13.1: Атмосфера Землі - поділ і склад

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20586

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть різні шари атмосфери.
Знати склад повітря.

Атмосфера Землі складається з декількох шарів (рис.\(\PageIndex{1}\)). Найнижчий шар, тропосфера, простягається від поверхні Землі приблизно до 6 миль або 10 кілометрів (км) у висоту. Практично вся діяльність людини відбувається в тропосфері. Mt. Еверест, найвища гора на планеті, має висоту лише близько 9 км (9 км). Наступний шар, стратосфера, триває від 6 миль (10 км) до приблизно 31 милі (50 км). Більшість комерційних літаків літають в нижній частині стратосфери.

Велика частина атмосферного озону зосереджена в шарі в стратосфері, приблизно на 9 - 18 миль (від 15 до 30 км) над поверхнею Землі (див. Малюнок нижче). Озон - це молекула, яка містить три атома кисню. У будь-який момент часу молекули озону постійно утворюються і руйнуються в стратосфері. Загальна сума залишалася відносно стабільною протягом десятиліть, що вона вимірювалася.

Озоновий шар в стратосфері поглинає частину випромінювання від сонця, не даючи йому досягти поверхні планети. Найголовніше, він поглинає частину ультрафіолетового світла під назвою UVB. UVB був пов'язаний з багатьма шкідливими наслідками, включаючи рак шкіри, катаракту та шкоду деяким сільськогосподарським культурам та морським мешканцям.

Мезосфера починається трохи вище стратосфери і простягається до 85 кілометрів (53 милі) у висоту. Метеори згоряють у цьому
шарі Термосфера починається трохи вище мезосфери і простягається до 600 кілометрів (372 миль) у висоту. Аврора і супутники відбуваються в цьому шарі. Іоносфера - це рясний шар електронів і іонізованих атомів і молекул, який простягається приблизно від 48 кілометрів (30 миль) над поверхнею до краю простору приблизно на 965 км (600 миль), перекриваючись в мезосферу і термосферу. Ця динамічна область зростає і скорочується на основі сонячних умов і ділиться далі на субрегіони: D, E і F; виходячи з того, яка довжина хвилі сонячного випромінювання поглинається. Іоносфера є критичною ланкою ланцюга взаємодій Сонце і Земля. Цей регіон - це те, що робить можливим радіозв'язок. Екзосфера - це верхня межа атмосфери. Він простягається від вершини термосфери до 10 000 км (6200 миль).

\(\PageIndex{1}\)Малюнок Атмосфера Землі Кредит : НАСА/Годдард

Склад атмосфери

За винятком водяної пари, чисельність в атмосфері якої коливається практично від нуля до 4%, фракції основних атмосферних компонентів N ₂, O ₂ і Ar чудово рівномірні нижче приблизно 100 км (табл.\(\PageIndex{1}\)). На більшій висоті дифузія стає основним транспортним процесом, а легші гази стають відносно більш рясними. Крім того, фотохімічні процеси призводять до утворення нових видів, висока реакційна здатність яких виключала б їх існування у значних концентраціях при більш високих тисках, виявлених на менших висотах.

Атмосферні гази діляться на три категорії достатку: основні, незначні та слідові. Азот, найпоширеніший компонент, накопичився з часом в результаті своєї геохімічної інертності; дуже мала його частка переходить в інші фази в результаті біологічної активності і природної фіксації блискавкою. Вважається, що денітрифікуючі бактерії в морських відкладеннях можуть забезпечити основний шлях повернення N ₂ в атмосферу. Кисень майже повністю біологічного походження і циклічно проходить через гідросферу, біосферу та осадові породи. Аргон складається в основному з Ar ⁴⁰, який є продуктом розпаду K ⁴⁰ в мантії і корі.

\(\PageIndex{1}\)*Таблиця* *Основні компоненти чистого сухого повітря в нижній атмосфері*
азоту	N ₂	78.08%
кисень	О ₂	20.95%
аргон	Ар	0.93%

Найбільш поширеним з незначних газів крім водяної пари є вуглекислий газ (табл.\(\PageIndex{2}\)). Далі в достатку йдуть неон і гелій. Гелій є продуктом розпаду радіоактивних елементів у землі, але неон та інші інертні гази є первісними і, ймовірно, присутні в їх теперішньому відносному достатку з моменту земного утворення. Два незначних газів, озон і чадний газ, мають велику кількість, які змінюються залежно від часу та місця розташування. Змінна велика кількість має на увазі дисбаланс між швидкостями формування і видалення. У випадку з чадним газом, основним джерелом якого є антропогенний (невелика кількість виробляється біологічною дією), дисперсія, ймовірно, значною мірою обумовлена локалізованими відмінностями у витраті палива, особливо у двигунів внутрішнього згоряння. Характер раковини чадного газу (механізм видалення) не зовсім зрозумілий; він може бути частково мікробним.

\(\PageIndex{2}\)*Таблиця* *Незначні компоненти повітря в нижній атмосфері.*
вода	Н ₂ О	0-4%
вуглекислий газ	СО ₂	325 проміле
неонові	Ne	18 проміле
гелій	Він	5 проміле
метан	СН ₄	2 проміле
криптон	Кр	1 проміле
водню	Н ₂	0,5 проміле
закис азоту	N ₂ О	0,3 проміле
чадний газ	КО	0,05-0,2 проміле
озон	О ₃	0,02 - 10 проміле
ксенон	Xe	0,08 проміле

Резюме

Шари атмосфери включають трофосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу та екзосферу.
Основними компонентами сухого чистого повітря є N ₂, O ₂ та Ar.
Найбільш поширеними з незначних газів є водяна пара і СО ₂.

Автори та атрибуція

US Environmental Protection Agency (EPA)
Template:ContribLower
Template:ContribAgnewM