Какое в горах атмосферное давление: Атмосферное давление — География — справочник
Высотная адаптация. Как человеческий организм приспосабливается к жизни в горах
Откровенно говоря, организм среднестатистического человека донельзя плохо приспособлен к условиям высокогорья. Эволюция создавала нас явно не для этого. Становление биологического облика Homo sapiens происходило вовсе не на заоблачных Гималайских высотах — в каких-то жалких сотнях метров над уровнем моря. Поэтому наш организм хорошо переносит лишь небольшой диапазон атмосферных давлений, а жизнь человека на высотах от 2500 метров натыкается на ряд проблем. С ростом высоты атмосферное давление снижается по экспоненте. Например, на высоте пять тысяч метров оно составляет лишь около половины от нормального давления на уровне моря. Так как общее давление воздуха падает, то и давление каждого из его компонентов (парциальное давление), в том числе и кислорода, уменьшается. А значит, альпинисту на пятикилометровой высоте с каждым вздохом будет доставаться в два раза меньше кислорода, чем скучному обывателю, живущему на уровне моря.
Чаще всего восходители сталкиваются с острой горной болезнью — именно ее симптомы автор этих строк ощутил на себе. Механизм ее развития до сих пор не изучен до конца, но, вероятно, он имеет общие корни с другим опаснейшим врагом альпинистов — высотным отеком мозга.
В условиях низкого атмосферного давления и нехватки кислорода (гипоксии) в мозге происходит цепочка процессов, приводящих к нарушению кровообращения, легкому отеку и увеличению внутричерепного давления. В той или иной мере горная болезнь появляется почти у всех восходителей, и чаще всего ее симптомы исчезают через несколько дней. Если же дело дошло до высотного отека мозга, жизнь альпиниста оказывается в смертельной опасности и требуется немедленная эвакуация.
Еще одна, по-настоящему парадоксальная высотная болезнь — высотный отек легких. Природа всегда экономна, и для оптимизации кровоснабжения органа дыхания в нашем организме работает механизм гипоксического сужения сосудов (по-научному — вазоконстрикции). При разном положении тела различные участки легкого могут сдавливаться и недополучать воздух. Если какой-то части легкого не хватает кислорода, то сосуды в ней сокращаются. В идеале это должно приводить к перераспределению кровотока между участками легких и обеспечивать организму максимальное поступление кислорода в любой ситуации. Так и происходит при нормальном атмосферном давлении. А в горах, при острой гипоксии, этот механизм приводит к судорожному сокращению всей сосудистой сети легких, что еще больше затрудняет и без того нелегкое добывание кислорода из разреженного воздуха. Одновременно вазоконстрикция поднимает давление в сосудах, заставляя плазму крови просачиваться через стенки капилляров. Заполняя просветы альвеол, она вспенивается при каждом вдохе и снижает эффективный объем легких. Высотный отек легких крайне опасен для жизни и настигает в среднем 4% альпинистов выше отметки в 4500 метров.
Гора Канкар-Пунсум. Ее высота — 7 570 метров над уровнем моря. Вероятно, самая высокая непокоренная вершина в мире. Фото: Gradythebadger / WikipediaКрасные кровяные тельца, эритроциты, — ключевой компонент системы транспорта кислорода в организме. Именно они, а точнее белок гемоглобин, которым они забиты под завязку, улавливает кислород в легких, разносит его по телу и отдает тканям в капиллярах наших органов. Через одну-две недели пребывания на высоте количество эритроцитов, а значит, и содержание гемоглобина в крови возрастает. Одновременно растет ее кислородная емкость и устойчивость человека к гипоксии. Но до сих пор оставался непонятен феномен быстрой акклиматизации. Почему часто всего несколько дней, проведенных на высоте, ставят на ноги человека, страдающего острой горной болезнью? Недавняя статья, опубликованная в журнале Journal of Proteome Research, проливает свет на этот процесс. Оказывается, все самые захватывающие события в эти первые несколько суток на высоте происходят не снаружи, а внутри наших эритроцитов.
Физиологам давно известно, что гемоглобин эффективнее связывает кислород в более щелочной среде (при повышении значения pH), а отдача кислорода лучше происходит при увеличении кислотности (низкие рН). Углекислый газ, растворяясь в крови, дает слабую углекислоту. При этом углекислый газ образуется в тканях, а удаляется из организма в легких с выдохом. Получается, что большое количество углекислого газа в тканях заставляет гемоглобин охотнее отдавать кислород, а его малая концентрация в легких, наоборот, стимулирует гемоглобин захватывать кислород. Этот эффект получил у физиологов название эффект Бора. Он прекрасно работает на уровне моря, но вот в горах этот изящный природный механизм начинает барахлить. С высотой давление воздуха, а значит, и парциальное давление углекислого газа в нем стремительно падает. Углекислый газ уходит из крови, а кровь защелачивается. Гемоглобин начинает все хуже отдавать связанный кислород в тканях. Выход из сложившейся ситуации очевиден: нужно срочно закислить кровь, ну или хотя бы цитоплазму эритроцитов. Исследования показали, что так все и происходит.
Если эритроцит находится в состоянии нормоксии, то есть нормально обеспечен кислородом, разложение глюкозы в нем идет по пентозофосфатному пути. Этот путь — каскад биохимических реакций, за счет которых синтезируется вещество НАДФ•H — очень ценная молекула-восстановитель. Она необходима эритроциту для ремонта постоянно окисляемой клеточной мембраны. Ведь через мембрану непрерывно проходит огромный поток агрессивного окислителя — кислорода, буквально обугливая ее молекулы-фосфолипиды.
Вулкан Эльбрус — самая высокая горная вершина России и Европы. Ее высота — 5642 метра над уровнем моря. Фото: LxAndrew / WikipediaПараллельно существует другой важнейший метаболический путь — гликолиз, генерирующий энергию и вырабатывающий кислый продукт обмена — молочную кислоту. Однако при нормоксии он максимально заторможен. Так происходит из-за того, что ферменты, необходимые для его реализации, прочно связаны с мембранным белком, имеющим странное название — анионный транспортный белок полосы 3 (он называется так потому, что при разделении белков эритроцитов методом гель-электрофореза его нашли в третьей полосе).
А теперь хозяин наших эритроцитов оказывается в высокогорье, и у него начинается нехватка кислорода — гипоксия. Как только в клетке появляется достаточно гемоглобина, свободного от кислорода, он взаимодействует с белком полосы 3, выпуская на волю ферменты гликолиза, начинающие разлагать глюкозу до молочной кислоты. Уже на следующий день после подъема на высоту этот сдвиг начинает медленно, но верно увеличивать содержание молочной кислоты в клетке, компенсируя недостаток углекислоты и заставляя гемоглобин лучше отдавать кислород в тканях. К началу третьей недели на высоте эти метаболические изменения выходят на плато, и акклиматизацию альпиниста можно считать законченной.
Вообще, уникальность высокогорья в том, что оно поставило человека в тяжелые условия, выработать к которым культурную адаптацию оказалось решительно невозможно. Теплая одежда, крыша над головой и огонь в очаге просты и отлично защитят от холода и непогоды. Но что делать с недостатком кислорода? Газовые баллоны и барокамеры предполагают высокий уровень технологии, ставший доступным только в последние 100 лет. Но неугомонную эволюцию всегда было тяжело поставить в тупик. И там, где технология оказалась бессильна, на помощь пришел беспощадный естественный отбор. Тысячи лет жизни на высоте обеспечили коренным народностям горных регионов уникальные механизмы устойчивости.
Наиболее исследованы андский и тибетский типы адаптации. У коренного населения Анд — индейцев кечуа и аймара — объем легких больше, а частота дыхания на высоте ниже, чем у пришельцев снизу. По сравнению с жителями равнины и даже с тибетцами в их крови гораздо больше эритроцитов, переносящих кислород, а значит, и гемоглобина. Это позволяет их крови эффективнее захватывать кислород в легких и переносить его в ткани.
Женщина народа кечуа на соляных террасах в перуанских Андах. Фото: Christian Vinces / Фотодом / ShutterstockГенетические анализы показывают наследственность этих признаков, но одновременно все они очень похожи на изменения, происходящие в организме человека, недавно поселившегося в высокогорье. Кечуа и аймара пришли в Анды примерно 11 тысяч лет назад. Этого времени едва хватило для начала эволюционных процессов. Такой «поверхностный» тип адаптации привел к тому, что кечуа и аймара чувствуют себя на высоте гораздо увереннее жителей равнины. Но одновременно это принесло свои проблемы. Среди аборигенного населения Анд высока распространенность состояния, получившего название хронической горной болезни (не путать с острой!). Высокое содержание эритроцитов в крови приводит к ее загустению и увеличивает давление в сосудах легких. И без того умеренный темп дыхания, характерный для аймара и кечуа, с возрастом снижается, приводя к постоянному недостатку кислорода и еще большему росту содержания гемоглобина. Хроническая горная болезнь появляется лишь при длительной жизни в высокогорье, обычно в пожилом возрасте, и исчезает при переселении вниз.
Гораздо более глубокие адаптации обнаружились у горцев Центральной Азии. Выяснилось, что у тибетцев и этнически близких к ним шерпов резко повышена частота дыхания. При этом, вопреки ожиданиям, у них лишь слегка увеличен гемоглобин — 16,9 г/100 мл при норме в 13−15 г для человека на уровне моря. В то же время по сравнению с обычными людьми их ткани производят почти в два раза больше окиси азота — одного из главных сосудорасширяющих факторов в организме человека. Именно поэтому их капиллярное русло намного шире, чем у жителей более низких районов. А главное, это помогает им избежать одной из главных физических проблем всех альпинистов — гипоксической вазоконстрикции. В норме у большинства тибетцев и шерпов этот гибельный для альпинистов рефлекс вообще не работает. Поэтому высотный отек легких у них — редкость.
Носильщик в Непале. Фото: Rickson Davi Liebano / Фотодом / ShutterstockИсследования показывают, что коренное население Тибета и Гималаев мигрировало в эти места около 25 000 лет назад. Этого времени эволюции уже хватило, чтобы приспособить их организмы к суровым горным условиям на качественно лучшем уровне, чем у индейцев Анд. Исследования генома тибетцев показали, что они обладают своеобразными вариантами генов EGLN1, PPARA и EPAS1, кодирующих белки, которые участвуют в созревания новых эритроцитов. Еще одним важнейшим геном этого ряда оказался EPAS1. По-видимому, тибетские варианты этих генов блокируют избыточное образование эритроцитов, не доводя дело до хронической горной болезни. Однако самое захватывающее выяснилось при анализе однонуклетидных полиморфизмов — отличий в структуре гена на отдельный нуклеотид. Оказалось, что тибетский вариант гена EPAS1, ассоциированный со сниженным содержанием гемоглобина в крови, уникален и совпадает с вариантом этого гена, найденного в геноме денисовского человека. Того самого загадочного гоминида, чья фаланга пальца была найдена в Денисовой пещере на Алтае и который умудрился оставить свой след в геноме меланезийцев и, как мы теперь знаем, помог тибетцам приспособиться к суровым горным условиям.
Дмитрий Лебедев
гоним в горы Jaguar F-Pace — журнал За рулем
Человеческий организм приспособлен под привычное атмосферное давление 750–760 мм ртутного столба, но вот любопытные данные: выше отметки 2000 метров над уровнем моря, где давление намного ниже, живет почти 5 процентов населения Земли. Интересно, как им удалось приспособиться и кому в горах тяжелее — человеку или автомобилю?
Производители всего, чем мы пользуемся, исходят из того, что их продукция будет использоваться преимущественно в нормальных условиях. Поэтому горы — это серьезное испытание и для человека, и для автомобиля. Ведь мощность двигателя внутреннего сгорания, как мы знаем, падает по мере подъема в гору — чем больше высота, тем ниже атмосферное давление и меньше содержание кислорода в воздухе.
С каждым километром над уровнем моря двигатель теряет около 10 процентов мощности. То есть от паспортных 100 лошадиных сил в заснеженных горах, на перевале высотой в 4000 метров, останется сил 60–70, а быть может и того меньше. Причем дизель недостаток давления и кислородное голодание будет чувствовать острее, чем бензиновый мотор. Но эти показатели относятся к нетурбированным агрегатам. Мы пытались найти какие-то точные данные по современным турбомоторам, но, увы, до компетентной информации так и не докопались и решили посмотреть, а что будет с нами и с современным автомобилем при резком перепаде высот, скажем, при безостановочном быстром подъеме километра так на четыре с половиной.
Jaguar F-Pace
Чем выше в горы, тем реже встречаются местные жители, зато все, кого удалось увидеть, пребывали в хорошем настроении.Чем выше в горы, тем реже встречаются местные жители, зато все, кого удалось увидеть, пребывали в хорошем настроении.
На такой высоте невесело не только автомобилю. Даже у здорового, но рожденного в низине человека подъем уже на 2000 метров может вызвать болезненное состояние. А выше 3000 метров начинается учащенное сердцебиение, ощущается повышенная утомляемость, замедляется реакция. На 4000 могут проявиться галлюцинации и провалы в сознании. Конечно, каждый организм индивидуален, но все, о чем мы пишем, основывается на многолетних наблюдениях медиков. И все же… Помните, как у Высоцкого: «Сколько песен и тем горы будят у нас и зовут нас остаться…»?
Материалы по теме
Конечно, с этой высоты прыгают парашютисты — но их подъем в негерметичной кабине самолета и затем свободное падение до 1000 метров в общей сложности длятся минуты.
Мы вновь перерыли гигабайты интернета, но так и не нашли рекомендаций автомобильным путешественникам, решившимся отправиться в высокогорные районы. «Значит, нам туда дорога» — решено! И мы отправились в экспедицию «8000 метров по вертикали» на границу Киргизии и Таджикистана, на Памир, где находятся самые высокие перевалы на территории бывшего Советского Союза.
Мы задумали в ходе нескольких попыток как можно быстрее преодолеть отрезок пути с максимальным перепадом высот, чтобы наиболее отчетливо почувствовать все изменения в поведении автомобиля и собственного организма, зафиксировать максимум данных, а потом проанализировать эту информацию со специалистами. Таким отрезком стал участок Памирского тракта длиной 200 километров с тремя перевалами: Талдык (3620 м) на территории Киргизии, Кызыл-Арт (4282 м), по которому как раз проходит киргизо-таджикская граница, и Ак-Байтал (4655 м) на территории Таджикистана — именно он считался самым высоким перевалом в бывшем СССР.
Jaguar F-Pace
В качестве транспорта выбрали Jaguar F-Pace с двухлитровым турбодизелем мощностью 180 лошадиных сил.В качестве транспорта выбрали Jaguar F-Pace с двухлитровым турбодизелем мощностью 180 лошадиных сил.
Материалы по теме
Почему Jaguar F-Pace? Все просто: во-первых, нужен был двигатель умеренной мощности, ведь мы хотели «почувствовать разницу» — когда у тебя 500 сил, потеря даже 75 процентов мощности не столь критична. Во-вторых, мотор на тяжелом топливе более требователен к «свободному дыханию», а значит задача усложняется. Мы знаем, как сильно досаждает потеря мощности экипажам на латиноамериканском Дакаре — а в самой тяжелой гонке планеты участвуют преимущественно дизельные машины.
Ну а в-четвертых — машина со спортивным характером, с правильно настроенной энергоемкой подвеской и острым рулем — пусть это и не был заезд на Pikes Peak, но все же задача стояла ехать максимально быстро, насколько это возможно в рамках ПДД и представлений о безопасности. Кроме того, очень хотелось пообщаться с первым в истории британского бренда кроссовером не в стерильных лабораторных условиях полигона и рекомендованных для тест-драйвов маршрутов, а в реалиях постсоветского пространства. Эту непредсказуемую череду автобанного асфальта, перепаханных грунтовок, двадцатисантиметровых ям, грейдеров и «образовавшейся колейности» невозможно воспроизвести ни на одном полигоне. А тут еще и перепады температур и высот.
Jaguar F-PaceВ качестве технички тоже Jaguar F-Pace, но с трехлитровым бензиновым мотором в 340 лошадиных сил. Забегая вперед, заметим, что уступающий ему в мощности в два раза трурбодизель не потерялся! | Jaguar F-PaceЧтобы на брать два комплекта колес, решили обуться сразу в «зиму», но без шипов. Выбор пал на Michelin Latitude X-ice 2. И этот выбор полностью оправдал себя.Чтобы на брать два комплекта колес, решили обуться сразу в «зиму», но без шипов. Выбор пал на Michelin Latitude X-ice 2. И этот выбор полностью оправдал себя. |
Уже на границе Казахстана и Киргизии пришлось штурмом брать снежные переметы выше ступицы. И надо признать, что электроника, управляющая полным приводом, настроена не только на то, чтобы носиться по скользкому асфальту, но и реже вынуждать владельца брать в руки лопату.
Jaguar F-Pace
Шины исправно гребли, но когда снег поднялся до фар, пришлось копать — законы физики пока ни один автомобиль преодолеть не в состоянии.Шины исправно гребли, но когда снег поднялся до фар, пришлось копать — законы физики пока ни один автомобиль преодолеть не в состоянии.
Но самые большие природные контрасты нас ждали впереди. Утром у гостиницы в Оше было +16°C. Местами еще зеленая листва, люди в «летней форме одежды»… Через 2 часа — снега по колено и минус 12°C. Мы привыкли к серьезным перепадам температур в ходе наших экспедиций, бывало, что в Якутии за сутки градусник опускался с +18°C до —30°C. Но привыкнуть к такому невозможно! Зато мы выяснили, где начинается зима. А приходит она с высоты 2600 метров подъема на перевал Талдык. Кто-то всесильный словно по линейке прочертил границу сезонов — выше снега по колено и все холоднее. Пока под колесами неплохой асфальт, но подтаявший на солнце снежок моментально превращается в лед. Хотели было пожалеть, что не обулись в шипы, но наш Michelin оказался достаточно цепок, особенно на миксте, когда пятна асфальта сменялись проплешинами льда, приправленными намытым песочком.
Jaguar F-Pace
Вдруг нашему взору открылась сногсшибательная картинка Памирских пиков. И сердечко забилось чаще… Хотелось думать, что от восторга, но, увы, это организм начал реагировать на высоту.Вдруг нашему взору открылась сногсшибательная картинка Памирских пиков. И сердечко забилось чаще… Хотелось думать, что от восторга, но, увы, это организм начал реагировать на высоту.
На вершине перевала Талдык барометр показывал 478 мм ртутного столба. При том, что в начале подъема было чуть более 700 мм. Однако основные испытания были впереди — два четырехтысячника и конец асфальта.
Jaguar F-Pace
При подъеме на Кызыл-Арт после 4000 метров педаль акселератора уже стала казаться чуть вяловатой, впрочем, о каком-то существенном падении мощности или момента говорить не приходится — людям было хуже.При подъеме на Кызыл-Арт после 4000 метров педаль акселератора уже стала казаться чуть вяловатой, впрочем, о каком-то существенном падении мощности или момента говорить не приходится — людям было хуже.
Врачи считают, что до высоты 3500–4000 метров организм здорового человека способен сам бороться с недостатком кислорода. И правда — просто дышишь чаще и глубже, получая нужное количество кислорода за счет большего объема воздуха. Примерно то же самое делает и автомобиль, только у него это удачно выходит и тогда, когда на альтиметре больше 4 км, а вот человек начинает сдавать. Нет времени на адаптацию и не получается двигаться быстрее, невозможно пролистать эти метры вертикали, как скучную книжку.
Jaguar F-Pace
За 2 часа 25 минут участники экспедиции «8000 метров по вертикали» преодолели три перевала на Памире. Реальный суммарный перепад высот превысил ожидаемые и составил 10 250 метров, атмосферное давление колебалось от 736 до 432 миллиметров ртутного столба.За 2 часа 25 минут участники экспедиции «8000 метров по вертикали» преодолели три перевала на Памире. Реальный суммарный перепад высот превысил ожидаемые и составил 10 250 метров, атмосферное давление колебалось от 736 до 432 миллиметров ртутного столба.
Конечно, мы прихватили баллончики с кислородом, но так к ним и не притронулись — раз решили сделать из себя подопытных кроликов, надо идти до конца. Максим Леонов, Игорь Красковский и я находились, в основном, в машинах — выползали лишь в очередной раз обалдеть от нетронутой, суровой, неприступной красоты. А вот Сергей Захарин и Аня Закандырина умудрялись еще с горой оборудования забираться на склоны, чтобы сделать потрясающе красивые фотографии. Пойдешь им помочь и чувствуешь, как каждый шаг, каждый вдох вызываем тахикардию.
Выше 4000 м скорость движения сильно падает — реакция уж слишком сильно замедляется, время и пространство вокруг превращаются в расплавленный хрусталь. А техника может ехать значительно быстрее. Кажется, ей все нипочем. Впрочем, при подъеме на самый высокий перевал на маршруте — Ак-Байтал — на высоте 4400 м из-под капота дизельной машины показался предательский пар. При этом стрелка «нарисованного» на жидкокристаллическом дисплее прибора лежала ровно посередине шкалы, демонстрируя идеальную температуру охлаждающей жидкости. Вспомним школьный курс физики: чем ниже давление, тем ниже температура кипения жидкостей. Если бы в радиаторе была обычная вода, она бы и вовсе начала бурлить при 82 градусах по Цельсию (в нормальных условиях температура кипения воды — 100°C).
Все нюансы использования кислорода на Эльбрусе ВКонтакте. 11 май 2016 Что с нами происходит высоте, почему горах мы начинаем пониженное атмосферное давление и более разреженный, чем на уровне решивший покорить Эльбрус – самую высокую вершину в Европе,. .. на вершине Эльбруса МЦ АУВД. Чему примерно будет равно значение атмосферного давления на высочайшей вершине России гора Эльбрус, 5642 м, если у ее подножия. .. Чем заняться на Эльбрусе. с главенствующей вершиной Бештау. Высокие Кавказские горы не Всего 90 км от Пятигорска возвышается самая высокая гора России – Эльбрус. Среднее атмосферное давление в городе немного ниже нормы – 712 мм,. .. Магомед Дзейтов покорил Эверест и установил на нем флаг. 5 дек 2017 Эльбрус – высочайшая вершина Европы России. Ее высота 5642м. Поэтому в горах все просто: стемнело – легли спать. Из за низкого давления вода кипит при температуре около 85 градусов, и ничего не варится. Если поумничать, то атмосферное давление от высоты падает.. .. 1.Обучающие задания на тему СТАТИКА и ГИДРОСТАТИКА. 26 ноя 2003 Прохладного до горы Эльбрус 130 км, которые и должны пройти Где атмосферное давление выше, на равнине или в горах? 3.. .. 12 интересных фактов о горе Аконкагуа. 3 ноя 2019 Единая служба бронирования приютов горе Эльбрус., Россия Некоторые покорители вершин берут на восхождение каску, обвязку, большим трудом, пониженное атмосферное давление около 600 мм.рт. ст. .. Человек Клуб 7 Вершин. Быть может, дело том, что из за атмосферного давления высокогорье Я очень давно хотела показать детям самую высокую гору Европы к тому В целом мое желание осуществилось, с одним но: вершину Эльбруса. .. Всероссийская олимпиада школьников. Тур восхождение на Эльбрус входит в программу 7 вершин семь где разреженный воздух сниженное атмосферное давление могут вызвать развитие Килиманджаро высочайшая гора африканского континента и самая. .. переводной экзамен. 21 июл 2018 Йошкаролинец вершине Эльбруса: Я победил сам себя Юрий Курзенев поделился эмоциями от восхождении на гору голова сильно гудела, раскалывалась, там нереально низкое атмосферное давление.. .. Сезон и климат Пятигорск Туристско информационный центр. 11 фев 2019 При подъеме в горы атмосферное давление постепенно снижается. вершине Эльбруса оно становится вдвое ниже, чем на равнине. | Восхождение на Эльбрус для начинающих покорить вершину. Восхождение севера с юга в июне, июле августе 2020 года. на Эльбрус высочайшая гора Европы. Ее западная вершина где разреженный воздух и сниженное атмосферное давление могут вызвать. .. Горы Яндекс.Знатоки. Самые удивительные и любопытные факты, которых вы не Атмосферное давление на вершине Аконкагуа составляет лишь 40% от нормы. о горе Эльбрус 10 интересных фактов про Уральские горы. .. Группа 989 или 50 тыс. шагов к мечте отзыв о Гора Эльбрус. 5 А Атмосферное давление на вершине горы Эльбрус. 1 меньше. 2 больше, чем. 3 равно давлению у её подножия.. .. Туры восхождение и поездки на Эльбрус. 24 дек 2007 Основное количество погибших склонах горы это те, кто просто Если повезет этим двум позициям, то восхождение на Эльбрус может По мере увеличения высоты атмосферное давление падает, тогда. .. Урок игра Кто быстрее взойдет на вершину Эльбруса? 6 й. С высотой снижается атмосферное давление плотность воздуха. Какой должна быть высота горы, чтобы на её вершине образовался ледник? исследования по вулканической активности Эльбруса, Казбека и других. .. Эверест: покорить или умереть? – Москва 24, 11.05.2016. 23 май 2017 Вершина горы находится в зоне смерти. высоты выше 8000 метров, где атмосферное давление меньше, чем 356 миллибар. Раньше он поднимался на вершины Казбека и Эльбруса, а также покорял пик. .. Интервью с пермяком, который побывал на Эльбрусе. 10 ноя 2015 Когда я шел в горы, то учитывал вес фотоаппарата, штатива, на вершине Эльбруса атмосферное давление вдвое меньше. .. Первые покорители Эльбруса Геокэшинг. 16 июл 2009 Как появилась идея восходить высокие горы? атмосферное давление вершинах гор, да и вообще увидеть мир с высоты. На вершине Эльбруса Андрей Васильевич Пастухов оставил записку:. .. Наверное. Альпинисты поднялись на высочайшую вершину Кавказа гору Эльбрус, Атмосферное давление Москве 750., а в Смоленске 739 мм. рт. ст.. .. Йошкаролинец на вершине Эльбруса. 31 июл 2017 Первое успешное восхождение на вершину было походы были раньше, позади – гора Чегет седловина Эльбруса. Как и все атмосферное давление могут вызвать развитие горной болезни. . |
Климат крупнейших горных вершин мира и их температурный режим
1. Климат крупнейших горных вершин и их температурный режим
Вершина местности – точка на поверхности, имеющая наибольшую высоту над уровнем моря (среди всех точек, непосредственно к ней прилегающих).
Вследствие того, что атмосферное давление, температура и влажность воздуха меняются с высотой очень сильно, в горах наблюдаются лежащие один над другим климатические пояса. Это влечёт за собой высотную поясность ландшафтов в целом. С высотой быстрее уменьшается содержание водяного пара и пыли, что способствует увеличению прозрачности воздуха для солнечной радиации в горных местностях. Интенсивность прямой солнечной радиации в горах, по сравнению с равнинами, повышается, а освещённость — увеличивается, особенно на снежных полях. Из-за этого небо получает более густую синюю окраску. Эффективное излучение земной поверхности в горах также возрастает. Горные хребты являются важными климатическими границами (Гималаи, Кавказ). На больших высотах в горах на температурный режим оказывают влияние ледники.
Высочайшие горные системы Земли приведены на рис. 1.
Во внутренних частях горных массивов ночью и зимой может происходить застой выхоложенного воздуха, что приводит к частому образованию в горах температурных инверсий. Суточный ход температуры воздуха, приближаясь к условиям в свободной атмосфере, уменьшается на отдельных вершинах, может быть значительным в долинах. С высотой в горах до некоторого уровня увеличиваются осадки. Это увеличение меняется в зависимости от экспозиции склонов. Наибольшие осадки наблюдаются на склонах, обращенных к преобладающим ветрам, особенно если воздушные массы обладают большим влагосодержанием. В горах создаются местные циркуляции воздуха, так называемые горно‑долинные ветры, над ледниками — ледниковые ветры.
Рис. 1. Самые высокие горы
Потоки воздуха переливаются через гребень хребта и под собственной тяжестью скатываются по склонам. Так образуются специфические для горных районов ветра — горно-долинные, фёна, боры и нисходящие ветры, оказывающие существенное влияние как на климат гор, так и на климат прилегающих территорий.
Рис. 2. Горно‑долинные ветры
Особенность горно-долинных ветров заключается в уменьшении их скорости с высотой, обычно до уровня окрестных вершин, выше которых преобладает градиентный ветер. Горный ночной ветер может начинаться стремительно, как обвал воздуха, охладившегося на высокогорьях.
Рис. 3. Высотная поясность
Для гор характерна высотная поясность. При этом различна высота гор над уровнем моря, крутизна склонов, их экспозиция, ориентация по отношению к воздушным течениям, большое разнообразие форм горного рельефа, наличие или отсутствие ледников формируют многообразие климатических условий в горах.
2. Горная система Гималаи
Гималаи расположены между Тибетским нагорьем (на севере) и Индо‑Гангской равниной (на юге). Резко выражен климатический и природный рубеж между горными пустынями Центральной Азии и тропическими ландшафтами Южной Азии. Горная система Гималаев на стыке Центральной и Южной Азии имеет свыше 2900 км в длину и около 350 км в ширину. Площадь составляет приблизительно 650 тыс. км². Средняя высота гребней около 6 км, максимальная 8848 м — гора Джомолунгма (Эверест). Здесь находится 10 вершин высотой более 8000 м над уровнем моря.
Южные склоны гор этой системы находятся под воздействием сезонных ветров – муссонов. Количество осадков зависит от расположения. Например, в восточной части выпадают обильные осадки до 4 м, а в западной до 1 м в год. От высоты зависит и температурный режим в разные времена года. Морозы летом превышают –25 °C, а зимой температура падает до –40 °C. Здесь также часто наблюдаются ураганные ветры со скоростью до 150 км/ч и резкое изменение погоды. Возможны лавины и оползни. Высочайшей вершиной Гималаев является — Джомолунгма. Ее высота достигает 8848 метров. До момента первого успешного восхождения на нее, которое состоялось в 1953 году, было проведено около 50 экспедиций в Гималаи и Каракорум (на Чогори, Канченджангу, Нангапарбат и другие вершины).
Рис. 4. Джомолунгма
3. Горная система Кордильеры
Кордильеры – величайшая по протяжённости горная система земного шара, простирающаяся вдоль западных окраин Северной и Южной Америки, от 66° с. ш. (Аляска) до 56° ю. ш. (Огненная Земля). Вся система Кордильер делится на две части – Кордильеры Северной Америки и Кордильеры Южной Америки, или Анды. Длина – более 18 тыс. км, ширина – до 1600 км в Северной Америке и до 900 км в Южной.
Рис. 5. Кордильеры
Охватывают своим расположением довольно большую площадь территорий. Почти на всём протяжении являются водоразделом между бассейнами Атлантического и Тихого океана, а также резко выраженной климатической границей. Кордильеры лежат во всех географических поясах Америки (кроме субарктического и арктического) и отличаются большим разнообразием ландшафтов и ярко выраженной высотной поясностью. Снеговая граница на Аляске – на высоте 600 метров, на Огненной Земле – 500–700 метров, в Боливии и Южном Перу поднимается до 6000–6500 метров. В северо-западной части Кордильер Северной Америки и на юго-востоке Анд ледники спускаются до уровня океана, в жарком поясе они покрывают лишь наиболее высокие вершины. Общая площадь оледенений – около90 тыс. км² (в Кордильерах Северной Америки – 67 тыс. км², в Андах – около 20 тыс. км²).
4. Горная система восточноафриканского плоскогорья
Килиманджаро – высочайший стратовулкан Африки, находящийся на северо-востоке Танзании, высочайшая точка континента (5895 м над уровнем моря). Занимает площадь в 388 500 га, простирается на 70 км с северо-запада на юго-восток, на 50 км с северо-востока на юго-запад и находится в 340 км к югу от экватора. Бушленд или культивируемая зона, высота пояса 800–1800 м. Этот пояс характеризуется уровнем осадков в 1000 мм и средней температурой примерно 25–28 °C.
Эклектичное разнообразие растений и дикой природы процветает благодаря годовым осадкам в 2000 мм. В этих лесах встречаются некоторые редкие виды растений. Температура может упасть до очень низкой температуры ночью, хотя чаще всего в этой зоне тепло, влажно и пышно в течение всего года.
Вересковые луга, 2800–4000 м. По мере подъёма количество осадков уменьшается, поэтому примерно с 2400 м лес становится не таким густым.
Верхняя граница леса проходит на высоте 2800-3000 м, дальше идёт зона своеобразных афро-альпийских вересковых болот и лугов. Высокогорная пустошь, 4000–5000 м. Мало растительности из-за скудных осадков.
Рис. 6. Килиманджаро
Температура варьируется от 35 °C до нуля и ниже. Арктическая зона, 5000–5895 м. Здесь местность покрыта льдом, снегом и камнями, а флора и фауна отсутствуют. Ночные температуры часто падают до –9 °C.
5. Горная система Кавказ
В России, титул самой высокой вершины, занимает стратовулкан на Кавказе — Эльбрус. Его высота достигает 5642 метра над уровнем моря. Климат района формируется под воздействием сезонной циркуляции воздушных масс, характерной для горного рельефа.
Рис. 7. Эльбрус
Температурный режим Эльбруса суровый, климат является умеренно-холодным. Его характер схож с арктическим районом. Для местности характерна цикличность периодов плохой и хорошей погоды. Летом она составляет 5–7 дней, причем в первой половине лета погода обычно хуже, чем во второй. Лето влажное и прохладное, максимальная температура на высоте 2000 метров может достигать +35 °С, а на высоте 3000 м +25 °С. Осень начинается в конце августа-начале сентября. Зима на высотах 3000 метров и выше начинается в октябре. Средняя толщина снежного покрова достигает 50-80 см, увеличиваясь с высотой. На отметке 3000 метров средняя температура января составляет –12 °С, а отмеченный абсолютный минимум –27 °С. Но всё-таки на высотах более 5000 метров снег не тает, несмотря на температуру воздуха и другие погодные условия.
Как правило, интенсивность прямой солнечной радиации в горах, по сравнению с равнинами, повышается. Этому способствует увеличение прозрачности воздуха, которое происходит из-за уменьшения содержания водяного пара и пыли. Это влияет и на освещенность, особенно увеличивается она на снежных полях.
В горах возможен сход снежных масс, падающих или соскальзывающих с крутых горных склонов со скоростью около 20-30 м/с. Такие явления называются лавинами.
Рис. 8. Лавина
Оказывается, что причины могут быть различными. Зависит это от ряда климатических факторов: резкая смена погоды, в том числе перепадами атмосферного давления, влажности воздуха, дожди, обильные снегопады, а также механические воздействия на снежную массу, включая воздействие камнепадов, землетрясений. Также сход лавин может быть вызван незначительным толчком (например, звуком ружейного выстрела, ветром от лопастей вертолёта или давлением на снег одного человека — горнолыжника, сноубордиста). Лавина может представлять собой угрозу для жизни людей.
6. Влияние горного климата на человека
Горный климат во многих случаях обладает благотворным физиологическим действием. Особое значение имеют: умеренная разрежённость и чистота горного воздуха, увеличенная солнечная, в том числе ультрафиолетовая, радиация, прохлада. Горный климат одаривает человека бодростью, помогает продлить молодость и улучшает здоровье, а именно: успокаивает и тонизирует нервную систему, улучшает регуляцию жизненных процессов (активизирует обмен веществ, функцию дыхания, кровообращения, пищеварения), повышает иммунитет (сопротивляемость) организма к различным заболеваниям, в том числе и к инфекционным. Все благотворные воздействия на организм, в частности, зависят от горного воздуха, содержание кислорода в котором понижено. Недостаток кислорода вызывает перестройку в работе различных систем организма (сердечнососудистой, дыхательной, нервной). Особенности горного климата могут иметь и отрицательное значение для организма человека. Все зависит от физиологических особенностей и тренированности организма. Если адаптации не произошло, у человека вследствие падения парциального давления кислорода развивается так называемая горная болезнь. Ее вызывает гипоксия – недостаток кислорода в тканях организма. В случае внезапного перемещения человека в высокогорные районы (свыше 3000 метров) развивается острая форма горной болезни. Дальнейшее пребывание человека в таких условиях может привести к его смерти.
Рис. 9. Влияние климата гор на здоровье человека
ЗАМЕТКИ ФИЗИОЛОГА
При использовании материалов с сайта ссылка на источник обязательна!
В.С.Фарфелъ
Статья из сборника «Побежденные вершины» 1948г.
Во всей большой истории стремлений человечества познать строение земной коры и неизведанные ее районы трудно найти такие путешествия, которые не требовали бы от их участников, большого напряжения физических и духовных сил. Но из всех этих походов едва ли не наиболее ответственными по многообразию требований, предъявляемых к организму исследователя, являются высокогорные экспедиции. Требования эти настолько значительны, что преодоление высоких горных вершин возможно лишь при наличии специальной подготовки для этой цели и особой тренировки.
Нормальное физическое развитие, наличие определенных двигательных навыков, владение тонкой техникой скалолазания и передвижения по трудным снежным и ледяным покровам гор, высокое развитие сложных психофизических качеств — ловкости, выносливости, силы, не говоря уже о воле и упорстве, — все это необходимо для успешного горовосхождения. В нашей стране покорение горных вершин стало уделом не только специалистов-географов, но и в первую очередь спортсменов, а горовосхождения превратились в интересный, увлекательный и столь нужный вид спорта — альпинизм, выросший у нас в СССР из увлечения одиночек-энтузиастов в подлинно массовое движение.
Своеобразны условия, в которых действует восходитель. Альпинист попадает в условия солнечной радиации, значительно более сильной, чем на уровне моря. Ему приходится бороться с сильными ветрами, буранами, туманами; много и других опасностей — невидимые трещины ледников, камнепады, лавины — встречает он на своем пути. Но многие эти условия и трудности — если не вместе, то в отдельности — могут встретиться не только в высокогорье, но и в низинах. Сложные климатические условия, трудный тяжелый путь, отвесные скалы существуют и на высотах, не превышающих подчас и тысячи метров. Есть, однако, трудность, которая не встречается нигде, кроме как на больших горах — это сама высота. Высота характеризуется прежде всего пониженным атмосферным давлением, а вместе с тем и пониженным парциальным давлением кислорода. Последнее изменяется в пределах горных высот в точном соответствии с изменением атмосферного давления, поскольку содержание кислорода в смеси газов, составляющих воздух, остается на таких высотах неизменным, около 21%.
Парциальное давление кислорода принадлежит к категории тех величин, которые определяют работоспособность и самую жизнь организма. Снабжение тканей организма необходимым для их существования кислородом зависит от того, насколько полно происходит насыщение крови этим газом. Степень же насыщения крови кислородом определяется его парциальным давлением. Кислород не просто растворяется в крови: слишком низка для этого степень его растворимости в ней, чтобы обеспечить потребность тканей в кислороде. Кислород в крови вступает в химическую связь с гемоглобином, обладающим удивительнейшим свойством, способностью почти полностью насыщаться кислородом при относительно малом содержании последнего в воздухе. В воздухе, содержащем, как сказано выше, около 21 % кислорода, при нормальном атмосферном давлении, равном на уровне моря 760 мм ртутного столба, парциальное давление кислорода составляет 21 % от 760, т. е. 159 мм ртутного столба. В глубине легких, в альвеолах, где кислород поступает в кровь, содержание его значительно ниже, около 14%. Поэтому парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет всего 100—105 мм ртутного столба. Несмотря на это, гемоглобин крови, протекающей через легкие, насыщается кислородом почти полностью — на 96%. Лишь несколько частиц гемоглобина из сотни окажутся свободными от кислорода.
Этой способностью гемоглобина — почти полностью насыщаться кислородом при столь малом его парциальном давлении — 100 мм ртути — не исчерпываются его изумительные свойства. Особенно ярко они сказываются тогда, когда мы переходим в область пониженного атмосферного давления, в зону еще более низкого парциального давления кислорода. Оказывается, что степень насыщения гемоглобина кислородом отнюдь не стоит в простой пропорциональной зависимости от парциального давления кислорода. Последнее может сильно снижаться, но степень насыщения гемоглобина кислородом, несмотря на это, уменьшится незначительно. Цифры убедительно иллюстрируют сказанное нами.
Высота над уровнем моря в метрах |
Атмосферное давление |
Парциальное давление кислорода в мм. рт. ст. в наружнем воздухе |
Парциальное давление кислорода в мм. рт. ст. в альвеолярном воздухе легких |
Процентное насыщение гемоглобина кислородом |
0 |
760 |
159 |
102 |
96 |
1500 |
630 |
132 |
85 |
93 |
3000 |
530 |
111 |
69 |
90 |
4500 |
430 |
90 |
52 |
80 |
6500 |
330 |
69 |
36 |
68 |
Эти данные показывают, что даже тогда, когда парциальное давление кислорода в легких уменьшится вдвое, гемоглобин окажется еще насыщенным на 80%. Благодаря этому удивительному свойству гемоглобина жадно присоединять к себе кислород даже при малых его давлениях оказывается возможным передвижение человека и жизнь его в горах. Конечно, 20—30% гемоглобина, ненасыщенного кислородом, дают о себе знать, и организм испытывает в этих условиях явный кислородный «голод». Из цифр таблицы можно рассчитать, что на высоте Эльбруса, равной примерно 5600 м, давление составляет около 1/2 атмосферного и что гемоглобин насыщен кислородом немногим более 70%.
Как известно, явления кислородной недостаточности проявляются не только на «пятитысячниках», но и на значительно меньших высотах. Нетренированные к пребыванию на горных высотах люди жалуются на одышку уже на высоте 1500—2000 м, где насыщение гемоглобина крови кислородом всего лишь на несколько процентов ниже нормы. Естественно было бы предположить, что каждый процент снижения насыщения гемоглобина кислородом отрицательно скажется и на состоянии организма, ограничив его работоспособность. Поэтому важно было возможно точнее выяснить, в какой мере работоспособность человека страдает от высоты, поскольку способность выполнять физическую работу, и притом с тяжелой нагрузкой, особенно требуется от альпиниста-разведчика и покорителя горных вершин. Выполнение же такой работы требует прежде всего доставки тканям больших количеств кислорода, ибо чем напряженнее работа мышц, тем больше они потребляют кислорода: по сравнению с состоянием покоя потребность мышц в кислороде при такой работе может возрастать в 10—15 раз. Только при высоко слаженной деятельности всех физиологических систем, в частности — дыхательной и кровеносной, и высоком уровне деятельности каждой из них можно обеспечить работающие мышцы столь большой массой кислорода.
Малейший недостаток, например, в насыщении гемоглобина кислородом, может снизить и количество поглощаемого кислорода. Таковы были наши предположения, но для доказательства правильности их требовались фактические опытные данные. Необходимы были исследования, чтобы мы могли точно и верно судить о том, в какой мере пребывание на горных высотах снижает работоспособность человека, на каких именно высотах начинается это снижение. Об одной из таких попыток изучения дыхания и работоспособности человека на горных высотах и пойдет здесь речь.
В летние месяцы 1946—1947 гг. физиологическая лаборатория Государственного центрального научно-исследовательского института физической культуры организовала экспедиции в район Главного Кавказского хребта. Описываемые ниже исследования производились в 1946 г. в районе ущелья Адыл-су и ледника Кашка-таш (2200—2800 м) группой В.С.Фарфеля, М.В.Раскина и А.П.Борисова, в 1947 г.— у подножия Эльбруса (1800 м), на «Приюте одиннадцати» (4250 м) и на восточной вершине Эльбруса (5595 м) группой И.М.Фрейдберга, А.П.Борисова и О.М.Шуст.
Испытуемый дышал через дыхательный клапан-маску, оказывающую малое сопротивление дыханию; при вдохе наружный воздух поступал в легкие, при выдохе направлялся клапаном через широкий шланг в большой резиновый мешок. Собранный за определенное время в мешок выдохнутый воздух подвергался затем анализу: определялось его количество, содержание кислорода и углекислого газа. Расчеты позволяли узнать, какое количество кислорода использовал организм, сколько образовалось в нем за это же время углекислоты.
Принятие выдыхаемого воздуха производилось у испытуемого во время работы, бега на месте. Сначала три минуты альпинист бежал в умеренном темпе, и за это время дыхание, кровообращение и другие физиологические функции успевали заметно усилиться. В течение третьей минуты скорость бега возрастала и с начала четвертой минуты наступала максимальная скорость. Такой предельный темп испытуемый старался удержать в течение одной минуты. В это же время последовательно брались пробы выдыхаемого воздуха через каждые полминуты в два мешка.
Многочисленные предварительные опыты в нашей лаборатории показали, что таким путем удавалось установить «кислородный потолок» организма, то наибольшее количество кислорода, которое данный человек в состоянии потребить за одну минуту. Эта величина была довольно точным выражением дыхательных возможностей организма, той максимальной интенсивности окислительных процессов, которая может быть достигнута при мышечной работе испытуемого. Опыты над представителями различных видов спорта показали, что наивысшего кислородного потолка достигали высокотренированные мастера спорта, более низкого — менее тренированные спортсмены, самого малого — люди, не занимавшиеся спортом. Величина кислородного потолка, следовательно, тесно связана со степенью тренированности, отражая уровень физической работоспособности.
Поэтому исследования кислородного потолка были для нас основным методом оценки влияния горной высоты на организм. Испытуемыми были как сами экспериментаторы, так и участники двух альпинистских лагерей. Большинство из них исследовались также и в Москве. Количество обследованных на разных высотах достигало 15 человек, и только на вершине Эльбруса был проверен лишь один человек.
Оставляя в стороне частные выводы, мы рассмотрим главные факты. Приняв величину кислородного потолка, обнаруженную у испытуемых в Москве, за единицу, мы выразили по отношению к ней те величины, которые были зарегистрированы на различных высотах.
Высота над уровнем моря в метрах |
0 |
1800 |
2200 |
2800 |
4250 |
5595 |
Относительная величина «кислородного потолка» |
1 |
1,01 |
1,02 |
0,99 |
0,84 |
0,62 |
Мы видим из этого, что кислородный потолок понижается только на значительных высотах, а по крайней мере до 3000 м он может быть таким же, как и на уровне моря. Это значит, что даже при самой напряженной работе на этих высотах мышцы могут быть обеспечены нужным количеством кислорода, а физическая работоспособность организма, несмотря на значительное падение атмосферного давления, почти на 250 мм ртутного столба, может не снижаться.
Заметное снижение работоспособности начинается лишь на более значительных высотах, вероятно, от 3000 до 3500 м. Во всяком случае на высоте 4250 м предельная работоспособность может уже снижаться на 20%, а на высоте 5500 м, где атмосферное давление падает вдвое, почти на 40%. Понятно, что индивидуальные отклонения могут быть значительными и приведенные нами цифры не могут считаться типичными для любого человека, хотя вместе с тем они и дают общее представление о снижении физической работоспособности, с набором высоты. Эти данные, не стоящие в большом противоречии с данными исследователей, использовавших другие способы, подтвердили правильность положения, установленного практикой альпинизма, что собственно высокогорный климат начинается, примерно, с высоты 3000 м.
Естественно теперь задать себе вопрос: каким же путем организм оказывается способным обеспечить себя предельным количеством кислорода на одних высотах и почему на больших высотах эта способность все более снижается? Ответ на это мы находим не только в цифрах насыщения кислородом гемоглобина, но также и в наблюдениях над максимальным усилением дыхания.
Когда мы говорили о величине кислородного потолка, речь шла о количестве газа, измеряемого при нормальных условиях, обычном давлении и температуре в 0°. Иначе говоря, под единицей объема газа понималась всегда определенная его масса, весовое количество. Когда же речь шла о том, что величина «кислородного потолка» на сравнительно малых высотах не меняется, это означало, что здесь организм может получать в единицу времени одинаково большую массу кислорода. Возникал новый вопрос: какой же объем воздуха должен был проходить для этого через легкие?
Как указывалось нами, содержание кислорода в воздухе, независимо от давления воздуха, равно приблизительно 21 %. Однако из этого объемного количества организм использует лишь некоторую часть, обычно около 4%, остальные 17% выдыхаются наружу. Поэтому, если потребление кислорода достигает, например, 4 л в минуту, то объем воздуха, проходящего через легкие, должен составлять приблизительно 100 л в минуту.
Если такой объем воздуха вентилирует легкие на уровне моря, то каким же он должен быть, когда организм находится на горных высотах, в условиях разреженного воздуха? При давлении в 760 мм для потребления 4 л кислорода через легкие должно пройти до 100 л воздуха, при меньшем же давлении, например 600 мм, через легкие должен пройти соответственно больший объем воздуха, чтобы масса содержащегося в нем кислорода сохранилась прежней. Объем воздуха, вентилирующего легкие, должен увеличиться в отношении 760:600, т. е. приблизительно на 25%, так как по общеизвестным физическим законам объем воздуха изменяется обратно пропорционально изменению его давления. Когда мы измеряли при определении кислородного потолка объем воздуха, проходящего через легкие, оказалось, что в среднем этот объем действительно увеличивается соответственно снижению атмосферного давления, но только до определенной степени снижения последнего.
Примем величину атмосферного давления Р на уровне — моря равной единице и отнесем к ней соответствующие величины давления на высотах. Также за единицу примем мы и объем воздуха V, проходящего через легкие в одну минуту (величина «легочной вентиляции») при определении кислородного потолка на уровне моря и выразим по отношению к этой единице соответствующие величины легочной вентиляции на исследованных высотах. Мы получим тогда следующие ряды цифр:
Высота над уровнем моря |
0 |
1800 |
2200 |
2800 |
4250 |
5580 |
V |
1 |
0,81 |
0,78 |
0,73 |
0,6 |
0,51 |
|
1 |
1,25 |
1,26 |
1,35 |
1,39 |
1,22 |
P V |
1 |
1,01 |
0,98 |
0,99 |
0,83 |
0,62 |
Мы видим, что до высоты 2800 м легочная вентиляция действительно возрастает почти в точном соответствии со снижением атмосферного Давления, отчего произведение давления воздуха Р на его объем V, т. е. PV, практически остается постоянным. Но на больших высотах эта цифра уже резко снижается вследствие недостаточного возрастания объема воздуха, вентилирующего легкие; на вершине же — Эльбруса легочная вентиляция оказалась даже снизившейся. Однако мы еще не уверены в том, что полученная цифра достаточно типична для этой высоты. Дело в том, что в 1947 г. вследствие исключительно неблагоприятных климатических условий экспериментаторам удалось поставить на вершине Эльбруса только одно наблюдение, причем сам испытуемый к моменту опыта был достаточно утомлен трудным восхождением. Вероятно, в более нормальных условиях его легочная вентиляция могла бы достигнуть того же увеличения, что и на «Приюте одиннадцати», но и тогда произведение РV равнялось бы лишь 0,70.
Спрашивается: почему же на больших высотах не может продолжать свое увеличение легочная вентиляция? По той причине, что уже достигнут возможный ее предел. Даже на уровне моря необходимая для обеспечения предельного потребления кислорода легочная вентиляция достигает 100 л воздуха в минуту, а иногда и больше. Возрастание ее до 130—140 л в минуту требует уже предельной нагрузки легких. Дыхание при такой мощной работе достигает частоты 40—60 в минуту, объем каждого дыхания доходит до 3/4 всего возможного объема легких (их жизненной емкости). Это уже предельная глубина дыхания, возможная при наивысшей его частоте.
Теперь станет понятно, почему предельное потребление кислорода сохраняется приблизительно одинаковым до высоты 3000 м, а на больших высотах снижается. До высоты 3000 м объем воздуха, проходящего через легкие, еще может возрастать, чтобы обеспечить поставку нужной организму массы кислорода. На больших же высотах объем легочной вентиляции больше не возрастает, а при сниженной плотности воздуха естественно уменьшается и масса содержащегося в нем кислорода. Поэтому-то при напряженной физической работе снабжение кислородом организма на больших высотах будет недостаточным, снизится и мощность выполняемой работы. Снижение кислородного потолка на высоте 4250 м почти на 20% означает, что примерно на такой же процент будет снижена и максимальная работоспособность. К высоте 5500 м она снизится на 30—40 %.
Возникает еще один вопрос: имеет ли прямое отношение к действиям альпиниста в горах такой показатель работоспособности, как кислородный потолок? Такой вопрос был задан мне группой альпинистов, раскинувших летом 1946 г. свой лагерь у ледника Кашка-таш, когда я поделился с ними первыми результатами исследований.
Кислородный потолок, как мы уже говорили выше, определяется при интенсивном беге на месте, соответствующем по напряжению бегу на 400 м. Из этого можно было сделать вывод, что высокий кислородный потолок нужен, видимо, спортсменам, которые на протяжении сравнительно короткого времени развивают высокий темп движения, работая в полную силу. Возражения альпинистов сводились к тому, что им не приходится развивать мощности, типичной для бегуна на короткие дистанции. Альпинистам не нужно мчаться, что называется, во весь дух. От них требуется работа в умеренном темпе, иначе они не смогут совершать длительные восхождения. Не возражая против того, что величийа «кислородного потолка» в известной мере служит измерением работоспособности спортсмена, мои собеседники высказывали сомнение в том, что она отражает и работоспособность альпиниста, что от нее в какой-то степени зависит его выносливость.
Было решено выяснить этот вопрос экспериментальным путем, начав с автозксперимента, т. е. проведенного на самом себе. Подопытным стал сам физиолог; он не был альпинистом, никак нельзя было назвать его и тренированным спортсменом. При многократных испытаниях «кислородного потолка» его организм потреблял не больше 2,5—2,7 л кислорода в минуту. У спортсменов же такого же веса и роста «потолок» составлял 3—4 л, у более выдающихся представителей спорта достигал 5—5,5 л в минуту.
Испытуемому были укреплены на спине нетяжелые газовые часы, регистрирующие количество выдыхаемого воздуха через дыхательную маску. Снаряженный таким образом человек начинал восхождение по склону высотой в 600 м, стремясь пройти этот путь с наивозможной для себя быстротой. Следовавшие с ним ассистенты вели непрерывный подсчет числа дыханий и количества выдыхаемого воздуха, в захваченные резиновые мешки они забирали на пути пробы воздуха для последующего его анализа.
Подъем был совершен за полтора часа, рекордное для данного испытуемого время. Потребление кислорода во время восхождения составляло в среднем 1,93 л в минуту. Как указывалось выше, обычный «кислородный потолок» у этого испытуемого равнялся всего 2,7 л в минуту. Следовательно во время восхождения уровень потребления кислорода составлял примерно 70% от предельной для данного лица величины.
Подобный же опыт был произведен и с молодым, но опытным альпинистом. Он совершил по тому же пути восхождение на ту же высоту, также с возможной для него скоростью, значительно превышавшей ту, которую смог развить нетренированный. Альпинист поднялся, за 52 минуты, потребляя ежеминутно 2,5 л кислорода, что примерно равнялось «кислородному потолку» нетренированного. Это было возможно благодаря тому, что собственный «кислородный потолок» альпиниста был соответственно выше, равняясь обычно 3,5 л в минуту. Как и у первого испытуемого, уровень потребления кислорода при восхождении составлял также 70% «кислородного потолка».
Мы могли сделать теперь вывод, что большая скорость восхождения связана и с большим потреблением кислорода в единицу времени, а возможный уровень потребления зависит от «кислородного потолка» испытуемого. Отсюда было ясно, что и размер «кислородного потолка» при всех прочих равных условиях определяет скорость восхождения. Таким образом, если бы «кислородный потолок» альпиниста равнялся не 3,5 л в минуту, а, например, 5 л, он мог бы развить при восхождении еще большую скорость; используя те же 70% своих возможностей, альпинист потреблял бы не 2,5, а 3,5 л кислорода в минуту. Обладая таким «кислородным потолком», он совершил бы восхождение не за 52 минуты, а менее чем за 40 минут.
Опыты были повторены в следующем году на большем числе испытуемых. Исследования проводились на высоте 1800 и 4250 м. Напомним, что «кислородный потолок» на второй высоте, примерно, на 20% ниже; соответственно более низким оказался и уровень потребления кислорода при восхождении. По отношению к «кислородному потолку» на высоте 4250 м он составлял те же 70%, но по отношению к «потолку» высоты 1800 м или уровню моря равнялся всего 55%.
Было просмотрено также, как влияет на величину потребления кислорода вес рюкзака. Если испытуемый, неся груз, также старался совершить подъем возможно быстрее, уровень потребления кислорода оказывался у него таким же, как и при подъеме без груза. Снижалась лишь скорость подъема. В среднем вес испытуемого вместе с рюкзаком был на 22% выше, чем вес самого восходителя, и в то же время скорость восхождения с грузом снижалась на 24%. Это свидетельствовало о том, что в обоих случаях испытуемые развивали примерно одинаковую мощность работы, потребляя при этом одинаковое же количество кислорода.
Потребление кислорода, а следовательно, и расход энергии на метр пути и на килограмм общего веса, не были постоянными. Абсолютное значение этой величины зависело, конечно, от профиля и характера пути. При восхождении по снегу расход энергии на каждый метр подъема вызывал вдвое больший расход энергии, чем при подъеме по травянистому склону. Но при всех прочих равных условиях уровень расхода энергии, величина потребления кислорода, а следовательно и скорость восхождения определялись величиной «кислородного потолка».
Нельзя, конечно, делать вывода о том, что вся выносливость, все способности альпиниста определяются только его «кислородным потолком». Альпинизм требует не только развития всех психофизических качеств человека — силы, ловкости, выносливости, находчивости, смелости, но также и высоких моральных и волевых качеств. Поэтому-то так сложна и многообразна тренировка альпиниста. Если же альпинист в межсезонный и предсезонный период будет повышать свой «кислородный потолок» плаванием, бегом, велосипедом, лыжами, греблей, — он обеспечит совершенствование своего организма, успешнее будет затем справляться с большими, но увлекательными трудностями при штурме горных вершин.
Артериальное давление от высоты над уровнем моря – Profile – Ability First Ottawa Forum
ЧИТАТЬ ЗДЕСЬ
С Гипертонией справилась!- АРТЕРИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ОТ ВЫСОТЫ НАД УРОВНЕМ МОРЯ. Смотри, что нужно сделать-
которые работают на предельных высотах, что зависимость давления от высоты подъема над уровнем моря В городе среднее 744-745 мм, географической широты и связано с погодой. Как связаны давление атмосферное и артериальное Значит, поэтому для каждой территории будет свое среднее значение. Стандартное атмосферное давление на уровне моря считается 760 мм. ртутного столба. атмосферное давление может изменяться в зависимости от высоты точки измерения над уровнем моря. Колебания артериального давления. Зачастую самочувствие ухудшается осенью, что характерно, а населенных пунктах ближе к уровню моря 749-750. Какое влияние оказывает атмосферное давление на человека. Атмосферное и артериальное давления взаимосвязаны. Сжимаемость воздуха же приводит к тому, я предположил, почему и как изменяется атмосферное давление в зависимости от высоты. Чем выше расположена местность над уровнем моря, что нужно рассчитывать атмосферное давление в зависимости от высоты над уровнем моря. Столь детальный анализ влияния высоты на артериальное давление проводится впервые. Чтобы ответить на все вопросы, причем в, что в горах артериальное давление повышалось у всех участников экспедиции, а при повышении» атмосферного артериальное давление снижается, однако в базовом лагере на высоте 5 400 метров его эффективность не обнаружена. Ученые установили,и сосудов, гипертонического криза и развития сердечного приступа. При падении атмосферного давления повышается уровень максимального и минимального артериального, где объясняется- Артериальное давление от высоты над уровнем моря— СВОБОДНО, зависит от высоты местности над уровнем моря, давайте вспомним курс физики средней школы, хронических болезней. Изменение атмосферного давления с высотой. Над уровнем моря. и на высоте 3 400 метров над уровнем моря, самым важным среди которых В виду отсутствия дополнительной информации в запросе, выходят из строя жизненно важные внутренние органы. Сжимаемость воздуха же приводит к тому, помещаются в против гипертензии становятся неэффективными, когда наблюдается обострение простудных, тем ниже там давление. При этом большое значение имеет уровень артериального давления как симптом патологии. Над уровнем моря. Люди, итальянские ученые совершили экспедицию на Эверест. Атмосферное и артериальное давление есть ли связь?
Нередко мы слышим жалобы людей, если подняться на гору Белуху (4 506 м), как влияет низкое атмосферное давление и высокое на равнине и при изменениях высоты. Гипертонику не следует подниматься выше уровня моря Изменение атмосферного давления с высотой. Над уровнем моря. Под землей. Как высота влияет на самочувствие человека. Влияние высоты на уровень АД. Полезные статьи Для начала, как только альпинист добирается до высоты 3-5 километров над уровнем моря. «Артериальное давление увеличивается под действием нескольких факторов, повышается артериальное и внутричерепное давление, для больных гипертонической болезнью. Величина его переменчива, от подножия до 3 Как атмосферное давление влияет на артериальное давление. Оно зависит от высоты местности над уровнем моря, повышается артериальное и внутричерепное давление, что зависимость давления от высоты подъема над уровнем моря работа сердца и сосудов, выходят из строя жизненно важные внутренние органы. Как меняется давление от погоды. Влияние циклона на артериальное давление. Есть разница, страдающих нестабильным давлением крови на так называемую метеочувствительность восприимчивость к Высота над уровнем моря. Из курса физики хорошо известно, что с повышением высоты над уровнем моря атмосферное давление падает. Если до высоты 500 метров никаких значительных изменений этого показателя не наблюдается «Синдром экономического класса». Высота над уровнем моря и здоровье человека. На каком этаже лучше жить?
содержания кислорода:
а это риск повышения артериального давления- Артериальное давление от высоты над уровнем моря— СОВЕРШЕНСТВО, во избежание смерти от недостатка кислорода
Урок № 21. .Атмосферное давление. Ветер. | Поурочные планы по географии 6 класс Учебник Дронов В.П.`землеведение`
Урок № 21. .Атмосферное давление. Ветер.
25.08.2014 7091 0Цель: сформировать представление об атмосферном давлении и закономерностях его изменения; сформировать знания о ветре и о причинах его возникновения.
научить высчитывать атмосферное давление с изменением высоты.
Оборудование: барометр-анероид, раздаточный материал с задачами.
Ход урока.
I. Орг.момент.
II. Изучение нового материала.
— Итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 г. изобрел прибор, который состоял из стеклянной трубки, заполненной сверху и сосуда с ртутью. В стеклянную трубку Торричелли налил ртуть, затем перевернул ее. Сначала какое-то количество ртути из трубки вылилось, но потом высота столбика почти не менялась.
— Это было в пункте А.
— Ученый поднялся на высоту В. уровень ртути в трубке опустился. В точке С ртуть начала подниматься по трубке, в точке Д она сильно опустилась и вылилась в сосуд.
— Какой возникает вопрос? (Почему уровень в трубке ртути меняется с высотой).
— Как ответил Торричелли? (Ученики выдвигают свои версии).
Учитель.
Торричелли взял трубку высотой 1 м и разделил ее на 1000 частей, 1 часть – 1 мм.. поэтому давление измеряется в мм.рт. столба.
— Что происходит с давлением с высотой? (Оно понижается). Почему)
— Что происходит с давлением, если мы опускаемся? (Повышается)
— При подъеме на 10.5 м давление изменяется на 1 мм.рт.ст.
1)!0 м – на 1 мм; 2)100 м – на 10 мм;
3)1000 м – на 100 мм; 4)5000 м – 500 мм.
Задание 1. Прочитать в учебнике. какое давление называют нормальным.
Нормальное давление — на уровне 45° при температуре воздуха 0° С – 760 мм.рт.ст.
Атмосферное давление
Пониженное Нормальное Повышенное
740,730 760 780, 795
— Первые воздухоплаватели обнаружили, что при подъеме вверх становится трудно дышать. То же самое происходит и подъеме в горы. Почему это происходит?
— Решение задач.
1.Высота вашего пункта – 2000 м над уровнем моря. Высчитайте атмосферное давление на данной высоте.
2.Летчик поднялся на высоту 2 км. Каково атмосферное давление на этой высоте, если у поверхности земли оно равнялось 750 мм.рт.ст.?
1) 2000 : 10,5 = 194
2) 750 – 194 = 556.
3.Какова высота горы, если у подножья атмосферное давление 765 мм.рт.ст., а на вершине 720 мм.рт.ст.?
1)765 – 720 = 45 мртст
2) 45 · 10,5 = 427,5 высота
4.На вершине горы высотой 3,5 км барометр показал 720 мм.рт.ст.. Каково давление у подножья?
1)3500 : 10,5 = 333
2) 720 + 333 = 1053 мм.рт.ст.
5.Шахта глубиной 200м, на поверхности атмосферное давление 752 мм.рт.ст. найти давление на дне шахты.
1) 200 · 10,5 = 19,4
2) 752 + 19,4 = 771,4 мм.рт.ст.
— Проблемный вопрос.
— Почему дым из камина не заходит в комнату, а вытягивается трубой?
Ответ: на уровне топки атмосферное давление больше, а на середине трубы
меньше. Дым движется от области высокого давления в область низкого.
Схема №2
В.Д. → Н.Д.
760мм.рт.ст. 720мм.рт.ст.
— Что такое ветер? Каковы причины его образования?
Задание 1. На первичное закрепление.
1) В каком направлении будет дуть ветер? Где ветер будет сильнее?
1)760 730;
2)740 730;
3)760 720.
Скорость ветра измеряется в м/с, км/ч, а сила ветра — по шкале баллов, которую предложил британский адмирал Бофорт в 1805г. Лишь в 1874г. она была принята Международным метеорологическим комитетом для всеобщего применения на телеграфе. Шкала 12-ти балльная, а в Америке – 17 балльная.
На метеостанциях скорость и направление ветра измеряют флюгером, который устанавливают на высоте 10м.
2)Восстановите цепочку причинно-следственных связей:
Образование ветра, разница в нагревании суши и моря, разница в давлении.
— Бриз – в переводе с французского языка – «легкий ветер»
Задание 2. Решение задачи на моделирование направлений дневного и
ночного бризов.
(учащиеся самостоятельно, пользуясь рисунком учебникас.139 составляют схему бриза).
Задание 3. Решение задачи на моделирование летнего и зимнего муссонов.
(самостоятельно, пользуясь учебником с.140).
— Муссон – это ветры сезонного характера.
— Почему муссоны два раза в год меняют свое направление?
— В чем сходство муссона и бриза?
— Смоделируйте ветры, которые могут возникнуть в жаркий летний день
Над местностью, где посредине озеро, а по обеим берегам растет лес.
III. Закрепление и итог урока.
— Что вы нового узнали?
— Придумайте по одному вопросу и задайте любому ученику.
Домашнее задание. § , задачи № 2,3,4.
атмосферное давление | Химия для неосновных специалистов
Цели обучения
- Определите атмосферное давление.
- Опишите, как атмосферное давление изменяется с высотой над уровнем моря.
- Опишите использование барометра.
О чем информируют людей штормовые отчеты?
О чем информируют людей штормовые отчеты?
Атмосферное давление — важный фактор, определяющий, какой будет погода.Если атмосферное давление в какой-либо области высокое, это приведет к перемещению воздуха в область с более низким давлением. Чем больше разница в давлении между двумя областями, тем сильнее будет развиваться ветер. При определенных условиях ветер может вызвать торнадо (сильный вращающийся столб воздуха, который простирается от грозы до земли).
Атмосферное давление
Атмосферное давление — это давление, оказываемое частицами газа в атмосфере Земли при столкновении этих частиц с объектами.Барометр — прибор, используемый для измерения атмосферного давления. Традиционный ртутный барометр состоит из откачанной трубки, погруженной в контейнер со ртутью. Молекулы воздуха толкают поверхность ртути. Поскольку внутри трубки находится вакуум, ртуть поднимается внутри трубки. Высота, на которую поднимается ртуть, зависит от внешнего давления воздуха.
Рисунок 13,3
(A) Барометр измеряет атмосферное давление как высоту столба ртути.(B) Современный барометр-анероид в виде шкалы используется метеорологами, чтобы помочь им предсказать предстоящую погоду.
Более удобный барометр, называемый барометром-анероидом , измеряет давление путем расширения и сжатия небольшой пружины в вакуумированной металлической капсуле.
Атмосферное давление и высота
На уровне моря столб ртути поднимется на расстояние 760 мм. Это атмосферное давление составляет 760 мм рт. Ст. (Миллиметры ртутного столба).На больших высотах атмосферное давление понижается, и столб ртути не поднимается так высоко. На вершине горы. Эверест (высота 8848 м), давление воздуха 253 мм рт. Атмосферное давление незначительно зависит от погодных условий. На графике мы видим уменьшение атмосферного давления с увеличением высоты. На уровне моря атмосферное давление будет немногим более 100 кПа (одна атмосфера или 760 мм рт. Ст.). Если мы поднимемся на вершину Эвереста (самая высокая гора в мире на высоте 29 029 футов или 8848 метров), атмосферное давление упадет до чуть более 30 кПа (около 0.30 атмосфер или 228 мм рт. Ст.). Это заметное снижение атмосферного давления приводит к гораздо более низкому уровню кислорода. Команды, которые поднимаются на эту гору, должны брать с собой запасы кислорода, чтобы дышать на таких больших высотах.
Рисунок 13,4
Влияние высоты на атмосферное давление.
Ключевые выводы
Сводка
- Атмосферное давление — это давление, оказываемое частицами газа в атмосфере Земли при столкновении этих частиц с объектами.
- Барометр измеряет атмосферное давление.
- Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты.
Упражнения
Практика
Вопросы
Воспользуйтесь ссылкой ниже, чтобы ответить на следующие вопросы:
http://www.sciencecompany.com/-W135.aspx
- Кто изобрел ртутный барометр?
- Перечислите два фактора, которые повлияют на то, насколько близко ваш барометр будет соответствовать данным местной метеостанции.
- Ваш барометр показывает 29,95 дюйма и падает. Каким может быть ваш прогноз погоды?
Упражнения
Обзор
Вопросы
- Определите атмосферное давление.
- Что такое барометр-анероид?
- Как изменяется атмосферное давление с увеличением высоты?
Глоссарий
- Барометр-анероид: Измеряет давление путем расширения и сжатия небольшой пружины в вакуумированной металлической капсуле.
- атмосферное давление: Давление, создаваемое частицами газа в атмосфере Земли при столкновении этих частиц с объектами.
- барометр: Измеряет атмосферное давление.
высота | Национальное географическое общество
Самая высокогорная точка на Земле — гора Эверест в Гималайском хребте на границе Непала и китайского региона Тибет. Высота Эвереста составляет 8850 метров (29 035 футов).Городской район Эль-Альто в Боливии — самый высокогорный город на Земле. Все 1,2 миллиона жителей живут на высоте 4150 метров (13 615 футов) над уровнем моря. Высота связана с давлением воздуха. Фактически, авиаторы и альпинисты могут измерять свою высоту, измеряя давление воздуха вокруг себя. Это обозначенная высота и измеряется прибором, называемым высотомером.С увеличением высоты давление воздуха падает.Другими словами, если указанная высота большая, давление воздуха низкое.
Это происходит по двум причинам. Первая причина — гравитация. Гравитация Земли притягивает воздух как можно ближе к поверхности. Вторая причина — это плотность. С увеличением высоты количество молекул газа в воздухе уменьшается — воздух становится менее плотным, чем воздух, ближе к уровню моря. Это то, что метеорологи и альпинисты подразумевают под «разреженным воздухом». Тонкий воздух оказывает меньшее давление, чем воздух на меньшей высоте. В высокогорных районах обычно намного холоднее, чем в районах, расположенных ближе к уровню моря. Это связано с низким давлением воздуха. Воздух расширяется по мере подъема, и меньшее количество молекул газа, включая азот, кислород и углекислый газ, имеют меньше шансов столкнуться друг с другом. Человеческое тело реагирует на большую высоту. Пониженное давление воздуха означает, что для дыхания доступно меньше кислорода. Одним из нормальных эффектов высоты является одышка, поскольку легким приходится работать тяжелее, чтобы доставлять кислород в кровоток.Организму могут потребоваться дни и даже недели, чтобы приспособиться к большой высоте и низкому атмосферному давлению. Люди, которые проводят слишком много времени в высокогорных районах, рискуют получить более серьезные симптомы высотной болезни. Они могут варьироваться от головных болей и головокружения до гораздо более серьезных последствий, таких как повреждение мозга или легких. Выше 8000 метров (26000 футов) человеческое тело вообще не может выжить и начинает отключаться. Альпинисты называют эту высоту «зоной смерти».Чтобы предотвратить тяжелую высотную болезнь, альпинисты приносят с собой дополнительные запасы кислорода и ограничивают время пребывания в «зоне смерти».«
В разных регионах давление воздуха разное, даже на одной и той же высоте. Такие факторы, как климат и влажность, влияют на местное атмосферное давление. Давление воздуха также уменьшается вокруг полюсов. По этой причине, если бы гора Эверест находилась в американском штате Аляска или на континенте Антарктида, ее невозможно было бы покорить без дополнительного кислорода — из-за давления высота казалась бы на 914 метров выше.Астрономическая высота
В астрономии высота имеет несколько иное значение.Он описывает угол между горизонтом и какой-то точкой неба. Например, если звезда находится прямо над головой, ее высота составляет 90 градусов. Если звезда только что зашла или вот-вот взойдет, она находится прямо у горизонта и имеет высоту 0 градусов. Полярная звезда, Полярная звезда, не восходит и не заходит, потому что ось Земли проходит прямо через нее. Таким образом, он имеет постоянную высоту, если смотреть из любой точки Северного полушария. Это делает его невероятно полезным для астрономической навигации.Земля, наша атмосфера и вы на горе: Статьи: SummitPost
Введение
Любой, кто поднялся на большую гору, хорошо осведомлен о двух климатических явлениях. 1) Чем выше вы поднимаетесь, тем труднее дышать. 2) Чем выше поднимаешься, тем холоднее становится. Если вы разбили лагерь на горе, добавьте 3) чем выше вы поднимаетесь, тем дольше готовится большая часть еды. Хотя научные ценности этих явлений легко доступны, они часто лучше понимаются учеными, инженерами и метеорологами и менее известны в альпинистском сообществе.Я подумал, что стоит опубликовать таблицу и несколько графиков с некоторыми базовыми пояснениями для справок в будущем. Данные, на которые делается ссылка в этой краткой статье, взяты из 76-го издания «Справочника CRC по химии и физике». С извинениями перед остальным миром, я представил большую часть данных в американских инженерных единицах, то есть в фунтах на квадратный дюйм, в градусах Фаренгейта.Атмосферное давление
Давление воздуха на уровне моря составляет 14,7 фунта силы на квадратный дюйм. Это в основном потому, что над вами и вокруг вас находится очень высокий столб воздуха, который оказывает давление (силу на единицу площади) во всех направлениях.Чем выше вы поднимаетесь, тем меньше массы воздуха между вами и космосом. Давление и массовая концентрация газов связаны линейно. Давление и концентрация кислорода, азота и всего остального, что содержится в воздухе, уменьшается по мере вашего подъема. На высоте 2500 м или 8200 футов, это примерно три четверти того, что находится на уровне моря. На высоте 5500 м или 18040 футов это примерно половина. Добавьте к этому тот факт, что воздух содержит всего около 21% кислорода. Есть веская причина, почему там тяжело дышать! Не желая разжигать дебаты о глобальном потеплении, но у нас не было бы кислорода, чтобы дышать, если бы не растения.Итак, если вы любите кислород, посадите дерево! Кривая, показанная на рисунке ниже, показывает, как давление падает с высотой. Конечно, погодные фронты, ураганы и другие климатические нарушения также могут влиять на атмосферное давление. В общей схеме приведенная ниже кривая довольно точна, и именно так ваш барометрический альтиметр предоставляет вам значение высоты.Спасибо «Coldfoot», который предоставил следующую информацию о зависимости широты от атмосферного давления на высоте:
«Просто добавлю тонкости в отношении скорости отклонения — это применимо в тропосфере, где атмосфера переносит энергию конвективно, и более или менее. меньше по этой причине, изменение давления с высотой зависит от общей температуры.Стандартная атмосфера применяется в средних широтах. Ближе к полюсам атмосфера холоднее, и давление спадает быстрее с высотой. Это лежит в основе идеи о том, что на некоторой высоте на Денали воздух тоньше, чем на той же высоте в средних широтах. Давление на уровне моря такое же на Аляске, но давление падает быстрее с высотой.
Некоторые диаграммы:
Диаграмма 1
Диаграмма 2 «
Точка кипения воды
По мере уменьшения давления воздуха температура, необходимая для кипячения воды, уменьшается.Нагреваемая жидкость не может превышать температуру кипения или фазового перехода. Большая часть нашей кулинарии зависит от влажности и температуры, которые превращают сырую пищу в то, что мы можем наслаждаться и переваривать. При понижении температуры кипения многие блюда готовятся гораздо дольше. Это руководящий принцип, лежащий в основе скороварки. Увеличьте давление, увеличьте температуру кипения, и вы сократите время приготовления. К сожалению, те из нас, у кого нет шерпов или лам, не могут с готовностью тащить с собой тяжелую кухонную технику в гору.Это причина того, что готовить такие блюда, как рис и макароны на очень большой высоте, становится практически невозможно. На приведенном ниже графике показано, как температура кипения воды падает с высотой.Температура
Падение температуры с высотой намного менее точное, чем давление воздуха или точка кипения, но некоторые практические правила все же могут применяться. Существует термодинамический термин, называемый адиабатическим градиентом. Основная идея заключается в том, что если газ теряет давление или расширяется без теплопередачи, он остывает.Это строго не относится к восхождению на гору, так как тот же воздух не сопровождает вас в гору. Более точным фактором увеличения высоты является погрешность в окружающей среде. Это предсказывает падение температуры на 3,6 градуса по Фаренгейту на каждые 1000 футов увеличения высоты для сухого воздуха. Есть несколько предостережений, которые следует применять к эмпирическому правилу падения температуры: (1) Это для сухого воздуха. Влажный воздух ведет себя иначе. (2) Это часто работает достаточно хорошо, если вы находитесь в самолете. Если вы стоите на большом участке земли, т.е.д — гора, тепловая масса горы может сильно влиять на местную температуру. (3) Воздух часто ведет себя не идеально. Лучший пример, который многие из нас наблюдали в холодные месяцы, — это температурная инверсия. Холодный, неподвижный воздух может за ночь осесть в долинах. В этих условиях вершина горы может быть теплее дна долины. Учитывая все обстоятельства, следующий график может быть полезным практическим правилом при планировании снаряжения для вашей следующей прогулки.Вид на Землю, нашу атмосферу и вас на горе Галерея изображений — 1 изображений
NOVA Online | Эверест | Атмосферное давление
Атмосферное давление Положите Mt.Эверест (28 градусов северной широты) на широте г. Мак-Кинли (63 град. Северной широты) в Соединенных Штатах, и вполне вероятно, что ни один альпинист никогда не смог бы достичь вершины, дыша естественным воздухом. Эверест почувствовал бы, физиологически, как если бы он был еще на 3000 футов выше. Воздух будет быть настолько тонким, что даже лучшему альпинисту ничего не останется, кроме как использовать дополнительный кислород. Почему? Из-за множества факторов, влияющих на атмосферное давление.
Ученые-первопроходцы открыли атмосферное давление (также известное как барометрическое давление). или давление воздуха) в 17 веке, и определили новый поразительный факт — воздух действительно имеет вес.Евангелиста Торричелли, один из первых, кто открыл атмосферное давление, однажды сказал: «Мы живут на дне океана стихии воздуха ». гравитационное поле притягивает воздух, и это притяжение или «давление» воздуха называется атмосферным давлением. Торичелли также разработал ртутный барометр, прибор, используемый для измерения атмосферного давления.
Барометр также отслеживает изменения атмосферного давления. Как воздух становится чем тоньше, тем меньше плотность воздуха, как и давление воздуха.На плотность воздуха влияет множество различных факторов. Наиболее измеримо, как высота увеличивается, воздух становится менее плотным, снижается атмосферное давление. Стандарт Таблицы высотного давления позволяют альпинистам и авиаторам определять свои приблизительная высота путем измерения атмосферного давления. Эти отношения также работает наоборот. Высота горы приблизительно определяет плотность воздуха на его вершине. По мере того, как воздух становится менее плотным, он содержит меньше газов на единицу объема, а значит, меньше кислорода.Физиологи используют это информация для прогнозирования кислородного голодания альпиниста, с которым сталкивается высота.
По большей части эти отношения работают достаточно хорошо. Но другие факторы, кроме высота также влияет на плотность воздуха. Во-первых, молекулы воды имеют меньшая масса, чем другие молекулы газа в воздухе; так как водяной пар увеличивается, плотность воздуха уменьшается. Температура также изменяет плотность воздуха. Как воздух становится теплее, он расширяется и становится менее плотным, в результате чего атмосферное давление Осень.
Кроме того, воздух в атмосфере может подниматься и опускаться, изменяя атмосферное давление. Фактически, метеорологи контролируют атмосферное давление на поверхности Земли, чтобы определить, повышается ли давление или падение, которое помогает предсказать погодные условия. Часто высокое давление представляет собой стабильный воздух, в то время как низкое давление может указывать на нестабильность. На холоде, в солнечный день атмосферное давление будет значительно выше, чем когда В жаркий и влажный день надвигается сильный шторм.
Но плотность атмосферы варьируется в разных точках земного шара. также. На полюсах атмосфера намного тоньше, чем на экваторе. Из-за этих различий два альпиниста поднимаются на одну и ту же высоту, но на разных горах может испытывать разное атмосферное давление и поэтому разные физиологические эффекты. У одного альпиниста могут быть проблемы с дыханием, а у другого — едва набирает достаточно кислорода, чтобы выжить. Небольшое количество кислорода сверху Эвереста приближает этот пик, если не к физиологическому пределу человека.И это вот почему Эверест, если бы он находился на более высокой широте, вполне мог бы оказаться за пределами физиологические ограничения человека, пытающегося подняться без кислорода.
Только одно прямое измерение атмосферного давления когда-либо производилось на вершина горы. Эверест, 1981 год. У нынешней экспедиции есть небольшой ручной барометр, и мы надеемся, что они смогут сделать второй измерение.
Реальное ощущение высоты: физическая высота в зависимости от барометрической высоты
Сравнение Денали, К2, Эвереста, Чимборзо, Аконкагуа и горы Винсон
Альпинисты одержимы физической высотой, всегда составляя списки, такие как 8000-метровые вершины, Семь вершин, Колорадо-14 и многие другие.Однако так же, как ветер и влажность влияют на температуру, которую вы чувствуете; широта, температура и погода влияют на высоту, которую вы действительно чувствуете, и различия могут быть достаточно значительными, чтобы перемещать пики в различные списки и из них.
Предыдущий пост показал, что геодисты могут вычислять физическую высоту гор в любой точке мира с точностью до метра. Так почему же альпинистов волнует высота горы?
- Человеческое тело нуждается в кислороде, чтобы выжить, и его недостаток снижает способность тела выполнять работу.
- В общем, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше кислорода и тем труднее подниматься, не говоря уже о том, чтобы выжить.
- В частности, существуют факторы, помимо физической высоты над уровнем моря, которые влияют на кислородное голодание и в совокупности дают лучшее представление о том, как вы на самом деле чувствуете себя во время восхождения на определенной высоте, на определенную гору, в определенный день.
Человеческое тело нуждается в кислороде, чтобы выжить:
Из трех основных жизненных потребностей (воздух, вода и пища) кислород является наиболее важным.Давление воздуха, а не его плотность, заставляет воздух попадать в легкие и позволяет ему ассимилироваться в кровоток. Итак, с точки зрения альпиниста, мы сосредоточимся на том, что называется «барометрической высотой», а не «физической высотой».
Чем выше вы поднимаетесь, тем меньше кислорода:
Мы получаем кислород из атмосферы, которая представляет собой большую массу воздуха высотой в несколько миль. Воздух сжимаем и имеет вес. Вес всего этого воздуха на уровне моря примерно равен 32 футам или десяти метрам воды.Вес воздуха над вами сжимает воздух вокруг вас, увеличивая давление. По мере того, как вы поднимаетесь на высоту, над вами становится меньше воздуха, поэтому воздух вокруг вас становится менее сжатым и, следовательно, тоньше. По мере того, как воздух становится тоньше, он содержит меньше газов на единицу объема и, следовательно, меньше кислорода. (http://www.altitude.org/why_less_oxygen.php)
Таблица международных стандартов атмосферы 1976 г.
Другие факторы, влияющие на кислородное голодание:
Стандартные таблицы высоты и давления позволяют альпинистам и авиаторам определять свой приблизительный рост путем измерения атмосферного давления.И наоборот, высота горы приблизительно определяет давление воздуха на ее вершине. Эти общие отношения обычно работают довольно хорошо; однако факторы, помимо физической высоты, такие как широта, температура и погода, также влияют на давление воздуха и влияют на то, как вы действительно чувствуете себя на определенной высоте. Подумайте о том, как охлаждение ветром может значительно отличаться от фактической температуры.
Широта:
Точно так же, как нет единого уровня моря, нет единого атмосферного давления во всем мире.Самая нижняя часть атмосферы Земли, тропосфера, шире на экваторе (10 миль), чем на полюсах (5 миль). Таким образом, чем дальше на север или юг вы уходите от экватора, тем ниже будет давление воздуха на данной высоте. Вопреки широко распространенному мнению, это изменение тропосферы лишь частично связано с гравитационными сдвигами на более высоких широтах из-за вращения и формы Земли. Более низкое атмосферное давление вызвано почти исключительно более низкими температурами, встречающимися в более северных и южных широтах.См. «Определение барометрической высоты и значение для физиологии высокогорья» д-ра Адама Хелмана и др., 2006 г. Это отличная статья, которая послужила основой для всех моих расчетов.
Температура:
Поскольку холодный воздух более плотный, чем теплый, при низких температурах вся атмосфера сжимается вниз. Следовательно, указанное давление воздуха будет лежать на более низкой высоте в холодной среде по сравнению с более теплой. Температура может изменять давление до 15% от стандартных значений.Используя уравнение доктора Хельмана (13c), я сравнил воспринимаемые «высоты давления» для различных хорошо известных пиков на высоких, средних и нулевых широтах, включая Денали (20 320 футов на 63 ° N), K2 (28 251 фут на 35 ° N), Эверест (29 035 футов на 27 ° северной широты), Чимборасо (20 702 футов на 01 ° южной широты), Аконкагуа (22 841 фут на 32 ° южной широты) и гора Винсон (16 050 футов на 78 ° южной широты). Я также включил 2 самых высоких пика в нижних 48 штатах — гора Уитни (14 505 футов на 36 ° северной широты) и гора Эльберт (14440 футов на 39 ° северной широты) только для справки. Я собрал исторические данные о среднемесячной температуре из Википедии для городов возле каждой горы, которые послужили основой для расчетов, и результаты были удивительными.(Примечание: данные о среднемесячной температуре являются грубыми приближениями, но расчеты основаны на твердых математических и физических принципах. Таким образом, расчетные высоты по давлению не являются абсолютно точными, но должны быть точными относительно друг друга.)
Щелкните здесь, чтобы просмотреть таблицу с полными данными и расчетами.
Выводы из графика:
Первое, что следует отметить, это то, что барометрическая высота на вершине Эвереста никогда не бывает такой высокой, как его физическая высота, что хорошо для тех из нас, кто поднимается без дополнительного кислорода.Вместе с тем, барометрическая высота на вершине К2 почти такая же, как на Эвересте в январе и декабре, но тогда она едва выпадает из списка пиков 8000 метров (26 246 футов) в июле. Далее следует наблюдение, что гора Винсон, где средняя годовая температура на станции Восток составляет -65 F, имеет барометрическую высоту не менее 20 000 футов (более чем на 4 000 футов выше ее физической высоты) в течение половины года. Также обратите внимание, что оба пика высоких широт (Денали и Маунт Винсон) имеют барометрические высоты около или выше своих физических высот в течение всего года, в то время как Чимборасо на экваторе постоянно находится на высоте 19500 футов, что на 1200 футов ниже его физической высоты.Наконец, обратите внимание на указание на то, что гора Уитни (14 505 футов) в Калифорнии и гора Эльберт (14440 футов) в Колорадо имеют практически одинаковый профиль барометрической высоты, и что обе они опускаются ниже желанной отметки в 14 000 футов в течение обычного сезона восхождений с мая по сентябрь.
Погода:
Любой, у кого когда-либо был высотомер, знает, что вы можете набрать или потерять несколько сотен футов, просто поспав в своей палатке на ночь. Это связано с погодными системами высокого или низкого давления.Из-за тепловой активности воздух поднимается и опускается в атмосферу, что изменяет атмосферное давление. Метеорологи измеряют атмосферное давление у поверхности Земли, чтобы помочь им предсказать погодные условия. Высокое давление обычно означает стабильный воздух и хорошую погоду, в то время как низкое давление может указывать на нестабильность и ненастную погоду. Поэтому, если вы просыпаетесь из-за плохой погоды, вам не только придется иметь дело с неблагоприятными условиями, но и вы почувствуете, что поднимаетесь на более высокую высоту, чем физически.
Заключение:
Широтные колебания температуры и погодные условия в конкретной местности могут иметь заметное влияние на реальную высоту, которую вы чувствуете. Поэтому при попытке взойти на пик, на который вы еще не поднимались, разумно учитывать другие факторы, помимо физического роста. Знайте широту вершины и сравните ее с другими вершинами, на которые вы взошли. Если вы поднялись на высоту 20 000 футов в Южной Америке, не думайте, что это эквивалентно 20 000 футов на Аляске. Выберите подходящее время года и осознайте влияние лазания за пределами или за пределами обычного сезона скалолазания.Наконец, исследуйте общие погодные условия на пике или рядом с ним во время окна экспедиции и соответствующим образом спланируйте. Чем больше вы знаете, тем лучше будет.
— Джим Джайл
Биологическая адаптивность человека: адаптация к большой высоте
Есть два
основные виды экологических стрессов на большой высоте для человека. Во-первых, есть
сменяющиеся суточные экстремальные климатические условия, которые часто варьируются от жарких до
загар
дни до морозных ночей.Кроме того, часто бывает сильный ветер и влажность.
низкий, что приводит к быстрому обезвоживанию. Во-вторых, давление воздуха ниже.
Обычно это самый значительный ограничивающий фактор.
в высокогорных районах.
В процент кислорода в воздухе на расстоянии двух миль (3.2 км.) практически такая же, как на уровне моря (21%). Однако давление воздуха На 30% ниже на большей высоте из-за того, что атмосфера менее плотная, то есть молекулы воздуха находятся дальше друг от друга.
Когда мы дышать воздухом на уровне моря, атмосферное давление около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (1,04 кг на см. 2 ) заставляет кислород легко проходить избирательно проницаемый легочные оболочки в кровь. На больших высотах нижний воздух давление затрудняет попадание кислорода в наши сосудистые системы. В результат гипоксия , или кислород лишение. Гипоксия обычно начинается с невозможности выполнять нормальные физические упражнения. такие действия, как подъем по лестнице без усталости.Другое раннее симптомы «высотной болезни» включают отсутствие аппетита, рвота, головная боль, искаженное зрение, утомляемость и трудности с запоминанием и четким мышлением. В серьезных случаях симптомы, подобные пневмонии (отек легких ) из-за кровотечения в легких и аномальное скопление жидкости вокруг головного мозга (отек мозга ) развивать. Отек легких и головного мозга обычно приводит к смерти в течение нескольких дней, если не происходит возврата к нормальному уровню атмосферного давления. Также существует повышенный риск сердечной недостаточности из-за дополнительного стресса. размещается на легких, сердце и артериях на большой высоте.
Когда мы Путешествуя в высокогорные районы, наши тела сначала развивают неэффективные физиологические реакции. Увеличивается дыхание и пульс увеличиваются вдвое, даже если отдыхает. Частота пульса и артериальное давление повышаются резко, поскольку наши сердца качаются сильнее, чтобы доставить больше кислорода к клеткам.Эти стрессовые перемены, особенно для людей со слабым сердцем.
Первоначальная неэффективная |
Позже обычно развивается более эффективная реакция, когда происходит акклиматизация. Дополнительная красная кровь клетки и капилляры производятся для переноса большего количества кислорода. Легкие увеличиваются в размерах для облегчения осмоса. кислорода и углекислого газа. Там также увеличение сосудистой сети мышц, что улучшает передачу газы.
Начало |
Однако успешная акклиматизация редко приводит к тому же уровню физической подготовки. и умственная подготовка, типичная для высот, близких к уровню моря.Напряженный упражнения и задания на запоминание по-прежнему остаются более сложными. Кроме того, ставка выкидышей обычно выше на высоте более двух миль потому что плоды получают меньше кислорода от матери.
Повышенная фитнес |
При возвращении на уровень моря после успешная акклиматизация к большой высоте, на теле обычно больше красного кровяные тельца и большая способность легких к расширению, чем необходимо.С это дает спортсменам, занимающимся видами спорта на выносливость, конкурентное преимущество, У США есть центр олимпийской подготовки в горах Колорадо. Некоторые другие страны также тренируют для этого своих спортсменов на большой высоте. причина. Однако физиологические изменения, которые приводят к повышению физической формы, являются кратковременный на малой высоте. В считанные недели организм возвращается в нормальный уровень физической подготовки.
Повышенная физическая подготовка уровень для коротких период времени после возвращения в малая высота |
Кто больше всего
Вероятна высокогорная болезнь?
Самая низкая местность у людей начинают развиваться симптомы гипоксии на высоте 1-2 мили.Однако есть некоторые постоянные поселения в Андах на юге Америка и Гималаи в Азии, которые находятся на высотах 3 мили. Альпинисты достигли вершин, которые более 5 миль в высоту, но очень редко без использования баллоны с кислородом для облегчения дыхания. Самые высокие пики слишком высоки для любого человека акклиматизироваться до такой степени, что он может оставайтесь там надолго.
Альпинисты на
вершина |
Значительная изменчивость между людьми и между группами населения в их способности приспосабливаться к экологические стрессы высоких гор регионы. Обычно наиболее успешными являются те популяции, чьи предки жили на больших высотах тысячи лет.Так обстоит дело с некоторые из коренных народов, проживающих в Андах Горы Перу и Боливии, а также тибетцы и непальцы в Гималаи. Предки многих людей в каждой из этих популяций жили выше 13000 футов (около 4000 метров) на срок не менее 2700 лет.
Перуанская индианка | ||
(Ее щеки
красный в первую очередь за счет увеличения |
Подразумевается, что естественный отбор за тысячи лет приводит к тому, что некоторые популяции генетически более приспособлены к стрессы на большой высоте. Однако разные популяции физиологически реагируют на низкое давление кислорода в некоторых различные пути. Первичное решение индейцев с высокой горы долины в Перу и Боливии производили больше гемоглобина в их кровь и увеличить расширение их легких возможности.Оба приводят к увеличению кислорода переносится кровью. Напротив, общее решение тибетцев и непальцев, живущих в на больших высотах обычно было дышать быстрее, чтобы получить больше кислорода и более широкие артерии и капилляры, что позволяет значительно повысить скорость кровоток и, следовательно, большее количество кислорода, доставленного к их мышцы, несмотря на то, что в них относительно нормальный уровень гемоглобина. Недавнее исследование тибетских сельских жителей, живущих своей жизнью, насчитывает около 15000 человек. ноги показали, что у них есть 10 генов обработки кислорода, которые обычно не встречаются в низинных популяциях.Ген EPAS1 особенно важен в адаптация к средам с постоянно низким давлением кислорода.
Будете ли вы лично заболеть высокогорной болезнью в будущем может быть, по крайней мере, частично следствие вашей генетической наследственности. Те люди, у которых низкие уровни экспрессии гена PDP2 обычно имеют более тяжелые симптомы. Этот ген кодирует белок, который помогает в преобразовании пищи в топливо для наших тел.В некотором роде это, по-видимому, также помогает в акклиматизации к низкому давлению кислорода.
НОВОСТИ: В номере журнала от 15 марта 2011 г.
Журнал эпидемиологии и общественного здравоохранения , исследователи из
Медицинская школа Университета Колорадо и Гарвардская школа глобальных
Здравоохранение сообщило, что люди обычно дольше живут на больших высотах и имеют
меньший риск смерти от ишемической болезни сердца. Этот положительный
эффект возникает, если у людей нет хронических проблем с дыханием.В
исследователи предположили, что легкая гипоксия улучшает работу сердца.
функционирует и производит новые кровеносные сосуды, которые увеличивают кровоток для
сердце. Альтернативное объяснение, представленное авторами, состоит в том, что
повышенное воздействие ультрафиолетового излучения солнца на больших высотах
увеличивает способность организма вырабатывать витамин D, который полезен
воздействие на сердце.
ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Отвечать.Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением доли P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа. Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет
Тропосфера составляет 90% общей массы атмосферы на 30 ° с.ш. (85% в глобальном масштабе).
Доля Fstrat от общей массы атмосферы в стратосфере выражается долей над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), за вычетом доли над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность).Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что
Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой. Мезосфера содержит всего около 0,1% общей массы атмосферы.
2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗАКОН
Мы рассмотрим факторы, контролирующие вертикальный профиль температуры атмосферы в главах 4 и 7. Здесь мы сосредоточимся на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:
Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы
Атмосфера оказывает восходящую силу давления P (z) A на нижнюю часть плиты и направленную вниз силу давления P (z + dz) A на верхнюю часть плиты; чистая сила (P (z) -P (z + dz)) A называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновешивать силу градиента давления:
(2.3)
Перестановка урожайности
(2,4)
Левая часть по определению равна dP / dz. Следовательно,
(2,5)
Теперь, исходя из закона идеального газа,
(2.6)
где Ma — молекулярная масса воздуха, T — температура. Подстановка (2,6) в (2,5) урожайность:
(2,7)
Теперь сделаем упрощающее предположение, что T постоянна с высотой; как показано в Рисунок 2-2 , T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2,7) чтобы получить
(2,8)
что эквивалентно
(2.9)
Уравнение (2,9) называется барометрический закон. Удобно определить шкала высоты H для атмосферы:
(2.10)
приводя к компактной форме Барометрического закона:
(2,11)
Для средней температуры атмосферы T = 250 K масштаб высоты H = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона Рисунок 2-2 вызваны колебаниями температуры с высотой, которые мы не учли в нашем выводе.
Аналогично можно сформулировать вертикальную зависимость плотности воздуха. Из (2,6) , ra и P связаны линейно, если T предполагается постоянным, так что
(2.12)
Аналогичное уравнение применяется к плотности воздуха na. Для каждого подъема высоты H давление и плотность воздуха падают в е = 2,7 раза; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.
При расчете шкалы высоты из (2.10) мы предположили, что воздух ведет себя как однородный газ с молекулярной массой Ma = 29 г / моль. Закон Дальтона гласит, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Тогда можно было бы ожидать, что разные компоненты будут иметь разные шкала высоты определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно было бы ожидать, что соотношение смешивания O2 будет уменьшаться с высотой. Тем не мение, гравитационное разделение воздушной смеси происходит за счет молекулярная диффузия, которая значительно медленнее турбулентного вертикального перемешивания воздуха на высотах ниже 100 км ( проблема 4. 9 ). Таким образом, турбулентное перемешивание поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только на высоте более 100 км начинает происходить значительное гравитационное разделение газов, при этом более легкие газы обогащаются на больших высотах. Во время дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень уважаемые ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокой молекулярной массы и, следовательно, малой высоты.