Udara di dekat permukaan bumi lebih daripada bagian atasnya

Suasana- ini adalah cangkang udara yang mengelilingi Bumi dan gaya gravitasi yang terkait dengannya. Atmosfer terlibat dalam rotasi harian dan pergerakan tahunan planet kita. Udara atmosfer adalah campuran gas di mana cairan (tetesan air) dan partikel padat (asap, debu) tersuspensi. Komposisi gas di atmosfer tidak berubah hingga ketinggian 100-110 km, yang disebabkan oleh keseimbangan alam. Fraksi volume gas adalah: nitrogen - 78%, oksigen - 21%, gas inert (argon, xenon, kripton) - 0,9%, karbon - 0,03%. Selain itu, uap air selalu ada di atmosfer.

Selain proses biologis, oksigen, nitrogen dan karbon secara aktif terlibat dalam pelapukan kimia batuan. Peran ozon 03 sangat penting, menyerap sebagian besar radiasi ultraviolet Matahari, dalam dosis besar berbahaya bagi organisme hidup. Partikel padat, yang sangat melimpah di atas kota, berfungsi sebagai inti kondensasi (tetesan air dan kepingan salju terbentuk di sekitarnya).

Ketinggian, batas, dan struktur atmosfer

Batas atas atmosfer ditarik secara kondisional pada ketinggian sekitar 1000 km, meskipun dapat dilacak jauh lebih tinggi - hingga 20.000 km, tetapi di sana sangat jarang.

Melalui perbedaan sifat perubahan suhu udara dengan ketinggian, sifat fisik lainnya di atmosfer, beberapa bagian dibedakan, yang dipisahkan satu sama lain oleh lapisan transisi.

Troposfer adalah lapisan atmosfer terendah dan terpadat. Batas atasnya ditarik pada ketinggian 18 km di atas khatulistiwa dan 8-12 km di atas kutub. Suhu di troposfer menurun rata-rata 0,6 ° C untuk setiap 100 m, ditandai dengan perbedaan horizontal yang signifikan dalam distribusi suhu, tekanan, kecepatan angin, serta pembentukan awan dan curah hujan. Di troposfer ada gerakan vertikal yang intens dari udara - konveksi. Di lapisan bawah atmosfer inilah cuaca terutama terbentuk. Hampir semua uap air di atmosfer terkonsentrasi di sini.

Stratosfer meluas terutama hingga ketinggian 50 km. Konsentrasi ozon pada ketinggian 20-25 km mencapai nilai tertingginya, membentuk lapisan ozon. Suhu udara di stratosfer, sebagai suatu peraturan, meningkat dengan ketinggian rata-rata 1-2 ° C per 1 km, mencapai 0 ° C dan lebih tinggi di batas atas. Hal ini disebabkan oleh penyerapan energi matahari oleh ozon. Hampir tidak ada uap air dan awan di stratosfer, dan angin badai bertiup dengan kecepatan hingga 300-400 km/jam.

Di mesosfer, suhu udara turun menjadi -60 ... - 100 ° C, pergerakan udara vertikal dan horizontal yang intensif terjadi.

Di lapisan atas termosfer, di mana udara sangat terionisasi, suhu naik lagi hingga 2000 ° C. Di sini, aurora dan badai magnet diamati.

Atmosfer memainkan peran besar dalam kehidupan Bumi. Ini mencegah pemanasan berlebihan permukaan bumi di siang hari dan pendinginannya di malam hari, mendistribusikan kembali kelembaban di Bumi, melindungi permukaannya dari dampak meteorit. Kehadiran atmosfer merupakan syarat mutlak bagi keberadaan kehidupan organik di planet kita.

Radiasi sinar matahari. Pemanasan atmosfer

Matahari memancarkan sejumlah besar energi, hanya sebagian kecil yang diterima oleh Bumi.

Emisi cahaya dan panas dari Matahari disebut radiasi matahari. Radiasi matahari berjalan jauh di atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Mengatasinya, sebagian besar diserap dan dihamburkan oleh cangkang udara. Radiasi yang langsung sampai ke permukaan bumi dalam bentuk sinar langsung disebut radiasi langsung. Sebagian radiasi yang dihamburkan di atmosfer juga mencapai permukaan bumi dalam bentuk radiasi hamburan.

Kombinasi radiasi langsung dan difus yang memasuki permukaan horizontal disebut radiasi matahari total. Atmosfer menyerap sekitar 20% radiasi matahari yang memasuki batas atasnya. 34% radiasi lainnya dipantulkan dari permukaan dan atmosfer bumi (radiasi yang dipantulkan). 46% radiasi matahari diserap oleh permukaan bumi. Radiasi semacam itu disebut diserap (diserap).

Rasio intensitas radiasi matahari yang dipantulkan dengan intensitas semua energi radiasi Matahari yang memasuki batas atas atmosfer disebut albedo Bumi dan dinyatakan dalam persentase.

Jadi, albedo planet kita, bersama dengan atmosfernya, rata-rata 34%. Nilai albedo pada lintang yang berbeda memiliki perbedaan yang signifikan terkait dengan warna permukaan, vegetasi, kekeruhan, dan sejenisnya. Area permukaan yang tertutup salju segar mencerminkan 80-85% radiasi, vegetasi rumput dan pasir - masing-masing 26% dan 30%, dan air - hanya 5%.

Jumlah energi matahari yang diterima oleh masing-masing bagian bumi tergantung terutama pada sudut datangnya sinar matahari. Semakin lurus mereka jatuh (yaitu, semakin tinggi ketinggian Matahari di atas cakrawala), semakin besar jumlah energi matahari per satuan luas.

Ketergantungan radiasi total pada sudut datang sinar disebabkan oleh dua alasan. Pertama, semakin kecil sudut datang sinar matahari, semakin besar area yang mendistribusikan fluks cahaya ini dan semakin sedikit energi per satuan permukaan. Kedua, semakin kecil sudut datang, semakin panjang lintasan berkas di atmosfer.

Besarnya radiasi matahari yang mengenai permukaan bumi dipengaruhi oleh transparansi atmosfer, terutama kekeruhan. Ketergantungan radiasi matahari pada sudut datang sinar matahari dan transparansi atmosfer menentukan sifat zona distribusinya. Perbedaan jumlah radiasi matahari total pada lintang yang sama terutama disebabkan oleh kekeruhan.

Jumlah panas yang masuk ke permukaan bumi ditentukan dalam kalori per satuan luas (1 cm) per satuan waktu (1 tahun).

Radiasi yang diserap dihabiskan untuk memanaskan lapisan tipis dekat permukaan bumi dan penguapan air. Permukaan bumi yang dipanaskan memindahkan panas ke lingkungan melalui radiasi, konduksi, konveksi, dan kondensasi uap air.

Perubahan suhu udara tergantung pada garis lintang geografis tempat dan ketinggian di atas permukaan laut

Radiasi total menurun dari garis lintang khatulistiwa-tropis ke kutub. Maksimum - sekitar 850 J / m2 per tahun (200 kkal / cm2 per tahun) - di gurun tropis, di mana radiasi matahari langsung melalui ketinggian Matahari dan langit tak berawan sangat tinggi. Pada paruh musim panas tahun ini, perbedaan total aliran masuk radiasi matahari antara lintang rendah dan tinggi diperhalus. Hal ini disebabkan durasi penyinaran matahari yang lebih lama, terutama di daerah kutub, dimana hari kutub berlangsung bahkan setengah tahun.

Meskipun total radiasi matahari yang masuk ke permukaan bumi sebagian dipantulkan olehnya, namun sebagian besar diserap oleh permukaan bumi dan diubah menjadi panas. Bagian dari radiasi total yang tersisa setelah biaya refleksi dan radiasi termal permukaan bumi disebut keseimbangan radiasi (radiasi residual). Secara umum, untuk tahun itu positif di mana-mana di Bumi, kecuali gurun es Antartika dan Greenland yang tinggi. Keseimbangan radiasi secara alami menurun ke arah dari ekuator ke kutub, di mana ia mendekati nol.

Dengan demikian, suhu udara didistribusikan secara zonal, yaitu menurun ke arah dari khatulistiwa ke kutub. .Suhu udara juga tergantung pada ketinggian daerah di atas permukaan laut: semakin tinggi daerah tersebut, semakin rendah suhunya.

Pengaruh signifikan terhadap distribusi suhu udara darat dan air. Permukaan tanah memanas dengan cepat, tetapi dengan cepat mendingin, dan permukaan air memanas lebih lambat, tetapi menahan panas lebih lama dan melepaskannya lebih lambat ke udara.

Akibat perbedaan intensitas pemanasan dan pendinginan permukaan bumi siang dan malam, pada musim panas dan dingin, suhu udara berubah pada siang dan tahun.

Termometer digunakan untuk mengukur suhu udara. itu diukur 8 kali sehari dan rata-rata diambil per hari. Pada suhu rata-rata harian, rata-rata bulanan dihitung. Merekalah yang, sebagai suatu peraturan, ditunjukkan pada peta iklim oleh isoterm (garis yang menghubungkan titik-titik dengan suhu yang sama selama periode waktu tertentu). Untuk mengkarakterisasi suhu, indikator Januari dan Juli rata-rata bulanan paling sering diambil, lebih jarang yang tahunan. ,

10.045×10 3 J/(kg*K) (dalam kisaran suhu dari 0-100 °C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500 °C). Kelarutan udara dalam air pada 0 °C adalah 0,036%, pada 25 °C - 0,22%.

Komposisi atmosfer

Sejarah terbentuknya atmosfer

Sejarah awal

Saat ini, sains tidak dapat melacak semua tahapan pembentukan Bumi dengan akurasi 100%. Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam empat komposisi yang berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Ini disebut atmosfer utama. Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (hidrokarbon, amonia, uap air). Begini caranya atmosfer sekunder. Suasana ini adalah restoratif. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

• kebocoran hidrogen yang konstan ke ruang antarplanet;
• reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Secara bertahap, faktor-faktor ini menyebabkan pembentukan atmosfer tersier, dicirikan oleh kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Munculnya kehidupan dan oksigen

Dengan munculnya organisme hidup di Bumi sebagai hasil fotosintesis, disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida, komposisi atmosfer mulai berubah. Namun, ada data (analisis komposisi isotop oksigen atmosfer dan yang dilepaskan selama fotosintesis) yang mendukung asal usul geologis oksigen atmosfer.

Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - hidrokarbon, bentuk besi dari besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai tumbuh.

Pada 1990-an, percobaan dilakukan untuk menciptakan sistem ekologi tertutup ("Biosfer 2"), di mana tidak mungkin untuk membuat sistem yang stabil dengan komposisi udara tunggal. Pengaruh mikroorganisme menyebabkan penurunan kadar oksigen dan peningkatan jumlah karbon dioksida.

Nitrogen

Pembentukan sejumlah besar N2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer primer amonia-hidrogen oleh molekul O2, yang mulai muncul dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, seperti yang diharapkan, sekitar 3 miliar tahun yang lalu. (menurut versi lain, oksigen atmosfer berasal dari geologis). Nitrogen dioksidasi menjadi NO di atmosfer bagian atas, digunakan dalam industri dan diikat oleh bakteri pengikat nitrogen, sedangkan N2 dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen.

Nitrogen N 2 adalah gas inert dan hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Ini dapat dioksidasi dan diubah menjadi bentuk biologis oleh cyanobacteria, beberapa bakteri (misalnya, bakteri bintil yang membentuk simbiosis rhizobium dengan kacang-kacangan).

Oksidasi molekul nitrogen oleh pelepasan listrik digunakan dalam produksi industri pupuk nitrogen, dan juga menyebabkan pembentukan endapan sendawa yang unik di Gurun Atacama Chili.

gas mulia

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (CO , NO, SO 2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh udara O 2 menjadi SO 3 di atmosfer atas, yang berinteraksi dengan uap H 2 O dan NH 3, dan menghasilkan H 2 SO 4 dan (NH 4) 2 SO 4 kembali ke permukaan bumi bersama dengan presipitasi . Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi udara yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa Pb.

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan baik oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, terbawanya tetesan air laut dan partikel serbuk sari, dll.) maupun oleh aktivitas ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, produksi semen, dll.) .) . Penghapusan partikel padat dalam skala besar yang intens ke atmosfer adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Struktur atmosfer dan karakteristik cangkang individu

Keadaan fisik atmosfer ditentukan oleh cuaca dan iklim. Parameter utama atmosfer: kerapatan udara, tekanan, suhu dan komposisi. Ketika ketinggian meningkat, kepadatan udara dan tekanan atmosfer menurun. Suhu juga berubah dengan perubahan ketinggian. Struktur vertikal atmosfer dicirikan oleh suhu dan sifat listrik yang berbeda, kondisi udara yang berbeda. Tergantung pada suhu di atmosfer, lapisan utama berikut dibedakan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, eksosfer (bola hamburan). Daerah transisi atmosfer antara cangkang yang berdekatan masing-masing disebut tropopause, stratopause, dll.

Troposfer

Stratosfir

Sebagian besar bagian panjang gelombang pendek dari radiasi ultraviolet (180-200 nm) disimpan di stratosfer dan energi gelombang pendek diubah. Di bawah pengaruh sinar ini, medan magnet berubah, molekul pecah, ionisasi, pembentukan baru gas dan senyawa kimia lainnya terjadi. Proses ini dapat diamati dalam bentuk cahaya utara, kilat, dan cahaya lainnya.

Di stratosfer dan lapisan yang lebih tinggi, di bawah pengaruh radiasi matahari, molekul gas terdisosiasi - menjadi atom (di atas 80 km, CO 2 dan H 2 terdisosiasi, di atas 150 km - O 2, di atas 300 km - H 2). Pada ketinggian 100–400 km, ionisasi gas juga terjadi di ionosfer; pada ketinggian 320 km, konsentrasi partikel bermuatan (O + 2, O 2, N + 2) adalah ~ 1/300 dari konsentrasi partikel netral. Di lapisan atas atmosfer terdapat radikal bebas - OH, HO 2, dll.

Hampir tidak ada uap air di stratosfer.

Mesosfer

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer adalah campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas di ketinggian tergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu turun dari 0°С di stratosfer menjadi 110°С di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200–250 km sesuai dengan suhu ~1500 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap melewati apa yang disebut ruang hampa udara dekat, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Tapi gas ini hanya bagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel seperti debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel yang sangat langka ini, radiasi elektromagnetik dan sel-sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikan di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini diyakini bahwa atmosfer meluas ke ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka memancarkan homosfer Dan heterosfer. heterosfer- ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Oleh karena itu mengikuti komposisi variabel dari heterosfer. Di bawahnya terletak bagian atmosfer yang tercampur dengan baik dan homogen yang disebut homosfer. Batas antara lapisan ini disebut turbopause, terletak di ketinggian sekitar 120 km.

Sifat atmosfer

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mengembangkan kelaparan oksigen dan, tanpa adaptasi, kinerja seseorang berkurang secara signifikan. Di sinilah zona fisiologis atmosfer berakhir. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 15 km, meskipun hingga sekitar 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memberi kita oksigen yang kita butuhkan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer saat Anda naik ke ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Paru-paru manusia secara konstan mengandung sekitar 3 liter udara alveolus. Tekanan parsial oksigen dalam udara alveolus pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air 47 mm Hg. Seni. Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Aliran oksigen ke paru-paru akan benar-benar berhenti ketika tekanan udara di sekitarnya menjadi sama dengan nilai ini.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer turun menjadi 47 mm Hg. Seni. Oleh karena itu, pada ketinggian ini, air dan cairan interstisial mulai mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian ini, kematian terjadi hampir seketika. Jadi, dari sudut pandang fisiologi manusia, "ruang" sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan penguraian udara yang cukup, pada ketinggian lebih dari 36 km, radiasi pengion, sinar kosmik primer, memiliki efek yang kuat pada tubuh; pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari, yang berbahaya bagi manusia, beroperasi.

Atmosfer inilah yang memungkinkan adanya kehidupan di Bumi. Kami mendapatkan informasi dan fakta pertama tentang suasana di sekolah dasar. Di sekolah menengah, kita sudah lebih mengenal konsep ini dalam pelajaran geografi.

Konsep atmosfer bumi

Atmosfer hadir tidak hanya di Bumi, tetapi juga di benda langit lainnya. Ini adalah nama cangkang gas yang mengelilingi planet-planet. Komposisi lapisan gas dari planet yang berbeda ini sangat berbeda. Mari kita lihat informasi dan fakta dasar tentang yang disebut udara.

Komponen terpentingnya adalah oksigen. Beberapa orang secara keliru berpikir bahwa atmosfer bumi seluruhnya terdiri dari oksigen, tetapi udara sebenarnya adalah campuran gas. Ini mengandung 78% nitrogen dan 21% oksigen. Sisanya satu persen termasuk ozon, argon, karbon dioksida, uap air. Biarkan persentase gas-gas ini kecil, tetapi mereka melakukan fungsi penting - mereka menyerap sebagian besar energi radiasi matahari, sehingga mencegah termasyhur mengubah semua kehidupan di planet kita menjadi abu. Sifat-sifat atmosfer berubah dengan ketinggian. Misalnya, pada ketinggian 65 km, nitrogen adalah 86% dan oksigen adalah 19%.

Komposisi atmosfer bumi

• Karbon dioksida penting untuk nutrisi tanaman. Di atmosfer, itu muncul sebagai hasil dari proses respirasi organisme hidup, membusuk, terbakar. Tidak adanya unsur ini dalam komposisi atmosfer akan membuat tumbuhan tidak mungkin ada.
• Oksigen merupakan komponen penting dari atmosfer bagi manusia. Kehadirannya merupakan syarat bagi keberadaan semua makhluk hidup. Itu membuat sekitar 20% dari total volume gas atmosfer.
• Ozon Ini adalah penyerap alami radiasi ultraviolet matahari, yang berdampak buruk pada organisme hidup. Sebagian besar membentuk lapisan atmosfer yang terpisah - layar ozon. Baru-baru ini, aktivitas manusia telah menyebabkan fakta bahwa itu mulai runtuh secara bertahap, tetapi karena itu sangat penting, pekerjaan aktif sedang dilakukan untuk melestarikan dan memulihkannya.
• uap air menentukan kelembaban udara. Isinya dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor: suhu udara, lokasi geografis, musim. Pada suhu rendah, uap air di udara sangat sedikit, mungkin kurang dari satu persen, dan pada suhu tinggi, jumlahnya mencapai 4%.
• Selain semua hal di atas, dalam komposisi atmosfer bumi selalu ada persentase tertentu kotoran padat dan cair. Ini adalah jelaga, abu, garam laut, debu, tetesan air, mikroorganisme. Mereka bisa masuk ke udara baik secara alami maupun dengan cara antropogenik.

Lapisan atmosfer

Dan suhu, dan kepadatan, dan komposisi kualitatif udara tidak sama pada ketinggian yang berbeda. Karena itu, biasanya membedakan lapisan atmosfer yang berbeda. Masing-masing dari mereka memiliki karakteristiknya sendiri. Mari kita cari tahu lapisan atmosfer mana yang dibedakan:

• Troposfer adalah lapisan atmosfer yang paling dekat dengan permukaan bumi. Ketinggiannya 8-10 km di atas kutub dan 16-18 km di daerah tropis. Berikut adalah 90% dari semua uap air yang tersedia di atmosfer, sehingga ada pembentukan awan aktif. Pada lapisan ini juga terjadi proses seperti pergerakan udara (angin), turbulensi, konveksi. Suhu berkisar antara +45 derajat pada siang hari di musim panas di daerah tropis hingga -65 derajat di kutub.
• Stratosfer adalah lapisan terjauh kedua dari atmosfer. Terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Di lapisan bawah stratosfer, suhunya kira-kira -55, menuju jarak dari Bumi naik ke +1˚С. Wilayah ini disebut inversi dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.
• Mesosfer terletak pada ketinggian 50 hingga 90 km. Suhu di batas bawahnya sekitar 0, di atas mencapai -80...-90 . Meteorit yang memasuki atmosfer bumi terbakar habis di mesosfer, yang menyebabkan pancaran udara terjadi di sini.
• Termosfer memiliki ketebalan sekitar 700 km. Cahaya utara muncul di lapisan atmosfer ini. Mereka muncul karena aksi radiasi kosmik dan radiasi yang berasal dari Matahari.
• Eksosfer adalah zona penyebaran udara. Di sini, konsentrasi gas kecil dan pelepasan bertahap mereka ke ruang antarplanet terjadi.

Batas antara atmosfer bumi dan luar angkasa dianggap sebagai garis 100 km. Garis ini disebut garis Karman.

tekanan atmosfir

Mendengarkan ramalan cuaca, kita sering mendengar pembacaan tekanan udara. Tapi apa arti tekanan atmosfer, dan bagaimana pengaruhnya terhadap kita?

Kami menemukan bahwa udara terdiri dari gas dan kotoran. Masing-masing komponen ini memiliki bobotnya sendiri, yang berarti bahwa atmosfer tidak tanpa bobot, seperti yang diyakini hingga abad ke-17. Tekanan atmosfer adalah gaya yang dengannya semua lapisan atmosfer menekan permukaan bumi dan semua benda.

Para ilmuwan melakukan perhitungan rumit dan membuktikan bahwa atmosfer menekan area seluas satu meter persegi dengan gaya 10.333 kg. Ini berarti bahwa tubuh manusia tunduk pada tekanan udara, yang beratnya 12-15 ton. Mengapa kita tidak merasakannya? Ini menyelamatkan kita dari tekanan internal, yang menyeimbangkan tekanan eksternal. Anda dapat merasakan tekanan atmosfer saat berada di pesawat terbang atau di pegunungan, karena tekanan atmosfer di ketinggian jauh lebih sedikit. Dalam hal ini, ketidaknyamanan fisik, telinga tersumbat, pusing mungkin terjadi.

Banyak yang bisa dikatakan tentang suasana di sekitar. Kami tahu banyak fakta menarik tentang dia, dan beberapa di antaranya mungkin tampak mengejutkan:

• Berat atmosfer bumi adalah 5.300.000.000.000.000.000 ton.
• Ini berkontribusi pada transmisi suara. Pada ketinggian lebih dari 100 km, properti ini menghilang karena perubahan komposisi atmosfer.
• Pergerakan atmosfer dipicu oleh pemanasan permukaan bumi yang tidak merata.
• Termometer digunakan untuk mengukur suhu udara, dan barometer digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer.
• Kehadiran atmosfer menyelamatkan planet kita dari 100 ton meteorit setiap hari.
• Komposisi udara tetap selama beberapa ratus juta tahun, tetapi mulai berubah dengan dimulainya aktivitas industri yang cepat.
• Diyakini bahwa atmosfer meluas ke atas hingga ketinggian 3000 km.

Nilai atmosfer bagi manusia

Zona fisiologis atmosfer adalah 5 km. Pada ketinggian 5.000 m di atas permukaan laut, seseorang mulai menunjukkan kelaparan oksigen, yang diekspresikan dalam penurunan kapasitas kerjanya dan penurunan kesejahteraan. Ini menunjukkan bahwa seseorang tidak dapat bertahan hidup di ruang di mana campuran gas yang menakjubkan ini tidak ada.

Semua informasi dan fakta tentang atmosfer hanya menegaskan pentingnya bagi manusia. Berkat kehadirannya, kemungkinan perkembangan kehidupan di Bumi muncul. Sudah hari ini, setelah menilai sejauh mana kerusakan yang dapat ditimbulkan umat manusia dengan tindakannya di udara yang memberi kehidupan, kita harus memikirkan langkah-langkah lebih lanjut untuk melestarikan dan memulihkan atmosfer.

Pada permukaan laut 1013,25 hPa (sekitar 760 mmHg). Suhu udara rata-rata global di permukaan bumi adalah 15°C, sedangkan suhu bervariasi dari sekitar 57°C di gurun subtropis hingga -89°C di Antartika. Kepadatan dan tekanan udara berkurang dengan ketinggian menurut hukum yang mendekati eksponensial.

Struktur atmosfer. Secara vertikal, atmosfer memiliki struktur berlapis, terutama ditentukan oleh fitur distribusi suhu vertikal (gambar), yang tergantung pada lokasi geografis, musim, waktu, dan sebagainya. Lapisan bawah atmosfer - troposfer - ditandai dengan penurunan suhu dengan ketinggian (sekitar 6 ° C per 1 km), tingginya dari 8-10 km di garis lintang kutub hingga 16-18 km di daerah tropis. Karena penurunan yang cepat dalam kepadatan udara dengan ketinggian, sekitar 80% dari total massa atmosfer berada di troposfer. Di atas troposfer adalah stratosfer - lapisan yang secara umum dicirikan oleh peningkatan suhu dengan ketinggian. Lapisan transisi antara troposfer dan stratosfer disebut tropopause. Di stratosfer yang lebih rendah, hingga tingkat sekitar 20 km, suhu berubah sedikit dengan ketinggian (yang disebut wilayah isotermal) dan seringkali bahkan sedikit menurun. Di atas, suhu naik karena penyerapan radiasi UV dari Matahari oleh ozon, lambat pada awalnya, dan lebih cepat dari level 34-36 km. Batas atas stratosfer - stratopause - terletak di ketinggian 50-55 km, sesuai dengan suhu maksimum (260-270 K). Lapisan atmosfer, yang terletak di ketinggian 55-85 km, di mana suhu turun lagi dengan ketinggian, disebut mesosfer, pada batas atasnya - mesopause - suhu mencapai 150-160 K di musim panas, dan 200- 230 K di musim dingin. Termosfer dimulai di atas mesopause - lapisan, ditandai dengan peningkatan suhu yang cepat, mencapai nilai 800-1200 K pada ketinggian 250 km. Radiasi sel dan sinar-X Matahari adalah diserap di termosfer, meteor melambat dan terbakar, sehingga melakukan fungsi lapisan pelindung bumi. Bahkan lebih tinggi adalah eksosfer, dari mana gas-gas atmosfer dihamburkan ke ruang dunia karena disipasi dan di mana transisi bertahap dari atmosfer ke ruang antarplanet terjadi.

Komposisi atmosfer. Hingga ketinggian sekitar 100 km, atmosfer praktis homogen dalam komposisi kimia dan berat molekul rata-rata udara (sekitar 29) konstan di dalamnya. Dekat permukaan bumi, atmosfer terdiri dari nitrogen (sekitar 78,1% volume) dan oksigen (sekitar 20,9%), dan juga mengandung sejumlah kecil argon, karbon dioksida (karbon dioksida), neon, dan komponen konstan dan variabel lainnya (lihat udara).

Selain itu, atmosfer mengandung sejumlah kecil ozon, nitrogen oksida, amonia, radon, dll. Kandungan relatif dari komponen utama udara adalah konstan dari waktu ke waktu dan seragam di wilayah geografis yang berbeda. Kandungan uap air dan ozon bervariasi dalam ruang dan waktu; meskipun kandungannya rendah, peran mereka dalam proses atmosfer sangat signifikan.

Di atas 100-110 km, terjadi disosiasi molekul oksigen, karbon dioksida, dan uap air, sehingga berat molekul udara berkurang. Pada ketinggian sekitar 1000 km, gas ringan - helium dan hidrogen - mulai mendominasi, dan bahkan lebih tinggi, atmosfer bumi secara bertahap berubah menjadi gas antarplanet.

Komponen variabel atmosfer yang paling penting adalah uap air, yang masuk ke atmosfer melalui penguapan dari permukaan air dan tanah yang lembab, serta melalui transpirasi oleh tanaman. Kandungan relatif uap air bervariasi di dekat permukaan bumi dari 2,6% di daerah tropis hingga 0,2% di garis lintang kutub. Dengan ketinggian, ia dengan cepat jatuh, berkurang setengahnya pada ketinggian 1,5-2 km. Kolom vertikal atmosfer pada garis lintang sedang mengandung sekitar 1,7 cm dari "lapisan air yang diendapkan". Ketika uap air mengembun, awan terbentuk, dari mana presipitasi atmosfer jatuh dalam bentuk hujan, hujan es, dan salju.

Komponen penting dari udara atmosfer adalah ozon, 90% terkonsentrasi di stratosfer (antara 10 dan 50 km), sekitar 10% di troposfer. Ozon menyediakan penyerapan radiasi UV keras (dengan panjang gelombang kurang dari 290 nm), dan ini adalah peran pelindungnya bagi biosfer. Nilai kandungan ozon total bervariasi tergantung pada garis lintang dan musim, berkisar antara 0,22 hingga 0,45 cm (ketebalan lapisan ozon pada tekanan p= 1 atm dan suhu T = 0°C). Di lubang ozon yang diamati pada musim semi di Antartika sejak awal 1980-an, kandungan ozon bisa turun hingga 0,07 cm, tumbuh di lintang tinggi. Komponen variabel penting dari atmosfer adalah karbon dioksida, yang kandungannya di atmosfer telah meningkat sebesar 35% selama 200 tahun terakhir, yang terutama dijelaskan oleh faktor antropogenik. Variabilitas garis lintang dan musimnya diamati, terkait dengan fotosintesis tanaman dan kelarutan dalam air laut (menurut hukum Henry, kelarutan gas dalam air menurun dengan meningkatnya suhu).

Peran penting dalam pembentukan iklim planet dimainkan oleh aerosol atmosfer - partikel padat dan cair yang tersuspensi di udara dengan ukuran mulai dari beberapa nm hingga puluhan mikron. Ada aerosol yang berasal dari alam dan antropogenik. Aerosol terbentuk dalam proses reaksi fase gas dari produk kehidupan tanaman dan aktivitas ekonomi manusia, letusan gunung berapi, sebagai akibat dari debu yang diangkat oleh angin dari permukaan planet, terutama dari daerah gurunnya, dan merupakan juga terbentuk dari debu kosmik yang memasuki atmosfer atas. Sebagian besar aerosol terkonsentrasi di troposfer; aerosol dari letusan gunung berapi membentuk lapisan yang disebut Junge pada ketinggian sekitar 20 km. Jumlah terbesar aerosol antropogenik memasuki atmosfer sebagai akibat dari pengoperasian kendaraan dan pembangkit listrik termal, industri kimia, pembakaran bahan bakar, dll. Oleh karena itu, di beberapa daerah komposisi atmosfer sangat berbeda dari udara biasa, yang memerlukan penciptaan suatu dinas khusus untuk pemantauan dan pengendalian tingkat pencemaran udara atmosfer.

Evolusi atmosfer. Atmosfer modern tampaknya berasal dari sekunder: ia terbentuk dari gas yang dilepaskan oleh cangkang padat Bumi setelah pembentukan planet selesai sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Selama sejarah geologis Bumi, atmosfer telah mengalami perubahan signifikan dalam komposisinya di bawah pengaruh sejumlah faktor: disipasi (penguapan) gas, terutama yang lebih ringan, ke luar angkasa; pelepasan gas dari litosfer sebagai akibat dari aktivitas gunung berapi; reaksi kimia antara komponen atmosfer dengan batuan penyusun kerak bumi; reaksi fotokimia di atmosfer itu sendiri di bawah pengaruh radiasi UV matahari; pertambahan (penangkapan) materi media antarplanet (misalnya, materi meteorik). Perkembangan atmosfer berhubungan erat dengan proses geologi dan geokimia, dan selama 3-4 miliar tahun terakhir juga dengan aktivitas biosfer. Sebagian besar gas yang membentuk atmosfer modern (nitrogen, karbon dioksida, uap air) muncul selama aktivitas gunung berapi dan intrusi, yang membawanya keluar dari kedalaman Bumi. Oksigen muncul dalam jumlah yang cukup besar sekitar 2 miliar tahun yang lalu sebagai akibat dari aktivitas organisme fotosintetik yang awalnya berasal dari permukaan air laut.

Berdasarkan data komposisi kimia endapan karbonat, diperoleh perkiraan jumlah karbon dioksida dan oksigen di atmosfer geologis masa lalu. Sepanjang Fanerozoikum (570 juta tahun terakhir sejarah Bumi), jumlah karbon dioksida di atmosfer sangat bervariasi, sesuai dengan tingkat aktivitas gunung berapi, suhu laut, dan fotosintesis. Sebagian besar waktu ini, konsentrasi karbon dioksida di atmosfer secara signifikan lebih tinggi daripada yang sekarang (hingga 10 kali lipat). Jumlah oksigen di atmosfer Fanerozoikum berubah secara signifikan, dan kecenderungan untuk meningkatkannya berlaku. Di atmosfer Prakambrium, massa karbon dioksida, sebagai suatu peraturan, lebih besar, dan massa oksigen, lebih kecil daripada di atmosfer Fanerozoikum. Fluktuasi jumlah karbon dioksida memiliki dampak signifikan pada iklim di masa lalu, meningkatkan efek rumah kaca dengan peningkatan konsentrasi karbon dioksida, yang menyebabkan iklim selama bagian utama Fanerozoikum jauh lebih hangat daripada di zaman modern.

suasana dan kehidupan. Tanpa atmosfer, Bumi akan menjadi planet mati. Kehidupan organik berlangsung dalam interaksi yang erat dengan atmosfer dan iklim serta cuaca yang terkait dengannya. Tidak signifikan dalam massa dibandingkan dengan planet secara keseluruhan (sekitar sepersejuta bagian), atmosfer adalah sine qua non untuk semua bentuk kehidupan. Oksigen, nitrogen, uap air, karbon dioksida, dan ozon adalah gas atmosfer yang paling penting bagi kehidupan organisme. Ketika karbon dioksida diserap oleh tanaman fotosintesis, bahan organik dibuat yang digunakan sebagai sumber energi oleh sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia. Oksigen diperlukan untuk keberadaan organisme aerobik, yang pasokan energinya disediakan oleh reaksi oksidasi bahan organik. Nitrogen, diasimilasi oleh beberapa mikroorganisme (pengikat nitrogen), diperlukan untuk nutrisi mineral tanaman. Ozon, yang menyerap radiasi UV matahari yang keras, secara signifikan melemahkan bagian radiasi matahari yang mengancam jiwa ini. Kondensasi uap air di atmosfer, pembentukan awan dan presipitasi selanjutnya memasok air ke daratan, yang tanpanya tidak ada bentuk kehidupan yang mungkin terjadi. Aktivitas vital organisme di hidrosfer sangat ditentukan oleh jumlah dan komposisi kimia gas atmosfer yang terlarut dalam air. Karena komposisi kimia atmosfer sangat bergantung pada aktivitas organisme, biosfer dan atmosfer dapat dianggap sebagai bagian dari satu sistem, pemeliharaan dan evolusinya (lihat siklus Biogeokimia) sangat penting untuk mengubah komposisi atmosfer. atmosfer sepanjang sejarah Bumi sebagai planet.

Radiasi, panas, dan keseimbangan air di atmosfer. Radiasi matahari praktis merupakan satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik di atmosfer. Fitur utama dari rezim radiasi atmosfer adalah apa yang disebut efek rumah kaca: atmosfer mentransmisikan radiasi matahari ke permukaan bumi dengan cukup baik, tetapi secara aktif menyerap radiasi gelombang panjang termal dari permukaan bumi, yang sebagian kembali ke atmosfer. permukaan dalam bentuk counter radiation yang mengkompensasi kehilangan panas radiasi dari permukaan bumi (lihat Radiasi atmosfer). Tanpa atmosfer, suhu rata-rata permukaan bumi adalah -18°C, kenyataannya 15°C. Radiasi matahari yang masuk sebagian (sekitar 20%) diserap ke atmosfer (terutama oleh uap air, tetesan air, karbon dioksida, ozon, dan aerosol), dan juga dihamburkan (sekitar 7%) oleh partikel aerosol dan fluktuasi densitas (hamburan Rayleigh) . Radiasi total, yang mencapai permukaan bumi, sebagian (sekitar 23%) dipantulkan darinya. Reflektansi ditentukan oleh reflektifitas permukaan di bawahnya, yang disebut albedo. Rata-rata, albedo Bumi untuk fluks radiasi matahari integral mendekati 30%. Ini bervariasi dari beberapa persen (tanah kering dan tanah hitam) hingga 70-90% untuk salju yang baru turun. Pertukaran panas radiasi antara permukaan bumi dan atmosfer pada dasarnya tergantung pada albedo dan ditentukan oleh radiasi efektif permukaan bumi dan counter-radiasi atmosfer yang diserap olehnya. Jumlah aljabar fluks radiasi yang memasuki atmosfer bumi dari luar angkasa dan meninggalkannya kembali disebut keseimbangan radiasi.

Keseimbangan air atmosfer secara keseluruhan sesuai dengan kesetaraan jumlah uap air yang diuapkan dari permukaan bumi, jumlah curah hujan yang jatuh di permukaan bumi. Atmosfer di atas lautan menerima lebih banyak uap air dari proses penguapan daripada di atas daratan, dan kehilangan 90% dalam bentuk presipitasi. Uap air berlebih di atas lautan dibawa ke benua oleh arus udara. Jumlah uap air yang diangkut ke atmosfer dari lautan ke benua sama dengan volume aliran sungai yang mengalir ke lautan.

pergerakan udara. Bumi memiliki bentuk bulat, jauh lebih sedikit radiasi matahari yang datang ke lintang tinggi daripada di daerah tropis. Akibatnya, kontras suhu yang besar muncul di antara garis lintang. Posisi relatif lautan dan benua juga secara signifikan mempengaruhi distribusi suhu. Karena massa air laut yang besar dan kapasitas panas air yang tinggi, fluktuasi musiman pada suhu permukaan laut jauh lebih sedikit daripada di daratan. Dalam hal ini, di garis lintang menengah dan tinggi, suhu udara di atas lautan terasa lebih rendah di musim panas daripada di atas benua, dan lebih tinggi di musim dingin.

Pemanasan atmosfer yang tidak merata di berbagai wilayah di dunia menyebabkan distribusi tekanan atmosfer yang tidak seragam di ruang angkasa. Di permukaan laut, distribusi tekanan ditandai dengan nilai yang relatif rendah di dekat khatulistiwa, peningkatan subtropis (sabuk tekanan tinggi), dan penurunan garis lintang menengah dan tinggi. Pada saat yang sama, di atas benua garis lintang ekstratropis, tekanan biasanya meningkat di musim dingin, dan diturunkan di musim panas, yang terkait dengan distribusi suhu. Di bawah aksi gradien tekanan, udara mengalami percepatan yang diarahkan dari area bertekanan tinggi ke area bertekanan rendah, yang mengarah pada pergerakan massa udara. Massa udara yang bergerak juga dipengaruhi oleh gaya defleksi rotasi bumi (gaya Coriolis), gaya gesekan, yang berkurang dengan ketinggian, dan dalam kasus lintasan lengkung, gaya sentrifugal. Yang sangat penting adalah percampuran udara yang bergolak (lihat Turbulensi di atmosfer).

Sistem arus udara yang kompleks (sirkulasi umum atmosfer) dikaitkan dengan distribusi tekanan planet. Di bidang meridional, rata-rata, dua atau tiga sel sirkulasi meridional dilacak. Di dekat khatulistiwa, udara panas naik dan turun di daerah subtropis, membentuk sel Hadley. Udara sel Ferrell terbalik juga turun di sana. Di lintang tinggi, sel kutub langsung sering dilacak. Kecepatan sirkulasi meridional berada pada orde 1 m/s atau kurang. Karena aksi gaya Coriolis, angin barat diamati di sebagian besar atmosfer dengan kecepatan di troposfer tengah sekitar 15 m/s. Ada sistem angin yang relatif stabil. Ini termasuk angin pasat - angin bertiup dari sabuk bertekanan tinggi di subtropis ke khatulistiwa dengan komponen timur yang terlihat jelas (dari timur ke barat). Musim hujan cukup stabil - arus udara yang memiliki karakter musiman yang jelas: bertiup dari laut ke daratan di musim panas dan ke arah yang berlawanan di musim dingin. Musim hujan di Samudra Hindia sangat teratur. Di garis lintang tengah, pergerakan massa udara terutama ke barat (dari barat ke timur). Ini adalah zona front atmosfer, di mana pusaran besar muncul - siklon dan antisiklon, yang mencakup ratusan dan bahkan ribuan kilometer. Siklon juga terjadi di daerah tropis; di sini mereka berbeda dalam ukuran yang lebih kecil, tetapi kecepatan angin yang sangat tinggi, mencapai kekuatan badai (33 m/s atau lebih), yang disebut siklon tropis. Di Atlantik dan Pasifik timur disebut badai, dan di Pasifik barat disebut topan. Di troposfer atas dan stratosfer bawah, di daerah yang memisahkan sel langsung dari sirkulasi meridional Hadley dan sel Ferrel terbalik, aliran jet dengan lebar yang relatif sempit, ratusan kilometer sering diamati dengan batas yang jelas, di mana angin mencapai 100 -150 dan bahkan 200 m/ dari.

Iklim dan cuaca. Perbedaan jumlah radiasi matahari yang datang pada garis lintang yang berbeda ke permukaan bumi, yang memiliki sifat fisik yang beragam, menentukan keragaman iklim bumi. Dari khatulistiwa hingga garis lintang tropis, suhu udara di dekat permukaan bumi rata-rata 25-30 ° C dan sedikit berubah sepanjang tahun. Di zona khatulistiwa, banyak curah hujan biasanya turun, yang menciptakan kondisi kelembaban yang berlebihan di sana. Di zona tropis, jumlah curah hujan berkurang dan di beberapa daerah menjadi sangat kecil. Berikut adalah gurun yang luas di Bumi.

Di garis lintang subtropis dan menengah, suhu udara bervariasi secara signifikan sepanjang tahun, dan perbedaan antara suhu musim panas dan musim dingin sangat besar di daerah benua yang jauh dari lautan. Jadi, di beberapa wilayah Siberia Timur, amplitudo tahunan suhu udara mencapai 65 °С. Kondisi pelembapan di garis lintang ini sangat beragam, terutama bergantung pada rezim sirkulasi umum atmosfer, dan bervariasi secara signifikan dari tahun ke tahun.

Di garis lintang kutub, suhu tetap rendah sepanjang tahun, bahkan jika ada variasi musiman yang nyata. Ini berkontribusi pada penyebaran luas lapisan es di lautan dan daratan dan lapisan es, menempati lebih dari 65% wilayah Rusia, terutama di Siberia.

Selama beberapa dekade terakhir, perubahan iklim global menjadi semakin nyata. Suhu naik lebih banyak di lintang tinggi daripada di lintang rendah; lebih banyak di musim dingin daripada di musim panas; lebih banyak pada malam hari daripada siang hari. Selama abad ke-20, suhu udara tahunan rata-rata di dekat permukaan bumi di Rusia meningkat 1,5-2 ° C, dan di beberapa wilayah Siberia peningkatan beberapa derajat diamati. Hal ini terkait dengan peningkatan efek rumah kaca karena peningkatan konsentrasi pengotor gas kecil.

Cuaca ditentukan oleh kondisi sirkulasi atmosfer dan letak geografis wilayah, paling stabil di daerah tropis dan paling mudah berubah di lintang menengah dan tinggi. Yang terpenting, cuaca berubah di zona perubahan massa udara, karena lewatnya front atmosfer, siklon dan antisiklon, membawa curah hujan dan meningkatnya angin. Data untuk prakiraan cuaca dikumpulkan dari stasiun cuaca berbasis darat, kapal dan pesawat terbang, dan satelit meteorologi. Lihat juga meteorologi.

Fenomena optik, akustik, dan listrik di atmosfer. Ketika radiasi elektromagnetik menyebar di atmosfer, sebagai akibat dari pembiasan, penyerapan, dan hamburan cahaya oleh udara dan berbagai partikel (aerosol, kristal es, tetesan air), berbagai fenomena optik muncul: pelangi, mahkota, halo, fatamorgana, dll. Cahaya hamburan menentukan ketinggian yang tampak dari cakrawala dan warna biru langit. Rentang visibilitas objek ditentukan oleh kondisi perambatan cahaya di atmosfer (lihat Visibilitas atmosfer). Transparansi atmosfer pada panjang gelombang yang berbeda menentukan jangkauan komunikasi dan kemungkinan mendeteksi objek dengan instrumen, termasuk kemungkinan pengamatan astronomi dari permukaan bumi. Untuk studi ketidakhomogenan optik di stratosfer dan mesosfer, fenomena senja memainkan peran penting. Misalnya, memotret senja dari pesawat ruang angkasa memungkinkan untuk mendeteksi lapisan aerosol. Fitur perambatan radiasi elektromagnetik di atmosfer menentukan keakuratan metode penginderaan jauh dari parameternya. Semua pertanyaan ini, seperti banyak pertanyaan lainnya, dipelajari oleh optik atmosfer. Pembiasan dan hamburan gelombang radio menentukan kemungkinan penerimaan radio (lihat Perambatan gelombang radio).

Perambatan suara di atmosfer tergantung pada distribusi spasial suhu dan kecepatan angin (lihat Akustik atmosfer). Hal ini menarik untuk penginderaan jauh atmosfer. Ledakan muatan yang diluncurkan oleh roket ke atmosfer bagian atas memberikan banyak informasi tentang sistem angin dan perjalanan suhu di stratosfer dan mesosfer. Dalam atmosfer berlapis yang stabil, ketika suhu turun dengan ketinggian lebih lambat dari gradien adiabatik (9,8 K/km), yang disebut gelombang internal muncul. Gelombang ini dapat merambat ke atas ke stratosfer dan bahkan ke mesosfer, di mana mereka melemah, berkontribusi terhadap peningkatan angin dan turbulensi.

Muatan negatif Bumi dan medan listrik yang ditimbulkannya, atmosfer, bersama dengan ionosfer dan magnetosfer yang bermuatan listrik, menciptakan sirkuit listrik global. Peran penting dimainkan oleh pembentukan awan dan listrik petir. Bahaya pelepasan petir mengharuskan pengembangan metode untuk proteksi petir bangunan, struktur, saluran listrik dan komunikasi. Fenomena ini sangat berbahaya bagi penerbangan. Pelepasan petir menyebabkan gangguan radio atmosfer, yang disebut atmosfer (lihat Atmosfer bersiul). Selama peningkatan tajam dalam kekuatan medan listrik, pelepasan bercahaya diamati yang muncul pada titik dan sudut tajam benda yang menonjol di atas permukaan bumi, pada puncak individu di pegunungan, dll. (Lampu Elma). Atmosfer selalu mengandung jumlah ion ringan dan berat yang sangat bervariasi, tergantung pada kondisi spesifik, yang menentukan konduktivitas listrik atmosfer. Pengion udara utama di dekat permukaan bumi adalah radiasi zat radioaktif yang terkandung di kerak bumi dan di atmosfer, serta sinar kosmik. Lihat juga listrik atmosfer.

Pengaruh manusia di atmosfer. Selama berabad-abad terakhir, telah terjadi peningkatan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer akibat aktivitas manusia. Persentase karbon dioksida meningkat dari 2,8-10 2 dua ratus tahun yang lalu menjadi 3,8-10 2 pada tahun 2005, kandungan metana - dari 0,7-10 1 sekitar 300-400 tahun yang lalu menjadi 1,8-10 -4 pada awal abad ke 21; sekitar 20% dari peningkatan efek rumah kaca selama abad yang lalu diberikan oleh freon, yang praktis tidak ada di atmosfer sampai pertengahan abad ke-20. Zat-zat ini diakui sebagai perusak ozon stratosfer dan produksinya dilarang oleh Protokol Montreal 1987. Peningkatan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer disebabkan oleh pembakaran batu bara, minyak, gas dan bahan bakar karbon lainnya dalam jumlah yang terus meningkat, serta penggundulan hutan, yang mengurangi penyerapan karbon dioksida melalui fotosintesis. Konsentrasi metana meningkat dengan pertumbuhan produksi minyak dan gas (karena kerugiannya), serta dengan perluasan tanaman padi dan peningkatan jumlah ternak. Semua ini berkontribusi pada pemanasan iklim.

Untuk mengubah cuaca, metode pengaruh aktif pada proses atmosfer telah dikembangkan. Mereka digunakan untuk melindungi tanaman pertanian dari kerusakan akibat hujan es dengan menyebarkan reagen khusus di awan petir. Ada juga metode untuk menghilangkan kabut di bandara, melindungi tanaman dari embun beku, mempengaruhi awan untuk meningkatkan curah hujan di tempat yang tepat, atau menyebarkan awan pada saat peristiwa massal.

Studi atmosfer. Informasi tentang proses fisik di atmosfer diperoleh terutama dari pengamatan meteorologi, yang dilakukan oleh jaringan global stasiun dan pos meteorologi permanen yang terletak di semua benua dan di banyak pulau. Pengamatan harian memberikan informasi tentang suhu dan kelembaban udara, tekanan atmosfer dan curah hujan, kekeruhan, angin, dll. Pengamatan radiasi matahari dan transformasinya dilakukan di stasiun aktinometrik. Jaringan stasiun aerologi sangat penting untuk mempelajari atmosfer, di mana pengukuran meteorologi dilakukan dengan bantuan radiosonde hingga ketinggian 30-35 km. Di sejumlah stasiun, pengamatan dilakukan terhadap ozon atmosfer, fenomena kelistrikan di atmosfer, dan komposisi kimia udara.

Data dari stasiun bumi dilengkapi dengan pengamatan di lautan, di mana "kapal cuaca" beroperasi, secara permanen terletak di area tertentu di Samudra Dunia, serta informasi meteorologi yang diterima dari penelitian dan kapal lain.

Dalam beberapa dekade terakhir, semakin banyak informasi tentang atmosfer diperoleh dengan bantuan satelit meteorologi, yang dilengkapi dengan instrumen untuk memotret awan dan mengukur fluks radiasi ultraviolet, inframerah, dan gelombang mikro dari Matahari. Satelit memungkinkan untuk memperoleh informasi tentang profil suhu vertikal, kekeruhan dan kandungan airnya, elemen keseimbangan radiasi atmosfer, suhu permukaan laut, dll. Dengan menggunakan pengukuran pembiasan sinyal radio dari sistem satelit navigasi, dimungkinkan untuk menentukan profil vertikal kepadatan, tekanan dan suhu, serta kadar air di atmosfer. Dengan bantuan satelit, menjadi mungkin untuk mengklarifikasi nilai konstanta matahari dan albedo planet Bumi, membangun peta keseimbangan radiasi sistem atmosfer-Bumi, mengukur kandungan dan variabilitas pengotor atmosfer kecil, dan memecahkan banyak masalah lain dari fisika atmosfer dan pemantauan lingkungan.

Lit.: Budyko M. I. Iklim di masa lalu dan masa depan. L., 1980; Matveev L. T. Kursus meteorologi umum. Fisika atmosfer. edisi ke-2 L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Sejarah atmosfer. L., 1985; Khrgian A.Kh.Fisika Atmosfer. M., 1986; Suasana: Sebuah Buku Pegangan. L., 1991; Khromov S. P., Petrosyants M. A. Meteorologi dan klimatologi. edisi ke-5. M., 2001.

G.S. Golitsyn, N.A. Zaitseva.

Komposisi atmosfer. Cangkang udara planet kita - suasana melindungi permukaan bumi dari efek berbahaya pada organisme hidup dari radiasi ultraviolet dari Matahari. Ini juga melindungi Bumi dari partikel kosmik - debu dan meteorit.

Atmosfer terdiri dari campuran mekanis gas: 78% volumenya adalah nitrogen, 21% adalah oksigen, dan kurang dari 1% adalah helium, argon, kripton, dan gas inert lainnya. Jumlah oksigen dan nitrogen di udara praktis tidak berubah, karena nitrogen hampir tidak masuk ke dalam senyawa dengan zat lain, dan oksigen, yang, meskipun sangat aktif dan dihabiskan untuk respirasi, oksidasi, dan pembakaran, terus diisi ulang oleh tanaman.

Hingga ketinggian sekitar 100 km, persentase gas-gas ini praktis tidak berubah. Ini disebabkan oleh fakta bahwa udara terus-menerus bercampur.

Selain gas-gas ini, atmosfer mengandung sekitar 0,03% karbon dioksida, yang biasanya terkonsentrasi di dekat permukaan bumi dan didistribusikan secara tidak merata: di kota-kota, pusat industri, dan area aktivitas gunung berapi, jumlahnya meningkat.

Selalu ada sejumlah kotoran di atmosfer - uap air dan debu. Kandungan uap air tergantung pada suhu udara: semakin tinggi suhu, semakin banyak uap yang dikandung udara. Karena adanya uap air di udara, fenomena atmosfer seperti pelangi, pembiasan sinar matahari, dll. mungkin terjadi.

Debu memasuki atmosfer selama letusan gunung berapi, badai pasir dan debu, dengan pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna di pembangkit listrik termal, dll.

Struktur atmosfer. Kepadatan atmosfer berubah dengan ketinggian: tertinggi di permukaan bumi, dan berkurang saat naik. Jadi, pada ketinggian 5,5 km, kepadatan atmosfer adalah 2 kali, dan pada ketinggian 11 km - 4 kali lebih kecil daripada di lapisan permukaan.

Tergantung pada kepadatan, komposisi dan sifat gas, atmosfer dibagi menjadi lima lapisan konsentris (Gbr. 34).

Beras. 34. Bagian vertikal atmosfer (stratifikasi atmosfer)

1. Lapisan bawah disebut troposfer. Batas atasnya membentang pada ketinggian 8-10 km di kutub dan 16-18 km di khatulistiwa. Troposfer mengandung hingga 80% dari total massa atmosfer dan hampir semua uap air.

Suhu udara di troposfer menurun dengan ketinggian sebesar 0,6 °C setiap 100 m dan pada batas atasnya adalah -45-55 °C.

Udara di troposfer terus bercampur, bergerak ke arah yang berbeda. Hanya di sini kabut, hujan, hujan salju, badai petir, badai, dan fenomena cuaca lainnya diamati.

2. Di atas terletak stratosfir, yang memanjang hingga ketinggian 50-55 km. Kepadatan dan tekanan udara di stratosfer dapat diabaikan. Udara yang dijernihkan terdiri dari gas yang sama seperti di troposfer, tetapi mengandung lebih banyak ozon. Konsentrasi ozon tertinggi diamati pada ketinggian 15-30 km. Suhu di stratosfer naik dengan ketinggian dan mencapai 0 °C atau lebih pada batas atasnya. Ini disebabkan oleh fakta bahwa ozon menyerap bagian panjang gelombang pendek dari energi matahari, akibatnya udara memanas.

3. Di atas stratosfer terletak mesosfer, memanjang hingga ketinggian 80 km. Di dalamnya, suhu turun lagi dan mencapai -90 ° C. Kepadatan udara di sana 200 kali lebih kecil daripada di permukaan bumi.

4. Di atas mesosfer adalah termosfer(dari 80 hingga 800 km). Suhu di lapisan ini naik: pada ketinggian 150 km hingga 220 °C; pada ketinggian 600 km sampai 1500 °C. Gas atmosfer (nitrogen dan oksigen) berada dalam keadaan terionisasi. Di bawah aksi radiasi matahari gelombang pendek, elektron individu terlepas dari kulit atom. Akibatnya, di lapisan ini - ionosfir lapisan partikel bermuatan muncul. Lapisan terpadat mereka berada pada ketinggian 300-400 km. Karena kepadatannya yang rendah, sinar matahari tidak menyebar di sana, sehingga langit menjadi hitam, bintang-bintang dan planet-planet bersinar terang di atasnya.

Di ionosfer ada lampu kutub, arus listrik yang kuat terbentuk, yang menyebabkan gangguan pada medan magnet bumi.

5. Di atas 800 km, kulit terluar terletak - eksosfer. Kecepatan pergerakan partikel individu di eksosfer mendekati yang kritis - 11,2 mm/s, sehingga partikel individu dapat mengatasi gravitasi bumi dan melarikan diri ke ruang dunia.

Nilai atmosfer. Peran atmosfer dalam kehidupan planet kita sangat luar biasa. Tanpa itu, Bumi akan mati. Atmosfer melindungi permukaan bumi dari pemanasan dan pendinginan yang intens. Pengaruhnya dapat disamakan dengan peran kaca di rumah kaca: untuk membiarkan sinar matahari masuk dan mencegah panas keluar.

Atmosfer melindungi organisme hidup dari gelombang pendek dan radiasi sel-sel Matahari. Atmosfer adalah lingkungan di mana fenomena cuaca terjadi, yang dengannya semua aktivitas manusia terkait. Studi tentang cangkang ini dilakukan di stasiun meteorologi. Siang dan malam, dalam cuaca apa pun, ahli meteorologi memantau keadaan atmosfer yang lebih rendah. Empat kali sehari, dan di banyak stasiun setiap jam mereka mengukur suhu, tekanan, kelembaban udara, mencatat kekeruhan, arah dan kecepatan angin, curah hujan, fenomena listrik dan suara di atmosfer. Stasiun meteorologi terletak di mana-mana: di Antartika dan di hutan hujan tropis, di pegunungan tinggi dan di hamparan tundra yang luas. Pengamatan juga dilakukan di lautan dari kapal yang dibuat khusus.

Dari 30-an. abad ke-20 pengamatan dimulai di atmosfer bebas. Mereka mulai meluncurkan radiosonde, yang naik ke ketinggian 25-35 km, dan dengan bantuan peralatan radio mengirimkan informasi ke Bumi tentang suhu, tekanan, kelembaban udara, dan kecepatan angin. Saat ini, roket dan satelit meteorologi juga banyak digunakan. Yang terakhir memiliki instalasi televisi yang mengirimkan gambar permukaan bumi dan awan.

| |
5. Cangkang udara bumi31. Pemanasan atmosfer