какое атмосферное давление под землей

Какое атмосферное давление под землей

5. Температура и давление внутри Земли

Чтобы рассчитать, каких значений достигает давление внутри Земли, вызванное весом горных пород, слагающих различные оболочки, нужно знать плотность пород на всех глубинах и величину силы тяжести также на всех глубинах вплоть до центра.

Как мы видели, плотность пород с глубиною растет, хотя и неравномерно. От 2,5 на поверхности она доходит до 3,4 на глубине около 100 км и до 6,0 на уровне 2900 км ниже поверхности. Здесь, на границе ядра, в величине плотности наблюдается скачок: она сразу достигает значения 9,5 (приблизительно), а далее снова растет равномерно, доходя в центре ядра до 12,5 (по М. С. Молоденскому, 1955) (см. рис. 8).

Рис. 8. Изменение плотности внутри Земли.

Что касается силы тяжести, то о ней можно сказать следующее. Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает к себе все тела. Под влиянием этой силы тела, находящиеся в свободном состоянии (например, в воздухе), падают на Землю, т. е. движутся по направлению к центру Земли, постепенно убыстряясь, т. е. получая «ускорение». Величину «ускорения силы тяжести» можно вычислить. На поверхности Земли ускорение силы тяжести равно приблизительно 9,8 м/сек 2 ; в глубине Земли оно сначала немного возрастает, достигая максимума близ поверхности ядра, а затем быстро падает, доходя в центре Земли до нуля (рис. 9). Это понятно: точка, находящаяся в центре земного шара, притягивается всеми окружающими ее частями, с одинаковой силой по всем радиусам, а в итоге равнодействующая будет равна нулю.

Рис. 9. Изменение ускорения силы тяжести внутри Земли.

Обладая указанными сведениями, мы можем вычислить вес столбика пород с поперечным сечением, равным 1 кв. сантиметру, и длиной, равной радиусу Земли или любой его части. Это и будет давление, оказываемое весом вышележащих пород на элементарную площадку (1 кв. см)в глубине Земли. Расчеты приводят к следующим цифрам: у «подошвы» земной коры, т. е. у основания сиалической оболочки (на глубине 50 км) — около 13 тыс. атмосфер, т. е. около 13 тонн на квадратный сантиметр; на границе ядра — около 1,4 миллиона атмосфер; в центре Земли — около 3 млн. атмосфер (рис. 10). Три миллиона атмосфер — это приблизительно три тысячи тонн на квадратный сантиметр. Это — огромная величина. Ни в одной лаборатории достичь таких давлений пока не удалось.

Рис. 10. Изменения давления внутри Земли.

Перейдем к температуре. По данным измерений в буровых скважинах, а также в шахтах, выяснено, что с глубиной температура растет, поднимаясь приблизительно на 3° на протяжении каждых 100 метров. Подобный темп роста температуры сохраняется всюду, на всех материках, но лишь в наружных частях Земли, близ самой ее поверхности. С глубиной величина «геотермического градиента» (геотермический градиент — изменение температуры в градусах на каждый сантиметр) падает. Вычисления, основанные на учете теплопроводности горных пород, показывают, что геотермический градиент, известный для наружных частей земного шара, сохраняется не далее, чем на протяжении первых 20 км; ниже рост температуры заметно замедляется. У подошвы сиалической оболочки вряд ли температура будет выше 900°; на глубине 100 км — около 1500°; дальше рост ее еще более замедляется. Что касается центральных частей Земли, в частности ядра, то с достоверностью о них оказать что-либо очень трудно. Специалисты, изучавшие этот вопрос, полагают, что недра Земли нагреты не выше, чем на 2–3 тысячи градусов (рис. 11).

Рис. 11. Изменение температуры внутри Земли.

Может быть, интересно для сравнения напомнить, что в центре Солнца температура оценивается в 1 миллион градусов, на поверхности Солнца — около 6000°. Волосок горящей электрической лампочки накален до 3000°.

Интересные данные имеются по вопросу об источниках тепла и тепловом режиме земного шара. Когда-то считалось, что Земля сохраняет в себе «первозданное» тепло, оставленное ей «в наследство» Солнцем, и постепенно теряет его, остывая и сокращаясь в объеме. Открытие радиоактивных элементов изменило прежние представления. Оказалось, что породы, слагающие земную кору, содержат радиоактивные элементы, которые самопроизвольно и непрерывно выделяют тепло. Количество этого тепла оценивается приблизительно в 6 миллионных долей малой калории на 1 кубический сантиметр породы в год, а для того, чтобы покрыть весь расход тепла, излучаемого земной поверхностью в мировое пространство, нужно, чтобы такой же элементарный кубик породы выделял всего лишь три десятимиллионные части малой калории в год. Другими словами, нет никаких оснований полагать, что земной шар остывает. Скорее, наоборот, он может разогреваться. На этом основании в последние годы предложены новые гипотезы развития земной коры и происхождения движений, испытываемых ею.

Учитывая наличие высокой температуры в недрах Земли, мы вправе поставить такой вопрос: в каком же физическом («агрегатном») состоянии находятся внутренние части Земли? В твердом или жидком, или, быть может, газообразном?

Последняя версия, т. е. представление о газообразном состоянии вещества внутри Земли, может быть сразу отклонена. Чтобы превратить в газ минералы, слагающие Землю, нужна гораздо более высокая температура, чем та, которая допустима, судя по изложенным выше данным.

Но в жидком состоянии породы могут оказаться. Известно, например, что «кислые» породы плавятся при 1000°, «основные» — при 1000–1200°, «ультраосновные» — при 1300–1400°. Это значит, что уже на глубине 100–130 км породы должны бы расплавиться. Но там очень высокое давление, а давление повышает температуру плавления. Чье же влияние окажется бóльшим: высокой температуры или высокого давления?

Здесь нужно снова обратиться к помощи сейсмических наблюдений. Продольные и поперечные волны свободно проходят через все оболочки Земли, заключенные между поверхностью Земли и границей ядра; следовательно, всюду здесь вещество ведет себя, как твердое. С таким выводом согласуется заключение астрономов и геофизиков, которые показали, что твердость Земли в целом близка к твердости стали. По вычислениям В. Ф. Бончковского, твердость Земли оценивается в 12 · 10 11 дин на квадратный сантиметр, что в четыре раза больше твердости гранита.

Таким образом, совокупность современных данных говорит о том, что все оболочки Земли (кроме ее ядра!) должны считаться находящимися в твердом состоянии. Жидкое состояние материи можно допустить лишь для совершенно незначительных участков в толще земной коры, с которыми непосредственно связаны вулканы.

Источник

Нормальное атмосферное давление для человека

Многие люди подвластны изменения в окружающей среде. На третью часть населения влияет притяжение воздушных масс к земле. Атмосферное давление: норма для человека, и как отклонения от показателей сказывается на общем самочувствие людей.

Изменения в погоде могут влиять на состояние человека

Какое атмосферное давление считается нормальным для человека

Атмосферным давлением считают вес воздуха, который давит на тело человека. В среднем это 1,033 кг на 1 кубический см. То есть 10-15 тонн газа ежеминутно контролируют нашу массу.

Норма атмосферного давления – 760 мм ртутного столба или 1013,25 мбар. Условия, в которых организм человека чувствует себя комфортно или адаптировано. По сути, идеальный метеопоказатель для любого жителя Земли. В действительности все не так.

Атмосферное давление не стабильно. Его изменения ежедневны и зависят от погоды, рельефа, уровнем над морем, климата и даже времени суток. Колебания не заметны для человека. Например, ночью ртутный столбик поднимается выше на 1-2 деления. Незначительные перемены не влияют на самочувствие здорового человека. Перепады в 5-10 и более единиц болезненны, а резкие значительные скачки смертельны. Для сравнения: потеря сознания от горной болезни встречается уже при падении давления на 30 единиц. То есть на уровне 1000 м над морем.

Континент и даже отдельную страну можно поделить на условные области с разной нормой среднего давления. Потому оптимальное атмосферное давление для каждого человека определяется регионом постоянного проживания.

Пример распределения атмосферного давления над Россией в январе

Гибкий человеческий организм имеет потенциал подстраиваться под незнакомые природные условия. Пресловутая курортная акклиматизация тому пример. Случается, когда перестройка невозможна. Так жители гор страдают плохим самочувствием в низине, сколько бы времени не находились там.

Врачи подтверждают теорию, что подходящий уровень давления измеряется не цифрами, а индивидуальным самочувствием. И все же оптимальная величина для среднестатистического человека в пределах 750-765 мм.

Нормы атмосферного давления в разных регионах

В каждом регионе России сформировался индивидуальный уровень давления. В Москве идеальные 760 мм практически не бывает. Среднее значение 747-749 единиц. Для москвичей не ощутимо повышение до 755 мм. Значения выше порой сказываются на самочувствии. Москва стоит на возвышенности, потому давление выше среднего априори невозможно. В Московской области деления держатся еще ниже: территория расположена выше столицы.

Таблица «Норма атмосферного давления для городов России»

В Донецке атмосферное давление также отличается от области. В городе среднее 744-745 мм, а населенных пунктах ближе к уровню моря – 749-750.

Какое влияние оказывает атмосферное давление на человека

Атмосферное и артериальное давления взаимосвязаны. Понижение мбар ( пасмурная, дождливая погода) отражается на организме:

Во время дождливой погоды появляется чувство сонливости

В группе риска гипотоники и лица с угнетенными функциями дыхания. Их самочувствие в такие дни отличаются обостренными симптомами и приступами. Учащаются случаи гипотонического криза.

Повышенное давление воздуха (ясная, сухая, безветренная и теплая погода) приносит угнетенное самочувствие гипертоникам. Симптомы противоположны:

Высокое давление воздуха негативно сказывается на гипертониках

Подобные погодные условия щедры на инсульты и инфаркты.

Важно!Лицам, которые уязвимы перед капризами природы, медики советуют в такие дни оставаться вне зоны активной работы и бороться с последствиями метеозависимости.

Метеозависимость что делать?

Движение ртути более чем на одно деление за 3 часа – повод для стресса у крепкого организма здорового человека. Такие колебания чувствует каждый из нас в виде головной боли, сонливости, усталости. Более трети людей страдает от метеозависимости в разной степени тяжести. В зоне высокой чувствительности население с заболеваниями сердечно-сосудистой, нервной и дыхательной системы, пожилые люди. Как помочь себе, если близится опасный циклон?

15 способов пережить метеоциклон

Здесь собрано не так много новых советов. Считается, что в совокупности они облегчают страдания и учат правильному образу жизни при метеоуязвимости:

Не забывайте принимать витамины для укрепления здоровья

Атмосферное давление – это явление, которое абсолютно не зависит от человека. Более того, наше тело подчиняется ему. Какое должно быть оптимальное давление для человека определяет регион жительства. Особо поддаются метеозависимости люди с хроническими заболеваниями.

Источник

Атмосферное давление

Одна из удивительных особенностей жизни на Земле заключается в том, что фактически мы находимся на дне огромного воздушного океана. Этот океан воздуха называется «атмосфера» и состоит в основном из газов без цвета и запаха. Иными словами можно сказать, что атмосфера — это газовая оболочка Земли.

Почему мы не замечаем давления воздуха?

Сила всемирного тяготения притягивает все к Земле, в том числе и атмосферу — газовую оболочку планеты. При этом верхние слои атмосферы давят на нижние. Так и возникает атмосферное давление. Трудно поверить, но на небольшой стол размером 1×1 м действует давление, равное давлению, производимому 10 автомобилями. Если это действительно так, то почему же стол не ломается от такой тяжести?

Этого не происходит, так как атмосферное давление передается во всех направлениях, а не только вниз. Более того, насколько ты помнишь, согласно третьему закону Ньютона, на этот стол действует такая же сила, но только снизу. И атмосферное давление уравновешивается этой силой.

Известно, что воздух давит на каждого из нас с силой, равной давлению груза массой более 15 т! Это масса трех больших грузовиков! Почему же наши тела не разрушаются под действием атмосферного давления? Дело в том, что воздух внутри каждого нашего органа также находится под давлением. И внутреннее давление воздуха уравновешивает давление, действующее на наше тело снаружи.

Мы не можем жить без атмосферного давления!

Странно, но факт: мы действительно не можем жить без атмосферного давления! Даже сейчас, когда ты читаешь эту статью, твое тело использует атмосферное давление, чтобы перемещать воздух в легкие и из них. Это говорит о том, что благодаря атмосферному давлению мы можем дышать.

Как же мы дышим?

Диафрагма — самая важная мышца при вдохе. Она попеременно сокращается и расслабляется, при этом изменяются объем легких и внутреннее давление в них. Когда объем легких увеличивается, то давление в них снижается, т.е. оно становится ниже атмосферного, и воздух начинает поступать в легкие. Так происходит вдох. При повышении давления в легких воздух выходит. Это выдох.

Как измерить атмосферное давление?

В середине XVII в. выдающийся итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли проделал следующий опыт. Он взял стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, и заполнил ее ртутью. Затем перевернул трубку и опустил ее в чашку с ртутью. Как выяснилось, некоторое количество ртути вылилось в чашку, а высота оставшегося в трубке столба ртути составила 760 мм. При этом над поверхностью ртути в трубке образовалось безвоздушное пространство.

Торричелли объяснил это явление следующим образом. На поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление, которое передается в трубку. В связи с тем, что ртуть находится в равновесии, атмосферное давление равно давлению, которое создается весом столба ртути в трубке.

Изменение атмосферного давления

Торричелли также обратил внимание, что уровень столба ртути не находится на одном месте, он меняется: либо повышается, либо понижается. На основании своих ежедневных наблюдений ученый сделал вывод о том, что если давление повышается, то столб ртути в трубке также повышается, и наоборот. Как правило, колебания атмосферного давления связаны с изменениями погоды. Если давление падает, то следует ожидать дождь и ветер. В случае повышения давления ожидается улучшение погоды, а зимой — еще и похолодание.

Барометр

Прибор, предназначенный для измерения атмосферного давления, называется «барометр».

Торричелли изобрел ртутный барометр, в котором в качестве измерителя атмосферного давления служит столбик ртути. Такие барометры используются до сих пор.

Однако в настоящее время чаще применяются более современные безжидкостные приборы, так называемые анероидные барометры.

Как мы реагируем на изменения атмосферного давления?

Наш организм приспособлен для проживания в условиях нормального атмосферного давления, и, к сожалению, любые изменения внешнего давления сказываются на нашем самочувствии.

Ты уже знаешь, что нормальным атмосферным давлением для человека считается давление 760 мм рт. ст. Однако такие показатели барометр фиксирует не так часто. Это связано с тем, что давление на поверхности Земли непостоянно и неравномерно. Величина атмосферного давления зависит от времени суток, поры года и различных географических условий. Как правило, суточные колебания давления — не более 4—5 мм. Такую незначительную разницу мы не замечаем и хорошо переносим.

Давление на высоте

Ты уже знаешь, что верхние слои атмосферы оказывают давление на нижние. Это означает, что у поверхности Земли воздух максимально сжат. Однако чем выше мы поднимаемся над Землей, тем меньше становится слоев воздуха, которые сжимают нижние слои, и соответственно, уменьшается давление. Именно такие перепады давления мы сразу же ощущаем на себе.

Почему мы это ощущаем

На земле давление воздуха в барабанной полости уха равно нормальному атмосферному давлению. А при наборе самолетом высоты давление снижается, и возникает разница давлений, т.е. наша ушная перепонка оказывается вдавленной. Именно поэтому мы и ощущаем заложенность в ухе.

Наиболее знакомый пример — «закладывание» ушей в самолете при взлете. Как облегчить это состояние? Есть варианты:

Перепады давления в горах

В горах на высоте 2500—3000 м над уровнем моря атмосферное давление гораздо ниже, чем у подножия. В таких условиях из-за разницы давления внутри организма и атмосферного давления наш организм подвергается значительному стрессу. Более того, не исключено появление признаков горной болезни: могут возникнуть боль в ушах, затруднение дыхания, тошнота и слабость.

У тренированных альпинистов и людей, постоянно проживающих в горной местности, такое недомогание встречается крайне редко. Это связано с тем, что их организм уже приспособился к условиям пониженного давления.

Давление под водой и под землей

Представители некоторых профессий вынуждены работать в условиях пониженного давления воздуха. Это шахтеры, водолазы и рабочие кессонов — специальных конструкций, используемых для постройки мостов и других водных сооружений. Опускаясь в глубокую шахту, шахтеры испытывают на себе действие повышенного атмосферного давления. В очень глубоких шахтах оно может достигать около 850 мм рт. ст.

Давление под водой также намного превышает атмосферное. Так, например, при погружении на глубину около 100 м на водолаза будет действовать давление, которое больше атмосферного приблизительно в 10 раз!

Сложности работы водолаза

При длительном нахождении водолаза в условиях высокого давления воды часть воздуха, которым он дышит, растворяется в крови. При этом азот, содержащийся в воздухе, организмом не используется, а накапливается в крови. Во время подъема на поверхность азот выделяется в виде пузырьков, которые могут закупорить кровеносные сосуды. Для того чтобы не допустить возникновения этих проблем, водолаза поднимают очень медленно!

Источник