Температура земли без атмосферы
Нет повода задумываться над вопросом: Что случиться на Земле если пропадет атмосфера. И все же,…
Нет повода задумываться над вопросом: Что случиться на Земле если пропадет атмосфера. И все же, если планета будет постепенно терять атмосферу по литрам стравливая воздух в космос, как все будет дальше?
Когда-то и Марс был полон атмосферой
А если атмосфера мгновенно исчезнет, то всё умрет? Сможет ли планета после этого восстановиться? Да, у нас нет видимых причин для беспокойства, но вопрос занимателен.
Для звука требуется среда для передачи волн – в безвоздушном пространстве наступит тишина. Мы еще сможем чувствовать вибрации по земле, но ничего не услышим. Птицы и самолеты больше не смогут подняться в небо.
Хотя мы не можем непосредственно видеть воздух (кроме облаков), он имеет определенную массу, которая поддерживает летающие объекты. Без атмосферы небо станет по космически черным. Это атмосфера придает небу синеву. Вам наверняка встречались фотографии небесной сферы, сделанные с Луны — небо на Земле станет таким же угрюмо-черным.
Земля без атмосферы.
Вся незащищенная растительная и животная жизнь на поверхности Земли умрет. Мы не сможем выжить в вакууме, что воцариться на планете, если атмосфера внезапно исчезнет.
Изменится температура и давление. Даже надев кислородную маску, дышать не получится. Ведь диафрагма использует перепад давления между воздухом внутри легких и снаружи тела, чтобы вдохнуть.
Предположим, у вас есть костюм (скафандр трудно найти) под давлением и воздух. Ну пожить – недолго и мучительно можно – выйдет, однако на коже вы получите массивный солнечный ожог, поскольку атмосфера Земли фильтрует солнечную радиацию.
Трудно сказать, сколько проблем выпадет на темной стороне планеты, но находиться под прямыми солнечными лучами крайне плохо.
Реки, озера и океаны будут кипеть. Кипячение происходит, когда давление паров жидкости превышает внешнее давление. В вакууме вода легко кипит, даже если температура невысока. И хотя вода кипит, водяной пар не будет восполнять атмосферное давление. Будет достигнута точка равновесия, когда достаточно водяного пара, чтобы предотвратить опустошение океанов. Оставшаяся вода скорее всего раньше замерзнет.
В конце концов (спустя долгое время после того, как поверхностная жизнь умерла), солнечная радиация разорвет атмосферную воду на кислород, который будет реагировать с углеродом планеты с образованием углекислого газа. Атмосфера будет слишком «тонкой», чтобы дышать.
Отсутствие атмосферы охладит поверхность Земли.
Мы не говорим об абсолютном холоде, но температура опустится ниже нуля. Водный пар из океанов будет действовать как парниковый газ, повышая температуру.
К сожалению, повышенная температура выжмет больше воды из моря в воздух – это вероятно сдержит парниковый эффект и сделает планету более похожей на Венеру, чем на Марс. К слову добавить, в своем прошлом Марс имел атмосферу, а затем в силу чрезвычайно плохих причин утерял.
Растения и наземные животные умрут. Рыба и птица умрет. Большинство водных организмов умрет. В общем-то все организмы, нуждающиеся в воздухе для дыхания, погибнут.
Однако можно ожидать, что некоторые бактерии выживут, поэтому потеря атмосферы не убьет всю жизнь на Земле. Например, хемосинтетические бактерии даже не замечают потери атмосферы, и еще ряд экстремофилов может выжить.
Вулканы и геотермальные вентиляционные каналы будут продолжать откачивать углекислый газ и другие газы, чтобы добавить их в воду. Наибольшая разница между исходной и новой атмосферой будет заключаться в гораздо более низком содержании азота. Земля могла бы пополнить азот от метеорных ударов, но большая часть его будет потеряна навсегда.
Смогут ли люди пережить потерю атмосферы?
Очень интересный вопрос, не так ли? Рассмотрим два варианта, возможно дающим шанс людям выжить на Земле, потерявшей атмосферу. Можно построить радиационно-экранированные купола на поверхности Земли (готовимся к апокалипсису заблаговременно). Как известно, живой скептик (параноик) – это лучше, чем неживой оптимист.
Куполам нужна атмосфера под давлением, там будет воздух, и возможность поддерживать жизнь растений. Правда требуется время, чтобы построить биодом, но конечный результат не будет сильно отличаться от попыток выжить на другой планете в чуждой среде. – В любом случае, лучше заранее подготовиться выживать.
Более простым решением было бы построить купола в подводном мире. Таким образом, вода может обеспечить давление, а также может отфильтровать солнечную радиацию.
Вероятно, не стоит фильтровать всю радиацию, поскольку будем выращивать растения. Кстати, пережившие «конец света» узнают вкусные способы приготовления бактерий в качестве пищи, — о чем пишут фантасты жанра постапокалипсис.
Может ли Земля потерять атмосферу?
Магнитное поле Земли защищает атмосферу от потерь плазменных облаков и солнечной радиации. Возможно, мощный выброс солнечного супершторма может сжечь атмосферу. Иным вероятным сценарием являются атмосферные потери из-за массивного воздействия метеоров.
Большие удары случались несколько раз на внутренних планетах системы, включая Землю. Молекулы газа набирают достаточную энергию, чтобы убежать от силы тяжести, но теряется только часть атмосферы. А то и вовсе атмосфера воспламениться под влиянием техногенной химической реакции, напрочь выгорев.
Но в целом, повода для беспокойства нет, мы же рассмотрели всего лишь гипотетический сценарий апокалипсиса.
НОВОСТИ ПАРТНЕРОВ:
Источник
Атмосфера Земли представляет собой внешнюю оболочку, которая состоит преимущественно из газов. Атмосфера планеты — это газовая масса движется вместе с Землей. Можно также выразиться, что атмосфера постепенно, плавно перетекает в космическое пространство.
Кстати, в нашей Солнечной системе атмосфера есть у всех основных планет, кроме Меркурия.
Атмосфера Земли вместе с планетой вращается против часовой стрелки – с запада на восток. Из-за вращения она, как и Земля, приобретает форму эллипсоида, то есть у экватора её толщина больше, чем у полюсов. Источником энергии для процессов, происходящих в воздушной оболочке является электромагнитное излучение Солнца.
Значение атмосферы для жизни на земле велико, так как она предохраняет планету от столкновения с космическими телами, обеспечивает оптимальные показатели для формирования и развития жизни.
Состав защитной оболочки:
- Азот – 78%.
- Кислород – 20,9%.
- Смесь прочих газов – 1,1% (озон, аргон, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, углекислый газ, водяные пары).
Газовая смесь выполняет важную функцию – поглощение излишнего количества солнечной энергии. Состав атмосферы изменяются в зависимости от высоты. Так на высоте 65 км от поверхности Земли азота в ней будет содержаться уже 86%, кислорода – всего 19%.
Атмосфера Земли имеет условные границы
Разные науки и службы по-своему классифицируют границы воздушной оболочки Земли.
- По предложению Международной авиационной федерации земная атмосфера и космос должны граничить на уровне слоя на расстоянии 100 км. Выше этой отметки самолёты летать не могут.
- В географии и других науках верхняя граница атмосферы принята условно на расстоянии в 1000-1200 км от поверхности Земли. Именно эта часть атмосферы Земли вращается вместе с планетой вокруг своей оси и вокруг Солнца, плавно переходя в космическое пространство на уровне экзосферы. Нижняя граница находится на поверхности планеты. Атмосфера связана с другими геосферами тепловлагообменном, её газы есть в почве, воде, в живых организмах.
- Для человека космос начинается уже на высоте в 19-20 км. Из-за низкого давления на этом уровне температура кипения воды сравнивается с температурой тела человека (36,6°С), что приводит к закипанию внутренней среды организма.
Cлои атмосферы Земли
Из-за различных характеристик, которыми обладают газы, слои атмосферы имеют свои особенности и определённую роль во взаимодействиях с Землёй.
Пять слоёв, которые составляют атмосферу Земли:
- Тропосфера
- Стратосфера
- Мезосфера
- Термосфера
- Экзосфера
Тропосфера
Это самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах 10-12 км, а над экватором 16-18 км.
Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.
В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы. В ней находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.
Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере.
Стратосфера
Слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются.
В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому облаков и осадков почти не образуется. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает аж 300 км/ч.
В этом слое сосредоточен озон. Тот самый озон, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.
Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.
Мезосфера
Собственно, она берёт своё начало на уровне 50 км. А верхняя граница её располагается на 80-90 км. По научным данным, температура в мезосфере снижается с повышением высоты. Однако здесь преобладает лучистый теплообмен. Кроме того, сложные фотохимические процессы порождают свечение атмосферы Земли.
Доля мезосферы относительно общей массы составляет не больше 0,3%.
Термосфера
Над мезосферой, на высоте 100 километров над уровнем моря, проходит линия Кармана — условная граница между Землей и космосом. Хотя там и присутствуют газы, которые вращаются вместе с Землей и технически входят в атмосферу, их количество выше линии Кармана несоизмеримо мало. Поэтому любой полет, который выходит за высоту 100 километров, уже считается космическим.
С линией Кармана совпадает нижняя граница самого протяженного слоя атмосферы — термосферы. Она поднимается до высоты 800 километров и отличается чрезвычайно высокой температурой — на высоте 400 километров она достигает максимума в 1800°C!
Горячо! При температуре в 1538°C начинает плавиться железо. Но космические аппараты остаются целыми в термосфере. Как? Все дело в чрезвычайно низкой концентрации газов в верхней атмосфере — давление посередине термосферы в 1000000 меньше концентрации воздуха у поверхности Земли! Энергия отдельно взятых частиц высока — но расстояние между ними огромное, и космические аппараты фактически находятся в вакууме. Это, впрочем, не помогает им избавляться от тепла, которое выделяют механизмы — для тепловыделения все космические аппараты оснащены радиаторами, которые излучают избыточную энергию.
Экзосфера
Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.
Размеры экзосферы Земли невероятно велики — она перерастает в корону Земли, геокорону, которая растянута до 100 тысяч километров от планеты. Она очень разрежена — концентрация частиц в миллионы раз меньше плотности обычного воздуха. Но если Луна заслонит Землю для отдаленного космического корабля, то корона нашей планеты будет видна, как видна нам корона Солнца при его затмении. Однако наблюдать это явление пока не удавалось.
А еще именно в экзосфере происходит выветривание атмосферы Земли — из-за большого расстояния от гравитационного центра планеты частички легко отрываются от общей газовой массы и выходят на собственные орбиты. Это явление называется диссипацией атмосферы. Наша планета ежесекундно теряет 3 килограмма водорода и 50 грамм гелия из атмосферы. Только эти частицы достаточно легки, чтобы покинуть общую газовую массу.
Несложные расчеты показывают, что Земля ежегодно теряет около 110 тысяч тонн массы атмосферы. Опасно ли это? На самом деле нет — мощности нашей планеты по «производству» водорода и гелия превышают темпы потерь.
Облака
Вода на Земле существует не только в необъятном океане и многочисленных реках. Около 5,2 ×10^15 килограмм воды находится в атмосфере. Она присутствует практически везде — доля пара в воздухе колеблется от 0,1% до 2,5% объема в зависимости от температуры и местоположения. Однако больше всего воды собрано в облаках, где она хранится не только в виде газа, но и в маленьких капельках и ледяных кристаллах. Концентрация воды в тучах достигает 10г/м3. Объем некоторых облаков достигает несколько кубических километров, а масса воды в них соответственно исчисляется десятками и сотнями тонн.
Тут — отдельная статья про основные типы облаков.
Значение атмосферы Земли
Атмосфера является наиболее легкой геосферой Земли, тем не менее ее влияние на многие земные процессы очень велико.
Начнем с того, что именно благодаря атмосфере стало возможно зарождение и существование жизни на планете. Современные животные не могут обходиться без кислорода, а большинство растений, водорослей и цианобактерий — без углекислого газа. Кислород используется животными для дыхания, углекислый газ — растениями в процессе фотосинтеза, благодаря чему создаются необходимые растениям для жизнедеятельности сложные органические вещества, такие как, разнообразные соединения углерода, углеводы, аминокислоты, жирные кислоты.
Подъемом в высоту парциальное давление кислорода начинает снижаться. Значит это, что атомов кислорода в каждой единице объёма становится все меньше и меньше. Начиная с высоты 3 км над уровнем моря у большинства людей начинается кислородное голодание или гипоксия. У человека наблюдается одышка, усиленное сердцебиение, головокружение, шум в ушах, головная боль, тошнота, мышечная слабость, потливость, нарушение остроты зрения, сонливость. Резко снижается работоспособность. На высотах свыше 9 километров дыхание человека становится невозможным и потому находиться без специальных дыхательных аппаратов строго запрещено.
Важной для нормальной жизнедеятельности организмов на Земле является роль атмосферы как защитника нашей планеты от ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, космических лучей, метеоров. Подавляющую часть излучения задерживают верхние слои атмосферы — стратосфера и мезосфера. В результате этого проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Остальная, меньшая часть излучения, рассеивается. Здесь же, в верхних слоях атмосферы, сгорают и метеоры, которые мы можем наблюдать в виде маленьких «падающих звёзд».
Атмосфера служит регулятором сезонных колебаний температур и сглаживания суточных, предотвращая Землю от чрезмерного нагревания днём и охлаждения ночью. Атмосфера, благодаря наличию в её составе водяного пара, углекислого газа, метана и озона, легко пропускает солнечные лучи, нагревающие её нижние слои и подстилающую поверхность, но задерживает обратное тепловое излучение от земной поверхности в виде длинноволновой радиации. Эта особенность атмосферы называется парниковым эффектом. Без него суточные колебания температур нижних слоёв атмосферы достигали бы колоссальных величин: до 200° С и естественно сделали бы невозможным существование жизни в том виде, в котором мы её знаем.
Разные участки на Земле нагреваются неравномерно. Низкие широты нашей планеты, т.е. области с субтропическим и тропическим климатом, получают тепла от Солнца гораздо больше чем средние и высокие — области с умеренным и арктическим (антарктическим) типом климата. По-разному нагреваются материки и океаны. Если первые и нагреваются и охлаждаются гораздо быстрее, то вторые долго поглощают тепло, но в тоже время и также долго его отдают. Как известно теплый воздух является более легким чем холодный, а потому поднимается вверх. Его место у поверхности занимает холодный, более тяжелый воздух. Так образуется ветер и формируется погода. А ветер в свою очередь приводит к процессам физического и химического выветривания, последние из которых формируют экзогенные формы рельефа.
С подъёмом в высоту климатические различия между разными регионами земного шара начинают стираться. А начиная с высоты 100 км. атмосферный воздух лишается возможности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции. Единственным способом передачи тепла становится тепловое излучение, т.е. нагревание воздуха космическими и солнечными лучами.
И только при наличии атмосферы на планете возможен круговорот воды в природе, выпадение осадков и образование облаков.
Использованные источники:
- https://www.sites.google.com/view/geoatmosphera
- https://spacegid.com/atmosfera-zemli.html
Источник
XX век заставил людей много говорить об атмосфере. И не только потому, что наши знания ширились и углублялись. Постепенно основной острой темой стало загрязнение.
Атмосфера (Фото из открытого источника)
В XXI век человечество шагнуло уже с очень серьезными проблемами и даже угрозой гибели живого на Земле. Но почему атмосфера так важна для людей, какую роль играет в существовании планеты и что из себя представляет – разберемся.
Что такое атмосфера
Это газовая оболочка, которая окружает небесные тела. Атмосфера – не прерогатива Земли. В Солнечной системе газовый слой присутствует у всех планет. Исключение составляет только Меркурий. Особенно толстый слой атмосферы окружает так называемые газовые планеты. Удерживается она за счет силы притяжения.
Планета Земля (Фото из открытого источника)
Определить на глаз, что конкретно в этом месте заканчивается слой атмосферы и начинается межпланетное пространство, невозможно.
Поэтому под этим названием понимают область вокруг планеты (или другого небесного тела), в которой газ вращается вместе с родным космическим телом.
По сути, получается крепкая единая связка.
Поскольку речь в статье идет о земной атмосфере, рассмотрим подробно ее строение. Газовая оболочка не однородна, ученые выделяют отдельные слои. Каждый играет собственную роль и отличается составом.
Состав
Самый удаленный слой, непосредственно граничащий с межпланетным пространством, – экзосфера. В нее попадают, если поднимаются на высоту около 1.000 километров. По сути, это уже внешний слой. Здесь отдельные частицы движутся очень быстро. Плюс сила притяжения снижается, поэтому они способны покидать границы атмосферы и улетать в космос.
Северное сияние (Фото из открытого источника)
Ниже расположена ионосфера, которая считается верхним слоем. Начинается с 80 километров. Это область «обитания» заряженных частиц. Здесь происходят резкие и серьезные магнитные колебания. Чудесные северные сияния, наблюдаемые с поверхности Земли в некоторых регионах, тоже играют красками в ионосфере.
Далее следует мезосфера. Это разреженный слой, расположенный на отметке в 80 километров.
Начиная с 8 километров и до 55 (это максимально широкие границы, в некоторых местах слой намного уже) распространяется стратосфера. Здесь лежит слой озона, о котором речь пойдет далее. На долю стратосферы приходится пятая часть массы земной атмосферы.
Тропосфера – слой, с которым контактируют все люди. Ее высота от 8 до 16 километров. Именно ее воздухом мы дышим, здесь формируются осадки и концентрируется весь водяной пар. Воздух может перемещаться во всех направлениях (вертикально и горизонтально).
Из сказанного выше понятно, что толщина слоев атмосферы не одинакова в разных частях планеты. Плюс она изменяется в зависимости от многих условий.
Атмосфера – один из важнейших факторов зарождения, развития и сохранения жизни на Земле. Без нее чуда жизни на планете никогда бы не случилось. Так чем же она так уникальна, почему нужна и требует бережного отношения?
Люди дышат воздухом
Многоклеточные животные не могут существовать без кислорода. Если взять слои атмосферы, включая тропосферу, то в них будет 20% этого ценнейшего газа. Около 80% приходится на азот, в гораздо более незначительных количествам присутствуют аргон, углекислый газ, совсем немного озона и инертных газов.
Считается, что жизнь на планете зародилась в виде бактерий, поглощающих азот. Затем появились микроорганизмы и растения, активно выделяющие кислород как побочный продукт. Близкие к окружающим нас сейчас формы жизни появились после того, как концентрация кислорода достигла всего одного процента.
Вид на Землю с космоса (Фото из открытого источника)
Указанная выше доля углекислого газа в атмосфере кажется ничтожной. Но сейчас она неуклонно увеличивается. И причина тому – деятельность человека.
Надо понимать, если газа станет всего на 0,1 процента больше, животные не смогут дышать, здоровье же людей окажется под угрозой.
Озоновый щит
Солнце необходимо для жизни на планете. Но оно же легко может погубить все живое. Между нами и смертоносным излучением стоит тонкий озоновый слой. Именно он поглощает и отражает вредные ультрафиолетовые лучи и радиацию, пропускает только нужное.
Кстати, благодаря озону мы видим голубое небо. Дело в том, что из всей видимой части спектра меньше всего поглощается голубой. Если подниматься вертикально, то при удалении от планеты небо постепенно темнеет. В космосе оно совершенно черное. Сама атмосфера прозрачна, поэтому мы можем хорошо видеть окружающий мир.
Согревающая шуба
Если бы не было атмосферы, температура на планете была бы крайне некомфортной. Нагреваясь, поверхность Земли начинает отдавать тепло обратно. Логично предположить, что это вызвало бы охлаждение. Однако этого не происходит. Здесь в игру вступает углекислый газ, а также мельчайшие частицы водяного пара. Именно они улавливают инфракрасное излучение и возвращают его обратно. В результате температура на Земле остается постоянной, зависит только от перемен времен года, то есть интенсивности солнечного излучения.
Поверхность Земли (Фото из открытого источника)
Отсюда становится понятной схема развития «парникового эффекта». Если доля углекислого газа увеличивается, нагрев земной поверхности происходит более интенсивно. Далее следуют изменения климата и соответствующие реакции планеты на происходящее.
Добавим, что озоновый слой подвержен разрушению. На него воздействуют химические вещества, в избытке вырабатываемые промышленностью.
Земной щит
Падение метеорита на землю кажется нам чем-то экстраординарным. Но на самом деле, каждый год на планету летят тонны мусора и космических тел разных размеров. Очень редко они производят разрушения. В большинстве случаев сгорают на подлете к поверхности или распадаются на незначительные фрагменты.
Приближение метеорита (Фото используется по стандартной лицензии ©iplanets.ru)
Атмосфера только кажется невесомой. На самом деле, сила трения космического тела, влетающего в нее на огромной скорости, очень велика. Оно мгновенно раскаляется и буквально сгорает, не успевая нанести живым существам никакого вреда.
Как видно, без атмосферы невозможно существование на Земле. Но и при любых изменениях состава газовой оболочки жизнь попадет под угрозу.
Поэтому ученые и общественные активисты так рьяно выступают за принятие законов и программ по сохранению окружающей среды. Пришло время внести свой вклад в наше общее будущее.
Источник