Modern dünyevi atmosfer Dünya Atmosferi - Dünya Atmosferinin Oluşumu

Atmosfer, gezegenimizin Dünya ile birlikte dönen gaz halindeki kabuğudur. Atmosferdeki gaza hava denir. Atmosfer hidrosfer ile temas halindedir ve kısmen litosferi kaplar. Ancak üst sınırları belirlemek zordur. Geleneksel olarak, atmosferin yukarı doğru yaklaşık üç bin kilometre boyunca uzandığı varsayılır. Orada havasız alana sorunsuzca akar.

Dünya atmosferinin kimyasal bileşimi

Atmosferin kimyasal bileşiminin oluşumu yaklaşık dört milyar yıl önce başladı. Başlangıçta, atmosfer sadece hafif gazlardan oluşuyordu - helyum ve hidrojen. Bilim adamlarına göre, Dünya çevresinde bir gaz kabuğunun yaratılmasının ilk önkoşulları, lavla birlikte çok miktarda gaz yayan volkanik patlamalardı. Daha sonra, su boşluklarıyla, canlı organizmalarla, faaliyetlerinin ürünleriyle gaz değişimi başladı. Havanın bileşimi yavaş yavaş değişti ve şimdiki haliyle birkaç milyon yıl önce sabitlendi.

Atmosferin ana bileşenleri azot (yaklaşık %79) ve oksijendir (%20). Kalan yüzde (%1) şu gazlardan oluşur: argon, neon, helyum, metan, karbon dioksit, hidrojen, kripton, ksenon, ozon, amonyak, kükürt dioksit ve azot, azot oksit ve karbon monoksit buna dahildir. yüzde bir.

Ayrıca hava su buharı ve partikül madde (bitki poleni, toz, tuz kristalleri, aerosol safsızlıkları) içerir.

Son zamanlarda, bilim adamları bazı hava bileşenlerinde niteliksel değil, niceliksel bir değişiklik kaydettiler. Ve bunun nedeni kişi ve onun faaliyetidir. Sadece son 100 yılda karbondioksit içeriği önemli ölçüde arttı! Bu, en küresel olanı iklim değişikliği olan birçok sorunla doludur.

Hava ve iklimin oluşumu

Atmosfer, Dünya'daki iklimi ve havayı şekillendirmede hayati bir rol oynar. Çok şey güneş ışığının miktarına, alttaki yüzeyin doğasına ve atmosferik dolaşıma bağlıdır.

Faktörlere sırayla bakalım.

1. Atmosfer, güneş ışınlarının ısısını iletir ve zararlı radyasyonu emer. Eski Yunanlılar, Güneş ışınlarının dünyanın farklı bölgelerine farklı açılardan düştüğünü biliyorlardı. Antik Yunancadan çevrilen "iklim" kelimesi "eğim" anlamına gelir. Yani ekvatorda güneş ışınları neredeyse dikey olarak düşer, çünkü burası çok sıcaktır. Kutuplara ne kadar yakın olursa, eğim açısı o kadar büyük olur. Ve sıcaklık düşüyor.

2. Dünyanın dengesiz ısınması nedeniyle atmosferde hava akımları oluşur. Boyutlarına göre sınıflandırılırlar. En küçüğü (onlarca ve yüzlerce metre) yerel rüzgarlardır. Bunu musonlar ve ticaret rüzgarları, siklonlar ve antisiklonlar, gezegensel ön bölgeler takip eder.

Bütün bu hava kütleleri sürekli hareket halindedir. Bazıları oldukça statiktir. Örneğin, subtropiklerden ekvatora doğru esen ticaret rüzgarları. Diğerlerinin hareketi büyük ölçüde atmosfer basıncına bağlıdır.

3. Atmosfer basıncı, iklim oluşumunu etkileyen bir diğer faktördür. Bu, dünya yüzeyindeki hava basıncıdır. Bildiğiniz gibi hava kütleleri, atmosfer basıncının yüksek olduğu bir bölgeden, bu basıncın daha düşük olduğu bir alana doğru hareket eder.

Toplamda 7 bölge var. Ekvator alçak basınç bölgesidir. Ayrıca, ekvatorun her iki tarafında otuzuncu enlemlere kadar - yüksek basınç alanı. 30°'den 60°'ye - yine düşük basınç. Ve 60°'den kutuplara - yüksek basınç bölgesi. Hava kütleleri bu bölgeler arasında dolaşır. Denizden karaya gidenler yağmur ve kötü havayı, kıtalardan esenler ise berrak ve kuru hava getirir. Hava akımlarının çarpıştığı yerlerde, yağış ve sert, rüzgarlı hava ile karakterize edilen atmosferik ön bölgeler oluşur.

Bilim adamları, bir kişinin sağlığının bile atmosfer basıncına bağlı olduğunu kanıtladılar. Uluslararası standartlara göre normal atmosfer basıncı 760 mm Hg'dir. 0°C'de kolon. Bu rakam, neredeyse deniz seviyesi ile aynı hizada olan arazi alanları için hesaplanmıştır. Basınç yükseklikle azalır. Bu nedenle, örneğin, St. Petersburg için 760 mm Hg. - normdur. Ancak daha yüksekte bulunan Moskova için normal basınç 748 mm Hg'dir.

Basınç sadece dikey olarak değil, yatay olarak da değişir. Bu özellikle siklonların geçişi sırasında hissedilir.

atmosferin yapısı

Atmosfer bir tabaka kek gibidir. Ve her katmanın kendine has özellikleri vardır.

. Troposfer dünyaya en yakın katmandır. Ekvatordan uzaklaştıkça bu katmanın "kalınlığı" değişir. Ekvatorun üzerinde, katman yukarı doğru 16-18 km, ılıman bölgelerde - 10-12 km, kutuplarda - 8-10 km uzanır.

Toplam hava kütlesinin %80'i ve su buharının %90'ı burada bulunur. Burada bulutlar oluşur, siklonlar ve antisiklonlar ortaya çıkar. Hava sıcaklığı bölgenin yüksekliğine bağlıdır. Ortalama olarak her 100 metrede 0,65 °C düşer.

. tropopoz- atmosferin geçiş katmanı. Yüksekliği birkaç yüz metreden 1-2 km'ye kadardır. Yazın hava sıcaklığı kışın olduğundan daha yüksektir. Yani, örneğin, kışın kutuplar üzerinde -65 ° C ve ekvator üzerinde yılın herhangi bir zamanında -70 ° C'dir.

. Stratosfer- bu, üst sınırı 50-55 kilometre yükseklikte uzanan bir katmandır. Burada türbülans düşüktür, havadaki su buharı içeriği ihmal edilebilir düzeydedir. Ama ozon çok. Maksimum konsantrasyonu 20-25 km yüksekliktedir. Stratosferde hava sıcaklığı yükselmeye başlar ve +0.8 ° C'ye ulaşır. Bunun nedeni, ozon tabakasının ultraviyole radyasyon ile etkileşime girmesidir.

. Stratopoz- stratosfer ile onu takip eden mezosfer arasında alçak bir ara katman.

. mezosfer- bu katmanın üst sınırı 80-85 kilometredir. Burada serbest radikalleri içeren karmaşık fotokimyasal süreçler gerçekleşir. Gezegenimizin uzaydan görülen o nazik mavi parıltısını sağlayan onlardır.

Çoğu kuyruklu yıldız ve göktaşı mezosferde yanar.

. mezopoz- hava sıcaklığı en az -90 ° olan bir sonraki ara katman.

. termosfer- alt sınır 80 - 90 km yükseklikte başlar ve katmanın üst sınırı yaklaşık 800 km işaretinde geçer. Hava sıcaklığı yükseliyor. +500°C ile +1000°C arasında değişebilir. Gün boyunca sıcaklık dalgalanmaları yüzlerce dereceyi bulur! Ancak buradaki hava o kadar seyrektir ki, "sıcaklık" teriminin sandığımız gibi anlaşılması burada uygun değildir.

. iyonosfer- mezosfer, mezopoz ve termosferi birleştirir. Buradaki hava esas olarak oksijen ve nitrojen moleküllerinden ve yarı nötr plazmadan oluşur. İyonosfere düşen güneş ışınları hava moleküllerini güçlü bir şekilde iyonize eder. Alt katmanda (90 km'ye kadar), iyonlaşma derecesi düşüktür. Daha yüksek, daha fazla iyonlaşma. Böylece, 100-110 km yükseklikte elektronlar yoğunlaşır. Bu, kısa ve orta radyo dalgalarının yansımasına katkıda bulunur.

İyonosferin en önemli katmanı, 150-400 km yükseklikte bulunan üst katmandır. Özelliği, radyo dalgalarını yansıtması ve bu, radyo sinyallerinin uzun mesafelerde iletilmesine katkıda bulunmasıdır.

Aurora gibi bir fenomenin meydana geldiği iyonosferde.

. Ekzosfer- oksijen, helyum ve hidrojen atomlarından oluşur. Bu katmandaki gaz çok nadirdir ve genellikle hidrojen atomları uzaya kaçar. Bu nedenle bu katmana "saçılma bölgesi" denir.

Atmosferimizin ağırlığı olduğunu öne süren ilk bilim adamı İtalyan E. Torricelli'dir. Örneğin, Ostap Bender, "Altın Buzağı" romanında, her bir kişinin 14 kg ağırlığındaki bir hava sütunu tarafından sıkıştırıldığından şikayet etti! Ama büyük stratejist biraz yanılıyordu. Yetişkin bir kişi 13-15 tonluk bir baskı yaşar! Ancak bu ağırlığı hissetmiyoruz çünkü atmosferik basınç, bir kişinin iç basıncıyla dengeleniyor. Atmosferimizin ağırlığı 5.300.000.000.000.000.000 tondur. Rakam devasa, ancak gezegenimizin ağırlığının sadece milyonda biri.

Sayfa 4/10

Dünya atmosferinin oluşumu eski zamanlarda başladı - Dünya'nın gelişiminin protoplanetary aşamasında, büyük miktarda gaz salınımı ile aktif volkanik patlamalar döneminde. Daha sonra, Dünya'da okyanuslar ve biyosfer ortaya çıktığında, su, bitkiler, hayvanlar ve bunların bozunma ürünleri arasındaki gaz alışverişi nedeniyle atmosferin oluşumu devam etti.

Jeolojik tarih boyunca, Dünya'nın atmosferi bir dizi derin dönüşüm geçirdi.

Dünyanın birincil atmosferi. İyileşmek.

Bölüm Dünyanın birincil atmosferi Dünya'nın gelişiminin öncül-gezegen aşamasında (4,2 milyar yıldan daha önce), metan, amonyak ve karbondioksit ağırlıklı olarak dahil edildi. Daha sonra, Dünya'nın mantosunun gazdan arındırılması ve Dünya yüzeyindeki sürekli ayrışma süreçleri sonucunda, Dünya'nın birincil atmosferinin bileşimi, su buharı, karbon bileşikleri (CO 2 , CO) ve kükürt ve ayrıca güçlü halojen asitlerle zenginleştirildi. (HCl, HF, HI) ve borik asit. İlk atmosfer çok inceydi.

Dünyanın ikincil atmosferi. Oksidatif.

Daha sonra, birincil atmosfer ikincil bir atmosfere dönüşmeye başladı. Bu, dünyanın yüzeyinde meydana gelen aynı ayrışma süreçlerinin, volkanik ve güneş aktivitesinin yanı sıra siyanobakterilerin ve mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesinin bir sonucu olarak gerçekleşti.

Dönüşüm, metanın hidrojen ve karbon dioksite ve amonyağın nitrojen ve hidrojene ayrışmasıyla sonuçlandı. Karbondioksit ve nitrojen Dünya atmosferinde birikmeye başladı.

Fotosentez yoluyla mavi-yeşil algler, neredeyse tamamı diğer gazların ve kayaların oksidasyonu için harcanan oksijeni üretmeye başladı. Sonuç olarak, amonyak moleküler azot, metan ve karbon monoksite - karbon dioksit, kükürt ve hidrojen sülfüre - S02 ve S03'e oksitlendi.

Böylece atmosfer yavaş yavaş indirgeyici bir atmosferden oksitleyici bir atmosfere dönüştü.

Birincil ve ikincil atmosferde karbondioksit oluşumu ve evrimi.

Dünya atmosferinin oluşumunun ilk aşamalarında karbondioksit kaynakları:

• metan oksidasyonu,
• Dünya'nın mantosunun gazdan arındırılması,
• Kayaların aşınması.

Proterozoik ve Paleozoyik (yaklaşık 600 milyon yıl önce) döneminde, atmosferdeki karbondioksit içeriği azaldı ve atmosferdeki toplam gaz hacminin yüzde onda biri kadar oldu.

Atmosferdeki mevcut karbondioksit içeriği seviyesi sadece 10-20 milyon yıl önce ulaştı.

Dünyanın birincil ve ikincil atmosferinde oksijenin oluşumu ve evrimi.

oksijen kaynakları atmosferik oluşumun erken aşamaları Araziler:

• Dünyanın mantosunun gazdan arındırılması - neredeyse tüm oksijen oksidatif süreçlere harcandı.
• Ultraviyole radyasyonun etkisi altında atmosferde suyun fotoayrışması (hidrojen ve oksijen moleküllerine ayrışması) - bunun sonucunda atmosferde serbest oksijen molekülleri ortaya çıktı.
• Karbondioksitin ökaryotlar tarafından oksijene dönüştürülmesi. Atmosferde serbest oksijenin ortaya çıkması prokaryotların ölümüne (indirgeyici koşullarda yaşama adapte olmuş) ve ökaryotların ortaya çıkmasına (oksitleyici bir ortamda yaşamaya adapte olmuş) yol açmıştır.

Dünya atmosferindeki oksijen konsantrasyonundaki değişiklikler.

Archean - Proterozoic'in ilk yarısı – mevcut seviyenin %0.01 oksijen konsantrasyonu (Urey noktası). Ortaya çıkan oksijenin neredeyse tamamı, demir ve kükürtün oksidasyonu için harcandı. Bu, dünyanın yüzeyindeki tüm demirli demir oksitlenene kadar devam etti. O zamandan beri, atmosferde oksijen birikmeye başladı.

Proterozoik'in ikinci yarısı - erken Vendian'ın sonu – atmosferdeki oksijen konsantrasyonu mevcut seviyenin (Pasteur noktası) %0,1'idir.

Geç Vendiyen - Silüriyen dönemi. Serbest oksijen yaşamın gelişimini teşvik etti - anaerobik fermantasyon sürecinin yerini enerjik olarak daha umut verici ve ilerleyici bir oksijen metabolizması aldı. O zamandan beri, atmosferdeki oksijen birikimi oldukça hızlı olmuştur. Bitkilerin denizden karaya çıkması (450 milyon yıl önce) atmosferdeki oksijen seviyesinin dengelenmesine yol açmıştır.

Orta Kretase . Atmosferdeki oksijen konsantrasyonunun nihai stabilizasyonu, çiçekli bitkilerin ortaya çıkmasıyla (100 milyon yıl önce) ilişkilidir.

Dünyanın birincil ve ikincil atmosferinde azot oluşumu ve evrimi.

Azot, amonyak ayrışması nedeniyle Dünya'nın gelişiminin erken aşamalarında oluşmuştur. Atmosferik nitrojenin bağlanması ve deniz tortullarına gömülmesi, organizmaların ortaya çıkmasıyla başladı. Canlı organizmaların karaya salınmasından sonra, kıtasal tortullara azot gömülmeye başlandı. Azot sabitleme süreci, özellikle karasal bitkilerin ortaya çıkmasıyla yoğunlaştı.

Böylece, Dünya atmosferinin bileşimi, organizmaların yaşam özelliklerini belirledi, evrimlerine, gelişmelerine ve dünya yüzeyinde yerleşmelerine katkıda bulundu. Ancak Dünya tarihinde, gaz bileşiminin dağılımında bazen başarısızlıklar oldu. Bunun nedeni, Cryptozoic ve Fanerozoic sırasında birden fazla kez meydana gelen çeşitli felaketlerdi. Bu başarısızlıklar organik dünyanın kitlesel yok oluşlarına yol açtı.

Dünyanın eski ve modern atmosferinin yüzde olarak bileşimi Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1. Dünyanın birincil ve modern atmosferinin bileşimi.

“Dünya Atmosferinin Oluşumu” makalesiydi. Dünyanın birincil ve ikincil atmosferi. Devamını okuyun: «

Azot - %78,084

Oksijen - %20,946

Argon - %0.934

Karbondioksit - %0.033

Neon - %0.000018

Helyum - 0.00000524

Metan - %0,000002

Kripton - 0.0000114%

Hidrojen - %0,0000005

Azot oksitler - %0,0000005

Xenon - %0.00000087

Büyük Fransız bilim adamı A. Lavoisier (1743-1794), havanın bir gaz karışımı olduğunu ilk ortaya koyan kişiydi. Lavoisier bu gazları araştırdı ve ana özelliklerini belirledi. Ancak, dünya atmosferinin doğası hakkındaki fikirleri kısmen hatalıydı.

Atmosferin alt tabakasında, troposferde hava bileşimi nispeten homojendir. İçinde hava oluştuğu için meteorologlar için özellikle ilgi çekici olan bu katmandır.

Atmosferde en çok bulunan gaz azottur. Alt atmosfer bu gazın %78'ini içerir. Gaz halinde kimyasal olarak inert olan nitrat adı verilen bileşiklerdeki azot, bitki örtüsü ve vahşi yaşamın metabolizmasında önemli bir rol oynar.

Hayvanlar azotu doğrudan havadan ememezler. Ancak hayvanların günlük olarak yem şeklinde aldıkları yiyeceklerin bir parçasıdır. Havadaki serbest azot, baklagiller gibi bitkilerin köklerinde bulunan bakteriler tarafından yakalanır. Bitkilerin oluşturduğu nitratlar, bu bitkilerle beslenen hayvanlar için kullanılabilir hale gelir.

Biyolojik olarak atmosferdeki en aktif gaz oksijendir. Atmosferdeki içeriği - yaklaşık% 21 - nispeten değişmez. Bunun nedeni, hayvanlar tarafından sürekli oksijen kullanımının bitkiler tarafından salınması ile dengelenmesidir. Hayvanlar solunum sırasında oksijen alırlar. Bitkiler onu fotosentezin bir yan ürünü olarak serbest bırakır, ancak solunum sırasında da emer. Bu ve birbiriyle ilişkili diğer süreçlerin bir sonucu olarak, dünya atmosferindeki toplam oksijen miktarı, en azından şu anda, aşağı yukarı dengeli, yani yaklaşık olarak sabittir.

Bir meteorolog ve klimatolog açısından, atmosferin en önemli bileşenlerinden biri karbondioksittir. Hacimce sadece %0.03'lük bir yer kaplamasına rağmen, içeriğindeki bir değişiklik havayı ve havayı kökten değiştirebilir. Daha sonra, karbondioksitin önemli bir rol oynadığı ana atmosferik süreçleri daha ayrıntılı olarak ele alacağız. Bununla birlikte, atmosferdeki karbondioksit miktarını iki katına çıkarmanın, yani hacmini %0,06'ya çıkarmanın, dünya üzerindeki sıcaklığı 3°C artırabileceğini belirtmek şimdi ilginçtir. İlk bakışta bu artış önemsiz görünüyor. Ancak köklü bir değişikliğe neden olacaktır. Geçen yüzyılın büyük sanayi devriminin başlangıcından bu yana yaklaşık 120 yıl boyunca insanlık, sadece karbondioksitin değil, aynı zamanda diğer gazların da atmosfere salınımını sürekli olarak artırdı. Her ne kadar karbondioksit miktarı atmosferdeki gaz henüz iki katına çıkmadı, 1869'dan 1940'a kadar olan dönemde Dünya'daki ortalama hava sıcaklığı yine de 1 ° C arttı. Doğru, Dünya'daki karbondioksit içeriğinin geçmişte değiştiği varsayılıyor. Bu değişiklikler iklimi kesinlikle etkileyebilir ve bu nedenle dünyadaki meteorologların ve klimatologların dikkatini çeker.

Atmosferde biyolojik süreçlerde yer almayan gazlar vardır, ancak bunların bir kısmı üst katmanlarda enerji transferinde önemli rol oynar. Bu gazlar arasında argon, neon, helyum, hidrojen, ksenon, ozon (üç atomlu bir oksijen çeşidi - O 3) bulunur.

Yukarıda sayılan gazların yanı sıra atmosferde katı ve sıvı halde bulunan birçok madde bulunmaktadır. Böylece, atmosfere çeşitli toz türleri (üst toprak rüzgar tarafından üflendiğinde) ve ayrıca su buharı ve kükürt dioksit volkanik patlamalar sırasında girer. Bitkilerden sayısız miktarda polen, spor ve tohum atmosfere taşınır. Atmosferde de çeşitli mikroorganizmalar bulunur. Bütün bu kirlilikler rüzgar tarafından binlerce kilometre boyunca taşınır. Tuz kristalleri, deniz suyu sıçramalarıyla birlikte atmosfere girer.

1883'te Krakatoa yanardağı patladı ve atmosfere duman ve kül fırlattı. Patlama alanında, gün batımında yeşil bir akşam şafağı gözlemlendi. Atmosfere getirilen kül, 1-3 yıl boyunca kuzey yarımkürede dünya yüzeyine gelişinde önemli bir etkiye sahipti. Bu külün atmosferi biraz soğuttuğuna dair kanıtlar var.

Atmosfere giren çeşitli gazlar ve partikül maddeler, hava koşullarını farklı şekillerde etkiler. Özellikle dışarıdan atmosfere gelenlerin bir kısmını emerler. Tuz kristalleri yoğunlaşma çekirdekleri haline gelir ve su buharı havada asılı kalan tuz kristalleri ve diğer katı parçacıklar üzerinde yoğunlaştığından yağmur ve diğerlerinin oluşumuna katılır.

20. yüzyılın başına kadar meteorologlar tüm atmosferin az çok homojen olduğunu düşünüyorlardı. Özellikle, atmosferdeki hava sıcaklığının yükseklikle eşit olarak azaldığına ikna oldular. Atmosferin katmanlı yapısı ancak 20. yüzyılın başlarında kurulabildi.

Atmosferin yüksek katmanlarının çeşitli balonlar ve roketler - aeroloji - yardımıyla incelenmesi, nispeten genç bir meteoroloji alanıdır. Halihazırda, artan yükseklik ile atmosferin bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinin kökten değiştiği bilinmektedir. İlk dikey sondajlar, hava sıcaklığının önemli ölçüde değiştiğini gösterdi. Ancak daha sonra, atmosferin tüm katmanlarında eşit olarak değişmediği anlaşıldı. Dünya'dan uzaklaştıkça, sıcaklık değerleri de dahil olmak üzere atmosferin özellikleri sürekli değişir.

Konunun ele alınmasını biraz kolaylaştırmak için, atmosfer üç ana katmana ayrılmıştır. Atmosferik tabakalaşma, öncelikle hava sıcaklığındaki yükseklikle eşit olmayan değişikliklerin bir sonucudur. Alttaki iki katman, bileşimde nispeten homojendir. Bu nedenle genellikle bir homosfer oluşturdukları söylenir.

Troposfer. Atmosferin alt tabakasına troposfer denir. Bu terimin kendisi "dönme küresi" anlamına gelir ve bu katmanın türbülansının özellikleri ile ilişkilidir. Hava ve iklimdeki tüm değişiklikler bu katmanda meydana gelen fiziksel süreçlerin sonucudur. 18. yüzyılda, atmosferin incelenmesinden bu yana sadece bu katmanla sınırlıydı, içinde keşfedilen şeyin, hava sıcaklığındaki yükseklikle bir düşüşün atmosferin geri kalanında doğal olduğuna inanılıyordu.

Çeşitli enerji dönüşümleri öncelikle troposferde meydana gelir. Havanın dünya yüzeyiyle sürekli teması ve uzaydan içine enerji girişi nedeniyle hareket etmeye başlar. Bu katmanın üst sınırı, sıcaklıktaki yükseklikle düşüşün yerini, artışıyla değiştirdiği yerde bulunur - ekvatordan yaklaşık 15-16 km yükseklikte ve kutuplardan 7-8 km yükseklikte. Dünyanın kendisi gibi, gezegenimizin dönüşünün etkisi altında, kutuplar üzerinde biraz düzleşir ve ekvator üzerinde şişer. Ancak bu etki, atmosferde Dünya'nın katı kabuğundan çok daha güçlüdür.

Dünya yüzeyinden troposferin üst sınırına doğru hava sıcaklığı düşer. Ekvator üzerinde minimum hava sıcaklığı yaklaşık -62°C, kutuplar üzerinde ise yaklaşık -45°C'dir. Ancak, ölçüm noktasına bağlı olarak sıcaklık biraz farklı olabilir. Böylece, Java adası üzerinde, troposferin üst sınırında, hava sıcaklığı -95 °C gibi rekor düşük bir seviyeye düşer.

Troposferin üst sınırına tropopoz denir. Atmosfer kütlesinin %75'inden fazlası tropopozun altında bulunur. Tropiklerde, atmosfer kütlesinin yaklaşık %90'ı troposfer içindedir.

Tropopoz, 1899'da, minimumunun belirli bir yükseklikte dikey sıcaklık profilinde bulunduğu ve ardından sıcaklığın hafifçe arttığı keşfedildi. Bu artışın başlangıcı, atmosferin bir sonraki katmanına - stratosfere geçiş anlamına gelir.

Stratosfer. Stratosfer terimi "katman küresi" anlamına gelir ve troposferin üzerinde uzanan katmanın benzersizliği konusundaki eski fikri yansıtır.Stratosfer, dünya yüzeyinden yaklaşık 50 km yüksekliğe kadar uzanır.Özelliği, özellikle keskindir. Tropopozdaki son derece düşük değerlerine kıyasla hava sıcaklığındaki artış Stratosferdeki sıcaklık yaklaşık -40 °C'ye yükselir. atmosfer.

Ozon oksijenin özel bir şeklidir. Her zamanki iki atomlu oksijen molekülünün (O2) aksine. ozon, triatomik moleküllerinden (Oz) oluşur. Sıradan oksijenin üst atmosfere giren oksijenle etkileşiminin bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Ozonun büyük kısmı yaklaşık 25 km yükseklikte yoğunlaşmıştır, ancak genel olarak ozon tabakası, yükseklik boyunca kuvvetli bir şekilde gerilmiş ve neredeyse tüm stratosferi kaplayan bir kabuktur. Ozonosferde, ultraviyole ışınları en sık ve en güçlü şekilde atmosferik oksijen ile etkileşime girer. sıradan iki atomlu oksijen moleküllerinin ayrı atomlara parçalanmasına neden olur. Buna karşılık, oksijen atomları genellikle iki atomlu moleküllere yeniden bağlanır ve ozon molekülleri oluşturur. Aynı şekilde, tek tek oksijen atomları, iki atomlu moleküller halinde birleştirilir. Ozon oluşumunun yoğunluğu, stratosferde yüksek konsantrasyonda bir tabakanın var olması için yeterlidir.

Oksijenin ultraviyole ışınlarıyla etkileşimi, dünya atmosferindeki, dünyadaki yaşamın korunmasına katkıda bulunan uygun süreçlerden biridir. Bu enerjinin ozon tarafından emilmesi, yeryüzüne aşırı akışını engeller, burada tam olarak karasal yaşam formlarının varlığına uygun bir enerji seviyesinin yaratıldığı yer. Belki de geçmişte Dünya'ya şimdikinden daha fazla enerji sağlandı, bu da gezegenimizdeki birincil yaşam formlarının ortaya çıkışını etkiledi. Ancak günümüzün canlı organizmaları, Güneş'ten gelen daha önemli miktarda ultraviyole radyasyondan sağ kurtulamayacaktı.

Ozonosfer, atmosferden geçen kısmı emer. Sonuç olarak, ozonosferde 100 m'de yaklaşık 0,62 ° C'lik bir dikey hava sıcaklığı gradyanı kurulur, yani sıcaklık stratosferin üst sınırına - stratopause (50 km) kadar yükseklikle yükselir.

50 ila 80 km arasındaki rakımlarda, mezosfer adı verilen bir atmosfer tabakası vardır. "Mezosfer" kelimesi "ara küre" anlamına gelir, burada hava sıcaklığı yükseklikle azalmaya devam eder.

Mezosferin üzerinde, termosfer adı verilen bir katmanda, sıcaklık tekrar yaklaşık 1000°C'ye kadar yükselir ve daha sonra çok hızlı bir şekilde -96°C'ye düşer. Ancak süresiz olarak düşmez, ardından sıcaklık tekrar yükselir.

Atmosferin ayrı katmanlara bölünmesi, her katmandaki yükseklikle sıcaklık değişikliklerinin özellikleri ile fark edilmesi oldukça kolaydır.

Daha önce bahsedilen katmanlardan farklı olarak, iyonosfer vurgulanmamıştır. sıcaklığa göre. İyonosferin ana özelliği, atmosferik gazların yüksek derecede iyonlaşmasıdır. Bu iyonlaşma, güneş enerjisinin çeşitli gazların atomları tarafından emilmesinden kaynaklanır. Yüksek enerjili kuantum taşıyan ultraviyole ve diğer güneş ışınları atmosfere girerek azot ve oksijen atomlarını iyonize eder - dış yörüngelerde bulunan elektronlar atomlardan kopar. Elektronları kaybederek, bir atom pozitif bir yük kazanır. Bir atoma bir elektron eklenirse, atom negatif yüklü hale gelir. Bu nedenle, iyonosfer, birçok radyo iletişiminin mümkün olduğu, elektriksel nitelikte bir bölgedir.

İyonosfer, D, E, F1 ve F2 harfleriyle gösterilen birkaç katmana bölünmüştür.Bu katmanların da özel adları vardır. Katmanlara bölünme, aralarında en önemlisinin, katmanların radyo dalgalarının geçişi üzerindeki eşit olmayan etkisi olduğu çeşitli nedenlerden kaynaklanır. En alttaki katman olan D, esas olarak radyo dalgalarını emer ve böylece onların daha fazla yayılmasını engeller.

En iyi çalışılan E tabakası, dünya yüzeyinden yaklaşık 100 km yükseklikte yer almaktadır. Aynı anda ve bağımsız olarak keşfeden Amerikalı ve İngiliz bilim adamlarının adlarından sonra Kennelly-Heaviside katmanı olarak da adlandırılır. E Katmanı, dev bir ayna gibi radyo dalgalarını yansıtır. Bu katman sayesinde, uzun radyo dalgaları, E katmanından yansıtılmadan yalnızca düz bir çizgide yayılırlarsa beklenenden daha uzak mesafeler katederler.

F Katmanı benzer özelliklere sahiptir ve Appleton katmanı olarak da adlandırılır. Kennelly-Heaviside katmanı ile birlikte radyo dalgalarını karasal radyo istasyonlarına yansıtır.Bu tür yansıma çeşitli açılarda meydana gelebilir. Appleton katmanı yaklaşık 240 km yükseklikte yer almaktadır.

Atmosferin en dış bölgesi genellikle ekzosfer olarak adlandırılır.

Bu terim, Dünya'nın yakınında uzayın eteklerinin varlığını gösterir. Uzayın nerede bitip nerede başladığını tam olarak belirlemek zordur, çünkü atmosferik gazların yoğunluğu yükseklikle kademeli olarak azalır ve kendisi düzgün bir şekilde sadece bireysel moleküllerin buluştuğu neredeyse bir boşluğa dönüşür. Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça, atmosferik gazlar gezegenin cazibesini gitgide daha az hisseder ve belirli bir yükseklikten itibaren dünyanın yerçekimi alanını terk etme eğilimindedir. Zaten yaklaşık 320 km yükseklikte, atmosferin yoğunluğu o kadar düşüktür ki, moleküller birbiriyle çarpışmadan 1 km'den fazla yol kat edebilir. Atmosferin en dış kısmı, 480 ila 960 km arasındaki rakımlarda bulunan üst sınırı olarak hizmet eder.

Atmosfer, gaz bileşimini değiştirerek katmanlara ayrılabilir. Bu değişim, dünyanın yerçekimi alanının, ağır gazların atomlarını ve moleküllerini, daha hafif gazların atom ve moleküllerinden daha yakın tutmasından kaynaklanmaktadır.

Homosfer. Yaklaşık 80 km yüksekliğe kadar, atmosferin bileşimi nispeten homojendir. Atmosferin bu kısmına "homosphere" denir ("homo", "aynı" anlamına gelir).

Heterosfer. Homosferin hemen üzerinde, iki atomlu nitrojen moleküllerinden (N2) ve belirli sayıda aynı oksijen moleküllerinden (02) oluşan bir katman bulunur. Bu katman yaklaşık 240 km yüksekliğe kadar uzanır. Bunun üzerinde moleküler nitrojen ve moleküler oksijen nadirdir. İkincisi burada sadece atomik durumda (O) bulunur ve atmosferin alt katmanlarının olağan, özelliğinde değil. Atomik oksijen tabakası yaklaşık 960 km'ye kadar uzanır.

Daha da yüksekte, doğrudan atomik oksijen tabakasının üzerinde, üçüncü gaz tabakası bulunur. Helyum (He) atomlarından oluşur ve 2400 km yüksekliğe kadar uzanır. Son olarak, helyum tabakasının üzerinde bir hidrojen (H) tabakası bulunur.

Tüm bu katmanlar "heterosfer" adıyla birleştirilir ("hetero", "farklı" anlamına gelir). Ardışık katmanların gazları giderek daha az atom ağırlığına sahiptir. Her katmanın kalınlığı, ilgili yüksekliklerde Dünya'nın yerçekimi alanının yoğunluğuna ve gazları Dünya'ya yakın tutma yeteneğine bağlıdır. Hidrojen ve helyum, atmosferin en üst katmanlarında ihmal edilebilir miktarlarda bulunurken, daha ağır atomlar ve özellikle oksijen ve nitrojen molekülleri, dünya yüzeyinden daha küçük bir mesafede kolayca tutulur.

Öncelikle troposferde meydana gelen fenomenlere odaklanacağız. Bu katmanda atmosferik hareketlerin enerji kaynağı soğurulan enerjidir. Bunu daha net anlamak için, bu radyasyonun gelişindeki değişikliklere nasıl tepki verdiğini düşünün. Güneş'in yaydığı (radyasyon) tarafından tahrik edilen ve Dünya'ya ulaşan devasa bir ısı makinesi olarak görülebilir. Dünyanın farklı bölgeleri farklı şekilde ısıtıldığından, aralarında atmosfer basıncında farklılıklar vardır. Bu basınç farklılıkları havanın bir bölgeden diğerine hareket etmesine ve dolayısıyla rüzgara, fırtınalara ve nihayetinde gezegenimizdeki her şeye neden olur.

Fiziksel beden olarak herhangi bir gazın, bir kap içine alınmadığı takdirde hiçbir biçiminin olmadığı bilinmektedir. Bir gaz, içinde bulunduğu kabın duvarları ile sınırlanan, oldukça hareketli ve kolayca sıkıştırılabilir bir ortamdır. Atmosferde her zaman üstteki katmanlarda bulunan hava moleküllerinin baskısı altındadır.

Gaz molekülleri, gaza verilen ısının etkisi altında sürekli hareket eder. Hareket eden gaz molekülleri birbirleriyle ve bulundukları kabın duvarlarıyla çarpışırlar. Hava moleküllerinin davranışı genellikle Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasalarıyla tanımlanır.

Sıcaklık, basınç ve hacimdeki değişikliklere diğer tüm gazlarla aynı şekilde tepki verir. Bu nedenle meteorologlar, fizikten bilinen genel gaz yasalarını kullanarak atmosferi inceler.

Atmosfer ve içerdiği tüm kirlilikler yerçekimi ile Dünya'nın yakınında tutulur. Dünyanın yerçekimi havanın ağırlığını belirler, yani gezegenin yüzeyinde atmosferik basınç oluşturur. Bu basınç, toplam alanı 510 milyon kilometrekare olan dünya yüzeyinin her santimetrekaresinde yaşanır. Atmosferin toplam ağırlığı yaklaşık 5.000.000.000 milyon ton olduğu için, dünya yüzeyinin her santimetre karesine yaklaşık 1 kg'lık bir kuvvetle etki eder.

Deniz seviyesinde havanın yoğunluğu yaklaşık 1,3 kg/m3'tür ve basınç gibi yükseklikle hızla azalır.

Hava kolayca sıkıştırılabilir ve genellikle kimyasal olarak kararlı bir ortamdır. Moleküllerin belirli ağırlıkları ve gaz ortamının sıkıştırılabilirliği nedeniyle, atmosferi oluşturan moleküllerin çoğu birkaç kilometreye eşit olan alt katmanda bulunur. Bu nedenle, atmosferin toplam kütlesinin en az yarısı, genel olarak birkaç bin kilometre yüksekliğe kadar uzanmasına rağmen, 6 km'ye kadar olan irtifalarda bulunur. Atmosferin dikey sütununda bulunan gaz moleküllerinin ağırlığı, karasal nesnelerin çoğunu dünya yüzeyine bastırır. Bununla birlikte, 6 km'nin üzerinde gaz moleküllerinin sayısı alt katmanlara kıyasla azalmasına rağmen, burada da oldukça fazla sayıda bulunmaktadır.

Dünya atmosferinin oluşumu eski zamanlarda başladı - Dünya'nın gelişiminin protoplanetary aşamasında, büyük miktarda gaz salınımı ile aktif volkanik patlamalar döneminde * Daha sonra, Dünya'da okyanuslar ve biyosfer ortaya çıktığında, oluşum su, bitkiler, hayvanlar ve bunların ürünlerinin ayrışması arasındaki gaz alışverişi nedeniyle atmosferin devam etmesi*

Jeolojik tarih boyunca, Dünya'nın atmosferi bir dizi derin dönüşüm geçirdi.

Dünyanın birincil atmosferi. İyileşmek.

Bölüm Dünyanın birincil atmosferi Dünya'nın gelişiminin öncül-gezegen aşamasında (4,2 milyar yıldan daha önce), metan, amonyak ve karbondioksit ağırlıklı olarak dahil edildi. Daha sonra, Dünya'nın mantosunun gazdan arındırılması ve Dünya yüzeyindeki sürekli ayrışma süreçleri sonucunda, Dünya'nın birincil atmosferinin bileşimi, su buharı, karbon bileşikleri (CO 2 , CO) ve kükürt ve ayrıca güçlü halojen asitlerle zenginleştirildi. (HCl, HF, HI) ve borik asit. İlk atmosfer çok inceydi.

Dünyanın ikincil atmosferi. Oksidatif.

Daha sonra, birincil atmosfer ikincil bir atmosfere dönüşmeye başladı. Bu, dünyanın yüzeyinde meydana gelen aynı ayrışma süreçlerinin, volkanik ve güneş aktivitesinin yanı sıra siyanobakterilerin ve mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesinin bir sonucu olarak gerçekleşti.

Dönüşüm, metanın hidrojen ve karbon dioksite ve amonyağın nitrojen ve hidrojene ayrışmasıyla sonuçlandı. Karbondioksit ve nitrojen Dünya atmosferinde birikmeye başladı.

Fotosentez yoluyla mavi-yeşil algler, neredeyse tamamı diğer gazların ve kayaların oksidasyonu için harcanan oksijeni üretmeye başladı. Sonuç olarak, amonyak moleküler azot, metan ve karbon monoksite - karbon dioksit, kükürt ve hidrojen sülfüre - S02 ve S03'e oksitlendi.

Böylece atmosfer yavaş yavaş indirgeyici bir atmosferden oksitleyici bir atmosfere dönüştü.

Karbondioksitin oluşumu ve evrimi

Atmosferik oluşumun ilk aşamalarındaki karbondioksit kaynakları:

• metan oksidasyonu,
• Dünya'nın mantosunun gazdan arındırılması,
• Kayaların aşınması.

Erken Dünya'nın atmosferindeki karbondioksit içeriği çok önemliydi. Bununla birlikte, çoğu, çeşitli su organizmalarının kabuklarının yapımına katıldığı hidrosferin sularında çözülerek biyojenik bir şekilde karbonatlara dönüşmüştür.

Proterozoik ve Paleozoyik (yaklaşık 600 milyon yıl önce) döneminde, atmosferdeki karbondioksit içeriği azaldı ve atmosferdeki toplam gaz hacminin yüzde onda biri kadar oldu.

Atmosferdeki mevcut karbondioksit içeriği seviyesi sadece 10-20 milyon yıl önce ulaştı.

Oksijenin oluşumu ve evrimi

birincil ve ikincil atmosferde.

oksijen kaynakları atmosferik oluşumun erken aşamaları :

• Dünyanın mantosunun gazdan arındırılması - neredeyse tüm oksijen oksidatif süreçlere harcandı.
• Ultraviyole radyasyonun etkisi altında atmosferde suyun fotoayrışması (hidrojen ve oksijen moleküllerine ayrışması) - bunun sonucunda atmosferde serbest oksijen molekülleri ortaya çıktı.
• Karbondioksitin ökaryotlar tarafından oksijene dönüştürülmesi. Atmosferde serbest oksijenin ortaya çıkması prokaryotların ölümüne (indirgeyici koşullarda yaşama adapte olmuş) ve ökaryotların ortaya çıkmasına (oksitleyici bir ortamda yaşamaya adapte olmuş) yol açmıştır.

Atmosferdeki oksijen konsantrasyonundaki değişiklik.

Archean - Proterozoic'in ilk yarısı – mevcut seviyenin %0.01 oksijen konsantrasyonu (Urey noktası). Ortaya çıkan oksijenin neredeyse tamamı, demir ve kükürtün oksidasyonu için harcandı. Bu, dünyanın yüzeyindeki tüm demirli demir oksitlenene kadar devam etti. O zamandan beri, atmosferde oksijen birikmeye başladı.

Proterozoik'in ikinci yarısı - erken Vendian'ın sonu – atmosferdeki oksijen konsantrasyonu mevcut seviyenin (Pasteur noktası) %0,1'idir.

Geç Vendiyen - Silüriyen dönemi. Serbest oksijen yaşamın gelişimini teşvik etti - anaerobik fermantasyon sürecinin yerini enerjik olarak daha umut verici ve ilerleyici bir oksijen metabolizması aldı. O zamandan beri, atmosferdeki oksijen birikimi oldukça hızlı olmuştur. Bitkilerin denizden karaya çıkması (450 milyon yıl önce) atmosferdeki oksijen seviyesinin dengelenmesine yol açmıştır.

Orta Kretase . Atmosferdeki oksijen konsantrasyonunun nihai stabilizasyonu, çiçekli bitkilerin ortaya çıkmasıyla (100 milyon yıl önce) ilişkilidir.

Azotun oluşumu ve evrimi

birincil ve ikincil atmosferde.

Azot, amonyak ayrışması nedeniyle Dünya'nın gelişiminin erken aşamalarında oluşmuştur. Atmosferik nitrojenin bağlanması ve deniz tortullarına gömülmesi, organizmaların ortaya çıkmasıyla başladı. Canlı organizmaların karaya salınmasından sonra, kıtasal tortullara azot gömülmeye başlandı. Azot sabitleme süreci, özellikle karasal bitkilerin ortaya çıkmasıyla yoğunlaştı.

Böylece, Dünya atmosferinin bileşimi, organizmaların yaşam özelliklerini belirledi, evrimlerine, gelişmelerine ve dünya yüzeyinde yerleşmelerine katkıda bulundu. Ancak Dünya tarihinde, gaz bileşiminin dağılımında bazen başarısızlıklar oldu. Bunun nedeni, Cryptozoic ve Fanerozoic sırasında birden fazla kez meydana gelen çeşitli felaketlerdi. Bu başarısızlıklar organik dünyanın kitlesel yok oluşlarına yol açtı.

Yüzde olarak antik ve modern atmosferin bileşimi Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1. Dünyanın birincil ve modern atmosferinin bileşimi.

Atmosfer, çeşitli gazların bir karışımıdır. Dünya yüzeyinden 900 km yüksekliğe kadar uzanır, gezegeni zararlı güneş radyasyonu spektrumundan korur ve gezegendeki tüm yaşam için gerekli gazları içerir. Atmosfer, güneşin ısısını hapseder, dünya yüzeyine yakın ısınır ve uygun bir iklim yaratır.

Atmosferin bileşimi

Dünyanın atmosferi esas olarak iki gazdan oluşur - nitrojen (%78) ve oksijen (%21). Ek olarak, karbon dioksit ve diğer gazların safsızlıklarını içerir. atmosferde buhar, bulutlarda nem damlaları ve buz kristalleri şeklinde bulunur.

Atmosferin katmanları

Atmosfer, aralarında net sınırlar olmayan birçok katmandan oluşur. Farklı katmanların sıcaklıkları birbirinden belirgin şekilde farklıdır.

• havasız manyetosfer Dünya'nın uydularının çoğu burada, Dünya atmosferinin dışında uçar.
• Exosphere (yüzeyden 450-500 km). Neredeyse gaz içermez. Bazı hava uyduları ekzosferde uçar. Termosfer (80-450 km), üst katmanda 1700°C'ye ulaşan yüksek sıcaklıklarla karakterize edilir.
• Mezosfer (50-80 km). Bu kürede, yükseklik arttıkça sıcaklık düşer. Atmosfere giren meteorların (uzay kayalarının parçaları) çoğu burada yanar.
• Stratosfer (15-50 km). Bir ozon tabakası, yani güneşten gelen ultraviyole radyasyonu emen bir ozon tabakası içerir. Bu, Dünya yüzeyine yakın sıcaklıkta bir artışa yol açar. Jet uçakları genellikle burada uçar, çünkü bu katmanda görünürlük çok iyidir ve hava koşullarından kaynaklanan parazit neredeyse yoktur.
• Troposfer. Yükseklik, dünya yüzeyinden 8 ila 15 km arasında değişir. Gezegenin havasının oluştuğu yer burasıdır, çünkü bu katman en fazla su buharı, toz ve rüzgar içerir. Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça sıcaklık azalır.

atmosfer basıncı

Hissetmesek de, atmosferin katmanları Dünya'nın yüzeyine basınç uygular. En yükseği yüzeye yakındır ve ondan uzaklaştıkça yavaş yavaş azalır. Kara ve okyanus arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır ve bu nedenle deniz seviyesinden aynı yükseklikte bulunan alanlarda genellikle farklı bir basınç vardır. Düşük basınç yağışlı havayı getirirken, yüksek basınç genellikle açık havayı ayarlar.

Hava kütlelerinin atmosferdeki hareketi

Ve basınçlar alt atmosferin karışmasına neden olur. Bu, yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru esen rüzgarları oluşturur. Birçok bölgede, kara ve deniz sıcaklıklarındaki farklılıklardan kaynaklanan yerel rüzgarlar da meydana gelir. Dağların rüzgarların yönü üzerinde de önemli bir etkisi vardır.

Sera etkisi

Dünya atmosferindeki karbondioksit ve diğer gazlar güneşin ısısını hapseder. Bu süreç, seralardaki ısı dolaşımına birçok yönden benzer olduğu için genellikle sera etkisi olarak adlandırılır. Sera etkisi gezegende küresel ısınmaya neden olur. Yüksek basınç alanlarında - antisiklonlar - berrak bir güneş enerjisi kurulur. Alçak basınç alanlarında - siklonlar - hava genellikle kararsızdır. Atmosfere giren ısı ve ışık. Gazlar, dünya yüzeyinden yansıyan ısıyı hapsederek, yeryüzündeki sıcaklığın yükselmesine neden olur.

Stratosferde özel bir ozon tabakası vardır. Ozon, Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonun çoğunu bloke ederek, Dünya'yı ve üzerindeki tüm yaşamı ondan korur. Bilim adamları, ozon tabakasının tahrip olmasının nedeninin, bazı aerosollerde ve soğutma ekipmanlarında bulunan özel kloroflorokarbon dioksit gazları olduğunu bulmuşlardır. Kuzey Kutbu ve Antarktika üzerinde, ozon tabakasında, Dünya yüzeyini etkileyen ultraviyole radyasyon miktarında bir artışa katkıda bulunan devasa delikler bulundu.

Alt atmosferde güneş radyasyonu ile çeşitli egzoz dumanları ve gazları arasında ozon oluşur. Genellikle atmosferde dağılır, ancak sıcak hava tabakasının altında kapalı bir soğuk hava tabakası oluşursa ozon yoğunlaşır ve duman oluşur. Ne yazık ki bu, ozon deliklerindeki ozon kaybını telafi edemez.

Uydu görüntüsü, Antarktika üzerindeki ozon tabakasında bir delik açıkça gösteriyor. Deliğin boyutu değişir, ancak bilim adamları bunun sürekli arttığına inanırlar. Atmosferdeki egzoz gazlarının seviyesini azaltmak için girişimlerde bulunuluyor. Hava kirliliğini azaltın ve şehirlerde dumansız yakıtlar kullanın. Duman birçok insanda göz tahrişine ve boğulmaya neden olur.

Dünya atmosferinin ortaya çıkışı ve evrimi

Dünyanın modern atmosferi, uzun bir evrimsel gelişimin sonucudur. Jeolojik faktörlerin ortak etkisinin ve organizmaların hayati aktivitesinin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Jeolojik tarih boyunca, dünyanın atmosferi birkaç derin yeniden düzenleme geçirdi. Jeolojik veriler ve teorik (önkoşullar) temelinde, yaklaşık 4 milyar yıl önce var olan genç Dünya'nın ilkel atmosferi, küçük bir pasif nitrojen ilavesi ile inert ve asil gazların bir karışımından oluşabilir (N. A. Yasamanov, 1985). ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Şu anda, erken atmosferin bileşimi ve yapısı hakkındaki görüş biraz değişti. Birincil atmosfer (protoatmosphere) en erken proto-gezegen aşamasındadır. 4,2 milyar yıl , metan, amonyak ve karbondioksit karışımından oluşabilir. Manto gazının giderilmesi ve dünya yüzeyinde meydana gelen aktif ayrışma süreçleri sonucunda su buharı, CO2 ve CO formundaki karbon bileşikleri, kükürt ve bunların bileşiklerin yanı sıra atmosferdeki metan, amonyak, hidrojen, argon ve diğer bazı soy gazlarla desteklenen güçlü halojen asitler - HCI, HF, HI ve borik asit de girmeye başladı. Bu birincil atmosfer, son derece ince. Bu nedenle, dünya yüzeyine yakın sıcaklık, ışınımsal denge sıcaklığına yakındı (AS Monin, 1977).

Zamanla, birincil atmosferin gaz bileşimi, dünya yüzeyinde çıkıntı yapan kayaların yıpranmasının, siyanobakterilerin ve mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesinin, volkanik süreçlerin ve güneş ışığının etkisinin etkisi altında dönüşmeye başladı. Bu, metanın karbon dioksit, amonyak - nitrojen ve hidrojene ayrışmasına yol açtı; yavaş yavaş yeryüzüne inen ikincil atmosferde karbondioksit ve azot birikmeye başladı. Mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesi sayesinde, fotosentez sürecinde oksijen üretilmeye başlandı, ancak başlangıçta esas olarak “atmosferik gazları ve ardından kayaları oksitlemek için harcandı. Aynı zamanda, moleküler nitrojene oksitlenen amonyak, atmosferde yoğun bir şekilde birikmeye başladı. Modern atmosferdeki azotun önemli bir bölümünün kalıntı olduğu varsayılmaktadır. Metan ve karbon monoksit, karbon dioksite oksitlendi. Sülfür ve hidrojen sülfür, yüksek hareketlilikleri ve hafiflikleri nedeniyle hızla atmosferden uzaklaştırılan SO2 ve SO3'e oksitlendi. Böylece, Archean ve erken Proterozoik'te olduğu gibi indirgeyici bir atmosfer, yavaş yavaş oksitleyici bir atmosfere dönüştü.

Karbondioksit atmosfere hem metan oksidasyonu hem de mantonun gazdan arındırılması ve kayaların aşınması sonucu girdi. Dünyanın tüm tarihi boyunca salınan tüm karbondioksitin atmosferde kalması durumunda, kısmi basıncı şimdi Venüs'tekiyle aynı hale gelebilir (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ancak Dünya'da süreç tersine döndü. Atmosferdeki karbondioksitin önemli bir kısmı, sudaki organizmalar tarafından kabuklarını oluşturmak için kullanıldığı ve biyojenik olarak karbonatlara dönüştürüldüğü hidrosferde çözülmüştür. Daha sonra, onlardan en güçlü kemojenik ve organojenik karbonat tabakaları oluştu.

Atmosfere oksijen üç kaynaktan sağlandı. Uzun bir süre, Dünya'nın oluşumu anından başlayarak, mantonun gazdan arındırılması sırasında serbest bırakıldı ve esas olarak oksidatif süreçlere harcandı.Bir başka oksijen kaynağı, su buharının sert ultraviyole güneş radyasyonu ile foto ayrışmasıydı. görünüşler; atmosferdeki serbest oksijen, indirgeyici koşullarda yaşayan prokaryotların çoğunun ölümüne yol açtı. Prokaryotik organizmalar yaşam alanlarını değiştirmiştir. Dünyanın yüzeyini derinliklerine ve indirgeme koşullarının hala korunduğu bölgelere bıraktılar. Onların yerini, karbondioksiti oksijene kuvvetli bir şekilde işlemeye başlayan ökaryotlar aldı.

Archean ve Proterozoic'in önemli bir kısmı sırasında, hem abiyojenik hem de biyojenik olarak ortaya çıkan hemen hemen tüm oksijen, esas olarak demir ve kükürtün oksidasyonu için harcandı. Proterozoik'in sonunda, dünya yüzeyinde bulunan tüm metalik iki değerlikli demir ya oksitlendi ya da dünyanın çekirdeğine taşındı. Bu, erken Proterozoik atmosferdeki kısmi oksijen basıncının değişmesine neden oldu.

Proterozoik'in ortasında, atmosferdeki oksijen konsantrasyonu Urey noktasına ulaştı ve mevcut seviyenin% 0.01'ini buldu. O andan itibaren, atmosferde oksijen birikmeye başladı ve muhtemelen Riphean'ın sonunda, içeriği Pasteur noktasına (mevcut seviyenin% 0.1'i) ulaştı. Ozon tabakasının Vendian döneminde ortaya çıkmış olması ve o zaman hiç kaybolmamış olması mümkündür.

Dünya atmosferinde serbest oksijenin ortaya çıkması, yaşamın evrimini uyardı ve daha mükemmel bir metabolizmaya sahip yeni formların ortaya çıkmasına neden oldu. Proterozoyik'in başlangıcında ortaya çıkan daha önceki ökaryotik tek hücreli algler ve siyanürler, modern konsantrasyonunun sadece 10-3'ü kadar suda oksijen içeriği gerektiriyorsa, o zaman Erken Vendian'ın sonunda iskelet dışı Metazoa'nın ortaya çıkmasıyla, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce atmosferdeki oksijen konsantrasyonu çok daha yüksek olmalıydı. Sonuçta, Metazoa oksijen solunumu kullandı ve bu, oksijenin kısmi basıncının kritik bir seviyeye - Pasteur noktası - ulaşmasını gerektiriyordu. Bu durumda, anaerobik fermantasyon işlemi, enerjik olarak daha umut verici ve ilerleyici bir oksijen metabolizması ile değiştirildi.

Bundan sonra, dünya atmosferinde daha fazla oksijen birikimi oldukça hızlı gerçekleşti. Mavi-yeşil alglerin hacmindeki kademeli artış, hayvanlar dünyasının yaşam desteği için gerekli olan oksijen seviyesinin atmosferde elde edilmesine katkıda bulunmuştur. Bitkilerin karaya çıktığı andan itibaren - yaklaşık 450 milyon yıl önce - atmosferdeki oksijen içeriğinde belirli bir stabilizasyon meydana geldi. Silüriyen döneminde meydana gelen karada bitkilerin ortaya çıkması, atmosferdeki oksijen seviyesinin nihai olarak dengelenmesine yol açtı. O zamandan beri, konsantrasyonu oldukça dar sınırlar içinde dalgalanmaya başladı, asla yaşamın varlığının ötesine geçmedi. Atmosferdeki oksijen konsantrasyonu, çiçekli bitkilerin ortaya çıkmasından bu yana tamamen stabilize olmuştur. Bu olay Kretase döneminin ortasında gerçekleşti, yani. yaklaşık 100 milyon yıl önce.

Azotun büyük kısmı, esas olarak amonyağın ayrışması nedeniyle, Dünya'nın gelişiminin ilk aşamalarında oluşmuştur. Organizmaların ortaya çıkmasıyla, atmosferik nitrojeni organik maddeye bağlama ve onu deniz tortullarına gömme süreci başladı. Organizmaların karaya salınmasından sonra, kıtasal tortullara azot gömülmeye başlandı. Serbest nitrojen işleme süreçleri, karasal bitkilerin ortaya çıkmasıyla özellikle yoğunlaştı.

Yaklaşık 650 milyon yıl önce Kriptozoik ve Fanerozoik döneme gelindiğinde, atmosferdeki karbondioksit içeriği yüzde onda bire indi ve şimdiki düzeye yakın bir içeriğe, ancak oldukça yakın zamanda, yaklaşık 10-20 milyon yıl önce ulaştı. yıllar önce.

Böylece, atmosferin gaz bileşimi sadece organizmalar için yaşam alanı sağlamakla kalmadı, aynı zamanda yaşamsal aktivitelerinin özelliklerini de belirledi, yerleşmeyi ve evrimi destekledi. Hem kozmik hem de gezegensel nedenlerden dolayı, organizmalar için elverişli atmosferin gaz bileşiminin dağılımında ortaya çıkan başarısızlıklar, Kriptozoik sırasında ve Fanerozoik tarihinin belirli kilometre taşlarında tekrar tekrar meydana gelen organik dünyanın kitlesel yok oluşlarına yol açtı.

Atmosferin etnosferik işlevleri

Dünyanın atmosferi gerekli maddeyi, enerjiyi sağlar ve metabolik süreçlerin yönünü ve hızını belirler. Modern atmosferin gaz bileşimi, yaşamın varlığı ve gelişimi için idealdir. Bir hava ve iklim oluşumu alanı olarak atmosfer, insanların, hayvanların ve bitki örtüsünün yaşamı için rahat koşullar yaratmalıdır. Atmosferik hava ve hava koşullarının kalitesinde bir yönde veya diğerinde sapmalar, insanlar da dahil olmak üzere hayvan ve bitki dünyasının yaşamı için aşırı koşullar yaratır.

Dünya'nın atmosferi, yalnızca etnosferin evriminde ana faktör olan insanlığın varlığının koşullarını sağlamakla kalmaz. Aynı zamanda üretim için bir enerji ve hammadde kaynağı olduğu ortaya çıkıyor. Genel olarak atmosfer, insan sağlığını koruyan bir faktör olup, bazı alanlar fiziki ve coğrafi koşullar ile atmosferik hava kalitesi nedeniyle rekreasyon alanı olarak hizmet vermekte ve insanlar için sanatoryum tedavisi ve rekreasyonuna yönelik alanlardır. Böylece atmosfer, estetik ve duygusal bir etki faktörüdür.

Atmosferin oldukça yakın zamanda belirlenen etnosferik ve teknosferik işlevleri (E.D. Nikitin, N.A. Yasamanov, 2001), bağımsız ve derinlemesine bir çalışmaya ihtiyaç duyar. Bu nedenle, atmosferik enerji fonksiyonlarının incelenmesi, hem çevreye zarar veren süreçlerin oluşumu ve işleyişi hem de insan sağlığı ve refahı üzerindeki etkisi açısından çok önemlidir. Bu durumda, etkili kullanımı çevreyi kirletmeyen alternatif enerji kaynakları elde etme sorununun başarılı bir şekilde çözülmesine katkıda bulunacak olan siklonların ve antisiklonların, atmosferik girdapların, atmosferik basınç ve diğer aşırı atmosferik olayların enerjisinden bahsediyoruz. çevre. Sonuçta, hava ortamı, özellikle de Dünya Okyanusunun üzerinde bulunan kısmı, muazzam miktarda serbest enerjinin serbest bırakılması için bir alandır.

Örneğin, ortalama güçteki tropik siklonların, Hiroşima ve Nagazaki'ye sadece bir günde atılan 500.000 atom bombasının enerjisine eşdeğer enerji saldığı tespit edilmiştir. Böyle bir siklonun varlığının 10 günü boyunca, Amerika Birleşik Devletleri gibi bir ülkenin 600 yıl boyunca tüm enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek kadar enerji salınır.

Son yıllarda, modern doğa bilimlerinde disiplinler arası etkileşimlerin yoğunlaştığını gösteren, aktivitenin çeşitli yönleri ve atmosferin dünya süreçleri üzerindeki etkisi ile ilgili olarak, doğa bilimcileri tarafından bir şekilde çok sayıda eser yayınlandı. Aynı zamanda, jeoekolojideki işlevsel-ekolojik yönü not etmenin gerekli olduğu bazı yönlerinin bütünleştirici rolü ortaya çıkar.

Bu yön, ekolojik işlevlerin ve çeşitli jeosferlerin gezegensel rolünün analizini ve teorik genelleşmesini teşvik eder ve bu da, gezegenimizin bütünsel bir çalışması için metodolojinin ve bilimsel temellerin geliştirilmesi, rasyonel kullanım ve doğal kaynaklarının korunması.

Dünyanın atmosferi birkaç katmandan oluşur: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, iyonosfer ve ekzosfer. Troposferin üst kısmında ve stratosferin alt kısmında ozon tabakası adı verilen ozonla zenginleştirilmiş bir tabaka bulunur. Ozon dağılımında belirli (günlük, mevsimlik, yıllık vb.) düzenlilikler oluşturulmuştur. Başlangıcından bu yana, atmosfer gezegensel süreçlerin seyrini etkilemiştir. Atmosferin birincil bileşimi şu anda olduğundan tamamen farklıydı, ancak zamanla moleküler azotun oranı ve rolü giderek arttı, yaklaşık 650 milyon yıl önce miktarı sürekli artan serbest oksijen ortaya çıktı, ancak karbondioksit konsantrasyonu buna göre azaldı. . Atmosferin yüksek hareketliliği, gaz bileşimi ve aerosollerin varlığı, çeşitli jeolojik ve biyosferik süreçlerde olağanüstü rolünü ve aktif katılımını belirler. Güneş enerjisinin yeniden dağıtılmasında ve feci doğa olaylarının ve afetlerin gelişmesinde atmosferin rolü büyüktür. Atmosferik kasırgalar - kasırgalar (kasırgalar), kasırgalar, tayfunlar, siklonlar ve diğer fenomenler organik dünya ve doğal sistemler üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Doğal faktörlerle birlikte ana kirlilik kaynakları, çeşitli insan ekonomik faaliyet biçimleridir. Atmosfer üzerindeki antropojenik etkiler, sadece çeşitli aerosollerin ve sera gazlarının görünümünde değil, aynı zamanda su buharı miktarındaki artışta da ifade edilir ve kendilerini sis ve asit yağmuru şeklinde gösterir. Sera gazları dünya yüzeyinin sıcaklık rejimini değiştirir, belirli gazların emisyonları ozon perdesinin hacmini azaltır ve ozon deliklerinin oluşumuna katkıda bulunur. Dünya atmosferinin etnosferik rolü büyüktür.

Atmosferin doğal süreçlerdeki rolü

Litosfer ve dış uzay arasındaki ara durumundaki yüzey atmosferi ve gaz bileşimi, organizmaların yaşamı için koşullar yaratır. Aynı zamanda, kayaların tahribatı ve yoğunluğu, kırıntılı malzemenin transferi ve birikmesi, yağış miktarına, doğasına ve sıklığına, rüzgarların sıklığına ve gücüne ve özellikle hava sıcaklığına bağlıdır. Atmosfer, iklim sisteminin merkezi bileşenidir. Hava sıcaklığı ve nem, bulutluluk ve yağış, rüzgar - tüm bunlar havayı, yani atmosferin sürekli değişen durumunu karakterize eder. Aynı zamanda, bu aynı bileşenler iklimi, yani ortalama uzun vadeli hava rejimini de karakterize eder.

Aerosol parçacıkları (kül, toz, su buharı parçacıkları) olarak adlandırılan gazların bileşimi, bulutların ve çeşitli safsızlıkların varlığı, güneş radyasyonunun atmosferden geçiş özelliklerini belirler ve Dünya'nın termal radyasyonunun kaçmasını önler. uzaya.

Dünya'nın atmosferi çok hareketlidir. İçinde ortaya çıkan süreçler ve gaz bileşimindeki, kalınlığındaki, bulutluluğundaki, şeffaflığındaki ve içindeki belirli aerosol parçacıklarının varlığındaki değişiklikler hem havayı hem de iklimi etkiler.

Doğal süreçlerin hareketi ve yönü ile Dünya üzerindeki yaşam ve aktivite güneş radyasyonu tarafından belirlenir. Dünya yüzeyine gelen ısının %99,98'ini verir. Yıllık 134*10 19 kcal yapar. Bu ısı miktarı 200 milyar ton kömür yakılarak elde edilebilir. Güneş kütlesindeki bu termonükleer enerji akışını yaratan hidrojen rezervleri, en az 10 milyar yıl daha, yani gezegenimizin kendisinin var olduğundan iki kat daha uzun bir süre için yeterli olacaktır.

Atmosferin üst sınırına giren toplam güneş enerjisi miktarının yaklaşık 1/3'ü dünya uzayına geri yansıtılır, %13'ü ozon tabakası tarafından emilir (neredeyse tüm ultraviyole radyasyon dahil). %7 - atmosferin geri kalanı ve sadece %44'ü yeryüzüne ulaşır. Bir günde Dünya'ya ulaşan toplam güneş radyasyonu, insanlığın geçtiğimiz bin yılda her türlü yakıtı yakması sonucu elde ettiği enerjiye eşittir.

Güneş radyasyonunun dünya yüzeyindeki dağılımının miktarı ve doğası, atmosferin bulutluluğuna ve şeffaflığına yakından bağlıdır. Saçılan radyasyon miktarı, Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğinden, atmosferin şeffaflığından, su buharı içeriğinden, tozdan, toplam karbondioksit miktarından vb. etkilenir.

Maksimum saçılan radyasyon miktarı kutup bölgelerine düşer. Güneş ufkun üzerinde ne kadar düşükse, belirli bir alana o kadar az ısı girer.

Atmosferik şeffaflık ve bulutluluk büyük önem taşımaktadır. Bulutlu bir yaz gününde, gündüz bulutları dünyanın yüzeyinin ısınmasını engellediğinden, genellikle açık olandan daha soğuktur.

Atmosferin toz içeriği, ısı dağılımında önemli bir rol oynar. İçinde şeffaflığını etkileyen ince dağılmış katı toz ve kül parçacıkları, çoğu yansıyan güneş radyasyonunun dağılımını olumsuz yönde etkiler. İnce parçacıklar atmosfere iki şekilde girerler: ya volkanik patlamalar sırasında yayılan küller ya da kurak tropik ve subtropikal bölgelerden rüzgarlarla taşınan çöl tozu. Özellikle kuraklık sırasında, sıcak hava akımlarıyla atmosferin üst katmanlarına taşındığında ve orada uzun süre kalabildiğinde bu tür tozların çoğu oluşur. 1883'te Krakatoa yanardağının patlamasından sonra, atmosfere onlarca kilometre atılan toz, yaklaşık 3 yıl stratosferde kaldı. El Chichon yanardağının (Meksika) 1985 yılındaki patlaması sonucunda, toz Avrupa'ya ulaştı ve bu nedenle yüzey sıcaklıklarında hafif bir düşüş oldu.

Dünyanın atmosferi değişken miktarda su buharı içerir. Mutlak olarak, ağırlık veya hacim olarak, miktarı % 2 ila 5 arasındadır.

Su buharı, karbondioksit gibi, sera etkisini artırır. Atmosferde oluşan bulutlarda ve sislerde kendine özgü fizikokimyasal süreçler meydana gelir.

Atmosferdeki su buharının birincil kaynağı okyanusların yüzeyidir. Yıllık 95 ila 110 cm kalınlığında bir su tabakası ondan buharlaşır, nemin bir kısmı yoğuşmadan sonra okyanusa geri döner, diğeri ise hava akımları ile kıtalara yönlendirilir. Değişken nemli iklime sahip bölgelerde yağış toprağı nemlendirir, nemli bölgelerde ise yeraltı suyu rezervleri oluşturur. Bu nedenle, atmosfer bir nem biriktiricisi ve bir yağış deposudur. atmosferde oluşan sisler ise toprak örtüsüne nem sağlayarak hayvan ve bitki dünyasının gelişiminde belirleyici rol oynar.

Atmosferik nem, atmosferin hareketliliği nedeniyle dünya yüzeyine dağılır. Çok karmaşık bir rüzgar ve basınç dağılımı sistemine sahiptir. Atmosferin sürekli hareket halinde olması nedeniyle, rüzgar akımlarının ve basıncın dağılımının doğası ve kapsamı sürekli değişmektedir. Dolaşım ölçekleri, sadece birkaç yüz metrelik bir mikrometeorolojikten, on binlerce kilometrelik bir küresel ölçeğe kadar değişir. Büyük ölçekli hava akımı sistemlerinin oluşturulmasında büyük atmosferik girdaplar yer alır ve atmosferin genel dolaşımını belirler. Ek olarak, felaket atmosferik olayların kaynaklarıdır.

Hava ve iklim koşullarının dağılımı ve canlıların işleyişi atmosfer basıncına bağlıdır. Atmosfer basıncının küçük sınırlar içinde dalgalanması durumunda insanların sağlığı ve hayvanların davranışlarında belirleyici bir rol oynamaz ve bitkilerin fizyolojik fonksiyonlarını etkilemez. Kural olarak, ön fenomenler ve hava değişiklikleri, basınç değişiklikleriyle ilişkilidir.

Rölyef oluşturan bir faktör olan ve flora ve fauna üzerinde en güçlü etkiye sahip olan rüzgarın oluşumu için atmosfer basıncı temel öneme sahiptir.

Rüzgar, bitkilerin büyümesini bastırabilir ve aynı zamanda tohumların transferini teşvik edebilir. Hava ve iklim koşullarının oluşumunda rüzgarın rolü büyüktür. Ayrıca deniz akıntılarının düzenleyicisi olarak da görev yapar. Rüzgar, dış etkenlerden biri olarak, uzun mesafelerde yıpranmış malzemenin aşınmasına ve sönmesine katkıda bulunur.

Atmosferik süreçlerin ekolojik ve jeolojik rolü

İçinde aerosol parçacıklarının ve katı tozların ortaya çıkması nedeniyle atmosferin şeffaflığının azalması, güneş radyasyonunun dağılımını etkileyerek albedo veya yansıtıcılığı arttırır. Çeşitli kimyasal reaksiyonlar aynı sonuca yol açarak ozonun bozunmasına ve su buharından oluşan "inci" bulutların oluşmasına neden olur. Atmosferin gaz bileşimindeki, özellikle sera gazlarındaki değişiklikler kadar, yansıtmadaki küresel değişim, iklim değişikliğinin nedenidir.

Dünya yüzeyinin farklı bölümlerinde atmosferik basınçta farklılıklara neden olan eşit olmayan ısıtma, troposferin ayırt edici özelliği olan atmosferik dolaşıma yol açar. Basınç farkı olduğunda, hava yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru akar. Hava kütlelerinin bu hareketleri, nem ve sıcaklık ile birlikte, atmosferik süreçlerin temel ekolojik ve jeolojik özelliklerini belirler.

Hıza bağlı olarak rüzgar, dünya yüzeyinde çeşitli jeolojik işler üretir. 10 m/s hızla ağaçların kalın dallarını sallar, toz ve ince kumu alıp taşır; 20 m/s hızla ağaç dallarını kırar, kum ve çakıl taşır; 30 m/s (fırtına) hızıyla evlerin çatılarını koparır, ağaçları kökünden söker, direkleri kırar, çakılları hareket ettirir ve küçük çakıl taşır ve 40 m/s hızındaki bir kasırga evleri tahrip eder, direkleri kırar ve yıkar. elektrik hatları, büyük ağaçları kökünden söker.

Fırtınalı fırtınalar ve kasırgalar (tornadolar) feci sonuçları olan büyük bir olumsuz çevresel etkiye sahiptir - sıcak mevsimde 100 m/s'ye kadar hıza sahip güçlü atmosferik cephelerde meydana gelen atmosferik girdaplar. Fırtınalar, kasırga rüzgar hızlarına sahip (60-80 m/s'ye kadar) yatay kasırgalardır. Bunlara genellikle birkaç dakikadan yarım saate kadar süren şiddetli sağanak ve gök gürültülü sağanak yağışlar eşlik eder. Fırtınalar 50 km genişliğe kadar olan alanları kapsıyor ve 200-250 km mesafe kat ediyor. 1998 yılında Moskova ve Moskova bölgesinde şiddetli bir fırtına birçok evin çatısına zarar verdi ve ağaçları devirdi.

Kuzey Amerika'da kasırga olarak adlandırılan kasırgalar, genellikle gök gürültülü bulutlarla ilişkilendirilen huni şeklindeki güçlü atmosferik girdaplardır. Bunlar, birkaç on ila yüzlerce metre çapında, ortasında daralan hava sütunlarıdır. Kasırga, bir filin hortumuna çok benzeyen, bulutlardan inen veya dünyanın yüzeyinden yükselen bir huni görünümündedir. Güçlü bir seyrekleşme ve yüksek dönüş hızına sahip olan kasırga, birkaç yüz kilometreye kadar yol alır, toz, rezervuarlardan su ve çeşitli nesneler çeker. Güçlü kasırgalara gök gürültülü fırtınalar, yağmur eşlik eder ve büyük yıkıcı güce sahiptir.

Tornadolar, sürekli olarak soğuk veya sıcak olan subpolar veya ekvator bölgelerinde nadiren meydana gelir. Açık okyanusta birkaç hortum. Kasırgalar Avrupa, Japonya, Avustralya, ABD'de meydana gelir ve Rusya'da özellikle Orta Kara Dünya bölgesinde, Moskova, Yaroslavl, Nizhny Novgorod ve Ivanovo bölgelerinde sık görülür.

Tornadolar arabaları, evleri, vagonları, köprüleri kaldırır ve hareket ettirir. Amerika Birleşik Devletleri'nde özellikle yıkıcı kasırgalar (tornadolar) görülmektedir. Yılda 450 ila 1500 kasırga kaydediliyor ve ortalama 100 kurban var. Kasırgalar hızlı etkili, yıkıcı atmosferik süreçlerdir. Sadece 20-30 dakikada oluşurlar ve varlık süreleri 30 dakikadır. Bu nedenle, kasırgaların meydana gelme zamanını ve yerini tahmin etmek neredeyse imkansızdır.

Diğer yıkıcı, ancak uzun vadeli atmosferik girdaplar siklonlardır. Belirli koşullar altında dairesel bir hava akımı hareketinin oluşmasına katkıda bulunan bir basınç düşüşü nedeniyle oluşurlar. Atmosferik girdaplar, nemli sıcak havanın yükselen güçlü akımları etrafında oluşur ve güney yarım kürede saat yönünde ve kuzey yarım kürede saat yönünün tersine yüksek hızda döner. Kasırgalardan farklı olarak siklonlar, okyanuslardan kaynaklanır ve kıtalar üzerinde yıkıcı etkilerini üretir. Başlıca yıkıcı faktörler kuvvetli rüzgarlar, kar yağışı şeklinde yoğun yağışlar, sağanaklar, dolu ve taşkın selleridir. 19 - 30 m / s hızdaki rüzgarlar bir fırtına, 30 - 35 m / s - bir fırtına ve 35 m / s'den fazla - bir kasırga oluşturur.

Tropikal siklonlar - kasırgalar ve tayfunlar - ortalama birkaç yüz kilometre genişliğe sahiptir. Siklonun içindeki rüzgar hızı kasırga kuvvetine ulaşır. Tropikal siklonlar birkaç günden birkaç haftaya kadar sürer ve saatte 50 ila 200 km hızla hareket eder. Orta enlem siklonları daha büyük bir çapa sahiptir. Enine boyutları bin ila birkaç bin kilometre arasında değişir, rüzgar hızı fırtınalıdır. Kuzey yarımkürede batıdan hareket ederler ve buna felaket getiren dolu ve kar yağışı eşlik eder. Siklonlar ve bunlarla ilişkili kasırgalar ve tayfunlar, mağdur sayısı ve yol açtığı hasar açısından selden sonraki en büyük doğal afetlerdir. Asya'nın yoğun nüfuslu bölgelerinde, kasırgalar sırasında ölenlerin sayısı binlerle ölçülmektedir. 1991 yılında Bangladeş'te 6 m yüksekliğinde deniz dalgalarının oluşmasına neden olan bir kasırga sırasında 125 bin kişi öldü. Tayfunlar Amerika Birleşik Devletleri'ne büyük zarar verir. Sonuç olarak, onlarca ve yüzlerce insan ölüyor. Batı Avrupa'da kasırgalar daha az hasara neden olur.

Fırtınalar felaket atmosferik bir fenomen olarak kabul edilir. Sıcak, nemli hava çok hızlı yükseldiğinde ortaya çıkarlar. Tropikal ve subtropikal bölgelerin sınırında, ılıman bölgede 10-30 gün boyunca yılda 90-100 gün fırtınalar meydana gelir. Ülkemizde en fazla oraj Kuzey Kafkasya'da görülür.

Fırtınalar genellikle bir saatten az sürer. Yoğun sağanak yağışlar, dolu fırtınalar, yıldırım çarpmaları, şiddetli rüzgarlar ve dikey hava akımları özel bir tehlike oluşturur. Dolu tehlikesi, dolu tanelerinin boyutuna göre belirlenir. Kuzey Kafkasya'da bir zamanlar dolu tanesinin kütlesi 0,5 kg'a ulaştı ve Hindistan'da 7 kg ağırlığındaki dolu taneleri kaydedildi. Ülkemizde en tehlikeli bölgeler Kuzey Kafkasya'da bulunmaktadır. Temmuz 1992'de, Mineralnye Vody havaalanındaki dolu, 18 uçağa zarar verdi.

Yıldırım, tehlikeli bir hava olayıdır. İnsanları, hayvanları öldürür, yangına neden olur, elektrik şebekesine zarar verir. Her yıl yaklaşık 10.000 kişi gök gürültülü fırtınalar ve dünya çapındaki sonuçları nedeniyle ölüyor. Ayrıca, Afrika'nın bazı bölgelerinde, Fransa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde yıldırımdan ölenlerin sayısı diğer doğal fenomenlerden daha fazladır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki fırtınalardan kaynaklanan yıllık ekonomik hasar en az 700 milyon dolar.

Kuraklık çöl, bozkır ve orman-bozkır bölgeleri için tipiktir. Yağış olmaması, toprağın kurumasına, yeraltı suyu seviyesinin ve rezervuarların tamamen kuruyana kadar düşmesine neden olur. Nem eksikliği bitki örtüsünün ve mahsulün ölümüne yol açar. Kuraklık özellikle Afrika, Yakın ve Orta Doğu, Orta Asya ve Güney Kuzey Amerika'da şiddetlidir.

Kuraklık, insan yaşamının koşullarını değiştirmekte, toprağın tuzlanması, kuru rüzgarlar, toz fırtınaları, toprak erozyonu ve orman yangınları gibi süreçlerle doğal çevreyi olumsuz etkilemektedir. Yangınlar özellikle tayga bölgelerinde, tropikal ve subtropikal ormanlarda ve savanlarda kuraklık sırasında daha güçlüdür.

Kuraklık, bir sezon süren kısa süreli süreçlerdir. Kuraklıklar iki mevsimden fazla sürdüğünde, açlık ve toplu ölüm tehdidi vardır. Tipik olarak, kuraklığın etkisi bir veya daha fazla ülkenin topraklarına kadar uzanır. Özellikle Afrika'nın Sahel bölgesinde trajik sonuçları olan uzun süreli kuraklıklar meydana gelir.

Kar yağışı, aralıklı şiddetli yağmurlar ve uzun süreli yağmurlar gibi atmosferik olaylar büyük hasara neden olur. Kar yağışları dağlarda devasa çığlara neden olurken, yağan karların hızla erimesi ve uzun süreli şiddetli yağışlar sele neden oluyor. Özellikle ağaçsız alanlarda, yeryüzüne düşen büyük bir su kütlesi, toprak örtüsünün şiddetli erozyonuna neden olur. Dağ geçidi sistemlerinde yoğun bir büyüme var. Taşkınlar, yoğun yağış dönemindeki büyük taşkınların veya ani bir ısınma veya ilkbaharda kar erimesinin ardından oluşan taşkınların bir sonucu olarak meydana gelir ve bu nedenle, atmosferik olaylardan kaynaklanır (hidrosferin ekolojik rolü ile ilgili bölümde tartışılmaktadır).

Atmosferdeki antropojenik değişiklikler

Şu anda, atmosferik kirliliğe neden olan ve ekolojik dengenin ciddi şekilde ihlal edilmesine yol açan birçok farklı antropojenik doğa kaynağı vardır. Ölçek açısından, atmosfer üzerinde en büyük etkiye sahip iki kaynak vardır: ulaşım ve sanayi. Ortalama olarak, ulaşım, toplam atmosferik kirliliğin yaklaşık% 60'ını, endüstri -% 15, termal enerji -% 15, evsel ve endüstriyel atıkların imhası için teknolojiler -% 10'unu oluşturuyor.

Taşıma, kullanılan yakıta ve oksitleyici ajanların türlerine bağlı olarak, atmosfere nitrojen oksitler, kükürt, karbon oksitler ve dioksitler, kurşun ve bileşikleri, kurum, benzopiren (polisiklik aromatik hidrokarbonlar grubundan bir madde) yayar. cilt kanserine neden olan güçlü bir kanserojen).

Sanayi, atmosfere kükürt dioksit, karbon oksitler ve dioksitler, hidrokarbonlar, amonyak, hidrojen sülfür, sülfürik asit, fenol, klor, flor ve diğer bileşikler ve kimyasallar yayar. Ancak emisyonlar arasındaki baskın pozisyon (% 85'e kadar) toz tarafından işgal edilir.

Kirliliğin bir sonucu olarak atmosferin şeffaflığı değişir, içinde aerosoller, duman ve asit yağmurları görülür.

Aerosoller, gazlı bir ortamda asılı duran katı parçacıklardan veya sıvı damlacıklardan oluşan dağılmış sistemlerdir. Dağılmış fazın partikül boyutu genellikle 10 -3 -10 -7 cm'dir. Dağılmış fazın bileşimine bağlı olarak aerosoller iki gruba ayrılır. Biri gazlı bir ortamda dağılmış katı parçacıklardan oluşan aerosolleri, ikincisi ise gaz ve sıvı fazların bir karışımı olan aerosolleri içerir. Birincisine duman, ikincisine sis denir. Yoğunlaşma merkezleri, oluşum sürecinde önemli bir rol oynamaktadır. Volkanik kül, kozmik toz, endüstriyel emisyon ürünleri, çeşitli bakteriler, vb. Yoğunlaşma çekirdeği görevi görür.Olası konsantrasyon çekirdeği kaynaklarının sayısı sürekli artmaktadır. Yani örneğin kuru ot 4000 m2'lik bir alanda yangınla yok edildiğinde ortalama 11*10 22 aerosol çekirdeği oluşur.

Aerosoller, gezegenimizin ortaya çıktığı andan itibaren oluşmaya başladı ve doğal koşulları etkiledi. Ancak, maddelerin doğadaki genel dolaşımı ile dengelenen sayıları ve eylemleri, derin ekolojik değişikliklere neden olmadı. Oluşumlarının antropojenik faktörleri, bu dengeyi önemli biyosferik aşırı yüklenmelere doğru kaydırdı. Bu özellik, insanlığın hem toksik maddeler şeklinde hem de bitki koruma için özel olarak oluşturulmuş aerosolleri kullanmaya başlamasından bu yana özellikle belirgindir.

Bitki örtüsü için en tehlikeli olanı kükürt dioksit, hidrojen florür ve nitrojen aerosolleridir. Islak bir yaprak yüzeyi ile temas ettiklerinde canlılar üzerinde zararlı etkiye sahip asitler oluştururlar. Asit sisleri, solunan hava ile birlikte hayvanların ve insanların solunum organlarına girer ve mukoza zarlarını agresif bir şekilde etkiler. Bazıları canlı dokuyu bozar ve radyoaktif aerosoller kansere neden olur. Radyoaktif izotoplar arasında, SG 90, yalnızca kanserojenliği nedeniyle değil, aynı zamanda bir kalsiyum analoğu olarak, organizmaların kemiklerinde yer değiştirip ayrışmalarına neden olarak özellikle tehlikelidir.

Nükleer patlamalar sırasında atmosferde radyoaktif aerosol bulutları oluşur. 1 - 10 mikron yarıçaplı küçük parçacıklar sadece troposferin üst katmanlarına değil, aynı zamanda uzun süre kalabilecekleri stratosfere de düşer. Aerosol bulutları, nükleer yakıt üreten sanayi tesislerinin reaktörlerinin çalışması sırasında ve ayrıca nükleer santrallerdeki kazalar sonucunda da oluşur.

Smog, endüstriyel alanlar ve büyük şehirler üzerinde sisli bir perde oluşturan sıvı ve katı dağınık fazlar ile aerosollerin bir karışımıdır.

Üç tür duman vardır: buz, ıslak ve kuru. Buz dumanına Alaskan denir. Bu, sis damlacıkları ve ısıtma sistemlerinden gelen buhar donduğunda oluşan tozlu partiküller ve buz kristallerinin eklenmesiyle gaz halindeki kirleticilerin bir kombinasyonudur.

Islak duman veya Londra tipi duman bazen kış dumanı olarak adlandırılır. Gaz halindeki kirleticilerin (esas olarak kükürt dioksit), toz parçacıklarının ve sis damlacıklarının bir karışımıdır. Kış dumanının ortaya çıkması için meteorolojik ön koşul, soğuk hava tabakasının (700 m'nin altında) üzerinde bir sıcak hava tabakasının bulunduğu sakin havadır. Aynı zamanda, sadece yatay değil, aynı zamanda dikey değişim de yoktur. Genellikle yüksek katmanlarda dağılan kirleticiler bu durumda yüzey katmanında birikir.

Kuru duman yaz aylarında oluşur ve genellikle LA tipi duman olarak adlandırılır. Ozon, karbon monoksit, azot oksitler ve asit buharlarının bir karışımıdır. Bu tür duman, kirleticilerin güneş radyasyonu, özellikle de ultraviyole kısmı ile ayrışmasının bir sonucu olarak oluşur. Meteorolojik ön koşul, sıcak havanın üzerinde bir soğuk hava tabakasının görünümünde ifade edilen atmosferik inversiyondur. Genellikle sıcak hava akımları tarafından kaldırılan gazlar ve katı parçacıklar daha sonra üst soğuk katmanlarda dağılır, ancak bu durumda inversiyon katmanında birikir. Fotoliz sürecinde, araba motorlarında yakıtın yanması sırasında oluşan nitrojen dioksitler ayrışır:

HAYIR 2 → HAYIR + O

Daha sonra ozon sentezi gerçekleşir:

O + O 2 + M → O 3 + M

HAYIR + O → HAYIR 2

Fotoayrışma süreçlerine sarı-yeşil bir parıltı eşlik eder.

Ayrıca aşağıdaki tipe göre reaksiyonlar meydana gelir: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, yani güçlü sülfürik asit oluşur.

Meteorolojik koşullardaki bir değişiklikle (rüzgarın görünümü veya nemdeki değişiklik), soğuk hava dağılır ve duman kaybolur.

Dumandaki karsinojenlerin varlığı, solunum yetmezliğine, mukoza zarının tahriş olmasına, dolaşım bozukluklarına, astımlı boğulmaya ve sıklıkla ölüme yol açar. Duman özellikle küçük çocuklar için tehlikelidir.

Asit yağmuru, endüstriyel sülfür oksitler, nitrojen oksitler ve bunlarda çözünen perklorik asit ve klor buharları tarafından asitleştirilen atmosferik yağıştır. Kömür ve gaz yakma sürecinde, içindeki kükürtün çoğu, hem oksit formunda hem de demir içeren bileşiklerde, özellikle pirit, pirotit, kalkopirit vb., kükürt okside dönüşür, bu da karbon ile birlikte dioksit, atmosfere salınır. Atmosferik nitrojen ve teknik emisyonlar oksijen ile birleştiğinde çeşitli nitrojen oksitler oluşur ve oluşan nitrojen oksitlerin hacmi yanma sıcaklığına bağlıdır. Azot oksitlerin büyük kısmı araçların ve dizel lokomotiflerin çalışması sırasında oluşur ve daha küçük bir kısmı enerji sektörü ve sanayi kuruluşlarında oluşur. Kükürt ve azot oksitler ana asit oluşturuculardır. Atmosferdeki oksijen ve içindeki su buharı ile reaksiyona girdiğinde sülfürik ve nitrik asitler oluşur.

Ortamın alkali-asit dengesinin pH değeri ile belirlendiği bilinmektedir. Nötr bir ortamın pH değeri 7, asidik bir ortamın pH değeri 0, alkali bir ortamın pH değeri 14'tür. Yakın geçmişte olsa da, modern çağda yağmur suyunun pH değeri 5.6'dır. tarafsızdı. pH değerinde bir azalma, asitlikte on kat artışa tekabül eder ve bu nedenle, şu anda artan asitli yağmurlar hemen hemen her yere düşer. Batı Avrupa'da kaydedilen yağışların maksimum asitliği 4-3.5 pH idi. 4-4,5'e eşit pH değerinin çoğu balık için ölümcül olduğu dikkate alınmalıdır.

Asit yağmurları, Dünya'nın bitki örtüsü üzerinde, endüstriyel ve konut binaları üzerinde agresif bir etkiye sahiptir ve maruz kalan kayaların ayrışmasının önemli ölçüde hızlanmasına katkıda bulunur. Asitlikte bir artış, besinlerin çözüldüğü toprakların nötralizasyonunun kendi kendini düzenlemesini önler. Bu da verimde keskin bir düşüşe yol açar ve bitki örtüsünün bozulmasına neden olur. Toprağın asitliği, bağlı halde bulunan, bitkiler tarafından yavaş yavaş emilen, onlarda ciddi doku hasarına neden olan ve insan besin zincirine nüfuz eden ağır maddelerin salınmasına katkıda bulunur.

Deniz sularının özellikle sığ sularda alkali-asit potansiyelindeki bir değişiklik, birçok omurgasızın üremesinin durmasına, balıkların ölümüne neden olmakta ve okyanuslardaki ekolojik dengeyi bozmaktadır.

Asit yağmurlarının bir sonucu olarak Batı Avrupa, Baltık Devletleri, Karelya, Urallar, Sibirya ve Kanada ormanları ölüm tehdidi altındadır.