Что такое воздух?

Содержание

Слайд 1

Атмосфера Земли: ее состав и строение
Слайд 2

Атмосфера (от греч. atmos — пар и spharia — шар) —воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов.

Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде.

Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство.

Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.
Слайд 3

СЛОИ АТМОСФЕРЫ

Атмосфера имеет слоистую структуру.

От поверхности Земли вверх эти слои:
- Тропосфера
- Стратосфера
- Мезосфера
- Термосфера
- Экзосфера
Слайд 4
Слайд 5

Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.

В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.

Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере.

Тропосфера
Слайд 6

Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются.

В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч.

В этом слое сосредоточен озон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.

Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.

Стратосфера
Слайд 7

Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

На высоте 80 км начинается термосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

Мезосфера и термосфера
Слайд 8

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов

В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.
Слайд 9

Полярноесияние
Слайд 10

Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Экзосфера
Слайд 11

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно (табл. 1). Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО2 примерно на 10-12 %.

Состав атмосферы
Слайд 12

Посмотреть все слайды

Структура атмосферы

Несмотря на то, что атмосфера — это газовая оболочка Земли, ее структура не однородна по высоте.

Планетарный пограничный слой

Этот слой находится у самой поверхности планеты, и простирается до высоты 1-2 км. На его поведения в существенной мере влияет непосредственное взаимодействие с поверхностью.

Тропосфера

Область, где происходит основная «летная» жизнь планеты. Граница варьируется от 8 до 18 км, в зависимости от широты: на северах она ниже, на экваторе – выше.

Тропосфера содержит 80% всей массы атмосферы и 90% всего водяного пара.

Здесь происходят сильные турбулентные и конвекционные движения, что способствует формированию облаков, циклонов и климата в целом.

Температура убывает с увеличением высоты, в среднем 0.65 градуса на 100 метров.

Стратосфера

Стратосфера находится на высоте 11-50 километров и характерна инверсией температуры, то есть, температура в стратосфере начинает повышаться с увеличением высоты и к своей границе на 50 км достигает 0°С, тогда как на 11 км она была -56°С.

Именно стратосфера является «хранительницей» озонового слоя планеты, что защищает живое от пагубного влияния ультрафиолета от Солнца.

Мезосфера

Находится на высоте 50-90 км от поверхности моря. Здесь снова начинается понижение температуры с увеличением высоты, со скоростью 0,25-0,3 градуса на 100 метров. В мезосфере сгорает основная часть метеоров, не долетев до Земли.

Находится на высоте 100 км над уровнем моря и является условной границей, где начинается космос.

Термосфера

Простирается от 90 км до 800 км. Здесь снова происходит рост температуры с увеличением высоты и он длится до высоты 200-300 км и значения 1500 Кельвинов или 1200°С. Далее температура останавливается и держится такой до самой границы. Именно в термосфере происходят Полярные сияния — ионизация воздуха под действием солнечной радиации и космического излучения.

Выше 300 км кислород переходит из молекулярной формы в атомарную.

Экзосфера

Этот слой находится на высоте выше 800-1000 км и именно здесь атмосфера Земли, что уже и так сильно разряжена, начинает рассеиваться в открытый космос.

Ионосфера

Существует также слой ионосферы, но он не является отдельным, он объединяет верхнюю часть мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Находится на высоте 60-1000 км. Назван так, потому что именно в этом слое происходит ионизация атмосферы под действием излучения Солнца, и вместе с магнитным полем создают невероятные северные сияния.

Что такое слои атмосферы

Атмосфера переводится как «шар» и «пар». Воздушная газовая оболочка земли, которая окружает нашу планету, имеет название атмосфера. Атмосферой обладает не только Земля, но и другие планеты, например, Марс, Венера, Титан.

Строение атмосферы Земли сложное. Каждый слой обладает своими характеристиками и параметрами.

Но только на планете, которая является нашим домом, оболочка уникальна. Между Тропосферой, Стратосферой, Мезосферой, Термосферой, Экзосферой находятся так называемые переходные зоны, где постепенно меняется температура, плотность и состав воздуха. Зоны называются «паузами». Состав атмосферы начал формироваться примерно четыре миллиарда лет назад.

Вначале она состояла из водорода и гелия. Постепенно после извержения вулканов, что стало предпосылкой образования газовой оболочки, происходил обмен газов с водой, живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности. Кислород начал активно развиваться за счет активности цианобактерий или сине-зеленых водорослей. Биосфера перестроилась, и последовало глобальное оледенение или кислородная катастрофа. Химический состав менялся и стал таким, в каком виде находится сейчас несколько миллионов лет.

Атмосфера защищает планету от радиации, излучаемой солнцем, попадания небесных тел. Они сгорают, не добравшись до земли, в атмосфере. От Земли атмосфера имеет толщину 1500 км. Атмосфера состоит из азота и кислорода. Один процент углекислота, водяной пар, метан, водород, неон и другие.

Климат и погода определяют физическое состояние атмосферы. Параметры: плотность;давление;температура;состав.

Только атмосфера земли содержит кислород и окружает планету ореолом голубого цвета. Без кислорода не выживут животные и растения.В настоящее время ученые отмечают изменения, происходящие в составе атмосферы в связи с жизнедеятельностью людей. Все это грозит серьезными изменениями климата.

Но все же, куда исчезает кислород из атмосферы земли не понятно. Единого мнения нет. В настоящее время существует пара гипотез. Первая – извлечение большого количества горных пород из земли вызывает окисление, и увеличивают эрозию.

Вторая – изменение климата: снижение температуры за несколько миллионов лет. Реакции, которые сформировались вследствие этого «связали» цепочку, и в океане стало растворяться намного больше кислорода. Но это всего лишь предположение, которые ученые проверяют.

Тем не менее, Д. Столпер говорит о том, что человечество стало потреблять кислорода в тысячи раз больше, чем в былые времена. Цикл замкнулся, сжигаются тысячи тонн углерода. Это является свидетельством того, что большое количество людей, проживающих сейчас на планете, ускоряют в огромной степени процессы, происходящие на Земле.

Примерно до ста пятнадцати километров содержится кислород. Кислородное голодание в пять километров проявляется у многих людей, особенно у тех, которые не тренировались. На высоте девять километров человек дышать практически не может.

Оказавшись в двадцати километрах над уровнем моря без специальных устройств, человек не выживет. Давление воды и углекислого газа в легких не меняется, а кислород постепенно перестанет давить. Поэтому произойдет закипание всей жидкости организма.

5 основных слоев начинаются у поверхности и идут вверх.

После зарождения жизни

Живые существа на планете стали выделять большие объемы кислорода, и он окислил все, что находилось на поверхности. Потребовалось пару миллиардов лет, чтобы количество кислорода увеличилось с 0 до 21% от всего состава атмосферы. При этом организмы стали использовать атмосферный углерод, он им был нужен для создания скелетов. В результате земная кора покрылась огромными пластами органических материалов, а углекислого газа стало гораздо меньше.

Из-за кислорода наша планета обрела голубую дымку, вдали она выглядит синей точкой. По этой же причине мы видим небо синим. От обилия кислорода смог сформироваться озоновый слой, по сей день он защищает нас от солнечной радиации. Организмы смогли эволюционировать, так помимо бактерий и водорослей появились высокоразвитые существа.

В атмосфере присутствуют и благородные газы. Лидером по представленности среди них является аргон, его доля 0,9-1%. Он зарождается в ходе ядерных процессов в недрах земли, а на поверхность он выходит при извержениях вулкана и сквозь трещины в коре. Благородные газы поднимаются в верхние слои, затем исчезают на просторах космоса.

Таким образом, структура газовой оболочки многократно менялась, но что-то осталось неизменным. К примеру, озоновый слой, он очень устойчив и никуда не денется, даже если количество кислорода снизится в сто раз.

Экзосфера. Особенности

Экзосфера является самой верхней областью земной атмосферы, поскольку она постепенно исчезает в космическом вакууме. Воздух в экзосфере чрезвычайно разряжен — во многих отношениях он почти такой же, как и безвоздушная пустота космического пространства.

Нижнюю границу экзосферы, граничащую с термосферой называют термопаузой, иногда — экзобазой. Высота нижней границы экзосферы меняется. Когда на Солнце появляются солнечные пятна, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения Солнца нагревают и «нагнетают» термосферу, поднимая высоту термопаузы до высот около 1000 км над поверхностью Земли. Когда Солнце менее активно, солнечная радиация менее интенсивна, и термопауза опускается примерно до 500 км от поверхности Земли.

Не все ученые согласны с тем, что экзосфера действительно является частью атмосферы. Некоторые ученые считают, что термосфера является самой верхней частью атмосферы Земли, и считают, что экзосфера на самом деле является лишь частью космоса. Однако другие ученые считают экзосферу частью атмосферы нашей планеты.

Поскольку экзосфера постепенно исчезает в космическом пространстве, нет четкой верхней границы этого слоя. Согласно одному из определений внешнего предела экзосферы, самый верхний край атмосферы Земли находится на расстоянии около 190 000 км, примерно на полпути до Луны. На этом расстоянии радиационное давление солнечного света оказывает большее влияние на атомы водорода, чем притяжение земной гравитации. Слабое свечение ультрафиолетового излучения, рассеянного атомами водорода в самой верхней атмосфере, было обнаружено спутниками на высоте 100 000 км. Эта область ультрафиолетового свечения называется геокороной.

Ниже экзосферы молекулы и атомы атмосферных газов постоянно сталкиваются друг с другом. Однако воздух в экзосфере настолько разряжен, что такие столкновения очень редки. Атомы и молекулы газа в экзосфере движутся по «баллистическим траекториям», напоминающим дугообразный полет брошенного шара (или выстрела из пушечного ядра!), когда его траектория постепенно изгибается назад к Земле под действием силы тяжести. Большинство частиц газа в экзосфере движутся по криволинейным траекториям, никогда не ударяясь о другой атом или молекулу, и в конечном итоге из-за силы тяжести возвращаются обратно в нижнюю атмосферу. Однако некоторые из более быстро движущихся частиц не возвращаются на Землю — вместо этого они улетают в космос! Таким образом, небольшая часть нашей атмосферы каждый год «утекает» в космос.

Хотя экзосфера технически является частью атмосферы Земли, во многих отношениях она является частью космического пространства. Многие спутники, включая Международную космическую станцию (МКС), находятся на орбите в пределах экзосферы или ниже ее. Например, средняя высота МКС составляет около 330 км, фактически находясь в пределах термосферы ниже экзосферы!

Хотя атмосфера земли очень и очень разряжена в термосфере и экзосфере, воздуха все еще достаточно для того, чтобы вызвать небольшое сопротивление полету спутников, которые вращаются в этих слоях. Эта сила сопротивления постепенно замедляет космические корабли на их орбитах, так что в конечном итоге они выпадают с орбиты и сгорают, возвращаясь в атмосферу, если не предпринимаются какие-либо действия, чтобы поднять их обратно вверх. МКС теряет около 2 км высоты каждый месяц из-за такого «спада орбиты», и ей необходимо периодически давать восходящий импульс ракетными двигателями, чтобы удержать на орбите.

МКС

Возможно Вам будет интересно:

Кратко об истории развития Земли. Жизнь и времена первых ледниковых периодов

Животные и растения Антарктики

Кратко об истории развития Земли. Триас

Озера. Образование озер

Реки – голубые артерии нашей планеты

Растительный и животный мир Австралии. Общие характеристики

Сокращение биоразнообразия океана

Австралия — это самый сухой материк на Земле

Гидросфера Земли и ее основные части

Вода и здоровье человека

Мировой океан и движение вод

Атмосферное давление планеты Земля

Современная воздушная оболочка Земли

Строение земной атмосферы

Атмосфера Земли состоит из слоёв:
тропосфера (до 10 км от поверхности),
стратосфера (10-50 км),

мезосфера (50-85 км),
мезопауза (80-90 км),
термосфера (85-115 км и выше).

Озоносфера – область атмосферы Земли, расположенная на высоте от 10 до 50 км от поверхности земли
[границы тропосферы], с максимумом на высоте 20-25 км.
Предохраняет поверхность Земли от избыточного освещения ее УФ излучением Солнца.
Производство легко испаряющихся жидкостей типа фреонов и накопление их в атмосфере Земли
приводит к образованию «озоновых дыр», что может иметь негативные последствия для живых организмов.

Мезопа́уза — слой атмосферы, разделяющий мезосферу и термосферу. На Земле располагается на высоте 80—90 км над уровнем моря.
В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около −100 °C.
Ниже (начиная от высоты около 50 км) температура падает с высотой, выше (до высоты около 400 км) — снова растёт.
Мезопауза совпадает с нижней границей области активного поглощения рентгеновского
и наиболее коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца.
На этой высоте наблюдаются серебристые облака.

За термосферой (более 700 км от поверхности планеты) начинается экзосфера, или геокорона,
являющаяся, по-существу, ионизованным следом от орбитального движения Земли.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в ближнекосмический вакуум,
заполненный сильно разряженными атомами водорода.

Последние слои атмосферы перед экзосферой называют ионосферой.
В общепланетарном значении это слой атмосферы планеты, сильно ионизированный вследствие облучения космическими лучами.
У Земного шара — это верхняя часть атмосферы, состоящая из мезосферы, мезопаузы и термосферы.

Наука, изучающая ионосферу с экхосферой называется аэрологией
.

Общие сведения об атмосфере Земли

Состав земной атмосферы

Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь из различных газов, основные из которых:

Азот N₂ — 78,084% (по объёму)
Кислород O₂ — 20,946%
Аргон Ar — 0,932%
Водяной пар H₂O — 0,5-4%
Углекислый газ CO₂ — 0,032%
Неон Ne — 1,818×10-3%
Гелий He — 4,6×10-4%
Метан CH₄ — 1,7×10-4%
Криптон Kr — 1,14×10-4%
Водород H₂ — 5×10-5%
Ксенон Xe — 8,7×10-6%
Закись азота N₂O — 5×10-5%

Ссылки:

СО2 уже никогда не упадет ниже 400 ppm.
Интересное видео о концентрации углекислого газа.

Слои атмосферы

И температура, и плотность, и качественный состав воздуха неодинаковый на разной высоте. Из-за этого принято выделять разные слои атмосферы. Каждый из них имеет свою характеристику. Давайте узнаем, какие слои атмосферы различают:

Тропосфера — этот слой атмосферы находится ближе всего к поверхности Земли. Высота его — 8-10 км над полюсами и 16-18 км — в тропиках. Здесь находится 90% всего водяного пара, который имеется в атмосфере, поэтому происходит активное образование облаков. Также в этом слое наблюдаются такие процессы, как движение воздуха (ветра), турбулентность, конвекция. Температура колеблется от +45 градусов в полдень в тёплое время года в тропиках до -65 градусов на полюсах.
Стратосфера — второй по отдалённости от слой атмосферы. Находится на высоте от 11 до 50 км. В нижнем слое стратосферы температура приблизительно -55, в сторону удаления от Земли она повышается до +1˚С. Эта область называется инверсией и является границей стратосферы и мезосферы.
Мезосфера располагается на высоте от 50 до 90 км. Температура на её нижней границе — около 0, на верхней достигает -80…-90 ˚С. Метеориты, попадающие в атмосферу Земли, полностью сгорают в мезосфере, из-за этого здесь происходят свечения воздуха.
Термосфера имеет толщину приблизительно 700 км. В этом слое атмосферы возникают северные сияния. Появляются они за счёт под действием космического излучения и радиации, исходящей от Солнца.
Экзосфера — это зона рассеивания воздуха. Здесь концентрация газов небольшая и происходит их постепенный уход в межпланетное пространство.

Границей между земной атмосферой и космическими просторами принято считать рубеж в 100 км. Эту черту называют линией Кармана.

Ветер и его свойства

Для тропических широт характерны ветры, пассаты, постоянно направленные с северо-востока к экватору в Северном полушарии и с юго-востока к экватору — в Южном. Объяснил их происхождение английский астроном Джон Гадлей.

Воздушная оболочка нашей планеты находится в постоянном движении. Солнце нагревает поверхность земли, а от неё нагревается и воздух. Он расширяется и поднимается вверх, а на «освободившееся место» устремляется новая порция воздуха, и образуется ветер. Двести лет назад была придумана шкала силы ветра, шкала Бофорта. Ноль баллов означает штиль (полное безветрие). От лёгкого ветра в 2 балла шелестят листья на деревьях. Крепкий ветер в 8 баллов выворачивает наизнанку зонтики. Скорость штормового ветра в 9 баллов более 20 м/с. А ветер в 12 баллов называется ураганом. А на берегу моря или большого озера днём, когда суша нагрета сильнее, чем вода, с моря дует прохладный бриз. Ночью же бриз с суши веет теплом.

В широкой полосе, расположенной в основном между тропиками, за исключением нашего Дальнего Востока, иными словами, там, где солнце бывает в зените, то есть прямо над головой, есть места, где ветер, дующий, подобно бризам, то с суши на море, то с моря на сушу, меняет направление всего два раза в году. Называется такой ветер муссон. Причина возникновения муссонов — разница температуры суши и моря.

Схема муссона

Зимой суша остывает, атмосферное давление над ней повышается, сухие и холодные муссоны дуют в сторону моря. В это время наступает засушливый сезон. Летом суша нагревается сильнее, чем море, и воздух над ней поднимается вверх, а на его место устремляется тёплый и влажный морской воздух. Наступает влажный сезон. В разных районах Земли существуют местные ветры: на юге Франции — мистраль, в Сибири — хиус, на Байкале — баргузин. В Альпах дует горячий фён, на некоторых побережьях — ледяная бора, которую также называют тамонтана или сарма.

Бора, от греческого слова «борей», обозначающего северный ветер, — это ледяной порывистый ветер. Он возникает, когда поток холодного воздуха встречает на своём пути препятствие, преодолев его, бора с силой обрушивается вниз. Распространена бора там, где невысокие горы граничат с морем. В России это Новороссийская и Геленджикская бухты. Ветер при боре достигает огромной скорости: в 1928 г. был зарегистрирован порыв ветра в 80 м/с. В результате боры в Новороссийской бухте в 1848 г. потерпели крушение шесть парусных судов. Во время боры в 1997 г. максимальная сила ветра достигала 62 м/с, а температура воздуха опускалась до –20 °C. В городе ветром вырывало деревья, обрывало линии электропередач. Эти ветры более или менее постоянны, то есть предсказуемы, они редко наносят такой большой ущерб, как внезапные стихийные бедствия.

Последствия боры