Masing-masing dari kita tahu sejak usia dini bahwa kita menghirup udara, bahwa tanpa udara dan pernapasan, kehidupan tidak mungkin terjadi. Melihat langit musim panas yang biru tak berawan, di puncak gunung, semua orang bertanya pada dirinya sendiri apakah di sana, di ketinggian, ada udara yang sama yang kita hirup di permukaan bumi, seberapa besar “lautan udara” itu, seberapa dalam, terdiri dari apa, di mana saja Apakah sama?
Para ahli geografi dan pendaki gunung telah mengunjungi banyak puncak gunung tertinggi dan yakin bahwa ada udara di sana, meskipun semakin tinggi gunung tersebut, semakin sulit untuk bernapas.
Stratonaut dan pilot menaiki balon stratosfer dan pesawat terbang dengan perangkat khusus untuk pernapasan normal di atas ketinggian puncak gunung tertutup salju dan es abadi. Pada ketinggian 5000 m ke atas, seseorang sudah sulit bernapas tanpa alat khusus yang menyuplai oksigen. Di ketinggian tersebut, hanya beberapa burung yang bisa bernapas lega.
Awan terjauh, menurut pengukuran, mengapung pada ketinggian sekitar 80 km. Jika tidak ada di sana suasana , mereka tidak bisa bertahan pada ketinggian ini.
Pada malam yang cerah, Anda sering dapat melihat “bintang jatuh” - ini adalah meteorit yang terbang ke atmosfer bumi. Beberapa meteorit jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk pecahan batu atau besi, terbang melintasi seluruh ketebalan atmosfer.
Begitu berada di cangkang udara bumi, meteorit tersebut bertabrakan dengan molekul udara. Di depannya, semacam bantal terbentuk - lapisan udara terkompresi dan sangat panas (hingga 20 ribu derajat), yang bersinar bersama meteorit itu sendiri. Cahaya ini dimulai pada ketinggian sekitar 120 km. Akibatnya, terdapat udara pada ketinggian ini, meskipun udara di sini jutaan kali lebih jarang dibandingkan di permukaan bumi.
Terakhir, batas atas aurora mencapai ketinggian 1000-1200 km dari permukaan bumi. Jika tidak ada gas di sana, aurora tidak bisa muncul.
Dekat permukaan bumi kandungan nitrogen di udara kering adalah 78,03% volume, oksigen - 20,99%, argon - 0,94%, karbon dioksida- 0,03%, hidrogen - 0,01% dan fraksi yang sangat kecil (“jejak”) dari gas lain - helium, neon, kripton, xenon, dll.
Selalu ada sejumlah uap air di udara - dari 0,1 hingga 4%. Selain gas, debu halus juga cukup banyak di udara. Partikel debu dalam 1 cm³ udara, bahkan yang paling bersih sekalipun, misalnya di tempat terbuka setelah hujan, bisa berjumlah hingga 30.000 di lapisan bawah atmosfer, dan dalam kondisi lain - ratusan ribu, bahkan jutaan.
Di atas 100 km dari permukaan bumi, oksigen dan nitrogen terkandung di udara dalam bentuk yang berbeda seperti di lapisan bawah atmosfer. Di bawah, setiap molekul oksigen terdiri dari dua atom (O2), dan di atas 100 km, molekulnya terurai menjadi atom individu dan diperoleh atom oksigen (O1). Di atas 200 km, nitrogen juga terurai menjadi atom.
Ini komposisinya cangkang luar Bumi - atmosfer.
BIDANG KEHIDUPAN
Selain cangkang utama, atau geosfer, yang membentuk Bumi yang disebutkan di atas, beberapa ilmuwan mengidentifikasi cangkang lain sebagai geosfer Bumi yang independen - lingkungan , yaitu ruang di mana kehidupan ada di planet kita (dalam bahasa Yunani “bios” - kehidupan).
Ini adalah geosfer yang kualitasnya sangat istimewa. Bagaimanapun, kehidupan dalam segala variasi bentuknya yang tak terbatas tersebar luas di beberapa geosfer yang disebutkan di atas. Ia terdapat di lapisan bawah atmosfer, di seluruh kolom air Samudra Dunia, yaitu di lautan, lautan, sungai, rawa, dll., di permukaan hampir seluruh daratan dan bahkan pada kedalaman tertentu di kerak bumi.
Biosfer terdiri dari semua yang paling umum di alam unsur kimia, namun ciri khasnya adalah unsur-unsur penyusun kehidupan zat - hidrogen, oksigen, nitrogen, belerang dan terutama karbon.
KEPADATAN BUMI
Kepadatan rata-rata (berat jenis) bumi ditentukan sejak awal akhir XVIII V. menggunakan perangkat yang sangat sensitif - keseimbangan torsi. Perangkat ini memungkinkan untuk membandingkan gaya tarik bola timah kecil dengan bola timah besar dan Bumi. Neraca torsi adalah batang ringan yang digantungkan di tengah pada seutas benang logam tipis. Dua bola timah kecil dipasang di ujung batang. Dua bola timah besar digantung sehingga berada pada posisi sisi yang berbeda dari batang.
Saat mereka mulai mendekat bola besar ke yang kecil, lalu mereka menarik bola-bola kecil itu ke dirinya sendiri dan memelintir benangnya.
Karena gaya hambatan benang terhadap puntiran diukur terlebih dahulu, maka gaya tarik-menarik bola kecil terhadap bola timah besar dapat dihitung dari sudut putaran batang. Daya tarik bola timah kecil terhadap bumi terletak pada beratnya. Artinya mudah untuk mengetahui berapa kali lebih lemah dari Bumi bola timah besar menarik bola kecil keseimbangan torsi.
Dalam hukum gravitasi universal, ditemukan oleh Newton, dimungkinkan untuk menghitung berapa kali massa bumi lebih banyak massa bola timah besar. Karena jari-jari bumi diketahui, maka mudah untuk menentukan volumenya, dan dengan membagi massa dengan volume, temukanlah kepadatan rata-rata Bumi; itu sama dengan 5,52
Jika Anda menemukan kesalahan, silakan sorot sepotong teks dan klik Ctrl+Masuk.
Saat kita keluar rumah, kita selalu penasaran dengan seperti apa cuaca hari ini. Jika, karena sibuk dengan pikiran kita, kita tidak memperhatikan cuaca, cuaca terus-menerus mengingatkan kita pada dirinya sendiri. Cuaca adalah teman abadi kita, berubah-ubah dan berubah-ubah!
Sejak zaman kuno, orang telah mencoba menjelaskan mengapa cuaca berubah, betapa dahsyatnya badai, hujan lebat, badai salju, dan kekuatan apa yang menciptakannya? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini diberikan oleh meteorologi - ilmu yang mempelajari fenomena di amplop udara globe (atmosfer). Kata "meteorologi" berasal dari kata-kata Yunani"meteor" - melayang di udara dan "logos" - kata, pengajaran.
Gravitasi lautan udara
Kita hidup di bawah lautan udara. Udara di sekitar kita begitu transparan dan ringan sehingga hingga abad ke-17, ilmu pengetahuan didominasi oleh keyakinan bahwa udara tidak berbobot.
Pada tahun 1640, di Italia, Duke of Tuscany memutuskan untuk memasang air mancur di teras istananya. Sebuah pompa dibangun untuk memasok air dari danau panjang panjang, yang belum pernah dibangun sebelumnya. Namun ternyata pompanya tidak berfungsi - air di dalamnya hanya naik 10,3 m di atas permukaan waduk.
Tidak ada yang bisa menjelaskan apa yang terjadi di sini sampai murid Galileo, E. Toricelli, menyatakan bahwa air di dalam pompa tidak naik karena pengaruh gravitasi atmosfer, yang menekan permukaan danau. Sebuah kolom air setinggi 10,3 m menyeimbangkan tekanan ini dengan tepat, sehingga air tidak naik lebih tinggi. Toricelli mengambil tabung kaca dengan salah satu ujungnya tertutup dan ujung lainnya terbuka dan mengisinya dengan air raksa. Kemudian dia menutup lubang itu dengan jarinya dan, membalikkan tabung itu, menurunkan ujung terbukanya ke dalam bejana berisi air raksa. Air raksa tidak keluar dari tabung, melainkan hanya turun sedikit.
Kolom air raksa dalam tabung dipasang pada ketinggian 760 mm di atas permukaan air raksa dalam bejana. Berat kolom air raksa dengan penampang 1 persegi. cm sama dengan 1,033 kg, mis. sama persis dengan berat kolom air dengan penampang yang sama dan tinggi 10,3 m. Dengan gaya inilah atmosfer menekan masing-masing kolom sentimeter persegi permukaan apapun, termasuk permukaan tubuh kita.
Telapak tangan orang dewasa mengalami tekanan atmosfer kurang lebih 150 kg, yaitu. sama dengan berat dua orang laki-laki.
Jadi Toricelli menciptakan barometer - perangkat pertama di dunia yang mengukur tekanan atmosfer (dari kata Yunani "baros" - berat, berat, "metreo" - saya mengukur). Untuk waktu yang lama tekanan atmosfer diukur dalam milimeter ketinggian air raksa. Tekanan rata-rata di permukaan laut adalah 760 mm. Namun unit seperti itu ternyata merepotkan untuk perhitungan, dan sekarang tekanan atmosfer dinyatakan dalam milibar. Satu milibar hampir sama persis dengan gaya yang digunakan benda bermassa 1 gram untuk menekan permukaan seluas 1 meter persegi. cm, dan tekanan atmosfer rata-rata adalah 1013 mb. Dengan menggunakan barometer, ditemukan bahwa tekanan atmosfer berubah sepanjang waktu dan tidak sama di tempat yang berbeda. Ditemukan bahwa tekanan atmosfer menurun seiring bertambahnya ketinggian seiring dengan berkurangnya ketebalan atmosfer di atas barometer.
Distribusi massa atmosfer berdasarkan lapisan
Barometer dinaikkan ke ketinggian yang sama dengan tingkat yang berbeda, menunjukkan perubahan tekanan yang tidak sama. Bagaimanapun, lapisan udara terendah berada di bawah tekanan dari seluruh ketebalan atmosfer; lapisan tersebut sangat terkompresi dan paling padat. Semakin tinggi, semakin lemah tekanannya dan kepadatan lebih sedikit udara.
Jadi, misalnya, pada ketinggian 5,5 km, tekanannya setengah dari tekanan di permukaan laut, yaitu setengah dari total massa atmosfer terkonsentrasi pada lapisan setebal 5,5 km. Namun lapisan berikutnya dengan ketebalan yang sama, antara 5,5 dan 11 km, hanya mengandung seperempat massa atmosfer. Semakin tinggi, penurunan tekanan semakin melambat saat naik. Jika naik ke ketinggian 22 km, maka tekanan di sini bukan nol, melainkan 1/25 dari tekanan permukaan. Bagian dari lapisan di atasnya hanya tersisa 1/25, atau 4%, massa total suasana. Bahkan lebih tinggi lagi, tanda-tanda partikel udara dapat ditelusuri di atas permukaan bumi hingga ketinggian lebih dari 1000 km.
Lapisan lautan udara
Untuk waktu yang lama, orang dapat menilai sifat-sifat lautan udara hanya melalui pengamatan dari darat. Ilmu pengetahuan mulai benar-benar menembus rahasianya ketika mereka menemukan alat untuk mengangkat alat ukur ke lapisan atas atmosfer.
Dari pengalaman mendaki gunung dan pendakian pertama balon Diketahui bahwa suhu udara menurun seiring dengan ketinggian. Itu sebabnya bahkan di tengah musim panas pun panas negara-negara tropis puncak pegunungan tinggi tertutup salju abadi yang berkilauan. Ditemukan bahwa suhu udara menurun rata-rata 5-6° untuk setiap kilometer pendakian. Pada lapisan atmosfer tertentu dan pada hari-hari tertentu, penurunan suhu ini bisa lebih besar atau lebih kecil. Kadang-kadang terdapat lapisan genap yang suhunya meningkat seiring ketinggian: fenomena ini disebut inversi atau rotasi suhu. Kami juga memperhatikan bahwa sangat jarang suhu turun hingga 10° per 1 km pendakian dan tidak pernah melebihi nilai ini.
Namun kemudian para peneliti mulai melakukan penetrasi lebih tinggi dan lebih tinggi lagi, meluncurkannya balon- probe tempat alat perekam dipasang. Pada ketinggian tertentu, balon meledak, dan alat perekam diturunkan dengan parasut. Balon yang berbunyi mulai menembus hingga ketinggian lebih dari 10-11 km, dan kemudian diketahui bahwa di atas level tersebut suhu berhenti turun seiring dengan ketinggian. Awalnya mereka tidak mempercayai perangkat tersebut: mereka mengira perangkat tersebut dipanaskan oleh matahari. Namun, kemudian saya harus mengakui bahwa di atas 10-11 km sebenarnya lapisan atmosfer yang sangat berbeda dimulai, di mana suhu tidak menurun seiring ketinggian, tetapi tetap konstan.
Para ilmuwan menyebut lapisan ini stratosfer, berbeda dengan lapisan bawah - troposfer.
Hingga ketinggian 11 km, yakni troposfer mengandung 3/4 massa total atmosfer. Di sinilah hampir semua awan terbentuk dan tempat turunnya hujan dan salju. Fenomena yang kita sebut cuaca berkembang di troposfer.
Seiring waktu, instrumen lama untuk mempelajari atmosfer ditingkatkan dan instrumen baru bermunculan. Alih-alih membunyikan balon, radiosonde mulai digunakan - stasiun radio otomatis yang naik di atas balon yang mengirimkan pembacaan dari alat ukur ke tanah. Ternyata ketebalan troposfer berubah setiap saat dan tidak sama di berbagai tempat di dunia. Semakin sedikit panas yang berasal dari matahari, semakin dingin troposfernya, dan semakin tipis pula. Di daerah beriklim sedang, ketebalan troposfer berkisar antara 8 hingga 13 km, terkadang berkurang hingga 6 km atau meningkat hingga 15 km.
Di atas Selatan dan kutub utara ketebalan rata-rata 8 km, dan di atas garis khatulistiwa mencapai 17 km. Semakin tebal troposfer, semakin dingin stratosfer: di troposfer, suhu menurun seiring ketinggian. Itu sebabnya suhu rata-rata di stratosfer di atas Arktik suhunya minus 45°, di atas garis lintang kita - minus 55°, di atas khatulistiwa - minus 80°. Jadi, ternyata di atas troposfer tebal yang lebih hangat terdapat stratosfer yang lebih dingin, dan sebaliknya, di atas troposfer tipis yang dingin terdapat stratosfer yang hangat.
Pada awalnya, setelah ditemukannya stratosfer, diasumsikan meluas hingga batas atas atmosfer dan secara bertahap berpindah ke luar angkasa. ruang tanpa udara. Kemudian muncul alat pengamatan meteorologi baru - roket, yang mulai mencapai ketinggian ratusan kilometer.
Data yang sangat menarik diperoleh dengan menggunakan satelit buatan. Semua pengamatan tersebut menunjukkan bahwa di stratosfer suhunya tetap konstan dengan ketinggian hanya sampai 40 km. Di sinilah stratosfer berakhir. Di atas mesosfer meluas hingga ketinggian 80 km, di mana suhu turun, dan di batas atas mesosfer turun hingga minus 90°. Di atas 80 kilometer adalah ionosfer.
Suhu ionosfer meningkat seiring ketinggian dan mencapai suhu yang sangat tinggi pada tingkat tertentu. jumlah besar, pada urutan ratusan derajat. Namun bukan berarti orang yang sampai di sana akan digoreng hidup-hidup: kepadatan udara di sana sangat rendah sehingga tidak mungkin merasakan perbedaannya dengan udara tanpa udara. luar angkasa, memiliki suhu nol mutlak(dikurangi 273°). Kita merasakan suhu berdasarkan intensitas molekul suatu zat membombardir permukaan tubuh kita. Kecepatan pergerakan molekul mewakili esensi fisik dari suhu suatu zat; Kecepatan inilah yang meningkat di ionosfer hingga batas yang sangat tinggi, yang mungkin berhubungan dengan suhu udara yang sangat tinggi dalam arti kata yang biasa.
Di atas 800 km di atas bumi, ionosfer berakhir dan zona hamburan dimulai. Dari sini, partikel udara keluar ke luar angkasa, meninggalkan planet kita selamanya. Di zona ini, udara sangat tipis sehingga sebuah partikel dapat terbang ratusan kilometer tanpa bertabrakan dengan partikel lain.
Untuk membayangkannya, cukup dikatakan bahwa pada ketinggian 100 km dari satu tumbukan ke tumbukan lainnya, sebuah partikel udara dapat terbang sejauh 1-2 cm, sedangkan di permukaan bumi - tidak lebih dari seratus ribu. dari satu sentimeter! Menurut beberapa tanda, partikel gas penyusun udara ditemukan hingga ketinggian 1500-2000 km. Tingkat ini dapat dipertimbangkan batas atas suasana.
Apa yang menjelaskan stratifikasi atmosfer?
Mengapa atmosfer terbagi menjadi beberapa lapisan? Hal ini dijelaskan oleh beberapa alasan. Pertama, kepadatan udara berkurang seiring dengan ketinggian. Kedua, sinar matahari, membawa panas, menembus atmosfer hampir tanpa hambatan, memanaskan permukaan bumi dan dari situ panas menyebar ke atas ke seluruh atmosfer. Ketiga, atmosfer masih menyerap sebagian radiasi sinar matahari, terutama aliran partikel yang terbang dari Matahari, sehingga bagian atas atmosfer terkena radiasi ini, dan bagian bawah terlindungi darinya. Dan terakhir, panas di atmosfer menyebar menjadi dua cara yang berbeda: pencampuran udara dan radiasi termal partikelnya. Apalagi di udara padat Metode pertama mendominasi, dan dalam mode sparse, metode kedua mendominasi.
Troposfer bersentuhan langsung dengan pemanas – permukaan bumi. Kepadatan udara di dalamnya paling besar, dan panas didistribusikan terutama dengan mencampurkan udara, menurunkan dan menaikkan partikel-partikelnya. Ketika udara naik, ia memasuki lapisan yang lebih sedikit tekanan atmosfir dan sedang berkembang. Secara teoritis, ketika udara mengembang, suhunya turun 10° per 1 km kenaikan. Ketika udara turun, suhunya, sebaliknya, meningkat dengan jumlah yang sama: 10° per 1 km. Artinya, karena naik turunnya udara di troposfer, suhu akan turun seiring dengan ketinggian. Tetapi partikel yang lebih hangat lebih ringan daripada partikel yang dingin, mereka lebih sering naik, dan partikel yang lebih dingin tenggelam lebih rendah. Oleh karena itu, ternyata suhu di troposfer turun 10° per kilometer seiring ketinggian, dan rata-rata 5-6°.
Di stratosfer, yang kepadatan udaranya rendah, alirannya tidak dapat mentransfer banyak panas. Di sini panas dipindahkan melalui radiasi - sinar panas yang tidak terlihat. Setiap benda memancarkan panas, dan semakin tinggi suhunya, semakin kuat pula panasnya. Kami merasakan sinar seperti itu datang dari dinding kompor yang dipanaskan. Jika benda yang dipanaskan dan benda dingin diletakkan saling berhadapan, benda yang dipanaskan akan menjadi dingin, dan benda yang dingin akan memanas hingga suhunya sama. Hal yang sama terjadi di stratosfer, di mana semua lapisan memancarkan panas ke bawah dan ke atas sehingga mempertahankan suhu yang sama. Ionosfer, tempat udaranya sangat tipis, ditembus oleh gelombang yang datang dari Matahari. kecepatan yang sangat besar partikel bermuatan listrik yang membombardir dan menggemparkan partikel udara. Lapisan yang dialiri listrik ternyata mampu menghantarkan listrik dan sangat mempengaruhi perambatan gelombang radio pendek – memantulkannya hingga ke Bumi. Dipantulkan secara bergantian, sekarang dari ionosfer, sekarang dari permukaan bumi, gelombang radio pendek merambat ke seluruh penjuru Bumi- inilah rahasia aksi jarak jauh mereka yang luar biasa.
