Атмосфера

Жер шарынын атмосферасы. Бийиктиктен бир көрүнүш

Атмосфера

Атмосфера – бул (грек. атмос-буу, сфера-шар) Жердин газдуу оболочкасы. Илимде Жердин атмосферасынын пайда болуу этабы тууралуу бир нече теория бар. Кеңири тараган теорияга кайрылсак, атмосфера төрт ири этапты б.а. төрт түрдүү курамды басып өткөн. Алгач ал жеңил газдардан турган (суутек жана гелий). Кийинки этапта атмосфера башка газдар (суу буусу, аммияк, углеводороддор) менен толукталган. Бул калыбына келүү этабы болгон. Үчүнчү этапта атмосфера ири көлөмдөгү азот жана көмүр кычкыл газы менен толукталган. Бул этаптын аягында атмосферадагы кычкылтектин көлөмү арткан. Илимде айтылгандай, бүгүнкү күндө атмосфераны басып өткөн этабындагы бардык процесстер жүрүп турат.
Атмосферанын пайда болушу менен бул планетада жашоо мүмкүнчүлүгү түзүлгөн. Жер шарынын атмосферасы азоттон, кычкылтектен, суу буусунан жана аз көлөмдөгү башка газдардан турат. Ошондой эле, атмосфера Жер шарын Күндүн зыяндуу ультрафиолеттик нурдануусунан коргоочу кызматты аткарат. Атмосфера өзү бир нече катмардан турат. Жер бетиндеги жашоо негизинен алдынкы катмарда – тропосферада орун алган. Тропосферанын бийиктиги 8-18 км. Булуттардын пайда болушу, чагылган чагылып, жамгырдын жаашы сыяктуу тарбигый кубулуштар ушул катмарда ишке ашат. Андан жогору озон катмары жайгашкан жана ал жерди зыяндуу космостук нурлардан, сууктан сактап турат. Андан жогору өзгөчөлүгүнө жараша башка катмарлар кетет.

ХИМИЯЛЫК КУРАМЫ

Атмосферанын химиялык курамы

Жердин массасы болжол менен 6•10²⁴ кг, ал эми орточо диаметри 12 756 км. Мындан тышкары 1500 км бийиктикте атмосфера курчап турат. Атмосферанын төмөнкү катмарларын болжол менен 78,08% азот, 20,9% кычкылтек жана 0,93% аргон, калганын неон, гелий, криптон, метан, суутек, ксенон, азоттун кычкылы, озон, аммиак сыяктуу газдар түзөт. Суутек (H₂) жана көмүр кычкыл газынан (CO₂) башка атмосфераны түзгөн газдардын катышы дээрлик туруктуу.

Мындан тышкары, тропосферада көп сандагы катуу жана суюк абалдагы бөлүкчөлөр – аэрозолдор (чаң, суунун микротамчылары, муз кристаллдары, деңиз туздары, өсүмдүктөрдүн жана минералдык заттардын чаңдары) бар. Абанын суммалык массасы 5.3 х 10¹⁵ тонна (5 300 000 000 000 000 тонна). Таза абанын деңиз деңгээлинде 0 °C температурада басымы 1013.25 гПа (760 мм.сым.мам.).

Кычкылтек

Суунун химиялык түзүлүшү

Миңдеген жылдар бою адамдарды дем алып жаткан аба эмес, алтын, кендер кызыктырып келген. Аристотель убагында абанын жашооо үчүн канчалык керек экендигин айтып чыккан, ошентсе да, анын курамын аныктоого эч ким кызыккан эмес. Бирок, кытай алхимиги Мао Хаонун (8-кылым) кол жазмаларында аба бир нече газдардан турарын, жана алардын бири дем алуубузду жана оттун күйүүсүн камсыздай тургандыгын жазып кеткен. Бул көз караш Европада жүз жылдан кийин тараган. Мындай маалыматтарды Леонардо да Винчинин кол жазмаларынан табууга болот. 18-кылымда аба бир нече газдардан турары жана анда дем алуубузга мүмкүнчүлүк берген кандайдыр бир элемент бар экени көптөгөн алхимиктер үчүн белгилүү болуп калган. Шведдик аптекачы Карл Шееле жана англиялык натуралист Джозеф Пристли 1770-жылдары бири-биринен көз карандысыз, күйүүнү камсыз кылган газды ачышкан. Улуу Француз химиги Антуан Лавуазье, Пристлинин ачылышы тууралуу маалыматы болуп туруп, абадагы ошол эле күйүүнү жана дем алууну камсыздаган газды тапкан да ага «Oxygenium» деген ат берген. Бул элемент кычкылтек болгон. Кычкылтектин Менделеевдин таблицасында 8-катар номурду ээлейт. Өз алдынча бул газ жыты, түсү жана даамы жок. Жер бетиндеги эң кеңири таралган элемент. Бирок, өтө активдүү болгондуктан, башка химиялык элементтер менен тез реакцияга кирет. Ошондуктан, табиятта негизинен бир элементке байланган абалда кездешет. Абада кычкылтек 21%, ал эми жер кыртышында эки эсе көп кездешет. Ал эми башка планеталарда азырынча кездешкенин таба элек.

Газ	Көлөмдүк көрсөткүчү, %	Массалык көрсөткүчү, %
Азот	78,084	75,50
Кычкылтек	20,946	23,10
Аргон	0,932	1,286
Суу	0,5-4	—
Көмүр кычкыл газы	0,0387	0,059
Неон	1,818·10−3	1,3·10−3
Гелий	4,6·10−4	7,2·10−5
Метан	1,7·10−4	—
Криптон	1,14·10−4	2,9·10−4
Суутек	5·10−5	7,6·10−5
Ксенон	8,7·10−6	—
Азоттун чала кычкылы	5·10−5	7,7·10−5

Азот

Азотттун сыпаты

Азот өзүнчө газ катары 1772-жылы шотландиялык окумуштуу Д. Резерфорд тарабынан ачылган. Андан көп өтпөй Антуан Лавуазье бул газдын абанын курамында да бар экендигин ачкан. Ал бул газга «азот» деген ат берген. Грек тилинен которгондо «жашоого жарабаган» деген маанини берет. Бирок, ал табигатта өзүнүн атына карама каршы келет. Себеби, бардык жандыктардын жашоосу үчүн өтө маанилүү элемент болуп, бардык тирүү организмде башка бир элементке байланган абалында болот. Азот (N₂) инерттүү газ. Абадагы концентрациясы 78%, жер кыртышында кеңири таралган элементтердин арасында 17-орунда турат. «Байланбаган» абалда азот түсү, жыты жана даамы жок. Азот атмосферанын жогорку катмарларында NO деңгээлине чейин кычкылданат, өндүрүштө колдонулат.. Реакцияга өзгөчө бир учурда гана кирет (мисалы, чагылган чагылганда).

Суутек

Суутектин химиялык түзүлүшү

Суутек алгач «күйүүчү газ» деген ат менен 1766-жылы анлиялык физик Генри Кавендиш тарабынан ачылган. Бул газ күйгөндө сууну берген (күйүү – бул кычкылтек менен кошулуусу экендиги белгилүү). Бирок, Кавендиш өз ачылышын туура эмес талкуулаган. Аны кийин Антуан Лавуазье илимий дүйнөгө так аныктамасын ачып бере алган. Атайын приборлор менен ал сууну алган жана аны ажыратуу менен «күйүүчү газ» суунун курамына кирерин далилдеген. Суутек Менделеевдин таблицасында биринчи орунда турат. Жер кыртышында 1%, эркин абалында суутек кездешпейт. Аалам мейкиндигинде болсо таралуу жагынан биринчи орунда турат. Мисалы, Күндүн жана башка жылдыздардын курамынын дээрлик жарымын түзөт.

Көмүр кычкыл газы

Көмүр кычкыл газынын формуласы

Өтө ири көлөмдөгү СО₂ жашыл өсүмдүктөр тарабынан фотосинез кубулушу аркылуу керектелет жана ошондой эле, дүйнөлүк океандар жана деңиздер тарабынан жутулуп алынат.

Ал эми атмосферага биосферадагы ар кандай органикалык заттардын, өсүмдүктөрдүн, жаныбарлардын чиришинен, вулкандык атылуулардан жана адамзаттын өндүрүштүк иштеринин натыйжасынан улам толукталат.

Инерттүү газдар

Инерттүү газдардын (Ar, Не, Kr) негизги булагы – радиоактивдүү заттардын ажырашы жана вулкандык атылуулар болуп эсептелет. Негизинен, Жер шары космоско караганда инерттүү газдарга жакыр келет. Мунун негизги себеби газдардын планеталар аралык мейкиндикке агылышы болуп эсептелет. Мисалы, жеңил газдардын бири болгон гелий космостук мейкиндикке агып кетип турат.

АТМОСФЕРАЛЫК БАСЫМ

Атмосфералык басымды өлчөөчү курал - Барометр

Атмосфералык басым – бул жер бетиндеги бардык нерсеге бирдей тараган гидростатистикалык басым. Ал абанын бул планетага болгон гравитациялык тартылуу күчүнөн улам пайда болот. Атмосфералык басымды өлчөөчү бирдик «атмосфера» деп аталат да, 101 325 Па га же 760 сымап мамычасына барабар болот. Улам бийиктеген сайын газдардын азайышы менен атмосфералык басым да азаят.

Нормалдуу атмосфералык басым – деңиз деңгээлиндеги 0 °C температурада жана 45 градус кеңдиктеги 760 мм бийиктиктеги сымап мамычасынын 1см² аянттагы массасына карата аныкталат. Жер бетинин ар кандай ландшафтык зоналардын болгондугу, ар кандай бийиктикте жайгашкандыгы жана суу бетинин ар башка деңгээлде ысыгандыгы атмосфералык басымдын өзгөрүүсүнүн негизги себеби болуп эсептелет. Ушундан улам жогорку жана төмөнкү атмосфералык басымга ээ болгон аймактар келип чыгат. Натыйжада, аба ырайына таасир этүүчү континенттик масштабдагы ири атмосфералык агымдар, айлампалар пайда болот. Тропосферада жана стратосферада жаралган, зор мейкиндикти ээлеген шамалдар системасы «аба агымы» деп аталат. Өз кезегинде мындай агымдар атмосфералык циркуляцияны (циклондор, антициклондор, муссондор, пассаттар), суу буусунун бир аймактан экинчи аймакка алмашуусун, ошондой эле жергиликтүү мааниге ээ болгон шамалдарды камсыз кылат.

АТМОСФЕРАНЫН ТҮЗҮЛҮШҮ ЖАНА БӨЛҮНҮШҮ

Жердин атмосфералык катмары

Атмосферанын физикалык абалы аба ырайы жана климат менен аныкталат. Негизги параметрлери: абанын тыгыздыгы, басымы, температурасы жана курамы. Улам бийиктеген сайын абанын басымы азая баштайт. Ошондой эле температура да бийиктиктен көз каранды. Атмосферанын вертикалдык түзүлүшү ар кандай температуралык айырмага жана абанын ар түрдүү абалына ээ. Температуранын ошол айырмасынан улам төмөнкү негизги бөлүктөргө бөлүп карашат: Тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера (тарап кетүүчү сфера). Тропосфера атмосферанын жалпы массасынын 80%ын, стратосфера 20%ын, мезосфера болсо 0,3%ын, термосфера 0,05%ын түзөт. Электрдик өзгөчөлүгүнөн улам атмосферада нейтросфера жана ионосфера катмарларын да бөлүп карашат. Учурда атмосфера жалпысынан 2000–3000 км ге созулары белгилүү.

Тропосфера

Тропосфера — төмөнкү катмар болгондуктан, башкаларына караганда көбүрөөк изилденгени. Уюлдук аймактарда 8-10 км, башка аймактарда 10-12 км болот. Тропосферада бардык атмосферанын 80—90%ы, ал эми суу буусунун дээрлик бардыгы жайгашкан. Ар 100 м бийиктеген сайын температура орто эсеп менен 0,65° төмөндөп, жогорку чегинде 220 К (−53°C) ге жетет. Тропосферанын жогорку чеги тропопауза деп аталат. Тропопауза – калыңдыгы бир нече метрден 1,5-2 км ге чейин болот.
Тропосферада жер бети менен атмосферанын ортосундагы жылуулук алмашуу, нымдуулуктун өзгөрүшү, булуттардын пайда болуша сыяктуу аба ырайын өзгөртүүчү бардык процесстер тынымсыз жүрүп турат.

Стратосфера

Стратосфера

Стратосфера — 11-50км ге чейинки аба катмарын камтыйт. Мына ушул стратосферада, б.а. 15-20 км ден 55-60 км ге чейинки аралыкта биосферанын жогорку чегин аныктаган «озон катмары» деп аталган катмар жайгашкан. Озон катмары жер бетиндеги тиричилик үчүн зяндуу болуп эсептелген ультрафиолеттик нурданууну жутуп алат. Бул коргонуучу катмар жок жер бетинде жашоо болмок эмес. Стратосферанын төмөнкү катмарында, 11-25 км аралыгында температуранын өзгөрүшү дээрлик байкалбайт. Ал эми 25-40 км аралыгында − 56,5°С ден 0,8°С ге чейин өзгөрүү болуп, 40 км бийиктикте температура 0°С дин тегерегинде болот да, 55 км ге чейин дээрлик өзгөрбөйт. Бул катмар стратопауза деп аталат да стратосфера менен мезосфераны бөлүп турат. Стратосферада кыска ультрафиолеттүү толкундардын басымдуу бөлүгү кармалып калат жана алардын трансформациялануусу жүрөт. Бул нурлардын таасиринен магниттик талаанын өзгөрүүсү, жаңы газдардын пайда болуусу жана башка химиялык реакциялар жүрөт. Бул кубулуштарга биз түндүк жаркыроо сыяктуу табигый кубулуштар аркылуу күбө болобуз. Ошондой эле 100–400 км бийиктикте ионосфера катмарында иондошуу кубулушу жүрүп турат. Стратосферада суу буусу жок.

Стратосфера менен тропосферадагы абанын калың катмары бизди космостон келген радияциядан сактайт.

Мезосфера

Атмосфералык түзүлүш, болжолдууу көрүнүшү

Мезосфера 50 км ден башталык 80–90 км ге чейин созулат. Мында абанын температурасы 75–80 км бийиктикте – 88°С ге чейин төмөндөйт. Мезосферанын жогорку чеги мезопауза деп аталат. Мезопаузанын аймагында, 70–90 км бийиктикте муз кристаллдарынан, вулкандык жана метеордук чаңдардан турган жука катмар болот жана ал күн батып бараткан кезде күмүш улуттарды элестеткен кооз көрүнүштү пайда кылат. Жерден улам бийиктеген сайын (100—130 км) биз үчүн көнүмүш болгон үндүн таралышы, абанын каршылык күчү сыяктуу кубулуштар азайып, бара-бара жок болот

Термосфера

Термосфера (ионосфера) мезасферадан кийинки аба катмары, 80–90км ден 800км ге чейин созулуп жатат. Мында абанын температурасы тез өсө баштайт, ал гана эмес бир нече миң градуска чейин чыгат.

Экзосфера

Атмосферанын эң жогорку, тышкы катмары экзосфера деп аталат. Ал 800 км ден жогору бийиктикте жайгашкан. Анда газдар өтө сейрек жайгашкан.
Физикалык закондорго таянсак, 100 км ден ашкан бийиктикте газдардын абалы алардын малекулалык массаларынан көз каранды болот, башкача айтканда, жер бетинен улам жогорулаган сайын оор газдардын саны азая баштайт. Газдардын тыгыздыгы азайган сайын температура төмөндөп, стратосферада –110°С ка чейин түшөт. Ал эми 200–300 км бийиктикте экзосфера акырындап космостук вакуум абалына өтөт. Анда планеталар аралык газдар, негизинен суутектин атому жана космостук чаңдар гана ээлик кылып калат.

Кызыктуу фактылар

Фотосинтез кубулушу

• Илим атмосферадагы кычкылтек жана азоттун көлөмү айтылып жүргөндөй, токойлордон көз каранды эмес. Дүйнөлүк токойлор абадагы көмүр кычкыл газынын көлөмүнө анчалык таасир эте албайт. Көмүр кычкыл газынын басымдуу бөлүгү жердеги жалбырактардын жана кулаган дарактардын, органикалык заттардын чиришинен улам чыгат. Ошондуктан, токойлор фотосинтез кубулушу аркылуу канча кычкылтек берсе, ошончо эле көлөмдө көмүр кычкыл газын да берип турат. Ошону менен атмосферадагы балансты сактап турат. Тайга токойлору кычкылтекти көбүрөөк берет, ал эми тропикалык токойлор тескерисинче, көбүрөөк сарптайт.

• Атмосферанын негизги өзгөчөлүгү катары анын курамындагы тамчы түрүндөгү суу буусунун болушу болуп эсептелет. Аны көбүнчө биз булуттар катары көрөбүз. Орто эсеп менен алганда булуттар жер шарынын жарымын каптап турат. Ошондой эле булуттар жер бетиндеги аба ырайынын жана климаттын өзгөрүшүндөгү негизги фактор болуп эсептелет. Алар кышында жана түнкүсүн температуранын төмөндөп кетишинен сактайт, ал эми жайында жана күндүз жер бетинин күн нурунан ашыкча ысып кетүүсүнөн сактайт.
• Күн нуру атмосфера аркылуу өткөндө, абадагы чаңдардын жана суу буусунун микроскопикалык бөлүкчөлөрүнөн чагылат. Өтө көп чагылууга учураган түс көк түс болуп эсептелет жана ал ар кандай бурч аркылуу көзгө жакшы көрүнгөндүктөн, аба, асман көк түстө болуп көрүнөт. Ошондуктан, космостон караганда жер шарынын айланасында көк гало болуп турат. Ошондой эле жерден караганда асман көк түстө болуп турат.

Абанын булганышы

• Акыркы 100 жылдын ичинде атмосферадагы СО₂ нин көлөмү 10 пайызга өскөн. Анын басымдуу бөлүгү (360 млрд.т.) күйүүчү заттарды колдонуусунан улам чыккан. Эгер күйүүчү майларды колдонуу ушул темп менен кетсе, 50-60 жылдан кийин атмосферадагы СО₂ нин көлөмү эки эсе көбөйүп, климатты глобалдык өзгөрүүгө дуушар кылышы мүмкүн деп окумуштуулар коңгуроо кагууда.

• Деңиз деңгээлинен 5 км бийиктикте даярдыгы жок адамдын деми кысылып, дем алуусу оордой баштайт. Бул жерден атмосферанын физиологиялык зонасы бүтөт. Атмосферада 115 км бийиктикке чейин кычкылтек болгон менен 15 км бийиктикте адам үчүн дем алуу мүмкүн болбой калат. Себеби, жалпы аба басымы азайган сайын кычкылтектин да абадагы катышы азая баштайт.

• Адамдын өпкөсүндө болжол менен 3 л ге жакын альвеолярдык аба болот. кадимки атмосфералык басым алдында альвеолярдык абадагы кычкылтектин парциалдык басымы 110 мм. сым. мам., көмүр кычкыл газынын басымы – 40 мм. сым. мам., а суу буусу – 47 мм. сым. мам.сын түзөт. Бийиктик өскөн сайын кычкылтектин басымы азаят да, көмүр кычкыл газынын жана суу буусунун суммалык басымы дээрлик туруктуу бойдон, болжол менен 87 мм. сым. мам. бойдон калат. Сырткы чөйрөдөгү аба басымы бул көрсөткүчкө келгенде өпкөгө аба келүүсү токтоп калат. Ал эми 19 – 20 км бийиктикте аба басымы 47 мм. сым. мам.на чейин төмөндөйт.

Бийиктикте дем алуу кыйындайт

Ошондуктан, мындай бийиктикте суунун кайноо процесси башталгандай эле адамдын ткандарынын арасындагы суюктук да аракетке келе баштайт. Герметикалык кабинет болбосо мындай бийиктикте адам ошол замат өлөт. Демек, адамдын физиологиясы үчүн «космос» 15–20 км бийиктиктен башталат.

• Марстын жана Венеранын атмосферасы негизинен кош кычкылдуу көмүртек, бир аз сандагы азот, аргон, кычкылтек жана башка газдардан турат.
• Ал эми төмөнкү температурадагы гигант планеталардын — Юпитер, Сатурн, Уран жана Нептундун атмосферасы негизинен төмөнкү малекулалык массадагы газдардан: суутек жана гелийден турат.
• Жер шарынын атмосферасындагы нормалдуу көрсөткүчтөр катары төмөнкүлөр кабыл алынган: тыгыздыгы 1,2 кг/м³, басымы 101,35 кПа, температурасы 20 °C жана салыштырмалуу нымдуулугу 50 %.

Колдонулган адабияттар

Мезенцев В. Энциклопедия Чудес. - Фрунзе,1990.
Хргиан А. Х. Физика атмосферы, М., 1969
МакИвен М., Филлипс Л. Химия атмосферы, М., 1978;

Шилтемелер

http://www.nkj.ru
http://elkin52.narod.ru
http://elkin52.narod.ru/new.htm
http://www.planet.elcat.kg