenatmosphäre schafft in ihrem Zwischenzustand zwischen Lithosphäre und Weltraum und ihrer Gaszusammensetzung Bedingungen für das Leben von Organismen. Dabei je nach Menge, Art und Häufigkeit atmosphärischer Niederschlag Die Häufigkeit und Stärke der Winde und insbesondere die Lufttemperatur bestimmen die Verwitterung und Intensität der Gesteinszerstörung sowie die Übertragung und Ansammlung von klastischem Material. Die Atmosphäre ist ein zentraler Bestandteil des Klimasystems. Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit, Bewölkung und Niederschlag, Wind – all das prägt das Wetter, also den sich ständig ändernden Zustand der Atmosphäre. Gleichzeitig charakterisieren dieselben Komponenten das Klima, also das durchschnittliche langfristige Wetterregime.

Die Zusammensetzung von Gasen, das Vorhandensein von Wolken und verschiedenen Verunreinigungen, sogenannte Aerosolpartikel (Asche, Staub, Wasserdampfpartikel), bestimmen die Eigenschaften des Durchgangs der Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre und verhindern das Entweichen der Wärmestrahlung der Erde in den Weltraum.

Die Erdatmosphäre ist sehr mobil. Die darin ablaufenden Prozesse und Veränderungen seiner Gaszusammensetzung, Dicke, Trübung, Transparenz und das Vorhandensein bestimmter Aerosolpartikel darin beeinflussen sowohl das Wetter als auch das Klima.

Die Wirkung und Richtung natürlicher Prozesse sowie Leben und Aktivität auf der Erde werden durch die Sonneneinstrahlung bestimmt. Es liefert 99,98 % der der Erdoberfläche zugeführten Wärme. Jährlich sind das 134*1019 kcal. Diese Wärmemenge kann durch die Verbrennung von 200 Milliarden Tonnen gewonnen werden. Kohle. Die Wasserstoffreserven, die diesen Fluss thermonuklearer Energie in der Masse der Sonne erzeugen, werden noch mindestens 10 Milliarden Jahre reichen, also für einen Zeitraum, der doppelt so lange dauert wie die Existenz unseres Planeten und seiner selbst.

Etwa 1/3 der gesamten Sonnenenergie, die an der oberen Grenze der Atmosphäre ankommt, wird in den Weltraum zurückreflektiert, 13 % werden von der Ozonschicht absorbiert (einschließlich fast der gesamten ultravioletten Strahlung). 7 % sind der Rest der Atmosphäre und nur 44 % erreichen die Erdoberfläche. Die gesamte Sonnenstrahlung, die pro Tag die Erde erreicht, entspricht der Energie, die die Menschheit im letzten Jahrtausend durch die Verbrennung aller Arten von Brennstoffen erhalten hat.

Die Menge und Art der Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche hängen eng von der Bewölkung und Transparenz der Atmosphäre ab. Die Menge der Streustrahlung wird durch die Höhe der Sonne über dem Horizont, die Transparenz der Atmosphäre, den Gehalt an Wasserdampf, Staub, die Gesamtmenge an Kohlendioxid usw. beeinflusst.

Die maximale Menge an Streustrahlung erreicht die Polarregionen. Je tiefer die Sonne über dem Horizont steht, desto weniger Wärme gelangt in einen bestimmten Bereich des Geländes.

Atmosphärische Transparenz und Bewölkung sind von großer Bedeutung. An einem bewölkten Sommertag ist es meist kälter als an einem klaren, da die Bewölkung tagsüber die Erwärmung der Erdoberfläche verhindert.

Der Staubgehalt der Atmosphäre spielt eine große Rolle bei der Wärmeverteilung. Die darin enthaltenen fein verteilten festen Staub- und Aschepartikel, die die Transparenz beeinträchtigen, wirken sich negativ auf die Verteilung der Sonnenstrahlung aus, die größtenteils reflektiert wird. Feine Partikel gelangen auf zwei Wegen in die Atmosphäre: entweder durch Asche, die bei Vulkanausbrüchen ausgestoßen wird, oder durch Wüstenstaub, der von Winden aus trockenen tropischen und subtropischen Regionen getragen wird. Besonders viel Staub entsteht bei Dürreperioden, wenn warme Luftströme ihn in die oberen Schichten der Atmosphäre tragen und dort verbleiben können lange Zeit. Nach dem Ausbruch des Krakatoa-Vulkans im Jahr 1883 verblieb Staub, der mehrere Dutzend Kilometer in die Atmosphäre geschleudert wurde, etwa drei Jahre lang in der Stratosphäre. Durch den Ausbruch des Vulkans El Chichon (Mexiko) im Jahr 1985 gelangte Staub nach Europa und führte zu einem leichten Rückgang der Oberflächentemperaturen.

Die Erdatmosphäre enthält unterschiedliche Mengen an Wasserdampf. In absoluten Gewichts- oder Volumenangaben liegt der Anteil zwischen 2 und 5 %.

Wasserdampf verstärkt ebenso wie Kohlendioxid den Treibhauseffekt. In den Wolken und Nebeln, die in der Atmosphäre entstehen, laufen besondere physikalische und chemische Prozesse ab.

Die Hauptquelle für den Eintritt von Wasserdampf in die Atmosphäre ist die Oberfläche des Weltozeans. Jährlich verdunstet daraus eine 95 bis 110 cm dicke Wasserschicht. Ein Teil der Feuchtigkeit kehrt nach der Kondensation in den Ozean zurück, der andere wird durch Luftströmungen in Richtung der Kontinente geleitet. In Gebieten mit wechselndem feuchtem Klima befeuchten Niederschläge den Boden und in feuchten Klimazonen bilden sie Grundwasserreserven. Somit ist die Atmosphäre ein Feuchtigkeitsspeicher und ein Niederschlagsreservoir. und Nebel, die sich in der Atmosphäre bilden, versorgen die Bodenbedeckung mit Feuchtigkeit und spielen dadurch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Flora und Fauna.

Durch die Beweglichkeit der Atmosphäre verteilt sich die Luftfeuchtigkeit über die Erdoberfläche. Es zeichnet sich durch ein sehr komplexes System der Wind- und Druckverteilung aus. Aufgrund der Tatsache, dass die Atmosphäre in ständiger Bewegung ist, ändern sich Art und Ausmaß der Verteilung von Windströmen und Druck ständig. Das Ausmaß der Zirkulation variiert von mikrometeorologischer Größe mit einer Größe von nur wenigen hundert Metern bis zu einem globalen Maßstab von mehreren Zehntausend Kilometern. Riesige atmosphärische Wirbel sind an der Entstehung großräumiger Luftströmungssysteme beteiligt und bestimmen die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre. Darüber hinaus sind sie Quellen katastrophaler atmosphärischer Phänomene.

Die Verteilung von Wetter und Klimabedingungen und die Funktionsweise lebender Materie. Wenn der Luftdruck in kleinen Grenzen schwankt, spielt er keine entscheidende Rolle für das Wohlbefinden von Menschen und das Verhalten von Tieren und hat keinen Einfluss auf die physiologischen Funktionen von Pflanzen. Druckänderungen sind normalerweise mit Frontalphänomenen und Wetteränderungen verbunden.

Der Atmosphärendruck ist von grundlegender Bedeutung für die Entstehung des Windes, der als Reliefbildender Faktor einen starken Einfluss auf die Tier- und Pflanzenwelt hat.

Wind kann das Pflanzenwachstum unterdrücken und gleichzeitig die Samenübertragung fördern. Die Rolle des Windes bei der Gestaltung der Wetter- und Klimabedingungen ist groß. Es fungiert auch als Regulator der Meeresströmungen. Wind trägt als einer der exogenen Faktoren über große Entfernungen zur Erosion und Deflation von verwittertem Material bei.

Ökologische und geologische Rolle atmosphärischer Prozesse

Eine Abnahme der Transparenz der Atmosphäre aufgrund des Auftretens von Aerosolpartikeln und festem Staub beeinflusst die Verteilung der Sonnenstrahlung und erhöht die Albedo oder das Reflexionsvermögen. Verschiedene chemische Reaktionen, die zur Zersetzung von Ozon und zur Bildung von „Perlen“-Wolken aus Wasserdampf führen, führen zum gleichen Ergebnis. Globale Veränderungen des Reflexionsvermögens sowie Veränderungen der atmosphärischen Gase, hauptsächlich Treibhausgase, sind für den Klimawandel verantwortlich.

Eine ungleichmäßige Erwärmung, die zu Unterschieden im atmosphärischen Druck in verschiedenen Teilen der Erdoberfläche führt, führt dazu atmosphärische Zirkulation, was ein charakteristisches Merkmal der Troposphäre ist. Wenn ein Druckunterschied auftritt, strömt Luft aus den Bereichen Bluthochdruck zur Region niedriger Druck. Diese Bewegungen der Luftmassen bestimmen zusammen mit Feuchtigkeit und Temperatur die wichtigsten ökologischen und geologischen Merkmale atmosphärischer Prozesse.

Abhängig von der Geschwindigkeit verrichtet der Wind verschiedene geologische Arbeiten an der Erdoberfläche. Mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s schüttelt es dicke Äste, wirbelt Staub auf und trägt ihn mit feiner Sand; bricht Äste mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s, transportiert Sand und Kies; Mit einer Geschwindigkeit von 30 m/s (Sturm) reißt er Hausdächer ab, entwurzelt Bäume, bricht Masten, bewegt Kieselsteine ​​und trägt kleine Trümmer mit sich, und ein Orkanwind mit einer Geschwindigkeit von 40 m/s zerstört Häuser, bricht und zerstört Strom Leitungsmasten, entwurzelt große Bäume.

Sturmböen und Tornados (Tornados) – atmosphärische Wirbel, die in der warmen Jahreszeit stark auftreten atmosphärische Fronten, mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 m/s. Böen sind horizontale Wirbelstürme mit Orkanwindgeschwindigkeiten (bis zu 60–80 m/s). Sie werden oft von heftigen Regenfällen und Gewittern begleitet, die mehrere Minuten bis zu einer halben Stunde dauern können. Sturmböen bedecken Gebiete mit einer Breite von bis zu 50 km und legen eine Distanz von 200–250 km zurück. Ein Sturmböen in Moskau und der Region Moskau im Jahr 1998 beschädigten die Dächer vieler Häuser und stürzten Bäume um.

Tornados, genannt Nordamerika Tornados sind starke trichterförmige atmosphärische Wirbel, die oft mit verbunden sind Sturmwolken. Dabei handelt es sich um in der Mitte spitz zulaufende Luftsäulen mit einem Durchmesser von mehreren zehn bis hundert Metern. Ein Tornado sieht aus wie ein Trichter, der dem Rüssel eines Elefanten sehr ähnlich ist und aus den Wolken herabsteigt oder von der Erdoberfläche aufsteigt. Mit starker Verdünnung und hoher Rotationsgeschwindigkeit legt ein Tornado mehrere hundert Kilometer weit zurück und saugt Staub, Wasser aus Stauseen und verschiedene Gegenstände an. Mächtige Tornados werden von Gewittern und Regen begleitet und haben große Zerstörungskraft.

Tornados treten selten in subpolaren oder subpolaren Gebieten auf Äquatorregionen wo es ständig kalt oder heiß ist. Im offenen Ozean gibt es nur wenige Tornados. Tornados kommen in Europa, Japan, Australien und den USA vor, in Russland sind sie besonders häufig in der zentralen Schwarzerderegion, in den Regionen Moskau, Jaroslawl, Nischni Nowgorod und Iwanowo.

Tornados heben und bewegen Autos, Häuser, Kutschen und Brücken. Besonders zerstörerische Tornados(Tornados) in den USA beobachtet. Jedes Jahr gibt es 450 bis 1500 Tornados mit einer durchschnittlichen Todesrate von etwa 100 Menschen. Tornados sind schnell wirkende, katastrophale atmosphärische Prozesse. Sie bilden sich in nur 20–30 Minuten und haben eine Lebensdauer von 30 Minuten. Daher ist es nahezu unmöglich, den Zeitpunkt und Ort von Tornados vorherzusagen.

Andere zerstörerische, aber langanhaltende atmosphärische Wirbel sind Zyklone. Sie entstehen durch einen Druckunterschied, der unter bestimmten Bedingungen zur Entstehung einer kreisförmigen Bewegung von Luftströmen beiträgt. Atmosphärische Wirbel entstehen um mächtige aufsteigende Strömungen feuchter warmer Luft und mit hohe Geschwindigkeit Sie drehen sich auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn und auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn. Wirbelstürme entstehen im Gegensatz zu Tornados über Ozeanen und entfalten ihre zerstörerische Wirkung über Kontinente. Die wichtigsten destruktiven Faktoren sind starke Winde, starke Niederschläge in Form von Schneefall, Regengüssen, Hagel und Überschwemmungen. Winde mit Geschwindigkeiten von 19 – 30 m/s bilden einen Sturm, 30 – 35 m/s – einen Sturm und mehr als 35 m/s – einen Hurrikan.

Tropische Wirbelstürme – Hurrikane und Taifune – haben eine durchschnittliche Breite von mehreren hundert Kilometern. Die Windgeschwindigkeit innerhalb des Zyklons erreicht Hurrikanstärke. Tropische Wirbelstürme dauern mehrere Tage bis mehrere Wochen und bewegen sich mit Geschwindigkeiten von 50 bis 200 km/h. Zyklone in mittleren Breiten haben einen größeren Durchmesser. Ihre Querausdehnung reicht von tausend bis mehreren tausend Kilometern und die Windgeschwindigkeit ist stürmisch. Sie bewegen sich auf der Nordhalbkugel von Westen her und werden von Hagel und Schneefall begleitet, die katastrophalen Charakter haben. Gemessen an der Zahl der Opfer und der verursachten Schäden sind Wirbelstürme und damit verbundene Hurrikane und Taifune nach Überschwemmungen die größten natürlichen atmosphärischen Phänomene. In dicht besiedelten Gebieten Asiens liegt die Zahl der Todesopfer durch Hurrikane bei Tausenden. Im Jahr 1991 starben bei einem Hurrikan in Bangladesch, der zur Bildung von 6 m hohen Meereswellen führte, 125.000 Menschen. Taifune richten in den USA großen Schaden an. Gleichzeitig sterben Dutzende und Hunderte Menschen. In Westeuropa verursachen Hurrikane weniger Schäden.

Gewitter gelten als katastrophales atmosphärisches Phänomen. Sie treten auf, wenn die Temperatur sehr schnell ansteigt feuchte Luft. An der Grenze zwischen Tropen und subtropische Zonen Gewitter treten 90-100 Tage im Jahr auf gemäßigte Zone 10-30 Tage. In unserem Land kommt es im Nordkaukasus zu den meisten Gewittern.

Gewitter dauern normalerweise weniger als eine Stunde. Besonders gefährlich sind starke Regenfälle, Hagel, Blitzeinschläge, Windböen und vertikale Luftströmungen. Die Hagelgefahr wird durch die Größe der Hagelkörner bestimmt. Im Nordkaukasus erreichte die Masse der Hagelkörner einst 0,5 kg, in Indien wurden Hagelkörner mit einem Gewicht von 7 kg registriert. Die städtisch gefährlichsten Gebiete unseres Landes liegen im Nordkaukasus. Im Juli 1992 beschädigte Hagel den Flughafen. Mineralwasser» 18 Flugzeuge.

Zu den gefährlichen atmosphärischen Phänomenen zählen Blitze. Sie töten Menschen und Vieh, verursachen Brände und beschädigen das Stromnetz. Weltweit sterben jedes Jahr etwa 10.000 Menschen an Gewittern und deren Folgen. Darüber hinaus ist in einigen Gebieten Afrikas, Frankreichs und der USA die Zahl der Opfer durch Blitze höher als durch andere Naturphänomene. Der jährliche wirtschaftliche Schaden durch Gewitter in den Vereinigten Staaten beträgt mindestens 700 Millionen US-Dollar.

Dürren sind typisch für Wüsten-, Steppen- und Waldsteppengebiete. Mangelnde Niederschläge führen zu einer Austrocknung des Bodens und einer Senkung des Niederschlagsniveaus Grundwasser und in Reservoirs, bis sie vollständig trocknen. Feuchtigkeitsmangel führt zum Absterben von Vegetation und Nutzpflanzen. Besonders schwerwiegend sind Dürren in Afrika, im Nahen und Mittleren Osten, Zentralasien und im südlichen Nordamerika.

Dürren verändern die Lebensbedingungen der Menschen und haben nachteilige Auswirkungen Auswirkungen auf die natürliche Umwelt durch Prozesse wie Bodenversalzung, trockene Winde, Sandstürme, Bodenerosion und Waldbrände. Besonders schwerwiegend sind Brände während der Dürre in Taiga-Regionen, tropischen und subtropischen Wäldern und Savannen.

Dürren sind kurzfristige Prozesse, die eine Saison andauern. Dauern Dürren länger als zwei Saisons, drohen Hungersnöte und Massensterben. Typischerweise betrifft die Dürre das Territorium eines oder mehrerer Länder. Besonders häufig kommt es in der Sahelzone Afrikas zu langanhaltenden Dürren mit tragischen Folgen.

Atmosphärische Phänomene wie Schneefälle, kurzfristige Starkregen und langanhaltende Dauerregen verursachen große Schäden. Schneefälle verursachen in den Bergen gewaltige Lawinen, schnelles Schmelzen des gefallenen Schnees und anhaltende Regenfälle führen zu Überschwemmungen. Die riesigen Wassermassen, die vor allem in baumlosen Gebieten auf die Erdoberfläche fallen, verursachen starke Erosion Bodenbedeckung. Es gibt ein starkes Wachstum von Gully-Beam-Systemen. Überschwemmungen treten als Folge großer Überschwemmungen in diesem Zeitraum auf starker Haarausfall Niederschläge oder Überschwemmungen nach einer plötzlichen Erwärmung oder Frühjahrsschmelze des Schnees und gehören daher ursprünglich zu atmosphärischen Phänomenen (sie werden im Kapitel über besprochen). ökologische Rolle Hydrosphäre).

Anthropogene atmosphärische Veränderungen

Derzeit gibt es viele verschiedene anthropogene Quellen, die Luftverschmutzung verursachen und zu schwerwiegenden Störungen des ökologischen Gleichgewichts führen. Vom Ausmaß her haben zwei Quellen den größten Einfluss auf die Atmosphäre: Verkehr und Industrie. Im Durchschnitt macht der Transport etwa 60 % des Gesamtvolumens aus Atmosphärische Verschmutzung, Industrie - 15, Wärmeenergie - 15, Technologien zur Zerstörung von Haushalten und Industrieabfälle - 10%.

Der Verkehr emittiert je nach verwendetem Kraftstoff und Art der Oxidationsmittel Stickoxide, Schwefel, Kohlenoxide und -dioxide, Blei und seine Verbindungen, Ruß und Benzopyren (ein Stoff aus der Gruppe der polyzyklischen Stoffe) in die Atmosphäre aromatische Kohlenwasserstoffe, ein starkes Karzinogen, das Hautkrebs verursacht).

Die Industrie emittiert Schwefeldioxid, Kohlenoxide und -dioxide, Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Schwefelsäure, Phenol, Chlor, Fluor und andere Verbindungen und Chemikalien. Die dominierende Stellung bei den Emissionen (bis zu 85 %) nimmt jedoch Staub ein.

Durch die Verschmutzung verändert sich die Transparenz der Atmosphäre, es entstehen Aerosole, Smog und saurer Regen.

Aerosole sind dispergierte Systeme, die aus festen Partikeln oder Flüssigkeitströpfchen bestehen, die in einer gasförmigen Umgebung schweben. Die Partikelgröße der dispergierten Phase beträgt üblicherweise 10 -3 -10 -7 cm. Abhängig von der Zusammensetzung der dispergierten Phase werden Aerosole in zwei Gruppen eingeteilt. Eine davon umfasst Aerosole, die aus in einem gasförmigen Medium dispergierten Feststoffpartikeln bestehen, die zweite umfasst Aerosole, die eine Mischung aus gasförmigen und flüssigen Phasen darstellen. Erstere werden Rauch genannt, letztere Nebel. Bei ihrer Entstehung spielen Kondensationszentren eine wichtige Rolle. Als Kondensationskeime fungieren Vulkanasche, kosmischer Staub, Industrieabgase, verschiedene Bakterien etc. Die Zahl möglicher Konzentrationskerne nimmt ständig zu. Wenn beispielsweise trockenes Gras auf einer Fläche von 4000 m 2 durch einen Brand zerstört wird, entstehen durchschnittlich 11 * 10 22 Aerosolkerne.

Aerosole begannen sich seit der Entstehung unseres Planeten zu bilden und beeinflussten die natürlichen Bedingungen. Ihre Menge und Wirkung, im Einklang mit dem allgemeinen Stoffkreislauf in der Natur, führten jedoch nicht zu tiefgreifenden Umweltveränderungen. Anthropogene Faktoren Ihre Formationen haben dieses Gleichgewicht in Richtung einer erheblichen Überlastung der Biosphäre verschoben. Diese Eigenschaft ist besonders deutlich zu erkennen, seit die Menschheit begonnen hat, speziell hergestellte Aerosole sowohl in Form von Giftstoffen als auch zum Pflanzenschutz einzusetzen.

Am gefährlichsten für die Vegetation sind Aerosole aus Schwefeldioxid, Fluorwasserstoff und Stickstoff. Bei Kontakt mit einer feuchten Blattoberfläche bilden sie Säuren, die sich schädlich auf Lebewesen auswirken. Säurenebel dringen mit der eingeatmeten Luft ein Atmungsorgane Tiere und Menschen wirken aggressiv auf die Schleimhäute. Einige von ihnen zersetzen lebendes Gewebe und radioaktive Aerosole verursachen Krebs. Unter den radioaktiven Isotopen ist Sg 90 nicht nur wegen seiner Karzinogenität besonders gefährlich, sondern auch als Analogon von Kalzium, das es in den Knochen von Organismen ersetzt und zu deren Zersetzung führt.

Bei nuklearen Explosionen bilden sich in der Atmosphäre radioaktive Aerosolwolken. Kleine Partikel mit einem Radius von 1 – 10 Mikrometern fallen nicht nur in die oberen Schichten der Troposphäre, sondern auch in die Stratosphäre, in der sie vorkommen lange Zeit. Aerosolwolken entstehen auch beim Betrieb von Reaktoren in Industrieanlagen, die Kernbrennstoffe produzieren, sowie bei Unfällen in Kernkraftwerken.

Smog ist eine Mischung aus Aerosolen mit flüssigen und festen dispergierten Phasen, die einen nebligen Vorhang über Industriegebieten und Großstädten bilden.

Es gibt drei Arten von Smog: eisiger, nasser und trockener Smog. Eissmog wird Alaska-Smog genannt. Hierbei handelt es sich um eine Kombination gasförmiger Schadstoffe mit der Zugabe von Staubpartikeln und Eiskristallen, die beim Gefrieren von Nebel- und Dampftröpfchen aus Heizungsanlagen entstehen.

Nasssmog oder Londoner Smog wird manchmal auch Wintersmog genannt. Es handelt sich um eine Mischung aus gasförmigen Schadstoffen (hauptsächlich Schwefeldioxid), Staubpartikeln und Nebeltröpfchen. Die meteorologische Voraussetzung für die Entstehung von Wintersmog ist windstilles Wetter, bei dem sich über der Bodenschicht kalter Luft (unter 700 m) eine Warmluftschicht befindet. Dabei findet nicht nur horizontaler, sondern auch vertikaler Austausch statt. Schadstoffe, die meist in hohen Schichten verteilt sind, reichern sich dabei in der Oberflächenschicht an.

Trockener Smog tritt im Sommer auf und wird oft als Smog vom Typ Los Angeles bezeichnet. Es handelt sich um eine Mischung aus Ozon, Kohlenmonoxid, Stickoxiden und Säuredämpfen. Dieser Smog entsteht durch den Abbau von Schadstoffen durch Sonnenstrahlung, insbesondere durch deren ultravioletten Anteil. Die meteorologische Voraussetzung ist eine atmosphärische Inversion, die sich im Auftreten einer Schicht kalter Luft über warmer Luft äußert. Typischerweise werden Gase und feste Partikel, die von warmen Luftströmen angehoben werden, dann in die oberen kalten Schichten verteilt, in diesem Fall sammeln sie sich jedoch in der Inversionsschicht an. Bei der Photolyse zersetzen sich Stickstoffdioxide, die bei der Verbrennung von Kraftstoff in Automotoren entstehen:

NEIN 2 → NEIN + O

Dann erfolgt die Ozonsynthese:

O + O 2 + M → O 3 + M

NEIN + O → NEIN 2

Photodissoziationsprozesse werden von einem gelbgrünen Leuchten begleitet.

Darüber hinaus kommt es zu Reaktionen vom Typ: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, d.h. es entsteht starke Schwefelsäure.

Bei einer Änderung der meteorologischen Bedingungen (Auftreten von Wind oder einer Änderung der Luftfeuchtigkeit) löst sich die kalte Luft auf und der Smog verschwindet.

Das Vorhandensein krebserregender Stoffe im Smog führt zu Atembeschwerden, Schleimhautreizungen, Durchblutungsstörungen, asthmatischem Ersticken und oft zum Tod. Für kleine Kinder ist Smog besonders gefährlich.

Saurer Regen ist Niederschlag, angesäuert durch industrielle Emissionen von Schwefeloxiden, Stickstoff und darin gelösten Dämpfen von Perchlorsäure und Chlor. Bei der Verbrennung von Kohle und Gas wird der größte Teil des darin enthaltenen Schwefels, sowohl in Form von Oxid als auch in Verbindungen mit Eisen, insbesondere in Pyrit, Pyrrhotit, Chalkopyrit usw., in Schwefeloxid umgewandelt, das zusammen wird zusammen mit Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben. Bei der Verbindung von Luftstickstoff und technischen Emissionen mit Sauerstoff entstehen verschiedene Stickoxide, wobei die Menge der gebildeten Stickoxide von der Verbrennungstemperatur abhängt. Der Großteil der Stickoxide entsteht beim Betrieb von Fahrzeugen und Diesellokomotiven, ein kleinerer Teil entsteht im Energiesektor und in Industriebetrieben. Schwefel- und Stickoxide sind die wichtigsten Säurebildner. Bei der Reaktion mit Luftsauerstoff und darin enthaltenem Wasserdampf entstehen Schwefel- und Salpetersäure.

Es ist bekannt, dass das Basen-Säure-Gleichgewicht der Umwelt durch den pH-Wert bestimmt wird. Eine neutrale Umgebung hat einen pH-Wert von 7, eine saure Umgebung hat einen pH-Wert von 0 und eine alkalische Umgebung hat einen pH-Wert von 14. In der Neuzeit liegt der pH-Wert des Regenwassers bei 5,6, in der jüngeren Vergangenheit jedoch bei 5,6 war neutral. Ein Absinken des pH-Wertes um eins entspricht einem Anstieg des Säuregehalts um das Zehnfache und daher regnet es derzeit fast überall. erhöhter Säuregehalt. Der in Westeuropa gemessene maximale Säuregehalt des Regens betrug 4-3,5 pH. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein pH-Wert von 4-4,5 für die meisten Fische tödlich ist.

Saurer Regen hat eine aggressive Wirkung auf die Vegetation der Erde, auf Industrie- und Wohngebäude und trägt zu einer erheblichen Beschleunigung der Verwitterung freiliegender Gesteine ​​bei. Ein erhöhter Säuregehalt verhindert die Selbstregulierung der Neutralisierung von Böden, in denen sich Nährstoffe lösen. Dies führt wiederum zu einem starken Ertragsrückgang und einer Verschlechterung der Vegetationsdecke. Der Säuregehalt des Bodens fördert die Freisetzung gebundener schwerer Böden, die nach und nach von den Pflanzen aufgenommen werden, schwere Gewebeschäden verursachen und in die menschliche Nahrungskette eindringen.

Änderung des Alkali-Säure-Potenzials Meerwasser, insbesondere in flachen Gewässern, führt zum Fortpflanzungsstopp vieler Wirbelloser, führt zum Tod von Fischen und stört das ökologische Gleichgewicht in den Ozeanen.

Durch sauren Regen drohen Wälder zu zerstören Westeuropa, Baltikum, Karelien, Ural, Sibirien und Kanada.

Die genaue Größe der Atmosphäre ist unbekannt, da ihre obere Grenze nicht klar sichtbar ist. Allerdings ist die Struktur der Atmosphäre so gut erforscht, dass jeder eine Vorstellung davon bekommen kann, wie die Gashülle unseres Planeten aufgebaut ist.

Wissenschaftler, die sich mit der Physik der Atmosphäre befassen, definieren sie als die Region um die Erde, die sich mit dem Planeten dreht. FAI gibt Folgendes an Definition:

• Die Grenze zwischen Raum und Atmosphäre verläuft entlang der Karman-Linie. Diese Linie ist nach der Definition derselben Organisation eine Höhe über dem Meeresspiegel in einer Höhe von 100 km.

Alles oberhalb dieser Linie ist Weltraum. Die Atmosphäre wandert nach und nach in den interplanetaren Raum, weshalb es unterschiedliche Vorstellungen über ihre Größe gibt.

Mit der unteren Grenze der Atmosphäre ist alles viel einfacher – sie verläuft entlang der Oberfläche der Erdkruste und der Wasseroberfläche der Erde – der Hydrosphäre. In diesem Fall verschmilzt die Grenze sozusagen mit der Erd- und Wasseroberfläche, da es sich bei den dortigen Partikeln auch um gelöste Luftpartikel handelt.

Welche Schichten der Atmosphäre sind in der Größe der Erde enthalten?

Interessante Tatsache: Im Winter ist es niedriger, im Sommer höher.

In dieser Schicht entstehen Turbulenzen, Hochdruckgebiete und Wirbelstürme sowie Wolken. Diese Kugel ist für die Entstehung des Wetters verantwortlich, in ihr befinden sich etwa 80 % aller Luftmassen.

Die Tropopause ist eine Schicht, in der die Temperatur mit der Höhe nicht abnimmt. Oberhalb der Tropopause, in einer Höhe über 11 und bis zu 50 km liegt. Die Stratosphäre enthält eine Ozonschicht, die den Planeten bekanntermaßen vor ultravioletten Strahlen schützt. Die Luft in dieser Schicht ist dünn, was den charakteristischen violetten Farbton des Himmels erklärt. Die Geschwindigkeit der Luftströme kann hier 300 km/h erreichen. Zwischen Stratosphäre und Mesosphäre liegt eine Stratopause – eine Grenzsphäre, in der das Temperaturmaximum auftritt.

Die nächste Ebene ist . Es erstreckt sich auf Höhen von 85-90 Kilometern. Die Farbe des Himmels in der Mesosphäre ist schwarz, sodass Sterne auch morgens und nachmittags beobachtet werden können. Dort finden die komplexesten photochemischen Prozesse statt, bei denen atmosphärisches Leuchten entsteht.

Zwischen der Mesosphäre und der nächsten Schicht liegt eine Mesopause. Es ist als Übergangsschicht definiert, in der Temperaturminimum. Weiter oben, auf einer Höhe von 100 Kilometern über dem Meeresspiegel, liegt die Karman-Linie. Oberhalb dieser Linie liegen die Thermosphäre (Höhengrenze 800 km) und die Exosphäre, die auch „Dispersionszone“ genannt wird. In einer Höhe von etwa 2-3.000 Kilometern gelangt es in das weltraumnahe Vakuum.

Da die obere Schicht der Atmosphäre nicht deutlich sichtbar ist, ist es unmöglich, ihre genaue Größe zu berechnen. Außerdem in verschiedene Länder Es gibt Organisationen, die zu diesem Thema unterschiedliche Meinungen haben. Es ist darauf hinzuweisen, dass Karman-Linie kann nur bedingt als Grenze der Erdatmosphäre angesehen werden, da verschiedene Quellen Verwenden Sie unterschiedliche Grenzmarkierungen. So findet man in manchen Quellen Hinweise darauf, dass die Obergrenze bei einer Höhe von 2500-3000 km liegt.

Für die Berechnungen zieht die NASA die 122-Kilometer-Marke heran. Vor nicht allzu langer Zeit wurden Experimente durchgeführt, die klarstellten, dass die Grenze bei etwa 118 km liegt.

Jeder, der schon einmal mit dem Flugzeug geflogen ist, kennt diese Meldung: „Unser Flug findet in einer Höhe von 10.000 m statt, die Außentemperatur beträgt 50 °C.“ Es scheint nichts Besonderes zu sein. Je weiter die von der Sonne erwärmte Erdoberfläche entfernt ist, desto kälter ist es. Viele Menschen denken, dass die Temperatur mit der Höhe kontinuierlich abnimmt und dass die Temperatur allmählich sinkt und sich der Temperatur des Weltraums annähert. Das dachten Wissenschaftler übrigens bis zum Ende des 19. Jahrhunderts.

Schauen wir uns die Verteilung der Lufttemperatur auf der Erde genauer an. Die Atmosphäre ist in mehrere Schichten unterteilt, die vor allem die Art der Temperaturänderungen widerspiegeln.

Die untere Schicht der Atmosphäre wird genannt Troposphäre, was „Rotationssphäre“ bedeutet. Alle Wetter- und Klimaänderungen sind das Ergebnis physikalische Prozesse, die genau in dieser Schicht auftritt. Die obere Grenze dieser Schicht befindet sich dort, wo der Temperaturabfall mit der Höhe durch einen Temperaturanstieg ersetzt wird – etwa in einer Höhe von 15–16 km über dem Äquator und 7–8 km über den Polen. Wie die Erde selbst wird auch die Atmosphäre unter dem Einfluss der Rotation unseres Planeten über den Polen etwas abgeflacht und über dem Äquator anschwellen. Allerdings kommt dieser Effekt in der Atmosphäre deutlich stärker zum Ausdruck als in der festen Erdhülle. In Richtung von der Erdoberfläche zur oberen Grenze der Troposphäre nimmt die Lufttemperatur ab. Über dem Äquator Mindesttemperatur Die Lufttemperatur beträgt etwa -62 °C und über den Polen etwa -45 °C. In gemäßigten Breiten befinden sich mehr als 75 % der Masse der Atmosphäre in der Troposphäre. In den Tropen befinden sich etwa 90 % der Atmosphärenmasse in der Troposphäre.

Im Jahr 1899 wurde in einer bestimmten Höhe ein Minimum im vertikalen Temperaturprofil festgestellt, danach stieg die Temperatur leicht an. Der Beginn dieses Anstiegs bedeutet den Übergang zur nächsten Schicht der Atmosphäre – zu Stratosphäre, was „Sphäre der Schicht“ bedeutet. Der Begriff Stratosphäre bedeutet und spiegelt die bisherige Vorstellung von der Einzigartigkeit der über der Troposphäre liegenden Schicht wider. Die Stratosphäre erstreckt sich bis zu einer Höhe von etwa 50 km über der Erdoberfläche Besonderheit ist insbesondere ein starker Anstieg der Lufttemperatur. Dieser Temperaturanstieg wird durch die Reaktion der Ozonbildung erklärt, eine der Hauptreaktionen chemische Reaktionen in der Atmosphäre vorkommen.

Der Großteil des Ozons konzentriert sich in Höhen von etwa 25 km, aber im Allgemeinen ist die Ozonschicht eine stark ausgedehnte Hülle, die fast die gesamte Stratosphäre bedeckt. Die Wechselwirkung von Sauerstoff mit ultravioletten Strahlen ist einer der nützlichen Prozesse in der Erdatmosphäre, die zur Erhaltung des Lebens auf der Erde beitragen. Die Absorption dieser Energie durch Ozon verhindert ihren übermäßigen Abfluss an die Erdoberfläche, wo genau das für die Existenz geeignete Energieniveau entsteht irdische Formen Leben. Die Ozonosphäre absorbiert einen Teil der Strahlungsenergie, die die Atmosphäre durchdringt. Dadurch stellt sich in der Ozonosphäre ein vertikaler Lufttemperaturgradient von etwa 0,62 °C pro 100 m ein, d. h. die Temperatur steigt mit der Höhe bis zur Obergrenze der Stratosphäre – der Stratopause (50 km) – und erreicht laut einige Daten, 0°C.

In Höhen von 50 bis 80 km gibt es eine sogenannte Atmosphärenschicht Mesosphäre. Das Wort „Mesosphäre“ bedeutet „Zwischensphäre“, in der die Lufttemperatur mit der Höhe weiter abnimmt. Oberhalb der Mesosphäre, in einer Schicht namens Thermosphäre, steigt die Temperatur mit der Höhe wieder bis etwa 1000°C an und sinkt dann sehr schnell auf -96°C. Sie sinkt jedoch nicht auf unbestimmte Zeit, dann steigt die Temperatur wieder an.

Thermosphäre ist die erste Schicht Ionosphäre. Im Gegensatz zu den zuvor genannten Schichten unterscheidet sich die Ionosphäre nicht durch die Temperatur. Die Ionosphäre ist ein Bereich elektrischer Natur, der viele Arten der Funkkommunikation ermöglicht. Die Ionosphäre ist in mehrere Schichten unterteilt, die mit den Buchstaben D, E, F1 und F2 bezeichnet werden. Diese Schichten haben auch spezielle Namen. Die Aufteilung in Schichten hat mehrere Gründe, von denen der wichtigste der ungleiche Einfluss der Schichten auf den Durchgang von Funkwellen ist. Am meisten unterste Schicht, D, absorbiert hauptsächlich Radiowellen und verhindert so deren weitere Ausbreitung. Die am besten untersuchte Schicht E liegt in einer Höhe von etwa 100 km über der Erdoberfläche. Sie wird auch Kennelly-Heaviside-Schicht genannt, nach den Namen der amerikanischen und englischen Wissenschaftler, die sie gleichzeitig und unabhängig voneinander entdeckten. Schicht E reflektiert wie ein riesiger Spiegel Radiowellen. Dank dieser Schicht legen lange Radiowellen größere Entfernungen zurück, als man erwarten würde, wenn sie sich nur geradlinig ausbreiten würden, ohne von der E-Schicht reflektiert zu werden. Die F-Schicht hat ähnliche Eigenschaften. Sie wird auch Appleton-Schicht genannt. Zusammen mit der Kennelly-Heaviside-Schicht reflektiert sie Radiowellen zu terrestrischen Radiosendern. Eine solche Reflexion kann in verschiedenen Winkeln erfolgen. Die Appleton-Schicht liegt in einer Höhe von etwa 240 km.

Der äußerste Bereich der Atmosphäre wird oft als zweite Schicht der Ionosphäre bezeichnet Exosphäre. Dieser Begriff bezieht sich auf die Existenz der Randgebiete des Weltraums in der Nähe der Erde. Es ist schwierig, genau zu bestimmen, wo die Atmosphäre endet und der Weltraum beginnt, da mit der Höhe die Dichte der atmosphärischen Gase allmählich abnimmt und die Atmosphäre selbst allmählich fast in ein Vakuum übergeht, in dem sich nur noch einzelne Moleküle befinden. Bereits in einer Höhe von etwa 320 km ist die Dichte der Atmosphäre so gering, dass Moleküle mehr als 1 km zurücklegen können, ohne miteinander zu kollidieren. Als obere Grenze dient der äußerste Teil der Atmosphäre, der sich in Höhen von 480 bis 960 km befindet.

Weitere Informationen zu Prozessen in der Atmosphäre finden Sie auf der Website „Erdklima“