Lapisan atmosfer tertinggi. atmosfer bumi

Peran atmosfer dalam kehidupan bumi

Atmosfer merupakan sumber oksigen yang dihirup manusia. Namun, saat Anda naik ke ketinggian, tekanan atmosfer total turun, yang menyebabkan penurunan tekanan parsial oksigen.

Paru-paru manusia mengandung sekitar tiga liter udara alveolar. Jika tekanan atmosfer normal, maka tekanan parsial oksigen di udara alveolus akan menjadi 11 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan oksigen menurun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru akan tetap konstan – sekitar 87 mm Hg. Seni. Ketika tekanan udara sama dengan nilai ini, oksigen akan berhenti mengalir ke paru-paru.

Akibat penurunan tekanan atmosfer pada ketinggian 20 km, air dan cairan interstisial dalam tubuh manusia akan mendidih di sini. Jika Anda tidak menggunakan kabin bertekanan, pada ketinggian seperti itu seseorang akan mati seketika. Oleh karena itu, jika dilihat dari ciri fisiologis tubuh manusia, “ruang” tersebut berasal dari ketinggian 20 km di atas permukaan laut.

Peranan atmosfer dalam kehidupan bumi sangatlah besar. Misalnya, berkat lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer, manusia terlindungi dari paparan radiasi. Di luar angkasa, di udara yang dijernihkan, pada ketinggian lebih dari 36 km, radiasi pengion bekerja. Pada ketinggian lebih dari 40 km - ultraviolet.

Ketika naik di atas permukaan bumi hingga ketinggian lebih dari 90-100 km, fenomena yang biasa diamati manusia di lapisan atmosfer bawah akan melemah secara bertahap dan kemudian lenyap sepenuhnya:

Tidak ada suara yang merambat.

Tidak ada gaya atau hambatan aerodinamis.

Panas tidak berpindah secara konveksi, dll.

Lapisan atmosfer melindungi bumi dan seluruh organisme hidup dari radiasi kosmik, dari meteorit, dan bertanggung jawab untuk mengatur fluktuasi suhu musiman, menyeimbangkan dan meratakan siklus harian. Dengan tidak adanya atmosfer di Bumi, suhu harian akan berfluktuasi dalam kisaran +/-200C˚. Lapisan atmosfer adalah “penyangga” pemberi kehidupan antara permukaan bumi dan ruang angkasa, pembawa kelembaban dan panas; proses fotosintesis dan pertukaran energi terjadi di atmosfer - proses biosfer yang paling penting.

Lapisan atmosfer berurutan dari permukaan bumi

Atmosfer adalah suatu struktur berlapis yang terdiri dari lapisan-lapisan atmosfer berikut secara berurutan dari permukaan bumi:

Troposfer.

Stratosfir.

Mesosfer.

Termosfer.

Eksosfer

Setiap lapisan tidak memiliki batas yang tegas antara satu sama lain, dan ketinggiannya dipengaruhi oleh garis lintang dan musim. Struktur berlapis ini terbentuk akibat perubahan suhu pada ketinggian yang berbeda-beda. Berkat atmosfer kita melihat bintang berkelap-kelip.

Struktur atmosfer bumi berdasarkan lapisan:

Terdiri dari apakah atmosfer bumi?

Setiap lapisan atmosfer berbeda dalam suhu, kepadatan dan komposisi. Total ketebalan atmosfer adalah 1,5-2,0 ribu km. Terdiri dari apakah atmosfer bumi? Saat ini merupakan campuran gas dengan berbagai pengotor.

Troposfer

Struktur atmosfer bumi diawali dari troposfer, yaitu atmosfer bagian bawah dengan ketinggian kurang lebih 10-15 km. Sebagian besar udara atmosfer terkonsentrasi di sini. Ciri khas troposfer adalah penurunan suhu sebesar 0,6 ˚C seiring kenaikannya setiap 100 meter. Troposfer mengkonsentrasikan hampir seluruh uap air di atmosfer, dan di sinilah awan terbentuk.

Ketinggian troposfer berubah setiap hari. Selain itu, nilai rata-ratanya bervariasi tergantung pada garis lintang dan musim dalam setahun. Ketinggian rata-rata troposfer di atas kutub adalah 9 km, di atas khatulistiwa - sekitar 17 km. Suhu udara rata-rata tahunan di atas khatulistiwa mendekati +26˚C, dan di atas Kutub Utara -23˚C. Garis atas batas troposfer di atas khatulistiwa memiliki suhu rata-rata tahunan sekitar -70 ˚C, dan di atas Kutub Utara pada musim panas -45 ˚C dan -65 ˚C di musim dingin. Jadi, semakin tinggi suatu tempat, semakin rendah suhunya. Sinar matahari menembus troposfer tanpa hambatan, memanaskan permukaan bumi. Panas yang dipancarkan matahari ditahan oleh karbon dioksida, metana, dan uap air.

Stratosfir

Di atas lapisan troposfer terdapat stratosfer yang tingginya 50-55 km. Keunikan lapisan ini adalah suhunya meningkat seiring dengan ketinggian. Antara troposfer dan stratosfer terdapat lapisan transisi yang disebut tropopause.

Dari ketinggian sekitar 25 kilometer, suhu lapisan stratosfer mulai meningkat dan, setelah mencapai ketinggian maksimum 50 km, mencapai nilai +10 hingga +30 ˚C.

Uap air di stratosfer sangat sedikit. Terkadang pada ketinggian sekitar 25 km dapat ditemukan awan yang agak tipis yang disebut dengan “awan mutiara”. Pada siang hari mereka tidak terlihat, tetapi pada malam hari mereka bersinar karena cahaya matahari yang berada di bawah cakrawala. Komposisi awan mutiara terdiri dari tetesan air yang sangat dingin. Stratosfer sebagian besar terdiri dari ozon.

Mesosfer

Ketinggian lapisan mesosfer kurang lebih 80 km. Di sini, saat naik, suhu menurun dan di bagian paling atas mencapai nilai beberapa puluh C˚ di bawah nol. Di mesosfer juga dapat diamati awan yang diduga terbentuk dari kristal es. Awan ini disebut "noctilucent". Mesosfer dicirikan oleh suhu terdingin di atmosfer: dari -2 hingga -138 ˚C.

Termosfer

Lapisan atmosfer ini mendapatkan namanya karena suhunya yang tinggi. Termosfer terdiri dari:

Ionosfir.

Eksosfer.

Ionosfer dicirikan oleh udara yang dijernihkan, setiap sentimeternya pada ketinggian 300 km terdiri dari 1 miliar atom dan molekul, dan pada ketinggian 600 km - lebih dari 100 juta.

Ionosfer juga dicirikan oleh ionisasi udara yang tinggi. Ion-ion ini terdiri dari atom oksigen bermuatan, molekul atom nitrogen bermuatan, dan elektron bebas.

Eksosfer

Lapisan eksosfer dimulai pada ketinggian 800-1000 km. Partikel gas, terutama yang ringan, bergerak ke sini dengan kecepatan luar biasa, mengatasi gaya gravitasi. Partikel-partikel tersebut, karena pergerakannya yang cepat, terbang keluar dari atmosfer ke luar angkasa dan menghilang. Oleh karena itu, eksosfer disebut bidang dispersi. Sebagian besar atom hidrogen, yang membentuk lapisan tertinggi eksosfer, terbang ke luar angkasa. Berkat partikel di atmosfer bagian atas dan partikel angin matahari, kita bisa melihat cahaya utara.

Satelit dan roket geofisika telah memungkinkan untuk mengetahui keberadaan sabuk radiasi planet di lapisan atas atmosfer, yang terdiri dari partikel bermuatan listrik - elektron dan proton.

Suasana (dari bahasa Yunani kuno ἀτμός - uap dan σφαῖρα - bola) adalah cangkang gas (geosfer) yang mengelilingi planet Bumi. Permukaan dalamnya meliputi hidrosfer dan sebagian kerak bumi, sedangkan permukaan luarnya berbatasan dengan ruang angkasa bagian dekat Bumi.

Himpunan cabang ilmu fisika dan kimia yang mempelajari atmosfer biasa disebut fisika atmosfer. Atmosfer menentukan cuaca di permukaan bumi, meteorologi mempelajari cuaca, dan klimatologi mempelajari variasi iklim jangka panjang.

Sifat fisik

Ketebalan atmosfer kurang lebih 120 km dari permukaan bumi. Massa total udara di atmosfer adalah (5,1-5,3) 1018 kg. Dari jumlah tersebut massa udara kering (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, massa total uap air rata-rata 1,27 1016 kg.

Massa molar udara kering bersih adalah 28,966 g/mol, dan massa jenis udara di permukaan laut kira-kira 1,2 kg/m3. Tekanan pada 0 °C di permukaan laut adalah 101,325 kPa; suhu kritis - −140,7 °C (~132,4 K); tekanan kritis - 3,7 MPa; Cp pada 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (pada 0 °C). Kelarutan udara dalam air (berdasarkan massa) pada 0 °C - 0,0036%, pada 25 °C - 0,0023%.

Berikut ini yang diterima sebagai “kondisi normal” di permukaan bumi: kepadatan 1,2 kg/m3, tekanan barometrik 101,35 kPa, suhu ditambah 20 °C dan kelembaban relatif 50%. Indikator kondisional ini murni memiliki makna rekayasa.

Komposisi kimia

Atmosfer bumi muncul akibat keluarnya gas pada saat terjadi letusan gunung berapi. Dengan munculnya lautan dan biosfer, ia terbentuk karena pertukaran gas dengan air, tumbuhan, hewan, dan produk pembusukannya di tanah dan rawa.

Saat ini atmosfer bumi sebagian besar terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, hasil pembakaran).

Konsentrasi gas-gas yang menyusun atmosfer hampir konstan, kecuali air (H2O) dan karbon dioksida (CO2).

Komposisi udara kering


Nitrogen
Oksigen
Argon
Air
Karbon dioksida
Neon
Helium
metana
kripton
Hidrogen
Xenon
Nitrogen oksida

Selain gas-gas yang tertera pada tabel, atmosfer mengandung SO2, NH3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, HF, uap Hg, I2, serta NO dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Troposfer secara konstan mengandung sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol).

Struktur atmosfer

Troposfer

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim sedang, dan 16-18 km di garis lintang tropis; lebih rendah di musim dingin dibandingkan di musim panas. Lapisan bawah, lapisan utama atmosfer mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari seluruh uap air yang ada di atmosfer. Turbulensi dan konveksi sangat berkembang di troposfer, awan muncul, dan siklon serta antisiklon berkembang. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata 0,65°/100 m

Tropopause

Lapisan peralihan dari troposfer ke stratosfer, yaitu lapisan atmosfer di mana penurunan suhu seiring dengan ketinggian terhenti.

Stratosfir

Lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatan suhu pada lapisan 25-40 km dari −56,5 menjadi 0,8°C (lapisan atas stratosfer atau daerah inversi) . Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Wilayah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Pada distribusi suhu vertikal terdapat maksimum (sekitar 0 °C).

Mesosfer

Mesosfer dimulai pada ketinggian 50 km dan meluas hingga 80-90 km. Suhu menurun seiring ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3)°/100 m. Proses energi utama adalah perpindahan panas radiasi. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas, molekul yang tereksitasi secara vibrasi, dll. menyebabkan pendaran atmosfer.

Mesopause

Lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Distribusi suhu vertikal minimum (sekitar -90 °C).

Jalur Karman

Ketinggian di atas permukaan laut, yang secara konvensional diterima sebagai batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa. Menurut definisi FAI, jalur Karman terletak pada ketinggian 100 km di atas permukaan laut.

Batas atmosfer bumi

Termosfer

Batas atasnya sekitar 800 km. Suhu naik hingga ketinggian 200-300 km, mencapai nilai sekitar 1500 K, setelah itu hampir konstan hingga ketinggian. Di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet dan sinar-X serta radiasi kosmik, ionisasi udara (“aurora”) terjadi - wilayah utama ionosfer terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi. Batas atas termosfer sangat ditentukan oleh aktivitas Matahari saat ini. Selama periode aktivitas rendah - misalnya, pada 2008-2009 - terjadi penurunan ukuran lapisan ini secara nyata.

Termopause

Wilayah atmosfer yang berbatasan dengan termosfer. Di wilayah ini, penyerapan radiasi matahari dapat diabaikan dan suhu tidak berubah seiring ketinggian.

Eksosfer (bola hamburan)

Eksosfer adalah zona dispersi, bagian terluar termosfer, terletak di atas 700 km. Gas di eksosfer sangat langka, dan dari sini partikelnya bocor ke ruang antarplanet (disipasi).

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas berdasarkan ketinggian bergantung pada berat molekulnya; konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi −110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km setara dengan suhu ~150 °C. Di atas 200 km, terjadi fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3500 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi apa yang disebut ruang hampa dekat, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Namun gas ini hanya mewakili sebagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel debu yang sangat halus, radiasi elektromagnetik dan sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

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

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, homosfer dan heterosfer dibedakan. Heterosfer adalah wilayah di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Ini menyiratkan komposisi heterosfer yang bervariasi. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen yang disebut homosfer. Batas antara lapisan-lapisan ini disebut turbopause; terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Sifat-sifat lain dari atmosfer dan pengaruhnya terhadap tubuh manusia

Sudah berada di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mulai mengalami kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja seseorang menurun secara signifikan. Zona fisiologis atmosfer berakhir di sini. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin dilakukan pada ketinggian 9 km, meskipun hingga kurang lebih 115 km atmosfer mengandung oksigen.

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

Paru-paru manusia selalu mengandung sekitar 3 liter udara alveolar. Tekanan parsial oksigen di udara alveolar pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mmHg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan bertambahnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan uap total air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Pasokan oksigen ke paru-paru akan berhenti total ketika tekanan udara sekitar 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 tersebut, 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 penghalusan 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 berbahaya bagi manusia.

Saat kita naik ke ketinggian yang semakin tinggi di atas permukaan bumi, fenomena umum yang diamati di lapisan bawah atmosfer seperti perambatan suara, terjadinya gaya angkat dan tarik aerodinamis, perpindahan panas secara konveksi, dll. secara bertahap melemah dan kemudian hilang sama sekali.

Di lapisan udara yang dijernihkan, perambatan suara tidak mungkin dilakukan. Hingga ketinggian 60-90 km, hambatan udara dan gaya angkat masih dapat digunakan untuk penerbangan aerodinamis yang terkendali. Namun mulai dari ketinggian 100-130 km, konsep angka M dan penghalang suara, yang akrab bagi setiap pilot, kehilangan maknanya: di sanalah letak garis Karman konvensional, di luarnya dimulailah wilayah penerbangan balistik murni, yang hanya bisa dikendalikan dengan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer tidak memiliki sifat luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransmisikan energi panas melalui konveksi (yaitu dengan mencampurkan udara). Artinya, berbagai elemen peralatan di stasiun luar angkasa yang mengorbit tidak akan dapat didinginkan dari luar dengan cara yang biasa dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan pancaran udara dan radiator udara. Pada ketinggian ini, seperti di luar angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk memindahkan panas adalah radiasi termal.

Sejarah pembentukan atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi memiliki tiga komposisi berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut atmosfer primer (sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Inilah bagaimana atmosfer sekunder terbentuk (sekitar tiga miliar tahun sebelum sekarang). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) 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 mengarah pada pembentukan atmosfer tersier, yang ditandai dengan lebih sedikit hidrogen dan lebih banyak nitrogen dan karbon dioksida (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Terbentuknya nitrogen N2 dalam jumlah besar disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul oksigen O2, yang mulai berasal dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai 3 miliar tahun yang lalu. Nitrogen N2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N2 hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, saat terjadi pelepasan petir). Oksidasi molekul nitrogen oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam jumlah kecil dalam produksi industri pupuk nitrogen. Cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang bersimbiosis rhizobial dengan tanaman polongan, disebut demikian, dapat mengoksidasinya dengan konsumsi energi yang rendah dan mengubahnya menjadi bentuk yang aktif secara biologis. pupuk hijau.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di bumi, akibat fotosintesis yang disertai pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, besi berbentuk besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai meningkat. Secara bertahap, suasana modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena hal ini menyebabkan perubahan yang serius dan tiba-tiba pada banyak proses yang terjadi di atmosfer, litosfer, dan biosfer, peristiwa ini disebut Bencana Oksigen.

Pada masa Fanerozoikum, komposisi atmosfer dan kandungan oksigen mengalami perubahan. Mereka berkorelasi terutama dengan laju pengendapan sedimen organik. Jadi, selama periode akumulasi batu bara, kandungan oksigen di atmosfer tampaknya jauh melebihi tingkat saat ini.

Karbon dioksida

Kandungan CO2 di atmosfer bergantung pada aktivitas gunung berapi dan proses kimia di cangkang bumi, namun yang terpenting - pada intensitas biosintesis dan dekomposisi bahan organik di biosfer bumi. Hampir seluruh biomassa planet ini saat ini (sekitar 2,4.1012 ton) terbentuk karena karbon dioksida, nitrogen, dan uap air yang terkandung di udara atmosfer. Bahan organik yang terkubur di lautan, rawa, dan hutan berubah menjadi batu bara, minyak, dan gas alam.

Gas mulia

Sumber gas mulia - argon, helium dan kripton - adalah letusan gunung berapi dan peluruhan unsur radioaktif. Bumi secara umum dan atmosfer pada khususnya mengalami kekurangan gas inert dibandingkan dengan ruang angkasa. Alasannya diyakini terletak pada kebocoran gas yang terus menerus ke ruang antarplanet.

Polusi udara

Belakangan ini, manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Hasil dari kegiatannya adalah peningkatan konstan kandungan karbon dioksida di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi pada era geologi sebelumnya. Sejumlah besar CO2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan di dunia. Gas ini masuk ke atmosfer akibat penguraian batuan karbonat dan bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta akibat vulkanisme dan aktivitas industri manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer telah meningkat sebesar 10%, dengan sebagian besar (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 200-300 tahun mendatang jumlah CO2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (CO, NO, SO2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi SO3, dan nitrogen oksida menjadi NO2 di lapisan atas atmosfer, yang selanjutnya berinteraksi dengan uap air, dan menghasilkan asam sulfat H2SO4 dan asam nitrat HNO3 jatuh ke permukaan bumi di bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi atmosfer yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa timbal (tetraetil timbal) Pb(CH3CH2)4.

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, masuknya tetesan air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) dan aktivitas ekonomi manusia (menambang bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, pembuatan semen, dll. ). Pelepasan materi partikulat dalam skala besar ke atmosfer merupakan salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

(Dikunjungi 560 kali, 1 kunjungan hari ini)

- cangkang udara bumi, berputar bersama bumi. Batas atas atmosfer secara konvensional digambar pada ketinggian 150-200 km. Batas bawahnya adalah permukaan bumi.

Udara atmosfer adalah campuran gas. Sebagian besar volumenya di lapisan permukaan udara adalah nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Selain itu, udara mengandung gas inert (argon, helium, neon, dll), karbon dioksida (0,03), uap air dan berbagai partikel padat (debu, jelaga, kristal garam).

Udara tidak berwarna, dan warna langit disebabkan oleh ciri-ciri hamburan gelombang cahaya.

Atmosfer terdiri dari beberapa lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer.

Lapisan udara yang paling bawah disebut troposfer. Pada garis lintang yang berbeda, kekuatannya tidak sama. Troposfer mengikuti bentuk planet dan berpartisipasi bersama Bumi dalam rotasi aksial. Di garis khatulistiwa, ketebalan atmosfer bervariasi antara 10 hingga 20 km. Di ekuator lebih besar, dan di kutub lebih kecil. Troposfer dicirikan oleh kepadatan udara maksimum; 4/5 massa seluruh atmosfer terkonsentrasi di dalamnya. Troposfer menentukan kondisi cuaca: berbagai massa udara terbentuk di sini, awan dan curah hujan terbentuk, dan terjadi pergerakan udara horizontal dan vertikal yang intens.

Di atas troposfer, hingga ketinggian 50 km, berada stratosfir. Hal ini ditandai dengan kepadatan udara yang lebih rendah dan kurangnya uap air. Di bagian bawah stratosfer pada ketinggian sekitar 25 km. ada "layar ozon" - lapisan atmosfer dengan konsentrasi ozon tinggi, yang menyerap radiasi ultraviolet, yang berakibat fatal bagi organisme.

Pada ketinggian 50 hingga 80-90 km memanjang mesosfer. Dengan bertambahnya ketinggian, suhu menurun dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3)°/100 m, dan kepadatan udara menurun. Proses energi utama adalah perpindahan panas radiasi. Cahaya atmosfer disebabkan oleh proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal dan molekul yang tereksitasi secara vibrasi.

Termosfer terletak di ketinggian 80-90 hingga 800 km. Kepadatan udara di sini minimal, dan derajat ionisasi udara sangat tinggi. Perubahan suhu tergantung pada aktivitas Matahari. Karena banyaknya partikel bermuatan, aurora dan badai magnet diamati di sini.

Atmosfer sangat penting bagi sifat bumi. Tanpa oksigen, organisme hidup tidak dapat bernapas. Lapisan ozonnya melindungi semua makhluk hidup dari sinar ultraviolet yang berbahaya. Atmosfer menghaluskan fluktuasi suhu: permukaan bumi tidak menjadi sangat dingin di malam hari dan tidak terlalu panas di siang hari. Di lapisan padat udara atmosfer, sebelum mencapai permukaan planet, meteorit terbakar karena duri.

Atmosfer berinteraksi dengan seluruh lapisan bumi. Dengan bantuannya, pertukaran panas dan kelembapan antara laut dan daratan. Tanpa atmosfer tidak akan ada awan, curah hujan, atau angin.

Aktivitas ekonomi manusia mempunyai dampak buruk yang signifikan terhadap atmosfer. Terjadi pencemaran udara di atmosfer yang menyebabkan peningkatan konsentrasi karbon monoksida (CO 2). Dan ini berkontribusi terhadap pemanasan global dan meningkatkan “efek rumah kaca”. Lapisan ozon bumi rusak akibat limbah industri dan transportasi.

Suasana membutuhkan perlindungan. Di negara-negara maju, serangkaian tindakan sedang diterapkan untuk melindungi udara atmosfer dari polusi.

Masih ada pertanyaan? Ingin tahu lebih banyak tentang suasananya?
Untuk mendapatkan bantuan dari tutor -.

blog.site, apabila menyalin materi seluruhnya atau sebagian, diperlukan link ke sumber aslinya.

Atmosfer adalah kulit terluar benda langit. Di planet yang berbeda, komposisi, sifat kimia dan fisiknya berbeda. Apa sifat utama atmosfer bumi? Terdiri dari apa? Bagaimana dan kapan hal itu muncul? Mari kita cari tahu lebih lanjut mengenai hal ini.

Formasi atmosfer

Atmosfer adalah campuran gas yang menyelimuti planet dari luar dan ditahan oleh gaya gravitasinya. Pada saat pembentukannya, planet kita belum memiliki cangkang gas. Itu dibentuk beberapa saat kemudian dan berhasil diubah beberapa kali. Tidak diketahui sepenuhnya apa sifat dasar atmosfer pada saat itu.

Para ilmuwan berpendapat bahwa atmosfer pertama diambil dari nebula matahari dan terdiri dari helium dan hidrogen. Temperatur planet yang tinggi dan pengaruh angin matahari dengan cepat menghancurkan cangkang ini.

Atmosfer selanjutnya terbentuk berkat gunung berapi yang mengeluarkan gas darinya tipis dan terdiri dari gas rumah kaca (metana, karbon dioksida, amonia), uap air dan asam.

Dua miliar tahun lalu, keadaan atmosfer mulai berubah menjadi seperti sekarang. Proses eksternal (pelapukan, aktivitas matahari) di planet ini dan bakteri serta ganggang pertama mengambil bagian dalam hal ini, karena pelepasan oksigen.

Komposisi dan sifat atmosfer

Cangkang gas planet kita tidak memiliki tepian yang jelas. Kontur luarnya kabur dan berangsur-angsur masuk ke luar angkasa, menyatu dengannya menjadi massa homogen. Tepi bagian dalam cangkang bersentuhan dengan kerak bumi dan hidrosfer bumi.

Sifat dasar atmosfer sangat ditentukan oleh komposisinya. Sebagian besar diwakili oleh gas. Bagian utama menyumbang nitrogen (75,5%) dan oksigen (23,1%). Selain itu, udara atmosfer terdiri dari argon, karbon dioksida, hidrogen, metana, helium, xenon, dll.

Konsentrasi zat praktis tidak berubah. Nilai variabel merupakan ciri khas air dan ditentukan oleh jumlah vegetasi. Air terkandung dalam bentuk uap air. Jumlahnya bervariasi tergantung pada garis lintang geografis dan jumlahnya mencapai 2,5%. Atmosfer juga mengandung hasil pembakaran, garam laut, pengotor debu, dan es dalam bentuk kristal kecil.

Sifat fisik atmosfer

Sifat utama atmosfer adalah tekanan, kelembaban, suhu dan kepadatan. Di setiap lapisan atmosfer nilainya berbeda-beda. Udara di cangkang bumi merupakan kumpulan molekul dari berbagai zat. Gaya gravitasi membuat mereka tetap berada di dalam planet, menarik mereka lebih dekat ke permukaannya.

Ada lebih banyak molekul di bagian bawah, sehingga kepadatan dan tekanan di sana lebih besar. Mereka berkurang seiring dengan ketinggian, dan di luar angkasa mereka menjadi hampir tidak terlihat. Di lapisan bawah atmosfer, tekanan berkurang 1 mm Hg. Seni. setiap 10 meter.

Berbeda dengan permukaan planet, atmosfernya tidak dipanaskan oleh Matahari. Oleh karena itu, semakin dekat dengan Bumi, semakin tinggi suhunya. Untuk setiap seratus meter suhunya berkurang sekitar 0,6 derajat. Di bagian atas troposfer mencapai -56 derajat.

Parameter udara sangat dipengaruhi oleh kandungan air di dalamnya, yaitu kelembaban udara. Massa udara total planet ini adalah (5,1-5,3) 10 18 kg, sedangkan bagian uap air adalah 1,27 · 10 16 kg. Karena sifat-sifat atmosfer berbeda-beda di berbagai wilayah, telah diturunkan nilai standar yang diterima sebagai “kondisi normal” di permukaan bumi:

Struktur cangkang gas bumi

Sifat cangkang gas berubah seiring ketinggian. Tergantung pada sifat dasar atmosfer, atmosfer dibagi menjadi beberapa lapisan:

troposfer;
stratosfir;
mesosfer;
termosfer;
eksosfer.

Parameter utama diferensiasi adalah suhu. Di antara lapisan-lapisan tersebut terdapat daerah batas yang disebut jeda, di mana suhu konstan dicatat.

Troposfer adalah lapisan paling bawah. Perbatasannya membentang pada ketinggian 8 hingga 18 kilometer, tergantung garis lintang. Titik tertingginya berada di garis khatulistiwa. Sekitar 80% massa udara atmosfer berada di troposfer.

Lapisan luar atmosfer diwakili oleh eksosfer. Batas bawah dan ketebalannya bergantung pada aktivitas Matahari. Di Bumi, eksosfer dimulai pada ketinggian 500 hingga 1000 kilometer dan mencapai seratus ribu kilometer. Di bagian bawah jenuh dengan oksigen dan nitrogen, di bagian atas - dengan hidrogen dan gas ringan lainnya.

Peran atmosfer

Atmosfer adalah udara yang kita hirup. Tanpanya, seseorang tidak dapat hidup meski lima menit. Ini memenuhi semua sel tumbuhan dan hewan, mendorong pertukaran energi antara tubuh dan lingkungan luar.

Atmosfer adalah filter planet ini. Melewatinya, radiasi matahari tersebar. Hal ini mengurangi intensitas dan bahaya yang ditimbulkannya dalam bentuk terkonsentrasi. Cangkangnya berperan sebagai perisai bumi, di lapisan atasnya banyak meteorit dan komet terbakar sebelum mencapai permukaan planet.

Suhu, kepadatan, kelembaban dan tekanan atmosfer membentuk kondisi iklim dan cuaca. Atmosfer terlibat dalam distribusi panas di planet ini. Tanpanya, suhu akan berfluktuasi dalam dua ratus derajat.

Cangkang bumi berpartisipasi dalam siklus zat, merupakan habitat beberapa makhluk hidup, dan berkontribusi terhadap transmisi suara. Ketidakhadirannya akan membuat kehidupan di planet ini tidak mungkin ada.

10.045×10 3 J/(kg*K) (dalam kisaran suhu 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 pembentukan atmosfer

Sejarah awal

Saat ini, ilmu pengetahuan belum bisa menelusuri seluruh tahapan pembentukan bumi dengan akurasi seratus persen. Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi memiliki empat komposisi berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut suasana primer. Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (hidrokarbon, amonia, uap air). Ini adalah bagaimana hal itu terbentuk suasana sekunder. Suasana ini memulihkan. Selanjutnya proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

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

Lambat laun faktor-faktor ini menyebabkan terbentuknya suasana tersier, ditandai dengan 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 makhluk hidup di bumi sebagai hasil fotosintesis yang disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida, komposisi atmosfer mulai berubah. Namun demikian, data (analisis komposisi isotop oksigen atmosfer dan yang dilepaskan selama fotosintesis) yang menunjukkan asal usul oksigen atmosfer secara geologis.

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

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

Nitrogen

Pembentukan sejumlah besar N 2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer primer amonia-hidrogen dengan molekul O 2, yang mulai berasal dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, diperkirakan sekitar 3 miliar tahun yang lalu (menurut menurut versi lain, oksigen atmosfer berasal dari geologi). 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, saat terjadi pelepasan petir). Cyanobacteria dan beberapa bakteri (misalnya bakteri bintil yang bersimbiosis rhizobial dengan tanaman polong-polongan) dapat mengoksidasi dan mengubahnya menjadi bentuk biologis.

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

Gas mulia

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (CO, NO, SO2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh udara O 2 menjadi SO 3 di lapisan atas atmosfer, 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. bersamaan dengan curah hujan. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi atmosfer yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon, dan senyawa Pb.

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, sisa tetesan air laut dan partikel serbuk sari tumbuhan, dll.) dan aktivitas ekonomi manusia (menambang bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, pembuatan semen, dll. .) . Pelepasan materi partikulat dalam skala besar ke atmosfer merupakan salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Struktur atmosfer dan karakteristik masing-masing cangkang

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

Troposfer

Stratosfir

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

Di stratosfer dan lapisan yang lebih tinggi, di bawah pengaruh radiasi matahari, molekul gas berdisosiasi menjadi atom (di atas 80 km CO 2 dan H 2 berdisosiasi, 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 merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas berdasarkan ketinggian bergantung pada berat molekulnya; konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0°C di stratosfer menjadi −110°C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km setara dengan suhu ~1500°C. Di atas 200 km, terjadi fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

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

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka mengeluarkannya homosfer Dan heterosfer. Heterosfer- Ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian tersebut dapat diabaikan. Ini menyiratkan komposisi heterosfer yang bervariasi. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen yang disebut homosfer. Batas antar lapisan ini disebut turbopause, terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Sifat atmosfer

Sudah berada di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mulai mengalami kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja seseorang menurun secara signifikan. Zona fisiologis atmosfer berakhir di sini. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin dilakukan pada ketinggian 15 km, meskipun hingga kurang lebih 115 km atmosfer mengandung oksigen.

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

Paru-paru manusia selalu mengandung sekitar 3 liter udara alveolar. Tekanan parsial oksigen di udara alveolar pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mmHg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air −47 mm Hg. Seni. Dengan bertambahnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan uap total air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Pasokan oksigen ke paru-paru akan berhenti total ketika tekanan udara sekitar menjadi sama dengan nilai ini.