sastav i struktura atmosfere

АТМОСФЕРА

2

• реч атмосфера? (=пара)+

(=лопта)• гасовити омотач око

небеских тела (и Земље)– атмосфера планете– атмосфера звезде

• Танки омотач ваздуха око (наше) планете који гравитација држи уз Земљу.

• Атмосфера је ваздушни омотач земље који се с њом креће око заједничке осе. Тачну висину горње границе атмосфере је тешко одредити јер ваздух са висином постаје ређи. Ипак сматра се да најређи слој атмосфере допире до 20 000 км.

• Атмосфера омогућава живот на земљи и штити од многих неповољних утицаја. Када не би било атмосфере, земља би се дању прекомерно загревала а ноћу исувише хладила, тако да би дневна колебања температуре ваздуха била изразита, и до 200 степени. UV зраци уништили би живи свет, а несагорели метеорити падали би на земљу огромном брзином, формирајући рељеф сличан оном на Месецу.

3

САСТАВ ВАЗДУХА

• Атмосфера је смеша гасова, од којих неки имају готово сталну а други променљиву концентрацију. Осим тога, атмосфера садржи и разне чврсте примесе распршене у ваздуху, тзв. аеросоли.

• Њен хемијски састав је постојан приближно до висине од 100 км. Зато се тај слој назива хомосфера. Изнад тога, у тзв. хетеросфери јавља се гравитациона подела гасова а садржај лаких гасова се увећава са висином.

4

• Основни састојци атмосфере су азот (78%), кисеоник (21%), аргон (0,9%) и угљен-диоксид (0,03%). На њих долази 99,93% укупне запремине сувог ваздуха а остатак чине племенити гасови, водоник, метан, озон, сумпор-диоксид и др.

• Састав атмосфере се мења са висином, у слоју до 200 км преовлађују молекули азота и кисеоника, од 200-1000 км атомски кисеоник, а преко 1000 км хелијум, као лакши гас.

• Количина воде, односно водене паре је променљива, у просеку сваког минута настаје милијарду тона водене паре.

5

6

гас симболПроценат у атмосфери

Nitrogen N2 78.084%

99.998%Oxygen O2 20.947%

Argon Ar 0.934%

Carbon Dioxide CO2 0.033%

Neon Ne 18.2 parts per million

Helium He 5.2 parts per million

Krypton Kr 1.1 parts per million

Sulfur dioxide SO2 1.0 parts per million

Methane CH4 2.0 parts per million

Hydrogen H2 0.5 parts per million

Nitrous Oxide N2O 0.5 parts per million

Xenon Xe 0.09 parts per million

Ozone O3 0.07 parts per million

Nitrogen dioxide NO2 0.02 parts per million

Iodine I2 0.01 parts per million

Carbon monoxide CO trace

Ammonia NH3 trace

parts per milionparts per milion – ppm - – ppm - делова у милион честицаделова у милион честица – – колико колико честица дате врсте има у милион честица (ваздуха)честица дате врсте има у милион честица (ваздуха)

7

• 99% атмосфере је у првих 50 км• живи свет се налази у слоју дебљине око 9 км

– неколико км испод и изнад нивоа мора • биосфера је део Земље у којој егзистирају сва позната жива бића.

– представља релативно танак слој који се налази у хидросфери, атмосфери и литосфери

НАСТАНАК АТМОСФЕРЕ• првобитна атмосфера која се налазила око Земље је вероватно

била састављена из H и He• након тога је дошло до мешања првобитне атмосфере и гасова

из растопљене Земље (пре око 4 милијарде година) + утицај судара са кометама, метеоритима, ...– H2O, CO2, SO2, CO, S2, Cl2, N2, H2, NH3, и CH4

– омогућила је формирање океана и раних форми живота– није садржала слободан кисеоник!

• садашња атмосфера– настала након што су Cyanobacteria отпочеле процес

фотосинтезе– кисеоник је на садашњем нивоу од пре око 400 милиона

година

8

СТРУКТУРА АТМОСФЕРЕ

• Са порастом висине мењају се температура, ваздушни притисак и физичко-хемијске особине ваздуха. Због тога је атмосфера слојевита. Ваздух је најгушћи при земљиној површини. До висине од 5 км концентрисано је 50%, а до 36 км око 99% његове масе.

• У атмосфери се издваја 5 слојева : тропосфера, стратосфера, термосфера и егзосфера. Између њих су прелазни слојеви : тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза.

9

10

Тропосфера

• Најнижи и најгушћи део атмосфере, који се простире до висине од 8 км изнад полова и до 18 км изнад екватора.

• У њој се налази 80% масе атмосфере, скоро сва атмосферска вода, ту се стварају облаци, настају сва значајнија струјања ваздуха и одвијају се све временске промене.

• Температура с висином опада и на горњој граници тропосфере износи од -55 до -80 степени.

• Једино у овом слоју могућ је живот.

Стратосфера

• до 50 км висине• У њој се температура у почетку не мења, а затим расте

с висином због присуства велике количине озона, који се загрева упијањем штетних УВ зрака, штитећи на тај начин живи свет на земљи.

• Концентрација озона је највећа на висини 20-25 км, а слој са озоном назива се озоносфера.

• због сувоће ваздуха у стратосфери нема облака, само се понекад стварају танки седефасти облаци састављени од ситних капљица прехлађене водене паре и кристалића леда

Мезосфера

• до висине од 85 km• због слабе апсорпције топлоте температура опада

до -80 степени– најхладнија област у атмосфери• често се зове средња атмосфера• У овој сфери сагорева већина метеорита

Термосфера• 200 до 500 km• температура расте рапидно са

висином услед загревања од стране Сунца али и варира доста у зависности од доба дана, степена соларне активности и географске ширине

• варира од 400 до 2000 степени Целзијуса– минимална када Сунце излази, а

максимална око 14.00

• позната као горња атмосфера

15

Јоносфера

• Ваздух је веома раређен и садржи јоне- наелектрисане честице гасова по којима је овај слој и добио име

• рефлектује већину радио таласа и враћа их назад ка земљи – омогућује радио комуникацију

• у њој се ствара поларна светлост – aurora –види се у вишим географским ширинама– у северној - aurora borealis– и јужној хемисфери - aurora

australis

Егзосфера

• од врха термосфере у космос (500 до 1.000 километара)

• атоми и молекули су веома ретки и могу да се ослободе земљине гравитације и оду у космос,

• водоник и хелијум су примарне компоненте али са веома малом густином

17

Магнетосфера• изнад 1000 км,• област у којој магнетно поље доминантно утиче на

кретање наелектрисаних честица• у њој Земљино магнетно поље интерагује са

соларним ветром и заробљава наелектрисане честице (електроне и протоне)

• откривена 1958. Експлорер 1• 1959. добила име • полупречник око 10 полупречника Земље• Имају је и (неке) друге планете

– Меркур, Јупитер, Сатурн, Уран, Нептун

18

Притисак атмосфере

• Притисак је сила на јединицу нормалне површине (P=F/S).

• Гравитација на земљи изазива атмосферски притисак – последица тежине атмосфере.

• Из измереног притиска следи да је маса стуба ваздуха изнад сваког m2 ~10,000kg.

• Откуд јој плава боја?• Рејлијев закон расејања

светлости I~1/4

Земљина атмосфера

• у поређењу са димензијама Земље (104 km), атмосфера је танка “љуска” око ње (0,8% радијуса Земље).

20

Јединице у којима се изражава притисак

• Паскал=N/m2

• мм живиног стуба, тор, атмосфера, пси, бар, ...

• нормални атмосферски притисак– 1 atm = 101.325 kPa – 1 atm = 760 mmHg– 1 atm = 760 torr– 1 bar = 105 Pa (1 bar ~ 1 atm) , 1 mb је приближно

100 atm– =14.7 psi