Surtout dans l'atmosphère terrestre. Qu'est-ce que l'atmosphère ? L'atmosphère terrestre : structure, signification

Atmosphère (du grec ατμός - « vapeur » et σφαῖρα - « sphère ») - coquille de gaz corps céleste, maintenu à proximité par gravité. L'atmosphère est la coque gazeuse de la planète, constituée d'un mélange de divers gaz, de vapeur d'eau et de poussière. L'atmosphère échange de matière entre la Terre et le Cosmos. La Terre reçoit de la poussière cosmique et des météorites, et perd les gaz les plus légers : l’hydrogène et l’hélium. L'atmosphère terrestre est pénétrée de part en part par un puissant rayonnement du Soleil, qui détermine le régime thermique de la surface de la planète, provoquant la dissociation des molécules. gaz atmosphériques et l'ionisation des atomes.

L'atmosphère terrestre contient de l'oxygène, utilisé par la plupart des organismes vivants pour la respiration, et du dioxyde de carbone, consommé par les plantes, les algues et les cyanobactéries lors de la photosynthèse. L'ambiance est également couche protectrice planète, protégeant ses habitants du soleil rayonnement ultraviolet.

Tous les corps massifs – planètes telluriques et géantes gazeuses – ont une atmosphère.

Composition atmosphérique

L'atmosphère est un mélange de gaz composé d'azote (78,08 %), d'oxygène (20,95 %), de dioxyde de carbone (0,03 %), d'argon (0,93 %), d'une petite quantité d'hélium, de néon, de xénon, de krypton (0,01 %). 0,038 % de dioxyde de carbone, et non un grand nombre de hydrogène, hélium, autres gaz rares et polluants.

Composition moderne L'air terrestre a été créé il y a plus de cent millions d'années, mais la forte augmentation de l'activité de production humaine a néanmoins conduit à sa modification. Actuellement, la teneur en CO 2 augmente d'environ 10 à 12 %. Les gaz contenus dans l'atmosphère remplissent divers rôles fonctionnels. Cependant, l'importance principale de ces gaz est déterminée avant tout par le fait qu'ils absorbent très fortement l'énergie radiante et ont ainsi un impact significatif sur régime de température Surface et atmosphère de la Terre.

La composition initiale de l'atmosphère d'une planète dépend généralement des propriétés chimiques et thermiques du soleil lors de la formation planétaire et de la libération ultérieure de gaz externes. Ensuite, la composition de la coque gazeuse évolue sous l’influence de divers facteurs.

Les atmosphères de Vénus et de Mars sont principalement composées de dioxyde de carbone avec des ajouts mineurs d'azote, d'argon, d'oxygène et d'autres gaz. L'atmosphère terrestre est en grande partie le produit des organismes qui y vivent. Les géantes gazeuses à basse température - Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune - peuvent retenir principalement des gaz de faible poids moléculaire - l'hydrogène et l'hélium. Les géantes gazeuses à haute température, comme Osiris ou 51 Pegasi b, ne peuvent au contraire pas la retenir et les molécules de leur atmosphère sont dispersées dans l'espace. Ce processus se produit lentement et constamment.

Azote, Gaz le plus répandu dans l’atmosphère, il est chimiquement inactif.

Oxygène, contrairement à l’azote, est un élément chimiquement très actif. La fonction spécifique de l'oxygène est l'oxydation de la matière organique des organismes hétérotrophes, des roches et des gaz sous-oxydés émis dans l'atmosphère par les volcans. Sans oxygène, il n’y aurait pas de décomposition des matières organiques mortes.

Structure atmosphérique

La structure de l'atmosphère se compose de deux parties : la partie interne - la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère, ou ionosphère, et la partie externe - la magnétosphère (exosphère).

1) Troposphère– c’est la partie inférieure de l’atmosphère dans laquelle les 3/4 c’est-à-dire sont concentrés. ~ 80 % de l'atmosphère terrestre entière. Sa hauteur est déterminée par l'intensité des flux d'air verticaux (ascendants ou descendants) provoqués par le réchauffement de la surface de la terre et de l'océan, donc l'épaisseur de la troposphère à l'équateur est de 16 à 18 km, dans les latitudes tempérées de 10 à 11 km, et aux pôles – jusqu'à 8 km. La température de l'air dans la troposphère en altitude diminue de 0,6 °C tous les 100 m et varie de +40 à - 50 °C.

2) Stratosphère est situé au-dessus de la troposphère et a une hauteur allant jusqu'à 50 km de la surface de la planète. La température jusqu'à 30 km d'altitude est constante de -50ºС. Ensuite, il commence à monter et atteint +10ºС à une altitude de 50 km.

La limite supérieure de la biosphère est l’écran d’ozone.

La couche d'ozone est une couche de l'atmosphère située à l'intérieur de la stratosphère. différentes hauteurs de la surface de la Terre et ayant une densité maximale d'ozone à une altitude de 20 à 26 km.

La hauteur de la couche d'ozone aux pôles est estimée à 7 à 8 km, à l'équateur à 17 à 18 km, et la hauteur maximale de présence d'ozone est de 45 à 50 km. La vie au-dessus du bouclier d’ozone est impossible en raison du rayonnement ultraviolet intense du Soleil. Si vous compressez toutes les molécules d’ozone, vous obtiendrez une couche d’environ 3 mm autour de la planète.

3) Mésosphère– la limite supérieure de cette couche se situe jusqu'à une hauteur de 80 km. Sa principale caractéristique est une forte baisse de température de -90ºC à sa limite supérieure. Des nuages ​​​​noctulescents constitués de cristaux de glace sont enregistrés ici.

4) Ionosphère (thermosphère) - se situe jusqu'à 800 km d'altitude et se caractérise par une augmentation importante de la température :

150 km température +240ºС,

Température à 200 km +500ºС,

Température à 600 km +1500ºС.

Sous l’influence du rayonnement ultraviolet du Soleil, les gaz sont dans un état ionisé. L'ionisation est associée à la lueur des gaz et à l'apparition des aurores.

L'ionosphère a la capacité de réfléchir de manière répétée les ondes radio, ce qui assure les communications radio longue distance sur la planète.

5) Exosphère– se situe au-dessus de 800 km et s’étend jusqu’à 3000 km. Ici, la température est >2000ºС. La vitesse de déplacement du gaz approche la valeur critique d'environ 11,2 km/s. Les atomes dominants sont l'hydrogène et l'hélium, qui forment une couronne lumineuse autour de la Terre, s'étendant jusqu'à 20 000 km d'altitude.

Fonctions de l'atmosphère

1) Thermorégulation - le temps et le climat sur Terre dépendent de la répartition de la chaleur et de la pression.

2) Maintien de la vie.

3) Dans la troposphère, des mouvements globaux verticaux et horizontaux des masses d'air se produisent, qui déterminent le cycle de l'eau et les échanges thermiques.

4) Presque tous les processus géologiques de surface sont provoqués par l’interaction de l’atmosphère, de la lithosphère et de l’hydrosphère.

5) Protecteur - l'atmosphère protège la terre de l'espace, du rayonnement solaire et de la poussière de météorite.

Fonctions de l'atmosphère. Sans atmosphère, la vie sur Terre serait impossible. Une personne en consomme 12 à 15 kg par jour. air, inhalant chaque minute de 5 à 100 litres, ce qui dépasse largement les besoins quotidiens moyens en nourriture et en eau. De plus, l'atmosphère protège de manière fiable une personne des dangers qui la menacent depuis l'espace : elle ne laisse pas passer les météorites, rayonnement cosmique. Une personne peut vivre sans nourriture pendant cinq semaines, sans eau pendant cinq jours, sans air pendant cinq minutes. La vie humaine normale nécessite non seulement de l'air, mais aussi une certaine pureté. La santé des personnes, l'état de la flore et de la faune, la solidité et la durabilité des structures et des structures des bâtiments dépendent de la qualité de l'air. L'air pollué est destructeur pour les eaux, les terres, les mers et les sols. L'atmosphère détermine la lumière et régule les régimes thermiques de la terre, contribue à la redistribution de la chaleur sur le globe. La coque gazeuse protège la Terre d’un refroidissement et d’un réchauffement excessifs. Si notre planète n'était pas entourée d'une coquille d'air, l'amplitude des fluctuations de température atteindrait en un jour 200 °C. L'atmosphère sauve tout ce qui vit sur Terre des ultraviolets, des rayons X et des rayons cosmiques destructeurs. L'atmosphère joue un grand rôle dans la répartition de la lumière. Son air se brise rayons de soleil en un million de petits rayons, les disperse et crée un éclairage uniforme. L'atmosphère sert de conducteur de sons.

Le monde qui nous entoure est formé de trois éléments très Différents composants: terre, eau et air. Chacun d’eux est unique et intéressant à sa manière. Nous ne parlerons maintenant que du dernier d'entre eux. Qu'est-ce que l'atmosphère ? Comment est-ce arrivé ? De quoi se compose-t-il et en quelles parties est-il divisé ? Toutes ces questions sont extrêmement intéressantes.

Le nom « atmosphère » lui-même est formé de deux mots origine grecque, traduits en russe, ils signifient « vapeur » et « balle ». Et si vous regardez la définition exacte, vous pouvez lire ce qui suit : « L'atmosphère est la coquille d'air de la planète Terre, qui se précipite avec elle dans l'espace. » Il s'est développé parallèlement aux processus géologiques et géochimiques qui se sont déroulés sur la planète. Et aujourd’hui, tous les processus qui se déroulent dans les organismes vivants en dépendent. Sans atmosphère, la planète deviendrait un désert sans vie, comme la Lune.

En quoi cela consiste?

La question de savoir ce qu'est l'atmosphère et quels éléments y sont inclus intéresse les gens depuis longtemps. Les principaux composants de cette coquille étaient déjà connus en 1774. Ils ont été installés par Antoine Lavoisier. Il a découvert que la composition de l’atmosphère était en grande partie composée d’azote et d’oxygène. Au fil du temps, ses composants se sont affinés. Et on sait désormais qu’il contient de nombreux autres gaz, ainsi que de l’eau et de la poussière.

Examinons de plus près ce qui constitue l'atmosphère terrestre près de sa surface. Le gaz le plus courant est l’azote. Il en contient un peu plus de 78 pour cent. Mais malgré une si grande quantité, l’azote est pratiquement inactif dans l’air.

L’élément suivant en quantité et très important en importance est l’oxygène. Ce gaz en contient près de 21% et présente une activité très élevée. Sa fonction spécifique est d'oxyder la matière organique morte, qui se décompose suite à cette réaction.

Gaz faibles mais importants

Le troisième gaz qui fait partie de l’atmosphère est l’argon. C'est un peu moins d'un pour cent. Viennent ensuite le dioxyde de carbone avec le néon, l'hélium avec le méthane, le krypton avec l'hydrogène, le xénon, l'ozone et même l'ammoniac. Mais il y en a si peu que pourcentage de ces composants est égal aux centièmes, millièmes et millionièmes. Parmi ceux-ci, seul le dioxyde de carbone joue un rôle important, puisqu'il est Matériau de construction, dont les plantes ont besoin pour la photosynthèse. Son autre fonction importante est de bloquer le rayonnement et d'absorber une partie de la chaleur du soleil.

Autre gaz petit mais important, l'ozone existe pour piéger le rayonnement ultraviolet provenant du Soleil. Grâce à cette propriété, toute vie sur la planète est protégée de manière fiable. D’un autre côté, l’ozone affecte la température de la stratosphère. Du fait qu’il absorbe ce rayonnement, l’air se réchauffe.

La constance de la composition quantitative de l'atmosphère est maintenue par un mélange continu. Ses couches se déplacent horizontalement et verticalement. Par conséquent, partout sur la planète, il y a suffisamment d’oxygène et pas d’excès de dioxyde de carbone.

Qu’y a-t-il d’autre dans l’air ?

Il est à noter que de la vapeur et de la poussière peuvent se retrouver dans l’espace aérien. Ces derniers sont constitués de pollen et de particules de sol ; en ville, ils sont rejoints par des impuretés d'émissions solides provenant des gaz d'échappement.

Mais il y a beaucoup d’eau dans l’atmosphère. Dans certaines conditions, il se condense et des nuages ​​et du brouillard apparaissent. Essentiellement, c'est la même chose, seuls les premiers apparaissent bien au-dessus de la surface de la Terre et le dernier s'étend le long de celle-ci. Les nuages ​​prennent différentes formes. Ce processus dépend de la hauteur au-dessus de la Terre.

S'ils se sont formés à 2 km au-dessus de la terre, ils sont alors appelés couches. C'est d'eux que la pluie tombe sur le sol ou que la neige tombe. Au-dessus d'eux, des cumulus se forment jusqu'à une hauteur de 8 km. Ce sont toujours les plus beaux et les plus pittoresques. Ce sont eux qui les regardent et se demandent à quoi ils ressemblent. Si de telles formations apparaissent dans les 10 prochains kilomètres, elles seront très légères et aérées. Leur nom est plumeux.

En quelles couches l’atmosphère est-elle divisée ?

Bien qu’elles aient des températures très différentes les unes des autres, il est très difficile de dire à quelle hauteur spécifique commence une couche et se termine l’autre. Cette division est très conditionnelle et approximative. Cependant, les couches de l’atmosphère existent toujours et remplissent leurs fonctions.

La partie la plus basse de la coque aérienne s’appelle la troposphère. Son épaisseur augmente à mesure qu'elle se déplace des pôles vers l'équateur de 8 à 18 km. C'est la partie la plus chaude de l'atmosphère car l'air qu'elle contient est chauffé par la surface de la Terre. La majeure partie de la vapeur d'eau est concentrée dans la troposphère, c'est pourquoi des nuages ​​se forment, des précipitations tombent, des orages grondent et des vents soufflent.

La couche suivante a une épaisseur d'environ 40 km et s'appelle la stratosphère. Si un observateur se déplace dans cette partie de l’air, il constatera que le ciel est devenu violet. Cela s'explique par la faible densité de la substance, qui ne diffuse pratiquement pas les rayons du soleil. C'est dans cette couche que volent les avions à réaction. Tous les espaces ouverts leur sont ouverts, puisqu'il n'y a pratiquement pas de nuages. À l’intérieur de la stratosphère se trouve une couche constituée de grandes quantités d’ozone.

Viennent ensuite la stratopause et la mésosphère. Cette dernière a une épaisseur d'environ 30 km. Elle se caractérise par une forte diminution de la densité de l'air et de la température. Le ciel apparaît noir à l'observateur. Ici, vous pouvez même observer les étoiles pendant la journée.

Couches dans lesquelles il n'y a pratiquement pas d'air

La structure de l'atmosphère se poursuit avec une couche appelée thermosphère - la plus longue de toutes les autres, son épaisseur atteint 400 km. Cette couche se distingue par sa température énorme, qui peut atteindre 1 700 °C.

Les deux dernières sphères sont souvent combinées en une seule et appelée ionosphère. Cela est dû au fait que des réactions s'y produisent avec la libération d'ions. Ce sont ces couches qui permettent d'observer un phénomène naturel tel que les aurores boréales.

Les 50 km suivants de la Terre sont attribués à l'exosphère. C'est l'enveloppe extérieure de l'atmosphère. Il disperse les particules d'air dans l'espace. Les satellites météorologiques se déplacent généralement dans cette couche.

L'atmosphère terrestre se termine par la magnétosphère. C’est elle qui abritait la plupart des satellites artificiels de la planète.

Après tout ce qui a été dit, il ne devrait plus y avoir de questions sur l’ambiance. Si vous avez des doutes quant à sa nécessité, ils peuvent être facilement dissipés.

Le sens de l'atmosphère

La fonction principale de l'atmosphère est de protéger la surface de la planète contre la surchauffe pendant la journée et contre un refroidissement excessif la nuit. Suivant important cette coquille, que personne ne contestera, doit fournir de l'oxygène à tous les êtres vivants. Sans cela, ils étoufferaient.

La plupart des météorites brûlent couches supérieures, sans jamais atteindre la surface de la Terre. Et les gens peuvent admirer les lumières volantes, les prenant pour des étoiles filantes. Sans atmosphère, la Terre entière serait jonchée de cratères. Et à propos de la protection contre radiation solaire déjà mentionné ci-dessus.

Comment une personne influence-t-elle l’atmosphère ?

Très négatif. Cela est dû à l'activité croissante des gens. La majeure partie de tous les aspects négatifs incombe à l'industrie et aux transports. D'ailleurs, ce sont les voitures qui émettent près de 60 % de tous les polluants pénétrant dans l'atmosphère. Les quarante autres sont répartis entre l'énergie et l'industrie, ainsi que les industries d'élimination des déchets.

La liste des substances nocives qui reconstituent quotidiennement l’air est très longue. En raison du transport dans l'atmosphère, il y a : de l'azote et du soufre, du carbone, du bleu et de la suie, ainsi qu'un puissant cancérigène, cancérigène peau - benzopyrène.

L'industrie représente une telle éléments chimiques: dioxyde de soufre, hydrocarbures et sulfure d'hydrogène, ammoniac et phénol, chlore et fluor. Si le processus se poursuit, alors bientôt les réponses aux questions : « Quelle est l'ambiance ? En quoi cela consiste? sera complètement différent.

- la coque aérienne du globe, tournant avec la Terre. La limite supérieure de l'atmosphère est classiquement tracée à des altitudes de 150 à 200 km. Conclusion- surface du sol.

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

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

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

La couche d'air inférieure du sol est appelée troposphère. Sous différentes latitudes, sa puissance n'est pas la même. La troposphère épouse 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. À l’équateur, elle est plus grande et aux pôles, elle est moindre. La troposphère est caractérisée par une densité d'air maximale : elle concentre les 4/5 de la masse de l'atmosphère entière. La troposphère détermine les conditions météorologiques : diverses masses d'air s'y forment, des nuages ​​et des précipitations se forment, et d'intenses mouvements d'air horizontaux et verticaux se produisent.

Au-dessus de la troposphère, jusqu'à 50 km d'altitude, se trouve stratosphère. Il se caractérise par une densité de l'air plus faible et manque de vapeur d'eau. 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 forte concentration d'ozone, qui absorbe le rayonnement ultraviolet, mortel pour les organismes.

A une altitude de 50 à 80-90 km il s'étend mésosphère. Avec l'augmentation de l'altitude, la température diminue avec un gradient vertical moyen de (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 atmosphérique est provoquée par des processus photochimiques complexes impliquant des radicaux et des molécules excitées par les vibrations.

Thermosphère situé à une altitude de 80-90 à 800 km. La densité de l'air ici est minime 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 est d'une grande importance pour la nature de la Terre. Sans oxygène, les organismes vivants ne peuvent pas respirer. Sa couche d'ozone protège tous les êtres vivants des substances nocives rayons ultraviolets. L'atmosphère atténue les fluctuations de température : la surface de la Terre ne refroidit pas la nuit et ne surchauffe pas pendant la journée. En couches denses air atmosphérique Avant d’atteindre la surface de la planète, les météorites brûlent à cause des épines.

L'atmosphère interagit avec toutes les couches de la terre. Grâce à son aide, la chaleur et l'humidité sont échangées entre l'océan et la terre. Sans l’atmosphère, il n’y aurait ni nuages, ni précipitations, ni vents.

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

L'atmosphère a besoin de protection. DANS pays développés Un ensemble de mesures est mis en œuvre pour protéger l'air atmosphérique de la pollution.

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l'atmosphère terrestre

Atmosphère(depuis. Grec ancienἀτμός - vapeur et σφαῖρα - balle) - gaz coquille ( géosphère), entourant la planète Terre. Sa surface intérieure recouvre hydrosphère et partiellement aboyer, l'extérieur borde 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 généralement appelé physique atmosphérique. L'atmosphère détermine météoà la surface de la Terre, étudiant la météo météorologie, et variations à long terme climat - climatologie.

La structure de l'atmosphère

La structure de l'atmosphère

Troposphère

Sa limite supérieure se situe à une altitude de 8 à 10 km aux latitudes polaires, de 10 à 12 km aux latitudes tempérées et de 16 à 18 km aux latitudes tropicales ; plus faible en hiver qu'en été. La couche inférieure et principale de l’atmosphère. Contient plus de 80 % de la masse totale de l'air atmosphérique et environ 90 % de toute la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère. Dans la troposphère sont très développés turbulence Et convection, surgir des nuages, se développent cyclones Et anticyclones. La température diminue avec l'augmentation de l'altitude avec une verticale moyenne pente 0,65°/100 m

Sont considérées comme « conditions normales » à la surface de la Terre : densité 1,2 kg/m3, pression barométrique 101,35 kPa, température plus 20 °C et humidité relative 50 %. Ces indicateurs conditionnels ont une signification purement technique.

Stratosphère

Couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Caractérisé par un léger changement de température dans la couche 11-25 km (couche inférieure de la stratosphère) et une augmentation dans la couche 25-40 km de −56,5 à 0,8° AVEC(couche supérieure de la stratosphère ou de la région inversion). 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 à température constante est appelée stratopause et constitue la frontière entre la stratosphère et mésosphère.

Stratopause

Couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. Dans la répartition verticale de la température, il existe un maximum (environ 0 °C).

Mésosphère

l'atmosphère terrestre

Mésosphère commence à une altitude de 50 km et s'étend jusqu'à 80-90 km. La température diminue avec l'altitude avec un gradient vertical moyen de (0,25-0,3)°/100 m. Le principal processus énergétique est le transfert de chaleur radiante. Processus photochimiques complexes impliquant radicaux libres, les molécules excitées par les vibrations, etc., provoquent la lueur de l'atmosphère.

Mésopause

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

Ligne Karman

Hauteur au-dessus du niveau de la mer, qui est conventionnellement acceptée comme limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace.

Thermosphère

Article principal: Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte jusqu'à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1 500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'aux hautes altitudes. Sous l’influence du rayonnement solaire ultraviolet et des rayons X et du rayonnement cosmique, l’ionisation de l’air se produit (« aurores") - zones principales ionosphère se trouvent à l’intérieur de la thermosphère. Aux altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine.

Couches atmosphériques jusqu'à 120 km d'altitude

Exosphère (sphère de diffusion)

Exosphère- zone de dispersion, partie externe de la thermosphère, située au-dessus de 700 km. Le gaz dans l'exosphère est très raréfié et de là ses particules s'échappent 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 en hauteur dépend de leur poids moléculaire ; la concentration des gaz plus lourds diminue plus rapidement avec la distance à la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité du gaz, la température passe 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 d’environ 1 500 °C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de température et de densité de gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2 000 à 3 000 km, l'exosphère se transforme progressivement en ce qu'on appelle vide proche de l'espace, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d’hydrogène. Mais ce gaz ne représente qu’une partie de la matière interplanétaire. L’autre partie est constituée de particules de poussières d’origine cométaire et météorique. Outre les particules de 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 représente moins de 0,05 % de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l’atmosphère, on distingue la neutronosphère et l’ionosphère. On pense actuellement que l’atmosphère s’étend jusqu’à une altitude de 2 000 à 3 000 km.

Selon la composition du gaz présent dans l'atmosphère, ils émettent homosphère Et hétérosphère. Hétérosphère - C'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, puisque leur mélange à une telle altitude est négligeable. Cela implique une composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie homogène et bien mélangée de l'atmosphère, appelée homosphère. La frontière entre ces couches est appelée pause turbo, il se trouve à une altitude d'environ 120 km.

Propriétés physiques

L'épaisseur de l'atmosphère se situe à environ 2 000 à 3 000 km de la surface de la Terre. Masse totale air- (5,1-5,3)×10 18 kg. Masse molaire l'air propre et sec est de 28,966. Pressionà 0 °C au niveau de la mer 101,325 kPa; température critique?140,7 °C ; pression critique 3,7 MPa ; C p 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (à 0 °C), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (à 0 °C). La solubilité de l'air dans l'eau à 0 °C est de 0,036 %, à 25 °C de 0,22 %.

Propriétés physiologiques et autres de l'atmosphère

Déjà à une altitude de 5 km au dessus du niveau de la mer, une personne non formée développe manque d'oxygène et sans adaptation, les performances d’une personne sont considérablement réduites. La zone physiologique de l'atmosphère se termine ici. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 15 km, même si jusqu'à environ 115 km l'atmosphère contient de l'oxygène.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène nécessaire à la respiration. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l’atmosphère, à mesure que l’on monte en altitude, la pression partielle de l’oxygène diminue en conséquence.

Les poumons humains contiennent en permanence environ 3 litres d'air alvéolaire. Pression partielle l'oxygène dans l'air alvéolaire à pression atmosphérique normale est de 110 mm Hg. Art., pression de dioxyde de carbone - 40 mm Hg. Art., et vapeur d'eau - 47 mm Hg. Art. Avec l'augmentation de l'altitude, la pression de l'oxygène diminue et la pression totale de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone dans les poumons reste presque constante - environ 87 mm Hg. Art. L’apport d’oxygène aux poumons s’arrêtera complètement lorsque la pression de l’air ambiant deviendra égale à cette valeur.

À une altitude d'environ 19-20 km, la pression atmosphérique chute à 47 mm Hg. Art. Par conséquent, à cette altitude, l’eau et le liquide interstitiel commencent à bouillir dans le corps humain. En dehors de la cabine pressurisée, à ces altitudes, 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 d'air denses - la troposphère et la stratosphère - nous protègent des effets néfastes des rayonnements. Avec une raréfaction de l'air suffisante, à plus de 36 km d'altitude, les agents ionisants ont un effet intense sur l'organisme. radiation- primaire rayons cosmiques; À des altitudes supérieures à 40 km, la partie ultraviolette du spectre solaire est dangereuse pour l'homme.

À mesure que nous nous élevons de plus en plus au-dessus de la surface de la Terre, des phénomènes aussi familiers observés dans les couches inférieures de l'atmosphère que la propagation du son, l'émergence de phénomènes aérodynamiques ascenseur et résistance, transfert de chaleur convection et etc.

Dans les couches d'air raréfiées, la distribution son s'avère impossible. Jusqu'à des altitudes de 60 à 90 km, il est encore possible d'utiliser la résistance de l'air et la portance pour un vol aérodynamique contrôlé. Mais à partir d'altitudes de 100-130 km, des concepts familiers à tout pilote chiffres M Et mur du son perdent leur sens, il y a un conditionnel Ligne Karman au-delà de quoi commence la sphère du vol purement balistique, qui ne peut être contrôlée que par des forces réactives.

À des altitudes supérieures à 100 km, l'atmosphère est privée d'une autre propriété remarquable : la capacité d'absorber, de conduire et de transmettre l'énergie thermique par convection (c'est-à-dire en mélangeant l'air). Cela signifie que divers éléments d'équipement de la station spatiale orbitale ne pourront pas être refroidis de l'extérieur de la même manière que cela se fait habituellement dans un avion - à l'aide de jets d'air et de radiateurs à air. À une telle hauteur, comme dans l'espace en général, la seule façon de transférer la chaleur est Radiation thermique.

Composition atmosphérique

Composition de l'air sec

L'atmosphère terrestre est principalement constituée de gaz et d'impuretés diverses (poussières, gouttelettes d'eau, cristaux de glace, sels de mer, produits de combustion).

La concentration des gaz qui composent l'atmosphère est quasi constante, à l'exception de l'eau (H 2 O) et du dioxyde de carbone (CO 2).

En plus des gaz indiqués dans le tableau, l'atmosphère contient du SO 2, NH 3, CO, ozone, hydrocarbures, HCl, HF, des couples Hg, je 2 , et aussi NON et de nombreux autres gaz en petites quantités. La troposphère contient en permanence un grand nombre de particules solides et liquides en suspension ( aérosol).

Histoire de la formation atmosphérique

Selon la théorie la plus courante, l’atmosphère terrestre a eu quatre compositions différentes au fil du temps. Initialement, il s'agissait de gaz légers ( hydrogène Et hélium), capturé depuis l'espace interplanétaire. C'est ce qu'on appelle atmosphère primaire(il y a environ quatre milliards d'années). A l'étape suivante, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec des gaz autres que l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). C'est ainsi qu'il a été formé atmosphère secondaire(environ trois milliards d'années avant nos jours). Cette 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 espace interplanétaire;

réactions chimiques se produisant dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des éclairs et de certains autres facteurs.

Peu à peu, ces facteurs ont conduit à la formation ambiance tertiaire, caractérisé par une teneur beaucoup plus faible en hydrogène et une teneur beaucoup plus élevée en azote et en dioxyde de carbone (formés à la suite de réactions chimiques de l'ammoniac et des hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité de N 2 est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène par l'O 2 moléculaire, qui a commencé à provenir de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, il y a 3 milliards d'années. Le N2 est également rejeté dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et d'autres composés contenant de l'azote. L'azote est oxydé par l'ozone en NO dans la haute atmosphère.

L'azote N 2 ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'une décharge de foudre). Oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone à décharges électriques utilisé dans la production industrielle d’engrais azotés. Ils peuvent l'oxyder avec une faible consommation d'énergie et le convertir en une forme biologiquement active. cyanobactéries (algues bleu-vert) et des bactéries nodulaires qui forment des rhizobies symbiose Avec les légumineuses plantes, appelées engrais vert.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition sur Terre les organismes vivants, par conséquent photosynthèse accompagné 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, forme nitreuse glande contenu dans les océans, etc. A la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Peu à peu, une atmosphère moderne aux propriétés oxydantes se forme. Puisque cela a provoqué des changements sérieux et brusques dans de nombreux processus se produisant dans atmosphère, lithosphère Et biosphère, cet événement s'appelait Catastrophe de l'oxygène.

Pendant Phanérozoïque la composition de l'atmosphère et la teneur en oxygène ont subi des changements. Ils étaient principalement corrélés à la vitesse de dépôt des sédiments organiques. Ainsi, pendant les périodes d'accumulation de charbon, la teneur en oxygène de l'atmosphère dépassait apparemment largement le niveau moderne.

Gaz carbonique

La teneur en CO 2 de l'atmosphère dépend de l'activité volcanique et procédés chimiques dans les coquilles terrestres, mais surtout - de l'intensité de la biosynthèse et de la décomposition de la matière organique dans biosphère Terre. La quasi-totalité de la biomasse actuelle de la planète (environ 2,4 × 10 12 tonnes ) se forme à cause du dioxyde de carbone, de l'azote et de la vapeur d'eau contenus dans l'air atmosphérique. Enterré dans océan, V les marais et en les forêts la matière organique se transforme en charbon, huile Et gaz naturel. (cm. Cycle géochimique du carbone)

gaz nobles

Source de gaz inertes - argon, hélium Et krypton- les éruptions volcaniques et la désintégration des éléments radioactifs. La Terre en général et l’atmosphère en particulier sont dépourvues de 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

Récemment, l'évolution de l'atmosphère a commencé à être influencée par Humain. Le résultat de ses activités a été une augmentation constante et significative de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion d'hydrocarbures accumulés au cours des ères géologiques précédentes. D'énormes quantités de CO 2 sont consommées lors de la photosynthèse et absorbées par les océans de la planète. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition des roches carbonatées et des substances organiques d'origine végétale et animale, ainsi qu'en raison du volcanisme et de l'activité industrielle humaine. Au cours des 100 dernières années, la teneur en CO 2 de l'atmosphère a augmenté de 10 %, la majeure partie (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de carburants. Si le taux de croissance de la combustion des carburants se poursuit, la quantité de CO 2 dans l'atmosphère doublera au cours des 50 à 60 prochaines années, ce qui pourrait conduire à changement climatique mondial.

La combustion des carburants est la principale source de gaz polluants ( CO, NON, DONC 2 ). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'oxygène atmosphérique pour DONC 3 dans les couches supérieures de l'atmosphère, qui à son tour interagit avec la vapeur d'eau et d'ammoniac, et le résultat acide sulfurique (H 2 DONC 4 ) Et sulfate d'ammonium ((NH 4 ) 2 DONC 4 ) revenir à la surface de la Terre sous la forme de ce qu'on appelle. pluie acide. Usage moteurs à combustion interne entraîne une pollution atmosphérique importante par des oxydes d'azote, des hydrocarbures et des composés de plomb ( plomb tétraéthyle Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

La pollution de l'atmosphère par les aérosols est causée à la fois par des causes naturelles (éruptions volcaniques, tempêtes de poussière, entraînement de gouttes d'eau de mer et de pollen végétal, etc.) et par des activités économiques humaines (extraction de minerais et de matériaux de construction, combustion de carburant, fabrication de ciment, etc. ). Le rejet intense et à grande échelle de particules dans l’atmosphère est l’une des causes possibles du changement climatique sur la planète.

La structure de l'atmosphère terrestre

L'atmosphère est la coque gazeuse de la Terre avec les particules d'aérosol qu'elle contient, se déplaçant avec la Terre dans l'espace comme un tout et participant en même temps à la rotation de la Terre. La majeure partie de notre vie se déroule au fond de l’atmosphère.

Presque toutes nos planètes ont leur propre atmosphère. système solaire, mais seule l'atmosphère terrestre est capable de supporter la vie.

Lorsque notre planète s’est formée il y a 4,5 milliards d’années, elle était apparemment dépourvue d’atmosphère. L'atmosphère s'est formée à la suite d'émissions volcaniques de vapeur d'eau mélangée à du dioxyde de carbone, de l'azote et d'autres substances chimiques des profondeurs de la jeune planète. Mais l’atmosphère peut contenir une quantité limitée d’humidité, c’est pourquoi son excès dû à la condensation a donné naissance aux océans. Mais l’atmosphère était alors dépourvue d’oxygène. Les premiers organismes vivants nés et développés dans l'océan, à la suite de la réaction de photosynthèse (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), ont commencé à libérer de petites portions d'oxygène, qui ont commencé à pénétrer dans l'atmosphère.

La formation d'oxygène dans l'atmosphère terrestre a conduit à la formation de la couche d'ozone à des altitudes d'environ 8 à 30 km. Et ainsi, notre planète a acquis une protection contre les effets nocifs des rayons ultraviolets. Cette circonstance a servi d'impulsion à l'évolution ultérieure des formes de vie sur Terre, car En raison de l'augmentation de la photosynthèse, la quantité d'oxygène dans l'atmosphère a commencé à augmenter rapidement, ce qui a contribué à la formation et au maintien de formes de vie, y compris sur terre.

Aujourd'hui, notre atmosphère est composée de 78,1 % d'azote, 21 % d'oxygène, 0,9 % d'argon et 0,04 % de dioxyde de carbone. De très petites fractions par rapport aux principaux gaz sont le néon, l'hélium, le méthane et le krypton.

Les particules de gaz contenues dans l'atmosphère sont affectées par la force de gravité de la Terre. Et comme l’air est compressible, sa densité diminue progressivement avec l’altitude, passant dans l’espace sans limite claire. La moitié de la masse totale de l'atmosphère terrestre est concentrée dans les 5 km inférieurs, les trois quarts dans les 10 km inférieurs et neuf dixièmes dans les 20 km inférieurs. 99 % de la masse de l'atmosphère terrestre est concentrée en dessous d'une altitude de 30 km, soit seulement 0,5 % du rayon équatorial de notre planète.

Au niveau de la mer, le nombre d'atomes et de molécules par centimètre cube d'air est d'environ 2 * 10 19, à une altitude de 600 km seulement de 2 * 10 7. Au niveau de la mer, un atome ou une molécule parcourt environ 7 * 10 -6 cm avant d'entrer en collision avec une autre particule. A une altitude de 600 km, cette distance est d'environ 10 km. Et au niveau de la mer, environ 7 * 10 9 collisions de ce type se produisent chaque seconde, à une altitude de 600 km, soit environ une par minute !

Mais la pression n’est pas la seule à changer avec l’altitude. La température change également. Ainsi, par exemple, au pied haute montagne Il peut faire assez chaud, alors que le sommet de la montagne est recouvert de neige et que la température y est en même temps inférieure à zéro. Et si vous prenez un avion à une altitude d'environ 10-11 km, vous pouvez entendre un message indiquant qu'il fait -50 degrés dehors, alors qu'à la surface de la terre il fait 60-70 degrés de plus...

Initialement, les scientifiques supposaient que la température diminuait avec l'altitude jusqu'à atteindre zéro absolu(-273,16°C). Mais ce n'est pas vrai.

L'atmosphère terrestre est composée de quatre couches : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et l'ionosphère (thermosphère). Cette division en couches a également été adoptée sur la base de données sur les changements de température avec l'altitude. La plupart couche inférieure, où la température de l'air diminue avec l'altitude, est appelée troposphère. La couche au-dessus de la troposphère, où la baisse de température s'arrête, est remplacée par une isotherme et, finalement, la température commence à augmenter, s'appelle la stratosphère. La couche au-dessus de la stratosphère dans laquelle la température chute rapidement est la mésosphère. Et enfin, la couche où la température recommence à augmenter est appelée ionosphère ou thermosphère.

La troposphère s'étend en moyenne jusqu'aux 12 km inférieurs. C'est là que se forme notre météo. Les nuages ​​les plus élevés (cirrus) se forment dans les couches supérieures de la troposphère. La température dans la troposphère diminue de façon adiabatique avec l'altitude, c'est-à-dire Le changement de température se produit en raison de la diminution de la pression avec l'altitude. Le profil de température de la troposphère est largement déterminé par la quantité d’eau atteignant la surface de la Terre. radiation solaire. À la suite du réchauffement de la surface de la Terre par le Soleil, des flux convectifs et turbulents se forment, dirigés vers le haut, qui forment le temps. Il convient de noter que l’influence de la surface sous-jacente sur les couches inférieures de la troposphère s’étend jusqu’à une hauteur d’environ 1,5 km. Bien sûr, hors zones montagneuses.

La limite supérieure de la troposphère est la tropopause, une couche isotherme. Considérez l’apparence caractéristique des nuages ​​d’orage, dont le sommet est une « explosion » de cirrus appelée « enclume ». Cette « enclume » se « propage » simplement sous la tropopause, car en raison de l'isotherme, les courants d'air ascendants sont considérablement affaiblis et le nuage cesse de se développer verticalement. Mais dans des cas particuliers et rares, les sommets des cumulonimbus peuvent envahir les couches inférieures de la stratosphère, brisant ainsi la tropopause.

La hauteur de la tropopause dépend de latitude géographique. Ainsi, à l'équateur, elle se situe à une altitude d'environ 16 km et sa température est d'environ –80°C. Aux pôles, la tropopause se situe plus bas, à environ 8 km d'altitude. En été, la température ici est de –40°C et de –60°C en hiver. Ainsi, malgré plus hautes températures près de la surface de la Terre, la tropopause tropicale est beaucoup plus froide qu'aux pôles.