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Composição das camadas atmosféricas. Atmosfera

Ao nível do mar 1.013,25 hPa (cerca de 760 mmHg). A temperatura média global do ar na superfície da Terra é de 15°C, com temperaturas variando de aproximadamente 57°C nos desertos subtropicais a -89°C na Antártica. A densidade e a pressão do ar diminuem com a altura de acordo com uma lei próxima do exponencial.

A estrutura da atmosfera. Verticalmente, a atmosfera possui uma estrutura em camadas, determinada principalmente pelas características da distribuição vertical da temperatura (figura), que depende da localização geográfica, estação do ano, hora do dia e assim por diante. A camada inferior da atmosfera - a troposfera - é caracterizada por uma queda na temperatura com a altura (cerca de 6°C por 1 km), sendo a sua altura de 8-10 km nas latitudes polares a 16-18 km nos trópicos. Devido à rápida diminuição da densidade do ar com a altura, cerca de 80% da massa total da atmosfera está localizada na troposfera. Acima da troposfera está a estratosfera, uma camada geralmente caracterizada por um aumento da temperatura com a altura. A camada de transição entre a troposfera e a estratosfera é chamada de tropopausa. Na estratosfera inferior, até um nível de cerca de 20 km, a temperatura muda pouco com a altura (a chamada região isotérmica) e muitas vezes até diminui ligeiramente. Acima disso, a temperatura aumenta devido à absorção da radiação UV do Sol pelo ozônio, inicialmente lentamente e mais rapidamente a partir de um nível de 34-36 km. O limite superior da estratosfera - a estratopausa - está localizado a uma altitude de 50-55 km, correspondendo à temperatura máxima (260-270 K). A camada da atmosfera localizada a uma altitude de 55-85 km, onde a temperatura cai novamente com a altura, é chamada de mesosfera; em seu limite superior - a mesopausa - a temperatura atinge 150-160 K no verão e 200-230 K K no inverno. Acima da mesopausa, começa a termosfera - uma camada caracterizada por um rápido aumento de temperatura, atingindo 800-1200 K a uma altitude de 250 km. Na termosfera, a radiação corpuscular e de raios X do Sol é absorvida, os meteoros são desacelerados e queimados, por isso atuam como uma camada protetora da Terra. Ainda mais alta é a exosfera, de onde os gases atmosféricos são dispersos no espaço exterior devido à dissipação e onde ocorre uma transição gradual da atmosfera para o espaço interplanetário.

Composição atmosférica. Até uma altitude de cerca de 100 km, a atmosfera é quase homogênea em composição química e o peso molecular médio do ar (cerca de 29) é constante. Perto da superfície da Terra, a atmosfera consiste em nitrogênio (cerca de 78,1% em volume) e oxigênio (cerca de 20,9%), e também contém pequenas quantidades de argônio, dióxido de carbono (dióxido de carbono), néon e outros componentes permanentes e variáveis (ver Ar ).

Além disso, a atmosfera contém pequenas quantidades de ozônio, óxidos de nitrogênio, amônia, radônio, etc. O conteúdo relativo dos principais componentes do ar é constante ao longo do tempo e uniforme nas diferentes áreas geográficas. O conteúdo de vapor d'água e ozônio é variável no espaço e no tempo; Apesar do seu baixo teor, o seu papel nos processos atmosféricos é muito significativo.

Acima de 100-110 km, ocorre a dissociação das moléculas de oxigênio, dióxido de carbono e vapor d'água, de modo que a massa molecular do ar diminui. A uma altitude de cerca de 1.000 km, os gases leves - hélio e hidrogênio - começam a predominar, e ainda mais alto a atmosfera da Terra gradualmente se transforma em gás interplanetário.

O componente variável mais importante da atmosfera é o vapor d'água, que entra na atmosfera por meio da evaporação da superfície da água e do solo úmido, bem como pela transpiração das plantas. O conteúdo relativo de vapor d'água varia na superfície da Terra de 2,6% nos trópicos a 0,2% nas latitudes polares. Cai rapidamente com a altura, diminuindo pela metade já a uma altitude de 1,5-2 km. A coluna vertical da atmosfera em latitudes temperadas contém cerca de 1,7 cm de “camada de água precipitada”. Quando o vapor d'água se condensa, formam-se nuvens, das quais cai a precipitação atmosférica na forma de chuva, granizo e neve.

Um importante componente do ar atmosférico é o ozônio, concentrado 90% na estratosfera (entre 10 e 50 km), cerca de 10% dele está na troposfera. O ozônio fornece absorção de radiação UV forte (com comprimento de onda inferior a 290 nm), e este é o seu papel protetor para a biosfera. Os valores do teor total de ozônio variam dependendo da latitude e estação do ano na faixa de 0,22 a 0,45 cm (espessura da camada de ozônio à pressão p = 1 atm e temperatura T = 0°C). Nos buracos de ozônio observados na primavera na Antártica desde o início da década de 1980, o conteúdo de ozônio pode cair para 0,07 cm, aumenta do equador aos pólos e tem um ciclo anual com máximo na primavera e mínimo no outono, e amplitude de o ciclo anual é pequeno nos trópicos e cresce em altas latitudes. Um componente variável significativo da atmosfera é o dióxido de carbono, cujo conteúdo na atmosfera aumentou 35% nos últimos 200 anos, o que é explicado principalmente pelo fator antropogênico. Observa-se sua variabilidade latitudinal e sazonal, associada à fotossíntese das plantas e à solubilidade na água do mar (de acordo com a lei de Henry, a solubilidade de um gás na água diminui com o aumento da temperatura).

Um papel importante na formação do clima do planeta é desempenhado pelo aerossol atmosférico - partículas sólidas e líquidas suspensas no ar que variam em tamanho de vários nm a dezenas de mícrons. Existem aerossóis de origem natural e antropogênica. O aerossol é formado no processo de reações em fase gasosa a partir dos produtos da vida vegetal e da atividade econômica humana, erupções vulcânicas, como resultado da poeira que sobe pelo vento da superfície do planeta, especialmente de suas regiões desérticas, e também é formado a partir de poeira cósmica caindo nas camadas superiores da atmosfera. A maior parte do aerossol está concentrada na troposfera; o aerossol das erupções vulcânicas forma a chamada camada Junge a uma altitude de cerca de 20 km. A maior quantidade de aerossol antrópico entra na atmosfera como resultado da operação de veículos e usinas termelétricas, produção química, combustão de combustíveis, etc. Portanto, em algumas áreas a composição da atmosfera é visivelmente diferente da do ar comum, o que exigiu o criação de um serviço especial de observação e monitorização do nível de poluição atmosférica.

Evolução da atmosfera. A atmosfera moderna é aparentemente de origem secundária: foi formada a partir de gases liberados pela casca sólida da Terra após a conclusão da formação do planeta, cerca de 4,5 bilhões de anos atrás. Ao longo da história geológica da Terra, a atmosfera sofreu mudanças significativas em sua composição sob a influência de uma série de fatores: dissipação (volatilização) de gases, principalmente os mais leves, para o espaço sideral; liberação de gases da litosfera como resultado da atividade vulcânica; reações químicas entre os componentes da atmosfera e as rochas que constituem a crosta terrestre; reações fotoquímicas na própria atmosfera sob a influência da radiação solar UV; acréscimo (captura) de matéria do meio interplanetário (por exemplo, matéria meteórica). O desenvolvimento da atmosfera está intimamente relacionado com processos geológicos e geoquímicos e, ao longo dos últimos 3-4 mil milhões de anos, também com a actividade da biosfera. Uma parte significativa dos gases que constituem a atmosfera moderna (nitrogênio, dióxido de carbono, vapor d'água) surgiu durante a atividade e intrusão vulcânica, que os carregou das profundezas da Terra. O oxigênio apareceu em quantidades apreciáveis há cerca de 2 bilhões de anos, como resultado de organismos fotossintéticos que surgiram originalmente nas águas superficiais do oceano.

Com base em dados da composição química dos depósitos carbonáticos, foram obtidas estimativas da quantidade de dióxido de carbono e oxigênio na atmosfera do passado geológico. Ao longo do Fanerozóico (os últimos 570 milhões de anos da história da Terra), a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera variou amplamente, dependendo do nível de atividade vulcânica, da temperatura do oceano e da taxa de fotossíntese. Durante a maior parte desse tempo, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera foi significativamente maior do que hoje (até 10 vezes). A quantidade de oxigênio na atmosfera Fanerozóica mudou significativamente, com uma tendência predominante ao seu aumento. Na atmosfera pré-cambriana, a massa de dióxido de carbono era, via de regra, maior, e a massa de oxigênio era menor em comparação com a atmosfera fanerozóica. As flutuações na quantidade de dióxido de carbono tiveram um impacto significativo no clima no passado, aumentando o efeito estufa com concentrações crescentes de dióxido de carbono, tornando o clima muito mais quente em toda a parte principal do Fanerozóico em comparação com a era moderna.

Atmosfera e vida. Sem atmosfera, a Terra seria um planeta morto. A vida orgânica ocorre em estreita interação com a atmosfera e o clima e o tempo associados. Insignificante em massa em comparação com o planeta como um todo (cerca de uma parte em um milhão), a atmosfera é uma condição indispensável para todas as formas de vida. Os gases atmosféricos mais importantes para a vida dos organismos são oxigênio, nitrogênio, vapor de água, dióxido de carbono e ozônio. Quando o dióxido de carbono é absorvido pelas plantas fotossintéticas, é criada matéria orgânica, que é utilizada como fonte de energia pela grande maioria dos seres vivos, incluindo os humanos. O oxigênio é necessário para a existência de organismos aeróbicos, para os quais o fluxo de energia é fornecido por reações de oxidação da matéria orgânica. O nitrogênio, assimilado por alguns microrganismos (fixadores de nitrogênio), é necessário para a nutrição mineral das plantas. O ozônio, que absorve a forte radiação UV do Sol, enfraquece significativamente esta parte da radiação solar prejudicial à vida. A condensação do vapor d'água na atmosfera, a formação de nuvens e a subsequente precipitação fornecem água à terra, sem a qual nenhuma forma de vida é possível. A atividade vital dos organismos na hidrosfera é em grande parte determinada pela quantidade e composição química dos gases atmosféricos dissolvidos na água. Como a composição química da atmosfera depende significativamente das atividades dos organismos, a biosfera e a atmosfera podem ser consideradas como parte de um único sistema, cuja manutenção e evolução (ver Ciclos biogeoquímicos) foram de grande importância para alterar a composição do atmosfera ao longo da história da Terra como planeta.

Balanços de radiação, calor e água da atmosfera. A radiação solar é praticamente a única fonte de energia para todos os processos físicos que ocorrem na atmosfera. A principal característica do regime de radiação da atmosfera é o chamado efeito estufa: a atmosfera transmite muito bem a radiação solar para a superfície terrestre, mas absorve ativamente a radiação térmica de ondas longas da superfície terrestre, parte da qual retorna à superfície na forma de contra-radiação, compensando a perda de calor radiativo da superfície terrestre (ver Radiação atmosférica). Na ausência de atmosfera, a temperatura média da superfície terrestre seria de -18°C, mas na realidade é de 15°C. A radiação solar recebida é parcialmente (cerca de 20%) absorvida pela atmosfera (principalmente por vapor de água, gotículas de água, dióxido de carbono, ozônio e aerossóis), e também é espalhada (cerca de 7%) por partículas de aerossol e flutuações de densidade (espalhamento Rayleigh) . A radiação total que atinge a superfície da Terra é parcialmente (cerca de 23%) refletida nela. O coeficiente de refletância é determinado pela refletividade da superfície subjacente, o chamado albedo. Em média, o albedo da Terra para o fluxo integral da radiação solar é próximo de 30%. Varia de uma pequena porcentagem (solo seco e solo preto) a 70-90% para neve recém-caída. A troca de calor radiativa entre a superfície terrestre e a atmosfera depende significativamente do albedo e é determinada pela radiação efetiva da superfície terrestre e pela contra-radiação da atmosfera por ela absorvida. A soma algébrica dos fluxos de radiação que entram na atmosfera terrestre vindos do espaço sideral e o deixam de volta é chamada de balanço de radiação.

As transformações da radiação solar após sua absorção pela atmosfera e pela superfície terrestre determinam o equilíbrio térmico da Terra como planeta. A principal fonte de calor da atmosfera é a superfície terrestre; o calor dele é transferido não apenas na forma de radiação de ondas longas, mas também por convecção, e também é liberado durante a condensação do vapor d'água. As parcelas dessas entradas de calor são em média 20%, 7% e 23%, respectivamente. Cerca de 20% do calor também é adicionado aqui devido à absorção da radiação solar direta. O fluxo de radiação solar por unidade de tempo através de uma única área perpendicular aos raios solares e localizada fora da atmosfera a uma distância média da Terra ao Sol (a chamada constante solar) é igual a 1367 W/m2, as mudanças são 1-2 W/m2 dependendo do ciclo de atividade solar. Com um albedo planetário de cerca de 30%, o fluxo global médio de energia solar para o planeta é de 239 W/m2. Como a Terra, como planeta, emite em média a mesma quantidade de energia para o espaço, então, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, a temperatura efetiva da radiação térmica de ondas longas que sai é de 255 K (-18 ° C). Ao mesmo tempo, a temperatura média da superfície terrestre é de 15°C. A diferença de 33°C se deve ao efeito estufa.

O balanço hídrico da atmosfera geralmente corresponde à igualdade entre a quantidade de umidade evaporada da superfície da Terra e a quantidade de precipitação que cai na superfície da Terra. A atmosfera sobre os oceanos recebe mais umidade dos processos de evaporação do que sobre a terra e perde 90% na forma de precipitação. O excesso de vapor d'água sobre os oceanos é transportado para os continentes pelas correntes de ar. A quantidade de vapor d'água transferido dos oceanos para os continentes para a atmosfera é igual ao volume dos rios que deságuam nos oceanos.

Movimento do ar. A Terra é esférica, muito menos radiação solar atinge suas altas latitudes do que os trópicos. Como resultado, surgem grandes contrastes de temperatura entre as latitudes. A distribuição da temperatura também é significativamente afetada pelas posições relativas dos oceanos e continentes. Devido à grande massa de águas oceânicas e à alta capacidade térmica da água, as flutuações sazonais na temperatura da superfície do oceano são muito menores do que em terra. Nesse sentido, nas latitudes médias e altas, a temperatura do ar nos oceanos no verão é visivelmente mais baixa do que nos continentes e mais alta no inverno.

O aquecimento desigual da atmosfera em diferentes regiões do globo causa uma distribuição espacialmente não homogênea da pressão atmosférica. Ao nível do mar, a distribuição de pressão é caracterizada por valores relativamente baixos perto do equador, aumentos nas regiões subtropicais (cinturões de alta pressão) e diminuições nas latitudes médias e altas. Ao mesmo tempo, nos continentes de latitudes extratropicais, a pressão costuma aumentar no inverno e diminuir no verão, o que está associado à distribuição da temperatura. Sob a influência de um gradiente de pressão, o ar sofre aceleração direcionada de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, o que leva ao movimento de massas de ar. As massas de ar em movimento também são afetadas pela força de deflexão da rotação da Terra (força de Coriolis), pela força de atrito, que diminui com a altura, e, para trajetórias curvas, pela força centrífuga. A mistura turbulenta de ar é de grande importância (ver Turbulência na atmosfera).

Um complexo sistema de correntes de ar (circulação atmosférica geral) está associado à distribuição da pressão planetária. No plano meridional, em média, podem ser traçadas duas ou três células da circulação meridional. Perto do equador, o ar aquecido sobe e desce nas regiões subtropicais, formando uma célula de Hadley. O ar da célula reversa de Ferrell também desce até lá. Em altas latitudes, uma célula polar reta é frequentemente visível. As velocidades de circulação meridional são da ordem de 1 m/s ou menos. Devido à força de Coriolis, ventos de oeste são observados na maior parte da atmosfera com velocidades na média troposfera de cerca de 15 m/s. Existem sistemas eólicos relativamente estáveis. Estes incluem ventos alísios - ventos que sopram de zonas de alta pressão nas regiões subtropicais até o equador com um componente oriental perceptível (de leste a oeste). As monções são bastante estáveis - correntes de ar que têm um caráter sazonal claramente definido: sopram do oceano para o continente no verão e na direção oposta no inverno. As monções do Oceano Índico são especialmente regulares. Nas latitudes médias, o movimento das massas de ar ocorre principalmente no sentido oeste (de oeste para leste). Esta é uma zona de frentes atmosféricas onde surgem grandes vórtices - ciclones e anticiclones, cobrindo muitas centenas e até milhares de quilômetros. Os ciclones também ocorrem nos trópicos; aqui eles se distinguem por seus tamanhos menores, mas velocidades de vento muito elevadas, atingindo força de furacão (33 m/s ou mais), os chamados ciclones tropicais. Nos oceanos Atlântico e Pacífico oriental são chamados de furacões, e no Oceano Pacífico ocidental são chamados de tufões. Na alta troposfera e na baixa estratosfera, nas áreas que separam a célula de circulação meridional direta de Hadley e a célula reversa de Ferrell, relativamente estreitas, com centenas de quilômetros de largura, são frequentemente observadas correntes de jato com limites bem definidos, dentro das quais o vento atinge 100-150 e até 200 m/ Com.

Clima e tempo. A diferença na quantidade de radiação solar que chega em diferentes latitudes à superfície terrestre, que varia em suas propriedades físicas, determina a diversidade dos climas terrestres. Do equador às latitudes tropicais, a temperatura do ar na superfície da Terra é em média 25-30°C e varia pouco ao longo do ano. Na faixa equatorial costuma haver muita precipitação, o que ali cria condições de excesso de umidade. Nas zonas tropicais, a precipitação diminui e em algumas áreas torna-se muito baixa. Aqui estão os vastos desertos da Terra.

Nas latitudes subtropicais e médias, a temperatura do ar varia significativamente ao longo do ano, e a diferença entre as temperaturas do verão e do inverno é especialmente grande em áreas dos continentes distantes dos oceanos. Assim, em algumas áreas da Sibéria Oriental, a variação anual da temperatura do ar chega a 65°C. As condições de umidificação nestas latitudes são muito diversas, dependem principalmente do regime de circulação atmosférica geral e variam significativamente de ano para ano.

Nas latitudes polares, a temperatura permanece baixa durante todo o ano, mesmo que haja uma variação sazonal perceptível. Isso contribui para a ampla distribuição da cobertura de gelo nos oceanos e na terra e do permafrost, que ocupa mais de 65% de sua área na Rússia, principalmente na Sibéria.

Nas últimas décadas, as mudanças no clima global tornaram-se cada vez mais perceptíveis. As temperaturas aumentam mais em latitudes altas do que em latitudes baixas; mais no inverno do que no verão; mais à noite do que durante o dia. Ao longo do século XX, a temperatura média anual do ar na superfície da Terra na Rússia aumentou entre 1,5 e 2°C e, em algumas áreas da Sibéria, foi observado um aumento de vários graus. Isto está associado a um aumento do efeito estufa devido ao aumento da concentração de gases residuais.

O clima é determinado pelas condições de circulação atmosférica e pela localização geográfica da área; é mais estável nos trópicos e mais variável nas latitudes médias e altas. O clima muda principalmente em zonas de mudança de massas de ar causadas pela passagem de frentes atmosféricas, ciclones e anticiclones que transportam precipitação e aumento do vento. Os dados para previsão do tempo são coletados em estações meteorológicas terrestres, navios e aeronaves, e em satélites meteorológicos. Veja também Meteorologia.

Fenômenos ópticos, acústicos e elétricos na atmosfera. Quando a radiação eletromagnética se propaga na atmosfera, como resultado da refração, absorção e dispersão da luz pelo ar e por partículas diversas (aerossol, cristais de gelo, gotas de água), surgem vários fenômenos ópticos: arco-íris, coroas, halo, miragem, etc. a dispersão da luz determina a altura aparente da abóbada celeste e a cor azul do céu. A faixa de visibilidade dos objetos é determinada pelas condições de propagação da luz na atmosfera (ver Visibilidade atmosférica). A transparência da atmosfera em diferentes comprimentos de onda determina o alcance de comunicação e a capacidade de detecção de objetos com instrumentos, incluindo a possibilidade de observações astronômicas da superfície da Terra. Para estudos de heterogeneidades ópticas da estratosfera e mesosfera, o fenômeno crepuscular desempenha um papel importante. Por exemplo, fotografar o crepúsculo a partir de naves espaciais torna possível detectar camadas de aerossóis. As características da propagação da radiação eletromagnética na atmosfera determinam a precisão dos métodos de sensoriamento remoto de seus parâmetros. Todas essas questões, assim como muitas outras, são estudadas pela óptica atmosférica. A refração e a dispersão das ondas de rádio determinam as possibilidades de recepção de rádio (ver Propagação de ondas de rádio).

A propagação do som na atmosfera depende da distribuição espacial da temperatura e da velocidade do vento (ver Acústica atmosférica). É de interesse para detecção atmosférica por métodos remotos. Explosões de cargas lançadas por foguetes na alta atmosfera forneceram informações valiosas sobre os sistemas eólicos e as variações de temperatura na estratosfera e na mesosfera. Numa atmosfera estratificada de forma estável, quando a temperatura diminui com a altura mais lentamente do que o gradiente adiabático (9,8 K/km), surgem as chamadas ondas internas. Essas ondas podem se propagar para cima na estratosfera e até mesmo na mesosfera, onde se atenuam, contribuindo para o aumento dos ventos e da turbulência.

A carga negativa da Terra e o campo elétrico resultante, a atmosfera, juntamente com a ionosfera e a magnetosfera eletricamente carregadas, criam um circuito elétrico global. A formação de nuvens e a eletricidade das trovoadas desempenham um papel importante nisso. O perigo das descargas atmosféricas exigiu o desenvolvimento de métodos de proteção contra raios para edifícios, estruturas, linhas de energia e comunicações. Este fenómeno representa um perigo particular para a aviação. Descargas atmosféricas causam interferência de rádio atmosférica, chamada atmosfera (ver atmosfera assobiando). Durante um aumento acentuado na intensidade do campo elétrico, são observadas descargas luminosas que aparecem nas pontas e cantos agudos de objetos que se projetam acima da superfície terrestre, em picos individuais nas montanhas, etc. (luzes Elma). A atmosfera sempre contém uma quantidade muito variável de íons leves e pesados, dependendo das condições específicas, que determinam a condutividade elétrica da atmosfera. Os principais ionizadores do ar próximo à superfície terrestre são a radiação de substâncias radioativas contidas na crosta terrestre e na atmosfera, bem como os raios cósmicos. Veja também Eletricidade atmosférica.

Influência humana na atmosfera. Ao longo dos últimos séculos, tem havido um aumento na concentração de gases com efeito de estufa na atmosfera devido às atividades económicas humanas. A porcentagem de dióxido de carbono aumentou de 2,8-10 2 duzentos anos atrás para 3,8-10 2 em 2005, o teor de metano - de 0,7-10 1 aproximadamente 300-400 anos atrás para 1,8-10 -4 no início do século XXI século; cerca de 20% do aumento do efeito estufa no último século veio dos freons, que estavam praticamente ausentes na atmosfera até meados do século XX. Estas substâncias são reconhecidas como destruidoras da camada de ozono estratosférico e a sua produção é proibida pelo Protocolo de Montreal de 1987. O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera é causado pela queima de quantidades cada vez maiores de carvão, petróleo, gás e outros tipos de combustíveis carbônicos, bem como pelo desmatamento de florestas, em decorrência do qual a absorção de o dióxido de carbono através da fotossíntese diminui. A concentração de metano aumenta com o aumento da produção de petróleo e gás (devido às suas perdas), bem como com a expansão das lavouras de arroz e o aumento do número de gado. Tudo isto contribui para o aquecimento climático.

Para mudar o clima, foram desenvolvidos métodos que permitem influenciar ativamente os processos atmosféricos. Eles são usados para proteger as plantas agrícolas do granizo, dispersando reagentes especiais em nuvens de tempestade. Existem também métodos para dispersar o nevoeiro nos aeroportos, proteger as plantas da geada, influenciar as nuvens para aumentar a precipitação em áreas desejadas ou para dispersar as nuvens durante eventos públicos.

Estudo da atmosfera. As informações sobre os processos físicos na atmosfera são obtidas principalmente a partir de observações meteorológicas, que são realizadas por uma rede global de estações e postos meteorológicos em funcionamento permanente localizados em todos os continentes e em muitas ilhas. As observações diárias fornecem informações sobre temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica e precipitação, nebulosidade, vento, etc. As observações da radiação solar e suas transformações são realizadas em estações actinométricas. De grande importância para o estudo da atmosfera são as redes de estações aerológicas, nas quais são realizadas medições meteorológicas até uma altitude de 30-35 km por meio de radiossondas. Em diversas estações são realizadas observações do ozônio atmosférico, dos fenômenos elétricos da atmosfera e da composição química do ar.

Os dados das estações terrestres são complementados por observações dos oceanos, onde operam “navios meteorológicos”, constantemente localizados em determinadas áreas do Oceano Mundial, bem como informações meteorológicas recebidas de pesquisas e outros navios.

Nas últimas décadas, uma quantidade crescente de informações sobre a atmosfera tem sido obtida por meio de satélites meteorológicos, que carregam instrumentos para fotografar nuvens e medir fluxos de radiação ultravioleta, infravermelha e de micro-ondas do Sol. Os satélites permitem obter informações sobre perfis verticais de temperatura, nebulosidade e seu abastecimento de água, elementos do balanço de radiação da atmosfera, temperatura da superfície oceânica, etc. é possível determinar perfis verticais de densidade, pressão e temperatura, bem como teor de umidade na atmosfera. Com a ajuda de satélites, tornou-se possível esclarecer o valor da constante solar e do albedo planetário da Terra, construir mapas do balanço de radiação do sistema Terra-atmosfera, medir o conteúdo e a variabilidade de pequenos poluentes atmosféricos e resolver muitos outros problemas de física atmosférica e monitoramento ambiental.

Lit.: Budyko M.I. Clima no passado e no futuro. L., 1980; Matveev L. T. Curso de meteorologia geral. Física atmosférica. 2ª edição. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. História da atmosfera. L., 1985; Khrgian A. Kh. Física Atmosférica. Moscou, 1986; Atmosfera: Diretório. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologia e climatologia. 5ª edição. M., 2001.

GS Golitsyn, NA Zaitseva.

atmosfera da Terra

Atmosfera(de. Grego antigoἀτμός - vapor e σφαῖρα - bola) - gás concha ( geosfera), circundando o planeta Terra. Sua superfície interna cobre hidrosfera e parcialmente latido, o exterior faz fronteira com a parte próxima da Terra do espaço sideral.

O conjunto de ramos da física e da química que estudam a atmosfera costuma ser denominado física atmosférica. A atmosfera determina clima na superfície da Terra, estudando o clima meteorologia e variações de longo prazo clima - climatologia.

A estrutura da atmosfera

A estrutura da atmosfera

Troposfera

Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km nas latitudes polares, 10-12 km nas latitudes temperadas e 16-18 km nas latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada inferior e principal da atmosfera. Contém mais de 80% da massa total do ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor d'água presente na atmosfera. Na troposfera são altamente desenvolvidos turbulência E convecção, surgir nuvens, estão desenvolvendo ciclones E anticiclones. A temperatura diminui com o aumento da altitude com vertical média gradiente 0,65°/100m

São aceitas como “condições normais” na superfície da Terra: densidade 1,2 kg/m3, pressão barométrica 101,35 kPa, temperatura mais 20 °C e umidade relativa 50%. Esses indicadores condicionais têm significado puramente de engenharia.

Estratosfera

Uma camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Caracterizado por uma ligeira mudança de temperatura na camada de 11-25 km (camada inferior da estratosfera) e um aumento na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8° COM(camada superior da estratosfera ou região inversões). Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0°C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura permanece constante até uma altitude de cerca de 55 km. Esta região de temperatura constante é chamada estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e mesosfera.

Estratopausa

A camada limite da atmosfera entre a estratosfera e a mesosfera. Na distribuição vertical da temperatura existe um máximo (cerca de 0 °C).

Mesosfera

atmosfera da Terra

Mesosfera começa a uma altitude de 50 km e se estende até 80-90 km. A temperatura diminui com a altura com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)°/100 m. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres, moléculas vibracionalmente excitadas, etc., causam o brilho da atmosfera.

Mesopausa

Camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Existe um mínimo na distribuição vertical da temperatura (cerca de -90 °C).

Linha Karman

A altura acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como a fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço.

Termosfera

artigo principal: Termosfera

O limite superior é de cerca de 800 km. A temperatura sobe para altitudes de 200-300 km, onde atinge valores da ordem de 1500 K, após o que permanece quase constante até altitudes elevadas. Sob a influência da radiação solar ultravioleta e de raios X e da radiação cósmica, ocorre a ionização do ar (“ auroras") - áreas principais ionosfera ficam dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico.

Camadas atmosféricas até uma altitude de 120 km

Exosfera (esfera de dispersão)

Exosfera- zona de dispersão, parte externa da termosfera, localizada acima de 700 km. O gás na exosfera é muito rarefeito e daqui suas partículas vazam para o espaço interplanetário ( dissipação).

Até uma altitude de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Nas camadas superiores, a distribuição dos gases por altura depende dos seus pesos moleculares; a concentração de gases mais pesados diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade do gás, a temperatura cai de 0 °C na estratosfera para -110 °C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200-250 km corresponde a uma temperatura de ~1500 °C. Acima de 200 km, são observadas flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás no tempo e no espaço.

A uma altitude de cerca de 2.000-3.000 km, a exosfera gradualmente se transforma na chamada perto do vácuo do espaço, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas este gás representa apenas uma parte da matéria interplanetária. A outra parte consiste em partículas de poeira de origem cometária e meteórica. Além de partículas de poeira extremamente rarefeitas, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra neste espaço.

A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera - cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas da atmosfera, a neutronosfera e a ionosfera são diferenciadas. Atualmente, acredita-se que a atmosfera se estende a uma altitude de 2.000 a 3.000 km.

Dependendo da composição do gás na atmosfera, eles emitem homosfera E heterosfera. Heterosfera - Esta é a área onde a gravidade afeta a separação dos gases, uma vez que a sua mistura a tal altitude é insignificante. Isto implica uma composição variável da heterosfera. Abaixo dela encontra-se uma parte bem misturada e homogênea da atmosfera, chamada homosfera. A fronteira entre essas camadas é chamada pausa turbo, fica a uma altitude de cerca de 120 km.

Propriedades físicas

A espessura da atmosfera é de aproximadamente 2.000 a 3.000 km da superfície da Terra. Massa total ar- (5,1-5,3)×10 18 kg. Massa molar ar limpo e seco é 28,966. Pressão a 0 °C ao nível do mar 101.325 kPa; temperatura critica-140,7°C; pressão crítica 3,7 MPa; C p 1,0048×10 3 J/(kg K) (a 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (a 0 °C). A solubilidade do ar em água a 0 °C é 0,036%, a 25 °C - 0,22%.

Propriedades fisiológicas e outras da atmosfera

Já a uma altitude de 5 km acima do nível do mar, uma pessoa não treinada desenvolve fome de oxigênio e sem adaptação, o desempenho de uma pessoa é significativamente reduzido. A zona fisiológica da atmosfera termina aqui. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 15 km, embora até aproximadamente 115 km a atmosfera contenha oxigênio.

A atmosfera nos fornece o oxigênio necessário para respirar. No entanto, devido à queda na pressão total da atmosfera, à medida que se sobe de altitude, a pressão parcial do oxigênio diminui proporcionalmente.

Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. Pressão parcial o oxigênio no ar alveolar à pressão atmosférica normal é de 110 mm Hg. Art., pressão de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., e vapor de água - 47 mm Hg. Arte. Com o aumento da altitude, a pressão do oxigênio cai e a pressão total do vapor de água e dióxido de carbono nos pulmões permanece quase constante - cerca de 87 mm Hg. Arte. O fornecimento de oxigênio aos pulmões será completamente interrompido quando a pressão do ar ambiente se tornar igual a este valor.

A uma altitude de cerca de 19-20 km, a pressão atmosférica cai para 47 mm Hg. Arte. Portanto, nesta altitude, a água e o fluido intersticial começam a ferver no corpo humano. Fora da cabine pressurizada nessas altitudes, a morte ocorre quase que instantaneamente. Assim, do ponto de vista da fisiologia humana, o “espaço” começa já a uma altitude de 15-19 km.

Densas camadas de ar - a troposfera e a estratosfera - protegem-nos dos efeitos nocivos da radiação. Com rarefação suficiente do ar, em altitudes superiores a 36 km, os agentes ionizantes têm efeito intenso no corpo. radiação- raios cósmicos primários; Em altitudes superiores a 40 km, a parte ultravioleta do espectro solar é perigosa para os humanos.

À medida que subimos a uma altura cada vez maior acima da superfície da Terra, fenómenos familiares observados nas camadas mais baixas da atmosfera, como a propagação do som, o surgimento de sistemas aerodinâmicos elevador e resistência, transferência de calor convecção e etc.

Em camadas rarefeitas de ar, distribuição som acaba sendo impossível. Até altitudes de 60-90 km, ainda é possível usar a resistência do ar e a sustentação para vôo aerodinâmico controlado. Mas a partir de altitudes de 100-130 km, conceitos familiares a todos os pilotos números M E barreira do som perdem o significado, há uma condicional Linha Karman além da qual começa a esfera do vôo puramente balístico, que só pode ser controlado por meio de forças reativas.

Em altitudes acima de 100 km, a atmosfera é privada de outra propriedade notável - a capacidade de absorver, conduzir e transmitir energia térmica por convecção (ou seja, pela mistura do ar). Isso significa que vários elementos do equipamento da estação espacial orbital não poderão ser resfriados externamente da mesma forma que normalmente é feito em um avião - com a ajuda de jatos de ar e radiadores de ar. A tal altura, como no espaço em geral, a única maneira de transferir calor é radiação térmica.

Composição atmosférica

Composição do ar seco

A atmosfera da Terra consiste principalmente em gases e diversas impurezas (poeira, gotículas de água, cristais de gelo, sais marinhos, produtos de combustão).

A concentração de gases que compõem a atmosfera é quase constante, com exceção da água (H 2 O) e do dióxido de carbono (CO 2).

Composição do ar seco

Azoto
Oxigênio
Argônio
Água
Dióxido de carbono
Néon
Hélio
Metano
Criptônio
Hidrogênio
Xenônio
Óxido nitroso

Além dos gases indicados na tabela, a atmosfera contém SO 2, NH 3, CO, ozônio, hidrocarbonetos, HCl, AF, casais Hg, eu 2 , e também NÃO e muitos outros gases em pequenas quantidades. A troposfera contém constantemente um grande número de partículas sólidas e líquidas em suspensão ( aerossol).

História da formação atmosférica

De acordo com a teoria mais comum, a atmosfera da Terra teve quatro composições diferentes ao longo do tempo. Inicialmente consistia em gases leves ( hidrogênio E hélio), capturado do espaço interplanetário. Este é o chamado atmosfera primária(cerca de quatro bilhões de anos atrás). Na fase seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (dióxido de carbono, amônia, vapor de água). Foi assim que foi formado atmosfera secundária(cerca de três bilhões de anos antes dos dias atuais). Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:

vazamento de gases leves (hidrogênio e hélio) em espaço interplanetário;

reações químicas que ocorrem na atmosfera sob a influência da radiação ultravioleta, descargas atmosféricas e alguns outros fatores.

Gradualmente, esses fatores levaram à formação atmosfera terciária, caracterizado por um teor muito menor de hidrogênio e um teor muito maior de nitrogênio e dióxido de carbono (formados como resultado de reações químicas de amônia e hidrocarbonetos).

Azoto

A formação de grande quantidade de N 2 se deve à oxidação da atmosfera amônia-hidrogênio pelo O 2 molecular, que começou a sair da superfície do planeta a partir da fotossíntese, a partir de 3 bilhões de anos atrás. O N2 também é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio. O nitrogênio é oxidado pelo ozônio em NO na alta atmosfera.

O nitrogênio N 2 reage apenas sob condições específicas (por exemplo, durante uma descarga atmosférica). A oxidação do nitrogênio molecular pelo ozônio durante descargas elétricas é utilizada na produção industrial de fertilizantes nitrogenados. Eles podem oxidá-lo com baixo consumo de energia e convertê-lo em uma forma biologicamente ativa. cianobactérias (algas verde-azuladas) e bactérias nodulares que formam rizóbios simbiose Com leguminosas plantas, os chamados estrume verde.

Oxigênio

A composição da atmosfera começou a mudar radicalmente com o aparecimento na Terra organismos vivos, como resultado fotossíntese acompanhado pela liberação de oxigênio e absorção de dióxido de carbono. Inicialmente, o oxigênio foi gasto na oxidação de compostos reduzidos - amônia, hidrocarbonetos, forma nitrosa glândula contido nos oceanos, etc. Ao final desta etapa, o teor de oxigênio na atmosfera começou a aumentar. Gradualmente, formou-se uma atmosfera moderna com propriedades oxidantes. Como isso causou mudanças graves e abruptas em muitos processos que ocorrem em atmosfera, litosfera E biosfera, esse evento foi chamado Desastre de oxigênio.

Durante Fanerozóico a composição da atmosfera e o teor de oxigênio sofreram alterações. Eles se correlacionaram principalmente com a taxa de deposição de sedimentos orgânicos. Assim, durante os períodos de acumulação de carvão, o teor de oxigênio na atmosfera aparentemente excedeu significativamente o nível moderno.

Dióxido de carbono

O conteúdo de CO 2 na atmosfera depende da atividade vulcânica e dos processos químicos nas conchas terrestres, mas acima de tudo - da intensidade da biossíntese e decomposição da matéria orgânica em biosfera Terra. Quase toda a biomassa atual do planeta (cerca de 2,4 × 10 12 toneladas ) é formado devido ao dióxido de carbono, nitrogênio e vapor de água contidos no ar atmosférico. Enterrado em oceano, V. pântanos e em florestas matéria orgânica se transforma em carvão, óleo E gás natural. (cm. Ciclo geoquímico do carbono)

gases nobres

Fonte de gases inertes - argônio, hélio E criptônio- erupções vulcânicas e decadência de elementos radioativos. A Terra em geral e a atmosfera em particular estão esgotadas de gases inertes em comparação com o espaço. Acredita-se que a razão para isso esteja no vazamento contínuo de gases para o espaço interplanetário.

Poluição do ar

Recentemente, a evolução da atmosfera começou a ser influenciada por Humano. O resultado de suas atividades foi um aumento constante e significativo no teor de dióxido de carbono na atmosfera devido à combustão de combustíveis hidrocarbonetos acumulados em eras geológicas anteriores. Enormes quantidades de CO 2 são consumidas durante a fotossíntese e absorvidas pelos oceanos do mundo. Este gás entra na atmosfera devido à decomposição de rochas carbonáticas e substâncias orgânicas de origem vegetal e animal, bem como devido ao vulcanismo e à atividade industrial humana. Nos últimos 100 anos, o conteúdo de CO 2 na atmosfera aumentou 10%, sendo a maior parte (360 mil milhões de toneladas) proveniente da combustão de combustíveis. Se a taxa de crescimento da combustão de combustíveis continuar, nos próximos 50 a 60 anos a quantidade de CO 2 na atmosfera duplicará e poderá levar a alterações climáticas globais.

A combustão de combustível é a principal fonte de gases poluentes ( CO, NÃO, ENTÃO 2 ). O dióxido de enxofre é oxidado pelo oxigênio atmosférico em ENTÃO 3 nas camadas superiores da atmosfera, que por sua vez interage com água e vapor de amônia, e o resultante ácido sulfúrico (H 2 ENTÃO 4 ) E sulfato de amônio ((NH 4 ) 2 ENTÃO 4 ) retornar à superfície da Terra na forma do chamado. chuva ácida. Uso motores de combustão interna leva a uma poluição atmosférica significativa com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de chumbo ( chumbo tetraetila Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

A poluição atmosférica por aerossóis é causada tanto por causas naturais (erupções vulcânicas, tempestades de poeira, arrastamento de gotas de água do mar e pólen de plantas, etc.) como por actividades económicas humanas (mineração de minérios e materiais de construção, queima de combustível, produção de cimento, etc.). ). A intensa liberação em larga escala de material particulado na atmosfera é uma das possíveis causas das mudanças climáticas no planeta.

A atmosfera é a concha gasosa do nosso planeta, que gira junto com a Terra. O gás na atmosfera é chamado de ar. A atmosfera está em contato com a hidrosfera e cobre parcialmente a litosfera. Mas os limites superiores são difíceis de determinar. É convencionalmente aceito que a atmosfera se estende para cima por aproximadamente três mil quilômetros. Lá ele flui suavemente para um espaço sem ar.

Composição química da atmosfera terrestre

A formação da composição química da atmosfera começou há cerca de quatro bilhões de anos. Inicialmente, a atmosfera consistia apenas de gases leves - hélio e hidrogênio. Segundo os cientistas, os pré-requisitos iniciais para a criação de uma camada de gás ao redor da Terra foram as erupções vulcânicas, que, junto com a lava, emitiram grandes quantidades de gases. Posteriormente, as trocas gasosas começaram com os espaços aquáticos, com os organismos vivos e com os produtos de suas atividades. A composição do ar mudou gradualmente e foi fixada em sua forma moderna há vários milhões de anos.

Os principais componentes da atmosfera são o nitrogênio (cerca de 79%) e o oxigênio (20%). A restante percentagem (1%) é composta pelos seguintes gases: árgon, néon, hélio, metano, dióxido de carbono, hidrogénio, criptónio, xénon, ozono, amoníaco, dióxidos de enxofre e azoto, óxido nitroso e monóxido de carbono, que estão incluídos neste um por cento.

Além disso, o ar contém vapor de água e partículas (pólen, poeira, cristais de sal, impurezas em aerossol).

Recentemente, os cientistas notaram uma mudança não qualitativa, mas quantitativa em alguns ingredientes do ar. E a razão para isso é o homem e suas atividades. Só nos últimos 100 anos, os níveis de dióxido de carbono aumentaram significativamente! Isto está repleto de muitos problemas, o mais global dos quais são as alterações climáticas.

Formação do tempo e do clima

A atmosfera desempenha um papel crítico na formação do clima e do tempo na Terra. Depende muito da quantidade de luz solar, da natureza da superfície subjacente e da circulação atmosférica.

Vejamos os fatores em ordem.

1. A atmosfera transmite o calor dos raios solares e absorve radiações nocivas. Os antigos gregos sabiam que os raios do Sol incidem sobre diferentes partes da Terra em diferentes ângulos. A própria palavra “clima” traduzida do grego antigo significa “inclinação”. Então, no equador, os raios do sol incidem quase na vertical, por isso faz muito calor aqui. Quanto mais próximo dos postes, maior será o ângulo de inclinação. E a temperatura cai.

2. Devido ao aquecimento desigual da Terra, formam-se correntes de ar na atmosfera. Eles são classificados de acordo com seus tamanhos. Os menores (dezenas e centenas de metros) são os ventos locais. Isto é seguido por monções e ventos alísios, ciclones e anticiclones e zonas frontais planetárias.

Todas essas massas de ar estão em constante movimento. Alguns deles são bastante estáticos. Por exemplo, ventos alísios que sopram das regiões subtropicais em direção ao equador. O movimento de outros depende em grande parte da pressão atmosférica.

3. A pressão atmosférica é outro factor que influencia a formação do clima. Esta é a pressão do ar na superfície da Terra. Como se sabe, as massas de ar movem-se de uma área com alta pressão atmosférica para uma área onde essa pressão é menor.

Um total de 7 zonas são alocadas. O equador é uma zona de baixa pressão. Além disso, em ambos os lados do equador, até as latitudes trinta, existe uma área de alta pressão. De 30° a 60° - baixa pressão novamente. E de 60° até os pólos há uma zona de alta pressão. Massas de ar circulam entre essas zonas. As que vêm do mar para a terra trazem chuva e mau tempo, e as que sopram dos continentes trazem tempo claro e seco. Em locais onde as correntes de ar colidem, formam-se zonas frontais atmosféricas, caracterizadas por precipitação e clima inclemente e ventoso.

Os cientistas provaram que até o bem-estar de uma pessoa depende da pressão atmosférica. De acordo com os padrões internacionais, a pressão atmosférica normal é de 760 mm Hg. coluna a uma temperatura de 0°C. Este indicador é calculado para as áreas de terreno que estão quase ao nível do mar. Com a altitude a pressão diminui. Portanto, por exemplo, para São Petersburgo 760 mm Hg. - esta é a norma. Mas para Moscou, que fica mais alta, a pressão normal é de 748 mm Hg.

A pressão muda não apenas verticalmente, mas também horizontalmente. Isto é especialmente sentido durante a passagem de ciclones.

A estrutura da atmosfera

A atmosfera lembra um bolo em camadas. E cada camada tem características próprias.

. Troposfera- a camada mais próxima da Terra. A “espessura” desta camada muda com a distância do equador. Acima do equador, a camada se estende para cima por 16-18 km, nas zonas temperadas por 10-12 km, nos pólos por 8-10 km.

É aqui que estão contidos 80% da massa total de ar e 90% do vapor d'água. Aqui se formam nuvens, surgem ciclones e anticiclones. A temperatura do ar depende da altitude da área. Em média, diminui 0,65° C a cada 100 metros.

. Tropopausa- camada de transição da atmosfera. Sua altura varia de várias centenas de metros a 1-2 km. A temperatura do ar no verão é mais elevada do que no inverno. Por exemplo, acima dos pólos no inverno é de -65° C. E acima do equador é de -70° C em qualquer época do ano.

. Estratosfera- esta é uma camada cujo limite superior fica a uma altitude de 50-55 quilômetros. A turbulência aqui é baixa, o conteúdo de vapor d'água no ar é insignificante. Mas há muito ozônio. Sua concentração máxima está a uma altitude de 20-25 km. Na estratosfera, a temperatura do ar começa a subir e chega a +0,8° C. Isso se deve ao fato da camada de ozônio interagir com a radiação ultravioleta.

. Estratopausa- uma camada intermediária baixa entre a estratosfera e a mesosfera que a segue.

. Mesosfera- o limite superior desta camada é de 80 a 85 quilômetros. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres ocorrem aqui. São eles que proporcionam aquele suave brilho azul do nosso planeta, que é visto do espaço.

A maioria dos cometas e meteoritos queima na mesosfera.

. Mesopausa- a próxima camada intermediária, cuja temperatura do ar é de pelo menos -90°.

. Termosfera- o limite inferior começa a uma altitude de 80 a 90 km, e o limite superior da camada corre aproximadamente a 800 km. A temperatura do ar está aumentando. Pode variar de +500° C a +1000° C. Durante o dia, as flutuações de temperatura chegam a centenas de graus! Mas o ar aqui é tão rarefeito que entender o termo “temperatura” como o imaginamos não é apropriado aqui.

. Ionosfera- combina a mesosfera, mesopausa e termosfera. O ar aqui consiste principalmente de moléculas de oxigênio e nitrogênio, bem como de plasma quase neutro. Os raios solares que entram na ionosfera ionizam fortemente as moléculas de ar. Na camada inferior (até 90 km) o grau de ionização é baixo. Quanto maior, maior será a ionização. Assim, a uma altitude de 100-110 km, os elétrons estão concentrados. Isso ajuda a refletir ondas de rádio curtas e médias.

A camada mais importante da ionosfera é a superior, localizada a uma altitude de 150-400 km. Sua peculiaridade é que reflete ondas de rádio, o que facilita a transmissão de sinais de rádio a distâncias consideráveis.

É na ionosfera que ocorre um fenômeno como a aurora.

. Exosfera- consiste em átomos de oxigênio, hélio e hidrogênio. O gás nesta camada é muito rarefeito e os átomos de hidrogênio muitas vezes escapam para o espaço sideral. Portanto, esta camada é chamada de “zona de dispersão”.

O primeiro cientista a sugerir que a nossa atmosfera tem peso foi o italiano E. Torricelli. Ostap Bender, por exemplo, em seu romance “O Bezerro de Ouro” lamentou que cada pessoa seja pressionada por uma coluna de ar de 14 kg! Mas o grande conspirador estava um pouco enganado. Um adulto experimenta uma pressão de 13 a 15 toneladas! Mas não sentimos esse peso, porque a pressão atmosférica é equilibrada pela pressão interna de uma pessoa. O peso da nossa atmosfera é de 5.300.000.000.000.000 toneladas. O número é colossal, embora represente apenas um milionésimo do peso do nosso planeta.

A 0 °C - 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v - 0,7159·10 3 J/(kg·K) (a 0 °C). Solubilidade do ar em água (em massa) a 0 °C - 0,0036%, a 25 °C - 0,0023%.

Além dos gases indicados na tabela, a atmosfera contém Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, hidrocarbonetos, HCl, HBr, vapores, I 2, Br 2, além de muitos outros gases em pequenas quantidades. A troposfera contém constantemente uma grande quantidade de partículas sólidas e líquidas em suspensão (aerossol). O gás mais raro na atmosfera da Terra é o radônio (Rn).

A estrutura da atmosfera

Camada limite atmosférica

A camada inferior da atmosfera adjacente à superfície da Terra (1-2 km de espessura) na qual a influência desta superfície afeta diretamente a sua dinâmica.

Troposfera

Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km nas latitudes polares, 10-12 km nas latitudes temperadas e 16-18 km nas latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada principal inferior da atmosfera contém mais de 80% da massa total do ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor d'água presente na atmosfera. A turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas na troposfera, aparecem nuvens e se desenvolvem ciclones e anticiclones. A temperatura diminui com o aumento da altitude com um gradiente vertical médio de 0,65°/100 m

Tropopausa

A camada de transição da troposfera para a estratosfera, uma camada da atmosfera na qual cessa a diminuição da temperatura com a altura.

Estratosfera

Uma camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Caracterizado por uma ligeira mudança de temperatura na camada de 11-25 km (camada inferior da estratosfera) e um aumento na temperatura na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8° (camada superior da estratosfera ou região de inversão). Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0 °C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura permanece constante até uma altitude de cerca de 55 km. Esta região de temperatura constante é chamada de estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera.

Estratopausa

A camada limite da atmosfera entre a estratosfera e a mesosfera. Na distribuição vertical da temperatura existe um máximo (cerca de 0 °C).

Mesosfera

A mesosfera começa a uma altitude de 50 km e se estende até 80-90 km. A temperatura diminui com a altura com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)°/100 m. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres, moléculas excitadas vibracionalmente, etc. causam o brilho da atmosfera.

Mesopausa

Camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Existe um mínimo na distribuição vertical da temperatura (cerca de -90 °C).

Linha Karman

A altura acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como a fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço. Segundo a definição da FAI, a linha Karman está localizada a uma altitude de 100 km acima do nível do mar.

Termosfera

O limite superior é de cerca de 800 km. A temperatura sobe para altitudes de 200-300 km, onde atinge valores da ordem de 1226,85 C, após o que permanece quase constante para altitudes elevadas. Sob a influência da radiação solar e da radiação cósmica, ocorre a ionização do ar (“auroras”) - as principais regiões da ionosfera ficam dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico. O limite superior da termosfera é em grande parte determinado pela atividade atual do Sol. Durante períodos de baixa atividade - por exemplo, em 2008-2009 - há uma diminuição notável no tamanho desta camada.

Termopausa

A região da atmosfera adjacente acima da termosfera. Nesta região, a absorção da radiação solar é insignificante e a temperatura não muda com a altitude.

Exosfera (esfera de dispersão)

Até uma altitude de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Nas camadas superiores, a distribuição dos gases por altura depende dos seus pesos moleculares; a concentração de gases mais pesados diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade do gás, a temperatura cai de 0 °C na estratosfera para -110 °C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200-250 km corresponde a uma temperatura de ~150 °C. Acima de 200 km, são observadas flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás no tempo e no espaço.

A uma altitude de cerca de 2.000-3.500 km, a exosfera gradualmente se transforma na chamada perto do vácuo do espaço, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas este gás representa apenas uma parte da matéria interplanetária. A outra parte consiste em partículas de poeira de origem cometária e meteórica. Além de partículas de poeira extremamente rarefeitas, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra neste espaço.

Análise

A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera - cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera.

Com base nas propriedades elétricas da atmosfera, eles distinguem neutrosfera E ionosfera .

Dependendo da composição do gás na atmosfera, eles emitem homosfera E heterosfera. Heterosfera- Esta é a área onde a gravidade afeta a separação dos gases, uma vez que a sua mistura a tal altitude é insignificante. Isto implica uma composição variável da heterosfera. Abaixo dela encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera, chamada homosfera. A fronteira entre essas camadas é chamada de turbopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.

Outras propriedades da atmosfera e efeitos no corpo humano

Já a uma altitude de 5 km acima do nível do mar, uma pessoa não treinada começa a sentir falta de oxigênio e, sem adaptação, o desempenho de uma pessoa é significativamente reduzido. A zona fisiológica da atmosfera termina aqui. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 9 km, embora até aproximadamente 115 km a atmosfera contenha oxigênio.

Em camadas rarefeitas de ar, a propagação do som é impossível. Até altitudes de 60-90 km, ainda é possível usar a resistência do ar e a sustentação para vôo aerodinâmico controlado. Mas a partir de altitudes de 100-130 km, os conceitos de número M e de barreira do som, familiares a todo piloto, perdem o sentido: ali passa a linha convencional de Karman, além da qual começa a região de vôo puramente balístico, que só pode ser controlado usando forças reativas.

Em altitudes acima de 100 km, a atmosfera é privada de outra propriedade notável - a capacidade de absorver, conduzir e transmitir energia térmica por convecção (ou seja, pela mistura do ar). Isso significa que vários elementos do equipamento da estação espacial orbital não poderão ser resfriados externamente da mesma forma que normalmente é feito em um avião - com a ajuda de jatos de ar e radiadores de ar. Nesta altitude, como no espaço em geral, a única forma de transferir calor é a radiação térmica.

História da formação atmosférica

Segundo a teoria mais comum, a atmosfera da Terra teve três composições diferentes ao longo da sua história. Inicialmente, consistia em gases leves (hidrogênio e hélio) capturados do espaço interplanetário. Este é o chamado atmosfera primária. No estágio seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (dióxido de carbono, amônia, vapor d'água). Foi assim que foi formado atmosfera secundária. Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:

vazamento de gases leves (hidrogênio e hélio) no espaço interplanetário;
reações químicas que ocorrem na atmosfera sob a influência da radiação ultravioleta, descargas atmosféricas e alguns outros fatores.

Azoto

A formação de grande quantidade de nitrogênio N2 se deve à oxidação da atmosfera amônia-hidrogênio pelo oxigênio molecular O2, que começou a sair da superfície do planeta a partir da fotossíntese, a partir de 3 bilhões de anos atrás. O nitrogênio N2 também é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio. O nitrogênio é oxidado pelo ozônio em NO na alta atmosfera.

O nitrogênio N 2 reage apenas sob condições específicas (por exemplo, durante uma descarga atmosférica). A oxidação do nitrogênio molecular pelo ozônio durante descargas elétricas é utilizada em pequenas quantidades na produção industrial de fertilizantes nitrogenados. Cianobactérias (algas verde-azuladas) e bactérias nodulares, que formam simbiose rizobiana com plantas leguminosas, que podem ser adubos verdes eficazes - plantas que não esgotam, mas enriquecem o solo com fertilizantes naturais, podem oxidá-lo com baixo consumo de energia e convertê-lo em uma forma biologicamente ativa.

Oxigênio

A composição da atmosfera começou a mudar radicalmente com o surgimento dos organismos vivos na Terra, como resultado da fotossíntese, acompanhada pela liberação de oxigênio e pela absorção de dióxido de carbono. Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - amônia, hidrocarbonetos, ferro ferroso contido nos oceanos, etc. Ao final dessa etapa, o teor de oxigênio na atmosfera começou a aumentar. Gradualmente, formou-se uma atmosfera moderna com propriedades oxidantes. Como isso causou mudanças graves e abruptas em muitos processos que ocorrem na atmosfera, na litosfera e na biosfera, esse evento foi chamado de Catástrofe do Oxigênio.

gases nobres

Poluição do ar

Recentemente, os humanos começaram a influenciar a evolução da atmosfera. O resultado da atividade humana tem sido um aumento constante no conteúdo de dióxido de carbono na atmosfera devido à combustão de combustíveis hidrocarbonetos acumulados em eras geológicas anteriores. Enormes quantidades de CO 2 são consumidas durante a fotossíntese e absorvidas pelos oceanos do mundo. Este gás entra na atmosfera devido à decomposição de rochas carbonáticas e substâncias orgânicas de origem vegetal e animal, bem como devido ao vulcanismo e à atividade industrial humana. Nos últimos 100 anos, o conteúdo de CO 2 na atmosfera aumentou 10%, sendo a maior parte (360 mil milhões de toneladas) proveniente da combustão de combustíveis. Se a taxa de crescimento da combustão de combustíveis continuar, nos próximos 200-300 anos a quantidade de CO 2 na atmosfera duplicará e poderá levar a alterações climáticas globais.

A combustão de combustíveis é a principal fonte de gases poluentes (CO, SO2). O dióxido de enxofre é oxidado pelo oxigênio atmosférico em SO 3, e o óxido de nitrogênio em NO 2 nas camadas superiores da atmosfera, que por sua vez interagem com o vapor de água, e o ácido sulfúrico H 2 SO 4 resultante e o ácido nítrico HNO 3 caem para o superfície da Terra na forma chamada chuva ácida. O uso de motores de combustão interna leva a uma poluição atmosférica significativa com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de chumbo (tetraetila chumbo Pb(CH 3 CH 2) 4).

Veja também

Jacchia (modelo de atmosfera)

Escreva uma resenha sobre o artigo "Atmosfera da Terra"

Notas

M. I. Budyko, K. Ya. Kondratiev Atmosfera da Terra // Grande Enciclopédia Soviética. 3ª edição. / CH. Ed. A. M. Prokhorov. - M.: Enciclopédia Soviética, 1970. - T. 2. Angola - Barzas. - páginas 380-384.
- artigo da Enciclopédia Geológica
GRIBIN, John. Ciência. Uma História (1543-2001). - L.: Penguin Books, 2003. - 648 p. - ISBN 978-0-140-29741-6.
Tans, Pieter. Dados médios anuais da superfície marinha globalmente calculados. NOAA/ESRL. Recuperado em 19 de fevereiro de 2014.(Inglês) (a partir de 2013)
IPCC (Inglês) (em 1998).
S. P. Khromov Umidade do ar // Grande Enciclopédia Soviética. 3ª edição. / CH. Ed. A. M. Prokhorov. - M.: Enciclopédia Soviética, 1971. - T. 5. Veshin - Gazli. -Pág. 149.
(Inglês) Espaço Diariamente, 16/07/2010

Literatura

VV Parin, FP Kosmolinsky, BA Dushkov“Biologia espacial e medicina” (2ª edição, revisada e ampliada), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 pp.
N. V. Gusakova“Química Ambiental”, Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 com ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V. A. Geoquímica dos gases naturais, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Química Atmosférica, M., 1978;
Wark K., Warner S. Poluição do ar. Fontes e controle, trad. do inglês, M.. 1980;
Monitoramento da poluição de fundo de ambientes naturais. V. 1, L., 1982.

Ligações

// 17 de dezembro de 2013, Centro FOBOS



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Veja também

Um trecho caracterizando a atmosfera da Terra

Quando Pierre se aproximou deles, percebeu que Vera estava em êxtase presunçoso de conversa, o príncipe Andrei (o que raramente acontecia com ele) parecia envergonhado.
- O que você acha? – Vera disse com um sorriso sutil. “Você, príncipe, é tão perspicaz e entende imediatamente o caráter das pessoas.” O que você acha de Natalie, ela pode ser constante em seus afetos, ela pode, como as outras mulheres (Vera se referia a si mesma), amar uma pessoa uma vez e permanecer fiel a ela para sempre? Isso é o que considero amor verdadeiro. O que você acha, príncipe?
“Conheço muito pouco a sua irmã”, respondeu o príncipe Andrei com um sorriso zombeteiro, sob o qual quis esconder o seu constrangimento, “para resolver uma questão tão delicada; e aí percebi que quanto menos gosto de uma mulher, mais constante ela é”, acrescentou e olhou para Pierre, que se aproximou deles naquele momento.
- Sim, é verdade, príncipe; em nosso tempo”, continuou Vera (mencionando nosso tempo, como geralmente gostam de mencionar as pessoas de mente estreita, acreditando que encontraram e apreciaram as características de nosso tempo e que as propriedades das pessoas mudam com o tempo), em nosso tempo uma menina tem tanta liberdade que le plaisir d'etre courtisee [o prazer de ter admiradores] muitas vezes abafa o verdadeiro sentimento que há nela. Et Nathalie, il faut l'avouer, y est tres sensible. [E Natalya, devo admitir, é muito sensível a isso.] O retorno para Natalie novamente fez o príncipe Andrei franzir a testa de forma desagradável; ele queria se levantar, mas Vera continuou com um sorriso ainda mais refinado.
“Acho que ninguém foi cortejado [objeto do namoro] como ela”, disse Vera; - mas nunca, até muito recentemente, ela gostou seriamente de alguém. “Sabe, conde”, ela se virou para Pierre, “até mesmo nosso querido primo Boris, que estava, entre nous [entre nós], muito, muito dans le pays du tendre... [na terra da ternura...]
O príncipe Andrei franziu a testa e permaneceu em silêncio.
– Você é amigo do Boris, não é? - Vera disse a ele.
- Sim eu conheço ele…
– Ele te contou corretamente sobre seu amor de infância por Natasha?
– Houve amor de infância? - o príncipe Andrei perguntou de repente, corando inesperadamente.
- Sim. Vous savez entre primo e primo cette íntimo, mas quelquefois a l"amour: le primoage est un perigoeux voisinage, N"est ce pas? [Você sabe, entre uma prima e uma irmã, essa proximidade às vezes leva ao amor. Esse parentesco é uma vizinhança perigosa. Não é?]
“Ah, sem dúvida”, disse o príncipe Andrei, e de repente, anormalmente animado, ele começou a brincar com Pierre sobre como ele deveria ter cuidado ao tratar seus primos de Moscou de 50 anos, e no meio da conversa jocosa ele se levantou e, pegando Pierre pelo braço, puxou-o de lado.
- Bem? - disse Pierre, olhando surpreso para a estranha animação do amigo e percebendo o olhar que ele lançou para Natasha ao se levantar.
“Eu preciso, preciso falar com você”, disse o príncipe Andrei. – Você conhece as nossas luvas femininas (ele estava falando daquelas luvas maçônicas que foram dadas a um irmão recém-eleito para dar à sua amada). “Eu... Mas não, falo com você mais tarde...” E com um brilho estranho nos olhos e ansiedade nos movimentos, o príncipe Andrei se aproximou de Natasha e sentou-se ao lado dela. Pierre viu o príncipe Andrei perguntar algo a ela, e ela corou e respondeu.
Mas nessa época Berg abordou Pierre, pedindo-lhe com urgência que participasse da disputa entre o general e o coronel sobre os assuntos espanhóis.
Berg ficou satisfeito e feliz. O sorriso de alegria não saiu de seu rosto. A noite foi muito boa e exatamente como outras noites que ele tinha visto. Tudo era semelhante. E senhoras, conversas delicadas, e cartas, e um general jogando cartas, levantando a voz, e um samovar, e biscoitos; mas ainda faltava uma coisa, algo que ele sempre via à noite e que queria imitar.
Faltou uma conversa alta entre os homens e uma discussão sobre algo importante e inteligente. O general iniciou essa conversa e Berg atraiu Pierre para ele.

No dia seguinte, o príncipe Andrei foi jantar nos Rostovs, como o chamava o conde Ilya Andreich, e passou o dia inteiro com eles.
Todos na casa sentiam por quem o príncipe Andrei estava viajando, e ele, sem se esconder, tentava ficar com Natasha o dia todo. Não só na alma assustada, mas feliz e entusiasmada de Natasha, mas em toda a casa era possível sentir o medo de algo importante que estava para acontecer. A condessa olhou para o príncipe Andrei com olhos tristes e seriamente severos quando ele falou com Natasha, e tímida e fingidamente iniciou uma conversa insignificante assim que ele olhou para ela. Sonya tinha medo de deixar Natasha e tinha medo de atrapalhar quando estava com eles. Natasha empalideceu de medo da expectativa quando ficou sozinha com ele por alguns minutos. O príncipe Andrei a surpreendeu com sua timidez. Ela sentiu que ele precisava lhe contar algo, mas não tinha coragem de fazê-lo.
Quando o Príncipe Andrei partiu à noite, a Condessa aproximou-se de Natasha e disse em um sussurro:
- Bem?
“Mãe, pelo amor de Deus, não me pergunte nada agora.” “Você não pode dizer isso”, disse Natasha.
Mas, apesar disso, naquela noite Natasha, às vezes excitada, às vezes assustada, com os olhos fixos, ficou muito tempo deitada na cama da mãe. Ou ela contou como ele a elogiou, depois como ele disse que iria para o exterior, depois como perguntou onde eles iriam morar neste verão, depois como ele perguntou a ela sobre Boris.
- Mas isso, isso... nunca aconteceu comigo! - ela disse. “Só que fico com medo na frente dele, sempre fico com medo na frente dele, o que isso significa?” Isso significa que é real, certo? Mãe, você está dormindo?
“Não, minha alma, eu também estou com medo”, respondeu a mãe. - Ir.
- Eu não vou dormir de qualquer maneira. Que bobagem é dormir? Mãe, mãe, isso nunca aconteceu comigo! - disse ela com surpresa e medo pelo sentimento que reconheceu em si mesma. – E poderíamos pensar!...
Pareceu a Natasha que mesmo quando viu o príncipe Andrei pela primeira vez em Otradnoye, ela se apaixonou por ele. Ela parecia estar assustada com essa felicidade estranha e inesperada, que aquele que ela havia escolhido naquela época (ela estava firmemente convencida disso), que o mesmo agora a reencontrasse e, ao que parecia, não era indiferente a ela . “E ele teve que vir a São Petersburgo de propósito, agora que estamos aqui. E tivemos que nos encontrar neste baile. É tudo destino. É claro que isso é o destino, que tudo isso levou a isso. Mesmo assim, assim que o vi, senti algo especial.”
- O que mais ele te contou? Que versículos são esses? Leia... - disse a mãe pensativa, perguntando sobre os poemas que o príncipe Andrei escreveu no álbum de Natasha.
“Mãe, não é uma pena que ele seja viúvo?”
- Já chega, Natasha. Rezar para Deus. Les Marieiages se font dans les cieux. [Casamentos são feitos no céu.]
- Querida, mãe, como eu te amo, como isso me faz bem! – gritou Natasha, chorando lágrimas de felicidade e emoção e abraçando a mãe.
Ao mesmo tempo, o príncipe Andrei sentou-se com Pierre e contou-lhe sobre seu amor por Natasha e sua firme intenção de se casar com ela.

Neste dia, a condessa Elena Vasilievna teve uma recepção, houve um enviado francês, um príncipe, que recentemente se tornara um visitante frequente da casa da condessa, e muitas senhoras e homens brilhantes. Pierre estava lá embaixo, caminhava pelos corredores e impressionava todos os convidados com sua aparência concentrada, distraída e sombria.
Desde o momento da bola, Pierre sentiu os ataques de hipocondria que se aproximavam e com esforço desesperado tentou lutar contra eles. A partir do momento em que o príncipe se tornou próximo de sua esposa, Pierre recebeu inesperadamente um camareiro, e a partir desse momento ele começou a sentir peso e vergonha na grande sociedade, e mais frequentemente os velhos pensamentos sombrios sobre a futilidade de tudo o que é humano começaram a vir. para ele. Ao mesmo tempo, o sentimento que notou entre Natasha, a quem protegia, e o príncipe Andrei, o contraste entre a sua posição e a posição do amigo, intensificou ainda mais este clima sombrio. Ele também tentou evitar pensamentos sobre sua esposa e sobre Natasha e o príncipe Andrei. Novamente tudo lhe parecia insignificante em comparação com a eternidade, novamente a pergunta se apresentou: “por quê?” E obrigou-se a trabalhar dia e noite nas obras maçônicas, na esperança de afastar a aproximação do espírito maligno. Pierre, às 12 horas, tendo saído dos aposentos da condessa, estava sentado no andar de cima, em um quarto baixo e esfumaçado, com um roupão surrado em frente à mesa, copiando autênticos atos escoceses, quando alguém entrou em seu quarto. Foi o príncipe Andrei.
“Ah, é você”, disse Pierre com um olhar distraído e insatisfeito. “E estou trabalhando”, disse ele, apontando para um caderno com aquele olhar de salvação das agruras da vida com que as pessoas infelizes olham para o seu trabalho.
O príncipe Andrei, de rosto radiante, entusiasmado e de vida renovada, parou diante de Pierre e, sem perceber seu rosto triste, sorriu para ele com o egoísmo da felicidade.
“Bem, minha alma”, disse ele, “ontem eu queria te contar e hoje vim até você para isso”. Nunca experimentei nada parecido. Estou apaixonado, meu amigo.
Pierre de repente suspirou profundamente e desabou com seu corpo pesado no sofá, ao lado do príncipe Andrei.
- Para Natasha Rostova, certo? - ele disse.
- Sim, sim, quem? Eu nunca acreditaria, mas esse sentimento é mais forte do que eu. Ontem eu sofri, sofri, mas não abriria mão desse tormento por nada no mundo. Eu não vivi antes. Agora só eu vivo, mas não posso viver sem ela. Mas será que ela pode me amar?... Estou velho demais para ela... O que você não está dizendo?...
- EU? EU? “O que eu te disse”, disse Pierre de repente, levantando-se e começando a andar pela sala. - Sempre pensei isso... Essa menina é um tesouro tão, tão... Essa é uma garota rara... Querido amigo, eu te peço, não fique esperto, não duvide, case, case e se casar... E tenho certeza que não haverá pessoa mais feliz que você.
- Mas ela!
- Ela ama você.
“Não fale bobagem...” disse o príncipe Andrei, sorrindo e olhando nos olhos de Pierre.
“Ele me ama, eu sei”, Pierre gritou com raiva.
“Não, ouça”, disse o príncipe Andrei, parando-o pela mão. – Você sabe em que situação estou? Preciso contar tudo para alguém.
“Bem, bem, digamos, estou muito feliz”, disse Pierre, e de fato seu rosto mudou, as rugas suavizaram e ele ouviu com alegria o príncipe Andrei. O príncipe Andrei parecia e era uma pessoa completamente diferente e nova. Onde estava sua melancolia, seu desprezo pela vida, sua decepção? Pierre foi a única pessoa com quem ousou falar; mas ele expressou-lhe tudo o que estava em sua alma. Ou ele fez planos com facilidade e ousadia para um longo futuro, falou sobre como não poderia sacrificar sua felicidade pelo capricho de seu pai, como forçaria seu pai a concordar com esse casamento e amá-la ou fazê-lo sem seu consentimento, então ele ficou surpreso como algo estranho, estranho, independente dele, influenciado pelo sentimento que o possuía.
“Eu não acreditaria em ninguém que me dissesse que eu poderia amar assim”, disse o príncipe Andrei. “Esta não é a sensação que eu tinha antes.” O mundo inteiro está dividido para mim em duas metades: uma - ela e ali toda a felicidade da esperança, da luz; a outra metade é tudo onde ela não está, há todo desânimo e escuridão...
“Escuridão e escuridão”, repetiu Pierre, “sim, sim, eu entendo isso”.
– Não posso deixar de amar o mundo, não é minha culpa. E estou muito feliz. Você me entende? Eu sei que você está feliz por mim.
“Sim, sim”, confirmou Pierre, olhando para o amigo com olhos ternos e tristes. Quanto mais brilhante lhe parecia o destino do príncipe Andrei, mais sombrio parecia o seu.

Para se casar era necessário o consentimento do pai e, para isso, no dia seguinte, o príncipe Andrei foi até o pai.
O pai, com calma exterior, mas raiva interior, aceitou a mensagem do filho. Ele não conseguia entender que alguém quisesse mudar a vida, introduzir algo novo nela, quando a vida já estava acabando para ele. “Se ao menos eles me deixassem viver do jeito que eu quero, e então faríamos o que quiséssemos”, disse o velho para si mesmo. Com o filho, porém, ele usou a diplomacia que usava em ocasiões importantes. Assumindo um tom calmo, ele discutiu todo o assunto.
Em primeiro lugar, o casamento não foi brilhante em termos de parentesco, riqueza e nobreza. Em segundo lugar, o príncipe Andrei não estava na sua primeira juventude e estava com a saúde debilitada (o velho tinha um cuidado especial com isso), e ela era muito jovem. Em terceiro lugar, havia um filho que foi uma pena dar à menina. Em quarto lugar, finalmente”, disse o pai, olhando zombeteiramente para o filho, “peço-lhe, adie o assunto por um ano, vá para o exterior, faça tratamento, encontre, como quiser, um alemão para o príncipe Nikolai, e então, se for amor, paixão, teimosia, o que você quiser, que ótimo, então case.
“E esta é a minha última palavra, você sabe, a minha última...” o príncipe finalizou num tom que mostrava que nada o obrigaria a mudar de decisão.
O príncipe Andrei viu claramente que o velho esperava que os sentimentos dele ou de sua futura noiva não resistissem à prova do ano, ou que ele próprio, o velho príncipe, morresse nessa época, e decidiu cumprir a vontade de seu pai: propor e adiar o casamento por um ano.
Três semanas depois de sua última noite com os Rostovs, o príncipe Andrei voltou a São Petersburgo.

No dia seguinte, após a explicação com a mãe, Natasha esperou o dia inteiro por Bolkonsky, mas ele não apareceu. No terceiro dia seguinte aconteceu a mesma coisa. Pierre também não compareceu, e Natasha, sem saber que o príncipe Andrei havia ido para a casa do pai, não soube explicar sua ausência.
Três semanas se passaram assim. Natasha não queria ir a lugar nenhum e, como uma sombra, preguiçosa e triste, andava de cômodo em cômodo, chorava secretamente de todos à noite e não aparecia para a mãe à noite. Ela estava constantemente corada e irritada. Parecia-lhe que todos sabiam da sua decepção, riam e sentiam pena dela. Com toda a força de sua dor interior, essa dor vã intensificou seu infortúnio.
Um dia ela veio até a condessa, quis lhe contar uma coisa e de repente começou a chorar. Suas lágrimas eram as lágrimas de uma criança ofendida que não sabe por que está sendo punida.
A condessa começou a acalmar Natasha. Natasha, que a princípio estava ouvindo as palavras da mãe, interrompeu-a de repente:
- Pare com isso, mãe, eu não penso e não quero pensar! Então, eu viajei e parei, e parei...
Sua voz tremia, ela quase chorou, mas se recuperou e continuou com calma: “E eu não quero me casar de jeito nenhum”. E tenho medo dele; Agora eu me acalmei completamente, completamente...
No dia seguinte a essa conversa, Natasha vestiu aquele vestido velho, pelo qual ficou especialmente famosa pela alegria que trazia pela manhã, e pela manhã deu início ao seu antigo modo de vida, do qual havia ficado para trás depois do baile. Depois de tomar o chá, dirigiu-se ao salão, que adorava especialmente pela forte ressonância, e começou a cantar seus solfejos (exercícios de canto). Terminada a primeira aula, ela parou no meio da sala e repetiu uma frase musical de que gostou especialmente. Ela ouviu com alegria o encanto (como se fosse inesperado para ela) com que esses sons cintilantes preenchiam todo o vazio do salão e congelou lentamente, e de repente ela se sentiu alegre. “É bom pensar tanto nisso”, disse ela para si mesma e começou a andar de um lado para o outro pelo corredor, não andando com passos simples no piso de parquet, mas a cada passo mudando de calcanhar (ela estava usando seu novo , sapatos favoritos) até os dedos dos pés, e com a mesma alegria que ouço os sons da minha própria voz, ouvindo o barulho medido de um salto e o rangido de uma meia. Passando pelo espelho, ela olhou para ele. - "Aqui estou!" como se a expressão em seu rosto quando ela se viu falasse. - “Bem, isso é bom. E eu não preciso de ninguém.”
O lacaio quis entrar para limpar alguma coisa no corredor, mas ela não o deixou entrar, fechando novamente a porta atrás de si e continuou andando. Esta manhã ela voltou novamente ao seu estado favorito de amor próprio e admiração por si mesma. - “Que encanto é essa Natasha!” ela disse novamente para si mesma nas palavras de uma terceira pessoa masculina, coletiva. “Ela é boa, tem voz, é jovem e não incomoda ninguém, apenas deixe-a em paz.” Mas por mais que a deixassem sozinha, ela não conseguia mais ficar calma e imediatamente sentiu isso.
A porta de entrada se abriu no corredor e alguém perguntou: “Você está em casa?” e os passos de alguém foram ouvidos. Natasha se olhou no espelho, mas não se viu. Ela ouviu sons no corredor. Quando ela se viu, seu rosto estava pálido. Foi ele. Ela sabia disso com certeza, embora mal ouvisse o som da voz dele vindo das portas fechadas.
Natasha, pálida e assustada, correu para a sala.
- Mãe, Bolkonsky chegou! - ela disse. - Mãe, isso é terrível, isso é insuportável! – Eu não quero... sofrer! O que devo fazer?…
Antes que a condessa tivesse tempo de responder, o príncipe Andrei entrou na sala com uma expressão ansiosa e séria. Assim que viu Natasha, seu rosto se iluminou. Ele beijou a mão da condessa e de Natasha e sentou-se perto do sofá.
“Faz muito tempo que não temos esse prazer...” começou a condessa, mas o príncipe Andrei a interrompeu, respondendo à sua pergunta e obviamente com pressa em dizer o que precisava.
“Não estive com você esse tempo todo porque estava com meu pai: precisava conversar com ele sobre um assunto muito importante.” “Acabei de voltar ontem à noite”, disse ele, olhando para Natasha. “Preciso falar com você, condessa”, acrescentou após um momento de silêncio.
A condessa, suspirando pesadamente, baixou os olhos.
“Estou ao seu dispor”, disse ela.
Natasha sabia que precisava ir embora, mas não conseguiu: algo apertava sua garganta e ela olhou descortês, diretamente, com os olhos abertos para o príncipe Andrei.
"Agora? Neste minuto!... Não, não pode ser!” ela pensou.
Ele olhou para ela novamente, e esse olhar a convenceu de que ela não estava enganada. “Sim, agora, neste exato minuto, o destino dela estava sendo decidido.”
“Venha, Natasha, eu ligo para você”, disse a condessa em um sussurro.
Natasha olhou para o príncipe Andrei e sua mãe com olhos suplicantes e assustados e saiu.
“Vim, condessa, pedir a mão de sua filha em casamento”, disse o príncipe Andrei. O rosto da condessa ficou vermelho, mas ela não disse nada.
“Sua proposta...” a condessa começou calmamente. “Ele ficou em silêncio, olhando nos olhos dela. – Sua oferta... (ela ficou sem graça) estamos satisfeitos, e... aceito sua oferta, fico feliz. E meu marido... espero... mas vai depender dela...
"Eu direi a ela quando tiver seu consentimento... você me dá?" - disse o Príncipe Andrei.
“Sim”, disse a condessa e estendeu-lhe a mão e, com um sentimento misto de indiferença e ternura, pressionou os lábios na testa dele enquanto ele se inclinava sobre a mão dela. Ela queria amá-lo como a um filho; mas ela sentia que ele era um estranho e uma pessoa terrível para ela. “Tenho certeza de que meu marido concordará”, disse a condessa, “mas seu pai...
“Meu pai, a quem contei meus planos, tornou condição indispensável para o consentimento que o casamento ocorresse no máximo um ano. E é isso que eu queria te contar”, disse o príncipe Andrei.
– É verdade que Natasha ainda é jovem, mas há muito tempo.
“Não poderia ser de outra forma”, disse o Príncipe Andrei com um suspiro.
“Vou mandar para você”, disse a condessa e saiu da sala.
“Senhor, tem piedade de nós”, repetiu ela, procurando a filha. Sonya disse que Natasha está no quarto. Natasha sentou-se na cama, pálida, com os olhos secos, olhando os ícones e, persignando-se rapidamente, sussurrando algo. Ao ver sua mãe, ela deu um pulo e correu até ela.
- O que? Mãe?... O quê?
- Vá, vá até ele. “Ele pede sua mão”, disse a condessa friamente, como parecia a Natasha... “Venha... venha”, disse a mãe com tristeza e reprovação após a filha correr, e suspirou pesadamente.
Natasha não se lembrava de como entrou na sala. Entrando pela porta e vendo-o, ela parou. “Esse estranho realmente se tornou tudo para mim agora?” ela se perguntou e respondeu instantaneamente: “Sim, é isso: só ele agora é mais querido para mim do que tudo no mundo”. O príncipe Andrei se aproximou dela, baixando os olhos.
“Eu te amei desde o momento em que te vi.” Posso ter esperança?
Ele olhou para ela e a paixão séria em sua expressão o atingiu. Seu rosto dizia: “Por que perguntar? Por que duvidar de algo que você não pode deixar de saber? Por que falar quando você não consegue expressar em palavras o que sente.”
Ela se aproximou dele e parou. Ele pegou a mão dela e a beijou.
- Você me ama?
“Sim, sim”, disse Natasha como se estivesse aborrecida, suspirou alto e outra vez, cada vez com mais frequência, e começou a soluçar.
- Sobre o que? O que você tem?
“Ah, estou tão feliz”, respondeu ela, sorriu em meio às lágrimas, inclinou-se para mais perto dele, pensou por um segundo, como se se perguntasse se isso era possível, e o beijou.
O príncipe Andrei segurou as mãos dela, olhou em seus olhos e não encontrou em sua alma o mesmo amor por ela. Algo de repente mudou em sua alma: não havia o antigo encanto poético e misterioso do desejo, mas havia pena de sua fraqueza feminina e infantil, havia medo de sua devoção e credulidade, uma consciência pesada e ao mesmo tempo alegre do dever que o conectou para sempre com ela. O sentimento real, embora não fosse tão leve e poético como o anterior, era mais sério e forte.

A atmosfera se estende para cima por muitas centenas de quilômetros. Seu limite superior, a uma altitude de cerca de 2.000-3.000 quilômetros, até certo ponto, é condicional, pois os gases que o compõem, tornando-se gradativamente rarefeitos, passam para o espaço cósmico. A composição química da atmosfera, pressão, densidade, temperatura e suas outras propriedades físicas mudam com a altitude. Como mencionado anteriormente, a composição química do ar até uma altura de 100 quilômetros não muda significativamente. Um pouco mais acima, a atmosfera também consiste principalmente de nitrogênio e oxigênio. Mas em altitudes 100-110 quilômetros, Sob a influência da radiação ultravioleta do sol, as moléculas de oxigênio são divididas em átomos e surge o oxigênio atômico. Acima de 110-120 quilômetros quase todo o oxigênio se torna atômico. Supostamente acima de 400-500 quilômetros Os gases que compõem a atmosfera também estão em estado atômico.

A pressão e a densidade do ar diminuem rapidamente com a altitude. Embora a atmosfera se estenda para cima por centenas de quilômetros, a maior parte dela está localizada em uma camada bastante fina adjacente à superfície da Terra em suas partes mais baixas. Então, na camada entre o nível do mar e as alturas 5-6 quilômetros metade da massa da atmosfera está concentrada na camada 0-16 quilômetros-90%, e na camada 0-30 quilômetros- 99%. A mesma diminuição rápida na massa de ar ocorre acima de 30 km. Se peso 1 m 3 o ar na superfície da Terra é 1.033 g, então a uma altura de 20 quilômetrosé igual a 43 ge a uma altura de 40 quilômetros apenas 4 anos

A uma altitude de 300-400 quilômetros e acima, o ar é tão rarefeito que durante o dia sua densidade muda muitas vezes. A pesquisa mostrou que esta mudança na densidade está relacionada com a posição do Sol. A maior densidade do ar ocorre por volta do meio-dia e a menor à noite. Isto é parcialmente explicado pelo fato de que as camadas superiores da atmosfera reagem às mudanças na radiação eletromagnética do Sol.

A temperatura do ar também varia de forma desigual com a altitude. De acordo com a natureza das mudanças de temperatura com a altitude, a atmosfera é dividida em várias esferas, entre as quais existem camadas de transição, as chamadas pausas, onde a temperatura muda pouco com a altitude.

Aqui estão os nomes e principais características das esferas e camadas de transição.

Apresentamos dados básicos sobre as propriedades físicas dessas esferas.

Troposfera. As propriedades físicas da troposfera são em grande parte determinadas pela influência da superfície da Terra, que é o seu limite inferior. A maior altitude da troposfera é observada nas zonas equatorial e tropical. Aqui chega a 16-18 quilômetros e está sujeito a relativamente poucas mudanças diárias e sazonais. Nas regiões polares e adjacentes, o limite superior da troposfera situa-se, em média, a um nível de 8-10 km. Nas latitudes médias varia de 6-8 a 14-16 km.

A espessura vertical da troposfera depende significativamente da natureza dos processos atmosféricos. Freqüentemente, durante o dia, o limite superior da troposfera acima de um determinado ponto ou área cai ou sobe vários quilômetros. Isto se deve principalmente às mudanças na temperatura do ar.

Mais de 4/5 da massa da atmosfera terrestre e quase todo o vapor d'água nela contido estão concentrados na troposfera. Além disso, da superfície da Terra até o limite superior da troposfera, a temperatura diminui em média 0,6° por cada 100 m, ou 6° por 1 quilômetros subindo . Isto é explicado pelo fato de que o ar na troposfera é aquecido e resfriado principalmente pela superfície terrestre.

De acordo com o influxo de energia solar, a temperatura diminui do equador aos pólos. Assim, a temperatura média do ar na superfície da Terra no equador atinge +26°, nas regiões polares no inverno -34°, -36° e no verão cerca de 0°. Assim, a diferença de temperatura entre o equador e o pólo no inverno é de 60° e no verão de apenas 26°. É verdade que essas baixas temperaturas no Ártico no inverno são observadas apenas perto da superfície da Terra devido ao resfriamento do ar acima das extensões geladas.

No inverno, na Antártida Central, a temperatura do ar na superfície do manto de gelo é ainda mais baixa. Na estação Vostok, em agosto de 1960, a temperatura mais baixa do globo foi registrada -88,3°, e mais frequentemente na Antártida Central é de -45°, -50°.

Com a altura, a diferença de temperatura entre o equador e o pólo diminui. Por exemplo, a uma altitude de 5 quilômetros no equador a temperatura atinge -2°, -4°, e na mesma altitude no Ártico Central -37°, -39° no inverno e -19°, -20° no verão; portanto, a diferença de temperatura no inverno é de 35-36° e no verão de 16-17°. No hemisfério sul estas diferenças são um pouco maiores.

A energia da circulação atmosférica pode ser determinada por contratos de temperatura no pólo equatorial. Como a magnitude dos contrastes de temperatura é maior no inverno, os processos atmosféricos ocorrem de forma mais intensa do que no verão. Isto também explica o facto de os ventos predominantes de oeste na troposfera no inverno terem velocidades mais elevadas do que no verão. Neste caso, a velocidade do vento, via de regra, aumenta com a altura, atingindo um máximo no limite superior da troposfera. A transferência horizontal é acompanhada por movimentos verticais de ar e movimentos turbulentos (desordenados). Devido à ascensão e queda de grandes volumes de ar, as nuvens se formam e se dissipam, a precipitação ocorre e cessa. A camada de transição entre a troposfera e a esfera sobrejacente é tropopausa. Acima dela fica a estratosfera.

Estratosfera estende-se das alturas 8-17 a 50-55 km. Foi descoberto no início do nosso século. Em termos de propriedades físicas, a estratosfera difere nitidamente da troposfera porque a temperatura do ar aqui, via de regra, aumenta em média 1 - 2 ° por quilômetro de elevação e no limite superior, a uma altitude de 50-55 quilômetros, até se torna positivo. O aumento da temperatura nesta área é causado pela presença do ozônio (O 3), que se forma sob a influência da radiação ultravioleta do Sol. A camada de ozônio ocupa quase toda a estratosfera. A estratosfera é muito pobre em vapor de água. Não há processos violentos de formação de nuvens e nem precipitação.

Mais recentemente, assumiu-se que a estratosfera é um ambiente relativamente calmo onde não ocorre mistura de ar, como na troposfera. Portanto, acreditava-se que os gases da estratosfera são divididos em camadas de acordo com suas gravidades específicas. Daí o nome estratosfera (“stratus” - em camadas). Acreditava-se também que a temperatura na estratosfera se forma sob a influência do equilíbrio radiativo, ou seja, quando a radiação solar absorvida e refletida é igual.

Novos dados obtidos de radiossondas e foguetes meteorológicos mostraram que a estratosfera, assim como a alta troposfera, experimenta intensa circulação de ar com grandes mudanças de temperatura e vento. Aqui, como na troposfera, o ar experimenta movimentos verticais significativos e movimentos turbulentos com fortes correntes de ar horizontais. Tudo isso é resultado de uma distribuição de temperatura não uniforme.

A camada de transição entre a estratosfera e a esfera sobrejacente é estratopausa. No entanto, antes de passarmos às características das camadas superiores da atmosfera, familiarizemo-nos com a chamada ozonosfera, cujos limites correspondem aproximadamente aos limites da estratosfera.

Ozônio na atmosfera. O ozônio desempenha um papel importante na criação de regimes de temperatura e correntes de ar na estratosfera. O ozônio (O 3) é sentido por nós após uma tempestade, quando inalamos ar puro com sabor agradável. Porém, aqui não falaremos deste ozônio formado após uma tempestade, mas sim do ozônio contido na camada 10-60 quilômetros com um máximo a uma altitude de 22-25 km. O ozônio é formado sob a influência dos raios ultravioleta do Sol e, embora sua quantidade total seja pequena, desempenha um papel importante na atmosfera. O ozono tem a capacidade de absorver a radiação ultravioleta do Sol e, assim, proteger a flora e a fauna dos seus efeitos destrutivos. Mesmo aquela fração insignificante dos raios ultravioleta que atinge a superfície da Terra queima gravemente o corpo quando uma pessoa gosta demais de tomar sol.

A quantidade de ozônio varia em diferentes partes da Terra. Há mais ozônio nas latitudes altas, menos nas latitudes médias e baixas, e essa quantidade varia dependendo das mudanças das estações do ano. Há mais ozônio na primavera e menos no outono. Além disso, ocorrem flutuações não periódicas dependendo da circulação horizontal e vertical da atmosfera. Muitos processos atmosféricos estão intimamente relacionados ao conteúdo de ozônio, uma vez que tem impacto direto no campo de temperatura.

No inverno, em condições noturnas polares, em altas latitudes, ocorre radiação e resfriamento do ar na camada de ozônio. Como resultado, na estratosfera de altas latitudes (no Ártico e na Antártica) no inverno, forma-se uma região fria, um vórtice ciclônico estratosférico com grandes gradientes horizontais de temperatura e pressão, causando ventos de oeste nas latitudes médias do globo.

No verão, em condições polares, em altas latitudes, a camada de ozônio absorve o calor solar e aquece o ar. Como resultado do aumento da temperatura na estratosfera em altas latitudes, forma-se uma região de calor e um vórtice anticiclônico estratosférico. Portanto, acima das latitudes médias do globo acima de 20 quilômetros No verão, os ventos de leste predominam na estratosfera.

Mesosfera. Observações usando foguetes meteorológicos e outros métodos estabeleceram que o aumento geral da temperatura observado na estratosfera termina em altitudes de 50-55 km. Acima desta camada, a temperatura diminui novamente e no limite superior da mesosfera (cerca de 80 quilômetros) atinge -75°, -90°. Então a temperatura aumenta novamente com a altura.

É interessante notar que a diminuição da temperatura com a altura característica da mesosfera ocorre de forma diferente em diferentes latitudes e ao longo do ano. Em baixas latitudes, a queda de temperatura ocorre mais lentamente do que em altas latitudes: o gradiente vertical médio de temperatura para a mesosfera é, respectivamente, 0,23° - 0,31° por 100 eu ou 2,3°-3,1° por 1 km. No verão é muito maior que no inverno. Como mostraram as últimas pesquisas em altas latitudes, a temperatura no limite superior da mesosfera no verão é várias dezenas de graus mais baixa do que no inverno. Na mesosfera superior, a uma altitude de cerca de 80 quilômetros Na camada da mesopausa, a diminuição da temperatura com a altura cessa e começa seu aumento. Aqui, sob a camada de inversão ao entardecer ou antes do nascer do sol em tempo claro, observam-se nuvens finas e brilhantes, iluminadas pelo sol abaixo do horizonte. Contra o fundo escuro do céu, eles brilham com uma luz azul prateada. É por isso que essas nuvens são chamadas de noctilucentes.

A natureza das nuvens noctilucentes ainda não foi suficientemente estudada. Durante muito tempo acreditou-se que consistiam em poeira vulcânica. No entanto, a ausência de fenómenos ópticos característicos de nuvens vulcânicas reais levou ao abandono desta hipótese. Foi então sugerido que as nuvens noctilucentes eram compostas de poeira cósmica. Nos últimos anos, foi proposta a hipótese de que essas nuvens são compostas de cristais de gelo, como nuvens cirros comuns. O nível de nuvens noctilucentes é determinado pela camada de bloqueio devido a inversão de temperatura durante a transição da mesosfera para a termosfera a uma altitude de cerca de 80 km. Como a temperatura na camada de subinversão atinge -80° e menos, aqui são criadas as condições mais favoráveis para a condensação do vapor d'água, que aqui entra vindo da estratosfera como resultado do movimento vertical ou por difusão turbulenta. Nuvens noctilucentes são geralmente observadas no verão, às vezes em grande número e durante vários meses.

Observações de nuvens noctilucentes estabeleceram que no verão os ventos em seu nível são altamente variáveis. As velocidades do vento variam amplamente: de 50-100 a várias centenas de quilômetros por hora.

Temperatura em altitudes. Uma representação visual da natureza da distribuição da temperatura com a altura, entre a superfície terrestre e altitudes de 90-100 km, no inverno e no verão no hemisfério norte, é dada pela Figura 5. As superfícies que separam as esferas são representadas aqui com espessura linhas tracejadas. Bem no fundo, a troposfera é claramente visível com uma diminuição característica da temperatura com a altura. Acima da tropopausa, na estratosfera, ao contrário, a temperatura geralmente aumenta com a altura e em altitudes de 50-55 quilômetros atinge + 10°, -10°. Vamos prestar atenção a um detalhe importante. No inverno, na estratosfera de altas latitudes, a temperatura acima da tropopausa cai de -60 para -75° e apenas acima de 30 quilômetros novamente aumenta para -15°. No verão, a partir da tropopausa, a temperatura aumenta com a altitude em 50 quilômetros atinge +10°. Acima da estratopausa, a temperatura diminui novamente com a altura, e a um nível de 80 quilômetros não excede -70°, -90°.

Da Figura 5 segue-se que na camada 10-40 quilômetros A temperatura do ar no inverno e no verão em altas latitudes difere drasticamente. No inverno, sob condições noturnas polares, a temperatura aqui atinge -60°, -75°, e no verão um mínimo de -45° está perto da tropopausa. Acima da tropopausa, a temperatura aumenta em altitudes de 30-35 quilômetrosé de apenas -30°, -20°, o que é causado pelo aquecimento do ar na camada de ozônio em condições diurnas polares. Resulta também da figura que mesmo na mesma estação e no mesmo nível, a temperatura não é a mesma. A diferença entre diferentes latitudes excede 20-30°. Neste caso, a heterogeneidade é especialmente significativa na camada de baixas temperaturas (18-30 quilômetros) e na camada de temperaturas máximas (50-60 quilômetros) na estratosfera, bem como na camada de baixas temperaturas na alta mesosfera (75-85quilômetros).

As temperaturas médias apresentadas na Figura 5 são obtidas a partir de dados observacionais no hemisfério norte, porém, a julgar pelas informações disponíveis, também podem ser atribuídas ao hemisfério sul. Algumas diferenças existem principalmente em altas latitudes. Na Antártida, no inverno, a temperatura do ar na troposfera e na baixa estratosfera é visivelmente mais baixa do que no Ártico Central.

Ventos nas alturas. A distribuição sazonal da temperatura é determinada por um sistema bastante complexo de correntes de ar na estratosfera e na mesosfera.

A Figura 6 mostra uma seção vertical do campo de vento na atmosfera entre a superfície da Terra e uma altura de 90 quilômetros inverno e verão no hemisfério norte. As isolinhas representam as velocidades médias do vento predominante (em m/s). Resulta da figura que o regime de ventos na estratosfera no inverno e no verão é nitidamente diferente. No inverno, tanto a troposfera como a estratosfera são dominadas por ventos de oeste com velocidades máximas de cerca de

100 m/s a uma altitude de 60-65 km. No verão, os ventos de oeste prevalecem apenas até alturas de 18-20 km. Mais acima, eles se tornam orientais, com velocidades máximas de até 70 m/s a uma altitude de 55-60km.

No verão, acima da mesosfera, os ventos tornam-se de oeste e no inverno - de leste.

Termosfera. Acima da mesosfera está a termosfera, que é caracterizada por um aumento na temperatura Com altura. De acordo com os dados obtidos, principalmente com o auxílio de foguetes, constatou-se que na termosfera já está no nível de 150 quilômetros a temperatura do ar atinge 220-240°, e a 200 quilômetros mais de 500°. Acima a temperatura continua a subir e ao nível de 500-600 quilômetros excede 1500°. Com base nos dados obtidos nos lançamentos de satélites artificiais da Terra, constatou-se que na termosfera superior a temperatura atinge cerca de 2.000° e oscila significativamente durante o dia. Surge a questão de como explicar temperaturas tão altas nas altas camadas da atmosfera. Lembre-se de que a temperatura de um gás é uma medida da velocidade média de movimento das moléculas. Na parte inferior e mais densa da atmosfera, as moléculas dos gases que compõem o ar freqüentemente colidem umas com as outras quando se movem e transferem instantaneamente energia cinética umas para as outras. Portanto, a energia cinética num meio denso é, em média, a mesma. Nas camadas altas, onde a densidade do ar é muito baixa, as colisões entre moléculas localizadas a grandes distâncias ocorrem com menos frequência. Quando a energia é absorvida, a velocidade das moléculas muda muito entre as colisões; além disso, as moléculas de gases mais leves movem-se a velocidades mais elevadas do que as moléculas de gases pesados. Como resultado, a temperatura dos gases pode ser diferente.

Nos gases rarefeitos existem relativamente poucas moléculas de tamanhos muito pequenos (gases leves). Se eles se moverem em alta velocidade, a temperatura em um determinado volume de ar será alta. Na termosfera, cada centímetro cúbico de ar contém dezenas e centenas de milhares de moléculas de vários gases, enquanto na superfície da Terra existem cerca de centenas de milhões de bilhões deles. Portanto, temperaturas excessivamente altas nas altas camadas da atmosfera, mostrando a velocidade de movimento das moléculas neste ambiente tão solto, não podem causar nem mesmo um leve aquecimento do corpo aqui localizado. Assim como uma pessoa não sente altas temperaturas sob a luz ofuscante de lâmpadas elétricas, embora os filamentos em um ambiente rarefeito aqueçam instantaneamente até vários milhares de graus.

Na baixa termosfera e na mesosfera, a maior parte das chuvas de meteoros queima antes de atingir a superfície da Terra.

Informações disponíveis sobre camadas atmosféricas acima de 60-80 quilômetros ainda são insuficientes para conclusões finais sobre a estrutura, o regime e os processos que neles se desenvolvem. Porém, sabe-se que na mesosfera superior e na termosfera inferior o regime de temperatura é criado como resultado da transformação do oxigênio molecular (O 2) em oxigênio atômico (O), que ocorre sob a influência da radiação solar ultravioleta. Na termosfera, o regime de temperatura é muito influenciado por corpusculares, raios X e. radiação ultravioleta do sol. Aqui, mesmo durante o dia, ocorrem mudanças bruscas de temperatura e vento.

Ionização da atmosfera. A característica mais interessante da atmosfera está acima de 60-80 quilômetrosé dela ionizacao, isto é, o processo de formação de um grande número de partículas eletricamente carregadas - íons. Como a ionização dos gases é característica da termosfera inferior, ela também é chamada de ionosfera.

Os gases na ionosfera estão principalmente em estado atômico. Sob a influência das radiações ultravioleta e corpuscular do Sol, que possuem alta energia, ocorre o processo de separação dos elétrons dos átomos neutros e das moléculas de ar. Esses átomos e moléculas que perderam um ou mais elétrons tornam-se carregados positivamente, e o elétron livre pode reunir-se a um átomo ou molécula neutra e dotá-lo de sua carga negativa. Esses átomos e moléculas carregados positiva e negativamente são chamados íons, e gases - ionizado, isto é, tendo recebido uma carga elétrica. Em concentrações mais altas de íons, os gases tornam-se eletricamente condutores.

O processo de ionização ocorre mais intensamente em camadas espessas limitadas por alturas de 60-80 e 220-400 km. Nessas camadas existem condições ótimas para ionização. Aqui, a densidade do ar é visivelmente maior do que na alta atmosfera, e o fornecimento de radiação ultravioleta e corpuscular do Sol é suficiente para o processo de ionização.

A descoberta da ionosfera é uma das conquistas importantes e brilhantes da ciência. Afinal, uma característica distintiva da ionosfera é a sua influência na propagação das ondas de rádio. Nas camadas ionizadas, as ondas de rádio são refletidas e, portanto, a comunicação por rádio de longa distância torna-se possível. Átomos-íons carregados refletem ondas curtas de rádio e retornam à superfície da Terra novamente, mas a uma distância considerável do local de transmissão do rádio. Obviamente, ondas de rádio curtas percorrem esse caminho várias vezes e, assim, a comunicação de rádio de longa distância é garantida. Se não fosse pela ionosfera, seria necessário construir caras linhas de retransmissão de rádio para transmitir sinais de rádio a longas distâncias.

No entanto, sabe-se que por vezes as comunicações de rádio em ondas curtas são interrompidas. Isso ocorre como resultado de erupções cromosféricas no Sol, devido às quais a radiação ultravioleta do Sol aumenta acentuadamente, levando a fortes perturbações na ionosfera e no campo magnético da Terra - tempestades magnéticas. Durante tempestades magnéticas, as comunicações de rádio são interrompidas, uma vez que o movimento das partículas carregadas depende do campo magnético. Durante tempestades magnéticas, a ionosfera reflete pior as ondas de rádio ou as transmite para o espaço. Principalmente com mudanças na atividade solar, acompanhadas pelo aumento da radiação ultravioleta, a densidade eletrônica da ionosfera e a absorção de ondas de rádio durante o dia aumentam, levando à interrupção das comunicações de rádio de ondas curtas.

De acordo com novas pesquisas, em uma camada ionizada poderosa existem zonas onde a concentração de elétrons livres atinge uma concentração ligeiramente maior do que nas camadas vizinhas. São conhecidas quatro dessas zonas, localizadas em altitudes de cerca de 60-80, 100-120, 180-200 e 300-400. quilômetros e são designados por letras D, E, F 1 E F 2 . Com o aumento da radiação do Sol, partículas carregadas (corpúsculos) sob a influência do campo magnético da Terra são desviadas para altas latitudes. Ao entrar na atmosfera, os corpúsculos aumentam tanto a ionização dos gases que começam a brilhar. É assim que eles surgem auroras- na forma de belos arcos multicoloridos que se iluminam no céu noturno principalmente nas altas latitudes da Terra. Auroras são acompanhadas por fortes tempestades magnéticas. Nesses casos, as auroras tornam-se visíveis em latitudes médias e, em casos raros, até na zona tropical. Por exemplo, a intensa aurora observada de 21 a 22 de janeiro de 1957 foi visível em quase todas as regiões do sul do nosso país.

Ao fotografar auroras de dois pontos localizados a uma distância de várias dezenas de quilômetros, a altura das auroras é determinada com grande precisão. Normalmente as auroras estão localizadas a uma altitude de cerca de 100 quilômetros, São frequentemente encontrados a uma altitude de várias centenas de quilómetros e, por vezes, a um nível de cerca de 1000 km. Embora a natureza das auroras tenha sido esclarecida, ainda existem muitas questões não resolvidas relacionadas a este fenômeno. As razões para a diversidade de formas de auroras ainda são desconhecidas.

De acordo com o terceiro satélite soviético, entre as altitudes 200 e 1000 quilômetros Durante o dia, predominam os íons positivos de oxigênio molecular dividido, ou seja, oxigênio atômico (O). Cientistas soviéticos estão explorando a ionosfera usando satélites artificiais da série Cosmos. Cientistas americanos também estudam a ionosfera por meio de satélites.

A superfície que separa a termosfera da exosfera flutua dependendo das mudanças na atividade solar e de outros fatores. Verticalmente, essas flutuações chegam a 100-200 quilômetros e mais.

Exosfera (esfera de dispersão) - a parte superior da atmosfera, localizada acima de 800 km. Foi pouco estudado. De acordo com dados observacionais e cálculos teóricos, a temperatura na exosfera aumenta com a altitude, presumivelmente até 2.000°. Ao contrário da ionosfera inferior, na exosfera os gases são tão rarefeitos que as suas partículas, movendo-se a velocidades enormes, quase nunca se encontram.

Até há relativamente pouco tempo, presumia-se que o limite convencional da atmosfera estava a uma altitude de cerca de 1000 km. No entanto, com base na frenagem de satélites artificiais da Terra, foi estabelecido que em altitudes de 700-800 quilômetros em 1 cm3 contém até 160 mil íons positivos de oxigênio atômico e nitrogênio. Isto sugere que as camadas carregadas da atmosfera se estendem pelo espaço por uma distância muito maior.

Em altas temperaturas na fronteira convencional da atmosfera, as velocidades das partículas de gás atingem aproximadamente 12 km/seg. Nessas velocidades, os gases escapam gradualmente da região de gravidade para o espaço interplanetário. Isso acontece durante um longo período de tempo. Por exemplo, partículas de hidrogênio e hélio são transportadas para o espaço interplanetário ao longo de vários anos.

No estudo das altas camadas da atmosfera, dados ricos foram obtidos tanto de satélites das séries Cosmos e Electron, quanto de foguetes geofísicos e estações espaciais Mars-1, Luna-4, etc. de valor. Assim, de acordo com fotografias tiradas no espaço por V. Nikolaeva-Tereshkova, foi estabelecido que a uma altitude de 19 quilômetros Existe uma camada de poeira da Terra. Isto foi confirmado por dados obtidos pela tripulação da espaçonave Voskhod. Aparentemente, existe uma estreita ligação entre a camada de poeira e a chamada nuvens peroladas,às vezes observado em altitudes de cerca de 20-30km.

Da atmosfera ao espaço sideral. Suposições anteriores de que além da atmosfera da Terra, no espaço interplanetário

espaço, os gases são muito rarefeitos e a concentração de partículas não ultrapassa várias unidades em 1 cm3, não se tornou realidade. A pesquisa mostrou que o espaço próximo à Terra está cheio de partículas carregadas. Com base nisso, foi apresentada uma hipótese sobre a existência de zonas ao redor da Terra com um conteúdo visivelmente aumentado de partículas carregadas, ou seja, cinturões de radiação- interno e externo. Novos dados ajudaram a esclarecer as coisas. Descobriu-se que também existem partículas carregadas entre os cinturões de radiação interno e externo. Seu número varia dependendo da atividade geomagnética e solar. Assim, de acordo com a nova suposição, em vez de cinturões de radiação, existem zonas de radiação sem limites claramente definidos. Os limites das zonas de radiação mudam dependendo da atividade solar. Quando se intensifica, ou seja, quando aparecem no Sol manchas e jatos de gás, ejetados ao longo de centenas de milhares de quilômetros, aumenta o fluxo de partículas cósmicas, que alimentam as zonas de radiação da Terra.

As zonas de radiação são perigosas para pessoas que voam em naves espaciais. Portanto, antes de um voo para o espaço, o estado e a posição das zonas de radiação são determinados, e a órbita da espaçonave é escolhida de forma que ela passe fora das áreas de maior radiação. Contudo, as altas camadas da atmosfera, bem como o espaço exterior próximo da Terra, ainda foram pouco explorados.

O estudo das altas camadas da atmosfera e do espaço próximo à Terra utiliza ricos dados obtidos de satélites Cosmos e estações espaciais.

As altas camadas da atmosfera são as menos estudadas. No entanto, os métodos modernos de sua pesquisa nos permitem esperar que nos próximos anos as pessoas conheçam muitos detalhes da estrutura da atmosfera em que vivem.

Concluindo, apresentamos um corte vertical esquemático da atmosfera (Fig. 7). Aqui, as altitudes em quilômetros e a pressão atmosférica em milímetros são plotadas verticalmente e a temperatura é plotada horizontalmente. A curva sólida mostra a mudança na temperatura do ar com a altura. Nas altitudes correspondentes são anotados os fenômenos mais importantes observados na atmosfera, bem como as altitudes máximas atingidas pelas radiossondas e outros meios de detecção da atmosfera.

11.10.2019

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