Атмосфера Земли
Наша планета окружена различными газами, из которых и состоит атмосфера Земли. Неоднородная, динамичная и крайне уязвимая к влиянию живых организмов. Внутренняя поверхность касается гидросферы, а внешняя практически поравнялась с космическим пространством. На протяжении всего своего существования, ее состав постоянно изменялся под влиянием множества факторов. В то же время от нее зависит климат на планете и жизнь всего живого.
Как появилась атмосфера?
Атмосфера земли защищает всех нас от угроз необъятного космоса. Именно она не пропускает опасные излучения, падающие метеориты и нормализует температуру на планете. Ведь благодаря парниковому эффекту, возникающему из-за отражения лучей Солнца от облаков, Земля стала теплее примерно на 30 градусов. Да и само появление жизни было бы невозможно, без разнообразия состава атмосферы. Ведь, если посмотреть на другие планеты, то они и близко непохожи на Землю. Но почему существует атмосфера земли?
Примерная толщина атмосферы составляет более 120 километров, а масса воздуха в ней просто огромна – 5.3*1018 кг. Такой объем возник из-за разнообразия газов в ее составе. Почти вся таблица Менделеева. Но атмосфера земли стала такой, как она есть сейчас, не сразу. Раньше вся поверхность планеты была испещрена кратерами от метеоритов, которым не стоило особо труда пробиться сквозь тонкую пелену, окружающую Землю. Изначально, в составе атмосферы был лишь водород и гелий, а потом, благодаря наличию извергающихся вулканов, добавились аммиак, метан, углекислый газ, сера и азот. Теперь именно они составляют 78 процентов от общей массы атмосферы.
Проходили миллионы и миллионы лет и появился кислород, именно с его приходом все изменилось. Как это случилось? Мантия планеты была раскалена и буквально трещала по швам, выпуская наружу различные газы. А вулканы рождали водяные пары, на них воздействовал ультрафиолет, получая водород и кислород. Но, увы, он не мог надолго задержаться в атмосфере, виной тому были чрезвычайно высокие температуры и излучение солнца, заставляющие его распадаться на исходные части. Все изменилось с приходом первых живых организмов.
Живые организмы
Атмосфера Земли сформировалась именно благодаря совместным усилиям планеты и живых организмов. Если первая позаботилась о наличии всевозможных газов, то вторые стали активно выделить кислород, который уже просто не успевал распадаться. В результате этого, за несколько миллиардов лет, он стал занимать 21 процент от массы атмосферы.
Но на этом участие живых организмов не закончилось, и они стали использовать углерод для того чтобы строить собственные скелеты. Кора Земли буквально наполнилась пластами из органики и останков ископаемых. Вместе с этим, количество углекислого газа серьезно уменьшилось, а кислорода становилось все больше и больше, в результате появился озоновый слой земли, взявший на себя роль защитника всех живых организмов от смертельно опасного влияния ультрафиолетовых лучей. Жизнь на Земле стала разнообразней и стали появляется более развитые существа.
Влияние атмосферы на внешний облик Земли
Любой человек, хотя бы раз глядевший на синее небо над головой, задумывался о том, почему же именно синий цвет? Ответ, опять же, кроется в атмосфере. Кислород способен рассеивать волны коротких диапазонов и в результате давать синий цвет. Конечно, другие газы также могут делать это, но в гораздо меньшей степени. Такой же эффект можно наблюдать и из космоса, откуда Земля виднеется будто окутанная синей дымкой.
Также, литосферные плиты и вулканы, отвечающие на вопрос, почему существует атмосфера земли, являются главными источники благородного газа Аргона, который занимает лишь 1 процент от общей массы атмосферы по причине своей летучести. Он поднимается в верхние слои и после отправляется в космос. Практически то же самое происходит и с гелием.
Атмосфера менялась сотни раз и каждый являлся сильнейшим толчком для развития всего живого. Но некоторые изменения настолько устойчивы, что их существование продолжится практически при любых условиях. Например, защитники экологии очень часто говорят про то, что озоновый слой земли может погибнуть, если человечество не прекратит свою пагубную деятельность. Даже в случае чрезвычайного сокращения количества кислорода в атмосфере, например, в 100 раз, слой продолжит свое существование. Это означает, что человек оставил лишь малый след в истории планеты, но в определенных точках мира, подобная проблема может серьезно сказаться на уровне жизни людей. Например, из-за смога, нависшего над Пекином, люди вынуждены дышать загрязненным воздухом. А тем временем, озоновый слой защищает землю от ультрафиолета и продолжит это делать в любом случае.
Из чего состоит атмосфера?
Выше уже говорилось, что атмосфера является скоплением различных газов, образующих защитную оболочку. Однако, атмосфера земли слои имеет различные, каждый из которых обладает уникальным набором характеристик.
Тропосфера
Первый слой атмосферы, находящийся на промежутке от 0 до 20 километров. Высота зависит от времени года и типа широты. В этом слое содержится примерно 80 процентов всего воздуха и 90 процентов водяного пара. Турбулентность, конвекция, возникновение облаков и циклонов, все это происходит именно здесь. Температура меняется в зависимости от высоты. Как говорит школьный курс – чем выше, тем холоднее. А дальнейшее развитие показало, что каждый 100 метров температура понижается на 0,65 градусов Цельсия.
Какой из атмосферных слоев ближе к земле? Как уже говорилось выше, тропосфера. И именно эта близость повлияла на создание воздушного дна. Места, где происходит контакт с литосферов. Роль дна крайне высока для всего живого на Земле, именно тут поверхность создает ветры, возникают перепады давления, разделяющиеся неровностями и выпуклостями. Также, здесь происходит круговорот воды в природе, вся вода, испаряющаяся с площади океанов, возвращается обратно в них, а слой становится похож на самый обычный водяной фильтр, огромных размеров.
Тропопауза
В этом слое, понижение температуры с повышением высоты прекращается и на этом его роль заканчивается;
Стратосфера
На отрезке между 8 и 50 километрами вверх, находится стратосфера. В ней практически нет водяного пара, и из-за этого атмосферное давление земли серьезно отличается от здешних показателей. Здесь же происходит нагрев воздуха до 0-1 градуса по Цельсию. В нижних слоях стратосферы постоянно летают самолеты.
Нахождение на этой высоте гарантирует отсутствие зон турбулентности и делает движение более простым, благодаря разреженности воздуха.
Но в какой-то момент разреженность становится столь высока, что нахождение в этом слое атмосферы более невозможно из-за нехватки притока воздуха для двигателей. Поэтому стратосфера излюбленное место боевых самолетов и метеорологических зондов, которые собирают данные об изменениях тропосферы.
Что удивительно, на такой высоте все еще могут выживать живые организмы. Наиболее часто встречается аэропланктон, но были случаи, когда в турбины самолета попадали разновидности грифов, а некоторые утки могут летать над Эверестом.
Стратопауза
Очередной промежуточный слой, в котором окружающая температура застывает на отметке в 0 градусов по Цельсию.
Озоновый слой
Атмосферные слои земли содержат в себе и «защитника» всего живого, о котором уже говорилось выше. Находится он именно между страто- и мезосферой.
Мезосфера
Самая опасная и малоизученная часть атмосферы. А всему виной чрезвычайно малое давление и разреженность воздуха. Воздушные шары перестают двигаться, оставаясь висеть на месте, реактивные самолеты становятся бесполезными из-за отсутствия аэродинамики. Полеты остаются возможными лишь для ракет и раекетопланов. Даже спутники не могут надолго задерживаться в этом слое атмосферы, часто они просто сгорают здесь.
Именно поэтому, о мезосфере практически ничего не известно, кроме того, что в этом слое сгорает большинство падающих на землю метеоритов.
Мезопауза
Переходный слой атмосферы с температурой воздуха порядка -90 градусов.
Линия Кармана
Условная граница между космосом и атмосферой, находящаяся на высоте 100 км над уровнем моря.
Термосфера
Слой, начинающийся на отметке линии Кармана и заканчивающийся на 800 км. Отличается чрезвычайно высокими температурами, порядка 1600 градусов по Цельсию. Подобная температура не испепеляет космические шаттлы лишь по двум причинам: 1) чрезвычайно малая концентрация воздуха, создающая эффект вакуума; 2) радиаторы, которыми оснащены все летающие аппараты. Они помогают избавляться от избытка энергии.
Термопауза
Граница термосферы, в которой практически отсутствует поглощение солнечного излучения, и температура перестает меняться в зависимости от изменения высоты.
Экзосфера
На этом слои атмосферы заканчиваются, а происходит это на высоте 800 километров, где атмосфера состоит из атомов водорода, ионизированных под воздействием солнечного излучения. Как результат, чрезвычайная разреженность и низкое давление. Огромные размеры этого слоя перетекают в корону Земли, растянутую на 100 тысяч километров от планеты.
Свойства атмосферы земли и их влияние на человека
Какой из атмосферных слоев ближе к земле, мы уже разобрались, а вот с влиянием атмосферы на человека, все еще не до конца понятно. Если человек поднимется на высоту более 5 километров, то произойдет кислородное голодание, особенно заметно оно будет у человека, поднявшегося на такую высоту без предварительных тренировок. Как итог – работоспособность и общее самочувствие серьезно ухудшатся. А дыхание станет невозможным уже после 9 км, несмотря на то, что кислород содержится вплоть до 115 км.
Если же преодолеть границу высоты в 20 км, то вода и межтканевые жидкости в теле человека станут закипать, что практически мгновенно приведет к смерти. Определение «космос», где человек не может находиться без специальных приспособлений, начинается уже с 15 км.
Тропосфера и стратосфера носят защитные функции и предотвращают попадание радиации на Землю. Если бы их не было, то ультрафиолетовый спектр, находящийся на высоте 40 км, воздействовал бы на человека и на поверхности Земли, что неизбежно привело бы к смерти всех разумных существ.
Если подняться выше отметки в 60 км, то все привычные явления, например, распространение звука, аэродинамика, теплообмен и так далее, прекратятся, из-за того, что они могут происходить лишь в нижних слоях атмосферы.
А поднявшись выше 100 километров, становится невозможно передать тепло любым способом, кроме теплового излучения. Так как различные аппараты космических кораблей, самолетов и так далее, более не охлаждаются изнутри, что ведет к бесполезности воздушных радиаторов.
А что с облаками?
Главная составляющая нашей Земли и причина появления всего живого – атмосфера, но в то же время, ее появление было бы невозможно, без влияния водной поверхности планеты. Вода находится, как в морях, океанах и реках, так и в воздухе. Примерно 5.2 * 10^15 кг воды размещено в атмосфере. Это и водяной пар, и газ, и ледяные кристаллы. Наибольшая концентрация содержится в облаках. Из-за своего огромного размера, облака могут содержать сотни тонн воды.
Подобные образования видны из космоса даже невооруженным взглядом. А все из-за того, что более половины поверхности Земли покрыто облаками. Между прочим, они влияют на теплообмен планеты. В зимнее время происходит поглощение солнечных лучей и за счет парникового эффекта, температура планеты повышается. А летом, огромная энергия Солнца блокируется лишь благодаря наличию облаков.
Стоит сказать, что именно из-за того, что в пустынях они отсутствуют, все накопленное за день тепло, так быстро улетучивается с поверхности планеты. В других же регионах, именно облака способствуют нормализации температуры в ночное время суток.
Большинство видов облаков формируется в тропосфере, но далее происходит бурное развитие, породившее целую классификацию этих загадочных образований. Метеорологи предсказывают по ним погоду, а также определяют количество примесей того или иного газа в воздухе.
Проблема загрязнения атмосферы
Хоть человек и оказывает минимальное влияние на планету в целом, но нельзя не отметить, чрезвычайно увеличение количества углекислого газа в последнее время, которое происходит из-за активного сжигания запасов углеводородного топлива, копившегося веками в результате отмирания других живых организмов.
Углекислый газ поглощается океанами и участвует в процессе фотосинтеза, но все равно лишь за последний век, его количество увеличилось на 10 процентов и если темпы не будут снижены, то это может привести к серьезным изменениям мирового климата.
К тому же, происходит аэрозольное загрязнение, возникающие в результате извержения вулканов, пылевых бурь и уноса пыльцы растений, но есть и искусственные причины, созданные человеком. Сжигание топлива, использование цемента, добыча полезных ископаемых. Возможно, именно вынос твердых частиц в атмосферу Земли и окажет решающее влияние на изменение планетарного климата.
Источник
Ученые нашли естественный механизм защиты Земли от солнечных вспышек
МОСКВА, 7 мар — РИА Новости. Плазма, поднимающаяся от Земли навстречу частицам, которые выбрасывает Солнце, защищает планету при солнечных вспышках, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Последние расчеты ученых показали, что на интенсивность взаимодействия силовых линий магнитного поля Земли и солнечного ветра также влияет поведение окружающей планету плазмосферы. Оказалось, что когда воздействие солнечного ветра на магнитосферу становится сильным, часть холодной плазмы, окружающей Землю, перемещается к ближней к Солнцу границе магнитосферы. Благодаря этому увеличивается масса вещества во взаимодействующей с солнечным ветром области, из-за чего перезамыкание магнитных линий становится менее активным.
«Магнитное поле Земли защищает жизнь на ее поверхности от влияния солнечных вспышек. Перезамыкание вытягивает часть этого магнитного щита и пропускает энергию внутрь, что дает мощные (магнитные) штормы. Плазма вытекает в космос и замедляет процесс перезамыкания, так что влияние Солнца на Землю оказывается не таким разрушительным», — пояснил Фостер.
Источник
Разрушение озонового слоя: причины и последствия катастрофы
Разрушение озонового слоя: причины и последствия катастрофы
Ученые предполагают, что возникновение озонового экрана Земли произошло четыреста миллионов лет назад. Именно этот процесс, по их мнению, позволил микроорганизмам подняться со дна океана и выйти на сушу. Так на Земле появилась жизнь.
Что такое озоновый слой
Озоновый слой — это самый легкий и тонкий слой в атмосфере, который содержит относительную концентрацию озона (до 0,001%). Озоновый слой защищает нашу планету от опасного ультрафиолетового излучения, которое способно причинить значительный ущерб жизни на Земле.
Однако озоновый слой не только покрывает нашу планету. Его также можно найти и на поверхности земли — он используется для таких целей, как отбеливание бумажной целлюлозы, обеззараживание питьевой воды и удаление неприятных запахов из продуктов.
Как образуется озоновый слой
Озон — это аллотропная модификация кислорода. Ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулы кислорода, превращая О2 в О+О. После расщепления О присоединяется к другим молекулам кислорода, образуя озон (О3=О+О2).
О3 и молекулы кислорода «поглощают» около 97–99% вредного ультрафиолетового излучения, преобразовывая его в тепло.
Где находится озоновый слой
Озоновый слой находится на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли, в верхних слоях атмосферы. Озоносфера (или озоновый экран) в разных широтах планеты находится на разных уровнях. В тропических широтах озоновый слой находится на расстоянии от 25 до 30 км, в умеренных — от 20 до 25 км, в полярном круге расстояние еще меньше — от 15 до 25 км.
Толщина озонового слоя
Озоновый слой считается самым тонким в атмосфере. Концентрация озона в верхних слоях измеряется в единицах Добсона. Одна единица Добсона составляет 10 микрометров чистого озона при температуре 0 °C и стабильном атмосферном давлении. Нормальной концентрацией озона считается 300 единиц. Отсюда следует, что толщина озонового слоя составляет всего 3 000 микрометров (3 миллиметра).
Озоновый слой и УФ-излучение
Главная задача озонового слоя — оберегать планету от опасной солнечной радиации.
УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.
В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, желтухи, экземы и рахита. При лечении также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование данного излучения происходит под четким медицинским наблюдением.
Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний кожи, глаз и иммунной системы.
Солнечные ожоги случаются в результате долгого влияния УФ-излучения на кожу. Оно способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.
Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:
- УФ-А (от 320 до 400 нанометров): не поглощаемая озоном длина, так как находится на безопасном расстоянии.
- УФ-В (от 280 до 320 нанометров): большая часть поглощается озоном, но данная длина излучения может быть вредна для чувствительной кожи.
- УФ-С (менее 280 нанометров): полностью поглощается озоном. Наиболее опасная длина, потому что она самая короткая и может уничтожить добрую часть нашей экосистемы.
Разрушение озонового слоя
Годы изучения защитного экрана показали, что над поверхностью Земли в некоторых районах озоновый слой начал истончаться. Первую «брешь» обнаружили над Антарктидой.
Причиной повреждения и истончения озоносферы Земли были признаны синтетические и искусственные вещества, образованные в результате промышленной деятельности.
Причина разрушения озона — хлорфторуглерод, группа органических соединений, включающих атомы фтора, хлора и углерода. Эти соединения не токсичны, стабильны и, взаимодействуя с воздухом, не образуют взрывоопасных веществ.
Фреон (хладагент) — яркий представитель этих соединений и включает в себя более 40 различных веществ. Область применения фреона захватывает практически все сферы жизнедеятельности человека. Впервые хлорфторуглероды стали использовать в работе холодильных устройств (холодильники, кондиционеры), заменив ими токсичные и взрывоопасные аммиак и сернистый газ. Позже хлорфторуглероды стали широко эксплуатировать в аэрозольных баллонах, вспенивателях, растворителях, а также в пищевой и парфюмерной отраслях.
Однако сейчас известно, что под воздействием солнечной радиации хлорфторуглероды разлагаются в атмосфере и образуют вещества, которые эффективно разрушают молекулы озона. И если на Земле фреон не представляет опасности для жизни, в стратосфере он активно разрушает защитную систему нашей планеты.
Монреальский протокол
В 1987 году Всемирная Метеорологическая Организация и Программа ООН по окружающей среде собрали вместе ученых, дипломатов, защитников окружающей среды, членов правительства, представителей промышленности и коммерческие организации для заключения соглашения о поэтапном отказе от химических веществ. В январе 1989 года вступил в силу Монреальский протокол, первое в мире международное соглашение о регулировании химических загрязнителей.
В рамках протокола было решено постепенно сокращать производство и использование озоноразрушающих химических веществ, в первую очередь был введен запрет на использование ХФУ (хлорфторуглерод) в распылительных аэрозольных баллончиках.
Озоновые дыры
В 1985 году над Антарктидой обнаружили озоновую «дыру» диаметром более 1 000 км. По сей день она является самой большой и занимает площадь чуть меньше 20 млн кв. км.
К счастью, как таковой дыры нет. На самом деле, когда ученые и популярные средства массовой информации ссылаются на дыру в озоновом слое, речь идет об области с низкой концентрацией озона. Толщина озоновой оболочки в этой местности меняется в зависимости от времени года.
Почему дыра образовалась именно над Антарктидой, если главная причина в опасных выбросах?
Ученые объясняют этот феномен тем, что хлорфторуглероды переносятся в Антарктику воздушными потоками. Особенные климатические условия, а конкретно — крайне низкие температуры (до −80 °C) способствуют формированию стратосферных облаков.
В этих облаках происходит серия химических реакций. Хлор, содержащийся в ХФУ, отделяется от других веществ, кристаллизуется и в течение всего холодного периода сохраняется в таком состоянии. С приходом весны интенсивность ультрафиолетовых лучей усиливается, атомы хлора высвобождаются, разрушая молекулы озона. В итоге образуется озоновая дыра.
Мир без озонового слоя
Озоновая дыра над Антарктидой не единственная. Количество дыр растет с каждым годом по всему миру. Поток солнечной радиации увеличивается и вызывает вспышки раковых заболеваний кожи и катаракту, причем дети этому явлению подвержены сильнее.
Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда (НАСА), чтобы доказать значение озонового слоя, смоделировали ситуацию стремительного разрушения защитного экрана Земли.
Группа ученых начала работу с создания модели атмосферной циркуляции земной системы, которая учитывает химические реакции в атмосфере, колебания температуры и ветра, изменения солнечной энергии, а также другие элементы глобального изменения климата. Потери озона изменяют температуру в разных частях атмосферы, и эти изменения способствуют или подавляют химические реакции.
Затем исследователи увеличили выброс ХФУ и подобных соединений на 3% в год, что примерно вдвое меньше, чем в начале 1970-х годов, когда хлорфторуглероды активно использовались в производстве и быту. Ученые позволили моделируемому миру развиваться с 1970 по 2065 год.
Год 2065. Почти две трети озоносферы Земли исчезло. У самой большой озоновой дыры над Антарктидой появился двойник над Северным полюсом. Ультрафиолетовое излучение, падающее на города средних широт (например, Вашингтон), настолько сильное, что способно вызвать солнечный ожог всего за пять минут. Из-за высокого уровня радиации вероятность мутации ДНК увеличивается на 650%.
Решение есть
Увидев мир без озонового слоя, ученые пришли к выводу, что разрушение стратосферного озона можно остановить. Альтернативные вещества, которые не навредят защитному экрану Земли, существуют. К ним относятся углекислый газ, нетоксичный пропан, аммиак и изобутан (природный хладагент).
Как отмечают экологи, озоновый щит планеты уже сейчас восстанавливается на 1–3% в десятилетие. При благоприятных прогнозах озоновые дыры могут исчезнуть по всей планете к 2060 году. Команда ученых НАСА предполагает, что восстановление озонового слоя связано с Монреальским протоколом.
Специалисты из Национального управления океанических и атмосферных исследований США в 2018 году обнаружили крупные выбросы в атмосферу озоноразрушающего газа — трихлорфторметана.
Было установлено, что эпицентр выбросов находится в Восточной Азии, а позже более 18 производственных фабрик в Китае сами признались в незарегистрированном использовании фреона.
Экологи считают, что повлиять на целостность озонового слоя могут сами люди на бытовом уровне. Озоновый экран планеты также подвергается атакам парниковых газов и токсичных выбросов воздушного и наземного транспорта. Использование экологически чистого топлива, сохранение ресурсов земли и правильная утилизация вредных отходов сыграет значительную роль в спасении Земли.
Стоит начать очищение окружающей среды с маленького островка — своей квартиры. Через открытые окна в наше жилище поступает большое количество пыли, вредных испарений, ядовитых выбросов и неприятных запахов. В этой ситуации поможет бризер: благодаря трехступенчатой системе фильтрации устройство препятствует проникновению в комнату вредных веществ, бактерий, аллергенов и вирусов с улицы. Бризер борется с духотой в квартире и создает все условия для комфортной жизни и спокойного сна.
Заключение
Проблема разрушения озонового слоя планеты тесно связана с угрозой глобального потепления. Есть предположение, что восстановление озоновой оболочки замедлит таяние льдов
Правительство и многие крупные промышленные корпорации играют большую роль в том, как мы используем ресурсы Земли. Если сохранение окружающей среды станет первоочередной задачей каждого из государств, возможно, разрушительное влияние на нашу среду обитания достигнет минимума.
Источник