A Föld légköre ( más görög szóból ἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) - a Föld bolygót körülvevő gáznemű héj , az egyik geoszféra . Belső felülete lefedi a hidroszférát és részben a földkérget, míg a külső felülete a világűr földközeli részébe kerül.
A fizika és kémia azon részeinek összességét, amelyek a légkört tanulmányozzák , általában légkörfizikának nevezik . A légkör állapota határozza meg az időjárást és az éghajlatot a Föld felszínén. A meteorológia az időjárás , a klimatológia pedig az éghajlattal és annak változásaival foglalkozik .
Légkörnek azt a Föld körüli területet tekintjük, amelyben a gáznemű közeg a Föld egészével együtt forog [1] . A légkör a bolygóközi térbe fokozatosan, az exoszférában kerül át , a Föld felszínétől 500-1000 km - es magasságból kiindulva [2] .
A Nemzetközi Repülési Szövetség által javasolt definíció szerint a légkör és a tér határa a 100 km-es magasságban található Karman-vonal mentén húzódik [3] , amely felett a légi repülés teljesen lehetetlenné válik. A NASA a 122 kilométeres ( 400 000 láb ) jelölést használja az atmoszféra határaként , ahol az űrrepülőgépek meghajtási manőverezésről aerodinamikus manőverezésre váltottak , amikor visszatértek a Földre [4] .
A légkör teljes levegőtömege (5,1-5,3)⋅10 18 kg. Ebből a száraz levegő tömege (5,1352 ± 0,0003)⋅10 18 kg, a vízgőz össztömege átlagosan 1,27⋅10 16 kg.
A tiszta száraz levegő moláris tömege 28,966 g/mol, a levegő sűrűsége a tengerfelszínen körülbelül 1,2 kg/m 3 . A nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101,325 kPa ; kritikus hőmérséklet - -140,7 ° C (~ 132,4 K ); kritikus nyomás - 3,7 MPa; 0 °C-on - 1,0048⋅10 3 J/(kg K), -0,7159⋅10 3 J/(kg K) (0 °C-on). A levegő vízben való oldhatósága (tömeg szerint) 0 °C-on 0,0036%, 25 °C-on 0,0023%.
A " normál körülmények " a Föld felszínén: sűrűség 1,225 kg / m 3 , légnyomás 101,325 kPa, hőmérséklet +15 ° C, páratartalom 0%. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki értékkel bírnak.
A Föld légköre két folyamat eredményeként keletkezett: a kozmikus testek anyagának elpárolgása a Földre zuhanásuk során és a gázok felszabadulása a vulkánkitörések során (a földköpeny gáztalanítása). Az óceánok szétválásával és a bioszféra megjelenésével a légkör megváltozott a vízzel, növényekkel, állatokkal és ezek bomlástermékeivel a talajban és mocsarakban történő gázcsere miatt.
Jelenleg a Föld légköre főleg gázokból és különféle szennyeződésekből (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek) áll.
A légkört alkotó gázok koncentrációja szinte állandó, kivéve a vizet ( ) és a szén-dioxidot ( ), amelyek koncentrációja a 20. század közepe óta folyamatosan növekszik.
Gáz | Tartalom térfogat szerint, % |
Tartalom tömegszázalékban |
---|---|---|
Nitrogén | 78.084 | 75.51 |
Oxigén | 20.946 | 23.14 |
Argon | 0,934 | 1.3 |
Szén-dioxid | 0,03 - 0,04 [7] | 0,05 [8] |
Neon | 1,818⋅10 −3 | 1,2⋅10 −3 |
Hélium | 5,24⋅10 −4 | 8⋅10-5 _ |
Metán | 1,7⋅10 −4 – 2⋅10 −4 [9] | |
Kripton | 1,14⋅10 −4 | 2,9⋅10 −4 |
Hidrogén | 5⋅10 −5 | 3,5⋅10 −6 |
Xenon | 8,7⋅10 −6 | 3,6⋅10 −5 |
A légkör víztartalma (vízgőz formájában) 0,2-2,5 térfogatszázalék között mozog, és főként a földrajzi szélességtől függ [10] .
A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör kis mennyiségben további nitrogén-oxidokat ( , ), propánt és egyéb szénhidrogéneket , , , , , , , , , gőzöket , , , és sok más gázt is tartalmaz. A troposzférában folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskék ( aeroszol ) találhatók. A Föld légkörének legritkább gáza a .
A troposzféra alsó rétege (1-2 km vastag), amelyben a Föld felszínének állapota és tulajdonságai közvetlenül befolyásolják a légkör dinamikáját.
Felső határa a sarki szélességeken 8-10 km, a mérsékelt övi szélességeken 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km között van; alacsonyabb télen, mint nyáron.
A légkör alsó, fő rétege a teljes légköri levegőtömeg több mint 80%-át és a légkörben jelenlévő összes vízgőz körülbelül 90%-át tartalmazza. A turbulencia és a konvekció erősen kifejlődött a troposzférában , felhők jelennek meg , ciklonok és anticiklonok alakulnak ki . A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagosan 0,65°/100 méteres
függőleges gradienssel .
A troposzférából a sztratoszférába vezető átmeneti réteg, a légkör azon rétege, amelyben a levegő hőmérsékletének csökkenése a magasság növekedésével megáll.
A légkör 11-50 km magasságban található rétege. A 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) a hőmérséklet enyhe változása, a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről +0,8 °C-ra (felső sztratoszféra vagy inverziós régió ) jellemző. Körülbelül 40 km-es magasságban elérve a 273 K (majdnem 0 °C) értéket, a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik , és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között . A 19. század közepén azt hitték, hogy 12 km (6 ezer tois ) magasságban véget ér a Föld légköre ( Öt hét léggömbben , 13. fejezet). A sztratoszférában található az ózonréteg , amely megvédi a Földet az ultraibolya sugárzástól .
A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).
A mezoszféra 50 km-es magasságban kezdődik és 80-90 km-ig terjed. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagos függőleges gradiens (0,25-0,3)°/100 m. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. A szabad gyököket , rezgés által gerjesztett molekulákat stb. magukban foglaló komplex fotokémiai folyamatok határozzák meg a légkör izzását.
Átmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy minimum (körülbelül –90 °C).
Tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el. A FAI meghatározása szerint a Karman-vonal 100 km-es tengerszint feletti magasságban található [3] .
A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értékeket, ami után a nagy magasságokig szinte állandó marad. A napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizálódik (" poláris fények ") - az ionoszféra fő területei a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban - például 2008-2009-ben - ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken [11] .
A légkör termoszféra feletti tartománya. Ezen a területen a napsugárzás elnyelése jelentéktelen, és a hőmérséklet gyakorlatilag nem változik a magassággal.
Az exoszféra a szórási zóna, a termoszféra külső része, amely 500-1000 km felett helyezkedik el (a naptevékenységtől függően) [2] . Az exoszférában lévő gáz nagyon ritka, ezért részecskéi a bolygóközi térbe szivárognak ( disszipáció ).
100 km magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasságbeli eloszlása molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról mínusz 110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~150°C-os hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.
Körülbelül 2000-3500 km magasságban az exoszféra fokozatosan átmegy az úgynevezett közeli űrvákuumba , amelyet ritka bolygóközi gázrészecskék, főleg hidrogénatomok töltenek meg. De ez a gáz csak egy része a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszerű részecskékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszerű részecskék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.
A SOHO űrszonda fedélzetén található SWAN műszer adatainak elemzése kimutatta, hogy a Föld exoszférájának legkülső része (a geokorona) körülbelül 100 földsugárra, azaz körülbelül 640 ezer km-re terjed ki, vagyis jóval messzebbre, mint a Hold pályája [12]. .
A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80%-át, a sztratoszféra körülbelül 20%-át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének.
A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutroszférát és az ionoszférát .
A légkörben lévő gáz összetételétől függően homoszférát és heteroszférát különböztetünk meg . A heteroszféra olyan terület, ahol a gravitáció hatással van a gázok szétválására, mivel ilyen magasságban elhanyagolható a keveredésük. Ebből következik a heteroszféra változó összetétele. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra található . E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik , körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.
Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban az edzetlen emberben oxigénéhezés alakul ki , és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. Itt ér véget a légkör élettani zónája. Az emberi légzés 9 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.
A légkör biztosítja számunkra a légzéshez szükséges oxigént. Azonban a légkör teljes nyomásának csökkenése miatt, amikor Ön egy magasságba emelkedik, az oxigén parciális nyomása is ennek megfelelően csökken.
Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Művészet. , szén-dioxid nyomás - 40 Hgmm. Art., és vízgőz - 47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a vízgőz és a szén-dioxid össznyomása a tüdőben szinte állandó marad - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. Az oxigén áramlása a tüdőbe teljesen leáll, ha a környező levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.
Az emberi fiziológia szempontjából az "űr" már körülbelül 19-20 km-es magasságban kezdődik. Ezen a magasságon a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. és a víz forráspontja megegyezik a testhőmérsékletgel - 36,6 ° C, ami a víz és az intersticiális folyadék felforrásához vezet az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságban a halál szinte azonnal bekövetkezik.
A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás , az elsődleges kozmikus sugarak intenzív hatást gyakorolnak a szervezetre ; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum emberre veszélyes ultraibolya része működik.
Ahogy egyre magasabbra emelkedünk a Föld felszíne fölé, a légkör alsóbb rétegeiben olyan számunkra ismerős jelenségek figyelhetők meg, mint a hangterjedés, az aerodinamikai emelés és ellenállás kialakulása, a konvekciós hőátadás és mások . , fokozatosan gyengülnek, majd teljesen eltűnnek.
A ritka levegőrétegekben a hang terjedése lehetetlen. 60-90 km-es magasságig továbbra is lehetséges a légellenállás és az emelés alkalmazása az irányított aerodinamikus repüléshez. Ám 100-130 km-es magasságból kiindulva az M szám és a hangsorompó fogalma, amelyet minden pilóta ismer, elveszti értelmét: áthalad a feltételes Karman-vonal , amelyen túl a tisztán ballisztikus repülés területe kezdődik, amely csak reaktív erők segítségével vezérelhető.
100 km feletti magasságban a légkör egy másik figyelemre méltó tulajdonságától is meg van fosztva - a hőenergia elnyelésének, vezetésének és átvitelének képességétől konvekcióval (vagyis a levegő keverésével). Ez azt jelenti, hogy az orbitális űrállomás különböző berendezési elemeit, berendezéseit nem lehet majd kívülről úgy hűteni, ahogy azt egy repülőgépen szokták - légsugarak és légradiátorok segítségével. Ilyen magasságban, mint általában az űrben, a hőátadás egyetlen módja a hősugárzás .
A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légköre három különböző összetételű volt története során:
Az elsődleges légkör a napködből származó gázokból, elsősorban hidrogénből állt . Valószínűleg a légkörben egyszerű hidridek is megtalálhatók, amelyek ma már a gázóriások ( Jupiter és Szaturnusz ) atmoszférájában találhatók - vízgőz , metán és ammónia [13] .
A vulkanizmusból felszabaduló gázok , valamint a Föld késői aszteroidák általi erős bombázása során keletkezett gázok olyan légkört eredményeztek, amely elsősorban nitrogénből , szén-dioxidból és inert gázokból állt [13] . A felszabaduló szén-dioxid nagy része vízben oldódott, és a földkéreg mállásából származó fémekkel, például kalciummal és magnéziummal reagált, karbonátokat képezve, amelyek üledékként rakódtak le. 3,8 milliárd éves, vízzel kapcsolatos üledékeket találtak [14] .
Körülbelül 3,4 milliárd évvel ezelőtt a nitrogén alkotta az akkoriban stabil „második légkör” nagy részét. Az élet hatását meglehetősen hamar figyelembe kell venni a légkör történetében, mert már 3,5 milliárd évvel ezelőtt megjelennek a korai életformákra utaló jelek [15] . A "halvány fiatal nap paradoxonaként" ismert rejtély, hogy a Föld akkoriban hogyan tartott fenn elég meleg klímát a folyékony víz és az élet számára, ha a korai Nap 30%-kal kevesebb napsugárzást bocsátott ki, mint ma .
A geológiai feljegyzés azonban folyamatos, viszonylag meleg felszínt mutat a Föld korai hőmérsékleti rekordja során, egy körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtti hideg jégkorszak kivételével. A késő ősrégi időszakban oxigéntartalmú légkör kezdett kialakulni, amelyet nyilvánvalóan fotoszintetikus cianobaktériumok hoztak létre (lásd oxigénkatasztrófa ), amelyeket stromatolit kövületként fedeztek fel 2,7 Ga. A korai bázikus szénizotóp ( en:Stable izotóp arány ) erősen utal a jelenlegihez hasonló állapotokra, és arra, hogy a geokémiai szénciklus alapvető jellemzői már 4 milliárd évvel ezelőtt kialakultak.
A mintegy 2,15-2,08 milliárd évvel ezelőtti ősi gaboni lelőhelyek bizonyítékot szolgáltatnak a Föld oxigénellátásának dinamikus fejlődésére. Az oxigénellátás ezen ingadozásait valószínűleg a Lomagundi izotópos anomália okozta [16] .
A nagy mennyiségű nitrogén képződése az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigén általi oxidációjának köszönhető , amely 3 milliárd évvel ezelőtt a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni a bolygó felszínéről. A nitrogén a nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon oxidálja a felső légkörbe.
A nitrogén csak meghatározott körülmények között lép reakcióba (például villámkisülés során). A molekuláris nitrogén elektromos kisülések során ózon általi oxidációját kis mennyiségben használják fel a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során. Alacsony energiafelhasználással oxidálhatják és biológiailag aktív formává alakíthatják a hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó cianobaktériumok (kék-zöld algák) és gócbaktériumok , amelyek hatékony zöldtrágyanövények lehetnek , amelyek nem kimerítik, hanem gazdagítják a talajt. természetes műtrágyák.
A légkör összetétele gyökeresen megváltozni kezdett az élő szervezetek Földön való megjelenésével, a fotoszintézis eredményeként , amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísér. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára fordították - ammónia, szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái és mások. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez a légkörben , a litoszférában és a bioszférában lezajló számos folyamatban súlyos és hirtelen változásokat okozott , ezt az eseményt oxigénkatasztrófának nevezték .
A fanerozoikum idején a légkör összetétele és oxigéntartalma megváltozott. Elsősorban a szerves üledékes kőzetek lerakódási sebességével korreláltak. Tehát a szén felhalmozódásának időszakában a légkör oxigéntartalma láthatóan észrevehetően meghaladta a modern szintet.
A légkörben lévő tartalom a vulkáni tevékenységtől és a földhéjban lezajló kémiai folyamatoktól, a bioszintézis intenzitásától és a szerves anyagok bomlásának intenzitásától függ a Föld bioszférájában . A bolygó szinte teljes jelenlegi biomasszája (kb. 2,4⋅10 12 tonna) a légköri levegőben lévő szén-dioxid, nitrogén és vízgőz hatására keletkezik. Az óceánba , mocsarakba és erdőkbe temetve a szerves anyagok szénné , olajzá és földgázzá alakulnak .
A légkör szén-dioxid-tartalma a gáz óceánok vizében való oldhatóságától is függ, ami összefügg a víz hőmérsékletével és savasságával.
Az inert gázok forrásai a vulkánkitörések és a radioaktív elemek bomlása. A Föld egésze, és különösen a légkör kimerült inert gázokban az űrhöz és néhány más bolygóhoz képest. Ez vonatkozik a héliumra, neonra, kriptonra, xenonra és radonra. Ezzel szemben az argon koncentrációja rendellenesen magas, és a légkör gázösszetételének csaknem 1%-át teszi ki. Ennek a gáznak a nagy része a kálium-40 radioaktív izotóp intenzív bomlásának köszönhető a Föld beleiben.
Az utóbbi időben az ember elkezdte befolyásolni a légkör fejlődését. Az emberi tevékenység eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának folyamatos növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén üzemanyagok elégetése következtében. Hatalmas mennyiségeket használnak fel a fotoszintézisben , és a világ óceánjai elnyelik . Ez a gáz a karbonátos kőzetek, valamint a növényi és állati eredetű szerves anyagok bomlása, valamint a vulkanizmus és az emberi termelő tevékenység következtében kerül a légkörbe. Az elmúlt 100 év során a légkör tartalma 10%-kal nőtt, ennek nagy része (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetésével származik. Ha a tüzelőanyag-égetés növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 200-300 évben a légkörben lévő mennyiség megkétszereződik, és globális klímaváltozáshoz vezethet .
A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok fő forrása ( , , ). A kén-dioxidot a légköri oxigén oxidálja, a nitrogén-oxidot pedig a felső légkörbe, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek a vízgőzzel, és a keletkező kénsav és salétromsav úgynevezett savas eső formájában a Föld felszínére hullik. A belső égésű motorok használata jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és ólomvegyületekkel ( tetraetil-ólom , benzinben való felhasználása az elmúlt évtizedekben jelentősen csökkent).
A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok is okozzák (vulkánkitörések, porviharok, tengeri vízcseppek és növényi pollen beszivárgása stb.) A szilárd részecskék intenzív, nagy léptékű eltávolítása a légkörbe a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
föld | ||
---|---|---|
A Föld története | ||
A Föld fizikai tulajdonságai | ||
A Föld héjai | ||
Földrajz és geológia | ||
Környezet | ||
Lásd még | ||
|
A Föld héjai | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Külső | |||||||
Belső |
|
Föld légköre | |
---|---|
A légkör szerkezete | |
Lásd még |
A légkörfizika ágai ( meteorológia ) | |
---|---|
atmoszférák | |
---|---|
A csillagok atmoszférája | Nap |
bolygó légkörei | |
A műholdak atmoszférája | |
törpebolygók | |
exobolygók | |
Lásd még |