Состав и структура атмосферы Земли

Содержание

Введение……………………………………………………………………3            

Глава 1.ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ………………….5

1.1. Барометрическое распределение давления………………………….7

1.2. Стандартная атмосфера……………………………………………….8

1.3. Строение атмосферы………………………………………………… .9

1.4. Вода в атмосфере Земли…………………………………………….. 13

1.5. Облака…………………………………………………………………14

1.6. Физиологические и другие свойства атмосферы…………………...16

1.7. Основные химические элементы в составе атмосферы……………17

1.8. Киотский протокол…………………………………………………...22

Глава 2. СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ…………………………………………24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………. . 30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ…31

Введение

Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός  — пар и σφαῖρα — шар) —  газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность  покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с  околоземной частью космического пространства.

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято  называть физикой атмосферы. Атмосфера  определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата  — климатология.

Исследование атмосферы, ее свойств, состава и структуры  всегда было и будет  актуально  для человечества, так как атмосфера  играет важнейшую роль для происхождения  и развития жизни на планете.

Атмосфера защищает нас от вредных воздействий космоса, регулирует температурный режим на планете и формирует погоду.

Без атмосферы живые организмы  не могли бы выжить в условиях постоянного  воздействия солнечного и космического излучения, экстремальных температур и атак метеоритов. Окутывая Землю  слоем толщиной в несколько сотен  километров, атмосфера защищает живые  существа от этих смертоносных воздействий. Атмосфера удерживается силой притяжения Земли. Вблизи поверхности атмосфера  имеет достаточно высокую плотность, но с высотой она становится все  разреженней. В нижних слоях атмосферы ветры распределяют тепло, поступающее от Солнца. В верхних слоях атмосферы ее атомы и молекулы сталкиваются с метеорными частицами и жесткой радиацией.

Проблема, связанная с  загрязнением атмосферы, одна из важнейших проблем, стоящих сегодня перед человечеством. Наиболее опасные виды загрязнения: диоксид углерода, хлороводороды и т.д.Данными предпосылками определяется актуальность рассматриваемой темы.

Задачи исследования:

1. Охарактеризовать состав  и структуру атмосферы.

2. Выяснить физические  и химические свойства атмосферы

3. Проанализировать источники  загрязнения атмосферы и предложить  методы по уменьшению количества  загрязнения.

Объект исследования: атмосфера  Восточного Казахстана

Целью написания работы является изучение структуры и состава атмосферы, ее правовой защиты. Для достижения цели исследования представляется целесообразным решить следующие задачи:

- Рассмотреть значение  атмосферы, ее загрязнения,

- Проанализировать правовой статус атмосферы,

Предмет исследования: структура и состав атмосферы, ее правовая защита.

Объектом исследования курсовой работы является современное законодательство в области защиты атмосферы от загрязнения.

Структурно курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

При написании работы использовались общие методы познания, логические методы (анализ, синтез, индукция, дедукция), методы сравнения, формализации, абстрагирования и др.

Методологическую основу для курсовой работы составили: нормативно-правовые акты, регулирующие охрану Мирового океана от загрязнения; теоретические положения, содержащиеся в работах отечественных и зарубежных авторов по данной теме;  периодическая печать, интернет.

Глава 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ.

Атмосфера начала образовываться вместе с формированием Земли. В  процессе эволюции планеты и по мере приближения ее параметров к современным  значениям произошли принципиально  качественные изменения ее химического  состава и физических свойств. Согласно эволюционной модели, на раннем этапе  Земля находилась в расплавленном  состоянии и около 4,5 млрд. лет  назад сформировалась как твердое  тело. Этот рубеж принимается за начало геологического летоисчисления. С этого времени началась медленная  эволюция атмосферы. Некоторые геологические  процессы, (например, излияния лавы при  извержениях вулканов) сопровождались выбросом газов из недр Земли. В их состав входили азот, аммиак, метан, водяной пар, оксид СО и диоксид  СО2 углерода. Под воздействием солнечной  ультрафиолетовой радиации водяной  пар разлагался на водород и кислород, но освободившийся кислород вступал  в реакцию с оксидом углерода, образуя углекислый газ. Аммиак разлагался на азот и водород. Водород в процессе диффузии поднимался вверх и покидал  атмосферу, а более тяжелый азот не мог улетучиться и постепенно накапливался, становясь основным компонентом, хотя некоторая его часть связывалась  в молекулы в результате химических реакций. Под воздействием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов смесь газов, присутствовавших в  первоначальной атмосфере Земли, вступала в химические реакции, в результате которых происходило образование  органических веществ, в частности  аминокислот. С появлением примитивных  растений начался процесс фотосинтеза, сопровождавшийся выделением кислорода. Этот газ, особенно после диффузии в  верхние слои атмосферы, стал защищать ее нижние слои и поверхность Земли  от опасных для жизни ультрафиолетового  и рентгеновского излучений. Согласно теоретическим оценкам, содержание кислорода, в 25 000 раз меньшее, чем  сейчас, уже могло привести к формированию слоя озона со всего лишь вдвое  меньшей, чем сейчас, концентрацией. Однако этого уже достаточно, чтобы  обеспечить весьма существенную защиту организмов от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей.

Вероятно, что в первичной  атмосфере содержалось много  углекислого газа. Он расходовался в ходе фотосинтеза, и его концентрация должна была уменьшаться по мере эволюции мира растений, а также из-за поглощения в ходе некоторых геологических  процессов. Поскольку парниковый эффект связан с присутствием углекислого  газа в атмосфере, колебания его  концентрации являются одной из важных причин таких крупномасштабных климатических  изменений в истории Земли, как  ледниковые периоды.

Присутствующий в современной  атмосфере гелий большей частью является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия. Эти радиоактивные элементы испускают a-частицы, которые представляют собой  ядра атомов гелия. Поскольку в ходе радиоактивного распада электрический  заряд не образуется и не исчезает, с образованием каждой a-частицы  появляются по два электрона, которые, рекомбинируя с a-частицами, образуют нейтральные  атомы гелия. Радиоактивные элементы содержатся в минералах, рассеянных в толще горных пород, поэтому  значительная часть гелия, образовавшегося  в результате радиоактивного распада, сохраняется в них, очень медленно улетучиваясь в атмосферу. Некоторое  количество гелия за счет диффузии поднимается вверх в экзосферу, но благодаря постоянному притоку  от земной поверхности, объем этого  газа в атмосфере почти не меняется. На основании спектрального анализа  света звезд и изучения метеоритов можно оценить относительное  содержание различных химических элементов  во Вселенной. Концентрация неона в  космосе примерно в десять миллиардов раз выше, чем на Земле, криптона – в десять миллионов раз, а  ксенона – в миллион раз. Отсюда следует, что концентрация этих инертных газов, по-видимому, изначально присутствовавших в земной атмосфере и не пополнявшихся  в процессе химических реакций, сильно снизилась, вероятно, еще на этапе  утраты Землей своей первичной атмосферы. Исключение составляет инертный газ  аргон, поскольку в форме изотопа 40Ar он и сейчас образуется в процессе радиоактивного распада изотоп калия. В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают (рис. 1).

Рис. 1

1.1Барометрическое распределение давления.

Общий вес газов атмосферы  составляет приблизительно 4,5·1015 т. Таким  образом, «вес» атмосферы, приходящийся на единицу площади, или атмосферное  давление, составляет на уровне моря примерно 11 т/м2 = 1,1 кг/см2. Давление, равное Р0 = 1033,23 г/см2 = 1013,250 мбар = 760 мм рт. ст. = 1 атм, принимается  в качестве стандартного среднего значения атмосферного давления. Для атмосферы  в состоянии гидростатического  равновесия имеем: dP = –rgdh, это означает, что на интервале высот от h до h + dh имеет место равенство между  изменением атмосферного давления dP и  весом соответствующего элемента атмосферы  с единичной площадью, плотностью r и толщиной dh. В качестве соотношения  между давлением Р и температурой Т используется достаточно применимое для земной атмосферы уравнение  состояния идеального газа c плотностью r: P = r R T/m, где m – молекулярная масса, и R = 8,3 Дж/(К моль) – универсальная  газовая постоянная. Тогда d logP = – (mg/RT)dh = – bdh = – dh/H, где  градиент давления в логарифмической шкале. Обратную ему величину Н принять называть шкалой высоты атмосферы.

При интегрировании этого  уравнения для изотермичой атмосферы (Т = const) или для ее части, где такое  приближение допустимо, получается барометрический закон распределения  давления с высотой: P = P0 exp(–h/H0), где  отсчет высот h производится от уровня океана, где стандартное среднее  давление составляет P0. Выражение H0 = RT / mg, называется шкалой высоты, которая  характеризует протяженность атмосферы, при условии, что температура  в ней всюду одинакова (изотермичная атмосфера). Если атмосфера не изотермична, то интегрировать надо с учетом изменения  температуры с высотой, а параметр Н – некоторая локальная характеристика слоев атмосферы, зависящая от их температуры и свойств среды.

1.2. Стандартная атмосфера.

Модель (таблица значений основных параметров), соответствующая  стандартным давлению у основания  атмосферы Р0 и химическому составу, называется стандартной атмосферой. Точнее, это условная модель атмосферы, для которой заданы средние для  широты 45° 32ў 33І значения температуры, давления, плотности, вязкости и др. характеристик воздуха на высотах  от 2 км ниже уровня моря до внешней  границы земной атмосферы. Параметры  средней атмосферы на всех высотах  рассчитаны по уравнению состояния  идеального газа и барометрическому закону в предположении, что на уровне моря давление равно 1013,25 гПа (760 мм рт. ст.), а температура 288,15 К (15,0° С). По характеру вертикального распределения температуры средняя атмосфера состоит из нескольких слоев, в каждом из которых температура аппроксимирована линейной функцией высоты. В самом нижнем из слоев – тропосфере (h Ј 11 км) температура падает на 6,5° C каждым километром подъема. На больших высотах значение и знак вертикального градиента температуры меняются от слоя к слою. Выше 790 км температура составляет около 1000 К и практически не меняется с высотой.Стандартная атмосфера является периодически уточняемым, узаконенным стандартом

Рис. 2 

1.3 Строение атмосферы

Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος — «поворот», «изменение» и σφαῖρα — «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км.

При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем  на 0,65 К через каждые 100 м и достигает 180÷220 К (—90 ÷ —53° C) в верхней части. Этот верхний слой тропосферы, в  котором снижение температуры с  высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.

В тропосфере сосредоточено  более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и  конвекция, сосредоточена преобладающая  часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.

Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера.

Тропопа́уза (от греч. τροπος — поворот, изменение и παῦσις — остановка, прекращение) — слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой; переходный слой от тропосферы к стратосфере.

 В земной атмосфере  тропопауза расположена на высотах  от 8—12 км (над уровнем моря) в  полярных районах и до 16—18 км  над экватором. Высота тропопаузы  зависит также от времени года (летом тропопауза расположена  выше, чем зимой) и циклонической  деятельности (в циклонах она  ниже, а в антициклонах — выше).

     Рис.3. Зональное строение тропопаузы по широтам в виде красного контура сверху.

Толщина тропопаузы составляет от нескольких сотен метров до 2—3 километров. В субтропиках наблюдаются разрывы  тропопаузы, обусловленные мощными  струйными течениями. Тропопауза над  отдельными районами часто разрушается  и формируется заново.

Стратосфе́ра (от лат. stratum - настил, слой) — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше чем в н.у.Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — N2[1]). На высоте 200—500  км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.

В стратосфере почти нет  водяного пара.

Стратопа́уза — слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, стратосферой и мезосферой. В стратосфере температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза является слоем, где температура достигает максимума. Температура стратопаузы — около 0 °C.Данное явление наблюдается не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу.На Земле стратопауза находится на высоте 50 — 55 км.

Мезосфе́ра (от греч. μεσο- — «средний» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы на высотах от 40—50 до 80—90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; максимум (порядка +50°C) температуры расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать до −70° или −80°C.

Причиной увеличения температуры  в области этого максимума  является экзотермическая (т.е. сопровождающаяся выделением тепла) фотохимическая реакция  разложения озона: О3 + hv ® О2 + О. Озон возникает в результате фотохимического  разложения молекулярного кислорода  О2

О2 + hv ® О + О и последующей  реакции тройного столкновения атома  и молекулы кислорода с какой-нибудь третьей молекулой М.

О + О2 + М ® О3 + М

Такое понижение температуры  связано с энергичным поглощением  солнечной радиации (излучения) озоном.

Газовый состав мезосферы, как  и расположенных ниже атмосферных  слоев, постоянен и содержит около 80% азота и 20% кислорода.

Мезосфера отделяется от нижележащей  стратосферы стратопаузой, а от вышележащей  термосферы — мезопаузой. Мезопауза  в основном совпадает с турбопаузой.

Метеоры начинают светиться  и, как правило, полностью сгорают  в мезосфере.

В мезосфере могут появляться серебристые облака.

Мезопа́уза — слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, мезосферой и термосферой. На Земле располагается на высоте 80 — 90 км над уровнем моря. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около -100°C (температура постоянная или медленно повышается), выше неё (до высоты около 400 км) температура снова начинает расти. Мезопауза совпадает с нижней границей области активного поглощения рентгеновского и наиболее коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте наблюдаются серебристые облака.

Линия Ка́рмана — высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом.

В соответствии с определением Международной авиационной федерации (ФАИ), линия Кармана находится  на высоте 100 км над уровнем моря.

Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера»)  — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода

О + hv ® О+ + е.

В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при  объединении (рекомбинации) атомов кислорода  в молекулы (при этом в энергию  теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая  ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулева теплота, выделяемая электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный  разогрев верхней атмосферы в  приполярных широтах, особенно во время  магнитных бурь.

Термопауза (греч. νέρμη — и παύσιζ — прекращение) — верхний слой атмосферы планеты, расположенный над термосферой, характеризующийся переходом к постоянной температуре (с увеличением расстояния от планеты). Выше расположена экзосфера.

Расположение термопаузы зависит от уровня солнечной активности и может колебаться от 400 до 800 километров. Температура составляет 500—2000 K в  зависимости от времени суток  и солнечной активности. Постоянство  температуры означает, что выше нет  заметных источников энергии, кроме солнечного излучения. Поглощение незначительное, поэтому поступление тепла мало изменяется с высотой.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера  представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более  высоких слоях распределение  газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых  газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура  понижается от 0 °C в стратосфере  до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности  газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит  в так называемый ближнекосмический  вакуум, который заполнен сильно разрежёнными частицами межпланетного газа, главным  образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть  межпланетного вещества. Другую часть  составляют пылевидные частицы кометного  и метеорного происхождения. Кроме  чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает  электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

Ионосфера. Излучение Солнца ионизирует атомы и молекулы атмосферы. Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно растет с удалением от Земли. На различных высотах в атмосфере происходят последовательно процессы диссоциации различных молекул и последующая ионизация различных атомов и ионов. В основном это молекулы кислорода О2, азота N2 и их атомы. В зависимости от интенсивности этих процессов различные слои атмосферы, лежащие выше 60-ти километров, называются ионосферными слоями, а их совокупность ионосферой. Нижний слой, ионизация которого несущественна, называют нейтросферой. На высотах 60–70 км наблюдается слой D, на высотах 100–120 км слой Е, на высотах, на высотах 180–300 км двойной слой F1 и F2 . Основные параметры этих слоев приведены в Таблице 4.

Максимальная концентрация заряженных частиц в ионосфере достигается  на высотах 300–400 км.

1.4. Вода в атмосфере  Земли.

Важнейшей особенностью атмосферы  Земли является наличие значительного  количества водяных паров и воды в капельной форме, которую легче  всего наблюдать в виде облаков  и облачных структур. Степень покрытия неба облаками (в определенный момент или в среднем за некоторый  промежуток времени), выраженная в 10-балльной шкале или в процентах, называют облачностью. Форма облаков определяется по международной классификации. В  среднем, облака покрывают около  половины земного шара. Облачность – важный фактор, характеризующий  погоду и климат. Зимой и ночью  облачность препятствует понижению  температуры земной поверхности  и приземного слоя воздуха, летом  и днем – ослабляет нагревание земной поверхности солнечными лучами, смягчая климат внутри материков.

1.5. Облака.

Облака – скопления  взвешенных в атмосфере водяных  капель (водяные облака), ледяных  кристаллов (ледяные облака) или  – тех и других вместе (смешанные  облака). При укрупнении капель и  кристаллов они выпадают из облаков  в виде осадков. Облака образуются, главным образом, в тропосфере. Они  возникают в результате конденсации  водяного пара, содержащегося в воздухе. Диаметр облачных капель порядка  нескольких мкм. Содержание жидкой воды в облаках – от долей до нескольких граммов на м3. Облака различают по высоте: Согласно международной классификации  существует 10 родов облаков: перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые, высококучевые, высокослоистые, слоисто-дождевые, слоистые, слоисто-кучевые, кучево-дождевые, кучевые.

В стратосфере наблюдаются  также перламутровые облака, а  в мезосфере – серебристые  облака.

Перистые облака – прозрачные облака в виде тонких белых нитей  или пелены с шелковистым блеском, не дающие тени. Перистые облака состоят  из ледяных кристаллов, образуются в верхних слоях тропосферы при  очень низких температурах. Некоторые  виды перистых облаков служат предвестниками смены погоды.

Перисто-кучевые облака –  гряды или слои тонких белых облаков  верхней тропосферы. Перисто-кучевые  облака построены из мелких элементов, имеющих вид хлопьев, ряби, маленьких  шариков без теней и состоят  преимущественно из ледяных кристаллов.

Перисто-слоистые облака –  белесоватая полупрозрачная пелена в верхней тропосфере, обычно волокнистая, иногда размытая, состоящая из мелких игольчатых или столбчатых ледяных кристаллов.

Высококучевые облака –  белые, серые или бело-серые облака нижних и средних слоев тропосферы. Высококучевые облака имеют вид  слоев и гряд, как бы построенных  из лежащих друг над другом пластинок, округлых масс, валов, хлопьев. Высококучевые  облака образуются при интенсивной  конвективной деятельности и обычно состоят из переохлажденных капелек  воды.

Высокослоистые облака –  сероватые или синеватые облака волокнистой или однородной структуры. Высокослоистые облака наблюдаются  в средней тропосфере, простираются на несколько км в высоту и иногда на тысячи км в горизонтальном направлении. Обычно высокослоистые облака входят в состав фронтальных облачных систем, связанных с восходящими движениями воздушных масс.

Слоисто-дождевые облака –  низкий (от 2 и выше км) аморфный слой облаков однообразно-серого цвета, дающий начало обложному дождю или  снегу. Слоисто-дождевые облака – сильно развиты по вертикали (до нескольких км) и горизонтали (несколько тысяч  км), состоят из переохлажденных  капель воды в смеси со снежинками обычно связаны с атмосферными фронтами.

Слоистые облака – облака нижнего яруса в виде однородного  слоя без определенных очертаний, серого цвета. Высота слоистых облаков над  земной поверхностью составляет 0,5–2 км. Изредка из слоистых облаков выпадает морось.

Кучевые облака – плотные, днем ярко-белые облака со значительным вертикальным развитием (до 5 км и более). Верхние части кучевых облаков  имеют вид куполов или башен  с округлыми очертаниями. Обычно кучевые облака возникают как  облака конвекции в холодных воздушных  массах.

Слоисто-кучевые облака –  низкие (ниже 2 км) облака в виде серых  или белых не волокнистых слоев  или гряд из круглых крупных глыб. Вертикальная мощность слоисто-кучевых  облаков невелика. Изредка слоисто-кучевых  облака дают небольшие осадки.

Кучево-дождевые облака –  мощные и плотные облака с сильным  вертикальным развитием (до высоты 14 км), дающие обильные ливневые осадки с  грозовыми явлениями, градом, шквалами. Кучево-дождевые облака развиваются  из мощных кучевых облаков, отличаясь  от них верхней частью, состоящей  из кристаллов льда.

1.6. Физиологические  и другие свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем  моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без  адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается  физиологическая зона атмосферы. Дыхание  человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера  содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым  для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы  по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

В лёгких человека постоянно  содержится около 3 л альвеолярного  воздуха. Парциальное давление кислорода  в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное  давление паров воды и углекислоты  в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление  кислорода в лёгкие полностью  прекратится, когда давление окружающего  воздуха станет равным этой величине.

На высоте около 19—20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической  кабины на этих высотах смерть наступает  почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека, «космос» начинается уже на высоте 15—19 км.

Плотные слои воздуха —  тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное  действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические  лучи; на высотах более 40 км действует  опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

По мере подъёма на всё  большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а  затем и полностью исчезают такие  привычные для нас явления, наблюдаемые  в нижних слоях атмосферы, как  распространение звука, возникновение  аэродинамической подъёмной силы и  сопротивления, передача тепла конвекцией и др.

В разреженных слоях воздуха  распространение звука оказывается  невозможным. До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и  подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная  с высот 100—130 км знакомые каждому  лётчику понятия числа М и  звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.

На высотах выше 100 км атмосфера  лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т. е. с  помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной  космической станции не смогут охлаждаться  снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью  воздушных струй и воздушных  радиаторов. На такой высоте, как  и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.

1.8. Основные химические  элементы в составе атмосферы.

Азот

Образование большого количества азота N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О2, который стал поступать с поверхности  планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также  азот N2 выделяется в атмосферу в  результате денитрификации нитратов и  других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних  слоях атмосферы.

Азот N2 вступает в реакции  лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление  молекулярного азота озоном при  электрических разрядах в малых  количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами  и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные  водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз  с бобовыми растениями, т. н. сидератами.