Будова атмосфери землі схема. Атмосфера землі та фізичні властивості повітря

склад атмосфери.Повітряна оболонка нашої планети атмосферазахищає земну поверхню від згубного на живі організми ультрафіолетового випромінювання Сонця. Захищає вона Землю і від космічних частинок - пилу та метеоритів.

Складається атмосфера з механічної суміші газів: 78% її обсягу становить азот, 21% - кисень і менше 1% - гелій, аргон, криптон та інші інертні гази. Кількість кисню та азоту у повітрі практично незмінна, тому що азот майже не вступає в сполуки з іншими речовинами, а кисень, який хоч і дуже активний і витрачається на дихання, окислення та горіння, весь час поповнюється рослинами.

До висоти приблизно 100 км відсоткове співвідношення цих газів залишається майже незмінним. Це пов'язано з тим, що повітря постійно перемішується.

Крім названих газів у атмосфері міститься близько 0,03 % Вуглекислий газ, який зазвичай концентрується поблизу земної поверхні і розміщується нерівномірно: у містах, промислових центрах та районах вулканічної активності його кількість зростає.

В атмосфері завжди знаходиться кілька домішок - водяної пари і пилу. Вміст водяної пари залежить від температури повітря: що вище температура, то більше вміщує повітря. Завдяки наявності у повітрі пароподібної води можливі такі атмосферні явища, як веселка, рефракція сонячних променів тощо.

Пил в атмосферу надходить під час вулканічних вивержень, піщаних та запорошених бур, при неповному згорянні палива на ТЕЦ тощо.

Будова атмосфери.Щільність атмосфери змінюється з висотою: біля Землі вона найвища, з підняттям вгору зменшується. Так, на висоті 5,5 км щільність атмосфери у 2 рази, а на висоті 11 км – у 4 рази менше, ніж у приземному шарі.

Залежно від щільності, складу та властивостей газів атмосферу поділяють на п'ять концентричних шарів (рис. 34).

Мал. 34.Вертикальний розріз атмосфери (стратифікація атмосфери)

1. Нижній шар називають тропосферою.Її верхня межа проходить на висоті 8-10 км на полюсах та 16-18 км - на екваторі. У тропосфері міститься до 80% всієї маси атмосфери і майже вся водяна пара.

Температура повітря в тропосфері з висотою знижується на 0,6 °C через кожні 100 м і біля її верхньої межі становить -45-55 °C.

Повітря у тропосфері постійно перемішується, переміщається у різних напрямках. Лише тут спостерігаються тумани, дощі, снігопади, грози, бурі та інші погодні явища.

2. Вище розташована стратосфера,яка простягається до висоти 50-55 км. Щільність повітря та тиск у стратосфері незначні. Розріджене повітря складається з тих самих газів, що і в тропосфері, але в ньому більше озону. p align="justify"> Найбільша концентрація озону спостерігається на висоті 15-30 км. Температура в стратосфері збільшується з висотою і на верхній межі її досягає 0 °C і вище. Це тим, що озон поглинає короткохвильову частину сонячної енергії, у результаті повітря нагрівається.

3. Над стратосферою лежить мезосфера,що простягається до висоти 80 км. У ній температура знову знижується та досягає -90 °C. Щільність повітря там у 200 разів менша, ніж у поверхні Землі.

4. Вище мезосфери розташовується термосфера(Від 80 до 800 км). Температура у цьому шарі підвищується: на висоті 150 км. до 220 °C; на висоті 600 км. до 1500 °C. Гази атмосфери (азот і кисень) перебувають у іонізованому стані. Під впливом короткохвильової сонячної радіації окремі електрони відриваються від оболонок атомів. В результаті в даному шарі - іоносферіз'являються шари заряджених частинок. Найбільш щільний їхній шар знаходиться на висоті 300-400 км. У зв'язку з невеликою щільністю сонячні промені там не розсіюються, тому небо чорне, на ньому яскраво світять зірки та планети.

В іоносфері виникають полярні сяйва,утворюються потужні електричні струми, що викликають порушення магнітного поля Землі.

5. Понад 800 км розташована зовнішня оболонка - екзосфера.Швидкість руху окремих частинок в екзосфері наближається до критичної – 11,2 мм/с, тому окремі частинки можуть подолати земне тяжіння та піти у світовий простір.

Значення атмосфери.Роль атмосфери у житті нашої планети винятково велика. Без неї Земля була б мертва. Атмосфера оберігає поверхню Землі від сильного нагрівання та охолодження. Її вплив можна уподібнити ролі скла у парниках: пропускати сонячні промені та перешкоджати віддачі тепла.

Атмосфера захищає живі організми від короткохвильової та корпускулярної радіації Сонця. Атмосфера – середовище, де відбуваються погодні явища, з якими пов'язана вся людська діяльність. Вивчення цієї оболонки провадиться на метеорологічних станціях. Вдень і вночі, за будь-якої погоди метеорологи ведуть спостереження за станом нижнього шару атмосфери. Чотири рази на добу, а на багатьох станціях щогодини вимірюють температуру, тиск, вологість повітря, відзначають хмарність, напрямок та швидкість вітру, кількість опадів, електричні та звукові явища в атмосфері. Метеорологічні станції розташовані всюди: в Антарктиді та у вологих тропічних лісах, на високих горах та на неозорих просторах тундри. Ведуться спостереження і на океанах зі спеціально збудованих кораблів.

З 30-х років. XX ст. почалися спостереження у вільній атмосфері. Стали запускати радіозонди, які піднімаються на висоту 25-35 км, і за допомогою радіоапаратури передають на Землю відомості про температуру, тиск, вологість повітря та швидкість вітру. У наш час широко використовують також метеорологічні ракети та супутники. Останні мають телевізійні установки, що передають зображення земної поверхні та хмар.

| |
5. Повітряна оболонка землі§ 31. Нагрівання атмосфери

Склад Землі. Повітря

Повітря - це механічна суміш із різних газів, що становлять атмосферу Землі. Повітря необхідне для дихання живих організмів, знаходить широке застосування у промисловості.

Те, що повітря являє собою суміш, а не однорідну субстанцію, було доведено в ході експериментів шотландського вченого Джозефа Блека. У ході одного з них вчений виявив, що при нагріванні білої магнезії (вуглекислий магній) виділяється «пов'язане повітря», тобто вуглекислий газ, і утворюється палена магнезія (окис магнію). При випалюванні вапняку, навпаки, відбувається видалення «пов'язаного повітря». На основі цих експериментів вчений зробив висновок, що відмінність між вуглекислими та їдкими лугами полягає в тому, що до складу перших входить вуглекислий газ, що є однією із складових частин повітря. Сьогодні ж ми знаємо, що, крім вуглекислого, до складу земного повітря входять:

Зазначене в таблиці співвідношення газів у земній атмосфері притаманно її нижніх шарів, до висоти 120 км. У цих областях лежить добре перемішана, однорідна за складом область, яка називається гомосферою. Вище гомосфери лежить гетеросфера, на яку характерне розкладання молекул газів на атоми та іони. Області відокремлені одна від одної турбопаузою.

Хімічна реакція, коли під впливом сонячного і космічного випромінювання відбувається розкладання молекул на атоми, називається фотодисоціацією. При розпаді молекулярного кисню утворюється атомарний кисень, що є основним газом атмосфери на висотах понад 200 км. На висотах від 1200 км починають переважати водень і гелій, що є найлегшими з газів.

Оскільки основна маса повітря зосереджена в 3 нижніх атмосферних шарах, зміни складу повітря на висотах більше 100 км не помітно впливають на загальний складатмосфери.

Азот - найпоширеніший газ, частку якого припадає понад три чверті обсягу земного повітря. Сучасний азот утворився при окисленні ранньої аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем, що утворюється у процесі фотосинтезу. В даний час невелика кількість азоту в атмосферу надходить у результаті денітрифікації - процесу відновлення нітратів до нітритів, з подальшим утворенням газоподібних оксидів та молекулярного азоту, що виробляється анаеробними прокаріотами. Частина азоту в атмосферу надходить при вулканічних виверженнях.

У верхніх шарахатмосфери за впливу електричних розрядів за участю озону молекулярний азот окислюється до монооксиду азоту:

N 2 + O 2 → 2NO

У звичайних умовах монооксид відразу ж вступає в реакцію з киснем з утворенням закису азоту:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азот є найважливішим хімічним елементом земної атмосфери. Азот входить до складу білків, що забезпечує мінеральне харчування рослин. Він визначає швидкість біохімічних реакцій, грає роль розріджувача кисню.

Другим за поширеністю газом атмосфери Землі є кисень. Утворення цього газу пов'язують із фотосинтезуючою діяльністю рослин та бактерій. І чим різноманітнішими та численнішими ставали фотосинтезуючі організми, тим значнішим ставав процес утримання кисню в атмосфері. Невелика кількість важкого кисню виділяється під час дегазації мантії.

У верхніх шарах тропосфери та стратосфери під впливом ультрафіолетового сонячного випромінювання (позначимо його як hν) утворюється озон:

O 2 + hν → 2O

Внаслідок дії того ж ультрафіолетового випромінювання відбувається і розпад озону:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

В результаті першої реакції утворюється атомарний кисень, в результаті другої молекулярний кисень. Всі 4 реакції звуться «механізм Чепмена», на ім'я британського вченого Сідні Чепмена, який відкрив їх у 1930 році.

Кисень служить дихання живих організмів. З його допомогою відбуваються процеси окислення та горіння.

Озон служить захисту живих організмів від ультрафіолетового випромінювання, що викликає незворотні мутації. Найбільша концентрація озону спостерігається у нижній стратосфері не більше т.зв. озонового шару або озонового екрану, що лежить на висотах 22-25 км. Вміст озону невеликий: при нормальному тискувесь озон земної атмосфери займав би шар завтовшки лише 2,91 мм.

Утворення третього за поширеністю в атмосфері газу аргону, а також неону, гелію, криптону та ксенону пов'язують із вулканічними виверженнями та розпадом радіоактивних елементів.

Зокрема гелій є продуктом радіоактивного розпаду урану, торію і радію: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (у цих реакція α-частка є ядром гелію, яка в У процесі втрати енергії захоплює електрони і стає 4 He).

Аргон утворюється в процесі розпаду радіоактивного ізотопу калію: 40 K → 40 Ar + γ.

Неон випаровується з вивержених порід.

Криптон утворюється як кінцевий продукт розпаду урану (235 U та 238 U) та торію Th.

Основна маса атмосферного криптону утворилася ще на ранніх стадіях еволюції Землі як результат розпаду трансуранових елементів з феноменально малим періодом напіврозпаду або надійшла з космосу, вміст криптону в якому в десять мільйонів разів вищий ніж на Землі.

Ксенон є результатом поділу урану, але переважна більшість цього газу залишилася з ранніх стадій утворення Землі, від первинної атмосфери.

Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результаті вулканічних вивержень та в процесі розкладання органічної речовини. Його вміст в атмосфері середніх широт Землі сильно різниться залежно від пори року: взимку кількість CO 2 зростає, а влітку - знижується. Пов'язане це коливання з діяльністю рослин, які використовують вуглекислий газ у процесі фотосинтезу.

Водень утворюється внаслідок розкладання води сонячним випромінюванням. Але, будучи найлегшим із газів, що входять до складу атмосфери, постійно випаровується в космічний простір, і тому вміст його в атмосфері дуже невеликий.

Водяна пара є результатом випаровування води з поверхні озер, річок, морів та суші.

Концентрація основних газів у нижніх шарах атмосфери, за винятком водяної пари та вуглекислого газу, постійна. У невеликих кількостях в атмосфері містяться оксид сірки SO 2 , аміак NH 3 , монооксид вуглецю, озон O 3 , хлороводень HCl, фтороводород HF, монооксид азоту NO, вуглеводні, пари ртуті Hg, йоду I 2 і багато інших. У нижньому атмосферному шарі тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок.

Джерелами твердих частинок в атмосфері Землі є вулканічні виверження, пилок рослин, мікроорганізми, а останнім часом і діяльність людини, наприклад спалювання викопного палива в процесі виробництва. Найдрібніші частинки пилу, які є ядрами конденсації, є причинами утворення туманів і хмар. Без твердих частинок, які постійно присутні в атмосфері, на Землю не випадали б опади.

АТМОСФЕРА Землі(грецька atmos пар + sphaira куля) - газова оболонка, навколишня Землю. Маса атмосфери становить близько 5,15·10 15 Біологічне значення атмосфери величезне. В атмосфері здійснюється масо-енергообмін між живою та неживою природою, між рослинним та тваринним світом. Азот атмосфери засвоюють мікроорганізми; з вуглекислого газу та води за рахунок енергії Сонця рослини синтезують органічні речовини та виділяють кисень. Наявність атмосфери забезпечує збереження на Землі води, що також є важливою умовоюіснування живих організмів.

Дослідження, проведені за допомогою висотних геофізичних ракет, штучних супутників Землі та міжпланетних автоматичних станцій, встановили, що земна атмосфера тягнеться на тисячі кілометрів. Кордони атмосфери непостійні, на них впливають гравітаційне поле Місяця та тиск потоку сонячних променів. Над екватором в області земної тіні атмосфера досягає висот близько 10 000 км, а над полюсами кордону її віддалено від землі на 3000 км. Основна маса атмосфери (80-90%) знаходиться в межах висот до 12-16 км, що пояснюється експоненційним (нелінійним) характером зменшення густини (розрідженням) її газового середовища зі збільшенням висоти над рівнем моря.

Існування більшості живих організмів у природних умовах можливе ще вужчих межах атмосфери, до 7-8 км, де має місце необхідне для активного протікання біологічних процесівпоєднання таких атмосферних факторів як газовий склад, температура, тиск, вологість. Гігієнічне значення мають також рух та іонізація повітря, атмосферні опади, електричний стан атмосфери.

Газовий склад

Атмосфера являє собою фізичну суміш газів (табл. 1), переважно азоту та кисню (78,08 та 20,95 об. %). Співвідношення газів атмосфери майже однаково до висот 80-100 км. Постійність основної частини газового складу атмосери обумовлюється відносним врівноважуванням процесів газообміну між живою та неживою природою та безперервним перемішуванням мас повітря у горизонтальному та вертикальному напрямках.

Таблиця 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ХІМІЧНОГО СКЛАДУ СУХОГО АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ У ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ

Склад газовий	Об'ємна концентрація, %
Кисень
Вуглекислий газ
Оксид азоту
Двоокис сірки	Від 0 до 0,0001
	Від 0 до 0,000007 влітку, від 0 до 0,000002 взимку
Двоокис азоту	Від 0 до 0,000002
Окис вуглецю

На висотах понад 100 км. відбувається зміна відсоткового вмісту окремих газів, пов'язана з їх дифузним розшаруванням під впливом гравітації та температури. Крім того, під дією короткохвильової частини ультрафіолетових та рентгенівських променів на висоті 100 км і більше відбувається дисоціація молекул кисню, азоту та вуглекислого газу на атоми. На висотах ці гази перебувають у вигляді сильно іонізованих атомів.

Зміст вуглекислого газу атмосфері різних районів Землі менш постійно, що з частково з нерівномірним розосередженням великих промислових підприємств, забруднюючих повітря, і навіть нерівномірністю розподілу Землі рослинності, водних басейнів, поглинаючих вуглекислий газ. Також мінливо в атмосфері та вміст аерозолів (див.) - зважених у повітрі частинок розміром від кількох мілімікрон до кількох десятків мікрон, - що утворюються внаслідок вулканічних вивержень, потужних штучних вибухів, забруднень індустріальними підприємствами. Концентрація аерозолів швидко зменшується з висотою.

Найпостійніша і важливіша зі змінних компонентів атмосфери - водяна пара, концентрація якої біля земної поверхні може коливатися від 3% (у тропіках) до 2×10 -10 % (в Антарктиді). Чим вище температура повітря, тим більше вологи при інших рівних умовахможе бути в атмосфері і навпаки. Переважна більшість парів води зосереджена у атмосфері до висот 8-10 км. Зміст водяної пари в атмосфері залежить від поєднаного впливу процесів випаровування, конденсації та горизонтального перенесення. На висотах у зв'язку з зниженням температури і конденсації пар повітря практично сухий.

Атмосфера Землі, крім молекулярного та атомарного кисню, містить у незначній кількості та озон (див.), концентрація якого дуже непостійна і змінюється в залежності від висоти та пори року. Найбільше озону міститься в області полюсів до кінця полярної ночі на висоті 15-30 км з різким зменшенням вгору і вниз. Озон виникає внаслідок фотохімічного впливу на кисень ультрафіолетової сонячної радіації переважно на висотах 20-50 км. Двохатомні молекули кисню частково розпадаються при цьому на атоми і, приєднуючись до нерозкладених молекул, утворюють триатомні молекули озону (полімерна, алотропна форма кисню).

Наявність в атмосфері групи про інертних газів (гелію, неону, аргону, криптону, ксенону) пов'язані з безперервним перебігом процесів природного радіоактивного розпаду.

Біологічне значення газіватмосфера дуже велика. Для більшості багатоклітинних організмів певний вміст молекулярного кисню в газовому чи водному середовищі є неодмінним фактором їх існування, що зумовлює при диханні вивільнення енергії з органічних речовин, створених спочатку під час фотосинтезу. Не випадково, що верхні межі біосфери (частина поверхні земної кулі та нижня частина атмосфери, де існує життя) визначаються наявністю достатньої кількості кисню. У процесі еволюції організми пристосувалися до рівня кисню у атмосфері; зміна вмісту кисню у бік зменшення або збільшення має несприятливий ефект (див. Висотна хвороба, Гіпероксія, Гіпоксія).

Вираженою біологічною дією має і озон-алотропна форма кисню. При концентраціях, що не перевищують 0,0001 мг/л, що характерно для курортних місцевостей та морських узбереж, озон надає цілюща дія- стимулює дихання та серцево-судинну діяльністьпокращує сон. Зі збільшенням концентрації озону проявляється його токсична дія: подразнення очей, некротичне запалення слизових оболонок дихальних шляхів, загострення легеневих захворювань, вегетативні неврози Вступаючи у поєднання з гемоглобіном, озон утворює метгемоглобін, що призводить до порушення дихальної функції крові; утруднюється перенесення кисню з легких до тканин, розвиваються явища ядухи. Подібний несприятливий вплив на організм має і атомарний кисень. Озон відіграє значну роль у створенні термічних режимів різних верств атмосфери внаслідок надзвичайно сильного поглинання сонячної радіації та земного випромінювання. Найбільш інтенсивно озон поглинає ультрафіолетові та інфрачервоні промені. Сонячне проміння з довжиною хвилі менше 300 нм майже повністю поглинається атмосферним озоном. Таким чином, Земля оточена своєрідним «озоновим екраном», що захищає багато організмів від згубної дії ультрафіолетового випромінювання Сонця, Азот атмосферного повітря має важливе біологічне значення насамперед як джерело так зв. фіксованого азоту - ресурсу рослинної (а зрештою і тваринної) їжі. Фізіологічна значимість азоту визначається його участю у створенні необхідного для життєвих процесів рівня атмосферного тиску. За певних умов зміни тиску азот грає основну роль розвитку низки порушень в організмі (див. Декомпресійна хвороба). Припущення про те, що азот послаблює токсичну дію на організм кисню і засвоюється з атмосфери як мікроорганізмами, а й вищими тваринами, є спірними.

Інертні гази атмосфери (ксенон, криптон, аргон, неон, гелій) при створюваному ними в нормальних умовах парціальному тиску можуть бути віднесені до біологічно індиферентних газів. При значному підвищенні парціального тиску ці гази мають наркотичну дію.

Наявність вуглекислого газу в атмосфері забезпечує накопичення сонячної енергії в біосфері за рахунок фотосинтезу складних сполук вуглецю, які у процесі життя безперервно виникають, змінюються та розкладаються. Ця динамічна система підтримується внаслідок діяльності водоростей та наземних рослин, що уловлюють енергію сонячного світлаі використовують її для перетворення вуглекислого газу (див.) і води на різноманітні органічні сполукиіз виділенням кисню. Протяжність біосфери вгору обмежена частково і тим, що на висотах понад 6-7 км рослини, що містять хлорофіл, не можуть жити через низький парціальний тиск вуглекислого газу. Вуглекислий газ є дуже активним і у фізіологічному відношенні, тому що відіграє важливу роль у регуляції обмінних процесів, діяльності центральної нервової системи, дихання, кровообігу, кисневого режиму організму. Однак це регулювання опосередковано впливом вуглекислого газу, утвореного самим організмом, а чи не надходить з атмосфери. У тканинах і крові тварин і людини парціальний тиск вуглекислого газу приблизно 200 разів перевищує величину його тиску в атмосфері. І лише при значному збільшенні вмісту вуглекислого газу в атмосфері (понад 0,6-1%) спостерігаються порушення в організмі, що позначаються терміном гіперкапнію (див.). Повне усунення вуглекислого газу з повітря, що вдихається, не може безпосередньо надати несприятливого впливу на організм людини і тварин.

Вуглекислий газ відіграє певну роль у поглинанні довгохвильового випромінювання та підтримці «оранжерейного ефекту», що підвищує температуру біля Землі. Вивчається також проблема впливу на термічні та інші режими атмосфери вуглекислого газу, що надходить у величезних кількостях повітря як відхід промисловості.

Водяні пари атмосфери (вологість повітря) також впливають на організм людини, зокрема на теплообмін із довкіллям.

Внаслідок конденсації водяної пари в атмосфері утворюються хмари та випадають атмосферні опади (дощ, град, сніг). Водяні пари, розсіюючи сонячне випромінювання, беруть участь у створенні теплового режиму Землі та нижніх шарів атмосфери, у формуванні метеорологічних умов.

Атмосферний тиск

Атмосферний тиск (барометричний) - тиск, що чиниться атмосферою під впливом гравітації на поверхню Землі. Величина цього тиску в кожній точці атмосфери дорівнює вазі вищого стовпа повітря з одиничною основою, що простягається над місцем вимірювання до меж атмосфери. Вимірюють атмосферний тиск барометром (див.) і виражають у мілібарах, у ньютонах на квадратний метрабо висотою стовпа ртуті в барометрі міліметрах, наведеної до 0° і нормальної величини прискорення сили тяжкості. У табл. 2 наведено найбільш уживані одиниці виміру атмосферного тиску.

Зміна тиску відбувається внаслідок нерівномірного нагрівання мас повітря, розташованих над сушею та водою в різних географічних широтах. При підвищенні температури щільність повітря та створюваний ним тиск зменшуються. Величезне скупчення повітря з пониженим тиском (зі зменшенням тиску від периферії до центру вихру) називають циклоном, з підвищеним тиском (з підвищенням тиску до центру вихру) - антициклоном. Для прогнозу погоди важливі неперіодичні зміни атмосферного тиску, що відбуваються в великих масах і пов'язані з виникненням, розвитком і руйнуванням антициклонів і циклонів. Особливо великі зміни атмосферного тиску пов'язані зі швидким переміщенням тропічних циклонів. При цьому атмосферний тиск може змінюватися на 30-40 мбар/добу.

Падіння атмосферного тиску в мілібарах на відстані 100 км називається горизонтальним барометричним градієнтом. Зазвичай величини горизонтального барометричного градієнта становлять 1-3 мбар, але у тропічних циклонах іноді зростають до десятків мілібарів на 100 км.

З підйомом на висоту атмосферний тиск знижується в логарифмічній залежності: спочатку дуже різко, а потім менш помітно (рис. 1). Тому крива зміни барометричного тиску має експоненційний характер.

Зменшення тиску на одиницю відстані по вертикалі називається вертикальним барометричним градієнтом. Часто користуються оберненою йому величиною – барометричним ступенем.

Оскільки барометричний тиск є сума парціальних тисків газів, що утворюють повітря, очевидно, що з підйомом на висоту поряд із зменшенням загального тиску атмосфери знижується і парціальний тиск газів, що становлять повітря. Величина парціального тиску будь-якого газу в атмосфері обчислюється за формулою

де Р х - парціальний тиск газу, Z - атмосферний тиск на висоті Ζ, Х% - процентний вміст газу, парціальний тиск якого слід визначити.

Мал. 1. Зміна барометричного тиску залежно від висоти над рівнем моря.

Мал. 2. Зміна парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі та насичення артеріальної крові киснем залежно від зміни висоти при диханні повітрям та киснем. Дихання киснем починається з висоти 8,5 км (експеримент у барокамері).

Мал. 3. Порівняльні криві середніх величин активної свідомості у людини в хвилинах на різних висотах після швидкого підйому при диханні повітрям (I) я киснем (II). На висотах понад 15 км активна свідомість порушується однаково при диханні киснем та повітрям. На висотах до 15 км дихання киснем значно подовжує період активної свідомості (експеримент у барокамері).

Оскільки відсотковий склад газів атмосфери щодо постійний, то визначення парціального тиску будь-якого газу потрібно лише знати загальний барометричний тиск у цій висоті (рис. 1 і табл. 3).

Таблиця 3. ТАБЛИЦЯ СТАНДАРТНОЇ АТМОСФЕРИ (ГОСТ 4401-64) 1

Геометрична висота (м)	Температура		Барометричний тиск			Парціальний тиск кисню (мм рт. ст.)
				мм рт. ст.

1 Дано у скороченому вигляді та доповнено графою «Парціальний тиск кисню».

При визначенні парціального тиску газу у вологому повітрі потрібно відняти від величини барометричного тиску тиск (пружність) насиченої пари.

Формула для визначення парціального тиску газу у вологому повітрі буде дещо іншою, ніж для сухого повітря:

де рH 2 O - пружність водяної пари. При t° 37° пружність насиченої водяної пари дорівнює 47 мм рт. ст. Ця величина використовується при обчисленні парціальних тисків газів альвеолярного повітря у наземних та висотних умовах.

Вплив на організм підвищеного та зниженого тиску. Зміни барометричного тиску у бік підвищення чи зниження надають різноманітну дію організм тварин і людини. Вплив підвищеного тиску пов'язаний з механічною та проникаючою фізико-хімічною дією газового середовища (так зв. компресійний та проникаючий ефекти).

Компресійний ефект проявляється: загальним об'ємним стиском, обумовленим рівномірним підвищенням сил механічного тиску на органи та тканини; механонаркозом, обумовленим рівномірною об'ємною компресією при дуже високому барометричному тиску; місцевим нерівномірним тиском на тканини, які обмежують газомісткі порожнини при порушеному зв'язку зовнішнього повітря з повітрям, що знаходиться в порожнині, наприклад, середнього вуха, придаткових порожнинахноса (див. Баротравма); збільшенням щільності газу в системі зовнішнього дихання, що викликає зростання опору дихальним рухам, особливо при форсованому диханні ( фізичне навантаження, гіперкапнія).

Проникаючий ефект може призвести до токсичної дії кисню та індиферентних газів, підвищення вмісту яких у крові та тканинах викликає наркотичну реакцію, перші ознаки якої при використанні азото-кисневої суміші у людини виникають при тиску 4-8 ата. Збільшення парціального тиску кисню спочатку знижує рівень функціонування серцево-судинної та дихальної систем внаслідок виключення регулюючого впливу фізіологічної гіпоксемії. При збільшенні парціального тиску кисню в легенях більше 0,8-1 ата проявляється його токсична дія (ураження легеневої тканини, судоми, колапс).

Проникаючий та компресійний ефекти підвищеного тиску газового середовища використовуються в клінічній медицині при лікуванні різних хвороб із загальним та місцевим порушенням кисневого забезпечення(Див. Баротерапія, Киснева терапія).

Зниження тиску має на організм ще більш виражену дію. В умовах вкрай розрідженої атмосфери основним патогенетичним фактором, що призводить за кілька секунд до втрати свідомості, а за 4-5 хв. - Загибель, є зменшення парціального тиску кисню у повітрі, що вдихається, а потім в альвеолярному повітрі, крові і тканинах (мал. 2 та 3). Помірна гіпоксія викликає розвиток пристосувальних реакцій системи дихання та гемодинаміки, спрямованих на підтримку кисневого постачання насамперед життєво важливих органів (мозку, серця). При вираженому нестачі кисню пригнічуються окислювальні процеси (за рахунок дихальних ферментів), порушуються аеробні процеси вироблення енергії в мітохондріях. Це призводить спочатку до розладу функцій життєво важливих органів, а потім до незворотних структурних ушкоджень та загибелі організму. Розвиток пристосувальних і патологічних реакцій, зміна функціонального стану організму та працездатності людини при зниженні атмосферного тиску визначається ступенем і швидкістю зменшення парціального тиску кисню у повітрі, що вдихається, тривалістю перебування на висоті, інтенсивністю виконуваної роботи, вихідним станом організму (див. Висотна хвороба).

Зниження тиску на висотах (навіть за винятком нестачі кисню) викликає в організмі серйозні порушення, що об'єднуються поняттям «декомпресійні розлади», до яких відносяться: висотний метеоризм, баротит і баросинусит, висотна декомпресійна хвороба та висотна тканинна емфізема.

Висотний метеоризм розвивається внаслідок розширення газів у шлунково-кишковому тракті при зменшенні барометричного тиску на черевну стінку під час підйому на висоти від 7-12 км і більше. Певне значення має й вихід газів, розчинених у кишковому вмісті.

Розширення газів призводить до розтягування шлунка та кишечника, підняття діафрагми, зміни положення серця, подразнення рецепторного апарату цих органів та виникнення патологічних рефлексів, що порушують дихання та кровообіг. Нерідко виникають різкі боліу животі. Подібні явища іноді виникають і у водолазів під час підйому з глибини на поверхню.

Механізм розвитку баротиту і баросинуситу, що виявляються почуттям закладеності та болю відповідно в середньому вусі або придаткових порожнинах носа, подібний до розвитку висотного метеоризму.

Зниження тиску, крім розширення газів, що містяться в порожнинах тіла, зумовлює також і вихід газів з рідин і тканин, в яких вони були розчинені в умовах тиску на рівні моря або на глибині, і утворення бульбашок газу в організмі.

Цей процес виходу розчинених газів (насамперед азоту) викликає розвиток декомпресійної хвороби (див.).

Мал. 4. Залежність температури кипіння води від висоти над рівнем моря та барометричного тиску. Цифри тиску розташовані під відповідними цифрами висоти.

При зменшенні атмосферного тиску знижується температура кипіння рідини (рис. 4). На висоті більше 19 км, де барометричний тиск дорівнює (або менше) пружності насичених пар при температурі тіла (37°), може відбутися «закипання» міжтканинної та міжклітинної рідини організму, внаслідок чого у великих венах, у порожнині плеври, шлунка, перикарда , у пухкій жировій клітковині, тобто в ділянках з низьким гідростатичним та внутрішньотканинним тиском, утворюються бульбашки водяної пари, розвивається висотна тканинна емфізема. Висотне «кипіння» не торкається клітинних структур, локалізуючись тільки в міжклітинній рідині та крові.

Масивні бульбашки пари можуть блокувати роботу серця та циркуляцію крові та порушувати роботу життєво важливих систем та органів. Це є серйозним ускладненнямгострого кисневого голодування, що розвивається великих висотах. Профілактика висотної тканинної емфіземи може бути забезпечена створенням зовнішнього протитиску на тіло висотним спорядженням.

Сам процес зниження барометричного тиску (декомпресія) при певних параметрах може стати фактором, що ушкоджує. Залежно від швидкості декомпресію поділяють на плавну (повільну) та вибухову. Остання протікає за час менше 1 секунди і супроводжується сильною бавовною (як при пострілі), утворенням туману (конденсація парів води через охолодження повітря, що розширюється). Зазвичай вибухова декомпресія відбувається на висотах при руйнуванні скління герметичної кабіни або скафандра з надлишковим тиском.

При вибуховій декомпресії насамперед страждають легені. Швидке наростання внутрішньолегеневого надлишкового тиску (більш ніж на 80 мм рт. ст.) призводить до значного розтягування легеневої тканини, що може викликати розрив легень (при їх розширенні в 2,3 рази). Вибухова декомпресія може спричинити пошкодження шлунково-кишкового тракту. Величина надлишкового тиску в легенях, що виникає, багато в чому залежатиме від швидкості закінчення з них повітря в процесі декомпресії та об'єму повітря в легенях. Особливо небезпечно, якщо верхні дихальні шляхи в момент декомпресії виявляться закритими (при ковтанні, затримці дихання) або декомпресія збігатиметься з фазою глибокого вдиху, коли легені наповнюються великою кількістю повітря.

Температура атмосфери

Температура атмосфери зі збільшенням висоти спочатку знижується (в середньому від 15 ° біля землі до -56,5 ° на висоті 11-18 км). Вертикальний температурний градієнт у цій зоні атмосфери становить близько 0,6 на кожні 100 м; він змінюється протягом доби та року (табл. 4).

Таблиця 4. ЗМІНИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДІЄНТА НАД СЕРЕДНІЙ СМІЦКОЮ ТЕРИТОРІЇ СРСР

Мал. 5. Зміна температури атмосфери різних висотах. Кордони сфер позначені пунктиром.

На висотах 11-25 км температура стає постійною і становить -56,5°; потім температура починає підвищуватися, досягаючи на висоті 40 км 30-40 °, на висоті 50-60 км 70 ° (рис. 5), що пов'язане з інтенсивним поглинанням озоном сонячної радіації. З висоти 60-80 км температура повітря знову дещо знижується (до 60 °), а потім прогресивно підвищується і становить на висоті 120 км 270 °, на 220 км 800 °, на висоті 300 км 1500 °, а

на кордоні з космічним простором – понад 3000°. Слід зауважити, що внаслідок великої розрідженості та малої щільності газів на цих висотах їх теплоємність та здатність до нагрівання холодніших тіл дуже незначна. У цих умовах передача тепла від одного тіла до іншого відбувається лише за допомогою променевипускання. Усі зміни температури в атмосфері пов'язані з поглинанням повітряними масами теплової енергії Сонця - прямою і відображеною.

У нижній частині атмосфери біля Землі розподіл температури залежить від припливу сонячної радіації і тому має переважно широтний характер, тобто лінії рівної температури - ізотерми - паралельні широтам. Оскільки атмосфера в нижніх шарах нагрівається від земної поверхні, то горизонтальне зміна температури сильно впливає розподіл материків і океанів, термічні властивості яких різні. Зазвичай у довідниках вказується температура, виміряна при мережевих метеорологічних спостереженнях термометром, встановленим на висоті 2 м над поверхнею ґрунту. Найбільш високі температури (до 58 е) спостерігаються в пустелях Ірану, а в СРСР - на півдні Туркменістану (до 50 °), найнижчі (до -87 °) в Антарктиді, а в СРСР - в районах Верхоянська та Оймякона (до -68 °) ). Взимку вертикальний температурний градієнт в окремих випадках замість 0,6 ° може перевищувати 1 ° на 100 м або навіть набувати негативного значення. Вдень у теплу пору року він може дорівнювати багатьом десяткам градусів на 100 м. Розрізняють також горизонтальний градієнт температури, який зазвичай відносять до відстані 100 км за нормаллю до ізотерми. Розмір горизонтального градієнта температури - десяті частки градуса на 100 км, а фронтальних зонах може перевищувати 10° на 100 м.

Організм людини здатний підтримувати тепловий гомеостаз у досить вузьких межах коливань температури зовнішнього повітря - від 15 до 45 °. Суттєві відмінності температури атмосфери у Землі та на висотах вимагають застосування спеціальних захисних технічних засобів для забезпечення теплового балансу між організмом людини та зовнішнім середовищему висотних та космічних польотах.

Характерні зміни параметрів атмосфери (температури, тиску, хімічного складу, електричного стану) дозволяють умовно розділити атмосферу на зони або шари. Тропосфера- Найближчий шар до Землі, верхня межа якого простягається на екваторі до 17-18 км, на полюсах - до 7-8 км, у середніх широтах - до 12-16 км. Для тропосфери характерне експоненційне падіння тиску, наявність постійного вертикального температурного градієнта, горизонтальні та вертикальні переміщення повітряних мас, значні зміни вологості повітря. У тропосфері перебуває переважна більшість атмосфери, і навіть значна частина біосфери; тут виникають усі основні види хмар, формуються повітряні маси та фронти, розвиваються циклони та антициклони. У тропосфері через віддзеркалення сніговим покривом Землі сонячних променів та охолодження приземних шарів повітря має місце так звана інверсія, тобто зростання температури в атмосфері знизу вгору замість звичайного спадання.

У теплу пору року у тропосфері відбувається постійне турбулентне (безладне, хаотичне) перемішування повітряних мас та перенесення тепла потоками повітря (конвекція). Конвекція знищує тумани та зменшує запиленість нижнього шару атмосфери.

Другим шаром атмосфери є стратосфера.

Вона починається від тропосфери вузькою зоною (1-3 км) із постійною температурою (тропопауза) і простягається до висот близько 80 км. Особливістю стратосфери є прогресуюча розрідженість повітря, виключно висока інтенсивність ультрафіолетового випромінювання, відсутність водяної пари, наявність великої кількостіозону та поступове підвищення температури. Високий вміст озону обумовлює ряд оптичних явищ (міражі), викликає відображення звуків і істотно впливає на інтенсивність і спектральний склад електромагнітних випромінювань. У стратосфері відбувається постійне перемішування повітря, тому його склад аналогічний повітрі тропосфери, хоча щільність його у верхніх кордонів стратосфери вкрай мала. Переважаючі вітри в стратосфері - західні, а верхній зоні спостерігається перехід до східних вітрів.

Третім шаром атмосфери є іоносфера, Що починається від стратосфери і простягається до висот 600-800 км.

Відмітні ознаки іоносфери – крайня розрідженість газового середовища, висока концентрація молекулярних та атомарних іонів та вільних електронів, а також висока температура. Іоносфера впливає поширення радіохвиль, обумовлюючи їх заломлення, відбиток і поглинання.

Основним джерелом іонізації високих верств атмосфери є ультрафіолетове випромінювання Сонця. При цьому з атомів газів вибиваються електрони, атоми перетворюються на позитивні іони, А вибиті електрони залишаються вільними чи захоплюються нейтральними молекулами з утворенням негативних іонів. На іонізацію іоносфери впливають метеори, корпускулярне, рентгенівське та гамма-випромінювання Сонця, а також сейсмічні процеси Землі (землетруси, вулканічні виверження, потужні вибухи), які генерують акустичні хвилі в іоносфері, що підсилюють амплітуду і швидкість коле та атомів (див. Аероіонізація).

Електрична провідність в іоносфері, пов'язана з високою концентрацієюіонів та електронів, дуже велика. Підвищена електропровідність іоносфери відіграє важливу роль у відображенні радіохвиль та виникненні полярних сяйв.

Іоносфера - це область польотів штучних супутників Землі та міжконтинентальних балістичних ракет. В даний час космічна медицина вивчає можливі впливи на організм людини умов польоту в цій частині атмосфери.

Четвертий, зовнішній шар атмосфери екзосфера. Звідси атмосферні гази розсіюються у світовий простір з допомогою диссипації (подолання молекулами сил земного тяжіння). Потім відбувається поступовий перехід від атмосфери до міжпланетного космічного простору. Від останнього екзосфера відрізняється наявністю великої кількості вільних електронів, що утворюють 2-й та 3-й радіаційні пояси Землі.

Поділ атмосфери на 4 шари дуже умовний. Так, за електричними параметрами всю товщу атмосфери ділять на 2 шари: нейтросферу, в якій переважають нейтральні частки, та іоносферу. За температурою розрізняють тропосферу, стратосферу, мезосферу та термосферу, розділені відповідно тропо-, страто- та мезопаузами. Шар атмосфери, розташований між 15 і 70 км і характеризується високим змістомозону називають озоносферою.

Для практичних цілей зручно користуватися Міжнародною стандартною атмосферою (MCA), для якої приймають такі умови: тиск на рівні моря при t° 15° дорівнює 1013 мбар (1,013 X 10 5 нм 2 , або 760 мм рт. ст.); температура зменшується на 6,5 ° на 1 км до рівня 11 км (умовна стратосфера), а потім залишається постійною. У СРСР прийнято стандартну атмосферу ГОСТ 4401 - 64 (табл. 3).

Опади. Оскільки основна маса водяної пари атмосфери зосереджена в тропосфері, то процеси фазових переходів води, що зумовлюють опади, протікають переважно в тропосфері. Тропосферні хмари зазвичай закривають близько 50% усієї земної поверхні, тоді як хмари в стратосфері (на висотах 20-30 км) та поблизу мезопаузи, що отримали назву відповідно перламутрових та сріблястих, спостерігаються порівняно рідко. В результаті конденсації водяної пари в тропосфері утворюються хмари та випадають опади.

За характером випадання опади поділяються на 3 типи: облоги, зливи, мряка. Кількість опадів визначається товщиною шару води, що випала в міліметрах; вимірювання опадів проводять дощомірами та осадкомірами. Інтенсивність опадів виявляється у міліметрах за 1 хвилину.

Розподіл опадів в окремі сезони та дні, а також по території вкрай нерівномірний, що обумовлено циркуляцією атмосфери та впливом поверхні Землі. Так, на Гавайських островах у середньому за рік випадає 12 000мм, а в найбільш сухих областях Перу та Сахари опади не перевищують 250 мм, а іноді не випадають кілька років. У річній динаміці випадання опадів розрізняють такі типи: екваторіальний - з максимумом випадання після весняного та осіннього рівнодення; тропічний – з максимумом опадів влітку; мусонний - з дуже різко вираженим піком влітку та сухою зимою; субтропічний - з максимумом опадів взимку та сухим літом; континентальний помірних широт – з максимумом випадання опадів влітку; морський помірних широт - з максимумом опадів взимку.

Весь атмосферно-фізичний комплекс кліматометеорологічних факторів, що становить погоду, широко використовується для зміцнення здоров'я, загартовування та лікувальних цілей (див. Кліматотерапія). Поряд із цим встановлено, що різкі коливання цих атмосферних факторів можуть негативно впливати на фізіологічні процеси в організмі, викликаючи розвиток різних патологічних станівта загострення хвороб, що отримали назву метеотропних реакцій (див. Кліматопатологія). Особливе значення у цьому відношенні мають часті тривалі обурення атмосфери та різкі стрибкоподібні коливання метеофакторів.

Метеотропні реакції спостерігаються частіше у людей, які страждають на захворювання серцево-судинної системи, поліартрити, бронхіальною астмою, виразковою хворобою, захворювання шкіри.

Бібліографія:Бєлінський Ст А. і Побіяхо Ст А. Аерологія, Л., 1962, бібліогр.; Біосфера та її ресурси, під ред. Ст А. Ковди, М., 1971; Данилов А. Д. Хімія іоносфери, Л., 1967; Колобков Н. Ст Атмосфера та її життя, М., 1968; Калітін H.H. Основи фізики атмосфери у застосуванні до медицини, Л., 1935; Матвєєв Л. Т. Основи загальної метеорології, Фізика атмосфери, Л., 1965, бібліогр.; Мінх А. А. Іонізація повітря та її гігієнічне значення, М., 1963, бібліогр.; він же, Методи гігієнічних досліджень, М., 1971, бібліогр.; Тверський П. Н. Курс метеорології, Л., 1962; Уманський С. П. Людина в космосі, М., 1970; Хвостиков І. А. Високі верстви атмосфери, Л., 1964; X р г і а н A. X. Фізика атмосфери, Л., 1969, бібліогр.; Хромов С. П. Метеорологія та кліматологія для географічних факультетів, Л., 1968.

Вплив на організм підвищеного та зниженого тиску– Армстронг Г. Авіаційна медицина, пров. з англ., М., 1954, бібліогр.; Зальцман Г.Л. Фізіологічні засадиперебування людини в умовах підвищеного тиску газів середовища, Л., 1961, бібліогр.; Іванов Д. І. та Хромушкін А. І. Системи життєзабезпечення людини при висотних та космічних польотах, М., 1968, бібліогр.; Ісаков П. До. та ін. Теорія та практика авіаційної медицини, М., 1971, бібліогр.; Коваленко Є. А. та Черняков І. Н. Кисень тканин при екстремальних факторівпольоту, М., 1972, бібліогр.; Майлс С. Підводна медицина, пров. з англ., М., 1971, бібліогр.; Busby D. Е. Space clinical medicine, Dordrecht, 1968.

І. Н. Черняков, М. Т. Дмитрієв, З. І. Непомнящий.

- Повітряна оболонка земної кулі, що обертається разом із Землею. Верхню межу атмосфери умовно проводять на висотах 150-200 км. Нижня межа – поверхня Землі.

Атмосферне повітря є сумішшю газів. Більша частинайого обсягу в приземному шарі повітря посідає азот (78%) і кисень (21%). Крім того, в повітрі містяться інертні гази (аргон, гелій, неон та ін), вуглекислий газ (0,03), водяна пара та різні тверді частинки (пил, сажа, кристали солей).

Повітря безбарвне, а колір неба пояснюється особливостями розсіювання світлових хвиль.

Атмосфера складається з кількох шарів: тропосфери, стратосфери, мезосфери та термосфери.

Нижній приземний шар повітря називається тропосферою.На різних широтах її потужність неоднакова. Тропосфера повторює форму планети та бере участь разом із Землею в осьовому обертанні. У екватора потужність атмосфери коливається від 10 до 20 км. У екватора вона більша, а у полюсів – менша. Тропосфера характеризується максимальною щільністю повітря, у ній зосереджено 4/5 маси всієї атмосфери. Тропосфера визначає погодні умови: тут формуються різні повітряні маси, утворюються хмари та опади, відбувається інтенсивний горизонтальний та вертикальний рух повітря.

Над тропосферою, до висоти 50 км, розташовується Стратосфера.Вона характеризується меншою щільністю повітря, у ній відсутня водяна пара. У нижній частині стратосфери на висотах близько 25 км. розташований «озоновий екран» – шар атмосфери з підвищеною концентрацією озону, який поглинає ультрафіолетове випромінювання, яке згубне для організмів.

На висоті 50 до 80-90 км. мезосфери.Зі збільшенням висоти температура знижується із середнім вертикальним градієнтом (0,25-0,3)°/100 м, а щільність повітря зменшується. Основним енергетичним процесом є променистий теплообмін. Світіння атмосфери обумовлено складними фотохімічними процесами за участю радикалів, коливально збуджених молекул.

Термосферазнаходиться на висоті 80-90 до 800 км. Щільність повітря тут мінімальна, рівень іонізації повітря дуже великий. Температура змінюється залежно від активності Сонця. У зв'язку з великою кількістю заряджених частинок тут спостерігаються полярні сяйва та магнітні бурі.

Атмосфера має значення для природи Землі.Без кисню неможливе дихання живих організмів. Її озоновий шар захищає все живе від згубних. ультрафіолетових променів. Атмосфера згладжує коливання температур: поверхня Землі не переохолоджується вночі та не перегрівається вдень. У щільних шарах атмосферного повітря, не досягаючи поверхні планети, згоряють від терну метеорити.

Атмосфера взаємодіє зі всіма оболонками землі. З її допомогою здійснюється обмін теплом та вологою між океаном та сушею. Без атмосфери не було б хмар, опадів, вітрів.

Значний несприятливий впливом геть атмосферу надає господарська діяльність людини. Відбувається забруднення атмосферного повітря, що зумовлює збільшення концентрації оксиду вуглецю (CO 2 ). А це сприяє глобальному потеплінню клімату та посилює «парниковий ефект». Озоновий шар Землі руйнується через відходи виробництв та роботи транспорту.

Атмосфера потребує охорони. У розвинених країнах здійснюється комплекс заходів щодо захисту атмосферного повітря від забруднення.

Залишились питання? Бажаєте знати більше про атмосферу?
Щоб отримати допомогу репетитора – .

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

При 0 °C - 1,0048·10 3 Дж/(кг·К), C v - 0,7159·10 3 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Розчинність повітря у воді (за масою) при 0 °C – 0,0036 %, при 25 °C – 0,0023 %.

Крім зазначених у таблиці газів, в атмосфері містяться Cl 2 , SO 2 , NH 3 , СО , O 3 , NO 2 , вуглеводні , HCl , , HBr , , пари , I 2 , Br 2 , а також і багато інших газів у незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль). Найрідкіснішим газом у Земній атмосфері є радон (Rn).

Будова атмосфери

Прикордонний шар атмосфери

Нижній шар атмосфери примикає до Землі (товщиною 1-2 км) у якому вплив цієї поверхні безпосередньо впливає її динаміку.

Тропосфера

Її верхня межа знаходиться на висоті 8-10 км у полярних, 10-12 км у помірних та 16-18 км у тропічних широтах; взимку нижче, ніж улітку. Нижній, основний шар атмосфери містить понад 80% всієї маси атмосферного повітря і близько 90% всього водяної пари, що є в атмосфері. У тропосфері сильно розвинені турбулентність та конвекція, виникають хмари, розвиваються циклони та антициклони. Температура зменшується зі зростанням висоти із середнім вертикальним градієнтом 0,65°/100 м

Тропопауза

Перехідний шар від тропосфери до стратосфери, шар атмосфери, де припиняється зниження температури з висотою.

Стратосфера

Шар атмосфери, що знаходиться на висоті від 11 до 50 км. Характерна незначна зміна температури у шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) та підвищення її у шарі 25-40 км від −56,5 до 0,8° (верхній шар стратосфери чи область інверсії). Досягши на висоті близько 40 км. значення близько 273 К (майже 0 °C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км. Ця область постійної температури називається стратопаузою і є межею між стратосферою та мезосферою.

Стратопауза

Прикордонний шар атмосфери між стратосферою та мезосферою. У вертикальному розподілі температури є максимум (близько 0 °C).

Мезосфера

Мезосфера починається на висоті 50 км і тягнеться до 80-90 км. Температура з висотою знижується із середнім вертикальним градієнтом (0,25-0,3)°/100 м. Основним енергетичним процесом є променистий теплообмін. Складні фотохімічні процеси з участю вільних радикалів, коливально збуджених молекул тощо. буд. обумовлюють світіння атмосфери.

Мезопауза

Перехідний шар між мезосферою та термосферою. У вертикальному розподілі температури має місце щонайменше (близько -90 °C).

Лінія Карману

Висота над рівнем моря, яка умовно приймається як межа між атмосферою Землі та космосом. Відповідно до визначення ФАІ, лінія Кармана знаходиться на висоті 100 км над рівнем моря.

Термосфера

Верхня межа – близько 800 км. Температура зростає до висот 200-300 км, де досягає значень порядку 1226,85 °C, після чого залишається майже постійною до висот. Під дією сонячної радіації та космічного випромінювання відбувається іонізація повітря («полярні сяйва») – основні області іоносфери лежать усередині термосфери. На висотах понад 300 км. переважає атомарний кисень. Верхня межа термосфери значною мірою визначається поточною активністю Сонця. У періоди низької активності - наприклад, у 2008-2009 р. - відбувається помітне зменшення розмірів цього шару.

Термопауза

Область атмосфери, що прилягає зверху до термосфери. У цій галузі поглинання сонячного випромінювання незначне, і температура фактично не змінюється з висотою.

Екзосфера (сфера розсіювання)

До висоти 100 км атмосфера є гомогенною добре перемішаною сумішшю газів. У більш високих шарах розподіл газів за висотою залежить від їх молекулярних мас, концентрація більш важких газів зменшується швидше при віддаленні поверхні Землі. Внаслідок зменшення щільності газів температура знижується від 0 °C у стратосфері до −110 °C у мезосфері. Однак кінетична енергія окремих частинок на висотах 200-250 км. відповідає температурі ~150 °C. Понад 200 км спостерігаються значні флуктуації температури та щільності газів у часі та просторі.

На висоті близько 2000-3500 км екзосфера поступово переходить у так званий ближньокосмічний вакуум, що заповнений сильно розрідженими частинками міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ є лише частиною міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частинки кометного та метеорного походження. Окрім надзвичайно розріджених пилоподібних частинок, у цей простір проникає електромагнітна та корпускулярна радіація сонячного та галактичного походження.

Огляд

Перед тропосфери припадає близько 80 % маси атмосфери, частку стратосфери - близько 20 %; маса мезосфери - трохи більше 0,3 %, термосфери - менше 0,05 % від загальної маси атмосфери.

На підставі електричних властивостей у атмосфері виділяють нейтросферуі іоносферу .

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферуі гетеросферу. Гетеросфера- це область, де гравітація впливає поділ газів, оскільки їх перемішування такий висоті незначно. Звідси випливає змінний склад гетеросфери. Нижче лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери, звана гомосфера . Кордон між цими шарами називається турбопаузою, вона лежить на висоті близько 120 км.

Інші властивості атмосфери та вплив на людський організм

Вже на висоті 5 км над рівнем моря у нетренованої людини з'являється кисневе голодування і без адаптації працездатність значно знижується. Тут кінчається фізіологічна зона атмосфери. Подих людини стає неможливим на висоті 9 км, хоча приблизно до 115 км атмосфера містить кисень.

Атмосфера забезпечує нас необхідним для дихання киснем. Однак унаслідок падіння загального тиску атмосфери у міру підйому на висоту відповідно знижується і парціальний тиск кисню.

У розріджених шарах повітря поширення звуку виявляється неможливим. До висот 60-90 км ще можливе використання опору та підйомної сили повітря для керованого аеродинамічного польоту. Але починаючи з висот 100-130 км, знайомі кожному льотчику поняття числа М і звукового бар'єру втрачають свій сенс: там проходить умовна лінія Кармана, за якою починається область суто балістичного польоту, керувати яким можна лише використовуючи реактивні сили.

На висотах понад 100 км атмосфера позбавлена ​​й іншої чудової властивості - здатності поглинати, проводити та передавати теплову енергіюшляхом конвекції (тобто за допомогою перемішування повітря). Це означає, що різні елементи обладнання, апаратури орбітальної космічної станції не зможуть охолоджуватися зовні так, як це робиться зазвичай літаком, - за допомогою повітряних струменів і повітряних радіаторів. На такій висоті, як і загалом у космосі, єдиним способом передачі тепла є теплове випромінювання.

Історія освіти атмосфери

Згідно з найпоширенішою теорією, атмосфера Землі протягом історії останньої перебула в трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню та гелію), захоплених із міжпланетного простору. Це так звана первинна атмосфера. На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери та іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяною парою). Так утворилася вторинна атмосфера. Ця атмосфера була відновною. Далі процес утворення атмосфери визначався такими факторами:

• витік легких газів (водню та гелію) у міжпланетний простір;
• хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів та деяких інших факторів.

Поступово ці фактори призвели до утворення третинної атмосфери, Що характеризується набагато меншим вмістом водню і набагато більшим - азоту та вуглекислого газу (утворені в результаті хімічних реакцій з аміаку та вуглеводнів).

Азот

Утворення великої кількості азоту N 2 обумовлено окисленням аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем О 2 , який став надходити з поверхні планети в результаті фотосинтезу, починаючи з 3 млрд. років тому. Також азот N 2 виділяється в атмосферу в результаті денітрифікації нітратів та інших азотовмісних сполук. Азот окислюється озоном до NO у верхніх шарах атмосфери.

Азот N 2 вступає у реакції лише у специфічних умовах (наприклад, при розряді блискавки). Окислення молекулярного азоту озоном при електричних розрядах у малих кількостях використовується у промисловому виготовленні азотних добрив. Окислювати його з малими енерговитратами і переводити в біологічно активну форму можуть ціанобактерії (синьо-зелені водорості) і бульбочкові бактерії, що формують ризобіальний симбіоз з бобовими рослинами, які можуть бути ефективними сидератами - рослинами, які не виснажують, а збагачують ґрунт природними.

Кисень

Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, внаслідок фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню та поглинанням вуглекислого газу. Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених сполук - аміаку, вуглеводнів, закисної форми заліза, що містилася в океанах та ін. Після закінчення даного етапу вміст кисню в атмосфері почав зростати. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що має окислювальні властивості. Оскільки це викликало серйозні та різкі змінибагатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері та біосфері, ця подія отримала назву Киснева катастрофа.

Шляхетні гази

Забруднення атмосфери

Останнім часом на еволюцію атмосфери стала впливати людина. Результатом людської діяльності стало постійне зростання вмісту в атмосфері вуглекислого газу через спалювання вуглеводневого палива, накопиченого у попередні геологічні епохи. Величезні кількості СО 2 споживаються при фотосинтезі та поглинаються світовим океаном. Цей газ надходить в атмосферу завдяки розкладанню карбонатних гірських порід та органічних речовин рослинного та тваринного походження, а також внаслідок вулканізму та виробничої діяльності людини. За останні 100 років вміст СО 2 в атмосфері зріс на 10%, причому основна частина (360 млрд тонн) надійшла від спалювання палива. Якщо темпи зростання спалювання палива збережуться, то протягом найближчих 200-300 років кількість СО 2 в атмосфері подвоїться і може призвести до глобальних змін клімату.

Спалювання палива - основне джерело та забруднюючих газів (СО , , SO 2). Діоксид сірки окислюється киснем повітря до SO 3 , а оксид азоту до NO 2 у верхніх шарах атмосфери, які в свою чергу взаємодіють з парами води, а сірчана кислота Н 2 SO 4 і азотна кислота НNO 3, що утворюються при цьому, випадають на поверхню Землі у вигляді т.з. кислотних дощів. Використання двигунів внутрішнього згоряння призводить до значного забруднення атмосфери оксидами азоту, вуглеводнями та сполуками свинцю (тетраетилсвинець Pb(CH 3 CH 2) 4).

Аерозольне забруднення атмосфери обумовлено як природними причинами (виверження вулканів, пилові бурі, винесення крапель морської води та пилку рослин та ін.), так і господарською діяльністю людини (видобуток руд і будівельних матеріалів, спалювання палива, виготовлення цементу тощо). Інтенсивний широкомасштабний винос твердих частинок в атмосферу – одна з можливих причинзмін клімату планети.

Див. також

• Jacchia (модель атмосфери)

Напишіть відгук про статтю "Атмосфера Землі"

Примітки

1. М. І. Будико, К. Я. КондратьєвАтмосфера Землі // Велика Радянська Енциклопедія. 3-тє вид. / Гол. ред. А. М. Прохоров. – М.: Радянська Енциклопедія, 1970. – Т. 2. Ангола - Барзас. - С. 380-384.
2. - стаття з Геологічної енциклопедії
4. Gribbin, John. Science. A History (1543-2001). – L.: Penguin Books, 2003. – 648 с. - ISBN 978-0-140-29741-6.
5. Tans, Pieter. Globally averaged marine surface annual mean data. NOAA/ESRL. Перевірено 19 лютого 2014 року.(англ.) (на 2013)
6. IPCC (англ.) (1998).
7. С. П. ХромовВологість повітря // Велика Радянська Енциклопедія. 3-тє вид. / Гол. ред. А. М. Прохоров. – М.: Радянська Енциклопедія, 1971. – Т. 5. Вешин - Газлі. - С. 149.
8. (англ.), SpaceDaily, 16.07.2010

Література

1. В. В. Парін, Ф. П. Космолінський, Б. А. Душков«Космічна біологія та медицина» (видання 2-ге, перероблене та доповнене), М.: «Освіта», 1975, 223 стор.
2. Н. В. Гусакова«Хімія довкілля», Ростов-на-Дону: Фенікс, 2004, 192 з ISBN 5-222-05386-5
3. Соколов В. А.Геохімія природних газів, М., 1971;
4. Маківен М., Філіпс Л.Хімія атмосфери, М., 1978;
5. Уорк К., Уорнер С.Забруднення повітря. Джерела та контроль, пров. з англ., М. 1980;
6. Моніторинг фонового забруднення природного середовища. в. 1, Л., 1982.

Посилання

• // 17 грудня 2013, Центр ФОБОС

Історія Землі Фізичні властивості Землі Оболонки Землі Географія та геологія Довкілля Див. також

Уривок, що характеризує Атмосфера Землі

Коли П'єр підійшов до них, він помітив, що Віра перебувала у задоволенні захоплення розмови, князь Андрій (що з ним рідко бувало) здавався збентежений.
- Як ви вважаєте? - З тонкою посмішкою говорила Віра. – Ви, князю, такі проникливі і так розумієте одразу характер людей. Що ви думаєте про Наталі, чи може вона бути постійна у своїх уподобаннях, чи може вона так, як інші жінки (Віра розуміла себе), один раз покохати людину і назавжди залишитися їй вірною? Це я вважаю справжнім коханням. Як ви вважаєте, князю?
— Я надто мало знаю вашу сестру, — відповів князь Андрій із глузливою усмішкою, під якою він хотів приховати своє збентеження, — щоб вирішити таке тонке запитання; і потім я помічав, що чим менше подобається жінка, тим вона буває постійніша, - додав він і глянув на П'єра, який наблизився до них.
- Та це правда, князю; у наш час, – продовжувала Віра (згадуючи про наш час, як взагалі люблять згадувати обмежені люди, які вважають, що вони знайшли та оцінили особливості нашого часу і що властивості людей змінюються з часом), у наш час дівчина має стільки свободи, що le plaisir d'etre courtisee [задоволення мати шанувальників] часто заглушує в ній справжнє почуття. [І Наталя, треба зізнатися, на це дуже чутлива.] Повернення до Наталі знову змусило неприємно скривитися князя Андрія; він хотів підвестися, але Віра продовжувала з ще більш витонченою усмішкою.
- Я думаю, ніхто так не був courtisee [предметом залицяння], як вона, - говорила Віра; - Але ніколи, до останнього часу ніхто серйозно їй не подобався. Ось ви знаєте, графе, - звернулася вона до П'єра, - навіть наш милий cousin Борис, який був, entre nous [між нами], дуже і дуже dans le pays du tendre... [в країні ніжностей...]
Князь Андрій насупившись мовчав.
- Ви ж дружні з Борисом? - Сказала йому Віра.
– Так, я його знаю…
- Він вірно вам казав про свою дитячу любов до Наталки?
– А було дитяче кохання? – раптом несподівано почервонівши, спитав князь Андрій.
– Так. Vous savez entre cousin et cousine cette intimite mene quelquefois a l'amour: le cousinage est un dangereux voisinage, N'est ce pas? [Знаєте, між двоюрідним братомі сестрою ця близькість приводить іноді до кохання. Така спорідненість – небезпечне сусідство. Чи не правда?]
- О, без сумніву, - сказав князь Андрій, і раптом, неприродно оживившись, він почав жартувати з П'єром про те, як він повинен бути обережним у своєму поводженні зі своїми 50-річними московськими кузинами, і в середині жартівливої ​​розмови встав і, взявши під руку П'єра, відвів його убік.
- Ну що? - Сказав П'єр, який з подивом дивився на дивне пожвавлення свого друга і помітив погляд, який він встаючи кинув на Наташу.
– Мені треба, мені треба поговорити з тобою, – сказав князь Андрій. - Ти знаєш наші жіночі рукавички (він говорив про ті масонські рукавички, які давалися новообраному братові для вручення коханій жінці). – Я… Але ні, я потім поговорю з тобою… – І з дивним блиском в очах та занепокоєнням у рухах князь Андрій підійшов до Наташі і сів біля неї. П'єр бачив, як князь Андрій щось запитав у неї, і вона спалахнувши відповідала йому.
Але в цей час Берг підійшов до П'єра, наполегливо прохаючи його взяти участь у суперечці між генералом та полковником про іспанські справи.
Берг був задоволений та щасливий. Посмішка радості не сходила з його обличчя. Вечір був дуже гарний і такий, як і інші вечори, які він бачив. Все було схоже. І дамські, тонкі розмови, і карти, і за картами генерал, що підносить голос, і самовар, і печиво; але одного ще бракувало, того, що він завжди бачив на вечорах, яким він хотів наслідувати.
Бракувало гучної розмови між чоловіками і суперечки про щось важливе і розумне. Генерал почав цю розмову і до нього Берг залучив П'єра.

Другого дня князь Андрій поїхав до Ростов обідати, бо його кликав граф Ілля Андрійович, і провів у них цілий день.
Усі в будинку відчували для кого їздив князь Андрій, і він, не приховуючи, цілий день намагався бути з Наталкою. Не тільки в душі Наташі зляканої, але щасливої ​​і захопленої, але в усьому будинку відчувався страх перед чимось важливим, що має відбутися. Графиня сумними і серйозно строгими очима дивилася на князя Андрія, коли він розмовляв з Наталкою, і несміливо і вдавано починала якусь нікчемну розмову, коли він озирався на неї. Соня боялася піти від Наташі і боялася бути на заваді, коли вона була з ними. Наталка блідла від страху очікування, коли вона на хвилини залишалася з ним віч-на-віч. Князь Андрій вражав її своєю боязкістю. Вона відчувала, що йому треба було сказати їй щось, але що він не міг на це наважитися.
Коли ввечері князь Андрій поїхав, графиня підійшла до Наташі і пошепки сказала:
- Ну що?
- Мамо, заради Бога нічого не питайте у мене тепер. Це не можна говорити, – сказала Наталка.
Але незважаючи на те, цього вечора Наташа, то схвильована, то злякана, з очима, що зупинялися, лежала довго в ліжку матері. То вона розповідала їй, як він хвалив її, то як він казав, що поїде за кордон, те, що він питав, де вони житимуть це літо, як він питав її про Бориса.
- Але такого, такого... зі мною ніколи не бувало! – казала вона. — Тільки мені страшно за нього, мені завжди страшно за нього, що це означає? Отже, це справжнє, так? Мамо, ви спите?
- Ні, душе моя, мені самій страшно, - відповіла мати. - Іди.
- Все одно я не спатиму. Що за дурниці спати? Мамаша, матуся, такого зі мною ніколи не бувало! - говорила вона з подивом і переляком перед тим почуттям, яке вона усвідомлювала в собі. – І чи могли ми думати!
Наталці здавалося, що коли вона вперше побачила князя Андрія в Отрадному, вона закохалася в нього. Її ніби лякало це дивне, несподіване щастя, що той, кого вона вибрала ще тоді (вона твердо була впевнена в цьому), що той тепер знову зустрівся їй, і, як здається, небайдужий до неї. «І треба було йому навмисне тепер, коли ми тут, приїхати до Петербурга. І треба було нам зустрітись на цьому балі. Усе це доля. Ясно, що це доля, що це велося до цього. Ще тоді, як я побачила його, я відчула щось особливе».
— Що він тобі ще казав? Які вірші ці? Прочитай ... - Замислено сказала мати, питаючи про вірші, які князь Андрій написав в альбом Наташі.
- Мамо, це не соромно, що він удівець?
- Досить, Наташа. Молись Богові. Les Marieiages se font dans les cieux. [Шлюби полягають у небесах.]
- Голубонько, матусю, як я вас люблю, як мені добре! - Крикнула Наталка, плачучи сльозами щастя і хвилювання і обіймаючи матір.
В цей же час князь Андрій сидів у П'єра і говорив йому про свою любов до Наталки і про твердо взятий намір одружитися з нею.

Цього дня у графині Олени Василівни був раут, був французький посланець, був принц, який став нещодавно частим відвідувачем будинку графині, і багато блискучих дам і чоловіків. П'єр був унизу, пройшовся залами, і вразив усіх гостей своїм зосереджено розсіяним і похмурим виглядом.
П'єр від часу балу відчував у собі наближення нападів іпохондрії і з відчайдушним зусиллям намагався боротися проти них. З часу зближення принца з його дружиною, П'єр несподівано був наданий в камергери, і з цього часу він став відчувати тяжкість і сором у великому суспільстві, і частіше йому стали приходити колишні похмурі думки про марність всього людського. В цей же час помічене ним почуття між Наталкою, що їм заступається, і князем Андрієм, своєю протилежністю між його становищем і становищем його друга, ще посилювало цей похмурий настрій. Він однаково намагався уникати думок про свою дружину і про Наталю та князя Андрія. Знову все йому здавалося мізерно в порівнянні з вічністю, знову постало питання: «До чого?». І він дні і ночі змушував себе працювати над масонськими роботами, сподіваючись відігнати наближення злого духа. П'єр о 12-й годині, вийшовши з покоїв графині, сидів у себе нагорі в накуреній, низькій кімнаті, у затасканому халаті перед столом і переписував справжні шотландські акти, коли хтось увійшов до нього в кімнату. То був князь Андрій.
- А, це ви, - сказав П'єр з розсіяним і незадоволеним виглядом. - А я ось працюю, - сказав він, вказуючи на зошит із тим видом порятунку від негараздів життя, з яким дивляться нещасливі людина свою роботу.
Князь Андрій із сяючим, захопленим і оновленим до життя обличчям зупинився перед П'єром і, не помічаючи його сумного обличчя, з егоїзмом щастя посміхнувся до нього.
- Ну, душа моя, - сказав він, - я вчора хотів сказати тобі і сьогодні за цим приїхав до тебе. Ніколи не відчував нічого подібного. Я закоханий, мій друже.
П'єр раптом тяжко зітхнув і впав своїм важким тілом на диван біля князя Андрія.
- У Наташу Ростову, так? - сказав він.
- Так, так, у кого ж? Ніколи не повірив би, але це почуття сильніше за мене. Вчора я мучився, страждав, але й муки цього я не віддам нізащо у світі. Я не жив раніше. Тепер тільки я живу, але не можу жити без неї. Але чи може вона любити мене? Я старий для неї... Що ти не кажеш?
– Я? Я? Що я казав вам, — раптом сказав П'єр, підводячись і починаючи ходити по кімнаті. – Я завжди це думав… Ця дівчина такий скарб, такий… Це рідкісна дівчина… Милий друже, я вас прошу, ви не розумуйте, не сумнівайтеся, одружуйтеся, одружуйтеся і одружуйтеся… І я впевнений, що щасливішою за вас не буде людини.
- Але вона!
- Вона любить вас.
– Не кажи нісенітниці… – сказав князь Андрій, посміхаючись і дивлячись у вічі П'єру.
- Любить, я знаю, - сердито закричав П'єр.
– Ні, слухай, – сказав князь Андрій, зупиняючи його за руку. - Ти знаєш, у якому я становищі? Мені потрібно сказати все комусь.
— Ну, ну, кажіть, я дуже радий, — казав П'єр, і справді його обличчя змінилося, зморшка розгладилася, і він радісно слухав князя Андрія. Князь Андрій здавався і був зовсім іншою, новою людиною. Де була його туга, його зневага до життя, його розчарування? П'єр був єдина людина, перед яким він наважувався висловитися; зате він йому висловлював усе, що в нього було на душі. То він легко і сміливо робив плани на тривале майбутнє, говорив про те, як він не може пожертвувати своїм щастям для примхи свого батька, як він змусить батька погодитись на цей шлюб і полюбити її чи обійдеться без його згоди, то він дивувався, як на щось дивне, чуже, від нього незалежне, на те почуття, яке володіло ним.
— Я не повірив би тому, хто б мені сказав, що я можу так любити, — казав князь Андрій. - Це зовсім не те почуття, яке було в мене раніше. Весь світ поділений для мене на дві половини: одна - вона і там все щастя надії, світло; інша половина - все, де її немає, там все зневіра і темрява ...
- Темрява і морок, - повторив П'єр, - так, так, я розумію це.
– Я не можу не любити світла, я не винен у цьому. І я дуже щасливий. Ти розумієш мене? Я знаю, що ти радий за мене.
- Так, так, - підтверджував П'єр, зворушеними і сумними очима дивлячись на свого друга. Чим світліше уявлялася йому доля князя Андрія, тим похмуріше уявлялася своя власна.

Для одруження потрібна була згода батька, і для цього другого дня князь Андрій поїхав до батька.
Батько із зовнішнім спокоєм, але внутрішньою злістю прийняв повідомлення сина. Він не міг зрозуміти того, щоб хтось хотів змінювати життя, вносити в нього щось нове, коли життя для нього вже закінчувалося. - "Дали б тільки дожити так, як я хочу, а потім робили б, що хотіли", казав собі старий. З сином він вжив ту дипломацію, яку він вживав у важливих випадках. Прийнявши спокійний тон, він обговорив всю справу.
По-перше, весілля було не блискуче щодо спорідненості, багатства і знатності. По-друге, князь Андрій був не першої молодості і слабкий здоров'ям (старий особливо налягав на це), а вона була дуже молода. По-третє, був син, якого шкода було віддати дівчинці. По-четверте, нарешті, – сказав батько, насмішкувато дивлячись на сина, – я тебе прошу, відклади справу на рік, з'їзд за кордон, полікуйся, знайди, як ти і хочеш, німця, для князя Миколи, і потім, якщо вже кохання, пристрасть, впертість, що хочеш, такі великі, тоді одружуйся.
— І це моє останнє слово, знай, останнє… — скінчив князь таким тоном, яким показував, що ніщо не змусить його змінити своє рішення.
Князь Андрій ясно бачив, що старий сподівався, що почуття його чи його майбутньої нареченої не витримає випробування року, чи що він сам, старий князь, помре до цього часу, і вирішив виконати волю батька: зробити пропозицію та відкласти весілля на рік.
Через три тижні після свого останнього вечора у Ростових князь Андрій повернувся до Петербурга.

На другий день після свого пояснення з матір'ю, Наташа чекала цілий день на Болконського, але він не приїхав. На другий, на третій день було те саме. П'єр також не приїжджав, і Наталя, не знаючи, що князь Андрій поїхав до батька, не могла собі пояснити його відсутності.
Так минуло три тижні. Наташа нікуди не хотіла виїжджати і як тінь, пуста і похмура, ходила по кімнатах, увечері таємно від усіх плакала і не приходила вечорами до матері. Вона безперестанку червоніла і дратувала. Їй здавалося, що всі знають про її розчарування, сміються та шкодують про неї. За всієї сили внутрішнього горя, це гордо горе посилювало її нещастя.
Якось вона прийшла до графини, хотіла щось сказати їй, і раптом заплакала. Сльози її були сльози скривдженої дитини, яка сама не знає, за що вона покарана.
Графиня почала заспокоювати Наташу. Наталя, яка вслухалася спочатку в слова матері, раптом перервала її:
- Перестаньте, мамо, я не думаю, і не хочу думати! Так, поїздив і перестав, і перестав...
Голос її затремтів, вона мало не заплакала, але оговталася і спокійно продовжувала: - І зовсім я не хочу виходити заміж. І я його боюся; я тепер зовсім, зовсім, заспокоїлася.
На другий день після цієї розмови Наталя одягла ту стару сукню, яка була їй особливо відома за веселість, що доставлялася ним вранці, і з ранку почала той свій колишній спосіб життя, від якого вона відстала після балу. Вона, напившись чаю, пішла до зали, яку вона особливо любила за сильний резонанс, і почала співати свої солфеджі (вправи співу). Закінчивши перший урок, вона зупинилася на середині зали і повторила одну музичну фразу, що їй особливо сподобалася. Вона прислухалася радісно до тієї (ніби несподіваної для неї) принади, з якою ці звуки переливаючись наповнили всю порожнечу зали і повільно завмерли, і їй раптом стало весело. "Що про це думати багато і так добре", сказала вона собі і стала туди-сюди ходити по залі, ступаючи не простими кроками по дзвінкому паркету, але на кожному кроці переступаючи з каблучка (на ній були нові, улюблені черевики) на носок, і так само радісно, ​​як і до звуків свого голосу, прислухаючись до цього мірного тупоту каблучка і поскрипування носка. Проходячи повз дзеркало, вона зазирнула в нього. – «Ось вона я!» ніби говорив вираз її обличчя побачивши себе. - "Ну і добре. І нікого мені не потрібно».
Лакей хотів увійти, щоб прибрати щось у залі, але вона не пустила його, знову зачинивши за ним двері, і продовжувала свою прогулянку. Вона повернулася цього ранку знову до свого улюбленого стану любові до себе та захоплення перед собою. - «Що за краса ця Наташа!» сказала вона знову про себе словами якогось третього, збирального, чоловічого обличчя. – «Хороша, голос, молода, і нікому вона не заважає, дайте їй спокій». Але скільки б не давали їй спокій, вона вже не могла бути спокійна і відразу ж відчула це.
У передній відчинилися двері під'їзду, хтось запитав: чи вдома? і почулися чиїсь кроки. Наталка виглядала у дзеркало, але вона не бачила себе. Вона слухала звуки у передпокої. Коли вона побачила себе, її обличчя було бліде. То був він. Вона це вірно знала, хоч трохи чула звук його голосу із зачинених дверей.
Наташа, бліда і злякана, вбігла до вітальні.
- Мамо, Болконський приїхав! - сказала вона. - Мамо, це жахливо, це нестерпно! – Я не хочу… мучитися! Що ж мені робити?…
Ще графиня не встигла відповісти, як князь Андрій з тривожним і серйозним обличчям увійшов до вітальні. Як тільки він побачив Наталку, обличчя його засяяло. Він поцілував руку графині та Наталки і сів біля дивана.
- Давно вже ми не мали задоволення ... - Почала було графиня, але князь Андрій перебив її, відповідаючи на її запитання і очевидно поспішаючи сказати те, що йому було потрібно.
– Я не був у вас весь цей час, бо був у батька: мені треба було переговорити з ним про важливу справу. Я вчора вночі тільки-но повернувся, - сказав він, глянувши на Наташу. - Мені треба переговорити з вами, графине, - додав він після хвилинного мовчання.
Графіня, важко зітхнувши, опустила очі.
- Я до ваших послуг, - сказала вона.
Наталя знала, що їй треба піти, але вона не могла цього зробити: щось стискало їй горло, і вона неввічливо, прямо, відкритими очима дивилася на князя Андрія.
«Зараз? Цієї хвилини! ... Ні, це не може бути! » думала вона.
Він знову глянув на неї, і цей погляд переконав її, що вона не помилилася. - Так, зараз, зараз вирішувалася її доля.
- Іди, Наташа, я покличу тебе, - сказала графиня пошепки.
Наташа зляканими, благаючими очима глянула на князя Андрія і на матір, і вийшла.
– Я приїхав, графине, просити руки вашої дочки, – сказав князь Андрій. Обличчя графині спалахнуло, але вона нічого не сказала.
– Ваша пропозиція… – статечно почала графиня. - Він мовчав, дивлячись їй у вічі. – Ваша пропозиція… (вона зніяковіла) нам приємно, і… я приймаю вашу пропозицію, я рада. І мій чоловік… я сподіваюся… але від неї самої залежатиме…
– Я скажу їй тоді, коли матиму вашу згоду… чи даєте ви мені його? – сказав князь Андрій.
- Так, - сказала графиня і простягла йому руку і зі змішаним почуттям відчуженості та ніжності притулилася губами до його чола, коли він нахилився над її рукою. Вона хотіла любити його, як сина; але відчувала, що він був чужою і страшною для неї людиною. – Я впевнена, що мій чоловік буде згоден, – сказала графиня, – але ваш батюшка…
– Мій батько, якому я повідомив свої плани, неодмінною умовою згоди поклав те, щоб весілля не було раніше року. І це я хотів повідомити вам, – сказав князь Андрій.
- Правда, що Наталка ще молода, але так довго.
– Це не могло бути інакше, – зітхнувши, сказав князь Андрій.
- Я пошлю вам її, - сказала графиня і вийшла з кімнати.
- Господи, помилуй нас, - твердила вона, шукаючи дочку. Соня сказала, що Наталя у спальні. Наташа сиділа на своєму ліжку, бліда, з сухими очима, дивилася на образи і, швидко хрестячись, шепотіла щось. Побачивши матір, вона схопилася і кинулася до неї.
– Що? Мамо? Що?
- Іди, іди до нього. Він просить твоєї руки, - сказала графиня холодно, як здалося Наталці ... - Іди ... мабуть, - промовила мати з сумом і докором услід дочки, що тікала, і важко зітхнула.
Наталка не пам'ятала, як вона увійшла до вітальні. Увійшовши до дверей і побачивши його, вона зупинилася. «Невже ця чужа людина стала для мене все?». спитала вона себе і миттєво відповіла: «Так, все: він один тепер дорожчий для мене всього на світі». Князь Андрій підійшов до неї, опустивши очі.
- Я полюбив вас з тієї хвилини, як побачив вас. Чи можу я сподіватися?
Він глянув на неї, і серйозна пристрасність її обличчя вразила його. Обличчя її говорило: «Навіщо питати? Навіщо сумніватися, чого не можна не знати? Навіщо говорити, коли не можна словами висловити те, що відчуваєш».
Вона підійшла до нього і зупинилася. Він узяв її руку та поцілував.
- Чи любите ви мене?
- Так, так, - ніби з досадою промовила Наталка, голосно зітхнула, іноді, частіше і частіше, і заридала.
– Про що? Що з вами?
- Ах, я така щаслива, - відповіла вона, посміхнулася крізь сльози, нахилилася ближче до нього, подумала секунду, наче питаючи себе, чи це можна, і поцілувала його.
Князь Андрій тримав її руки, дивився їй у вічі, і не знаходив у своїй душі колишньої любові до неї. У душі його раптом повернулося щось: не було колишньої поетичної та таємничої принади бажання, а була жалість до її жіночої та дитячої слабкості, був страх перед її відданістю та довірливістю, важка і разом радісна свідомість обов'язку, що навіки пов'язала його з нею. Справжнє почуття, хоч і не було таке світло і поетично як колишнє, було серйозніше і сильніше.