جو زمین از چه چیزی تشکیل شده است؟ لایه های اصلی جو زمین به ترتیب صعودی. تاریخچه مطالعه یونوسفر

جو زمین پوشش گازی سیاره ما است. به هر حال، تقریباً همه اجرام آسمانی دارای پوسته های مشابه هستند، از سیارات منظومه شمسی گرفته تا سیارک های بزرگ. به عوامل زیادی بستگی دارد - اندازه سرعت، جرم و بسیاری از پارامترهای دیگر. اما فقط پوسته سیاره ما حاوی اجزایی است که به ما امکان زندگی می دهد.

جو زمین: تاریخچه مختصری از وقوع آن

اعتقاد بر این است که سیاره ما در ابتدای پیدایش خود هیچ پوسته گازی نداشت. اما جسم سماوی جوان و تازه شکل گرفته پیوسته در حال تکامل بود. جو اولیه زمین در نتیجه فوران های آتشفشانی مداوم شکل گرفته است. به این ترتیب، طی هزاران سال، پوسته ای از بخار آب، نیتروژن، کربن و سایر عناصر (به جز اکسیژن) در اطراف زمین تشکیل شد.

از آنجایی که مقدار رطوبت در جو محدود است ، مازاد آن به بارش تبدیل می شود - اینگونه است که دریاها ، اقیانوس ها و سایر آب ها تشکیل شده اند. اولین موجوداتی که در این سیاره ساکن شدند در محیط آبی ظاهر شدند و رشد کردند. بیشتر آنها متعلق به موجودات گیاهی بودند که از طریق فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند. بنابراین، جو زمین شروع به پر شدن از این گاز حیاتی کرد. و در نتیجه تجمع اکسیژن، لایه اوزون تشکیل شد که سیاره را از اثرات مضر اشعه ماوراء بنفش محافظت می کرد. این عوامل هستند که همه شرایط را برای وجود ما ایجاد کردند.

ساختار جو زمین

همانطور که می دانید، پوسته گازی سیاره ما از چندین لایه تشکیل شده است - تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر. ترسیم مرزهای واضح بین این لایه ها غیرممکن است - همه اینها به زمان سال و عرض جغرافیایی سیاره بستگی دارد.

تروپوسفر قسمت پایینی پوسته گاز است که ارتفاع آن به طور متوسط ​​بین 10 تا 15 کیلومتر است. اینجا جایی است که بیشتر رطوبت در آن متمرکز می شود، اتفاقاً در اینجا تمام رطوبت قرار می گیرد و ابرها تشکیل می شوند. به دلیل محتوای اکسیژن، تروپوسفر از فعالیت زندگی همه موجودات پشتیبانی می کند. علاوه بر این، در شکل گیری آب و هوا و ویژگی های آب و هوایی منطقه بسیار مهم است - نه تنها ابرها، بلکه بادها نیز در اینجا شکل می گیرند. با افزایش ارتفاع، دما کاهش می یابد.

استراتوسفر - از تروپوسفر شروع شده و به ارتفاع 50 تا 55 کیلومتری ختم می شود. در اینجا دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد. این بخش از اتمسفر تقریباً فاقد بخار آب است، اما دارای لایه ازن است. گاهی اوقات در اینجا می توانید متوجه تشکیل ابرهای "مروارید" شوید که فقط در شب قابل مشاهده هستند - اعتقاد بر این است که آنها با قطرات آب بسیار متراکم نشان داده می شوند.

مزوسفر تا 80 کیلومتر به بالا امتداد دارد. در این لایه هنگام بالا رفتن می توانید متوجه کاهش شدید دما شوید. آشفتگی نیز در اینجا بسیار توسعه یافته است. به هر حال، به اصطلاح "ابرهای شب تاب" در مزوسفر تشکیل می شوند که از کریستال های یخ کوچک تشکیل شده اند - آنها را فقط در شب می توان دید. جالب است که عملاً هیچ هوایی در مرز بالایی مزوسفر وجود ندارد - 200 برابر کمتر از نزدیک سطح زمین است.

ترموسفر لایه بالایی پوسته گازی زمین است که در آن مرسوم است بین یونوسفر و اگزوسفر تمایز قائل شوند. جالب اینجاست که دما در اینجا با ارتفاع بسیار شدید افزایش می یابد - در ارتفاع 800 کیلومتری از سطح زمین بیش از 1000 درجه سانتیگراد است. یونوسفر با هوای بسیار رقیق شده و محتوای عظیم یون های فعال مشخص می شود. در مورد اگزوسفر، این بخش از جو به آرامی به فضای بین سیاره ای می گذرد. شایان ذکر است که ترموسفر حاوی هوا نیست.

می توان به این نکته اشاره کرد که جو زمین بخش بسیار مهمی از سیاره ما است که عامل تعیین کننده ای در پیدایش حیات باقی می ماند. فعالیت حیات را تضمین می کند، وجود هیدروسفر (پوسته آبکی سیاره) را حفظ می کند و از اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند.

جو زمین پوشش گازی سیاره ما است. مرز پایینی آن از سطح پوسته زمین و هیدروسفر می گذرد و مرز بالایی آن به منطقه نزدیک به زمین در فضای بیرونی می گذرد. جو حاوی حدود 78 درصد نیتروژن، 20 درصد اکسیژن، تا 1 درصد آرگون، دی اکسید کربن، هیدروژن، هلیوم، نئون و برخی گازهای دیگر است.

این پوسته زمین با لایه بندی مشخص مشخص می شود. لایه های جو با توزیع عمودی دما و چگالی متفاوت گازها در سطوح مختلف تعیین می شوند. لایه های زیر از جو زمین متمایز می شوند: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر، اگزوسفر. یونوسفر به طور جداگانه جدا می شود.

تا 80٪ از کل جرم جو را تروپوسفر تشکیل می دهد - لایه زیر زمینی جو. تروپوسفر در مناطق قطبی در سطح 8-10 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد، در منطقه گرمسیری - حداکثر 16-18 کیلومتر. بین تروپوسفر و لایه پوشاننده استراتوسفر یک تروپوپوز وجود دارد - یک لایه گذار. در تروپوسفر، با افزایش ارتفاع، دما کاهش می‌یابد و به همین ترتیب، فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. متوسط ​​گرادیان دما در تروپوسفر 0.6 درجه سانتی گراد در هر 100 متر است. درجه حرارت در سطوح مختلف این پوسته با ویژگی های جذب تابش خورشیدی و کارایی همرفت تعیین می شود. تقریباً تمام فعالیت های انسان در تروپوسفر انجام می شود. مرتفع‌ترین کوه‌ها از تروپوسفر فراتر نمی‌روند، تنها حمل‌ونقل هوایی می‌تواند از مرز بالایی این پوسته در ارتفاع کم عبور کند و در استراتوسفر قرار گیرد. بخش زیادی از بخار آب در تروپوسفر یافت می شود که مسئول تشکیل تقریباً همه ابرها است. همچنین، تقریباً تمام ذرات معلق در هوا (گرد و غبار، دود و غیره) تشکیل شده در سطح زمین در تروپوسفر متمرکز شده اند. در لایه زیرین مرزی تروپوسفر، نوسانات روزانه دما و رطوبت هوا مشخص است و سرعت باد معمولاً کاهش می یابد (با افزایش ارتفاع افزایش می یابد). در تروپوسفر، تقسیم متغیری از ضخامت هوا به توده های هوا در جهت افقی وجود دارد که بسته به منطقه و ناحیه تشکیل آنها از نظر تعدادی ویژگی متفاوت است. در جبهه های جوی - مرزهای بین توده های هوا - طوفان ها و پاد سیکلون ها تشکیل می شوند که آب و هوا را در یک منطقه خاص برای یک دوره زمانی مشخص تعیین می کنند.

استراتوسفر لایه ای از جو بین تروپوسفر و مزوسفر است. محدوده این لایه از 8-16 کیلومتر تا 50-55 کیلومتر بالاتر از سطح زمین است. در استراتوسفر، ترکیب گازی هوا تقریباً مشابه تروپوسفر است. یک ویژگی متمایز کاهش غلظت بخار آب و افزایش محتوای ازن است. لایه اوزون جو که از بیوسفر در برابر اثرات تهاجمی اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند، در سطح 20 تا 30 کیلومتری قرار دارد. در استراتوسفر، دما با ارتفاع افزایش می‌یابد و مقادیر دما توسط تابش خورشیدی تعیین می‌شود و نه با همرفت (حرکت توده‌های هوا)، مانند تروپوسفر. گرم شدن هوا در استراتوسفر به دلیل جذب اشعه ماوراء بنفش توسط ازن است.

در بالای استراتوسفر، مزوسفر تا سطح 80 کیلومتری گسترش می یابد. این لایه از جو با این واقعیت مشخص می شود که با افزایش ارتفاع از 0 درجه سانتی گراد به - 90 درجه سانتی گراد دما کاهش می یابد. این سردترین منطقه جو است.

در بالای مزوسفر، ترموسفر تا ارتفاع 500 کیلومتری قرار دارد. از مرز مزوسفر تا اگزوسفر، دما از 200 کلوین تا 2000 کلوین متغیر است. تا سطح 500 کیلومتر، چگالی هوا چندین صد هزار بار کاهش می یابد. ترکیب نسبی اجزای جوی ترموسفر مشابه لایه سطحی تروپوسفر است، اما با افزایش ارتفاع، اکسیژن بیشتری اتمی می شود. نسبت معینی از مولکول ها و اتم های ترموسفر در حالت یونیزه هستند و در چندین لایه توزیع شده اند؛ آنها با مفهوم یونوسفر متحد می شوند. ویژگی های ترموسفر بسته به عرض جغرافیایی، میزان تابش خورشیدی، زمان سال و روز در محدوده وسیعی متفاوت است.

لایه بالایی جو اگزوسفر است. این نازک ترین لایه جو است. در اگزوسفر، میانگین مسیر آزاد ذرات به قدری عظیم است که ذرات می توانند آزادانه به فضای بین سیاره ای فرار کنند. جرم اگزوسفر یک ده میلیونم جرم کل جو است. مرز زیرین اگزوسفر سطح 450-800 کیلومتر است و مرز بالایی منطقه ای است که غلظت ذرات در آن مانند فضای بیرونی است - چندین هزار کیلومتر از سطح زمین. اگزوسفر از گاز یونیزه شده پلاسما تشکیل شده است. همچنین در اگزوسفر، کمربندهای تشعشعی سیاره ما قرار دارند.

ارائه ویدئو - لایه های جو زمین:

مواد مرتبط:

هوای اتمسفر از نیتروژن (77.99%)، اکسیژن (21%)، گازهای بی اثر (1%) و دی اکسید کربن (0.01%) تشکیل شده است. سهم دی اکسید کربن با گذشت زمان افزایش می یابد زیرا محصولات احتراق سوخت در جو آزاد می شوند و علاوه بر این، مساحت جنگل هایی که دی اکسید کربن را جذب و اکسیژن آزاد می کنند کاهش می یابد.

جو همچنین حاوی مقدار کمی ازن است که در ارتفاع حدود 25-30 کیلومتری متمرکز شده و به اصطلاح لایه ازن را تشکیل می دهد. این لایه مانعی در برابر تشعشعات فرابنفش خورشیدی ایجاد می کند که برای موجودات زنده روی زمین خطرناک است.

علاوه بر این، جو حاوی بخار آب و ناخالصی های مختلف - ذرات گرد و غبار، دوده و غیره است. غلظت ناخالصی ها در سطح زمین و در مناطق خاصی بیشتر است: بالای شهرهای بزرگ،.

لایه بعدی جو است استراتوسفر. هوای موجود در آن بسیار کمیاب تر است و بخار آب بسیار کمتری در آن وجود دارد. دما در قسمت پایینی استراتوسفر 60- -80 درجه سانتیگراد است و با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. در استراتوسفر است که لایه اوزون قرار دارد. استراتوسفر با سرعت باد بالا (تا 80-100 متر بر ثانیه) مشخص می شود.

مزوسفر- لایه میانی جو، در بالای استراتوسفر در ارتفاعات 50 تا S0-S5 کیلومتر قرار دارد. مزوسفر با کاهش دمای متوسط ​​با ارتفاع از 0 درجه سانتیگراد در مرز پایین به -90 درجه سانتیگراد در مرز بالایی مشخص می شود. در نزدیکی مرز بالایی مزوسفر، ابرهای شب‌تاب مشاهده می‌شوند که در شب توسط خورشید روشن می‌شوند. در مرز بالایی مزوسفر 200 برابر کمتر از سطح زمین است.

ترموسفر- واقع در بالای مزوسفر، در ارتفاعات از SO تا 400-500 کیلومتر، در آن دما ابتدا به آرامی و سپس به سرعت دوباره شروع به افزایش می کند. دلیل آن جذب اشعه ماوراء بنفش در ارتفاعات 150-300 کیلومتری است. در ترموسفر، دما به طور مداوم تا ارتفاع حدود 400 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به 700 - 1500 درجه سانتیگراد می رسد (بسته به فعالیت خورشیدی). تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و تابش کیهانی، یونیزاسیون هوا ("") نیز رخ می دهد. نواحی اصلی یونوسفر در درون ترموسفر قرار دارند.

اگزوسفر- بیرونی، نادرترین لایه جو، از ارتفاعات 450-000 کیلومتری شروع می شود و مرز بالایی آن در فاصله چند هزار کیلومتری از سطح زمین قرار دارد، جایی که غلظت ذرات به همان اندازه بین سیاره ای می شود. فضا. اگزوسفر از گاز یونیزه شده (پلاسما) تشکیل شده است. قسمت های پایین و میانی اگزوسفر عمدتاً از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. با افزایش ارتفاع، غلظت نسبی گازهای سبک به ویژه هیدروژن یونیزه شده به سرعت افزایش می یابد. دما در اگزوسفر 1300-3000 درجه سانتیگراد است. با قد ضعیف رشد می کند. کمربندهای تشعشعی زمین عمدتاً در اگزوسفر قرار دارند.

جو(از اتمس یونانی - بخار و اسفاریا - توپ) - پوسته هوای زمین که با آن می چرخد. توسعه جو ارتباط نزدیکی با فرآیندهای زمین شناسی و ژئوشیمیایی در سیاره ما و همچنین با فعالیت موجودات زنده داشت.

مرز پایین جو با سطح زمین منطبق است، زیرا هوا به کوچکترین منافذ خاک نفوذ می کند و حتی در آب نیز حل می شود.

مرز بالایی در ارتفاع 2000-3000 کیلومتری به تدریج به فضای بیرونی می گذرد.

به لطف جوی که حاوی اکسیژن است، حیات روی زمین امکان پذیر است. اکسیژن اتمسفر در فرآیند تنفس انسان، حیوانات و گیاهان استفاده می شود.

اگر جو وجود نداشت، زمین به اندازه ماه ساکت بود. بالاخره صدا ارتعاش ذرات هواست. رنگ آبی آسمان با این واقعیت توضیح داده می شود که پرتوهای خورشید که از جو عبور می کنند، مانند یک عدسی، به رنگ های تشکیل دهنده خود تجزیه می شوند. در این حالت پرتوهای رنگ های آبی و آبی بیشترین پراکندگی را دارند.

جو بیشتر اشعه ماوراء بنفش خورشید را به دام می اندازد که تأثیر مخربی بر موجودات زنده دارد. همچنین گرما را در نزدیکی سطح زمین حفظ می کند و از سرد شدن سیاره ما جلوگیری می کند.

ساختار جو

در اتمسفر، چندین لایه قابل تشخیص هستند که از نظر چگالی متفاوت هستند (شکل 1).

تروپوسفر

تروپوسفر- پایین ترین لایه جو، که ضخامت آن در بالای قطب ها 8-10 کیلومتر است، در عرض های جغرافیایی معتدل - 10-12 کیلومتر، و بالای خط استوا - 16-18 کیلومتر.

برنج. 1. ساختار جو زمین

هوا در تروپوسفر توسط سطح زمین، یعنی توسط خشکی و آب گرم می شود. بنابراین دمای هوا در این لایه با ارتفاع به ازای هر 100 متر به طور متوسط ​​0.6 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و در مرز فوقانی تروپوسفر به 55- درجه سانتیگراد می رسد. در همان زمان، در منطقه استوا در مرز بالایی تروپوسفر، دمای هوا -70 درجه سانتیگراد و در منطقه قطب شمال -65 درجه سانتیگراد است.

حدود 80 درصد از جرم جو در تروپوسفر متمرکز است، تقریباً تمام بخار آب در آن قرار دارد، رعد و برق، طوفان، ابر و بارش رخ می دهد و حرکت عمودی (همرفت) و افقی (باد) هوا رخ می دهد.

می توان گفت که آب و هوا عمدتاً در تروپوسفر تشکیل می شود.

استراتوسفر

استراتوسفر- لایه ای از جو که در بالای تروپوسفر در ارتفاع 8 تا 50 کیلومتری قرار دارد. رنگ آسمان در این لایه بنفش به نظر می رسد که با رقیق بودن هوا توضیح داده می شود و به همین دلیل اشعه های خورشید تقریباً پراکنده نمی شوند.

استراتوسفر شامل 20 درصد جرم جو است. هوا در این لایه کمیاب است، عملا بخار آب وجود ندارد و بنابراین تقریبا هیچ ابری و بارشی تشکیل نمی شود. با این حال، جریان های هوای پایدار در استراتوسفر مشاهده می شود که سرعت آن به 300 کیلومتر در ساعت می رسد.

این لایه متمرکز است ازن(صفحه نمایش ازن، اوزونوسفر)، لایه ای که پرتوهای فرابنفش را جذب می کند و از رسیدن آنها به زمین جلوگیری می کند و در نتیجه از موجودات زنده روی سیاره ما محافظت می کند. به لطف ازن، دمای هوا در مرز بالایی استراتوسفر از 50- تا 4-55 درجه سانتیگراد متغیر است.

بین مزوسفر و استراتوسفر یک منطقه گذار وجود دارد - استراتوپوز.

مزوسفر

مزوسفر- لایه ای از جو واقع در ارتفاع 50-80 کیلومتری. چگالی هوا در اینجا 200 برابر کمتر از سطح زمین است. رنگ آسمان در مزوسفر سیاه به نظر می رسد و ستاره ها در طول روز قابل مشاهده هستند. دمای هوا تا -75 (-90) درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

در ارتفاع 80 کیلومتری آغاز می شود ترموسفردمای هوا در این لایه به شدت به ارتفاع 250 متر افزایش می یابد و سپس ثابت می شود: در ارتفاع 150 کیلومتری به 220-240 درجه سانتیگراد می رسد. در ارتفاع 500-600 کیلومتری بیش از 1500 درجه سانتیگراد است.

در مزوسفر و ترموسفر، تحت تأثیر پرتوهای کیهانی، مولکول های گاز به ذرات باردار (یونیزه) اتم ها متلاشی می شوند، بنابراین این قسمت از جو نامیده می شود. یون کره- لایه ای از هوای بسیار کمیاب، واقع در ارتفاع 50 تا 1000 کیلومتری، که عمدتاً از اتم های اکسیژن یونیزه، مولکول های اکسید نیتروژن و الکترون های آزاد تشکیل شده است. این لایه با الکتریسیته بالا مشخص می شود و امواج رادیویی بلند و متوسط ​​مانند یک آینه از آن منعکس می شود.

در یونوسفر، شفق های قطبی ظاهر می شوند - درخشش گازهای کمیاب تحت تأثیر ذرات باردار الکتریکی که از خورشید پرواز می کنند - و نوسانات شدید در میدان مغناطیسی مشاهده می شود.

اگزوسفر

اگزوسفر- لایه بیرونی جو واقع در بالای 1000 کیلومتر. به این لایه، کره پراکنده نیز می گویند، زیرا ذرات گاز با سرعت بالایی در اینجا حرکت می کنند و می توانند در فضای بیرونی پراکنده شوند.

ترکیب اتمسفر

جو مخلوطی از گازهای متشکل از نیتروژن (78.08٪)، اکسیژن (20.95٪)، دی اکسید کربن (0.03٪)، آرگون (0.93٪)، مقدار کمی هلیوم، نئون، زنون، کریپتون (0.01٪)، ازن و سایر گازها، اما محتوای آنها ناچیز است (جدول 1). ترکیب مدرن هوای زمین بیش از صد میلیون سال پیش ایجاد شد، اما با این وجود افزایش شدید فعالیت تولید انسان منجر به تغییر آن شد. در حال حاضر، مقدار CO 2 تقریباً 10-12٪ افزایش یافته است.

گازهایی که اتمسفر را تشکیل می دهند نقش های عملکردی مختلفی دارند. با این حال، اهمیت اصلی این گازها در درجه اول با این واقعیت تعیین می شود که آنها به شدت انرژی تابشی را جذب می کنند و در نتیجه تأثیر قابل توجهی بر رژیم دمایی سطح و جو زمین دارند.

جدول 1. ترکیب شیمیایی هوای خشک جوی نزدیک به سطح زمین

نیتروژن،رایج ترین گاز موجود در جو، از نظر شیمیایی غیر فعال است.

اکسیژنبر خلاف نیتروژن، عنصر شیمیایی بسیار فعال است. عملکرد خاص اکسیژن اکسیداسیون مواد آلی موجودات هتروتروف، سنگ ها و گازهای کمتر اکسید شده است که توسط آتشفشان ها به جو منتشر می شود. بدون اکسیژن، تجزیه مواد آلی مرده وجود نخواهد داشت.

نقش دی اکسید کربن در جو بسیار زیاد است. این ماده در نتیجه فرآیندهای احتراق، تنفس موجودات زنده و پوسیدگی وارد جو می شود و قبل از هر چیز ماده اصلی ساختمانی برای ایجاد مواد آلی در طول فتوسنتز است. علاوه بر این، توانایی دی اکسید کربن در انتقال تابش موج کوتاه خورشیدی و جذب بخشی از تابش امواج بلند حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است که به اصطلاح اثر گلخانه ای ایجاد می کند که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

فرآیندهای جوی، به ویژه رژیم حرارتی استراتوسفر نیز تحت تأثیر قرار می گیرند ازناین گاز به عنوان جاذب طبیعی اشعه ماوراء بنفش خورشید عمل می کند و جذب تابش خورشیدی منجر به گرم شدن هوا می شود. مقادیر متوسط ​​ماهانه کل محتوای ازن در جو بسته به عرض جغرافیایی و زمان سال در محدوده 0.23-0.52 سانتی متر متفاوت است (این ضخامت لایه ازن در فشار و دمای زمین است). افزایش محتوای ازن از استوا به قطب ها و یک چرخه سالانه با حداقل در پاییز و حداکثر در بهار وجود دارد.

یک ویژگی مشخصه جو این است که محتوای گازهای اصلی (نیتروژن، اکسیژن، آرگون) با ارتفاع کمی تغییر می کند: در ارتفاع 65 کیلومتری جو، محتوای نیتروژن 86٪، اکسیژن - 19، آرگون - 0.91 است. ، در ارتفاع 95 کیلومتری - نیتروژن 77، اکسیژن - 21.3، آرگون - 0.82٪. ثبات ترکیب هوای اتمسفر به صورت عمودی و افقی با اختلاط آن حفظ می شود.

علاوه بر گازها، هوا حاوی بخار آبو ذرات جامددومی می تواند منشا طبیعی و مصنوعی (انسان زایی) داشته باشد. اینها گرده، کریستال های ریز نمک، گرد و غبار جاده و ناخالصی های آئروسل هستند. هنگامی که پرتوهای خورشید به پنجره نفوذ می کنند، با چشم غیر مسلح دیده می شوند.

ذرات معلق زیادی در هوای شهرها و مراکز صنعتی بزرگ وجود دارد، جایی که انتشار گازهای مضر و ناخالصی های آنها که در طی احتراق سوخت ایجاد می شود به آئروسل ها اضافه می شود.

غلظت ذرات معلق در هوا شفافیت هوا را تعیین می کند که بر تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد تأثیر می گذارد. بزرگترین ذرات معلق در هوا هسته های تراکم (از لات. متراکم شدن- تراکم، ضخیم شدن) - به تبدیل بخار آب به قطرات آب کمک می کند.

اهمیت بخار آب در درجه اول با این واقعیت تعیین می شود که تابش حرارتی موج بلند از سطح زمین را به تاخیر می اندازد. نشان دهنده پیوند اصلی چرخه های رطوبت بزرگ و کوچک است. دمای هوا را در هنگام تراکم بسترهای آب افزایش می دهد.

مقدار بخار آب موجود در جو در زمان و مکان متفاوت است. بنابراین، غلظت بخار آب در سطح زمین از 3٪ در مناطق گرمسیری تا 2-10 (15)٪ در قطب جنوب متغیر است.

میانگین مقدار بخار آب در ستون عمودی جو در عرض های جغرافیایی معتدل حدود 1.6-1.7 سانتی متر است (این ضخامت لایه بخار آب متراکم است). اطلاعات مربوط به بخار آب در لایه های مختلف جو متناقض است. برای مثال فرض بر این بود که در محدوده ارتفاعی بین 20 تا 30 کیلومتر، رطوبت ویژه با افزایش ارتفاع به شدت افزایش می یابد. با این حال، اندازه گیری های بعدی خشکی بیشتر استراتوسفر را نشان می دهد. ظاهراً رطوبت ویژه در استراتوسفر کمی به ارتفاع بستگی دارد و 4-2 میلی گرم بر کیلوگرم است.

تغییرپذیری محتوای بخار آب در تروپوسفر توسط تعامل فرآیندهای تبخیر، تراکم و حمل و نقل افقی تعیین می شود. در اثر متراکم شدن بخار آب، ابرها تشکیل شده و نزولات جوی به صورت باران، تگرگ و برف می بارد.

فرآیندهای انتقال فاز آب عمدتاً در تروپوسفر اتفاق می‌افتد، به همین دلیل است که ابرها در استراتوسفر (در ارتفاعات 20-30 کیلومتری) و مزوسفر (نزدیک مزوپوز)، که مرواریدی و نقره‌ای نامیده می‌شوند، نسبتاً نادر مشاهده می‌شوند، در حالی که ابرهای تروپوسفری اغلب حدود 50 درصد از کل سطح زمین را پوشش می دهد.

مقدار بخار آب موجود در هوا به دمای هوا بستگی دارد.

1 متر مکعب هوا در دمای -20 درجه سانتیگراد نمی تواند بیش از 1 گرم آب داشته باشد. در دمای 0 درجه سانتیگراد - حداکثر 5 گرم؛ در +10 درجه سانتیگراد - حداکثر 9 گرم؛ در +30 درجه سانتیگراد - حداکثر 30 گرم آب.

نتیجه:هر چه دمای هوا بالاتر باشد، بخار آب بیشتری می تواند داشته باشد.

هوا ممکن است باشد ثروتمندو اشباع نشدهبخار آب. بنابراین، اگر در دمای +30 درجه سانتیگراد، 1 متر مکعب هوا حاوی 15 گرم بخار آب باشد، هوا از بخار آب اشباع نشده است. اگر 30 گرم - اشباع شده است.

رطوبت مطلقمقدار بخار آب موجود در 1 متر مکعب هوا است. بر حسب گرم بیان می شود. به عنوان مثال، اگر بگویند "رطوبت مطلق 15 است"، به این معنی است که 1 متر لیتر حاوی 15 گرم بخار آب است.

رطوبت نسبی- این نسبت (در درصد) محتوای واقعی بخار آب در 1 متر مکعب هوا به مقدار بخار آبی است که می تواند در 1 متر لیتر در دمای معین وجود داشته باشد. به عنوان مثال، اگر رادیو یک گزارش آب و هوا پخش کند که رطوبت نسبی آن 70٪ است، به این معنی است که هوا حاوی 70٪ بخار آبی است که می تواند در آن دما نگه دارد.

هر چه رطوبت نسبی بیشتر باشد، یعنی هر چه هوا به حالت اشباع نزدیکتر باشد، احتمال بارش بیشتر است.

رطوبت نسبی هوا همیشه بالا (تا 90٪) در منطقه استوایی مشاهده می شود، زیرا دمای هوا در آنجا در طول سال بالا باقی می ماند و تبخیر زیادی از سطح اقیانوس ها رخ می دهد. رطوبت نسبی نیز در نواحی قطبی زیاد است، اما به این دلیل که در دماهای پایین حتی مقدار کمی بخار آب، هوا را اشباع یا نزدیک به اشباع می کند. در عرض های جغرافیایی معتدل، رطوبت نسبی با فصول متفاوت است - در زمستان بیشتر و در تابستان کمتر است.

رطوبت نسبی هوا در بیابان ها به ویژه پایین است: 1 متر مربع از هوا در آنجا دو تا سه برابر کمتر از آنچه در دمای معین ممکن است بخار آب دارد.

برای اندازه گیری رطوبت نسبی از رطوبت سنج استفاده می شود (از یونانی hygros - wet و metreco - I اندازه می کنم).

هنگامی که هوای اشباع سرد می شود، نمی تواند همان مقدار بخار آب را حفظ کند، غلیظ می شود (تراکم می شود) و به قطرات مه تبدیل می شود. مه را می توان در تابستان در یک شب صاف و خنک مشاهده کرد.

ابرها- این همان مه است، فقط نه در سطح زمین، بلکه در ارتفاع معینی تشکیل می شود. با بالا آمدن هوا سرد می شود و بخار آب موجود در آن متراکم می شود. قطرات ریز آب حاصل، ابرها را تشکیل می دهند.

تشکیل ابر نیز شامل می شود ذرات معلقدر تروپوسفر معلق است.

ابرها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند که به شرایط شکل گیری آنها بستگی دارد (جدول 14).

پست ترین و سنگین ترین ابرها لایه لایه هستند. آنها در ارتفاع 2 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند. در ارتفاع 2 تا 8 کیلومتری می توان ابرهای کومولوس زیباتری را مشاهده کرد. بلندترین و سبک ترین آنها ابرهای سیروس هستند. آنها در ارتفاع 8 تا 18 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.

حفاظت اتمسفر

منابع اصلی شرکت های صنعتی و خودروها هستند. در شهرهای بزرگ مشکل آلودگی گاز در مسیرهای اصلی حمل و نقل بسیار حاد است. به همین دلیل است که بسیاری از شهرهای بزرگ در سراسر جهان از جمله کشور ما کنترل زیست محیطی سمیت گازهای خروجی اگزوز خودروها را معرفی کرده اند. به گفته کارشناسان، دود و گرد و غبار موجود در هوا می تواند عرضه انرژی خورشیدی به سطح زمین را به نصف کاهش دهد که منجر به تغییر شرایط طبیعی می شود.

اتمسفر زمین(بخار اتمسفر یونانی + کره sphaira) - یک پوسته گازی که زمین را احاطه کرده است. جرم جو حدود 5.15 10 15 اهمیت بیولوژیکی جو بسیار زیاد است. در جو، تبادل جرم و انرژی بین طبیعت زنده و بی جان، بین گیاهان و جانوران اتفاق می افتد. نیتروژن اتمسفر توسط میکروارگانیسم ها جذب می شود. گیاهان از دی اکسید کربن و آب با استفاده از انرژی خورشید مواد آلی را سنتز کرده و اکسیژن آزاد می کنند. وجود اتمسفر، حفظ آب روی زمین را تضمین می کند که این نیز شرط مهمی برای وجود موجودات زنده است.

مطالعات انجام شده با استفاده از موشک‌های ژئوفیزیکی در ارتفاع بالا، ماهواره‌های مصنوعی زمین و ایستگاه‌های خودکار بین سیاره‌ای نشان داده است که اتمسفر زمین تا هزاران کیلومتر امتداد دارد. مرزهای جو ناپایدار هستند، آنها تحت تأثیر میدان گرانشی ماه و فشار جریان پرتوهای خورشیدی هستند. در بالای خط استوا در ناحیه سایه زمین، جو به ارتفاعات حدود 10000 کیلومتری می رسد و بالای قطب ها مرزهای آن 3000 کیلومتر از سطح زمین فاصله دارد. بخش عمده جو (80-90٪) در ارتفاعات 12-16 کیلومتری قرار دارد که با ماهیت نمایی (غیرخطی) کاهش چگالی (نادر شدن) محیط گازی آن با افزایش ارتفاع توضیح داده می شود. بالاتر از سطح دریا.

وجود بیشتر موجودات زنده در شرایط طبیعی در محدوده‌های باریک‌تر اتمسفر تا 7 تا 8 کیلومتری امکان‌پذیر است، جایی که ترکیب لازم از عوامل جوی مانند ترکیب گاز، دما، فشار و رطوبت صورت می‌گیرد. حرکت و یونیزاسیون هوا، بارش و وضعیت الکتریکی جو نیز از نظر بهداشتی اهمیت دارد.

ترکیب گاز

جو مخلوطی فیزیکی از گازها است (جدول 1)، عمدتاً نیتروژن و اکسیژن (78.08 و 20.95 جلد). نسبت گازهای جوی تا ارتفاعات 80-100 کیلومتری تقریباً یکسان است. ثبات بخش اصلی ترکیب گاز جو با تعادل نسبی فرآیندهای تبادل گاز بین طبیعت زنده و بی جان و اختلاط مداوم توده های هوا در جهت افقی و عمودی تعیین می شود.

جدول 1. ویژگی های ترکیب شیمیایی هوای خشک اتمسفر در سطح زمین

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، تغییری در درصد گازهای منفرد مرتبط با طبقه بندی پراکنده آنها تحت تأثیر گرانش و دما وجود دارد. علاوه بر این، تحت تأثیر امواج فرابنفش با طول موج کوتاه و اشعه ایکس در ارتفاع 100 کیلومتری یا بیشتر، مولکول های اکسیژن، نیتروژن و دی اکسید کربن به اتم ها تجزیه می شوند. در ارتفاعات بالا این گازها به شکل اتم های بسیار یونیزه شده یافت می شوند.

محتوای دی اکسید کربن در اتمسفر مناطق مختلف زمین کمتر ثابت است، که بخشی از آن به دلیل توزیع نابرابر شرکت های صنعتی بزرگ که هوا را آلوده می کنند و همچنین توزیع نابرابر پوشش گیاهی و حوضه های آبی روی زمین است که جذب می کنند. دی اکسید کربن. همچنین در اتمسفر متغیر است محتوای ذرات معلق در هوا (نگاه کنید به) - ذرات معلق در هوا در اندازه های مختلف از چند میلی میکرون تا چند ده میکرون - که در نتیجه فوران های آتشفشانی، انفجارهای مصنوعی قدرتمند و آلودگی ناشی از شرکت های صنعتی شکل می گیرند. غلظت ذرات معلق در هوا با افزایش ارتفاع به سرعت کاهش می یابد.

متغیرترین و مهم ترین اجزای متغیر جو بخار آب است که غلظت آن در سطح زمین می تواند از 3% (در مناطق استوایی) تا 2×10-10% (در قطب جنوب) متغیر باشد. هر چه دمای هوا بالاتر باشد، رطوبت بیشتری می تواند در جو وجود داشته باشد و سایر موارد برابر باشند و بالعکس. قسمت عمده بخار آب در اتمسفر تا ارتفاعات 8-10 کیلومتری متمرکز شده است. محتوای بخار آب در جو به تأثیر ترکیبی تبخیر، تراکم و انتقال افقی بستگی دارد. در ارتفاعات به دلیل کاهش دما و تراکم بخارات، هوا تقریباً خشک است.

جو زمین علاوه بر اکسیژن مولکولی و اتمی حاوی مقادیر کمی ازن نیز می باشد (نگاه کنید به) که غلظت آن بسیار متغیر است و بسته به ارتفاع و زمان سال متغیر است. بیشتر ازن در منطقه قطب در اواخر شب قطبی در ارتفاع 15-30 کیلومتری با کاهش شدید بالا و پایین وجود دارد. ازن در نتیجه اثر فتوشیمیایی اشعه ماوراء بنفش خورشید بر روی اکسیژن، عمدتاً در ارتفاعات 20-50 کیلومتری ایجاد می شود. مولکول‌های اکسیژن دو اتمی تا حدی به اتم‌ها متلاشی می‌شوند و با پیوستن به مولکول‌های تجزیه نشده، مولکول‌های سه اتمی ازن (یک شکل پلیمری و آلوتروپیک اکسیژن) را تشکیل می‌دهند.

وجود گروهی از گازهای به اصطلاح بی اثر (هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون) در جو با وقوع مداوم فرآیندهای واپاشی رادیواکتیو طبیعی همراه است.

اهمیت بیولوژیکی گازهاجو بسیار عالی است برای اکثر ارگانیسم های چند سلولی، محتوای مشخصی از اکسیژن مولکولی در یک گاز یا محیط آبی یک عامل ضروری در وجود آنها است، که در طول تنفس، آزاد شدن انرژی از مواد آلی را که ابتدا در طی فتوسنتز ایجاد می شوند، تعیین می کند. تصادفی نیست که مرزهای بالای بیوسفر (بخشی از سطح کره زمین و قسمت پایینی جو که در آن حیات وجود دارد) با وجود مقدار کافی اکسیژن تعیین می شود. در فرآیند تکامل، موجودات زنده با سطح معینی از اکسیژن در جو سازگار شده اند. تغییر در محتوای اکسیژن، چه در حال کاهش یا افزایش، یک اثر نامطلوب دارد (به بیماری ارتفاع، هیپراکسی، هیپوکسی مراجعه کنید).

شکل آلوتروپیک ازن اکسیژن نیز اثر بیولوژیکی مشخصی دارد. در غلظت های بیش از 0.0001 میلی گرم در لیتر، که برای مناطق تفریحی و سواحل دریا معمول است، ازن اثر شفابخش دارد - تنفس و فعالیت قلبی عروقی را تحریک می کند و خواب را بهبود می بخشد. با افزایش غلظت ازن، اثر سمی آن ظاهر می شود: تحریک چشم، التهاب نکروز غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی، تشدید بیماری های ریوی، نوروزهای اتونومیک. ازن در ترکیب با هموگلوبین، متهموگلوبین را تشکیل می دهد که منجر به اختلال در عملکرد تنفسی خون می شود. انتقال اکسیژن از ریه ها به بافت ها مشکل می شود و خفگی ایجاد می شود. اکسیژن اتمی نیز اثر نامطلوب مشابهی بر بدن دارد. ازن به دلیل جذب بسیار قوی تشعشعات خورشیدی و تشعشعات زمینی نقش بسزایی در ایجاد رژیم های حرارتی لایه های مختلف جو دارد. ازن پرتوهای فرابنفش و مادون قرمز را به شدت جذب می کند. پرتوهای خورشیدی با طول موج کمتر از 300 نانومتر تقریباً به طور کامل توسط ازن اتمسفر جذب می شوند. بنابراین، زمین توسط نوعی "صفحه ازن" احاطه شده است که بسیاری از موجودات را از اثرات مخرب اشعه ماوراء بنفش خورشید محافظت می کند. نیتروژن موجود در هوای جو از اهمیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است، در درجه اول به عنوان منبعی از به اصطلاح. نیتروژن ثابت - منبعی از غذای گیاهی (و در نهایت حیوانی). اهمیت فیزیولوژیکی نیتروژن با مشارکت آن در ایجاد سطح فشار اتمسفر لازم برای فرآیندهای زندگی تعیین می شود. تحت شرایط خاص تغییر فشار، نیتروژن نقش عمده ای در ایجاد تعدادی از اختلالات در بدن ایفا می کند (به بیماری رفع فشار مراجعه کنید). فرضیات مبنی بر اینکه نیتروژن اثر سمی اکسیژن بر بدن را تضعیف می کند و نه تنها توسط میکروارگانیسم ها، بلکه توسط حیوانات بالاتر نیز از جو جذب می شود، بحث برانگیز است.

گازهای بی اثر جو (زنون، کریپتون، آرگون، نئون، هلیوم) در فشار جزئی که در شرایط عادی ایجاد می کنند را می توان به عنوان گازهای بیولوژیکی بی تفاوت طبقه بندی کرد. با افزایش قابل توجه فشار جزئی، این گازها اثر مخدر دارند.

وجود دی اکسید کربن در اتمسفر، تجمع انرژی خورشیدی در بیوسفر را از طریق فتوسنتز ترکیبات کربن پیچیده، که به طور مداوم در طول زندگی بوجود می آیند، تغییر می کنند و تجزیه می شوند، تضمین می کند. این سیستم پویا با فعالیت جلبک ها و گیاهان زمینی حفظ می شود که انرژی نور خورشید را جذب می کنند و از آن برای تبدیل دی اکسید کربن (نگاه کنید به) و آب به انواع ترکیبات آلی و آزادسازی اکسیژن استفاده می کنند. گسترش رو به بالا بیوسفر تا حدی به این دلیل محدود می شود که در ارتفاعات بالای 6-7 کیلومتر، گیاهان حاوی کلروفیل به دلیل فشار جزئی کم دی اکسید کربن نمی توانند زندگی کنند. دی اکسید کربن از نظر فیزیولوژیکی نیز بسیار فعال است، زیرا نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای متابولیک، فعالیت سیستم عصبی مرکزی، تنفس، گردش خون و رژیم اکسیژن بدن دارد. با این حال، این تنظیم با تأثیر دی اکسید کربن تولید شده توسط خود بدن انجام می شود و از جو خارج نمی شود. در بافت ها و خون حیوانات و انسان، فشار جزئی دی اکسید کربن تقریباً 200 برابر بیشتر از فشار آن در جو است. و تنها با افزایش قابل توجهی در محتوای دی اکسید کربن در جو (بیش از 0.6-1٪) اختلالاتی در بدن مشاهده می شود که با اصطلاح هیپرکاپنیا مشخص می شود (نگاه کنید به). حذف کامل دی اکسید کربن از هوای استنشاقی نمی تواند مستقیماً تأثیر نامطلوبی بر بدن انسان و حیوانات داشته باشد.

دی اکسید کربن در جذب تابش امواج بلند و حفظ "اثر گلخانه ای" که باعث افزایش دما در سطح زمین می شود، نقش دارد. مشکل تأثیر دی اکسید کربن بر روی شرایط حرارتی و سایر شرایط جوی که در مقادیر زیادی به عنوان زباله صنعتی وارد هوا می شود نیز در حال بررسی است.

بخار آب اتمسفر (رطوبت هوا) نیز بر بدن انسان به ویژه تبادل حرارت با محیط تأثیر می گذارد.

در نتیجه تراکم بخار آب در جو، ابرها تشکیل شده و نزولات جوی (باران، تگرگ، برف) می بارد. بخار آب که پرتوهای خورشیدی را پراکنده می کند، در ایجاد رژیم حرارتی زمین و لایه های زیرین جو و در شکل گیری شرایط هواشناسی شرکت می کند.

فشار اتمسفر

فشار اتمسفر (بارومتریک) فشاری است که اتمسفر تحت تأثیر گرانش بر سطح زمین وارد می کند. بزرگی این فشار در هر نقطه از اتمسفر برابر با وزن ستون پوشاننده هوا با یک پایه است که بالاتر از محل اندازه گیری تا مرزهای جو امتداد دارد. فشار اتمسفر با فشارسنج (سانتی متر) اندازه گیری می شود و بر حسب میلی بار، نیوتون بر متر مربع یا ارتفاع ستون جیوه در فشارسنج بر حسب میلی متر، به 0 درجه کاهش می یابد و مقدار طبیعی شتاب گرانش است. روی میز جدول 2 رایج ترین واحدهای اندازه گیری فشار اتمسفر را نشان می دهد.

تغییرات فشار به دلیل گرمایش ناهموار توده های هوای واقع بر روی زمین و آب در عرض های جغرافیایی مختلف رخ می دهد. با افزایش دما، چگالی هوا و فشاری که ایجاد می کند کاهش می یابد. تجمع عظیم هوای سریع با فشار کم (با کاهش فشار از محیط به مرکز گرداب) سیکلون نامیده می شود، با فشار بالا (با افزایش فشار به سمت مرکز گرداب) - آنتی سیکلون برای پیش بینی آب و هوا، تغییرات غیر دوره ای در فشار اتمسفر که در توده های بزرگ متحرک رخ می دهد و با ظهور، توسعه و تخریب پاد سیکلون ها و طوفان ها مرتبط است، مهم است. به خصوص تغییرات بزرگ در فشار اتمسفر با حرکت سریع طوفان های استوایی مرتبط است. در این حالت، فشار اتمسفر می تواند 30-40 میلی بار در روز تغییر کند.

افت فشار اتمسفر بر حسب میلی بار در فاصله 100 کیلومتری را گرادیان بارومتریک افقی می نامند. به طور معمول، گرادیان بارومتریک افقی 1-3 میلی بار است، اما در طوفان های گرمسیری گاهی اوقات به ده ها میلی بار در هر 100 کیلومتر افزایش می یابد.

با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر به صورت لگاریتمی کاهش می یابد: در ابتدا بسیار شدید، و سپس کمتر و کمتر قابل توجه است (شکل 1). بنابراین، منحنی تغییر فشار هوا به صورت نمایی است.

کاهش فشار در واحد فاصله عمودی را گرادیان فشارسنج عمودی می نامند. اغلب از مقدار معکوس آن استفاده می کنند - مرحله فشارسنجی.

از آنجایی که فشار بارومتریک مجموع فشارهای جزئی گازهایی است که هوا را تشکیل می دهند، بدیهی است که با افزایش ارتفاع، همراه با کاهش فشار کل جو، فشار جزئی گازهای تشکیل دهنده هوا، نیز کاهش می یابد. فشار جزئی هر گاز در جو با فرمول محاسبه می شود

که در آن Px فشار جزئی گاز، Pz فشار اتمسفر در ارتفاع Z، X% درصد گازی است که فشار جزئی آن باید تعیین شود.

برنج. 1. تغییر فشار هوا بر حسب ارتفاع از سطح دریا.

برنج. 2. تغییر در فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی و اشباع خون شریانی با اکسیژن بسته به تغییرات ارتفاع در هنگام تنفس هوا و اکسیژن. تنفس اکسیژن از ارتفاع 8.5 کیلومتری آغاز می شود (آزمایش در یک محفظه فشار).

برنج. 3. منحنی های مقایسه ای مقادیر میانگین هوشیاری فعال در یک فرد در چند دقیقه در ارتفاعات مختلف پس از یک صعود سریع هنگام تنفس هوا (I) و اکسیژن (II). در ارتفاعات بالای 15 کیلومتر، هوشیاری فعال هنگام تنفس اکسیژن و هوا به همان اندازه مختل می شود. در ارتفاعات تا 15 کیلومتر، تنفس اکسیژن به طور قابل توجهی دوره هوشیاری فعال را طولانی می کند (آزمایش در یک محفظه فشار).

از آنجایی که درصد ترکیب گازهای اتمسفر نسبتاً ثابت است، برای تعیین فشار جزئی هر گاز فقط باید فشار بارومتری کل در یک ارتفاع معین را بدانید (شکل 1 و جدول 3).

جدول 3. جدول اتمسفر استاندارد (GOST 4401-64) 1

1 به شکل اختصاری داده شده و با ستون "فشار جزئی اکسیژن" تکمیل شده است..

هنگام تعیین فشار جزئی یک گاز در هوای مرطوب، لازم است که فشار (الاستیسیته) بخارات اشباع شده از مقدار فشار هوا کم شود.

فرمول تعیین فشار جزئی گاز در هوای مرطوب کمی متفاوت از هوای خشک خواهد بود:

که در آن pH 2 O فشار بخار آب است. در دمای 37 درجه، فشار بخار آب اشباع 47 میلی متر جیوه است. هنر این مقدار در محاسبه فشار جزئی گازهای هوای آلوئولی در شرایط زمینی و ارتفاعی استفاده می شود.

تاثیر فشار خون بالا و پایین بر بدن. تغییرات فشار هوا به سمت بالا یا پایین تأثیرات مختلفی بر بدن حیوانات و انسان دارد. اثر افزایش فشار با عمل فیزیکی و شیمیایی مکانیکی و نافذ محیط گازی (به اصطلاح اثرات تراکمی و نفوذی) همراه است.

اثر فشرده سازی با موارد زیر آشکار می شود: فشرده سازی حجمی عمومی ناشی از افزایش یکنواخت نیروهای فشار مکانیکی روی اندام ها و بافت ها. mechanonarkosis ناشی از فشرده سازی حجمی یکنواخت در فشار بارومتری بسیار بالا. فشار نابرابر موضعی بر روی بافت‌هایی که حفره‌های حاوی گاز را محدود می‌کنند، هنگامی که اتصالی بین هوای بیرون و هوای داخل حفره وجود دارد، به عنوان مثال، گوش میانی، حفره‌های پارانازال (به Barotrauma مراجعه کنید). افزایش چگالی گاز در سیستم تنفسی خارجی، که باعث افزایش مقاومت در برابر حرکات تنفسی، به ویژه در هنگام تنفس اجباری (استرس فیزیکی، هیپرکاپنی) می شود.

اثر نافذ می تواند منجر به اثر سمی اکسیژن و گازهای بی تفاوت شود که افزایش محتوای آنها در خون و بافت ها باعث واکنش مواد مخدر می شود؛ اولین علائم بریدگی در هنگام استفاده از مخلوط نیتروژن و اکسیژن در انسان رخ می دهد. فشار 4-8 اتمسفر افزایش فشار جزئی اکسیژن در ابتدا سطح عملکرد سیستم های قلبی عروقی و تنفسی را به دلیل خاموش شدن تأثیر تنظیمی هیپوکسمی فیزیولوژیکی کاهش می دهد. هنگامی که فشار جزئی اکسیژن در ریه ها بیش از 0.8-1 Ata افزایش می یابد، اثر سمی آن ظاهر می شود (آسیب به بافت ریه، تشنج، فروپاشی).

اثرات نفوذی و فشاری افزایش فشار گاز در پزشکی بالینی در درمان بیماری های مختلف با اختلالات عمومی و موضعی در تامین اکسیژن استفاده می شود (به باروتراپی، اکسیژن درمانی مراجعه کنید).

کاهش فشار تأثیر بیشتری بر بدن دارد. در شرایط جوی بسیار نادر، عامل اصلی بیماری زایی که منجر به از دست دادن هوشیاری در چند ثانیه و مرگ در 4-5 دقیقه می شود، کاهش فشار جزئی اکسیژن در هوای استنشاقی و سپس در آلوئول است. هوا، خون و بافت ها (شکل 2 و 3). هیپوکسی متوسط ​​باعث ایجاد واکنش های تطبیقی ​​سیستم های تنفسی و همودینامیک می شود که هدف آن حفظ اکسیژن در درجه اول به اندام های حیاتی (مغز، قلب) است. با کمبود شدید اکسیژن، فرآیندهای اکسیداتیو (به دلیل آنزیم های تنفسی) مهار می شوند و فرآیندهای هوازی تولید انرژی در میتوکندری مختل می شوند. این امر ابتدا منجر به اختلال در عملکرد اندام های حیاتی و سپس آسیب ساختاری غیرقابل برگشت و مرگ بدن می شود. ایجاد واکنش های تطبیقی ​​و آسیب شناختی، تغییر در وضعیت عملکردی بدن و عملکرد انسان در هنگام کاهش فشار اتمسفر با درجه و سرعت کاهش فشار جزئی اکسیژن در هوای استنشاقی، مدت زمان اقامت در ارتفاع تعیین می شود. شدت کار انجام شده و وضعیت اولیه بدن (به بیماری ارتفاع مراجعه کنید).

کاهش فشار در ارتفاعات (حتی اگر کمبود اکسیژن حذف شود) باعث ایجاد اختلالات جدی در بدن می شود که با مفهوم "اختلالات رفع فشار" متحد می شود که عبارتند از: نفخ در ارتفاعات، باروتیت و باروزینوزیت، بیماری رفع فشار در ارتفاعات و بالا. -آمفیزم بافت ارتفاعی

نفخ در ارتفاعات به دلیل انبساط گازها در دستگاه گوارش با کاهش فشار هوا بر روی دیواره شکم هنگام افزایش ارتفاع به ارتفاع 7-12 کیلومتر یا بیشتر ایجاد می شود. انتشار گازهای حل شده در محتویات روده نیز از اهمیت خاصی برخوردار است.

انبساط گازها منجر به کشیدگی معده و روده، بالا رفتن دیافراگم، تغییر موقعیت قلب، تحریک دستگاه گیرنده این اندام ها و بروز رفلکس های پاتولوژیک می شود که تنفس و گردش خون را مختل می کند. درد شدید در ناحیه شکم اغلب رخ می دهد. پدیده‌های مشابهی در بین غواصان هنگام بالا آمدن از عمق به سطح گاهی اتفاق می‌افتد.

مکانیسم ایجاد باروتیت و باروسینوزیت که به ترتیب با احساس احتقان و درد در گوش میانی یا حفره‌های پارانازال ظاهر می‌شود، شبیه به ایجاد نفخ در ارتفاعات است.

کاهش فشار علاوه بر انبساط گازهای موجود در حفره‌های بدن، باعث آزاد شدن گازها از مایعات و بافت‌هایی می‌شود که در آن‌ها تحت شرایط فشار در سطح دریا یا در عمق حل شده‌اند و حباب‌های گاز در آن‌ها تشکیل می‌شود. بدن

این فرآیند انتشار گازهای محلول (عمدتاً نیتروژن) باعث ایجاد بیماری رفع فشار می شود (نگاه کنید به).

برنج. 4. وابستگی نقطه جوش آب به ارتفاع از سطح دریا و فشار هوا. اعداد فشار زیر اعداد ارتفاع مربوطه قرار دارند.

با کاهش فشار اتمسفر، نقطه جوش مایعات کاهش می یابد (شکل 4). در ارتفاع بیش از 19 کیلومتری، جایی که فشار هوا برابر (یا کمتر از) کشش بخار اشباع شده در دمای بدن (37 درجه) است، ممکن است "جوش" مایع بین بافتی و بین سلولی بدن اتفاق بیفتد که منجر به وریدهای بزرگ، در حفره پلور، معده، پریکارد، در بافت چربی شل، یعنی در نواحی با فشار هیدرواستاتیک و بینابینی کم، حباب های بخار آب تشکیل می شود و آمفیزم بافتی در ارتفاع بالا ایجاد می شود. "جوش" در ارتفاع بالا بر ساختارهای سلولی تأثیر نمی گذارد و فقط در مایع بین سلولی و خون موضعی می شود.

حباب های بزرگ بخار می توانند قلب و گردش خون را مسدود کرده و عملکرد سیستم ها و اندام های حیاتی را مختل کنند. این یک عارضه جدی گرسنگی حاد اکسیژن است که در ارتفاعات بالا ایجاد می شود. پیشگیری از آمفیزم بافتی در ارتفاع بالا با ایجاد فشار پشت خارجی بر روی بدن با استفاده از تجهیزات ارتفاع بالا امکان پذیر است.

فرآیند کاهش فشار هوا (فشرده زدایی) تحت پارامترهای خاص می تواند به یک عامل مخرب تبدیل شود. بسته به سرعت، فشرده سازی به صاف (آهسته) و انفجاری تقسیم می شود. مورد دوم در کمتر از 1 ثانیه رخ می دهد و با یک انفجار قوی (مانند شلیک) و تشکیل مه (تراکم بخار آب به دلیل خنک شدن هوای در حال انبساط) همراه است. به طور معمول، فشار زدایی انفجاری در ارتفاعات زمانی اتفاق می افتد که لعاب کابین تحت فشار یا لباس تحت فشار شکسته شود.

در طی رفع فشار انفجاری، ریه ها اولین کسانی هستند که تحت تاثیر قرار می گیرند. افزایش سریع فشار اضافی داخل ریوی (بیش از 80 میلی متر جیوه) منجر به کشش قابل توجه بافت ریه می شود که می تواند باعث پارگی ریه شود (اگر 2.3 برابر منبسط شود). رفع فشار انفجاری نیز می تواند باعث آسیب به دستگاه گوارش شود. مقدار فشار اضافی که در ریه ها ایجاد می شود تا حد زیادی به سرعت بازدم هوا از آنها در حین رفع فشار و حجم هوا در ریه ها بستگی دارد. به ویژه اگر راه های هوایی فوقانی در زمان رفع فشار بسته باشد (در حین بلع، حبس نفس) یا اگر رفع فشار همزمان با مرحله استنشاق عمیق باشد، زمانی که ریه ها با مقدار زیادی هوا پر می شوند.

دمای اتمسفر

دمای جو در ابتدا با افزایش ارتفاع کاهش می یابد (به طور متوسط ​​از 15 درجه در زمین به -56.5 درجه در ارتفاع 11-18 کیلومتر). گرادیان دمایی عمودی در این ناحیه از جو حدود 0.6 درجه برای هر 100 متر است. در طول روز و سال تغییر می کند (جدول 4).

جدول 4. تغییرات در گرادیان دما عمودی بر روی نوار میانی قلمرو اتحاد جماهیر شوروی

برنج. 5. تغییرات دمای اتمسفر در ارتفاعات مختلف. مرزهای کره ها با خطوط نقطه چین مشخص می شوند.

در ارتفاعات 11 تا 25 کیلومتری، دما ثابت می شود و به 56.5- درجه می رسد. سپس دما شروع به افزایش می کند و در ارتفاع 40 کیلومتری به 30-40 درجه و در ارتفاع 50-60 کیلومتری به 70 درجه می رسد (شکل 5) که با جذب شدید تابش خورشیدی توسط ازن همراه است. از ارتفاع 60-80 کیلومتری، دمای هوا دوباره اندکی کاهش می یابد (تا 60 درجه) و سپس به تدریج افزایش می یابد و در ارتفاع 120 کیلومتری 270 درجه، در 220 کیلومتری 800 درجه، در ارتفاع 300 کیلومتری 1500 درجه است. ، و

در مرز با فضای بیرونی - بیش از 3000 درجه. لازم به ذکر است که به دلیل کمیابی زیاد و چگالی کم گازها در این ارتفاعات، ظرفیت گرمایی و توانایی آنها در گرم کردن اجسام سردتر بسیار ناچیز است. در این شرایط انتقال گرما از جسمی به جسم دیگر تنها از طریق تشعشع صورت می گیرد. همه تغییرات در نظر گرفته شده در دما در اتمسفر با جذب انرژی گرمایی از خورشید توسط توده های هوا - مستقیم و منعکس شده - مرتبط است.

در قسمت پایین اتمسفر نزدیک به سطح زمین، توزیع دما به هجوم تابش خورشیدی بستگی دارد و بنابراین دارای یک ویژگی عمدتاً عرضی است، یعنی خطوطی با درجه حرارت مساوی - ایزوترم ها - موازی با عرض های جغرافیایی هستند. از آنجایی که اتمسفر در لایه‌های زیرین توسط سطح زمین گرم می‌شود، تغییر دمای افقی به شدت تحت تأثیر توزیع قاره‌ها و اقیانوس‌ها است که خواص حرارتی آنها متفاوت است. به طور معمول، کتاب های مرجع دمای اندازه گیری شده در طول مشاهدات هواشناسی شبکه را با یک دماسنج نصب شده در ارتفاع 2 متری از سطح خاک نشان می دهند. بیشترین دما (تا 58 درجه سانتیگراد) در بیابانهای ایران و در اتحاد جماهیر شوروی - در جنوب ترکمنستان (تا 50 درجه سانتیگراد)، کمترین (تا 87- درجه) در قطب جنوب و در جنوب شرق است. اتحاد جماهیر شوروی - در مناطق Verkhoyansk و Oymyakon (تا -68 درجه). در زمستان، شیب عمودی دما در برخی موارد، به جای 0.6 درجه، می تواند از 1 درجه در هر 100 متر تجاوز کند یا حتی یک مقدار منفی بگیرد. در طول روز در فصل گرم می تواند برابر با ده ها درجه در هر 100 متر باشد همچنین یک گرادیان درجه حرارت افقی وجود دارد که معمولاً به فاصله 100 کیلومتری نرمال تا ایزوترم اطلاق می شود. بزرگی شیب درجه حرارت افقی دهم درجه در هر 100 کیلومتر است و در مناطق پیشانی می تواند از 10 درجه در هر 100 متر تجاوز کند.

بدن انسان قادر به حفظ هموستاز حرارتی است (نگاه کنید به) در محدوده نسبتاً باریکی از نوسانات دمای هوای بیرون - از 15 تا 45 درجه. تفاوت های قابل توجه در دمای اتمسفر در نزدیکی زمین و در ارتفاعات مستلزم استفاده از ابزارهای فنی محافظ ویژه برای اطمینان از تعادل حرارتی بین بدن انسان و محیط خارجی در طول پروازهای در ارتفاع بالا و فضایی است.

تغییرات مشخصه در پارامترهای جوی (دما، فشار، ترکیب شیمیایی، حالت الکتریکی) امکان تقسیم مشروط جو به مناطق یا لایه ها را فراهم می کند. تروپوسفر- نزدیکترین لایه به زمین که مرز بالایی آن تا 17-18 کیلومتر در استوا، تا 7-8 کیلومتر در قطب ها و تا 12-16 کیلومتر در عرض های جغرافیایی میانی گسترش می یابد. تروپوسفر با افت تصاعدی فشار، وجود گرادیان دمای ثابت عمودی، حرکات افقی و عمودی توده های هوا و تغییرات قابل توجهی در رطوبت هوا مشخص می شود. تروپوسفر شامل بخش عمده ای از جو، و همچنین بخش قابل توجهی از زیست کره است. همه انواع اصلی ابرها در اینجا به وجود می آیند، توده های هوا و جبهه ها تشکیل می شوند، طوفان ها و پاد سیکلون ها ایجاد می شوند. در تروپوسفر به دلیل انعکاس پرتوهای خورشید توسط پوشش برفی زمین و سرد شدن لایه های هوای سطحی، به اصطلاح وارونگی رخ می دهد، یعنی به جای افزایش دما در جو از پایین به بالا. کاهش معمول

در طول فصل گرم، اختلاط دائمی آشفته (بی نظم، آشفته) توده های هوا و انتقال حرارت توسط جریان هوا (همرفت) در تروپوسفر رخ می دهد. همرفت مه ها را از بین می برد و گرد و غبار را در لایه پایینی جو کاهش می دهد.

لایه دوم جو است استراتوسفر.

از تروپوسفر در یک منطقه باریک (1-3 کیلومتر) با دمای ثابت (تروپوپوز) شروع می شود و تا ارتفاعات حدود 80 کیلومتری گسترش می یابد. از ویژگی های استراتوسفر می توان به رقیق شدن پیشرونده هوا، شدت فوق العاده بالای تابش فرابنفش، عدم وجود بخار آب، وجود مقادیر زیادی ازن و افزایش تدریجی دما اشاره کرد. مقدار زیاد ازن باعث ایجاد تعدادی پدیده نوری (سراب)، بازتاب صداها و تأثیر قابل توجهی بر شدت و ترکیب طیفی تابش الکترومغناطیسی می شود. در استراتوسفر اختلاط مداوم هوا وجود دارد، بنابراین ترکیب آن شبیه تروپوسفر است، اگرچه چگالی آن در مرزهای بالایی استراتوسفر بسیار کم است. بادهای غالب در استراتوسفر غربی هستند و در ناحیه فوقانی انتقال به بادهای شرقی وجود دارد.

لایه سوم جو است یون کره، که از استراتوسفر شروع شده و تا ارتفاعات 600-800 کیلومتری امتداد می یابد.

ویژگی های متمایز یونوسفر عبارتند از: نادر شدن شدید محیط گازی، غلظت بالای یون های مولکولی و اتمی و الکترون های آزاد و همچنین دمای بالا. یونوسفر بر انتشار امواج رادیویی تأثیر می گذارد و باعث شکست، انعکاس و جذب آنها می شود.

منبع اصلی یونیزاسیون در لایه های مرتفع جو، تابش فرابنفش خورشید است. در این حالت، الکترون‌ها از اتم‌های گاز خارج می‌شوند، اتم‌ها به یون‌های مثبت تبدیل می‌شوند و الکترون‌های کوبیده شده آزاد می‌مانند یا توسط مولکول‌های خنثی دستگیر می‌شوند تا یون‌های منفی تشکیل دهند. یونیزاسیون یونوسفر تحت تأثیر شهاب‌ها، تشعشعات هسته‌ای، اشعه ایکس و گاما از خورشید و همچنین فرآیندهای لرزه‌ای زمین (زلزله، فوران‌های آتشفشانی، انفجارهای قوی) است که امواج صوتی را در یونوسفر ایجاد می‌کند و باعث افزایش دامنه و سرعت نوسانات ذرات اتمسفر و ترویج یونیزاسیون مولکول‌ها و اتم‌های گاز (به Aeroionization مراجعه کنید).

رسانایی الکتریکی در یونوسفر که با غلظت بالای یون ها و الکترون ها مرتبط است، بسیار بالا است. افزایش رسانایی الکتریکی یونوسفر نقش مهمی در انعکاس امواج رادیویی و وقوع شفق های قطبی دارد.

یونوسفر منطقه پرواز ماهواره های مصنوعی زمین و موشک های بالستیک قاره پیما است. در حال حاضر، پزشکی فضایی در حال بررسی اثرات احتمالی شرایط پرواز در این قسمت از جو بر بدن انسان است.

چهارمین لایه بیرونی جو - اگزوسفر. از اینجا، گازهای اتمسفر به دلیل اتلاف (غلبه بر نیروهای گرانش توسط مولکول ها) در فضا پراکنده می شوند. سپس یک انتقال تدریجی از جو به فضای بین سیاره ای وجود دارد. اگزوسفر در حضور تعداد زیادی الکترون آزاد که کمربند تابشی 2 و 3 زمین را تشکیل می دهند با دومی متفاوت است.

تقسیم جو به 4 لایه بسیار دلخواه است. بنابراین، با توجه به پارامترهای الکتریکی، کل ضخامت جو به 2 لایه تقسیم می شود: نوتروسفر، که در آن ذرات خنثی غالب هستند، و یونوسفر. بر اساس دما، تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر به ترتیب با تروپوپوز، استراتوسفر و مزوپوز از هم جدا می شوند. لایه ای از اتمسفر که بین 15 تا 70 کیلومتری آن قرار دارد و با محتوای زیاد ازن مشخص می شود، اوزونوسفر نامیده می شود.

برای اهداف عملی، استفاده از جو استاندارد بین‌المللی (MCA) راحت است، که شرایط زیر برای آن پذیرفته شده است: فشار در سطح دریا در دمای 15 درجه برابر با 1013 میلی‌بار (1.013 x 10 nm 2 یا 760 میلی‌متر است. HG)؛ دما 6.5 درجه در هر 1 کیلومتر کاهش می یابد و به سطح 11 کیلومتر (استراتوسفر شرطی) می رسد و سپس ثابت می ماند. در اتحاد جماهیر شوروی، جو استاندارد GOST 4401 - 64 به تصویب رسید (جدول 3).

ته نشینی. از آنجایی که بخش عمده ای از بخار آب اتمسفر در تروپوسفر متمرکز شده است، فرآیندهای انتقال فاز آب که باعث بارش می شود، عمدتاً در تروپوسفر اتفاق می افتد. ابرهای تروپوسفر معمولاً حدود 50 درصد از کل سطح زمین را می پوشانند، در حالی که ابرهایی در استراتوسفر (در ارتفاعات 30-20 کیلومتری) و نزدیک مزوپوز که به ترتیب مروارید و شب تاب نامیده می شوند، نسبتاً به ندرت مشاهده می شوند. در نتیجه تراکم بخار آب در تروپوسفر، ابرها تشکیل شده و بارش رخ می دهد.

بر اساس ماهیت بارندگی، بارندگی به 3 نوع سنگین، سیل آسا و نم نم باران تقسیم می شود. میزان بارندگی با ضخامت لایه آب ریخته شده بر حسب میلی متر تعیین می شود. بارش با استفاده از باران سنج و بارش سنج اندازه گیری می شود. شدت بارندگی بر حسب میلی متر در دقیقه بیان می شود.

توزیع بارندگی در فصول و روزها و همچنین در سراسر قلمرو بسیار ناهموار است که به دلیل گردش جوی و تأثیر سطح زمین است. بنابراین در جزایر هاوایی به طور متوسط ​​12000 میلی متر در سال می بارد و در خشک ترین مناطق پرو و ​​صحرای صحرای صحرا، بارندگی از 250 میلی متر تجاوز نمی کند و گاه تا چندین سال نیز کاهش نمی یابد. در دینامیک سالانه بارش، انواع زیر مشخص می شود: استوایی - با حداکثر بارش پس از اعتدال بهار و پاییز. گرمسیری - با حداکثر بارش در تابستان؛ موسمی - با اوج بسیار برجسته در تابستان و زمستان خشک؛ نیمه گرمسیری - با حداکثر بارش در زمستان و تابستان خشک؛ عرض های جغرافیایی معتدل قاره ای - با حداکثر بارش در تابستان. عرض های جغرافیایی معتدل دریایی - با حداکثر بارش در زمستان.

کل مجموعه اتمسفر-فیزیکی عوامل آب و هوایی و هواشناسی که آب و هوا را تشکیل می دهد به طور گسترده ای برای ارتقای سلامت، سخت شدن و برای اهداف دارویی استفاده می شود (به اقلیم درمانی مراجعه کنید). همراه با این، مشخص شده است که نوسانات شدید در این عوامل جوی می تواند بر فرآیندهای فیزیولوژیکی در بدن تأثیر منفی بگذارد و باعث ایجاد شرایط مختلف پاتولوژیک و تشدید بیماری هایی به نام واکنش های هواتروپیک شود (به اقلیم آسیب شناسی مراجعه کنید). از اهمیت ویژه ای در این زمینه، اختلالات مکرر طولانی مدت جوی و نوسانات شدید ناگهانی عوامل هواشناسی است.

واکنش های متئوتروپیک بیشتر در افرادی که از بیماری های سیستم قلبی عروقی، پلی آرتریت، آسم برونش، زخم معده و بیماری های پوستی رنج می برند، مشاهده می شود.

کتابشناسی - فهرست کتب: Belinsky V. A. and Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; بیوسفر و منابع آن، ویرایش. V. A. Kovdy، M.، 1971; دانیلوف A.D. شیمی یونوسفر، لنینگراد، 1967; جو و زندگی آن کلوبکوف N.V.، M.، 1968. کالیتین N.H. مبانی فیزیک اتمسفر در پزشکی، لنینگراد، 1935; Matveev L. T. مبانی هواشناسی عمومی، فیزیک جوی، لنینگراد، 1965، کتابنامه. Minkh A. A. یونیزاسیون هوا و اهمیت بهداشتی آن، M.، 1963، bibliogr. با نام مستعار، روشهای تحقیق بهداشتی، م.، 1971، کتابشناسی؛ Tverskoy P.N. دوره هواشناسی، L.، 1962. Umansky S.P. Man in Space, M., 1970; Khvostikov I. A. لایه های بلند جو، لنینگراد، 1964. X r g i a n A. X. Physics of the Atmosfer, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. هواشناسی و اقلیم شناسی برای دانشکده های جغرافیایی، لنینگراد، 1968.

تاثیر فشار خون بالا و پایین بر بدن- Armstrong G. Aviation Medicine، ترجمه. از انگلیسی، M., 1954, bibliogr. زالتسمن جی.ال. مبانی فیزیولوژیکی اقامت فرد در شرایط فشار بالای گازهای محیطی، L., 1961, bibliogr. Ivanov D.I. and Khromushkin A.I. سیستم های پشتیبانی از زندگی انسان در طول پروازهای در ارتفاع بالا و فضایی، M.، 1968، bibliogr. Isakov P.K. و همکاران نظریه و عمل پزشکی هوانوردی، M.، 1971، bibliogr. Kovalenko E. A. و Chernyakov I. N. اکسیژن بافتی تحت عوامل شدید پرواز، M.، 1972، bibliogr. مایلز اس. پزشکی زیر آب، ترجمه. از انگلیسی، M., 1971, bibliogr. Busby D. E. پزشکی بالینی فضایی، دوردرخت، 1968.

I. N. Chernyakov، M. T. Dmitriev، S. I. Nepomnyashchy.