Атмосфера земли. строение, слои. облака

Появление жизни и кислорода

1 млрд лет назад первые формы жизни активно развивались без кислорода. Согласно данным, полученным вследствие проведенного в 1953 г. эксперимента, под действием электрического разряда смесь аммиака, метана, водорода и воды разложилась на глицин и прочие аминокислоты. Данный лабораторный опыт длился в течение недели под руководством ученого из Чикагского университета Стенли Миллера. Он доказал научному миру, что при благоприятных условиях в природе происходит активное образование молекул жизни, вопреки соображениям сухой статистики.


Возникновение жизни, или абиогенез, — процесс превращения неживой природы в живую. Credit: alev.biz.

Земная кора содержит в себе около 47,2% кислорода. Его химическая активность под действием высоких температур и связи с другими элементами объясняет, почему на заре времен не было кислорода. Большая часть элементов в природе образуется в виде их твердых окислов. Многие из них с трудом разлагаются на компоненты, что ставит под сомнение существование свободного кислорода раньше.

Вода, двуокись углерода, аммиак, метан и некоторые благородные газы — ее основные составляющие. То есть большая часть кислорода — биологического происхождения, и это полностью отвечает теории о том, что ранние формы жизни были способны выделять его, а поздние — активно потреблять.

Сегодня распространена гипотеза абиогенного зарождения живых организмов, их самопроизвольного появления из первичных и более простых веществ, находящихся в атмосфере и океанах. Опарин Александр Иванович развил данную теорию и привел множество доказательств, исходя из которых следует, что первичная атмосфера планеты Земля содержала азот, углекислый газ, воду, сероводород, аммиак и метан в больших количествах.

Текущее состояние климата и прогнозы

Изменение климата на Земле уже ярко выражено: аномальная жара в регионах, суровые зимы в местах, где раньше этого не замечалось.

По проведенным исследованиям ученых, 2015 год отметился увеличением средней температуры на 1,02 градуса. Она оказалась выше той температуры, которая фиксировалась в 19 веке, когда только начинались наблюдения за температурными наблюдениями. Этот порог, всего лишь в 1 градус, был превышен впервые за все наблюдения.

Многие ученые считают, что к такому повышению привела деятельность человека. Отмечено, что за первое десятилетие 21 века наблюдался самый массовый рост выбросов в атмосферу за последние 30 лет.

Всемирная метеорологическая организация отметила, что уже через 4 года, концентрация парниковых газов побила антирекорды.

Модель прогноза глобального потепления.

На сегодня имеются положительные сдвиги в этих вопросах. Учёные отмечают роль возникшей пандемии COVID-19, которая затормозила негативные парниковые процессы. Производство встало, спрос на уголь и нефть значительно снизился, пробег автомобилей резко упал, перелёты и различные поездки в путешествия свелись к минимуму.

Все это существенно сократило выбросы главного парникового газа – диоксида углерода. Однако данная положительная динамика носит временный и неустойчивый характер, так как пандемия уже сейчас постепенно идёт на спад, а резкое возобновление и нарастание производства, чтобы вернуться хотя бы к прежним показателям, сыграет еще более пагубным воздействиям.

Прогнозы учёных тем временем весьма неутешительны. Они утверждают, что отсутствие или вялотекущая работа по охране среды государств, приведет к повышению среднегодовой температуры на 3,7-4,8 С уже к 2100 году.

Климатологи предупреждают: необратимые последствия для экологии начнутся уже при росте температуры, более чем на 2 градуса.

В борьбу за сохранение климата на Земле, помимо ООН, включились и знаменитости. Так голливудский актер Леонардо де Каприо жертвует свои гонорары в различные экологические мероприятия.

В своих блогах и соцсетях он акцентирует внимание сообщества на катаклизмы, подчеркивая халатное отношение некоторых руководителей на существующие проблемы. В результате титанических усилий официальных лиц на обращение внимания на данные проблемы происходят некоторые сдвиги в положительную сторону

Так Сергей Лавров отметил, что за последние 20 лет выбросы парниковых газов в энергетическом секторе снизились на 37%.

Положительное воздействие на климат произошло благодаря установке современных очистных сооружений на заводах, прекращению сжигания попутных газов, закрытию части предприятий из-за кризиса.

Интересные факты о парниковом эффекте

Явление парникового эффекта помимо Земли существует и на других планетах. Так, на Венере зафиксирован сильнейший парниковый эффект. Учёные считают, что гиперболизация и усиление этого эффекта происходит из-за отсутствия океанов и морей на планете.

Поверхность планеты Венера.

В результате такого сильного парникового эффекта атмосфера Венеры практически полностью состоит из углекислого газа и разогревается до 475С.

Парниковый эффект необходим для поддержания нормальной температуры на Земле. Если бы данного явления не было, то температура была бы всегда минусовой и жизнь на планете оказалась невозможна.

Согласно исследованиям синоптиков, к 2080 году климат в Сибири может сильно измениться. Термометр начнёт показывать преимущественно плюсовые значения. В Сибири потеплеет. Количество осадков вырастет на 140 мм в год, а площадь вечной мерзлоты сократится в несколько раз.

Впервые о парниковом эффекте заговорили в 1827 году. Именно тогда учёный Жозефом Фурье изложил механизм скопления парниковых газов и образования вследствие парникового эффекта.

Геологи утверждают, что сегодняшние тенденции потепления повлияют в будущем на уровень моря. Он повысится на 20-60 сантиметров к концу столетия.

ХХ век запомнился самыми жаркими десятилетиями за более чем 400 лет. Данный период истории стал рекордсменом по температурным значениям.

Согласно подсчётам исследователей, арктические льды сократились на 15% с 1950 года, а средняя продолжительность их существования сократилась.

Какой воздух необходим человеку для жизни?

Здоровый взрослый человек в спокойном состоянии при каждом вдохе пропускает через легкие около 0,5 л воздуха, совершая в минуту 15 — 16 вдохов, таким образом, за минуту через лёгкие проходит 8-9 л, за час – около 500 л, за сутки – 12 000 л или 12 кубометров воздуха. Такой объем воздуха весит около 14 кг. При этом выдыхаемый воздух имеет пониженное содержание кислорода и повышенное содержание продуктов жизнедеятельности. Для хорошего самочувствия человека ему необходим приток чистого свежего воздуха. Потребность человека находящегося в помещении в притоке свежего воздуха рассчитывается из расчёта:

  • в состоянии покоя — 20 м³,
  • при работе за компьютером — 40 м³,
  • при физических нагрузках — 60 м³

чистого свежего воздуха в час.

Температура в атмосфере Венеры

Чем ближе мы приближаемся к поверхности планеты, тем жарче становится, хотя до высоты 60 километров над поверхностью, рост температуры будет относительно плавным.  Именно здесь проходит граница облачного покрова Венеры, а температура не падает ниже 10°C.

Как только начинается слой плотной облачности, температура “за бортом” начинает резко увеличиваться. К границе тропосферы (8-10 км над поверхностью) Венеры, жар достигает значения в 464°C – а это, на минуточку, это выше температуры плавления свинца!

Облака, всегда окутывают всю поверхность Венеры, облачный покров такой плотный, что просвета, через который была бы видна поверхность планеты, найти в нем не удастся. Основной и самый мощный облачный слой начинается примерно с высоты 48 км и тянется до 68 км. Кроме того, выше и ниже этого слоя, существуют ещё облачные слои, несколько менее толстые и более разряженные, но все равно хорошо различимые: на высоте 30 и 90 километров. У полюсов облачный покров Венеры явно гуще, чем в других частях планеты.

Атмосфера: ее слои

Необходимо знать строение атмосферы земли по слоям, чтобы иметь полное представление о том, чем ценна для нас эта газовая оболочка. Они выделяются потому, что состав и плотность газовой смеси на разных высотах неодинаковы. Каждый из слоев отличается по химическому составу и выполняемым функциям. Расположить атмосферные слои земли по порядку следует так:

Тропосфера – располагается ближе остальных к земной поверхности. Высоты этого слоя достигают 16-18 км в тропических зонах и 9 км в среднем над полюсами. В этом слое концентрируется до 90% всего водяного пара. Именно в тропосфере происходит процесс образования облаков. Также здесь наблюдаются движение воздуха, турбулентность и конвекция. Температурные показатели различны и составляют от +45 до -65 градусов — в тропиках и на полюсах, соответственно. С повышением на 100 метров наблюдается понижение температуры на 0,6 градуса. Именно тропосфера по причине скопления водяного пара и воздуха отвечает за циклонические процессы. Соответственно, правильным ответом на вопрос, как называется слой атмосферы земли в котором развиваются циклоны и антициклоны будет название этого атмосферного слоя.

Стратосфера – этот слой располагается на высоте 11-50 км от поверхности планеты. В нижней его зоне температурные показатели стремятся к значениям в -55. В стратосфере имеется зона инверсии – граница между этим слоем и следующим, называемым мезосферой. Температурные показатели достигают значений в +1 градус. Самолеты летают в нижней зоне стратосферы.

Озоновый слой – небольшой по высоте участок на границе между стратосферой и мезосферой, но именно озоновый слой атмосферы предохраняет все живое на земле от действия ультрафиолета. Также он отделяет комфортные и благоприятные условия для существования живых организмов и суровые космические, где невозможно выжить без специальных условий даже бактериям. Образовался он в результате взаимодействия органических компонентов и кислорода, который контактирует с ультрафиолетовым излучением и вступает в фотохимическую реакцию, что позволяет получить газ под названием озон. Так как озон поглощает ультрафиолет, он способствует нагреву атмосферу, поддерживая оптимальные для жизни в ее привычном виде, условия. Соответственно, отвечать на вопрос: слой какого газа защищает землю от космической радиации и чрезмерного солнечного излучения, следует озон.

Рассматривая слои атмосферы по порядку от поверхности земли следует отметить, что следующей идет мезосфера. Она располагается на высоте 50-90 км от поверхности планеты. Температурные показатели – от 0 до -143 градусов (нижняя и верхняя границы). Она защищает Землю от метеоритов, которые сгорают, проходя через нее – явление свечения воздуха. Давление газов в этой части атмосферы крайне маленькое, что не позволяет изучить мезосферу полностью, так как специальное оборудование, включая спутники или зонды, не могут там работать.

Термосфера – слой атмосферы, который располагается на высоте 100 км над уровнем моря. Это нижняя граница, которая носит название линия Кармана. Ученые условно определили, что здесь начинается космос. Непосредственная толщина термосферы достигает 800 км. Температурные показатели достигают 1800 градусов, но сохранить обшивку космических аппаратов и ракет в целости позволяет незначительная концентрация воздуха. В этом слое земной атмосферы возникает особое явление — северное сияние – особый вид свечения, который можно наблюдать в некоторых регионах планеты. Появляются они вследствие взаимодействия нескольких факторов — ионизации воздуха и действия на него космического излучения и радиации.

Какой слой атмосферы находится дальше всего от земли – Экзосфера. Здесь находится зона рассеивания воздуха, так как концентрация газов небольшая, в результате чего происходит их постепенный выход за пределы атмосферы. Этот слой располагается на высоте 700 км над поверхностью Земли. Основной элемент, составляющий этого слоя – водород. В атомарном состоянии можно встретить такие вещества, как кислород или азот, которые будут сильно ионизированы солнечным излучением. Размеры экзосферы Земли достигают 100 тысяч км от планеты.

Состав атмосферы Земли

Опасный потенциал

Водяной пар относят к естественным газам, однако его участие в образовании парникового эффекта достаточно велико. Его нельзя недооценивать.

Углекислый газ рассматривают как один главных факторов, влияющих на климат планеты. Его доля в атмосфере составляет около 64%, и ровно настолько велика его роль в глобальном потеплении. Основные источники его выброса в атмосферу таковы:

  • вулканические извержения;
  • процесс обмена веществ биосферы;
  • сжигание биомассы и ископаемого топлива;
  • уничтожение лесов;
  • производственные процессы.

Метан не распадается в атмосфере на протяжении 10 лет и представляет собой серьёзную угрозу климату Земли. Его парниковый эффект в 28 раз превышает возможности углекислого газа, а в перспективе 20-ти лет, если не прекратить его эмиссию, это превосходство дойдёт до 84-х. Главные его источники носят антропогенный характер. Это:

  • сельскохозяйственное производство, в частности, выращивание риса;
  • скотоводство (увеличение поголовья и, как следствие, нечистот);
  • сжигание леса.

Частично парниковый метан появляется в результате утечки в процессе разработки месторождений каменного угля. Он также выделяется при добыче природного газа.

Фреоны представляют собой особую опасность для экологии. В основном их используют в аэрозолях и холодильных установках.

Закись азота – парниковый газ, который находится на одном из ведущих мест по количеству в атмосфере и влиянию на глобальное потепление. Источники его происхождения и применения:

  • производство минеральных удобрений в химической промышленности;
  • пищевая промышленность использует его в качестве пропеллента;
  • в отраслях машино- и ракетостроения его применяют в двигателях.

Озон, вернее та его часть, которую относят к вредным газам, создающим парниковый эффект, находится в нижних слоях тропосферы. Увеличиваясь вблизи земли, его количество может наносить вред зелёным насаждениям, повреждая их листья и уменьшая способность к фотосинтезу. В основном он образуется в результате реакции взаимодействия окисей углерода, оксидов азота с парами воды, солнечным светом и летучими органическими соединениями в присутствии кислорода. Основные источники этих веществ в атмосфере – выбросы парниковых газов промышленными объектами, транспортными средствами и химические растворители.

Перфторуглероды – результат производства алюминия, растворителей и электроники. Они используются в диэлектриках, носителях тепла, хладагентах, смазочных маслах и даже в качестве искусственной крови. Их можно получить только путём химического синтеза. Как большинство фторсодержащих газов, они опасны для окружающей среды. Их парниковый потенциал оценивают в сотни раз выше, чем у углекислого газа.

Гексафторид серы – также один из тех парниковых газов, какие указаны в Киотском протоколе как потенциально опасные. Он применяется в сфере пожаротушения, в электронной и металлургической промышленности в качестве технологической среды, известна его роль как хладагента и т.д. Его выбросы надолго остаются в атмосфере и активно накапливают инфракрасные излучения.

Расчет выбросов парниковых газов

Расчёт выбросов ПГ проводится за длительный период. Водяной пар, не представляющий опасности для экосистем, в формуле не учитывается. Все выбросы рассматривают комплексно. При расчёте учитываются следующие факторы.

  • Устанавливают количество топлива, сжигаемого за 1 год.
  • Умножают объём на коэффициент, рассчитанный для каждого газа в отдельности.
  • Вносят в отчёт суммарные данные по каждому компоненту.

Для удобства вычислений за эталон принят углекислый газ, его коэффициент равен 1. Остальные элементы пересчитывают, отталкиваясь от его значений. Например, выброс 1 т метана приводит к такому же эффекту, как 21 т CO2, поэтому коэффициент метана (CH4) равен 21.

ПГ не являются загрязняющими веществами, оказывающими прямое вредное воздействие на здоровье человека, поэтому важно выявлять не отдельные места их концентрации, а абсолютные значения в масштабах всей планеты, дающие представление о вероятности глобального потепления.

Атмосфера Земли и её строение

Безусловно, что окружающая нас газовая сфера является не просто тонким слоем воды и воздуха планеты. Это некое облачное одеяло. Оно укрывает и защищает нас от воздействия сил космоса. На данный момент, выделили определённые слои, из которых состоит атмосфера Земли. Ниже рассмотрим их подробнее.

Тропосфера

Это основной, к тому же, нижний слой воздушной оболочки. Вдобавок, в его составе более 80% общей массы воздуха, и примерно 90% всего водяного пара, который есть во всей атмосфере. С учётом географической широты верхняя граница данной окружной части может располагаться на высоте от 8 до 18 км.

В тропосфере ярко выражены конвекция и турбулентность. Более того, именно в этой части происходит образование облаков, создание циклонов и антициклонов. Также учёные отметили характерную особенность данного атмосферного слоя: чем выше — тем меньше температура воздуха.

Между прочим, нижняя зона тропосферы является пограничным слоем. По толщине он примерно 1-2 км. Как оказалось, он тесно связан с поверхностью нашей планеты. Действительно, в нём свойства и состояние земной сферы оказывают влияние на всю окружающую оболочку.

Тропосфера

Тропопауза

Так называют переходную область между тропосферой и стратосферой. Проще говоря, плавное перевоплощение от одного к другому. Интересно, что здесь отмечается приостановка понижения температуры воздуха с повышением высоты.

Стратосфера как область атмосферы Земли

Данный атмосферный участок находится на высоте от 11 до 50 км

Важно, что именно тут лежит озоновый слой. А он, как известно, оберегает нас от ультрафиолетового излучения

Сратосфера составляет примерно 20% общей массы земной оболочки.

Характерной особенностью является то, что в нижней части (11-25 км) наблюдается небольшое изменение температуры, а в верхней (25-40 км), наоборот, её активное повышение. К слову сказать, верхнюю часть называют областью инверсии.

Стратосфера

Стратопауза

Что примечательно, на уровне 40 км температура равняется 00С, и сохраняется до 55 км. Эта территория носит название стратопауза. Между прочим, она представляет край стратосферы, и переход от неё к мезосфере.

Мезосфера

Собственно говоря, она берёт своё начало на уровне 50 км. А верхняя граница её располагается на 80-90 км. По данным учёных, температура в мезосфере снижается с повышением высоты.

Здесь протекает лучистый теплообмен. Кроме того, сложные фотохимические процессы порождают свечение атмосферы Земли.

Доля мезосферы относительно общей массы составляет не больше 0,3%.

Мезосферные серебристые облака

Мезопауза

Это переходный участок от мезосферы до термосферы. Стоит отметить, что температурный фон минимальный (примерно -90°С).

Линия Кармана

На самом деле, это точка вершины над уровнем моря. К тому же, её принято принимать за границу участка от атмосферы Земли до самого космоса. Установлено, что линия Кармана лежит на высоте 100 км от уровня моря.

Линия кармана

Атмосфера Земли и её термосфера

Можно сказать, что она является самым верхней границей воздушной зоны планеты (приблизительно 800 км). Но температура всей области разная. Например, до 200-300 км наблюдается её повышение до 1500 К, а после держится в одном значении.

Полярное сияние из космоса

На этом участке отмечают полярные сияния. По всей вероятности они появляются в результате ионизации воздуха. Которые, в свою очередь, возникают под действием радиации Солнца и космического излучения. Между прочим, главные и основные области ионосферы располагаются как раз здесь.

Кроме того, на высоте выше 300 км присутствует большое количество атомарного кислорода.

Верхняя граница термосферы может изменяться в размерах. Это связано, главным образом, с солнечной активностью. Так, к примеру, в момент низкой активности происходит его уменьшение, и наоборот.

От общей атмосферной массы Земли на термосферу приходится чуть меньше 0,05%.

Термопауза

Это область, которая расположена сверху от термосферы. Здесь наблюдается небольшое поглощение излучения Солнца. Притом установлено, что температура остаётся неизменной.

Экзосфера

По-другому её также называют сферой рассеяния. Более того, она является внешней частью термосферы. В данной зоне в вышей степени разреженный газ. По этой причине происходит утечка его элементов в космос.

На уровне 2000-3000 км экзосфера медленно сливается с межпланетной территорией. Поэтому часто этот участок называют ближнекосмическим вакуумом. В нём пространство заполнено редкими частицами газа, в основном атомами водорода.

Спутники системы GPS и ГЛОНАСС находятся в экзосфере

Источники метана

Тревожными новостями поделилось научное издание New Atlas, со ссылкой на отчет исследователей из организации Global Carbon Project. Если верить отчету, благодаря карантину, объявленному в период пандемии коронавируса, воздух во многих городах действительно стал чище. Многие люди сидели в своих домах и практически не ездили на автомобилях. К тому же, закрылись многие предприятия, деятельность которых сопровождается выбросами в воздух большого количества диоксида углерода, который также известен как углекислый газ. Однако, по словам ученых, карантин никак не сказался на выбросах более опасного метана, который удерживает тепло в 29 раз лучше вышеупомянутого диоксида углерода.

Исследователи сделали весьма логичное заключение, потому что основными источниками метана как раз являются сельское хозяйство, системы отопления и добыча нефти. По расчетам исследователей, каждая живущая на нашей планете корова ежедневно выпускает в воздух до 500 литров метана — этот газ возникает в их пищеварительной системе. Также метан активно используется в качестве топлива для различных печей. Ну и, наконец, метан является одним из газов, растворенных в нефти — при добыче «черного золота» тоже выбрасывается огромное количество парникового газа.

Некоторые ученые умудряются соьирать метан прямо из пищеварительной системы коров для дальнейшего использования в качестве топлива

Газовый состав

Какие газы входят в состав атмосферы? Химический состав атмосферного воздуха относительно постоянен, это важнейший показатель, который отражает состояние окружающей среды.

В состав атмосферного воздуха входят следующие газы:

  • Азот – 78%.
  • 21% кислорода.
  • Водяной пар – около 1,5%, показатель сильно зависит от климатического пояса и температуры воздуха.
  • Чуть менее 1% аргона.
  • 0,04% углекислого газа
  • Озон.

А также другие газы, которые являются неотъемлемой и постоянной составляющей атмосферного воздуха. Газовый состав атмосферного воздуха сохраняется за счет природного круговорота веществ. Для жизнедеятельности человека чрезвычайно важен кислород, который образуется с помощью растений. Так, ученым удалось рассчитать, что потеря всего 3% кислорода может привести к полной остановке всех биологических процессов на Земле. Озон требуется для разбавления кислорода, а также он концентрируется в верхних слоях стратосферы, создавая озоновый слой, который защищает Землю от солнечной радиации.

Атмосферный воздух содержит также углекислый газ (диоксид углерода), который образуется разными путями – при разложении органических веществ, если нагревается или горит топливо, в процессе дыхания животных и растений. Поглощают его в основном растения – поэтому поддержка достаточного растительного покрова чрезвычайно важна для стабильной работы атмосферы.

Как выбрать котел

При выборе газового котла анализируют три основных параметра: все технические характеристики, надежный и проверенный производитель, стоимость. Обязательно следует проанализировать помещение, в котором будет установлено оборудование

Первым делом следует обратить внимание на мощность и функционал техники

Критерии для грамотного выбора

Важные характеристики:

  1. Производительность. Расчет производится после анализа площади помещения и возможной теплопотери.
  2. Число обслуживаемых контуров. Если необходим обогрев помещение и горячее водоснабжение, выбирают двухконтурный котел с парой теплообменников. Если ГВС не нужно, то достаточно одноконтурного котла. В новых двухконтурных отопительных приборах предусмотрен режим «Зима/Лето».
  3. Материал, из которого изготовлен теплообменник. Для первичного контура используют сталь или чугун, а для вторичного медь и алюминий. От материала зависит срок эксплуатации, теплопроводность и стоимость.
  4. Автоматика. Она предусмотрена в двухконтурном турбированном котле. Бывает двух видов: стандартная и погодозависимая. В новых моделях встроен выносной блоки управления. Модель может быть дополнительно укомплектована дистанционным оповещением. Расход газа зависит от количества функций автоматики.

Лучшие модели газовых котлов производят немецкие компании. На втором месте по популярности находится итальянская и французская продукция. Россия также стала поставлять конкурентоспособные котлы, отличающиеся низкой стоимостью.

Самые надежные котлы фирмы Baxi, а также Vaillant Turbo TEC, Viessmann, Vaillant Atmo TEC. На втором и третьем месте находятся модели от Neva Lux и Arderia. Невысокие показатели надежности и качества сборки у корейской продукции от Navien, Hydrosta, Daewoo и Kiturami.

Требования к проведению монтажа

Самые высокие требования предъявлены к установке атмосферных котлов. Монтаж и подключение производят только представители газовой компании, с которой заключается договор на дальнейшее обслуживание и техосмотр оборудования. Все соединяющие узлы должны быть выполнены идеально, предельно герметично.


Установку турбированного котла можно произвести и самостоятельно. Но нужно учесть, что малейшее нарушение приведет к снижению работоспособности, а производитель откажется от гарантийного обслуживания

Оцените статью
alpha-house.ru
Добавить комментарий