Quelle couche de l'atmosphère est la plus basse. Couches de l'atmosphère - troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère et exosphère

Troposphère

Sa limite supérieure se situe à une altitude de 8-10 km en latitude polaire, 10-12 km en latitude tempérée et 16-18 km en latitude tropicale ; plus faible en hiver qu'en été. La couche principale inférieure de l'atmosphère contient plus de 80 % de la masse totale d'air atmosphérique et environ 90 % de toute la vapeur d'eau dans l'atmosphère. La turbulence et la convection sont très développées dans la troposphère, des nuages ​​apparaissent, des cyclones et des anticyclones se développent. La température diminue avec l'altitude avec une pente verticale moyenne de 0,65°/100 m

Tropopause

La couche de transition de la troposphère à la stratosphère, la couche de l'atmosphère dans laquelle la température diminue avec l'altitude s'arrête.

Stratosphère

Couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Un léger changement de température dans la couche de 11-25 km (la couche inférieure de la stratosphère) et son augmentation dans la couche de 25-40 km de -56,5 à 0,8 ° C (la couche supérieure de la stratosphère ou la région d'inversion) sont caractéristiques. Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0°C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région de température constante s'appelle la stratopause et constitue la frontière entre la stratosphère et la mésosphère.

Stratopause

Couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. La répartition verticale de la température a un maximum (environ 0°C).

Mésosphère

La mésosphère commence à une altitude de 50 km et s'étend jusqu'à 80-90 km. La température diminue avec la hauteur avec un gradient vertical moyen (0,25-0,3) °/100 m.Le principal processus énergétique est l'échange de chaleur radiante. Des processus photochimiques complexes impliquant des radicaux libres, des molécules excitées par vibration, etc., font briller l'atmosphère.

Mésopause

Couche de transition entre la mésosphère et la thermosphère. Il y a un minimum dans la répartition verticale de la température (environ -90°C).

Ligne de poche

Hauteur au-dessus du niveau de la mer, qui est conventionnellement considérée comme la limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace. La ligne Karman est située à une altitude de 100 km au dessus du niveau de la mer.

Limite de l'atmosphère terrestre

Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'à des altitudes élevées. Sous l'influence du rayonnement solaire ultraviolet et des rayons X et du rayonnement cosmique, il se produit une ionisation de l'air ("lumières polaires") - les principales zones de l'ionosphère se trouvent à l'intérieur de la thermosphère. A des altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine. La limite supérieure de la thermosphère est en grande partie déterminée par l'activité actuelle du Soleil. Pendant les périodes de faible activité, une diminution notable de la taille de cette couche se produit.

Thermopause

Région de l'atmosphère adjacente au sommet de la thermosphère. Dans cette zone, l'absorption du rayonnement solaire est négligeable et la température ne change pas réellement avec l'altitude.

Exosphère (Orbe de Dispersion)

Couches atmosphériques jusqu'à 120 km d'altitude

L'exosphère est une zone de diffusion, partie extérieure thermosphère, située au-dessus de 700 km. Le gaz dans l'exosphère est très raréfié, et de là vient la fuite de ses particules dans l'espace interplanétaire (dissipation).

Jusqu'à 100 km d'altitude, l'atmosphère est un mélange de gaz homogène et bien mélangé. Dans les couches supérieures, la répartition des gaz le long de la hauteur dépend de leurs masses moléculaires, la concentration des gaz plus lourds diminue plus rapidement avec l'éloignement de la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité des gaz, la température chute de 0°C dans la stratosphère à -110°C dans la mésosphère. Cependant, l'énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200 à 250 km correspond à une température de ~ 150 ° C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de la température et de la densité des gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2000-3500 km, l'exosphère passe progressivement dans le vide dit de l'espace proche, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz n'est qu'une fraction de la matière interplanétaire. L'autre partie est constituée de particules ressemblant à de la poussière d'origine cométaire et météorique. En plus des particules de type poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80% de la masse de l'atmosphère, la stratosphère - environ 20%; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3%, la thermosphère est inférieure à 0,05% de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l'atmosphère, on distingue la neutrosphère et l'ionosphère. À l'heure actuelle, on pense que l'atmosphère s'étend jusqu'à une altitude de 2000 à 3000 km.

L'homosphère et l'hétérosphère se distinguent en fonction de la composition du gaz dans l'atmosphère. L'hétérosphère est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, car leur mélange à cette hauteur est négligeable. D'où la composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie homogène et bien mélangée de l'atmosphère, appelée l'homosphère. La limite entre ces couches s'appelle la turbopause, elle se situe à une altitude d'environ 120 km.

10,045 × 10 3 J / (kg * K) (dans la plage de température de 0-100 ° C), C v 8.3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 ° C). La solubilité de l'air dans l'eau à 0 ° est de 0,036%, à 25 ° - 0,22%.

Composition de l'atmosphère

L'histoire de la formation de l'atmosphère

Histoire ancienne

À l'heure actuelle, la science ne peut retracer avec une précision absolue toutes les étapes de la formation de la Terre. Selon la théorie la plus répandue, l'atmosphère terrestre était dans le temps en quatre différentes compositions... Il était à l'origine constitué de gaz légers (hydrogène et hélium) capturés dans l'espace interplanétaire. C'est ce qu'on appelle atmosphère primaire... A l'étape suivante, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère en gaz autres que l'hydrogène (hydrocarbures, ammoniac, vapeur d'eau). Il s'est donc formé atmosphère secondaire... L'atmosphère était réparatrice. De plus, le processus de formation de l'atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants:

• fuite constante d'hydrogène dans l'espace interplanétaire;
• réactions chimiques dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des décharges de foudre et de certains autres facteurs.

Progressivement, ces facteurs ont conduit à la formation atmosphère tertiaire caractérisé par une teneur en hydrogène beaucoup plus faible et une teneur en azote beaucoup plus élevée et gaz carbonique(formé à la suite réactions chimiquesà partir d'ammoniac et d'hydrocarbures).

L'émergence de la vie et de l'oxygène

Avec l'apparition sur Terre d'organismes vivants à la suite de la photosynthèse, accompagnée de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone, la composition de l'atmosphère a commencé à changer. Il existe cependant des données (analyse de la composition isotopique de l'oxygène atmosphérique et libéré lors de la photosynthèse) qui témoignent en faveur de l'origine géologique de l'oxygène atmosphérique.

Initialement, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - hydrocarbures, la forme ferreuse du fer contenue dans les océans, etc. À la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter.

Dans les années 1990, des expérimentations ont été menées pour créer un système écologique("Biosphère 2"), au cours de laquelle il n'a pas été possible de créer un système stable avec une seule composition d'air. L'influence des micro-organismes a entraîné une diminution des niveaux d'oxygène et une augmentation de la quantité de dioxyde de carbone.

Azote

Éducation un grand nombre Le N 2 est causé par l'oxydation de l'atmosphère primaire ammoniac-hydrogène par l'O 2 moléculaire, qui a commencé à s'écouler de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, comme on le suppose, il y a environ 3 milliards d'années (selon une autre version, l'atmosphère l'oxygène est d'origine géologique). L'azote est oxydé en NO dans couches supérieures l'atmosphère, est utilisé dans l'industrie et est lié par des bactéries fixatrices d'azote, tandis que le N 2 est libéré dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et d'autres composés azotés.

L'azote N 2 est un gaz inerte et ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'un coup de foudre). Les cyanobactéries, certaines bactéries (par exemple, le nodule, formant une symbiose rhizobienne avec les légumineuses) peuvent l'oxyder et la transformer en une forme biologique.

L'oxydation de l'azote moléculaire par décharges électriques est utilisée pour production industrielle engrais azotés, elle a également conduit à la formation de gisements uniques de salpêtre dans le désert chilien d'Atacama.

gaz nobles

La combustion des carburants est la principale source de gaz polluants (CO, NO, SO 2). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'O 2 de l'air en SO 3 dans les couches supérieures de l'atmosphère, qui interagit avec les vapeurs de H 2 O et de NH 3, et le H 2 SO 4 et (NH 4) 2 SO 4 qui en résultent retournent à la surface de la Terre avec les précipitations. L'utilisation de moteurs à combustion interne entraîne une pollution importante de l'atmosphère par les oxydes d'azote, les hydrocarbures et les composés du plomb.

La pollution de l'atmosphère par les aérosols est causée à la fois par des causes naturelles (éruption volcanique, tempêtes de poussière, dérive eau de mer et particules de pollen végétal, etc.), et activités économiques humain (extraction de minerais et matériaux de construction, combustion de carburant, fabrication de ciment, etc.). L'élimination intensive à grande échelle des particules dans l'atmosphère est l'un des raisons possibles changement climatique de la planète.

La structure de l'atmosphère et les caractéristiques des coquilles individuelles

L'état physique de l'atmosphère est déterminé par le temps et le climat. Les principaux paramètres de l'atmosphère : densité de l'air, pression, température et composition. Avec l'augmentation de l'altitude, la densité de l'air et la pression atmosphérique diminuent. La température change également avec les changements d'altitude. La structure verticale de l'atmosphère est caractérisée par différentes températures et propriétés électriques, différentes conditions d'air. En fonction de la température de l'atmosphère, on distingue les principales couches suivantes : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère, exosphère (sphère diffusante). Les régions de transition de l'atmosphère entre les coquilles adjacentes sont appelées respectivement tropopause, stratopause, etc.

Troposphère

Stratosphère

Dans la stratosphère, la majeure partie de la partie des ondes courtes du rayonnement ultraviolet (180-200 nm) est conservée et la transformation de l'énergie des ondes courtes se produit. Sous l'influence de ces rayons, les champs magnétiques changent, les molécules se désintègrent, une ionisation, une nouvelle formation de gaz et d'autres composés chimiques se produisent. Ces processus peuvent être observés sous la forme d'aurores boréales, d'éclairs et d'autres lueurs.

Dans la stratosphère et les couches supérieures, sous l'influence du rayonnement solaire, les molécules de gaz se dissocient en atomes (au-dessus de 80 km CO 2 et H 2 se dissocient, au-dessus de 150 km - O 2 , au-dessus de 300 km - H 2). À une altitude de 100-400 km, l'ionisation des gaz se produit également dans l'ionosphère; à une altitude de 320 km, la concentration de particules chargées (O + 2, O - 2, N + 2) est ~ 1/300 de la concentration de particules neutres. Les radicaux libres sont présents dans les couches supérieures de l'atmosphère - OH, HO 2, etc.

Il n'y a presque pas de vapeur d'eau dans la stratosphère.

Mésosphère

Jusqu'à 100 km d'altitude, l'atmosphère est un mélange de gaz homogène et bien mélangé. Dans les couches supérieures, la répartition des gaz le long de la hauteur dépend de leurs masses moléculaires, la concentration des gaz plus lourds diminue plus rapidement avec l'éloignement de la surface de la Terre. En raison d'une diminution de la densité des gaz, la température passe de 0 ° dans la stratosphère à −110 ° dans la mésosphère. Cependant, l'énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200 à 250 km correspond à une température de ~ 1500 ° C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de la température et de la densité des gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2000 à 3000 km, l'exosphère passe progressivement dans le vide dit de l'espace proche, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz n'est qu'une fraction de la matière interplanétaire. L'autre partie est constituée de particules ressemblant à de la poussière d'origine cométaire et météorique. En plus de ces particules extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80% de la masse de l'atmosphère, la stratosphère - environ 20%; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3%, la thermosphère est inférieure à 0,05% de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l'atmosphère, on distingue la neutrosphère et l'ionosphère. À l'heure actuelle, on pense que l'atmosphère s'étend jusqu'à une altitude de 2000 à 3000 km.

Selon la composition du gaz dans l'atmosphère, homosphère et hétérosphère. Hétérosphère- c'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, puisque leur mélange à cette hauteur est négligeable. D'où la composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie de l'atmosphère bien mélangée et homogène en composition appelée l'homosphère. La limite entre ces couches s'appelle la turbopause, elle se situe à une altitude d'environ 120 km.

Propriétés d'atmosphère

Déjà à une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer, une personne non entraînée développe une privation d'oxygène et sans adaptation, la capacité de travail de la personne est considérablement réduite. C'est là que se termine la zone physiologique de l'atmosphère. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 15 km, bien que l'atmosphère contienne de l'oxygène jusqu'à environ 115 km.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l'atmosphère à mesure qu'elle s'élève en altitude, la pression partielle d'oxygène diminue également en conséquence.

Les poumons humains contiennent en permanence environ 3 litres d'air alvéolaire. La pression partielle d'oxygène dans l'air alvéolaire à la normale pression atmosphérique est de 110 mmHg. Art., la pression du dioxyde de carbone est de 40 mm Hg. Art., et vapeur d'eau -47 mm Hg. De l'art. Avec l'augmentation de l'altitude, la pression d'oxygène chute et la pression totale de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone dans les poumons reste presque constante - environ 87 mm Hg. De l'art. Le flux d'oxygène vers les poumons s'arrêtera complètement lorsque la pression de l'air environnant deviendra égale à cette valeur.

A une altitude d'environ 19-20 km, la pression atmosphérique chute à 47 mm Hg. De l'art. Par conséquent, à cette hauteur, l'eau et le liquide interstitiel commencent à bouillir dans le corps humain. En dehors de la cabine pressurisée à ces hauteurs, la mort survient presque instantanément. Ainsi, du point de vue de la physiologie humaine, "l'espace" commence déjà à une altitude de 15 à 19 km.

Des couches denses d'air - la troposphère et la stratosphère - nous protègent des effets néfastes des rayonnements. Avec une raréfaction suffisante de l'air, à des altitudes de plus de 36 km, un effet intense sur le corps a rayonnement ionisant- les rayons cosmiques primaires ; à plus de 40 km d'altitude, la partie ultraviolette du spectre solaire, dangereuse pour l'homme, fonctionne.

- la coquille d'air de la terre, en rotation avec la Terre. La limite supérieure de l'atmosphère est classiquement tracée à des altitudes de 150 à 200 km. La limite inférieure est la surface de la Terre.

L'air atmosphérique est un mélange de gaz. La plupart de son volume dans la couche d'air de surface est de l'azote (78 %) et de l'oxygène (21 %). De plus, l'air contient des gaz inertes (argon, hélium, néon, etc.), du dioxyde de carbone (0,03), de la vapeur d'eau et diverses particules solides (poussières, suie, cristaux de sel).

L'air est incolore et la couleur du ciel s'explique par les particularités de la diffusion des ondes lumineuses.

L'atmosphère est constituée de plusieurs couches : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère.

La couche d'air superficielle inférieure est appelée troposphère. Son épaisseur n'est pas la même à différentes latitudes. La troposphère reprend la forme de la planète et participe, avec la Terre, à la rotation axiale. A l'équateur, l'épaisseur de l'atmosphère varie de 10 à 20 km. C'est plus à l'équateur, et moins aux pôles. La troposphère est caractérisée par densité maximale l'air, les 4/5 de la masse de l'atmosphère entière y sont concentrés. La troposphère détermine les conditions météorologiques : diverses masses d'air se forment ici, des nuages ​​et des précipitations se forment, il y a un mouvement d'air horizontal et vertical intense.

Au-dessus de la troposphère, jusqu'à 50 km d'altitude, se trouve stratosphère. Il se caractérise par une densité d'air plus faible, il n'y a pas de vapeur d'eau dedans. Dans la partie inférieure de la stratosphère à des altitudes d'environ 25 km. il existe un "écran d'ozone" - une couche de l'atmosphère avec une concentration accrue d'ozone, qui absorbe le rayonnement ultraviolet, ce qui est mortel pour les organismes.

A une altitude de 50 à 80-90 km s'étend mésosphère. Avec l'augmentation de l'altitude, la température diminue avec un gradient vertical moyen (0,25-0,3) °/100 m, et la densité de l'air diminue. Le principal processus énergétique est le transfert de chaleur radiante. La lueur de l'atmosphère est causée par des processus photochimiques complexes impliquant des radicaux, des molécules excitées vibratoirement.

Thermosphère est situé à une altitude de 80-90 à 800 km. La densité de l'air est minime ici et le degré d'ionisation de l'air est très élevé. La température change en fonction de l'activité du Soleil. En raison du grand nombre de particules chargées, des aurores et des orages magnétiques sont observés ici.

L'atmosphère a grande valeur pour la nature de la Terre. La respiration des organismes vivants est impossible sans oxygène. Sa couche d'ozone protège tous les êtres vivants des rayons ultraviolets nocifs. L'atmosphère atténue les fluctuations de température : la surface de la Terre ne refroidit pas trop la nuit et ne surchauffe pas le jour. Dans des couches denses d'air atmosphérique, avant d'atteindre la surface de la planète, les météorites brûlent des épines.

L'atmosphère interagit avec toutes les coquilles de la terre. Avec son aide, la chaleur et l'humidité sont échangées entre l'océan et la terre. Sans l'atmosphère, il n'y aurait pas de nuages, de précipitations, de vents.

L'activité économique humaine a un effet négatif important sur l'atmosphère. La pollution de l'air se produit, ce qui conduit à une augmentation de la concentration de monoxyde de carbone (CO 2). Et cela contribue au réchauffement climatique et améliore " Effet de serre". La couche d'ozone de la Terre est détruite à cause des déchets industriels et des transports.

L'atmosphère a besoin de protection. Dans les pays développés, un ensemble de mesures sont prises pour protéger l'air atmosphérique de la pollution.

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Composition de l'atmosphère. La coquille d'air de notre planète - atmosphère protège la surface de la terre des effets nocifs du rayonnement ultraviolet du soleil sur les organismes vivants. Il protège la Terre des particules cosmiques - poussières et météorites.

L'atmosphère est constituée d'un mélange mécanique de gaz : 78 % de son volume est de l'azote, 21 % de l'oxygène et moins de 1 % de l'hélium, de l'argon, du krypton et d'autres gaz inertes. La quantité d'oxygène et d'azote dans l'air est pratiquement inchangée, car l'azote entre à peine dans les composés avec d'autres substances, et l'oxygène, qui, bien que très actif et consommé pour la respiration, l'oxydation et la combustion, est constamment renouvelé par les plantes.

Jusqu'à une altitude d'environ 100 km, le pourcentage de ces gaz reste pratiquement inchangé. Cela est dû au fait que l'air est constamment mélangé.

En plus de ces gaz, l'atmosphère contient environ 0,03 % de dioxyde de carbone, qui est généralement concentré près de La surface de la terre et est inégalement réparti : dans les villes, les centres industriels et les zones d'activité volcanique, son nombre augmente.

Il y a toujours une certaine quantité d'impuretés dans l'atmosphère - vapeur d'eau et poussière. La teneur en vapeur d'eau dépend de la température de l'air : plus la température est élevée, plus l'air contient de vapeur. En raison de la présence d'eau vaporeuse dans l'air, des phénomènes atmosphériques tels que des arcs-en-ciel, la réfraction de la lumière du soleil, etc. sont possibles.

La poussière pénètre dans l'atmosphère lors des éruptions volcaniques, des tempêtes de sable et de poussière, avec une combustion incomplète du combustible dans les centrales thermiques, etc.

La structure de l'atmosphère. La densité de l'atmosphère change avec l'altitude : à la surface de la Terre, elle est la plus élevée et diminue à mesure qu'elle s'élève. Ainsi, à une altitude de 5,5 km, la densité de l'atmosphère est 2 fois supérieure et à une altitude de 11 km - 4 fois inférieure à celle de la couche superficielle.

Selon la densité, la composition et les propriétés des gaz, l'atmosphère est divisée en cinq couches concentriques (Fig. 34).

Riz. 34. Section verticale de l'atmosphère (stratification atmosphérique)

1. La couche inférieure s'appelle troposphère. Sa limite supérieure s'étend à une altitude de 8 à 10 km aux pôles et de 16 à 18 km à l'équateur. La troposphère contient jusqu'à 80 % de la masse totale de l'atmosphère et la quasi-totalité de la vapeur d'eau.

La température de l'air dans la troposphère avec l'altitude diminue de 0,6 °C tous les 100 m et à sa limite supérieure est de -45-55°C.

L'air dans la troposphère se mélange constamment, se déplaçant dans différentes directions. Seulement ici, des brouillards, des pluies, des chutes de neige, des orages, des tempêtes et autres sont observés conditions météorologiques.

2. Au-dessus se trouve stratosphère, qui s'étend jusqu'à une altitude de 50-55 km. La densité et la pression de l'air dans la stratosphère sont négligeables. L'air plus fin se compose des mêmes gaz que dans la troposphère, mais il contient plus d'ozone. La plus forte concentration d'ozone est observée à une altitude de 15 à 30 km. La température dans la stratosphère augmente avec l'altitude et atteint 0°C et plus à sa limite supérieure. C'est parce que l'ozone absorbe la courte longueur d'onde énergie solaire, à la suite de quoi l'air se réchauffe.

3. Au-dessus de la stratosphère se trouve mésosphère, s'étendant jusqu'à 80 km d'altitude. Dans celui-ci, la température baisse à nouveau et atteint -90 ° C. La densité de l'air y est 200 fois moindre qu'à la surface de la Terre.

4. Au-dessus de la mésosphère se trouve thermosphère(de 80 à 800 km). La température dans cette couche s'élève : à une altitude de 150 km à 220°C ; à une altitude de 600 km jusqu'à 1500°C. Les gaz de l'atmosphère (azote et oxygène) sont à l'état ionisé. Sous l'action du rayonnement solaire à ondes courtes, des électrons individuels se détachent des enveloppes des atomes. En conséquence, dans cette couche - ionosphère des couches de particules chargées apparaissent. Leur couche la plus dense se situe à une altitude de 300 à 400 km. En raison de la faible densité rayons de soleil ils ne s'y dispersent pas, donc le ciel est noir, les étoiles et les planètes y brillent de mille feux.

Dans l'ionosphère, lumières polaires, puissant courants électriques qui causent des violations champ magnétique Terre.

5. L'enveloppe extérieure est située au-dessus de 800 km - exosphère. La vitesse de déplacement des particules individuelles dans l'exosphère approche du seuil critique - 11,2 mm / s, de sorte que les particules individuelles peuvent surmonter la gravité de la terre et entrer dans l'espace mondial.

Le sens de l'atmosphère. Le rôle de l'atmosphère dans la vie de notre planète est exceptionnellement grand. Sans elle, la Terre serait morte. L'atmosphère protège la surface de la Terre d'un réchauffement et d'un refroidissement intenses. Son effet est comparable au rôle du verre dans les serres : laisser entrer les rayons du soleil et empêcher le dégagement de chaleur.

L'atmosphère protège les organismes vivants des rayonnements à ondes courtes et corpusculaires du Soleil. L'atmosphère est l'environnement où se produisent les phénomènes météorologiques, avec lequel l'ensemble activité humaine... L'étude de cet obus est réalisée dans les stations météorologiques. De jour comme de nuit, par tous les temps, les météorologues surveillent l'état de la basse atmosphère. Quatre fois par jour, et dans de nombreuses stations, la température horaire, la pression, l'humidité de l'air sont mesurées, la nébulosité, la direction et la vitesse du vent, les précipitations, les phénomènes électriques et sonores dans l'atmosphère sont notés. Des stations météorologiques sont situées partout : en Antarctique et dans les forêts tropicales humides, sur hautes montagnes et sur les étendues illimitées de la toundra. Des observations sont également menées sur les océans à partir de navires spécialement construits.

Depuis les années 30. XXe siècle. les observations ont commencé dans une atmosphère libre. Ils ont commencé à lancer des radiosondes, qui s'élèvent à une altitude de 25 à 35 km et, à l'aide d'équipements radio, transmettent à la Terre des informations sur la température, la pression, l'humidité de l'air et la vitesse du vent. De nos jours, les fusées et les satellites météorologiques sont également largement utilisés. Ces derniers disposent d'installations de télévision qui transmettent des images de la surface terrestre et des nuages.

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5. Coquille d'air de la terreArticle 31. Chauffage de l'atmosphère

L'atmosphère (du grec ancien ἀτμός - vapeur et - sphère) est une enveloppe gazeuse (géosphère) entourant la planète Terre. Sa surface interne recouvre l'hydrosphère et partiellement croûte terrestre, l'extérieur est bordé par la partie proche de la Terre de l'espace extra-atmosphérique.

L'ensemble des branches de la physique et de la chimie qui étudient l'atmosphère est communément appelé la physique de l'atmosphère. L'atmosphère détermine le temps à la surface de la Terre, la météorologie étudie le temps et la climatologie traite des variations climatiques à long terme.

Propriétés physiques

L'épaisseur de l'atmosphère est d'environ 120 km de la surface de la Terre. La masse totale d'air dans l'atmosphère est de (5,1-5,3) 1018 kg. Parmi ceux-ci, la masse d'air sec est (5,1352 ± 0,0003) · 1018 kg, la masse totale de vapeur d'eau est en moyenne de 1,27 · 1016 kg.

La masse molaire de l'air propre et sec est de 28,966 g/mol, la densité de l'air à la surface de la mer est d'environ 1,2 kg/m3. La pression à 0°C au niveau de la mer est de 101,325 kPa ; température critique - -140,7 ° C (~ 132,4 K); pression critique - 3,7 MPa; Cp à 0 ° C - 1,0048 · 103 J / (kg · K), Cv - 0,7159 · 103 J / (kg · K) (à 0 ° C). Solubilité de l'air dans l'eau (en poids) à 0°C - 0,0036%, à 25°C - 0,0023%.

Par " conditions normales» A la surface de la Terre, sont acceptés : densité 1,2 kg/m3, pression barométrique 101,35 kPa, température plus 20°C et humidité relative 50%. Ces indicateurs conditionnels ont une importance purement technique.

Composition chimique

L'atmosphère de la Terre est née à la suite de la libération de gaz lors d'éruptions volcaniques. Avec l'émergence des océans et de la biosphère, il s'est également formé en raison des échanges gazeux avec l'eau, les plantes, les animaux et leurs produits de décomposition dans les sols et les marécages.

À l'heure actuelle, l'atmosphère terrestre est principalement constituée de gaz et d'impuretés diverses (poussières, gouttelettes d'eau, cristaux de glace, sel de mer, produits de combustion).

La concentration des gaz qui composent l'atmosphère est pratiquement constante, à l'exception de l'eau (H2O) et du dioxyde de carbone (CO2).

Composition de l'air sec

Azote
Oxygène
Argon
L'eau
Gaz carbonique
Néon
Hélium
Méthane
Krypton
Hydrogène
Xénon
Protoxyde d'azote

En plus des gaz indiqués dans le tableau, l'atmosphère contient du SO2, du NH3, du CO, de l'ozone, des hydrocarbures, des vapeurs de HCl, HF, Hg, I2, ainsi que du NO et de nombreux autres gaz en petites quantités. Une grande quantité de particules solides et liquides en suspension (aérosols) se trouve constamment dans la troposphère.

La structure de l'atmosphère

Troposphère

Sa limite supérieure se situe à une altitude de 8-10 km en latitude polaire, 10-12 km en latitude tempérée et 16-18 km en latitude tropicale ; plus faible en hiver qu'en été. La couche principale inférieure de l'atmosphère contient plus de 80 % de la masse totale d'air atmosphérique et environ 90 % de toute la vapeur d'eau dans l'atmosphère. La turbulence et la convection sont très développées dans la troposphère, des nuages ​​apparaissent, des cyclones et des anticyclones se développent. La température diminue avec l'altitude avec une pente verticale moyenne de 0,65°/100 m

Tropopause

La couche de transition de la troposphère à la stratosphère, la couche de l'atmosphère dans laquelle la température diminue avec l'altitude s'arrête.

Stratosphère

Couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Un léger changement de température dans la couche de 11-25 km (la couche inférieure de la stratosphère) et son augmentation dans la couche de 25-40 km de -56,5 à 0,8 ° C (la couche supérieure de la stratosphère ou la région d'inversion) sont caractéristiques. Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0°C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région de température constante s'appelle la stratopause et constitue la frontière entre la stratosphère et la mésosphère.

Stratopause

Couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. La répartition verticale de la température a un maximum (environ 0°C).

Mésosphère

La mésosphère commence à une altitude de 50 km et s'étend jusqu'à 80-90 km. La température diminue avec la hauteur avec un gradient vertical moyen (0,25-0,3) °/100 m.Le principal processus énergétique est l'échange de chaleur radiante. Des processus photochimiques complexes impliquant des radicaux libres, des molécules excitées par vibration, etc., font briller l'atmosphère.

Mésopause

Couche de transition entre la mésosphère et la thermosphère. Il y a un minimum dans la répartition verticale de la température (environ -90°C).

Ligne de poche

Hauteur au-dessus du niveau de la mer, qui est conventionnellement considérée comme la limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace. Tel que défini par la FAI, la ligne Karman est à 100 km au-dessus du niveau de la mer.

Limite de l'atmosphère terrestre

Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'à des altitudes élevées. Sous l'influence du rayonnement solaire ultraviolet et des rayons X et du rayonnement cosmique, il se produit une ionisation de l'air ("lumières polaires") - les principales zones de l'ionosphère se trouvent à l'intérieur de la thermosphère. A des altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine. La limite supérieure de la thermosphère est en grande partie déterminée par l'activité actuelle du Soleil. Pendant les périodes de faible activité - par exemple, en 2008-2009 - il y a une diminution notable de la taille de cette couche.

Thermopause

Région de l'atmosphère adjacente au sommet de la thermosphère. Dans cette zone, l'absorption du rayonnement solaire est négligeable et la température ne change pas réellement avec l'altitude.

Exosphère (Orbe de Dispersion)

L'exosphère est une zone de diffusion, la partie externe de la thermosphère, située au-dessus de 700 km. Le gaz dans l'exosphère est très raréfié, et de là vient la fuite de ses particules dans l'espace interplanétaire (dissipation).

Jusqu'à 100 km d'altitude, l'atmosphère est un mélange de gaz homogène et bien mélangé. Dans les couches supérieures, la répartition des gaz le long de la hauteur dépend de leurs masses moléculaires, la concentration des gaz plus lourds diminue plus rapidement avec l'éloignement de la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité des gaz, la température chute de 0°C dans la stratosphère à -110°C dans la mésosphère. Cependant, l'énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200 à 250 km correspond à une température de ~ 150 ° C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de la température et de la densité des gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2000-3500 km, l'exosphère passe progressivement dans le vide dit de l'espace proche, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz n'est qu'une fraction de la matière interplanétaire. Une autre partie est constituée de particules ressemblant à de la poussière d'origine cométaire et météorique. En plus des particules de type poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80% de la masse de l'atmosphère, la stratosphère - environ 20%; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3%, la thermosphère est inférieure à 0,05% de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l'atmosphère, on distingue la neutrosphère et l'ionosphère. À l'heure actuelle, on pense que l'atmosphère s'étend jusqu'à une altitude de 2000 à 3000 km.

L'homosphère et l'hétérosphère se distinguent en fonction de la composition du gaz dans l'atmosphère. L'hétérosphère est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, car leur mélange à cette hauteur est négligeable. D'où la composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie homogène et bien mélangée de l'atmosphère, appelée l'homosphère. La limite entre ces couches s'appelle la turbopause, elle se situe à une altitude d'environ 120 km.

Autres propriétés de l'atmosphère et effets sur le corps humain

Déjà à une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer, une personne non entraînée développe une privation d'oxygène et sans adaptation, la capacité de travail de la personne est considérablement réduite. C'est là que se termine la zone physiologique de l'atmosphère. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 9 km, bien que l'atmosphère contienne de l'oxygène jusqu'à environ 115 km.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l'atmosphère à mesure qu'elle s'élève en altitude, la pression partielle d'oxygène diminue également en conséquence.

Les poumons humains contiennent en permanence environ 3 litres d'air alvéolaire. La pression partielle d'oxygène dans l'air alvéolaire à la pression atmosphérique normale est de 110 mm Hg. Art., la pression du dioxyde de carbone est de 40 mm Hg. Art., et vapeur d'eau - 47 mm Hg. De l'art. Avec l'augmentation de l'altitude, la pression d'oxygène chute et la pression totale de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone dans les poumons reste presque constante - environ 87 mm Hg. De l'art. Le flux d'oxygène vers les poumons s'arrêtera complètement lorsque la pression de l'air environnant deviendra égale à cette valeur.

A une altitude d'environ 19-20 km, la pression atmosphérique chute à 47 mm Hg. De l'art. Par conséquent, à cette hauteur, l'eau et le liquide interstitiel commencent à bouillir dans le corps humain. En dehors de la cabine pressurisée à ces hauteurs, la mort survient presque instantanément. Ainsi, du point de vue de la physiologie humaine, "l'espace" commence déjà à une altitude de 15 à 19 km.

Des couches denses d'air - la troposphère et la stratosphère - nous protègent des effets néfastes des rayonnements. Avec une raréfaction suffisante de l'air, à des altitudes de plus de 36 km, les rayonnements ionisants - les rayons cosmiques primaires - ont un effet intense sur le corps ; à plus de 40 km d'altitude, la partie ultraviolette du spectre solaire, dangereuse pour l'homme, fonctionne.

À mesure qu'il s'élève à une hauteur toujours plus grande au-dessus de la surface de la Terre, des phénomènes qui nous sont familiers, observés dans les couches inférieures de l'atmosphère, tels que la propagation du son, l'apparition de portance et de résistance aérodynamiques, le transfert de chaleur par convection, etc. , s'affaiblissent progressivement, puis disparaissent complètement.

Dans les couches d'air raréfiées, la propagation du son est impossible. Jusqu'à 60-90 km d'altitude, il est toujours possible d'utiliser la résistance et la portance de l'air pour un vol aérodynamique contrôlé. Mais à partir d'altitudes de 100-130 km, les notions de nombre M et de mur du son, familières à tout pilote, perdent leur sens : la ligne conditionnelle de Karman y passe, au-delà de laquelle commence la zone de vol purement balistique, qui ne peut être contrôlé qu'à l'aide de forces réactives.

À des altitudes supérieures à 100 km, l'atmosphère manque également d'une autre propriété remarquable - la capacité d'absorber, de conduire et de transférer l'énergie thermique par convection (c'est-à-dire en mélangeant l'air). Cela signifie que divers éléments d'équipement, l'équipement de la station spatiale en orbite ne pourront pas se refroidir de l'extérieur comme cela se fait généralement dans un avion - à l'aide de jets d'air et de radiateurs à air. A une telle hauteur, comme en général dans l'espace, Le seul moyen le transfert de chaleur est un rayonnement thermique.

L'histoire de la formation de l'atmosphère

Selon la théorie la plus courante, l'atmosphère terrestre au fil du temps était dans trois compositions différentes. Il était à l'origine constitué de gaz légers (hydrogène et hélium) capturés dans l'espace interplanétaire. C'est l'atmosphère dite primordiale (il y a environ quatre milliards d'années). À l'étape suivante, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec d'autres gaz que l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). C'est ainsi que s'est formée l'atmosphère secondaire (environ trois milliards d'années à nos jours). L'atmosphère était réparatrice. De plus, le processus de formation de l'atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants:

• fuite de gaz légers (hydrogène et hélium) dans l'espace interplanétaire ;
• réactions chimiques dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des décharges de foudre et de certains autres facteurs.

Progressivement, ces facteurs ont conduit à la formation d'une atmosphère tertiaire, caractérisée par beaucoup moins d'hydrogène et beaucoup plus d'azote et de dioxyde de carbone (formés à la suite de réactions chimiques à partir d'ammoniac et d'hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité d'azote N2 est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène avec de l'oxygène moléculaire O2, qui a commencé à s'écouler de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, il y a 3 milliards d'années. De plus, l'azote N2 est libéré dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et d'autres composés azotés. L'azote est oxydé par l'ozone en NO dans la haute atmosphère.

L'azote N2 ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'un coup de foudre). L'oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone avec des décharges électriques en petites quantités est utilisée dans la production industrielle d'engrais azotés. Il peut être oxydé avec une faible consommation d'énergie et converti en une forme biologiquement active par les cyanobactéries (algues bleu-vert) et les bactéries nodulaires qui forment une symbiose rhizobienne avec les légumineuses, ce qu'on appelle. sidérations.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition d'organismes vivants sur Terre, à la suite de la photosynthèse, accompagnée de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone. Initialement, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - ammoniac, hydrocarbures, la forme ferreuse du fer contenue dans les océans, etc. À la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Progressivement, une atmosphère moderne aux propriétés oxydantes s'est formée. Étant donné que cela a provoqué des changements graves et brusques dans de nombreux processus se produisant dans l'atmosphère, la lithosphère et la biosphère, cet événement a été appelé la catastrophe de l'oxygène.

Au cours du Phanérozoïque, la composition de l'atmosphère et la teneur en oxygène ont subi des changements. Ils étaient principalement corrélés avec le taux de dépôt des roches sédimentaires organiques. Ainsi, pendant les périodes d'accumulation de charbon, la teneur en oxygène de l'atmosphère dépassait apparemment considérablement le niveau actuel.

Gaz carbonique

La teneur en CO2 de l'atmosphère dépend de l'activité volcanique et des processus chimiques dans les coquilles terrestres, mais surtout de l'intensité de la biosynthèse et de la décomposition de la matière organique dans la biosphère de la Terre. La quasi-totalité de la biomasse actuelle de la planète (environ 2,4 1012 tonnes) est constituée de dioxyde de carbone, d'azote et de vapeur d'eau contenus dans air atmosphérique... Enfouie dans l'océan, les marécages et les forêts, la matière organique est convertie en charbon, pétrole et gaz naturel.

gaz nobles

Source de gaz inertes - argon, hélium et krypton - éruptions volcaniques et désintégration éléments radioactifs... La terre en général et l'atmosphère en particulier sont appauvries en gaz inertes par rapport à l'espace. On pense que la raison en est la fuite continue de gaz dans l'espace interplanétaire.

La pollution de l'air

V Ces derniers temps l'homme a commencé à influencer l'évolution de l'atmosphère. Le résultat de ses activités a été une augmentation constante de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion de combustibles hydrocarbonés accumulés dans les ères géologiques précédentes. D'énormes quantités de CO2 sont consommées pendant la photosynthèse et absorbées par les océans du monde. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition du carbonate rochers et matière organique d'origine végétale et animale, ainsi qu'en raison du volcanisme et activités de production personne. Au cours des 100 dernières années, la teneur en CO2 de l'atmosphère a augmenté de 10 %, l'essentiel (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de carburant. Si le taux de croissance de la combustion de carburant se poursuit, alors au cours des 200 à 300 prochaines années, la quantité de CO2 dans l'atmosphère doublera et pourrait entraîner un changement climatique mondial.

La combustion des carburants est la principale source de gaz polluants (CO, NO, SO2). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'oxygène atmosphérique en SO3, et l'oxyde d'azote en NO2 dans la haute atmosphère, qui à son tour interagit avec la vapeur d'eau, et l'acide sulfurique Н2SO4 et l'acide nitrique НNO3 qui en résultent tombent à la surface de la Terre sous la forme du so- appelé. pluie acide. L'utilisation de moteurs à combustion interne entraîne une pollution importante de l'atmosphère par les oxydes d'azote, les hydrocarbures et les composés du plomb (plomb tétraéthyle) Pb (CH3CH2) 4.

La pollution de l'atmosphère par les aérosols est causée à la fois par des causes naturelles (éruption volcanique, tempêtes de poussière, entraînement de gouttelettes d'eau de mer et de pollen de plantes, etc.) fabrication, etc). L'élimination intensive à grande échelle de particules solides dans l'atmosphère est l'une des causes possibles du changement climatique sur la planète.

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