La capa de la atmósfera donde se concentra la mayor parte del aire. La atmósfera terrestre y las propiedades físicas del aire.

Planeta azul...

Este tema debería haber sido uno de los primeros en aparecer en el sitio. Después de todo, los helicópteros son aviones atmosféricos. atmósfera terrestre– su hábitat, por así decirlo:-). A propiedades físicas aire Esto es precisamente lo que determina la calidad de este hábitat :-). Es decir, este es uno de los básicos. Y siempre escriben primero sobre la base. Pero sólo ahora me di cuenta de esto. Sin embargo, como sabes, más vale tarde que nunca... Toquemos este tema, sin entrar en detalles y complicaciones innecesarias :-).

Entonces… atmósfera terrestre. Esta es la capa gaseosa de nuestro planeta azul. Todo el mundo conoce este nombre. ¿Por qué azul? Simplemente porque el componente “azul” (y azul y violeta) luz de sol(espectro) está mejor disperso en la atmósfera, coloreándolo de un tono azulado azulado, a veces con un toque violeta (en un día soleado, por supuesto :-)).

Composición de la atmósfera terrestre.

La composición de la atmósfera es bastante amplia. No enumeraré todos los componentes en el texto; hay un buen ejemplo de ello: la composición de todos estos gases es casi constante, a excepción del dióxido de carbono (CO 2 ). Además, la atmósfera contiene necesariamente agua en forma de vapor, gotas en suspensión o cristales de hielo. La cantidad de agua no es constante y depende de la temperatura y, en menor medida, de la presión del aire. Además, la atmósfera terrestre (especialmente la actual) contiene una cierta cantidad de, diría yo, “todo tipo de cosas desagradables” :-). Estos son SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, además hay vapores de mercurio Hg. Es cierto que todo esto está ahí en pequeñas cantidades, gracias a Dios :-).

atmósfera terrestre Se acostumbra dividirlo en varias zonas sucesivas en altura sobre la superficie.

La primera, la más cercana a la Tierra, es la troposfera. Esta es la capa más baja y, por así decirlo, principal de la vida. diferentes tipos. Contiene el 80% de la masa total. aire atmosférico(aunque en volumen constituye sólo aproximadamente el 1% de toda la atmósfera) y aproximadamente el 90% de toda el agua atmosférica. La mayor parte de todos los vientos, nubes, lluvia y nieve 🙂 provienen de allí. La troposfera se extiende hasta altitudes de unos 18 km en latitudes tropicales y hasta 10 km en latitudes polares. La temperatura del aire en él desciende con un aumento de altura de aproximadamente 0,65º por cada 100 m.

Zonas atmosféricas.

Zona dos: estratosfera. Hay que decir que entre la troposfera y la estratosfera hay otra zona estrecha: la tropopausa. Impide que la temperatura baje con la altura. La tropopausa tiene un espesor promedio de 1,5 a 2 km, pero sus límites no están claros y la troposfera a menudo se superpone a la estratosfera.

Así, la estratosfera tiene una altura media de 12 a 50 km. La temperatura en él permanece sin cambios hasta los 25 km (aproximadamente -57ºС), luego hasta los 40 km sube aproximadamente a 0ºС y luego permanece sin cambios hasta los 50 km. La estratosfera es una parte relativamente tranquila de la atmósfera terrestre. En él prácticamente no se presentan condiciones climáticas adversas. Es en la estratosfera donde se encuentra la famosa capa de ozono, a altitudes de 15 a 20 km a 55 a 60 km.

A esto le sigue una pequeña capa límite, la estratopausa, en la que la temperatura se mantiene en torno a los 0ºC, y luego la siguiente zona es la mesosfera. Se extiende a altitudes de 80-90 km, y en él la temperatura desciende hasta unos 80ºC. En la mesosfera suelen hacerse visibles pequeños meteoros que comienzan a brillar en ella y arder allí.

El siguiente intervalo estrecho es la mesopausa y más allá la zona de la termosfera. Su altura es de hasta 700-800 km. Aquí la temperatura comienza a subir nuevamente y en altitudes de unos 300 km puede alcanzar valores del orden de 1200ºС. Entonces permanece constante. Dentro de la termosfera, hasta una altitud de unos 400 km, se encuentra la ionosfera. Aquí el aire está altamente ionizado debido a la exposición a la radiación solar y tiene una alta conductividad eléctrica.

La siguiente y, en general, la última zona es la exosfera. Esta es la llamada zona de dispersión. Aquí se encuentra principalmente hidrógeno y helio muy enrarecidos (con predominio de hidrógeno). A altitudes de unos 3.000 km, la exosfera pasa al vacío del espacio cercano.

Algo como esto. ¿Por qué aproximadamente? Porque estas capas son bastante convencionales. Posible varios cambios altitud, composición de gases, agua, temperatura, ionización, etc. Además, existen muchos más términos que definen la estructura y el estado de la atmósfera terrestre.

Por ejemplo, homosfera y heterosfera. En el primero, los gases atmosféricos están bien mezclados y su composición es bastante homogénea. El segundo está situado encima del primero y allí prácticamente no se produce tal mezcla. Los gases que contiene están separados por gravedad. El límite entre estas capas se encuentra a una altitud de 120 km y se llama turbopausa.

Terminemos con los términos, pero agregaré definitivamente que convencionalmente se acepta que el límite de la atmósfera se encuentra a una altitud de 100 km sobre el nivel del mar. Esta frontera se llama Línea Karman.

Agregaré dos imágenes más para ilustrar la estructura de la atmósfera. El primero, sin embargo, está en alemán, pero es completo y bastante fácil de entender :-). Se puede ampliar y ver claramente. El segundo muestra el cambio de la temperatura atmosférica con la altitud.

La estructura de la atmósfera terrestre.

La temperatura del aire cambia con la altitud.

Las naves espaciales orbitales tripuladas modernas vuelan a altitudes de entre 300 y 400 km. Sin embargo, esto ya no es aviación, aunque el área, por supuesto, está estrechamente relacionada en cierto sentido, y seguramente hablaremos de ello más adelante :-).

La zona de la aviación es la troposfera. Los aviones atmosféricos modernos pueden volar capas inferiores estratosfera. Por ejemplo, el techo práctico del MIG-25RB es de 23.000 m.

Vuelo en la estratosfera.

Y exactamente propiedades fisicas del aire La troposfera determina cómo será el vuelo, qué tan efectivo será el sistema de control de la aeronave, cómo le afectarán las turbulencias en la atmósfera y cómo funcionarán los motores.

La primera propiedad principal es temperatura del aire. En dinámica de gases, se puede determinar en la escala Celsius o en la escala Kelvin.

Temperatura t 1 a una altura determinada norte en la escala Celsius está determinada por:

t 1 = t - 6,5N, Dónde t– temperatura del aire cerca del suelo.

La temperatura en la escala Kelvin se llama temperatura absoluta , el cero en esta escala es el cero absoluto. En el cero absoluto, el movimiento térmico de las moléculas se detiene. El cero absoluto en la escala Kelvin corresponde a -273º en la escala Celsius.

En consecuencia la temperatura t en las alturas norte en la escala Kelvin está determinada por:

T = 273 K + t - 6,5 H

Presión del aire. La presión atmosférica se mide en pascales (N/m2), en el antiguo sistema de medida en atmósferas (atm.). También existe la presión barométrica. Esta es la presión medida en milímetros. mercurio utilizando un barómetro de mercurio. Presión barométrica(presión al nivel del mar) igual a 760 mm Hg. Arte. llamado estándar. En física 1 atm. exactamente igual a 760 mm Hg.

Densidad del aire. En aerodinámica, el concepto más utilizado es el de densidad de masa del aire. Esta es la masa de aire en 1 m3 de volumen. La densidad del aire cambia con la altitud, el aire se vuelve más enrarecido.

Humedad del aire. Muestra la cantidad de agua en el aire. Hay un concepto " humedad relativa " Esta es la relación entre la masa de vapor de agua y el máximo posible a una temperatura determinada. El concepto de 0%, es decir, cuando el aire está completamente seco, sólo puede existir en el laboratorio. Por otro lado, una humedad del 100% es bastante posible. Esto quiere decir que el aire ha absorbido toda el agua que podía absorber. Algo así como una “esponja absolutamente llena”. Una humedad relativa alta reduce la densidad del aire, mientras que una humedad relativa baja la aumenta.

Debido al hecho de que los vuelos de los aviones se realizan en diferentes condiciones atmosféricas, sus parámetros de vuelo y aerodinámicos en el mismo modo de vuelo pueden ser diferentes. Por lo tanto, para estimar correctamente estos parámetros, introdujimos Atmósfera estándar internacional (ISA). Muestra el cambio en el estado del aire al aumentar la altitud.

Los parámetros básicos del aire acondicionado con humedad cero se toman de la siguiente manera:

presión P = 760 mm Hg. Arte. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densidad de masa ρ = 1,225 kg/m 3 ;

Para la ISA se acepta (como se mencionó anteriormente :-)) que la temperatura desciende en la troposfera 0,65º por cada 100 metros de altitud.

Atmósfera estándar (ejemplo hasta 10.000 m).

Las tablas MSA se utilizan para calibrar instrumentos, así como para cálculos de navegación y de ingeniería.

Propiedades físicas del aire. También se incluyen conceptos como inercia, viscosidad y compresibilidad.

La inercia es una propiedad del aire que caracteriza su capacidad para resistir cambios en su estado de reposo o movimiento lineal uniforme. . Una medida de inercia es la densidad de masa del aire. Cuanto mayor sea, mayor será la fuerza de inercia y resistencia del medio cuando el avión se mueve en él.

Viscosidad Determina la resistencia a la fricción del aire cuando la aeronave está en movimiento.

La compresibilidad determina el cambio en la densidad del aire con los cambios de presión. A bajas velocidades aeronave(hasta 450 km/h) no hay cambio de presión cuando el aire fluye a su alrededor, pero a altas velocidades comienza a aparecer el efecto de compresibilidad. Su influencia es especialmente notable a velocidades supersónicas. Esta es un área separada de la aerodinámica y un tema para un artículo separado :-).

Bueno, esto parece ser todo por ahora... Es hora de terminar esta enumeración un poco tediosa, que, sin embargo, no se puede evitar :-). atmósfera terrestre, sus parámetros, propiedades fisicas del aire son tan importantes para la aeronave como los parámetros del propio dispositivo y no pueden ignorarse.

Chau, hasta próximas reuniones y más temas interesantes :)...

PD De postre, sugiero ver un vídeo filmado desde la cabina de un MIG-25PU gemelo durante su vuelo hacia la estratosfera. Al parecer fue filmado por un turista que tiene dinero para ese tipo de vuelos :-). Casi todo fue filmado a través del parabrisas. Presta atención al color del cielo...

La atmósfera (del griego ατμός - "vapor" y σφαῖρα - "esfera") es la capa de gas de un cuerpo celeste, mantenida a su alrededor por la gravedad. La atmósfera es la capa gaseosa del planeta, que consiste en una mezcla de varios gases, vapor de agua y polvo. La atmósfera intercambia materia entre la Tierra y el Cosmos. La Tierra recibe polvo cósmico y material de meteoritos, y pierde los gases más ligeros: hidrógeno y helio. La atmósfera terrestre es penetrada de través por una poderosa radiación del Sol, que determina el régimen térmico de la superficie del planeta, provocando la disociación de las moléculas de los gases atmosféricos y la ionización de los átomos.

La atmósfera terrestre contiene oxígeno, utilizado por la mayoría de los organismos vivos para respirar, y dióxido de carbono, consumido por plantas, algas y cianobacterias durante la fotosíntesis. La atmósfera es también la capa protectora del planeta, protegiendo a sus habitantes de la radiación ultravioleta del sol.

Todos los cuerpos masivos (planetas terrestres y gigantes gaseosos) tienen atmósfera.

Composición atmosférica

La atmósfera es una mezcla de gases compuesta por nitrógeno (78,08%), oxígeno (20,95%), dióxido de carbono (0,03%), argón (0,93%), una pequeña cantidad de helio, neón, xenón, criptón (0,01%), 0,038% de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de hidrógeno, helio, otros gases nobles y contaminantes.

composición moderna El aire de la Tierra se formó hace más de cien millones de años, pero el fuerte aumento de la actividad productiva humana provocó su cambio. Actualmente, el contenido de CO 2 aumenta aproximadamente entre un 10 y un 12 %. Los gases que entran en la atmósfera desempeñan diversas funciones funcionales. Sin embargo, la importancia principal de estos gases está determinada principalmente por el hecho de que absorben muy fuertemente la energía radiante y, por lo tanto, tienen una influencia significativa en régimen de temperatura La superficie y la atmósfera de la Tierra.

La composición inicial de la atmósfera de un planeta suele depender de las propiedades químicas y de temperatura del sol durante la formación planetaria y la posterior liberación de gases externos. Luego, la composición de la capa de gas evoluciona bajo la influencia de varios factores.

Las atmósferas de Venus y Marte están compuestas principalmente de dióxido de carbono con pequeñas adiciones de nitrógeno, argón, oxígeno y otros gases. La atmósfera terrestre es en gran medida producto de los organismos que viven en ella. Los gigantes gaseosos de baja temperatura (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) pueden retener principalmente gases de bajo peso molecular: hidrógeno y helio. Los gigantes gaseosos de alta temperatura, como Osiris o 51 Pegasi b, por el contrario, no pueden retenerlo y las moléculas de su atmósfera están dispersas en el espacio. Este proceso ocurre lenta y constantemente.

Nitrógeno, Es el gas más común en la atmósfera y es químicamente inactivo.

Oxígeno, a diferencia del nitrógeno, es un elemento químicamente muy activo. La función específica del oxígeno es la oxidación de la materia orgánica de organismos heterótrofos, rocas y gases poco oxidados emitidos a la atmósfera por los volcanes. Sin oxígeno no habría descomposición de la materia orgánica muerta.

Estructura atmosférica

La estructura de la atmósfera consta de dos partes: la interior: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera, o ionosfera, y la exterior, la magnetosfera (exosfera).

1) troposfera- Este La parte de abajo atmósfera en la que se concentra 3/4 es decir ~ 80% de toda la atmósfera terrestre. Su altura está determinada por la intensidad de los flujos de aire verticales (ascendentes o descendentes) causados ​​​​por el calentamiento de la superficie terrestre y del océano, por lo que el espesor de la troposfera en el ecuador es de 16 a 18 km, en latitudes templadas de 10 a 11 km, y en los polos – hasta 8 km. La temperatura del aire en la troposfera en altitud disminuye 0,6ºС por cada 100 m y oscila entre +40 y - 50ºС.

2) estratosfera Se encuentra por encima de la troposfera y tiene una altura de hasta 50 km desde la superficie del planeta. La temperatura a una altitud de hasta 30 km es constante -50ºС. Luego comienza a subir y a una altitud de 50 km alcanza los +10ºС.

El límite superior de la biosfera es la pantalla de ozono.

La pantalla de ozono es una capa de la atmósfera dentro de la estratosfera, ubicada a diferentes alturas de la superficie de la Tierra y que tiene densidad máxima ozono a una altitud de 20-26 km.

La altura de la capa de ozono en los polos se estima en 7-8 km, en el ecuador en 17-18 km, y la altura máxima de presencia de ozono es de 45-50 km. La vida por encima de la capa de ozono es imposible debido a la intensa radiación ultravioleta del sol. Si comprimes todas las moléculas de ozono, obtendrás una capa de ~ 3 mm alrededor del planeta.

3) mesosfera– el límite superior de esta capa se sitúa hasta una altura de 80 km. Su característica principal es una fuerte caída de la temperatura -90ºС en su límite superior. Aquí se registran nubes noctilucentes formadas por cristales de hielo.

4) Ionosfera (termósfera) - se encuentra a una altitud de 800 km y se caracteriza por un aumento significativo de temperatura:

150 km temperatura +240ºС,

200 km temperatura +500ºС,

600 km temperatura +1500ºС.

Bajo la influencia de la radiación ultravioleta del Sol, los gases se encuentran en un estado ionizado. La ionización está asociada al brillo de los gases y la aparición de auroras.

La ionosfera tiene la capacidad de reflejar repetidamente ondas de radio, lo que garantiza las comunicaciones por radio a larga distancia en el planeta.

5) exosfera– se sitúa por encima de los 800 km y se extiende hasta los 3000 km. Aquí la temperatura es >2000ºС. La velocidad del movimiento del gas se acerca a la crítica ~ 11,2 km/seg. Los átomos dominantes son el hidrógeno y el helio, que forman una corona luminosa alrededor de la Tierra que se extiende hasta una altitud de 20.000 km.

Funciones de la atmósfera

1) Termorregulador: el tiempo y el clima en la Tierra dependen de la distribución del calor y la presión.

2) Soporte vital.

3) En la troposfera se producen movimientos globales verticales y horizontales de masas de aire, que determinan el ciclo del agua y el intercambio de calor.

4) Casi todas las superficies procesos geológicos Son causados ​​por la interacción de la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera.

5) Protectora: la atmósfera protege a la Tierra del espacio, la radiación solar y el polvo de meteoritos.

Funciones de la atmósfera. Sin la atmósfera, la vida en la Tierra sería imposible. Una persona consume entre 12 y 15 kg al día. aire, inhalando cada minuto de 5 a 100 litros, lo que supera significativamente la necesidad diaria promedio de alimentos y agua. Además, la atmósfera protege de forma fiable a las personas de los peligros que les amenazan desde el espacio: no deja pasar meteoritos ni radiaciones cósmicas. Una persona puede vivir sin comida cinco semanas, sin agua cinco días y sin aire cinco minutos. La vida humana normal requiere no sólo aire, sino también cierta pureza del mismo. La salud de las personas, el estado de la flora y la fauna, la resistencia y durabilidad de las estructuras y estructuras de los edificios dependen de la calidad del aire. El aire contaminado es destructivo para las aguas, la tierra, los mares y los suelos. La atmósfera determina la luz y regula los regímenes térmicos de la tierra, contribuye a la redistribución del calor en el globo. La capa de gas protege a la Tierra del enfriamiento y calentamiento excesivos. Si nuestro planeta no estuviera rodeado por una capa de aire, en un día la amplitud de las fluctuaciones de temperatura alcanzaría los 200 C. La atmósfera salva a todos los seres vivos de la Tierra de los destructivos rayos ultravioleta, rayos X y cósmicos. La atmósfera juega un papel importante en la distribución de la luz. Su aire descompone los rayos del sol en un millón de pequeños rayos, los dispersa y crea una iluminación uniforme. La atmósfera sirve como conductora de sonidos.

La atmósfera de la Tierra es una capa de aire.

La presencia de una bola especial sobre la superficie de la tierra fue probada por los antiguos griegos, quienes llamaron a la atmósfera bola de vapor o gas.

Esta es una de las geosferas del planeta, sin la cual la existencia de todos los seres vivos no sería posible.

¿Dónde está la atmósfera?

La atmósfera rodea los planetas con una densa capa de aire, que comienza en la superficie terrestre. Entra en contacto con la hidrosfera, cubre la litosfera y se extiende hacia el espacio exterior.

¿En qué consiste la atmósfera?

La capa de aire de la Tierra se compone principalmente de aire, peso total que alcanza los 5,3 * 1018 kilogramos. De ellos, la parte enferma es el aire seco y mucha menos el vapor de agua.

Sobre el mar, la densidad de la atmósfera es de 1,2 kilogramos por metro cúbico. La temperatura en la atmósfera puede alcanzar los –140,7 grados, el aire se disuelve en agua a temperatura cero.

La atmósfera consta de varias capas:

• Troposfera;
• tropopausa;
• Estratosfera y estratopausa;
• Mesosfera y mesopausia;
• Una línea especial sobre el nivel del mar llamada línea Karman;
• Termosfera y termopausa;
• Zona de dispersión o exosfera.

Cada capa tiene sus propias características, están interconectadas y aseguran el funcionamiento de la envoltura aérea del planeta.

Límites de la atmósfera

El borde más bajo de la atmósfera pasa a través de la hidrosfera y capas superiores litosfera. El límite superior comienza en la exosfera, que se encuentra a 700 kilómetros de la superficie del planeta y alcanzará los 1,3 mil kilómetros.

Según algunos informes, la atmósfera alcanza los 10 mil kilómetros. Los científicos coincidieron en que el límite superior de la capa de aire debería ser la línea de Karman, ya que aquí la aeronáutica ya no es posible.

Gracias a constantes estudios en esta área, los científicos han establecido que la atmósfera entra en contacto con la ionosfera a una altitud de 118 kilómetros.

Composición química

Esta capa de la Tierra está formada por gases e impurezas gaseosas, que incluyen residuos de combustión, sal marina, hielo, agua y polvo. La composición y masa de los gases que se pueden encontrar en la atmósfera casi nunca cambia, solo cambia la concentración de agua y dióxido de carbono.

La composición del agua puede variar del 0,2 por ciento al 2,5 por ciento, dependiendo de la latitud. Los elementos adicionales son cloro, nitrógeno, azufre, amoníaco, carbono, ozono, hidrocarburos, ácido clorhídrico, fluoruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, yoduro de hidrógeno.

Una parte separada la ocupan mercurio, yodo, bromo y óxido nítrico. Además, en la troposfera se encuentran partículas líquidas y sólidas llamadas aerosoles. Uno de los gases más raros del planeta, el radón, se encuentra en la atmósfera.

En términos de composición química, el nitrógeno ocupa más del 78% de la atmósfera, el oxígeno, casi el 21%, el dióxido de carbono, el 0,03%, el argón, casi el 1%, la cantidad total de la sustancia es menos del 0,01%. Esta composición del aire se formó cuando el planeta surgió por primera vez y comenzó a desarrollarse.

Con la llegada del hombre, que poco a poco pasó a la producción, composición química cambió. En particular, la cantidad de dióxido de carbono aumenta constantemente.

Funciones de la atmósfera

Los gases en la capa de aire realizan una variedad de funciones. En primer lugar, absorben rayos y energía radiante. En segundo lugar, influyen en la formación de temperatura en la atmósfera y en la Tierra. En tercer lugar, garantiza la vida y su curso en la Tierra.

Además, esta capa proporciona termorregulación, que determina el tiempo y el clima, el modo de distribución del calor y presión atmosférica. La troposfera ayuda a regular el flujo de masas de aire, determinar el movimiento del agua y los procesos de intercambio de calor.

La atmósfera interactúa constantemente con la litosfera y la hidrosfera, proporcionando procesos geológicos. La función más importante es que brinda protección contra el polvo de origen meteorítico, contra la influencia del espacio y el sol.

Datos

• El oxígeno se obtiene en la Tierra mediante la descomposición de la materia orgánica en la roca sólida, lo cual es muy importante durante las emisiones, la descomposición de las rocas y la oxidación de los organismos.
• El dióxido de carbono ayuda a que se produzca la fotosíntesis y también contribuye a la transmisión de ondas cortas de radiación solar y a la absorción de ondas térmicas largas. Si esto no sucede, se produce el llamado efecto invernadero.
• Uno de los principales problemas asociados a la atmósfera es la contaminación, que se produce por el funcionamiento de las fábricas y las emisiones de los automóviles. Por ello, muchos países han introducido controles ambientales especiales y, a nivel internacional, se están adoptando mecanismos especiales para regular las emisiones y el efecto invernadero.

La estructura y composición de la atmósfera terrestre, hay que decirlo, no siempre fueron valores constantes en uno u otro período del desarrollo de nuestro planeta. Hoy en día, la estructura vertical de este elemento, que tiene un “espesor” total de 1,5 a 2,0 mil km, está representada por varias capas principales, entre las que se incluyen:

1. Troposfera.
2. Tropopausa.
3. Estratosfera.
4. Estratopausa.
5. Mesosfera y mesopausia.
6. Termosfera.
7. Exosfera.

Elementos básicos de la atmósfera.

La troposfera es una capa en la que se observan fuertes movimientos verticales y horizontales; es aquí donde se desarrollan el clima, los fenómenos sedimentarios, condiciones climáticas. Se extiende entre 7 y 8 kilómetros desde la superficie del planeta en casi todas partes, a excepción de las regiones polares (allí hasta 15 km). En la troposfera se produce un descenso gradual de la temperatura, aproximadamente 6,4 ° C con cada kilómetro de altitud. Esta cifra puede diferir para diferentes latitudes y estaciones.

La composición de la atmósfera terrestre en esta parte está representada por los siguientes elementos y sus porcentajes:

Nitrógeno: alrededor del 78 por ciento;

Oxígeno: casi el 21 por ciento;

Argón: alrededor del uno por ciento;

Dióxido de carbono: menos del 0,05%.

Composición única hasta una altitud de 90 kilómetros.

Además, aquí se pueden encontrar polvo, gotas de agua, vapor de agua, productos de combustión, cristales de hielo, sales marinas, muchas partículas de aerosoles, etc. Esta composición de la atmósfera terrestre se observa hasta aproximadamente noventa kilómetros de altitud, por lo que el aire es aproximadamente igual en composición química, no solo en la troposfera, sino también en las capas suprayacentes. Pero allí la atmósfera tiene propiedades físicas fundamentalmente diferentes. La capa que tiene una composición química general se llama homósfera.

¿Qué otros elementos forman la atmósfera terrestre? En porcentaje (en volumen, en aire seco) gases como criptón (aproximadamente 1,14 x 10 -4), xenón (8,7 x 10 -7), hidrógeno (5,0 x 10 -5), metano (aproximadamente 1,7 x 10 -5) están representados aquí. 4), óxido nitroso (5,0 x 10 -5), etc. Como porcentaje en masa, la mayoría de los componentes enumerados son óxido nitroso e hidrógeno, seguidos por helio, criptón, etc.

Propiedades físicas de diferentes capas atmosféricas.

Las propiedades físicas de la troposfera están estrechamente relacionadas con su proximidad a la superficie del planeta. Desde aquí, el calor solar reflejado en forma de rayos infrarrojos se dirige hacia arriba, implicando procesos de conducción y convección. Por eso la temperatura desciende con la distancia a la superficie terrestre. Este fenómeno se observa hasta la altura de la estratosfera (11-17 kilómetros), luego la temperatura casi no cambia hasta los 34-35 km, y luego la temperatura vuelve a subir a altitudes de 50 kilómetros (el límite superior de la estratosfera). . Entre la estratosfera y la troposfera hay una delgada capa intermedia de la tropopausa (hasta 1-2 km), donde se observan temperaturas constantes por encima del ecuador, alrededor de menos 70 ° C y menos. Por encima de los polos, la tropopausa se “calienta” en verano hasta -45°C; en invierno, las temperaturas fluctúan aquí alrededor de -65°C.

La composición gaseosa de la atmósfera terrestre incluye un elemento tan importante como el ozono. Hay relativamente poco en la superficie (diez elevado a menos la sexta potencia del uno por ciento), ya que el gas se forma bajo la influencia. rayos de sol del oxígeno atómico en las partes superiores de la atmósfera. En particular, la mayor parte del ozono se encuentra a una altitud de unos 25 km, y toda la "pantalla de ozono" se encuentra en áreas de 7 a 8 km en los polos, desde 18 km en el ecuador y hasta cincuenta kilómetros en total por encima del superficie del planeta.

La atmósfera protege de la radiación solar.

La composición del aire en la atmósfera terrestre juega un papel muy importante en la preservación de la vida, ya que los individuos elementos químicos y las composiciones limitan con éxito el acceso de la radiación solar a la superficie de la tierra y a las personas, animales y plantas que viven en ella. Por ejemplo, las moléculas de vapor de agua absorben eficazmente casi todos los rangos de radiación infrarroja, a excepción de longitudes en el rango de 8 a 13 micrones. El ozono absorbe la radiación ultravioleta hasta una longitud de onda de 3100 A. Sin su fina capa (sólo 3 mm de media si se coloca en la superficie del planeta), sólo el agua a más de 10 metros de profundidad y las cuevas subterráneas donde no llega la radiación solar. alcance puede ser habitado. .

Cero Celsius en la estratopausa

Entre los dos niveles siguientes de la atmósfera, la estratosfera y la mesosfera, hay una capa notable: la estratopausa. Corresponde aproximadamente al máximo de ozono y la temperatura aquí es relativamente cómoda para los humanos: alrededor de 0°C. Por encima de la estratopausa, en la mesosfera (comienza a una altitud de 50 km y termina a una altitud de 80-90 km), se observa nuevamente una caída de la temperatura al aumentar la distancia desde la superficie de la Tierra (a menos 70-80 ° C). ). Los meteoros suelen quemarse por completo en la mesosfera.

En la termosfera, ¡más 2000 K!

La composición química de la atmósfera terrestre en la termosfera (comienza después de la mesopausa en altitudes de aproximadamente 85-90 a 800 km) determina la posibilidad de que se produzca un fenómeno como el calentamiento gradual de capas de "aire" muy enrarecido bajo la influencia de la radiación solar. . En esta parte de la “manta de aire” del planeta, las temperaturas oscilan entre 200 y 2000 K, que se obtienen debido a la ionización del oxígeno (el oxígeno atómico se encuentra por encima de los 300 km), así como a la recombinación de átomos de oxígeno en moléculas. , acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor. La termosfera es donde ocurren las auroras.

Por encima de la termosfera se encuentra la exosfera, la capa exterior de la atmósfera, desde la cual los átomos de hidrógeno ligeros y que se mueven rápidamente pueden escapar al espacio exterior. La composición química de la atmósfera terrestre aquí está representada principalmente por átomos de oxígeno individuales en las capas inferiores, átomos de helio en las capas intermedias y casi exclusivamente átomos de hidrógeno en las capas superiores. Aquí prevalecen altas temperaturas, alrededor de 3000 K y no hay presión atmosférica.

¿Cómo se formó la atmósfera terrestre?

Pero, como se mencionó anteriormente, el planeta no siempre tuvo tal composición atmosférica. En total, existen tres conceptos sobre el origen de este elemento. La primera hipótesis sugiere que la atmósfera fue absorbida mediante el proceso de acreción de una nube protoplanetaria. Sin embargo, hoy en día esta teoría está sujeta a importantes críticas, ya que una atmósfera tan primaria debería haber sido destruida por el “viento” solar de una estrella de nuestro sistema planetario. Además, se supone que los elementos volátiles no pudieron retenerse en la zona de formación de los planetas terrestres debido a temperaturas demasiado altas.

La composición de la atmósfera primaria de la Tierra, como sugiere la segunda hipótesis, podría haberse formado debido al bombardeo activo de la superficie por asteroides y cometas llegados desde los alrededores. sistema solar en las primeras etapas de desarrollo. Es bastante difícil confirmar o refutar este concepto.

Experimento en IDG RAS

La más plausible parece ser la tercera hipótesis, según la cual la atmósfera apareció como resultado de la liberación de gases del manto de la corteza terrestre hace aproximadamente 4 mil millones de años. Este concepto fue probado en el Instituto de Geografía de la Academia de Ciencias de Rusia durante un experimento llamado “Tsarev 2”, cuando se calentó en el vacío una muestra de una sustancia de origen meteórico. Luego se registró la liberación de gases como H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. Por lo tanto, los científicos asumieron correctamente que la composición química de la atmósfera primaria de la Tierra incluía agua y dióxido de carbono, fluoruro de hidrógeno ( HF) vapor, monóxido de carbono(CO), sulfuro de hidrógeno (H 2 S), compuestos de nitrógeno, hidrógeno, metano (CH 4), vapor de amoníaco (NH 3), argón, etc. El vapor de agua de la atmósfera primaria participó en la formación de la hidrosfera, dióxido de carbono. apareció en mayor medida en estado ligado en sustancias orgánicas y rocas, el nitrógeno pasó a la composición del aire moderno y también nuevamente a las rocas sedimentarias y sustancias orgánicas.

La composición de la atmósfera primaria de la Tierra no habría permitido Gente moderna estar en él sin aparato respiratorio, ya que entonces no había oxígeno en las cantidades requeridas. Este elemento apareció en cantidades significativas hace mil quinientos millones de años, lo que se cree que se debe al desarrollo del proceso de fotosíntesis en las algas verdiazules y otras algas, que son los habitantes más antiguos de nuestro planeta.

Oxígeno mínimo

El hecho de que la composición de la atmósfera terrestre inicialmente estuviera casi libre de oxígeno lo indica el hecho de que en las rocas más antiguas (catárqueas) se encuentra grafito (carbono) que se oxida fácilmente, pero no se oxida. Posteriormente, las llamadas bandas minerales de hierro, que incluía capas de óxidos de hierro enriquecidos, lo que supone la aparición en el planeta de una potente fuente de oxígeno en forma molecular. Pero estos elementos se encontraron sólo periódicamente (quizás las mismas algas u otros productores de oxígeno aparecieron en pequeñas islas en un desierto sin oxígeno), mientras que el resto del mundo era anaeróbico. Esto último está respaldado por el hecho de que se encontró pirita fácilmente oxidada en forma de guijarros procesados ​​​​por la corriente sin rastros. reacciones químicas. Porque aguas que fluyen no se puede airear mal, se ha extendido el punto de vista de que la atmósfera antes del comienzo del Cámbrico contenía menos del uno por ciento de la composición de oxígeno actual.

Cambio revolucionario en la composición del aire.

Aproximadamente a mediados del Proterozoico (hace 1.800 millones de años), se produjo la "revolución del oxígeno", cuando el mundo pasó a la respiración aeróbica, durante la cual de una molécula nutritivo(glucosa) se pueden obtener 38, y no dos (como ocurre con la respiración anaeróbica) unidades de energía. La composición de la atmósfera terrestre, en términos de oxígeno, comenzó a superar el uno por ciento de lo que es hoy, y comenzó a aparecer una capa de ozono que protege a los organismos de la radiación. De ella, por ejemplo, animales tan antiguos como los trilobites se "escondían" bajo gruesas conchas. Desde entonces hasta nuestros días, el contenido del principal elemento "respiratorio" aumentó gradual y lentamente, asegurando la diversidad del desarrollo de las formas de vida en el planeta.

La atmósfera se extiende hacia arriba a lo largo de muchos cientos de kilómetros. Su límite superior, a una altitud de aproximadamente 2000-3000 kilómetros, hasta cierto punto es condicional, ya que los gases que lo componen, enrarecidos paulatinamente, pasan al espacio cósmico. La composición química de la atmósfera, la presión, la densidad, la temperatura y otras propiedades físicas cambian con la altitud. Como se mencionó anteriormente, la composición química del aire hasta una altura de 100 kilómetros no cambia significativamente. Un poco más arriba, la atmósfera también se compone principalmente de nitrógeno y oxígeno. Pero en altitudes 100-110 kilómetros, Bajo la influencia de la radiación ultravioleta del sol, las moléculas de oxígeno se dividen en átomos y aparece el oxígeno atómico. Por encima de 110-120 kilómetros casi todo el oxígeno se vuelve atómico. Supuestamente por encima de 400-500 kilómetros Los gases que forman la atmósfera también se encuentran en estado atómico.

La presión y la densidad del aire disminuyen rápidamente con la altitud. Aunque la atmósfera se extiende cientos de kilómetros hacia arriba, la mayor parte de ella se encuentra en una capa bastante delgada adyacente a la superficie de la tierra en sus partes más bajas. Entonces, en la capa entre el nivel del mar y las alturas 5-6 kilómetros la mitad de la masa de la atmósfera se concentra en la capa 0-16 kilómetros-90%, y en la capa 0-30 kilómetros- 99%. La misma rápida disminución de la masa de aire ocurre por encima de los 30 km. Si peso 1 metros 3 el aire en la superficie de la tierra es de 1033 g, luego a una altura de 20 kilómetros es igual a 43 gy a una altura de 40 kilómetros solo 4 años

A una altitud de 300-400 kilómetros y arriba, el aire está tan enrarecido que durante el día su densidad cambia muchas veces. Las investigaciones han demostrado que este cambio de densidad está relacionado con la posición del Sol. La mayor densidad del aire se produce alrededor del mediodía y la más baja durante la noche. Esto se explica en parte por el hecho de que las capas superiores de la atmósfera reaccionan a los cambios en la radiación electromagnética del Sol.

La temperatura del aire también varía de manera desigual con la altitud. Según la naturaleza de los cambios de temperatura con la altitud, la atmósfera se divide en varias esferas, entre las cuales hay capas de transición, las llamadas pausas, donde la temperatura cambia poco con la altitud.

A continuación se detallan los nombres y características principales de las esferas y capas de transición.

Presentemos datos básicos sobre las propiedades físicas de estas esferas.

Troposfera. Las propiedades físicas de la troposfera están determinadas en gran medida por la influencia de la superficie terrestre, que es su límite inferior. La mayor altitud de la troposfera se observa en las zonas ecuatorial y tropical. Aquí llega al 16-18 kilómetros y está sujeto a relativamente pocos cambios diarios y estacionales. Sobre las regiones polares y adyacentes, el límite superior de la troposfera se encuentra en promedio a un nivel de 8-10 km. En latitudes medias oscila entre 6-8 y 14-16 km.

El espesor vertical de la troposfera depende en gran medida de la naturaleza de los procesos atmosféricos. A menudo, durante el día, el límite superior de la troposfera sobre un punto o área determinado desciende o aumenta varios kilómetros. Esto se debe principalmente a los cambios en la temperatura del aire.

Más de 4/5 de la masa de la atmósfera terrestre y casi todo el vapor de agua que contiene se concentran en la troposfera. Además, desde la superficie de la Tierra hasta el límite superior de la troposfera, la temperatura disminuye una media de 0,6° por cada 100 m, o 6° por 1 kilómetros levantamiento . Esto se explica por el hecho de que el aire en la troposfera es calentado y enfriado principalmente por la superficie terrestre.

Según la afluencia energía solar La temperatura disminuye desde el ecuador hacia los polos. Entonces, temperatura media el aire cerca de la superficie de la tierra en el ecuador alcanza +26°, por encima regiones polares en invierno -34°, -36° y en verano alrededor de 0°. Así, la diferencia de temperatura entre el ecuador y el polo en invierno es de 60°, y en verano de sólo 26°. Es cierto que temperaturas tan bajas en el Ártico en invierno sólo se observan cerca de la superficie de la tierra debido al enfriamiento del aire sobre las extensiones heladas.

En invierno en la Antártida Central, la temperatura del aire en la superficie de la capa de hielo es aún más baja. En agosto de 1960, en la estación Vostok se registró la temperatura más baja del mundo: -88,3°, y con mayor frecuencia en la Antártida Central es de -45°, -50°.

Con la altura, la diferencia de temperatura entre el ecuador y el polo disminuye. Por ejemplo, a una altitud de 5 kilómetros en el ecuador la temperatura alcanza -2°, -4°, y a la misma altitud en el Ártico Central -37°, -39° en invierno y -19°, -20° en verano; por lo tanto, la diferencia de temperatura en invierno es de 35-36° y en verano de 16-17°. En el hemisferio sur estas diferencias son algo mayores.

La energía de la circulación atmosférica puede determinarse mediante contratos de temperatura entre el ecuador y los polos. Dado que en invierno la magnitud de los contrastes de temperatura es mayor, los procesos atmosféricos ocurren con mayor intensidad que en verano. Esto también explica el hecho de que los vientos predominantes del oeste en la troposfera en invierno tengan velocidades más altas que en verano. En este caso, la velocidad del viento, por regla general, aumenta con la altura, alcanzando un máximo en el límite superior de la troposfera. La transferencia horizontal va acompañada de movimientos verticales de aire y movimientos turbulentos (desordenados). Debido al ascenso y descenso de grandes volúmenes de aire, se forman y disipan nubes, se produce y cesa la precipitación. La capa de transición entre la troposfera y la esfera suprayacente es tropopausa. Por encima se encuentra la estratosfera.

Estratosfera se extiende desde las alturas 8-17 hasta 50-55 km. Fue descubierto a principios de nuestro siglo. En términos de propiedades físicas, la estratosfera se diferencia marcadamente de la troposfera en que la temperatura del aire aquí, por regla general, aumenta en un promedio de 1 a 2 ° por kilómetro de elevación y en el límite superior, a una altitud de 50-55. kilómetros, incluso se vuelve positivo. El aumento de temperatura en esta zona se debe a la presencia de ozono (O 3), que se forma bajo la influencia de la radiación ultravioleta del sol. La capa de ozono ocupa casi toda la estratosfera. La estratosfera es muy pobre en vapor de agua. No hay procesos violentos de formación de nubes ni precipitaciones.

Más recientemente, se asumió que la estratosfera es un ambiente relativamente tranquilo donde no se produce mezcla de aire, como en la troposfera. Por lo tanto, se creía que los gases en la estratosfera se dividen en capas, de acuerdo con su Gravedad específica. De ahí el nombre estratosfera (“estratos” - en capas). También se creía que la temperatura en la estratosfera se forma bajo la influencia del equilibrio radiativo, es decir, cuando la radiación solar absorbida y reflejada es igual.

Nuevos datos obtenidos de radiosondas y cohetes meteorológicos han demostrado que la estratosfera, al igual que la troposfera superior, experimenta una intensa circulación de aire con grandes cambios de temperatura y viento. Aquí, como en la troposfera, el aire experimenta importantes movimientos verticales y movimientos turbulentos con fuertes corrientes de aire horizontales. Todo esto es el resultado de una distribución de temperatura no uniforme.

La capa de transición entre la estratosfera y la esfera suprayacente es estratopausa. Sin embargo, antes de pasar a las características de las capas superiores de la atmósfera, familiaricémonos con la llamada ozonosfera, cuyos límites corresponden aproximadamente a los límites de la estratosfera.

Ozono en la atmósfera. El ozono juega papel importante en la creación de un régimen de temperatura y corrientes de aire en la estratosfera. El ozono (O 3) lo sentimos después de una tormenta cuando lo inhalamos aire limpio con un regusto agradable. Sin embargo, aquí hablaremos no se trata de este ozono formado después de una tormenta, sino del ozono contenido en la capa 10-60 kilómetros con un máximo a una altitud de 22-25 km. El ozono se forma bajo la influencia de los rayos ultravioleta del Sol y, aunque su cantidad total es pequeña, juega un papel importante en la atmósfera. El ozono tiene la capacidad de absorber la radiación ultravioleta del Sol y así protege la flora y la fauna de sus efectos destructivos. Incluso esa insignificante fracción de rayos ultravioleta que llega a la superficie de la tierra quema gravemente el cuerpo cuando una persona tiene demasiada afición a tomar el sol.

La cantidad de ozono varía a lo largo varias partes Tierra. Hay más ozono en latitudes altas, menos en latitudes medias y bajas, y esta cantidad varía según los cambios de estación del año. Hay más ozono en primavera y menos en otoño. Además, se producen fluctuaciones no periódicas dependiendo de la circulación horizontal y vertical de la atmósfera. Muchos procesos atmosféricos están estrechamente relacionados con el contenido de ozono, ya que tiene un impacto directo en el campo de la temperatura.

En invierno, en condiciones de noche polar, en latitudes altas, la radiación y el enfriamiento del aire se producen en la capa de ozono. Como resultado, en la estratosfera de latitudes altas (en el Ártico y la Antártida), se forma en invierno una región fría, un vórtice ciclónico estratosférico con grandes gradientes horizontales de temperatura y presión, que provoca vientos del oeste en latitudes medias. globo.

En verano, en condiciones de días polares, en latitudes altas, la absorción se produce en la capa de ozono. calor solar y calentando el aire. Como resultado del aumento de temperatura en la estratosfera en latitudes altas, se forma una región de calor y un vórtice anticiclónico estratosférico. Por lo tanto, por encima de las latitudes medias del globo por encima de 20 kilómetros En verano predominan los vientos del este en la estratosfera.

Mesosfera. Las observaciones utilizando cohetes meteorológicos y otros métodos han establecido que el aumento general de temperatura observado en la estratosfera termina en altitudes de 50-55 km. Por encima de esta capa, la temperatura vuelve a disminuir y en el límite superior de la mesosfera (alrededor de 80 kilómetros) alcanza -75°, -90°. Luego la temperatura vuelve a aumentar con la altura.

Es interesante observar que la disminución de temperatura con la altura característica de la mesosfera ocurre de manera diferente en diferentes latitudes y a lo largo del año. En latitudes bajas, la caída de temperatura se produce más lentamente que en latitudes altas: el gradiente de temperatura vertical promedio para la mesosfera es respectivamente de 0,23° - 0,31° por 100 metro o 2,3°-3,1° por 1 km. En verano es mucho más grande que en invierno. Como se muestra últimas investigaciones En latitudes altas, la temperatura en el límite superior de la mesosfera en verano es varias decenas de grados más baja que en invierno. En la mesosfera superior, a una altitud de unos 80 kilómetros En la capa de mesopausia, el descenso de temperatura con la altura se detiene y comienza su aumento. Aquí, bajo la capa de inversión al anochecer o antes del amanecer en Tiempo despejado Se observan nubes finas y brillantes, iluminadas por el sol debajo del horizonte. Sobre el fondo oscuro del cielo brillan con una luz azul plateada. Por eso estas nubes se llaman noctilucentes.

La naturaleza de las nubes noctilucentes aún no se ha estudiado suficientemente. Por mucho tiempo se creía que estaban compuestos de polvo volcánico. Sin embargo, la falta fenómenos ópticos, característico de las nubes volcánicas reales, llevó al rechazo de esta hipótesis. Luego se sugirió que las nubes noctilucentes estaban compuestas de polvo cósmico. EN últimos años Se ha propuesto la hipótesis de que estas nubes están formadas por cristales de hielo, como los cirros ordinarios. El nivel de las nubes noctilucentes está determinado por la capa de bloqueo debido a inversión de temperatura durante la transición de la mesosfera a la termosfera a una altitud de aproximadamente 80 km. Dado que la temperatura en la capa de subinversión alcanza los -80° o menos, aquí se crean las condiciones más favorables para la condensación del vapor de agua, que llega aquí desde la estratosfera como resultado del movimiento vertical o por difusión turbulenta. Las nubes noctilucentes suelen observarse en verano, a veces en zonas muy grandes cantidades y durante varios meses.

Las observaciones de nubes noctilucentes han demostrado que en verano los vientos a su nivel son muy variables. Las velocidades del viento varían mucho: de 50 a 100 a varios cientos de kilómetros por hora.

Temperatura en altitudes. La Figura 5 ofrece una representación visual de la naturaleza de la distribución de la temperatura con la altura, entre la superficie de la Tierra y altitudes de 90 a 100 km, en invierno y verano en el hemisferio norte. Las superficies que separan las esferas se representan aquí con gruesas líneas puntedas. En la parte inferior, la troposfera es claramente visible con una disminución característica de la temperatura con la altura. Por encima de la tropopausa, en la estratosfera, por el contrario, la temperatura generalmente aumenta con la altura y en altitudes de 50-55 kilómetros alcanza + 10°, -10°. Prestemos atención a un detalle importante. En invierno, en la estratosfera de latitudes altas, la temperatura por encima de la tropopausa desciende de -60 a -75° y sólo por encima de 30 kilómetros vuelve a aumentar a -15°. En verano, a partir de la tropopausa, la temperatura aumenta con la altitud en 50 kilómetros alcanza + 10°. Por encima de la estratopausa, la temperatura vuelve a disminuir con la altura, y a un nivel de 80 kilómetros no supera los -70°, -90°.

De la Figura 5 se deduce que en la capa 10-40 kilómetros La temperatura del aire en invierno y verano en latitudes altas es muy diferente. En invierno, en condiciones de noche polar, la temperatura aquí alcanza -60°, -75°, y en verano un mínimo de -45° está cerca de la tropopausa. Por encima de la tropopausa, la temperatura aumenta en altitudes de 30 a 35 kilómetros es sólo -30°, -20°, que es causado por el calentamiento del aire en la capa de ozono durante los días polares. También se desprende de la figura que incluso en la misma estación y al mismo nivel, la temperatura no es la misma. Su diferencia entre diferentes latitudes supera los 20-30°. En este caso, la heterogeneidad es especialmente significativa en la capa de bajas temperaturas (18-30 kilómetros) y en la capa de temperaturas máximas (50-60 kilómetros) en la estratosfera, así como en la capa de bajas temperaturas en la mesosfera superior (75-85kilómetros).

Los valores de temperatura promedio que se muestran en la Figura 5 se obtienen a partir de datos de observación en el hemisferio norte, sin embargo, a juzgar por la información disponible, también se pueden atribuir a hemisferio sur. Algunas diferencias existen principalmente en latitudes altas. En invierno, sobre la Antártida, la temperatura del aire en la troposfera y la estratosfera inferior es notablemente más baja que en el Ártico central.

Vientos en las alturas. La distribución estacional de la temperatura está determinada por un sistema bastante complejo de corrientes de aire en la estratosfera y la mesosfera.

La figura 6 muestra una sección vertical del campo de viento en la atmósfera entre la superficie terrestre y una altura de 90 kilómetros invierno y verano en el hemisferio norte. Las isolíneas representan las velocidades promedio del viento predominante (en m/seg). De la figura se deduce que el régimen de viento en la estratosfera en invierno y verano es marcadamente diferente. En invierno, tanto la troposfera como la estratosfera están dominadas por vientos del oeste con velocidades máximas de aproximadamente

100 m/seg a una altitud de 60-65 km. En verano, los vientos del oeste prevalecen sólo hasta alturas de 18-20 km. Más arriba se vuelven orientales, con velocidades máximas de hasta 70 m/seg a una altitud de 55-60km.

En verano, por encima de la mesosfera, los vientos se vuelven del oeste y en invierno, del este.

Termosfera. Por encima de la mesosfera se encuentra la termosfera, que se caracteriza por un aumento de temperatura. Con altura. Según los datos obtenidos, principalmente con la ayuda de cohetes, se encontró que en la termosfera ya a un nivel de 150 kilómetros la temperatura del aire alcanza 220-240°, y a 200 kilómetros más de 500°. Por encima la temperatura sigue subiendo y en el nivel 500-600 kilómetros supera los 1500°. Según los datos obtenidos de los lanzamientos de satélites terrestres artificiales, se ha descubierto que en la termosfera superior la temperatura alcanza unos 2000° y fluctúa significativamente durante el día. Surge la pregunta de cómo explicar temperaturas tan elevadas en las capas altas de la atmósfera. Recuerde que la temperatura de un gas es una medida de la velocidad promedio de movimiento de las moléculas. En la parte más baja y densa de la atmósfera, las moléculas de los gases que componen el aire a menudo chocan entre sí cuando se mueven y se transfieren instantáneamente energía cinética entre sí. Es por eso energía cinética en un ambiente denso es en promedio el mismo. En las capas altas, donde la densidad del aire es muy baja, las colisiones entre moléculas situadas a grandes distancias se producen con menos frecuencia. Cuando se absorbe energía, la velocidad de las moléculas cambia mucho entre colisiones; Además, las moléculas de gases más ligeros se mueven a mayor velocidad que las moléculas de gases pesados. Como resultado, la temperatura de los gases puede ser diferente.

En los gases enrarecidos hay relativamente pocas moléculas de tamaños muy pequeños (gases ligeros). Si se mueven a altas velocidades, la temperatura en un volumen de aire determinado será alta. En la termosfera, cada centímetro cúbico de aire contiene decenas y cientos de miles de moléculas de diversos gases, mientras que en la superficie de la tierra hay alrededor de cientos de millones de miles de millones de ellas. Por eso es excesivo valores altos Las temperaturas en las capas altas de la atmósfera, que muestran la velocidad del movimiento de las moléculas en este ambiente tan suelto, no pueden provocar ni siquiera un ligero calentamiento del cuerpo que se encuentra aquí. Así como una persona no siente una temperatura alta bajo la luz deslumbrante de las lámparas eléctricas, aunque los filamentos en un ambiente enrarecido se calientan instantáneamente hasta varios miles de grados.

En la termosfera inferior y en la mesosfera, la mayor parte de las lluvias de meteoritos se quema antes de llegar a la superficie terrestre.

Información disponible sobre capas atmosféricas por encima de 60-80 kilómetros Aún son insuficientes para sacar conclusiones definitivas sobre la estructura, régimen y procesos que en ellos se desarrollan. Sin embargo, se sabe que en la mesosfera superior y la termosfera inferior el régimen de temperatura se crea como resultado de la transformación del oxígeno molecular (O 2) en oxígeno atómico (O), que se produce bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta. En la termosfera, el régimen de temperatura está muy influenciado por los corpusculares, los rayos X y. Radiación ultravioleta del sol. Aquí, incluso durante el día, se producen cambios bruscos de temperatura y viento.

Ionización de la atmósfera. Mayoría característica interesante atmósfera por encima de 60-80 kilómetros es ella ionización, es decir, el proceso de educación cantidad inmensa partículas cargadas eléctricamente: iones. Dado que la ionización de gases es característica de la termosfera inferior, también se la llama ionosfera.

Los gases de la ionosfera se encuentran en su mayoría en estado atómico. Bajo la influencia de la radiación ultravioleta y corpuscular del Sol, que tienen alta energía, se produce el proceso de escisión de electrones de átomos neutros y moléculas de aire. Los átomos y moléculas que han perdido uno o más electrones quedan cargados positivamente y el electrón libre puede volver a unirse a un átomo o molécula neutro y dotarlo de su carga negativa. Estos átomos y moléculas con carga positiva y negativa se denominan iones, y gases - ionizado, es decir, haber recibido una carga eléctrica. A concentraciones más altas de iones, los gases se vuelven conductores de electricidad.

El proceso de ionización ocurre más intensamente en capas gruesas limitadas por alturas de 60-80 y 220-400 km. En estas capas existen condiciones óptimas para la ionización. Aquí la densidad del aire es notablemente mayor que en la atmósfera superior y el suministro de radiación ultravioleta y corpuscular del Sol es suficiente para el proceso de ionización.

El descubrimiento de la ionosfera es uno de los logros importantes y brillantes de la ciencia. Después de todo rasgo distintivo La ionosfera es su influencia en la propagación de las ondas de radio. En las capas ionizadas, las ondas de radio se reflejan y, por lo tanto, es posible la comunicación por radio a larga distancia. Los iones-átomos cargados reflejan ondas de radio cortas y regresan nuevamente a la superficie de la tierra, pero a una distancia considerable del lugar de transmisión de radio. Obviamente, las ondas de radio cortas recorren este camino varias veces y, por lo tanto, se garantiza la comunicación por radio a larga distancia. Si no fuera por la ionosfera, entonces para transmitir señales de estaciones de radio a largas distancias Sería necesario construir costosas líneas de retransmisión de radio.

Sin embargo, se sabe que a veces se interrumpen las comunicaciones por radio en ondas cortas. Esto ocurre como resultado de las llamaradas cromosféricas del Sol, debido a las cuales la radiación ultravioleta del Sol aumenta drásticamente, lo que provoca fuertes perturbaciones de la ionosfera y del campo magnético de la Tierra: tormentas magnéticas. Durante las tormentas magnéticas, las comunicaciones por radio se interrumpen, ya que el movimiento de las partículas cargadas depende del campo magnético. Durante las tormentas magnéticas, la ionosfera refleja peor las ondas de radio o las transmite al espacio. Principalmente con los cambios en la actividad solar, acompañados de un aumento de la radiación ultravioleta, aumenta la densidad electrónica de la ionosfera y la absorción de ondas de radio durante el día, lo que provoca la interrupción de las comunicaciones por radio de onda corta.

Según una nueva investigación, en una potente capa ionizada hay zonas donde la concentración de electrones libres alcanza una concentración ligeramente mayor que en las capas vecinas. Se conocen cuatro de estas zonas, que se encuentran a altitudes de aproximadamente 60-80, 100-120, 180-200 y 300-400. kilómetros y están designados por letras D, mi, F 1 Y F 2 . Con el aumento de la radiación solar, las partículas cargadas (corpúsculos) bajo la influencia del campo magnético terrestre se desvían hacia altas latitudes. Al entrar en la atmósfera, los corpúsculos aumentan tanto la ionización de los gases que comienzan a brillar. Así surgen auroras- en forma de hermosos arcos multicolores que se iluminan en el cielo nocturno, principalmente en las altas latitudes de la Tierra. Las auroras van acompañadas de fuertes tormentas magnéticas. En tales casos, las auroras se hacen visibles en latitudes medias y, en casos raros, incluso en la zona tropical. Por ejemplo, la intensa aurora observada el 21 y 22 de enero de 1957 fue visible en casi todas las regiones del sur de nuestro país.

Al fotografiar las auroras desde dos puntos situados a una distancia de varias decenas de kilómetros, se determina con gran precisión la altura de las auroras. Por lo general, las auroras se encuentran a una altitud de unos 100 kilómetros, A menudo se encuentran a una altitud de varios cientos de kilómetros y, a veces, a un nivel de unos 1000. km. Aunque se ha aclarado la naturaleza de las auroras, todavía quedan muchas cuestiones sin resolver relacionadas con este fenómeno. Aún se desconocen las razones de la diversidad de formas de auroras.

Según el tercer satélite soviético, entre altitudes 200 y 1000 kilómetros Durante el día predominan los iones positivos de oxígeno molecular dividido, es decir, oxígeno atómico (O). Los científicos soviéticos están explorando la ionosfera utilizando satélites artificiales de la serie Cosmos. Los científicos estadounidenses también estudian la ionosfera utilizando satélites.

La superficie que separa la termosfera de la exosfera experimenta fluctuaciones dependiendo de los cambios en la actividad solar y otros factores. Verticalmente, estas fluctuaciones alcanzan 100-200 kilómetros y más.

Exosfera (esfera de dispersión): la parte superior de la atmósfera, ubicada por encima de 800 km. Ha sido poco estudiado. Según datos de observación y cálculos teóricos, la temperatura en la exosfera aumenta con la altitud, presumiblemente hasta los 2000°. A diferencia de la ionosfera inferior, en la exosfera los gases están tan enrarecidos que sus partículas, que se mueven a enormes velocidades, casi nunca se encuentran.

Hasta hace relativamente poco tiempo se suponía que el límite convencional de la atmósfera se encontraba a una altitud de unos 1000 km. Sin embargo, basándose en el frenado de satélites terrestres artificiales, se ha establecido que en altitudes de 700-800 kilómetros En 1 centímetros 3 Contiene hasta 160 mil iones positivos de oxígeno y nitrógeno atómico. Esto sugiere que las capas cargadas de la atmósfera se extienden hacia el espacio a una distancia mucho mayor.

En altas temperaturas en frontera condicional atmósfera, las velocidades de las partículas de gas alcanzan aproximadamente 12 km/seg. A estas velocidades, los gases escapan gradualmente de la región de la gravedad al espacio interplanetario. Esto sucede durante un largo período de tiempo. Por ejemplo, las partículas de hidrógeno y helio se transportan al espacio interplanetario en varios años.

En el estudio de las capas altas de la atmósfera se obtuvieron abundantes datos tanto de los satélites de las series Cosmos y Electron como de cohetes geofísicos y estaciones espaciales Mars-1, Luna-4, etc. Las observaciones directas de los astronautas también resultaron ser valioso. Así, según fotografías tomadas en el espacio por V. Nikolaeva-Tereshkova, se encontró que a una altitud de 19 kilómetros Hay una capa de polvo de la Tierra. Así lo confirman los datos obtenidos por la tripulación de la nave espacial Voskhod. Aparentemente existe una estrecha conexión entre la capa de polvo y la llamada nubes nacaradas, a veces observado en altitudes de aproximadamente 20-30km.

De la atmósfera al espacio exterior. Suposiciones previas de que más allá de la atmósfera terrestre, en el espacio interplanetario

espacio, los gases están muy enrarecidos y la concentración de partículas no supera varias unidades en 1 centímetros 3, no se hizo realidad. Las investigaciones han demostrado que el espacio cercano a la Tierra está lleno de partículas cargadas. Sobre esta base, se planteó una hipótesis sobre la existencia de zonas alrededor de la Tierra con un contenido notablemente mayor de partículas cargadas, es decir, cinturones de radiación- interno y externo. Nuevos datos ayudaron a aclarar las cosas. Resultó que también hay partículas cargadas entre los cinturones de radiación interior y exterior. Su número varía según la actividad geomagnética y solar. Así, según la nueva suposición, en lugar de cinturones de radiación existen zonas de radiación sin límites claramente definidos. Los límites de las zonas de radiación cambian según la actividad solar. Cuando se intensifica, es decir, cuando aparecen en el Sol manchas y chorros de gas, expulsados ​​a lo largo de cientos de miles de kilómetros, aumenta el flujo de partículas cósmicas que alimentan las zonas de radiación de la Tierra.

Las zonas de radiación son peligrosas para las personas que vuelan en naves espaciales. Por lo tanto, antes de un vuelo al espacio, se determina el estado y la posición de las zonas de radiación y se elige la órbita de la nave espacial de manera que pase fuera de las áreas de mayor radiación. Sin embargo, las capas altas de la atmósfera, así como el espacio exterior cercano a la Tierra, aún están poco explorados.

El estudio de las capas altas de la atmósfera y del espacio cercano a la Tierra utiliza abundantes datos obtenidos de los satélites y estaciones espaciales del Cosmos.

Las capas altas de la atmósfera son las menos estudiadas. Sin embargo métodos modernos Su investigación nos permite esperar que en los próximos años la gente conozca muchos detalles de la estructura de la atmósfera en el fondo en la que vive.

En conclusión, presentamos una sección vertical esquemática de la atmósfera (Fig. 7). Aquí, las altitudes en kilómetros y la presión del aire en milímetros se representan verticalmente y la temperatura se representa horizontalmente. La curva sólida muestra el cambio en la temperatura del aire con la altura. En las alturas correspondientes están señalizadas y los fenómenos más importantes observados en la atmósfera, así como alturas máximas, logrado mediante radiosondas y otros medios de detección de la atmósfera.