Od čega je napravljena Zemljina atmosfera. Glavni slojevi Zemljine atmosfere u rastućem redoslijedu. Istorija proučavanja jonosfere

Zemljina atmosfera je plinoviti omotač naše planete. Inače, skoro sva nebeska tijela imaju slične školjke, od planeta Sunčevog sistema do velikih asteroida. zavisi od mnogih faktora - veličine njegove brzine, mase i mnogih drugih parametara. Ali samo ljuska naše planete sadrži komponente koje nam omogućavaju da živimo.

Zemljina atmosfera: kratka istorija nastanka

Vjeruje se da na početku svog postojanja naša planeta uopće nije imala plinsku školjku. Ali mlado, novoformirano nebesko tijelo neprestano se razvijalo. Zemljina primarna atmosfera nastala je kao rezultat stalnih vulkanskih erupcija. Tako se tokom mnogo hiljada godina oko Zemlje formirala školjka od vodene pare, azota, ugljenika i drugih elemenata (osim kiseonika).

Budući da je količina vlage u atmosferi ograničena, njen višak se pretvorio u padavine - tako su nastala mora, okeani i druga vodena tijela. Prvi organizmi koji su naselili planetu pojavili su se i razvili u vodenom okruženju. Većina njih pripadala je biljnim organizmima koji proizvode kisik fotosintezom. Tako je Zemljina atmosfera počela da se puni ovim vitalnim gasom. A kao rezultat nakupljanja kisika, formiran je ozonski omotač koji je štitio planetu od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja. Upravo su ti faktori stvorili sve uslove za naše postojanje.

Struktura Zemljine atmosfere

Kao što znate, plinoviti omotač naše planete sastoji se od nekoliko slojeva - to su troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera. Nemoguće je povući jasne granice između ovih slojeva - sve zavisi od doba godine i geografske širine planete.

Troposfera je donji dio gasovitog omotača čija je visina u prosjeku 10 do 15 kilometara. Tu je najviše koncentrisano. Inače, tu se nalazi sva vlaga i stvaraju se oblaci. Zbog sadržaja kiseonika, troposfera podržava vitalnu aktivnost svih organizama. Osim toga, od presudnog je značaja za formiranje vremenskih i klimatskih karakteristika područja - ovdje se ne stvaraju samo oblaci, već i vjetrovi. Temperatura opada sa visinom.

Stratosfera - počinje od troposfere i završava se na nadmorskoj visini od 50 do 55 kilometara. Ovdje temperatura raste sa visinom. Ovaj dio atmosfere praktički ne sadrži vodenu paru, ali ima ozonski omotač. Ponekad se ovdje može vidjeti formiranje "sedefnih" oblaka, koji se mogu vidjeti samo noću - vjeruje se da su predstavljeni visoko zgusnutim kapljicama vode.

Mezosfera - proteže se do 80 kilometara. U ovom sloju možete primijetiti oštar pad temperature kako se krećete prema gore. Turbulencija je ovdje također jako razvijena. Inače, u mezosferi se formiraju takozvani "srebrni oblaci", koji se sastoje od malih kristala leda - možete ih vidjeti samo noću. Zanimljivo je da na gornjoj granici mezosfere praktično nema zraka - to je 200 puta manje nego blizu zemljine površine.

Termosfera je gornji sloj Zemljinog gasnog omotača, u kojem je uobičajeno razlikovati jonosferu i egzosferu. Zanimljivo je da s nadmorskom visinom temperatura ovdje raste veoma naglo - na visini od 800 kilometara od površine zemlje, to je više od 1000 stepeni Celzijusa. Jonosferu karakterizira visoko ukapljeni zrak i ogroman sadržaj aktivnih jona. Što se tiče egzosfere, ovaj dio atmosfere glatko prelazi u međuplanetarni prostor. Vrijedi napomenuti da termosfera ne sadrži zrak.

Vidi se da je Zemljina atmosfera veoma važan dio naše planete, koji ostaje odlučujući faktor u nastanku života. Pruža vitalnu aktivnost, podržava postojanje hidrosfere (vodene ljuske planete) i štiti od ultraljubičastog zračenja.

Zemljina atmosfera je plinoviti omotač naše planete. Njegova donja granica prolazi na nivou zemljine kore i hidrosfere, a gornja prelazi u prizemno područje svemira. Atmosfera sadrži oko 78% dušika, 20% kisika, do 1% argona, ugljičnog dioksida, vodika, helijuma, neona i nekih drugih plinova.

Ovu zemljanu školjku karakteriše jasno definisana slojevitost. Slojevi atmosfere određeni su vertikalnom distribucijom temperature i različitom gustinom gasova na različitim nivoima. Postoje takvi slojevi Zemljine atmosfere: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera. Ionosfera se izdvaja odvojeno.

Do 80% ukupne mase atmosfere čini troposfera - donji površinski sloj atmosfere. Troposfera u polarnim zonama nalazi se na nivou do 8-10 km iznad površine zemlje, u tropskom pojasu - do maksimalno 16-18 km. Između troposfere i stratosfere iznad je tropopauza - prelazni sloj. U troposferi temperatura opada kako se visina povećava, a atmosferski pritisak opada sa visinom. Prosječni temperaturni gradijent u troposferi je 0,6°C na 100 m. Temperatura na različitim nivoima ove školjke određena je apsorpcijom sunčevog zračenja i efikasnošću konvekcije. Gotovo sve ljudske aktivnosti odvijaju se u troposferi. Najviše planine ne idu dalje od troposfere, samo zračni transport može prijeći gornju granicu ove školjke na malu visinu i biti u stratosferi. Veliki udio vodene pare sadržan je u troposferi, što određuje formiranje gotovo svih oblaka. Takođe, skoro svi aerosoli (prašina, dim, itd.) koji se formiraju na površini zemlje su koncentrisani u troposferi. U graničnom donjem sloju troposfere izražene su dnevne fluktuacije temperature i vlažnosti zraka, brzina vjetra je obično smanjena (povećava se s visinom). U troposferi postoji promjenjiva podjela zračnog stupca na zračne mase u horizontalnom smjeru, koje se razlikuju po nizu karakteristika ovisno o zoni i području njihovog formiranja. Na atmosferskim frontovima - granicama između zračnih masa - formiraju se cikloni i anticikloni, koji određuju vrijeme na određenom području za određeni vremenski period.

Stratosfera je sloj atmosfere između troposfere i mezosfere. Granice ovog sloja kreću se od 8-16 km do 50-55 km iznad površine Zemlje. U stratosferi, gasni sastav vazduha je približno isti kao u troposferi. Posebnost je smanjenje koncentracije vodene pare i povećanje sadržaja ozona. Ozonski omotač atmosfere, koji štiti biosferu od agresivnog djelovanja ultraljubičastog svjetla, nalazi se na nivou od 20 do 30 km. U stratosferi temperatura raste sa visinom, a vrijednosti temperature određuju se sunčevim zračenjem, a ne konvekcijom (kretanjem zračnih masa), kao u troposferi. Zagrijavanje zraka u stratosferi nastaje zbog apsorpcije ultraljubičastog zračenja ozonom.

Mezosfera se proteže iznad stratosfere do nivoa od 80 km. Ovaj sloj atmosfere karakteriše činjenica da se temperatura s povećanjem visine smanjuje sa 0°C na -90°C.Ovo je najhladnije područje atmosfere.

Iznad mezosfere je termosfera do nivoa od 500 km. Od granice sa mezosferom do egzosfere, temperatura varira od približno 200 K do 2000 K. Do nivoa od 500 km, gustina vazduha se smanjuje za nekoliko stotina hiljada puta. Relativni sastav atmosferskih komponenti termosfere sličan je površinskom sloju troposfere, ali sa povećanjem nadmorske visine, više kiseonika prelazi u atomsko stanje. Određeni udio molekula i atoma termosfere je u ioniziranom stanju i raspoređen je u nekoliko slojeva, a objedinjuje ih koncept ionosfere. Karakteristike termosfere variraju u širokom rasponu u zavisnosti od geografske širine, količine sunčevog zračenja, doba godine i dana.

Gornji sloj atmosfere je egzosfera. Ovo je najtanji sloj atmosfere. U egzosferi, srednji slobodni putevi čestica su toliko veliki da čestice mogu slobodno pobjeći u međuplanetarni prostor. Masa egzosfere je jedan desetmilioni dio ukupne mase atmosfere. Donja granica egzosfere je nivo od 450-800 km, a gornja je oblast u kojoj je koncentracija čestica ista kao u svemiru - nekoliko hiljada kilometara od Zemljine površine. Egzosfera se sastoji od plazme, jonizovanog gasa. U egzosferi su i radijacioni pojasevi naše planete.

Video prezentacija - slojevi Zemljine atmosfere:

Povezani sadržaj:

Atmosferski vazduh se sastoji od azota (77,99%), kiseonika (21%), inertnih gasova (1%) i ugljen-dioksida (0,01%). Udio ugljičnog dioksida s vremenom se povećava zbog činjenice da se proizvodi izgaranja goriva oslobađaju u atmosferu, a osim toga, smanjuje se površina šuma koje apsorbiraju ugljični dioksid i oslobađaju kisik.

Atmosfera sadrži i malu količinu ozona, koji je koncentrisan na nadmorskoj visini od oko 25-30 km i formira takozvani ozonski omotač. Ovaj sloj stvara barijeru sunčevom ultraljubičastom zračenju, koje je opasno za žive organizme Zemlje.

Osim toga, atmosfera sadrži vodenu paru i razne nečistoće - čestice prašine, čađi i tako dalje. Koncentracija nečistoća je veća na površini zemlje iu određenim područjima: nad velikim gradovima,.

Sledeći sloj atmosfere je stratosfera. Vazduh u njemu je mnogo razrijeđeniji, ima mnogo manje vodene pare. Temperatura u donjem dijelu stratosfere je -60 - -80°C i opada sa povećanjem visine. Ozonski omotač je u stratosferi. Stratosferu karakterišu velike brzine vjetra (do 80-100 m/s).

Mezosfera- srednji sloj atmosfere koji leži iznad stratosfere na visinama od 50 do S0-S5 km. Mezosferu karakterizira smanjenje prosječne temperature sa visinom od 0°C na donjoj granici do -90°C na gornjoj granici. Blizu gornje granice mezosfere uočavaju se noćni oblaci, obasjani suncem. na gornjoj granici mezosfere, 200 puta manje nego na površini zemlje.

Termosfera- nalazi se iznad mezosfere, na visinama od SO do 400-500 km, u njoj temperatura prvo polako, a zatim brzo ponovo počinje da raste. Razlog je apsorpcija ultraljubičastog zračenja na visinama od 150-300 km. U termosferi temperatura kontinuirano raste do visine od oko 400 km, gdje dostiže 700-1500°C (u zavisnosti od sunčeve aktivnosti). Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog i kosmičkog zračenja dolazi i do jonizacije vazduha (""). Glavni regioni jonosfere leže unutar termosfere.

Egzosfera- vanjski, najrjeđi sloj atmosfere, počinje na visinama od 450-000 km, a njegova gornja granica nalazi se na udaljenosti od nekoliko hiljada km od površine zemlje, gdje koncentracija čestica postaje ista kao u međuplanetarnoj prostor. Egzosfera se sastoji od jonizovanog gasa (plazma); donji i srednji dijelovi egzosfere uglavnom se sastoje od kisika i dušika; sa povećanjem nadmorske visine, relativna koncentracija lakih gasova, posebno jonizovanog vodonika, brzo raste. Temperatura u egzosferi je 1300-3000°C; polako raste sa visinom. Egzosfera sadrži pojaseve zračenja Zemlje.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se odvijaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Atmosfera bogata kiseonikom omogućava život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu na površini Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći i gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva sa zemljine površine, odnosno sa kopna i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °S, a u području sjevernog pola -65 °S.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se i vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na nadmorskoj visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrjeđivanjem zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se oblaci i padavine gotovo ne stvaraju. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da prođu na Zemlju i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zbog ozona temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere je u rasponu od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi je crna, zvezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°C.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 °C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod dejstvom kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi nastaju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere, koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Kompozicija atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za oko 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time značajno utiču na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

Nitrogen, najčešći plin u atmosferi, kemijski malo aktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nepotpuno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama, raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti svojstvo ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Utjecaj na atmosferske procese, posebno na termički režim stratosfere, vrše i ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber sunčevog ultraljubičastog zračenja, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju ovisno o geografskoj širini područja i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnja varijacija sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakterističnim svojstvom atmosfere može se nazvati činjenica da se sadržaj glavnih plinova (dušik, kisik, argon) neznatno mijenja s visinom: na visini od 65 km u atmosferi, sadržaj dušika je 86%, kisika - 19 , argon - 0,91, na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen cvijeća, sitni kristali soli, cestovna prašina, aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju prilikom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Vrijednost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugovalno toplotno zračenje zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; podiže temperaturu vazduha kada se vodeni slojevi kondenzuju.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare u blizini površine zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječni sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (sloj kondenzirane vodene pare će imati takvu debljinu). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost snažno raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenjivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), koji se nazivaju sedef i srebro, relativno retko primećuju. , dok troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cjelokupne površine Zemlje.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °S - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat I nije zasićeno pare. Dakle, ako na temperaturi od +30 ° C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost- ovo je količina vodene pare sadržana u 1 m 3 zraka. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 mL sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka i količine vodene pare koja može biti sadržana u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako se preko radija emituje vremenska prognoza da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na datoj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost vazduha, t. što je vazduh bliži zasićenju, veća je verovatnoća da će pasti.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost, jer je temperatura zraka visoka tokom cijele godine i postoji veliko isparavanje sa površine okeana. Ista visoka relativna vlažnost je u polarnim područjima, ali samo zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini vazduh zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira sezonski - viša je zimi, a niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha je posebno niska u pustinjama: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje od količine vodene pare moguće na datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare u sebi, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim i prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se ne formira na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

uključeni u formiranje oblaka čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci mogu imati različit oblik, što zavisi od uslova njihovog nastanka (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Atmosferska zaštita

Glavni izvori su industrijska preduzeća i automobili. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom glavnih transportnih pravaca je veoma akutan. Zbog toga je u mnogim velikim gradovima svijeta, uključujući i našu zemlju, uvedena ekološka kontrola toksičnosti izduvnih plinova automobila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti protok sunčeve energije do površine zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.

ATMOSFERA ZEMLJE(grčki atmos para + sphaira lopta) - plinovita ljuska koja okružuje Zemlju. Masa atmosfere je oko 5,15·10 15 Biološki značaj atmosfere je ogroman. U atmosferi dolazi do razmene mase i energije između žive i nežive prirode, između flore i faune. Mikroorganizmi asimiliraju atmosferski dušik; biljke sintetiziraju organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode zahvaljujući sunčevoj energiji i oslobađaju kisik. Prisustvo atmosfere osigurava očuvanje vode na Zemlji, što je takođe važan uslov za postojanje živih organizama.

Studije sprovedene uz pomoć visinskih geofizičkih raketa, veštačkih zemaljskih satelita i međuplanetarnih automatskih stanica utvrdile su da se Zemljina atmosfera prostire na hiljade kilometara. Granice atmosfere su nestabilne, na njih utiču gravitaciono polje meseca i pritisak toka sunčeve svetlosti. Iznad ekvatora, u oblasti zemljine senke, atmosfera dostiže visinu od oko 10.000 km, a iznad polova njene granice su 3.000 km od zemljine površine. Najveći deo atmosfere (80-90%) nalazi se na visinama do 12-16 km, što se objašnjava eksponencijalnom (nelinearnom) prirodom smanjenja gustine (razređivanja) njenog gasovitog medija sa visinom iznad nivo mora raste.

Postojanje većine živih organizama u prirodnim uslovima moguće je u još užim granicama atmosfere, do 7-8 km, gde je kombinacija atmosferskih faktora kao što su sastav gasa, temperatura, pritisak i vlažnost, neophodnih za aktivan tok vazduha. odvijaju se biološki procesi. Higijenski značaj imaju i kretanje i jonizacija vazduha, atmosferske padavine i električno stanje atmosfere.

Sastav gasa

Atmosfera je fizička mješavina plinova (tabela 1), uglavnom dušika i kisika (78,08 i 20,95 vol. %). Odnos atmosferskih gasova je skoro isti do visina od 80-100 km. Konstantnost glavnog dijela gasnog sastava atmosfere posljedica je relativnog balansiranja procesa izmjene plina između žive i nežive prirode i kontinuiranog miješanja zračnih masa u horizontalnom i vertikalnom smjeru.

Tabela 1. KARAKTERISTIKE HEMIJSKOG SASTAVA SUVOG ATMOSFERSKOG ZRAKA BLIZU POVRŠINE ZEMLJE

Na visinama iznad 100 km mijenja se postotak pojedinačnih plinova zbog njihove difuzne stratifikacije pod utjecajem gravitacije i temperature. Osim toga, pod djelovanjem kratkovalnog dijela ultraljubičastog i rendgenskog zraka na visini od 100 km ili više, molekule kisika, dušika i ugljičnog dioksida disociraju na atome. Na velikim visinama ovi plinovi su u obliku visoko joniziranih atoma.

Sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi različitih područja Zemlje je manje konstantan, što je dijelom posljedica neravnomjerne distribucije velikih industrijskih poduzeća koja zagađuju zrak, kao i neravnomjerne distribucije vegetacije i vodenih bazena koji apsorbiraju ugljični dioksid. na Zemlji. U atmosferi je promjenjiv i sadržaj aerosola (vidi) - čestica suspendiranih u zraku veličine od nekoliko milimikrona do nekoliko desetina mikrona - nastalih kao rezultat vulkanskih erupcija, snažnih vještačkih eksplozija, zagađenja od strane industrijskih preduzeća. Koncentracija aerosola brzo opada s visinom.

Najnestabilnija i najvažnija od promjenjivih komponenti atmosfere je vodena para, čija koncentracija na površini zemlje može varirati od 3% (u tropima) do 2 × 10 -10% (na Antarktiku). Što je temperatura vazduha viša, više vlage, ceteris paribus, može biti u atmosferi i obrnuto. Najveći dio vodene pare koncentrisan je u atmosferi do visina od 8-10 km. Sadržaj vodene pare u atmosferi zavisi od kombinovanog uticaja procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Na velikim visinama, zbog pada temperature i kondenzacije para, zrak je praktično suh.

Zemljina atmosfera, osim molekularnog i atomskog kisika, sadrži i malu količinu ozona (vidi), čija je koncentracija vrlo promjenjiva i varira ovisno o visini i godišnjem dobu. Većina ozona se nalazi u području polova do kraja polarne noći na nadmorskoj visini od 15-30 km uz naglo smanjenje gore i dolje. Ozon nastaje kao rezultat fotohemijskog djelovanja ultraljubičastog sunčevog zračenja na kisik, uglavnom na visinama od 20-50 km. U ovom slučaju, dvoatomske molekule kisika se djelomično razgrađuju na atome i, spajajući neraspadnute molekule, formiraju triatomske molekule ozona (polimerni, alotropni oblik kisika).

Prisustvo u atmosferi grupe takozvanih inertnih gasova (helijum, neon, argon, kripton, ksenon) povezano je sa kontinuiranim tokom procesa prirodnog radioaktivnog raspada.

Biološki značaj gasova atmosfera je veoma velika. Za većinu višećelijskih organizama, određeni sadržaj molekularnog kisika u plinovitom ili vodenom mediju nezaobilazan je faktor u njihovom postojanju, koji pri disanju određuje oslobađanje energije iz organskih supstanci nastalih u početku fotosinteze. Nije slučajno da su gornje granice biosfere (dio površine globusa i donji dio atmosfere gdje postoji život) određene prisustvom dovoljne količine kisika. U procesu evolucije, organizmi su se prilagodili određenom nivou kiseonika u atmosferi; promena sadržaja kiseonika u pravcu smanjenja ili povećanja ima nepovoljan efekat (vidi Visinska bolest, Hiperoksija, Hipoksija).

Ozonsko-alotropni oblik kiseonika takođe ima izražen biološki efekat. U koncentracijama koje ne prelaze 0,0001 mg/l, što je tipično za turistička područja i morske obale, ozon ima ljekovito djelovanje - stimulira disanje i kardiovaskularnu aktivnost, poboljšava san. S povećanjem koncentracije ozona, manifestira se njegov toksični učinak: iritacija oka, nekrotična upala sluznice respiratornog trakta, pogoršanje plućnih bolesti, autonomne neuroze. Ulazeći u kombinaciju s hemoglobinom, ozon stvara methemoglobin, što dovodi do kršenja respiratorne funkcije krvi; prijenos kisika iz pluća u tkiva postaje otežan, razvijaju se pojave gušenja. Atomski kiseonik ima sličan negativan efekat na organizam. Ozon ima značajnu ulogu u stvaranju termičkih režima različitih slojeva atmosfere zbog izuzetno jake apsorpcije sunčevog zračenja i zemaljskog zračenja. Ozon najintenzivnije apsorbuje ultraljubičaste i infracrvene zrake. Atmosferski ozon skoro u potpunosti apsorbuje sunčeve zrake sa talasnom dužinom manjom od 300 nm. Dakle, Zemlja je okružena svojevrsnim "ozonskim ekranom" koji štiti mnoge organizme od štetnog dejstva ultraljubičastog zračenja sunca.Azot u atmosferskom vazduhu je od velikog biološkog značaja, prvenstveno kao izvor tzv. fiksirani dušik - resurs biljne (i na kraju životinjske) hrane. Fiziološki značaj azota je određen njegovim učešćem u stvaranju nivoa atmosferskog pritiska neophodnog za životne procese. U određenim uslovima promene pritiska, azot igra glavnu ulogu u nastanku niza poremećaja u organizmu (vidi Dekompresijska bolest). Pretpostavke da dušik slabi toksični učinak kisika na tijelo i da ga iz atmosfere apsorbiraju ne samo mikroorganizmi, već i više životinje, su kontroverzne.

Inertni gasovi atmosfere (ksenon, kripton, argon, neon, helijum) pri parcijalnom pritisku koji stvaraju u normalnim uslovima mogu se klasifikovati kao biološki indiferentni gasovi. Uz značajno povećanje parcijalnog pritiska, ovi gasovi imaju narkotički efekat.

Prisutnost ugljičnog dioksida u atmosferi osigurava akumulaciju sunčeve energije u biosferi zbog fotosinteze složenih ugljičnih spojeva, koji kontinuirano nastaju, mijenjaju se i razgrađuju u toku života. Ovaj dinamički sistem održava se kao rezultat aktivnosti algi i kopnenih biljaka koje hvataju energiju sunčeve svjetlosti i koriste je za pretvaranje ugljičnog dioksida (vidi) i vode u razne organske spojeve uz oslobađanje kisika. Proširenje biosfere prema gore je djelomično ograničeno činjenicom da na visinama većim od 6-7 km biljke koje sadrže hlorofil ne mogu živjeti zbog niskog parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid je također vrlo aktivan u fiziološkom smislu, jer ima važnu ulogu u regulaciji metaboličkih procesa, aktivnosti centralnog nervnog sistema, disanja, cirkulacije krvi i režima kiseonika u organizmu. Međutim, ova regulacija je posredovana utjecajem ugljičnog dioksida koji proizvodi samo tijelo, a ne iz atmosfere. U tkivima i krvi životinja i ljudi, parcijalni pritisak ugljičnog dioksida je približno 200 puta veći od njegovog tlaka u atmosferi. I samo sa značajnim povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi (više od 0,6-1%), u tijelu se javljaju poremećaji, označeni terminom hiperkapnija (vidi). Potpuna eliminacija ugljičnog dioksida iz udahnutog zraka ne može direktno štetno djelovati na ljudske i životinjske organizme.

Ugljični dioksid igra ulogu u apsorpciji dugovalnog zračenja i održavanju "efekta staklenika" koji podiže temperaturu blizu površine Zemlje. Proučava se i problem uticaja na toplotne i druge režime atmosfere ugljen-dioksida, koji u velikim količinama ulazi u vazduh kao otpadni proizvod industrije.

Atmosferska vodena para (vlažnost vazduha) takođe utiče na ljudsko telo, posebno na razmenu toplote sa okolinom.

Kao rezultat kondenzacije vodene pare u atmosferi nastaju oblaci i padavine (kiša, grad, snijeg). Vodena para, raspršujući sunčevo zračenje, učestvuje u stvaranju toplotnog režima Zemlje i nižih slojeva atmosfere, u formiranju meteoroloških uslova.

Atmosferski pritisak

Atmosferski pritisak (barometarski) je pritisak koji atmosfera vrši pod uticajem gravitacije na površinu Zemlje. Vrijednost ovog pritiska u svakoj tački atmosfere jednaka je težini prekrivenog stupa zraka sa jediničnom osnovom, koji se proteže iznad mjesta mjerenja do granica atmosfere. Atmosferski pritisak se meri barometrom (vidi) i izražava se u milibarima, u njutnima po kvadratnom metru ili u visini živinog stuba u barometru u milimetrima, svedeno na 0° i normalnu vrednost ubrzanja gravitacije. U tabeli. 2 prikazane su najčešće korišćene jedinice za atmosferski pritisak.

Promjena tlaka nastaje zbog neravnomjernog zagrijavanja zračnih masa koje se nalaze iznad kopna i vode na različitim geografskim širinama. Kako temperatura raste, gustoća zraka i pritisak koji stvara se smanjuju. Ogromna akumulacija zraka koji se brzo kreće sa smanjenim pritiskom (sa smanjenjem pritiska od periferije ka centru vrtloga) naziva se ciklon, a sa povećanim pritiskom (sa povećanjem pritiska prema centru vrtloga) - anticiklon. Za prognozu vremena važne su neperiodične promjene atmosferskog tlaka, koje se javljaju u pokretnim ogromnim masama i povezane su s nastankom, razvojem i uništavanjem anticiklona i ciklona. Posebno velike promjene atmosferskog tlaka povezane su s brzim kretanjem tropskih ciklona. Istovremeno, atmosferski pritisak može varirati za 30-40 mbar dnevno.

Pad atmosferskog tlaka u milibarima na udaljenosti od 100 km naziva se horizontalni barometarski gradijent. Tipično, horizontalni barometarski gradijent je 1-3 mbar, ali u tropskim ciklonima ponekad raste do desetina milibara na 100 km.

Kako se visina povećava, atmosferski pritisak opada u logaritamskom odnosu: u početku vrlo oštro, a zatim sve manje i manje primjetno (slika 1). Stoga je kriva barometarskog pritiska eksponencijalna.

Smanjenje pritiska po jedinici vertikalne udaljenosti naziva se vertikalni barometarski gradijent. Često koriste recipročno od toga - barometarski korak.

Budući da je barometarski pritisak zbir parcijalnih pritisaka gasova koji formiraju vazduh, očigledno je da sa porastom na visinu, zajedno sa smanjenjem ukupnog pritiska atmosfere, parcijalni pritisak gasova koji stvaraju u zraku se također smanjuje. Vrijednost parcijalnog tlaka bilo kojeg plina u atmosferi izračunava se po formuli

gdje je Px parcijalni tlak plina, Pz je atmosferski tlak na visini Z, X% je postotak plina čiji parcijalni tlak treba odrediti.

Rice. 1. Promjena barometarskog tlaka u zavisnosti od nadmorske visine.

Rice. 2. Promena parcijalnog pritiska kiseonika u alveolarnom vazduhu i zasićenje arterijske krvi kiseonikom u zavisnosti od promene nadmorske visine pri udisanju vazduha i kiseonika. Udisanje kiseonika počinje sa visine od 8,5 km (eksperiment u komori pod pritiskom).

Rice. 3. Uporedne krive prosječnih vrijednosti aktivne svijesti kod osobe u minutima na različitim visinama nakon brzog uspona pri udisanju zraka (I) i kisika (II). Na visinama iznad 15 km aktivna svijest je podjednako poremećena pri udisanju kisika i zraka. Na visinama do 15 km, disanje kiseonika značajno produžava period aktivne svesti (eksperiment u komori pod pritiskom).

Pošto je procentualni sastav atmosferskih gasova relativno konstantan, da bi se odredio parcijalni pritisak bilo kog gasa, potrebno je samo znati ukupni barometarski pritisak na datoj visini (slika 1 i tabela 3).

Tabela 3. TABELA STANDARDNE ATMOSFERE (GOST 4401-64) 1

1 Dato u skraćenom obliku i dopunjeno kolonom "Parcijalni pritisak kiseonika".

Prilikom određivanja parcijalnog pritiska gasa u vlažnom vazduhu, pritisak (elastičnost) zasićenih para mora se oduzeti od barometarskog pritiska.

Formula za određivanje parcijalnog tlaka plina u vlažnom zraku bit će malo drugačija nego za suhi zrak:

gdje je pH 2 O elastičnost vodene pare. Na t° 37°, elastičnost zasićene vodene pare je 47 mm Hg. Art. Ova vrijednost se koristi za izračunavanje parcijalnih pritisaka plinova u alveolarnom zraku u prizemnim i visinskim uslovima.

Utjecaj visokog i niskog krvnog tlaka na tijelo. Promjene barometarskog tlaka naviše ili naniže imaju različite efekte na organizam životinja i ljudi. Utjecaj povećanog tlaka povezan je s mehaničkim i prodornim fizičko-hemijskim djelovanjem plinovitog medija (tzv. kompresijski i prodorni efekti).

Kompresijski efekat se manifestuje: opštom volumetrijskom kompresijom, usled ravnomernog povećanja sila mehaničkog pritiska na organe i tkiva; mehanonarkoza zbog ujednačene volumetrijske kompresije pri vrlo visokom barometarskom pritisku; lokalni neravnomjerni pritisak na tkiva koja ograničavaju šupljine koje sadrže plin u slučaju poremećene komunikacije između vanjskog zraka i zraka u šupljini, na primjer, srednje uho, pomoćne šupljine nosa (vidi Barotrauma); povećanje gustine gasova u spoljašnjem disajnom sistemu, što uzrokuje povećanje otpora na respiratorne pokrete, posebno pri forsiranom disanju (vežbanje, hiperkapnija).

Prodorni efekat može dovesti do toksičnog dejstva kiseonika i indiferentnih gasova, čije povećanje sadržaja u krvi i tkivima izaziva narkotičnu reakciju, a prvi znaci posekotine pri upotrebi smeše azota i kiseonika kod ljudi se javljaju pri pritisak 4-8 ​​atm. Povećanje parcijalnog pritiska kiseonika u početku smanjuje nivo funkcionisanja kardiovaskularnog i respiratornog sistema usled gašenja regulatornog dejstva fiziološke hipoksemije. Sa povećanjem parcijalnog pritiska kiseonika u plućima za više od 0,8-1 ata, manifestuje se njegovo toksično dejstvo (oštećenje plućnog tkiva, konvulzije, kolaps).

Prodorni i kompresijski efekti povećanog pritiska plinovitog medija koriste se u kliničkoj medicini u liječenju različitih bolesti s općim i lokalnim poremećajima opskrbe kisikom (vidi Baroterapija, Terapija kisikom).

Snižavanje pritiska ima još izraženiji efekat na organizam. U izuzetno razrijeđenoj atmosferi, glavni patogenetski faktor koji dovodi do gubitka svijesti za nekoliko sekundi, a do smrti za 4-5 minuta je smanjenje parcijalnog tlaka kisika u udahnutom, a zatim i u alveolarnom zraku. krv i tkiva (sl. 2 i 3). Umjerena hipoksija uzrokuje razvoj adaptivnih reakcija respiratornog sistema i hemodinamike, usmjerenih na održavanje opskrbe kisikom, prvenstveno vitalnih organa (mozak, srce). S izraženim nedostatkom kisika inhibiraju se oksidativni procesi (zbog respiratornih enzima), a aerobni procesi proizvodnje energije u mitohondrijima su poremećeni. To prvo dovodi do kvara u funkcijama vitalnih organa, a potom i do nepovratnih strukturnih oštećenja i smrti tijela. Razvoj adaptivnih i patoloških reakcija, promjena funkcionalnog stanja tijela i ljudskog učinka sa smanjenjem atmosferskog tlaka određen je stupnjem i brzinom smanjenja parcijalnog tlaka kisika u udahnutom zraku, trajanjem boravka. na visini, intenzitet obavljenog rada, početno stanje tijela (vidi Visinska bolest).

Smanjenje tlaka na nadmorskoj visini (čak i uz isključenje nedostatka kisika) uzrokuje ozbiljne poremećaje u tijelu, ujedinjene konceptom "dekompresijskih poremećaja", koji uključuju: nadutost na velikim visinama, barotitis i barosinusitis, visinsku dekompresijsku bolest i emfizem tkiva na velikoj nadmorskoj visini.

Nadutost na velikim visinama nastaje zbog širenja plinova u gastrointestinalnom traktu sa smanjenjem barometarskog tlaka na trbušnom zidu pri usponu na visine od 7-12 km ili više. Od određene važnosti je oslobađanje plinova otopljenih u crijevnom sadržaju.

Širenje plinova dovodi do istezanja želuca i crijeva, podizanja dijafragme, promjene položaja srca, iritacije receptorskog aparata ovih organa i izazivanja patoloških refleksa koji remete disanje i cirkulaciju krvi. Često se javljaju oštri bolovi u abdomenu. Slične pojave se ponekad javljaju kod ronilaca pri izlasku iz dubine na površinu.

Mehanizam razvoja barotitisa i barosinuzitisa, koji se očituje osjećajem kongestije i boli, odnosno u srednjem uhu ili pomoćnim šupljinama nosa, sličan je razvoju visinskog nadimanja.

Smanjenje pritiska, osim širenja gasova sadržanih u telesnim šupljinama, izaziva i oslobađanje gasova iz tečnosti i tkiva u kojima su rastvoreni pod pritiskom na nivou mora ili na dubini, kao i stvaranje mjehurića gasa u organizmu. .

Ovaj proces izlaska otopljenih plinova (prije svega dušika) uzrokuje razvoj dekompresijske bolesti (vidi).

Rice. 4. Zavisnost tačke ključanja vode o nadmorskoj visini i barometarskom pritisku. Brojevi pritiska nalaze se ispod odgovarajućih brojeva nadmorske visine.

Sa smanjenjem atmosferskog pritiska, tačka ključanja tečnosti opada (slika 4). Na nadmorskoj visini većoj od 19 km, gdje je barometarski tlak jednak (ili manji od) elastičnosti zasićenih para na tjelesnoj temperaturi (37°), može doći do "ključanja" intersticijske i međućelijske tekućine tijela, što rezultira u velikim venama, u šupljini pleure, želuca, perikarda, u labavom masnom tkivu, odnosno u područjima s niskim hidrostatskim i intersticijskim tlakom, stvaraju se mjehurići vodene pare, razvija se visinski emfizem tkiva. Visinsko "ključanje" ne utiče na ćelijske strukture, lokalizovano je samo u međućelijskoj tečnosti i krvi.

Masivni mjehurići pare mogu blokirati rad srca i cirkulaciju krvi i poremetiti funkcionisanje vitalnih sistema i organa. Ovo je ozbiljna komplikacija akutnog gladovanja kiseonikom koja se razvija na velikim visinama. Prevencija visinskog emfizema tkiva može se postići stvaranjem vanjskog protupritiska na tijelo visinskom opremom.

Sam proces snižavanja barometarskog pritiska (dekompresija) pod određenim parametrima može postati štetni faktor. U zavisnosti od brzine, dekompresija se deli na glatku (sporu) i eksplozivnu. Potonji se odvija za manje od 1 sekunde i praćen je snažnim praskom (kao u pucnju), stvaranjem magle (kondenzacija vodene pare zbog hlađenja zraka koji se širi). Tipično, eksplozivna dekompresija se događa na visinama kada se pokvari staklo kokpita pod pritiskom ili odijela pod pritiskom.

U eksplozivnoj dekompresiji, pluća prva stradaju. Brzi porast intrapulmonalnog viška tlaka (više od 80 mm Hg) dovodi do značajnog rastezanja plućnog tkiva, što može uzrokovati rupturu pluća (s njihovim proširenjem za 2,3 puta). Eksplozivna dekompresija također može uzrokovati oštećenje gastrointestinalnog trakta. Količina nadpritiska koja se javlja u plućima će u velikoj mjeri ovisiti o brzini odlaska zraka iz njih tokom dekompresije i zapremini zraka u plućima. Posebno je opasno ako se gornji dišni putevi u trenutku dekompresije pokažu zatvorenima (pri gutanju, zadržavanju daha) ili se dekompresija poklopi s fazom dubokog udaha, kada su pluća ispunjena velikom količinom zraka.

Atmosferska temperatura

Temperatura atmosfere u početku opada sa povećanjem nadmorske visine (u prosjeku od 15° blizu tla do -56,5° na visini od 11-18 km). Vertikalni temperaturni gradijent u ovoj zoni atmosfere je oko 0,6° na svakih 100 m; mijenja se tokom dana i godine (tabela 4).

Tabela 4. PROMENE VERTIKALNOG TEMPERATURNOG GRADIJENTA PREKO SREDNJE TRAKE TERITORIJE SSSR-a

Rice. 5. Promjena temperature atmosfere na različitim visinama. Granice sfera su označene isprekidanom linijom.

Na visinama od 11 - 25 km temperatura postaje konstantna i iznosi -56,5°; tada temperatura počinje da raste, dostižući 30–40° na visini od 40 km, i 70° na visini od 50–60 km (slika 5), ​​što je povezano sa intenzivnom apsorpcijom sunčevog zračenja ozonom. Sa visine od 60-80 km temperatura zraka ponovo lagano opada (do 60°C), a zatim progresivno raste i dostiže 270°C na visini od 120 km, 800°C na visini od 220 km, 1500 °C na nadmorskoj visini od 300 km, i

na granici sa svemirom - više od 3000°. Treba napomenuti da je zbog velike razrijeđenosti i male gustine plinova na ovim visinama njihov toplinski kapacitet i sposobnost zagrijavanja hladnijih tijela vrlo mali. U ovim uslovima, prenos toplote sa jednog tela na drugo odvija se samo putem zračenja. Sve razmatrane promjene temperature u atmosferi povezane su sa apsorpcijom zračnih masa toplinske energije Sunca - direktne i reflektirane.

U donjem dijelu atmosfere u blizini Zemljine površine, distribucija temperature ovisi o prilivu sunčevog zračenja i stoga ima uglavnom geografski karakter, odnosno linije jednake temperature - izoterme - su paralelne sa geografskim širinama. Budući da se atmosfera u nižim slojevima zagrijava sa zemljine površine, na horizontalnu promjenu temperature snažno utječe raspored kontinenata i oceana čija su toplinska svojstva različita. Obično se u referentnim knjigama navodi temperatura izmjerena tokom mrežnih meteoroloških osmatranja termometrom postavljenim na visini od 2 m iznad površine tla. Najviše temperature (do 58°C) opažene su u pustinjama Irana, au SSSR-u - na jugu Turkmenistana (do 50°), najniže (do -87°) na Antarktiku i u SSSR - u regijama Verkhoyansk i Oymyakon (do -68°). Zimi, vertikalni temperaturni gradijent u nekim slučajevima, umjesto 0,6 °, može premašiti 1 ° na 100 m ili čak uzeti negativnu vrijednost. Tokom dana u toploj sezoni može biti jednaka nekoliko desetina stepeni na 100 m. Postoji i horizontalni temperaturni gradijent, koji se obično naziva rastojanjem od 100 km duž normale na izotermu. Veličina horizontalnog temperaturnog gradijenta je desetinke stepena na 100 km, au frontalnim zonama može preći 10° na 100 m.

Ljudsko tijelo je u stanju održavati toplinsku homeostazu (vidi) unutar prilično uskog raspona fluktuacija vanjske temperature - od 15 do 45 °. Značajne razlike u temperaturi atmosfere u blizini Zemlje i na visinama zahtijevaju korištenje posebnih zaštitnih tehničkih sredstava kako bi se osigurala toplinska ravnoteža između ljudskog tijela i okoline u visinskim i svemirskim letovima.

Karakteristične promjene u parametrima atmosfere (temperatura, pritisak, hemijski sastav, električno stanje) omogućavaju uslovnu podjelu atmosfere na zone, odnosno slojeve. Troposfera- najbliži sloj Zemlji, čija se gornja granica proteže na ekvatoru do 17-18 km, na polovima - do 7-8 km, u srednjim geografskim širinama - do 12-16 km. Troposferu karakteriše eksponencijalni pad pritiska, prisustvo konstantnog vertikalnog temperaturnog gradijenta, horizontalna i vertikalna kretanja vazdušnih masa i značajne promene vlažnosti vazduha. Troposfera sadrži najveći dio atmosfere, kao i značajan dio biosfere; ovdje nastaju sve glavne vrste oblaka, formiraju se zračne mase i frontovi, razvijaju se cikloni i anticikloni. U troposferi, usled odbijanja sunčevih zraka od snežnog pokrivača Zemlje i hlađenja površinskih slojeva vazduha, dolazi do tzv. inverzije, odnosno povećanja temperature u atmosferi sa dna. naviše umjesto uobičajenog smanjenja.

U toploj sezoni u troposferi postoji stalno turbulentno (slučajno, haotično) miješanje zračnih masa i prijenos topline tokovima zraka (konvekcija). Konvekcija uništava maglu i smanjuje sadržaj prašine u nižim slojevima atmosfere.

Drugi sloj atmosfere je stratosfera.

Počinje od troposfere kao uska zona (1-3 km) sa konstantnom temperaturom (tropopauza) i prostire se do visine od oko 80 km. Odlika stratosfere je progresivno razrjeđivanje zraka, izuzetno visok intenzitet ultraljubičastog zračenja, odsustvo vodene pare, prisustvo velike količine ozona i postepeno povećanje temperature. Visok sadržaj ozona izaziva niz optičkih pojava (miraže), izaziva refleksiju zvukova i značajno utiče na intenzitet i spektralni sastav elektromagnetnog zračenja. U stratosferi dolazi do stalnog miješanja zraka, pa je njegov sastav sličan zraku troposfere, iako je njegova gustina na gornjim granicama stratosfere izuzetno mala. U stratosferi prevladavaju zapadni vjetrovi, au gornjoj zoni prelaze na istočne vjetrove.

Treći sloj atmosfere je jonosfera, koji počinje od stratosfere i proteže se do visina od 600-800 km.

Posebne karakteristike jonosfere su ekstremno razrjeđivanje plinovitog medija, visoka koncentracija molekularnih i atomskih jona i slobodnih elektrona, kao i visoka temperatura. Jonosfera utiče na širenje radio talasa, uzrokujući njihovo prelamanje, refleksiju i apsorpciju.

Glavni izvor jonizacije u visokim slojevima atmosfere je ultraljubičasto zračenje Sunca. U tom slučaju elektroni se izbacuju iz atoma plina, atomi se pretvaraju u pozitivne ione, a izbijeni elektroni ostaju slobodni ili bivaju zarobljeni od strane neutralnih molekula uz stvaranje negativnih iona. Na ionizaciju jonosfere utiču meteori, korpuskularno, rendgensko i gama zračenje Sunca, kao i seizmički procesi na Zemlji (potresi, vulkanske erupcije, snažne eksplozije), koji stvaraju akustične talase u jonosferi, koji povećavaju amplitudu i brzinu oscilacija atmosferskih čestica i doprinose jonizaciji molekula i atoma gasa (vidi Aeroionizacija).

Električna provodljivost u jonosferi, povezana s visokom koncentracijom jona i elektrona, vrlo je visoka. Povećana električna provodljivost jonosfere igra važnu ulogu u refleksiji radio talasa i pojavi aurore.

Jonosfera je područje letova umjetnih Zemljinih satelita i interkontinentalnih balističkih projektila. Trenutno svemirska medicina proučava moguće efekte uslova leta u ovom dijelu atmosfere na ljudsko tijelo.

Četvrto, spoljni sloj atmosfere - egzosfera. Odavde se atmosferski plinovi raspršuju u svjetski prostor zbog disipacije (prevazilaženja sila gravitacije molekulima). Zatim dolazi do postepenog prijelaza iz atmosfere u međuplanetarni svemir. Egzosfera se razlikuje od potonje po prisustvu velikog broja slobodnih elektrona koji formiraju 2. i 3. radijacioni pojas Zemlje.

Podjela atmosfere na 4 sloja je vrlo proizvoljna. Dakle, prema električnim parametrima, cijela debljina atmosfere podijeljena je na 2 sloja: neutrosferu, u kojoj prevladavaju neutralne čestice, i jonosferu. Temperatura razlikuje troposferu, stratosferu, mezosferu i termosferu, odvojene troposferom, stratosferom i mezopauzom. Sloj atmosfere koji se nalazi između 15 i 70 km i karakteriše ga visok sadržaj ozona naziva se ozonosfera.

U praktične svrhe, zgodno je koristiti Međunarodnu standardnu ​​atmosferu (MCA), za koju su prihvaćeni sljedeći uvjeti: pritisak na nivou mora na t° 15° je 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2, ili 760 mm Hg ); temperatura se smanjuje za 6,5° na 1 km do nivoa od 11 km (uslovna stratosfera), a zatim ostaje konstantna. U SSSR-u je usvojena standardna atmosfera GOST 4401 - 64 (tabela 3).

Padavine. Budući da je najveći dio atmosferske vodene pare koncentrisan u troposferi, procesi faznih prijelaza vode, koji uzrokuju padavine, odvijaju se uglavnom u troposferi. Troposferski oblaci obično pokrivaju oko 50% ukupne zemljine površine, dok se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i blizu mezopauze, koji se nazivaju sedef, odnosno noćni oblaci, uočavaju relativno rijetko. Kao rezultat kondenzacije vodene pare u troposferi nastaju oblaci i nastaju padavine.

Prema prirodi padavina, padavine se dijele na 3 vrste: kontinuirane, obilne, rosuljaste. Količina padavina određena je debljinom sloja otpale vode u milimetrima; padavine se mjere kišomjerima i padalomjerima. Intenzitet padavina se izražava u milimetrima u minuti.

Raspodjela padavina u pojedinim godišnjim dobima i danima, kao i po teritoriji, izuzetno je neujednačena, zbog cirkulacije atmosfere i uticaja Zemljine površine. Tako na Havajskim otocima u prosjeku padne 12.000 mm godišnje, a u najsušnijim regijama Perua i Sahare padavine ne prelaze 250 mm, a ponekad ne padaju i nekoliko godina. U godišnjoj dinamici padavina razlikuju se sljedeće vrste: ekvatorijalne - sa maksimumom padavina nakon proljetne i jesenje ravnodnevice; tropski - sa maksimumom padavina ljeti; monsun - sa vrlo izraženim vrhuncem ljeti i sušnom zimi; suptropski - sa maksimalnom količinom padavina zimi i sušnim letom; umjerene kontinentalne širine - sa maksimumom padavina ljeti; morske umjerene geografske širine - sa maksimumom padavina zimi.

Čitav atmosfersko-fizički kompleks klimatskih i meteoroloških faktora koji čine vrijeme naširoko se koristi za promicanje zdravlja, očvršćavanja i u medicinske svrhe (vidi Klimatoterapija). Uz to, utvrđeno je da oštre fluktuacije ovih atmosferskih faktora mogu negativno utjecati na fiziološke procese u tijelu, uzrokujući razvoj različitih patoloških stanja i pogoršanje bolesti, koje se nazivaju meteotropne reakcije (vidi Klimatopatologija). U tom smislu su od posebnog značaja česta, dugotrajna poremećaja atmosfere i nagle fluktuacije meteoroloških faktora.

Meteotropne reakcije se češće uočavaju kod osoba koje pate od bolesti kardiovaskularnog sistema, poliartritisa, bronhijalne astme, peptičkog ulkusa, kožnih bolesti.

Bibliografija: Belinsky V. A. i Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfera i njeni resursi, ur. V. A. Kovdy, Moskva, 1971. Danilov A. D. Hemija jonosfere, L., 1967; Kolobkov N. V. Atmosfera i njen život, M., 1968; Kalitin H.H. Osnove fizike atmosfere u primjeni na medicinu, L., 1935; Matveev L. T. Osnove opšte meteorologije, Fizika atmosfere, L., 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionizacija zraka i njena higijenska vrijednost, M., 1963, bibliogr.; it, Metode higijenskih istraživanja, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P. N. Kurs meteorologije, L., 1962; Umansky S.P. Čovjek u svemiru, M., 1970; Khvostikov I. A. Visoki slojevi atmosfere, L., 1964; X r g i a N A. X. Fizika atmosfere, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologija i klimatologija za geografske fakultete, L., 1968.

Utjecaj visokog i niskog krvnog tlaka na tijelo- Armstrong G. Vazduhoplovna medicina, trans. iz engleskog, M., 1954, bibliogr.; Saltsman G.L. Fiziološke osnove boravka čoveka u uslovima visokog pritiska gasova okoline, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. i Khromushkin A. I. Sistemi za održavanje života ljudi tokom visinskih i svemirskih letova, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K. i dr. Teorija i praksa vazduhoplovne medicine, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. i Chernyakov I. N. Kiseonik tkanina pri ekstremnim faktorima leta, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Podvodna medicina, trans. iz engleskog, M., 1971, bibliografija; Busby D. E. Svemirska klinička medicina, Dordrecht, 1968.

I. H. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.