blog.tutoronline.ru

3) Атмосфера, ее состав и строение..

Атмосфера это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались.

Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200 °С. Атмосфера является «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты. Атмосфера имеет слоистую структуру. От поверхности Земли вверх эти слои:

• Тропосфера (10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атм. Воздуха; температура здесь с высотой падает в среднем на 0.6°/100 м; содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают почти все облака. Процессы, происходящие здесь, имеют решающее значение для погоды и климата у земной поверхности). Граница между турбулентной тропосферой и спокойной стратосферой называется тропопауза. Здесь образуются быстро движущиеся ветры»реактивные потоки»

• Стратосфера (до высоты 50-55 км, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой. Водяного пара в стратосфере ничтожно мало, но иногда наблюдаются перламутровые облака. преимущественно в ней содержится атмосферный озон)

• Мезосфера (до 80 км. Здесь температура с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля, Вследствие чего сильно развита турбулентность.)

• Термосфера (характеризуется очень высокими температурами)

• Ионосфера (наблюдаются полярные сияния, ионизированный газ отражает радиоволны обратно к Земле — это явление дает возможным устанавливать радиосвязь )

• Экзосфера (Выше 800-1000 км, пояс состоит из электрически заряженных частиц — протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями.)

Состав атмосферы. Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Электромагнитная радиация распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации.

Солнечная радиация — главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере. Солнечная радиация обычно измеряется по ее тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры.

Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой — при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо (пропорционально квадрату расстоянию между планетой и звездой). Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой (зависит от эксцентриситета орбиты) приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации. Солнечная радиация поступает на земную поверхность различными путями:

• прямая радиация: поступление радиации непосредственно от Солнца, если оно не закрыто облаками;

• рассеянная

  радиация: поступление радиации от небесного свода или облаков, рассеивающих солнечные лучи;

• тепловая: поступление радиации происходит от атмосферы, нагревшейся в результате воздействия радиации.

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС земной поверхности —количество лучевой энергии Солнца, преобразующееся на земной поверхности в др. виды энергии; служит энергетич. основой существования и развития всей органич. природы, общей циркуляции атмосферы, водного режима суши, морских течений и др. поверхностных физико-географич. процессов.

Р. б. равен разности между суммарной радиацией (прямая+рассеянная), поступающей к земной поверхности, и уходящими вверх потоками отражённой радиации (альбедо) и эффективного излучения. Средняя годовая величина Р. б. по всему земному шару составляет ок. 60 ккал/см. Р. б. изменяется в широких пределах в пространстве и во времени (по сезонам, в течение суток ото дня к ночи).

Радиационный баланс является составной частью теплового баланса атмосферы и подстилающей поверхности.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС земной поверхности — алгебраическая сумма потоков тепла, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее. Рассчитывается для деятельностного слоя з.пов-ти (почвы, растительности, океана, тепловое состояние которых обуславливается радиационными процессами). Т. б. представляет собой частные формулировки закона сохранения энергии.

М.И.Будыко рассчитал баланс для всего земного шара. Данные о составляющих Т. б. используются при разработке многих проблем климатологии, гидрологии суши, океанологии; они применяются для обоснования численных моделей теории климата и для эмпирической проверки результатов применения этих моделей. Материалы о Т. б. играют большую роль в изучении изменений климата, их применяют также в расчётах испарения с поверхности речных бассейнов, озёр, морей и океанов, в исследованиях энергетического режима морских течений, для изучения снежных и ледяных покровов, в физиологии растений для исследования транспирации и фотосинтеза, в физиологии животных для изучения термического режима живых организмов. Данные о Т. б. были использованы и для изучения географической зональности в работах советского географа А. А. Григорьева.

studfile.net

Строение атмосферы

СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

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

Физические свойства

Толщина атмосферы — примерно 120 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)·10¹⁸ кг. Из них масса сухого воздуха составляет (5,1352 ±0,0003)·10¹⁸ кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·10¹⁶ кг.

Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м³. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — −140,7 °C; критическое давление — 3,7 МПа; C_p при 0 °C — 1,0048·10³ Дж/(кг·К), C_v — 0,7159·10³ Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %, при 25 °C — 0,0023 %.

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м³, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Атмосфера имеет слоистое строение. Слои атмосферы отличаются друг от друга температурой воздуха, его плотностью, количеством водяного пара в воздухе и другими свойствами. 

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

При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 К через каждые 100 м и достигает 180—220 K в верхней части. Этот верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называюттропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.

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

Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера^[3].

Тропопа́уза (от греч. τροπος — поворот, изменение и παῦσις — остановка, прекращение) — слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой; переходный слой от тропосферы к стратосфере. В земной атмосфере тропопауза расположена на высотах от 8—12 км (над уровнем моря) в полярных районах и до 16—18 км над экватором. Высота тропопаузы зависит также от времени года (летом тропопауза расположена выше, чем зимой) и циклонической деятельности (в циклонах она ниже, а в антициклонах — выше)

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

Стратосфе́ра (от лат. stratum — настил, слой) — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузойи является границей между стратосферой и мезосферой. Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше чем на уровне моря.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О₃) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О₃ составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О₃ происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.

В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО₂ и Н₂, выше 150 км — О₂, выше 300 км — N₂). На высоте 200—500  км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О⁺₂, О⁻₂, N⁺₂) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•₂ и др.

В стратосфере почти нет водяного пара.

Полёты в стратосферу начались в 1930-годах. Широко известен полёт на первом стратостате (FNRS-1), который совершили Огюст Пикар и Пауль Кипфер 27 мая 1931 г. на высоту 16,2 км. Современные боевые и сверхзвуковые коммерческие самолёты летают в стратосфере на высотах в основном до 20 км (хотя динамический потолок может быть значительно выше). Высотные метеозонды поднимаются до 40 км; рекорд для беспилотного аэростата составляет 51,8 км.

В последнее время в военных кругах США большое внимание уделяют освоению слоёв стратосферы выше 20 км, часто называемых «предкосмосом» (англ. «near space»). Предполагается, что беспилотные дирижабли и самолёты на солнечной энергии (наподобие NASA Pathfinder) смогут длительное время находиться на высоте порядка 30 км и обеспечивать наблюдением и связью очень большие территории, оставаясь при этом малоуязвимыми для средств ПВО; такие аппараты будут во много раз дешевле спутников.

Стратопа́уза — слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, стратосферой и мезосферой. В стратосфере температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза является слоем, где температура достигает максимума. Температура стратопаузы — около 0 °C.

Данное явление наблюдается не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу.

На Земле стратопауза находится на высоте 50 — 55 км над уровнем моря. Атмосферное давление составляет около 1/1000 от давления на уровне моря.

Мезосфе́ра (от греч. μεσο- — «средний» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы на высотах от 40—50 до 80—90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; максимум (порядка +50°C) температуры расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать до −70° или −80°C. Такое понижение температуры связано с энергичным поглощением солнечной радиации (излучения) озоном. Термин принят Географическим и геофизическим союзом в 1951 году.

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

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

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

В мезосфере могут появляться серебристые облака.

Для полётов мезосфера представляет собой своего рода «мёртвую зону» — воздух здесь слишком разрежен, чтобы поддерживать самолёты или аэростаты (на высоте 50 км плотность воздуха в 1000 раз меньше, чем на уровне моря), и в то же время слишком плотен для полётов искусственных спутников на такой низкой орбите. Прямые исследования мезосферы проводятся в основном с помощью суборбитальных метеорологических ракет; в целом мезосфера изучена хуже других слоёв атмосферы, в связи с чем учёные прозвали её «игноросферой».

Мезопа́уза — слой атмосферы, разделяющий мезосферу и термосферу. На Земле располагается на высоте 80—90 км над уровнем моря. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около −100 °C. Ниже (начиная от высоты около 50 км) температура падает с высотой, выше (до высоты около 400 км) — снова растёт. Мезопауза совпадает с нижней границей области активного поглощения рентгеновского и наиболее коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте наблюдаются серебристые облака.

Мезопауза есть не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу.

Мезопа́уза — слой атмосферы, разделяющий мезосферу и термосферу. На Земле располагается на высоте 80—90 км над уровнем моря. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около −100 °C. Ниже (начиная от высоты около 50 км) температура падает с высотой, выше (до высоты около 400 км) — снова растёт. Мезопауза совпадает с нижней границей области активного поглощения рентгеновского и наиболее коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте наблюдаются серебристые облака.

Мезопауза есть не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу.

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

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

Название высота получила по имени Теодора фон Кармана, американского учёного венгерского происхождения. Он первый определил, что примерно на этой высоте атмосфера становится настолько разрежённой, что аэронавтика становится невозможной, так как скорость летательного аппарата, необходимая для создания достаточной подъёмной силы, становится больше первой космической скорости, и поэтому для достижения бо́льших высот необходимо пользоваться средствамикосмонавтики.

Атмосфера Земли продолжается и за линией Кармана. Внешняя часть земной атмосферы, экзосфера, простирается до высоты 10 тыс. км и более, на такой высоте атмосфера состоит в основном из атомов водорода, способных покидать атмосферу.

Достижение Линии Кармана являлось первым условием для получения приза Ansari X Prize, так как это является основанием для признания полёта космическим.

studfile.net

её строение и история формирования — журнал «Рутвет»

Оглавление:

1. Роль атмосферы в жизни Земли
2. Слои атмосферы по порядку от поверхности Земли
3. Из чего состоит атмосфера Земли?
4. Как сформировалась атмосфера Земли?

Земная атмосфера представляет собой газовую оболочку вокруг планеты. Гидросфера и частично земная кора покрыты внутренней поверхностью атмосферы, а околоземная часть космического пространства граничит с внешней. Атмосфера формирует погодные условия на поверхности планеты.

Нетренированный человек уже на высоте пять километров над уровнем моря будет страдать кислородным голоданием и снижением работоспособности. На высоте 9 км человек не может дышать, несмотря на то, что приблизительно до 115 км в атмосфере содержится кислород.

Роль атмосферы в жизни Земли

Атмосфера является источником кислорода, которым дышат люди. Однако при подъеме на высоту общее атмосферное давление падает, что приводит к снижению парциального кислородного давления.

Лёгкие человека содержат приблизительно три литра альвеолярного воздуха. Если атмосферное давление в норме, то парциальное кислородное давление в альвеолярном воздухе будет составлять 11 мм рт. ст., давление углекислых газов — 40 мм рт. ст., а водяных паров — 47 мм рт. ст. При увеличении высоты кислородное давление понижается, а давление паров воды и углекислоты в лёгких в сумме будет оставаться постоянным — приблизительно 87 мм рт. ст. Когда давление воздуха сравняется с этой величиной, кислород прекратит поступать в лёгкие.

В связи со снижением атмосферного давления на высоте 20 км, здесь будет кипеть вода и межтканевая жидкость организма в человеческом теле. Если не использовать герметическую кабину, на такой высоте человек погибнет практически мгновенно. Поэтому с точки зрения физиологических особенностей человеческого организма, «космос» берёт начало с высоты 20 км над уровнем моря.

Роль атмосферы в жизни Земли очень велика. Так, например, благодаря плотным воздушным слоям — тропосфере и стратосфере, люди защищены от радиационного воздействия. В космосе, в разреженном воздухе, на высоте свыше 36 км, действует ионизирующая радиация. На высоте свыше 40 км — ультрафиолетовая.

При подъёме над поверхностью Земли на высоту свыше 90-100 км будет наблюдаться постепенное ослабление, а затем и полное исчезновение привычных для человека явлений, наблюдаемых в нижнем атмосферном слое:

• Не распространяется звук.
• Отсутствует аэродинамическая сила и сопротивление.
• Тепло не передаётся конвекцией и т. д.

Атмосферный слой защищает Землю и все живые организмы от космической радиации, от метеоритов, отвечает за регулирование сезонных температурных колебаний, уравновешивание и выравнивание суточных. При отсутствии атмосферы на Земле суточная температура колебалась бы в пределах +/-200С˚. Атмосферный слой — это животворный «буфер» между земной поверхностью и космосом, носитель влаги и тепла, в атмосфере происходят процессы фотосинтеза и обмена энергии — важнейших биосферных процессов.

Слои атмосферы по порядку от поверхности Земли

Атмосфера — это слоистая структура, представляющая собой следующие слои атмосферы по порядку от поверхности Земли:

• Тропосфера.
• Стратосфера.
• Мезосфера.
• Термосфера.
• Экзосфера.

Каждый слой не имеет между собой резких границ, а на их высоту влияет широта и времена года. Такая слоистая структура образовалась в результате температурных изменений на различных высотах. Именно благодаря атмосфере мы видим мерцающие звезды.

Строение атмосферы Земли по слоям:

Из чего состоит атмосфера Земли?

Каждый атмосферный слой отличается температурой, плотностью и составом. Общая толщина атмосферы составляет 1,5-2,0 тыс. км. Из чего состоит атмосфера Земли? В настоящее время — это смесь газов с различными примесями.

Тропосфера

Строение атмосферы Земли начинается с тропосферы, которая представляет собой нижнюю часть атмосферы высотой примерно 10-15 км. Здесь сосредоточена основная часть атмосферного воздуха. Характерная черта тропосферы — падение температуры на 0,6 ˚C по мере поднятия вверх на каждые 100 метров. Тропосфера сосредоточила в себе практически все атмосферные водяные пары, и здесь же происходит формирование облаков.

Высота тропосферы ежедневно изменяется. Кроме того, её средняя величина меняется в зависимости от широты и сезона года. Средняя высота тропосферы над полюсами — 9 км, над экватором — около 17 км. Показатели средней годовой температуры воздуха над экватором приближены к +26 ˚C, а над Северным полюсом -23 ˚C. Верхняя линия границы тропосферы над экватором составляет среднегодовую температуру около -70 ˚C, а над северным полюсом в летнее время -45 ˚Cи в зимнее -65 ˚C. Таким образом, чем больше высота, тем ниже температура. Лучи солнца беспрепятственно проходят сквозь тропосферу, нагревая поверхность Земли. Тепло, излучаемое солнцем, удерживаются благодаря углекислому газу, метану и водяным парам.

Стратосфера

Над слоем тропосферы расположена стратосфера, составляющая 50-55 км в высоту. Особенность этого слоя заключается в росте температуры с высотой. Между тропосферой и стратосферой пролегает переходная прослойка, называющаяся тропопаузой.

Приблизительно с высоты 25 километров температура стратосферного слоя начинает возрастать и, при достижении максимальной высоты 50 км приобретает значения от +10 до +30 ˚C.

Паров воды в стратосфере очень мало. Иногда на высоте около 25 км можно обнаружить довольно тонкие облака, которые называют «перламутровыми». В дневное время они не заметны, а в ночное — светятся из-за освещения солнцем, которое находится под горизонтом. Состав перламутровых облаков представляет собой переохлаждённые водяные капельки. Стратосфера состоит в основном из озона.

Мезосфера

Высота слоя мезосферы — приблизительно 80 км. Здесь, с поднятием кверху, температура понижается и на самой верхней границе достигает значений в несколько десятков С˚ ниже нуля. В мезосфере также можно наблюдать облака, которые, предположительно, образуются из кристаллов льда. Эти облака называются «серебристыми». Мезосфера характеризуется самой холодной температурой в атмосфере: от -2 до -138 ˚C.

Термосфера

Своё название этот атмосферный слой приобрёл благодаря высоким температурам. Термосфера состоит из:

• Ионосферы.
• Экзосферы.

Ионосфера характеризуется разреженным воздухом, каждый сантиметр которого на высоте 300 км состоит из 1 млрд атомов и молекул, а на высоте 600 км — более, чем из 100 млн.

Также ионосфере характерна высокая ионизация воздуха. Эти ионы состоят из заряженных кислородных атомов, заряженных молекул атомов азота и свободных электронов.

Экзосфера

С высоты 800-1000 км начинается экзосферный слой. Частицы газа, особенно лёгкие, движутся здесь с огромной скоростью, преодолевая силу тяжести. Такие частицы, вследствие своего быстрого движения, вылетают из атмосферы в космическое пространство и рассеиваются. Поэтому экзосфера имеет название сферы рассеивания. Вылетают в космос преимущественно водородные атомы, из которых состоят наиболее высокие слои экзосферы. Благодаря частицам в верхних слоях атмосферы и частицам солнечного ветра мы можем наблюдать северное сияние.

Спутники и геофизические ракеты позволили установить наличие в верхних слоях атмосферы радиационного пояса планеты, состоящего из электрических заряженных частиц — электронов и протонов.

Видео о том, из чего состоит атмосфера Земли

Как сформировалась атмосфера Земли?

Ученые на протяжении многих лет пытались выяснить, как сформировалась атмосфера Земли и каков её состав. Наиболее распространённая теория — изначально атмосфера Земли имела три различных состава. 

• Сначала, 4 млрд. лет назад, её составляли лёгкие газы, которые захватывались из космического пространства.
• На втором этапе в результате активной вулканической деятельности,атмосфера насытилась и другими газами — аммиаком, углекислым газом и парами воды. Предположительно это происходило 3 млрд. лет назад.
• Последующее формирование атмосферы определилось благодаря утечке лёгких газов (гелия и водорода) и химическим реакциям, происходящим в атмосфере в результате ультрафиолетового излучения, разрядов молний и прочих факторов.

Когда на планете начали появляться живые организмы, состав первичной атмосферы Земли радикально изменился в результате выделения кислорода и поглощения углекислого газа, то есть, фотосинтеза. Количество кислорода в атмосфере увеличилось, что и привело к образованию современной атмосферы, обладающей окислительными свойствами. В результате резко изменились процессы, протекающие в атмосфере, биосфере и литосфере. В науке этот период получил название «кислородной катастрофы».

Сегодня земную атмосферу составляют газы и всевозможные примеси. Количество атмосферных газов практически постоянно. Исключение составляют вода и углекислый газ.

Состав атмосферы Земли в процентах:

Воздух преимущественно состоит из азота. Это объясняется окислением водородно-аммиачной атмосферы молекулами кислорода, поступающего с поверхности Земного шара в результате фотосинтеза. Какова доля азота в атмосфере Земли? В процентном соотношении его концентрация составляет приблизительно 78%. Второе место по содержанию газов занимает кислород — почти 21%, а наиболее редкий газ Земной атмосферы — радон.

Как Вы думаете, какой была бы Земля, если бы не было атмосферы? Поделитесь своим мнением в комментариях.

Смотрите видео : Вселенная Граница космоса Земля тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера

www.rutvet.ru

Земная атмосфера — это… Что такое Земная атмосфера?

Это статья об атмосфере Земли, существуют другие значения термина атмосфера

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

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

Строение атмосферы

Строение атмосферы

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0° С), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90°С).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом.

Термосфера

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород.

Атмосферные слои до высоты 120 км

Экзосфера (сфера рассеяния)

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

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до -110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~1500°С. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Физические свойства

Толщина атмосферы — примерно 2000 — 3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха — (5,1—5,3)?10¹⁸ кг. Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966. Давление при 0 °C на уровне моря 101,325 кПа; критическая температура ?140,7 °C; критическое давление 3,7 МПа; C_p 1,0048?10? Дж/(кг·К)(при 0 °C), C_v 0,7159·10? Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде при 0°С — 0,036 %, при 25°С — 0,22 %.

Физиологические и другие свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 15 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

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

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

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

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

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

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

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

Состав атмосферы

Состав сухого воздуха

Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H₂O) и углекислого газа (CO₂).

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO₂, NH₃, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I₂, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).

История образования атмосферы

Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в четырёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера(около четырех миллиардов лет назад). На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера(около трех миллиардов лет до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

• утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство;
• химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Азот

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

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

Кислород

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончанию данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.

Углекислый газ

Содержание в атмосфере СО₂ зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4×10¹² тонн[1]) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ. (см.Геохимический цикл углерода)

Благородные газы

Источник инертных газов — аргона, гелия и криптона — вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство.

Загрязнение атмосферы

В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО₂ потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 50 — 60 лет количество СО₂ в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.

Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов (СО, NO, SO₂). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO₃ в верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Н₂SO₄) и сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(CH₃CH₂)₄)).

Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.

Литература

1. В. В. Парин, Ф. П. Космолинский, Б. А. Душков «Космическая биология и медицина» (издание 2-е, переработанное и дополненное), М.: «Просвещение», 1975, 223 стр.
2. Н. В. Гусакова «Химия окружающей среды», Ростов-на-Дону: Феникс, 2004, 192 с ISBN 5-222-05386-5
3. Соколов В. А.. Геохимия природных газов, М., 1971;
4. МакИвен М., Филлипс Л.. Химия атмосферы, М., 1978;
5. Уорк K., Уорнер С., Загрязнение воздуха. Источники и контроль, пер. с англ., М.. 1980;
6. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. в. 1, Л., 1982.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Составляющие атмосферы Земли

Атмосфера Земли насчитывает множество слоёв, различающихся между собой по различным свойствам: температуре, давлению, высоте, составу и т.д.

Тропосфера
Участок атмосферы, простирающийся от поверхности планеты до расстояния ~9 километров на полюсах, или до 18 км на экваторе. Чем ближе к экватору — тем выше этот слой находится над поверхностью. Зимой, к слову, тропосфера находится немного ближе к Земле, чем летом.

Этот слой атмосферы является основным, поскольку содержит порядка 80% всей массы воздуха. В нём формируются практически все атмосферные явления.
Наряду со стратосферой, основной слой отвечает за защиту Земли от солнечной радиации.

Температура в тропосфере постепенно уменьшается с увеличением высоты (примерно по 0,65 градусов за каждые 100 метров). Таким образом, на границе слоя температура опускает примерно до -56 °C.

Тропопауза
Небольшой слой (до нескольких километров толщиной), разделяющий тропосферу и стратосферу.
Характерен он тем, что в этом слое температура прекращает понижаться с увеличением высоты.

Стратосфера
Это также очень важный слой атмосферы. Простирается он до высоты примерно в полсотни километров. Содержит порядка 20% массы воздуха.
Температура в нём повышается до нуля градусов.

В стратосфере расположен озоновый слой Земли (озоносфера). Он определяет тот предел, до которого в биосфере планеты существуют живые организмы.
Большую часть коротковолнового излучения поглощает именно стратосфера, благодаря чему возникают различные небесные явления: зарницы, северное сияние и тому подобное.

Стратопауза
Атмосферный слой, разделяющий стратосферу и мезосферу, толщиной около 5 километров. Температура его остаётся постоянной — около 0 °C.

Мезосфера
Этот слой атмосферы находится на расстоянии 50-90 км от поверхности планеты. Температура в нём понижается со скоростью 0,3 °C за сотню метров и опускается до -80 °C.
Состоит мезосфера только из азота (80%) и кислорода (20%).

Именно в этом слое можно наблюдать так называемые падающие звёзды (метеоры). Небольшие небесные тела (метеороиды, например), попадая в атмосферу, сгорают в ней, как правило, не достигая поверхности планеты. И происходит это почти всегда в мезосфере. Именно в ней они начинают светиться, благодаря чему мы получаем возможность наблюдать такое красивое явление. Автор фото — tonya, ссылка на оригинал (фото было изменено).

Мезопауза
Слой, расположенный между мезосферой и термосферой. Его средняя температура около -90 °C.

Линия Кармана
Это официально принятая граница атмосферы — 100 километров над уровнем моря.

Термосфера
Температура в термосфере растёт и достигает значения 1200 °C на высоте в несколько сотен километров. После этого она остаётся стабильно высокой до завершения слоя (около 800 километров над уровнем моря, зависит от активности Солнца). Внутри термосферы находится ионосфера.
Из-за воздействия солнечной радиации, в термосфере можно наблюдать красивое явление полярное сияние (ионизация воздуха).

Термопауза
Слой атмосферы, расположенный над термосферой. В нём почти не изменяется температура, и сам он практически не поглощает излучения.

Экзосфера
Зона рассеяния. Называется она так, потому что в экзосфере газ очень сильно разрежен, из-за чего утекает в межпланетное пространство.
Начинается этот слой примерно на высоте 700-800 километров и тянется до 10 тысяч километров. Хотя уже на высоте в 2-3 тысячи километров он переходит в ближнекосмический вакуум.

Состав земной атмосферы

Состоит атмосфера из азота, кислорода, иных газов и примесей (частичек льда, пыли и т.д.).
Азот заполняет около 78% объёма атмосферы, кислород — 21%, ну а оставшийся почти 1% приходится на аргон. В атмосфере также присутствует углекислый газ, гелий, метан, неон, водород и иные газы. Но все они занимают крохотную часть от общего объёма.

Содержится всё это, по большей части, в тропосфере. Но некая часть приходится и на стратосферу. В остальных же слоях атмосферы такого разнообразия газов не найти.

naturae.ru

Общая характеристика земной поверхности

На земной поверхности преобладает вода. Поэтому нашу планету иногда называют не планета Земля, а планета «Океан». Вся поверхность Земного шара составляет 510 млн. км², из нее на сушу приходится только 149 млн. км², т.е. 29%, остальные 361 млн. км² (71%) – вода. Суша на Земле представлена шестью материками: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Антарктида, Австралия и огромным количеством островов. На Земле четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый. Некоторые ученые предлагают выделять еще пятый – Южный Ледовитый океан.

В расположении материков наблюдается ряд особенностей:

1. Большая часть суши сосредоточена в северном полушарии: на сушу в нем приходится 39%, тогда как в южном только 19% от площади южного полушария.

2. В умеренных широтах северного полушария почти сплошное кольцо суши, а в южном полушарии в умеренных широтах — кольцо воды.

3. «Материки и океаны являются антиподами. Так, например, Антарктида лежит против Северного Ледовитого океана, Северная Америка – против Индийского океана, Австралия – против Атлантики. Только Южная Америка лежит против суши – Юго-Восточной Азии»².

4. Большинство материков имеет клиновидную, треугольную форму: они сужаются к югу.

5. Между площадями материков и их средними высотами существует определенная зависимость: чем больше площадь материка, тем выше его средняя высота (исключение только для Антарктиды).

6. Наиболее высокие вершины мира и глубочайшие на поверхности суши депрессии находятся на крупных материках.

7. Северные материки имеют широкую материковую отмель и сильно изрезанную береговую линию, южные материки – нет.

Важная черта эволюции Земного шара – дифференциация вещества. Ее выражением служит оболочечное строение Земли. Земное ядро, мантия, литосфера, гидросфера, атмосфера образуют основные сферы Земли, отличающиеся химическим составом и качественно различным состоянием вещества. Земные сферы отличаются друг от друга не только составом, но и мощностью, а также различной степенью дифференциации.

Атмосфера – верхнее воздушное покрывало Земли; она имеет слоистое строение. Гидросфера – водная сфера Земли, сравнительно маломощная и несплошная. Литосфера – верхняя твердая (каменистая) сфера Земли, включающая в себя земную кору и верхний слой мантии. Биосфера – сфера жизни (живые организмы Земли), самая молодая оболочка.

Выделяют еще и ноосферу – сферу человеческого разума.

Тема. Атмосфера

План

1. Строение и состав атмосферы

2. Солнечная радиация

3. Тепловой режим подстилающей поверхности и тропосферы

4. Распределение температур на Земле

5. Вода в атмосфере

6. Оптические явления в атмосфере

7. Атмосферные осадки

8. Атмосферное давление и ветры.

9. Воздушные массы и атмосферные фронты.

10. Общая циркуляция атмосферы. Циклоны и антициклоны.

11. Погода и климат.

Строение и состав атмосферы

Атмосфера – это воздушная оболочка Земли. Нижней границей атмосферы является поверхность Земного шара. Верхняя граница атмосферы сильно «размыта». Ее условно проводят на высоте 1000 – 3000 км, но «следы» ее – молекулы воздуха могут быть обнаружены даже на высоте около 10000-20000 км. Верхняя граница атмосферы постепенно переходит в межпланетное пространство. Большая часть воздуха – до 90% – сосредоточена в приземном шестнадцатикилометровом слое.

Чистый и сухой воздух представляет собой смесь нескольких газов: азота (около 78%), кислорода (почти 21%), аргона (около 0,9%), углекислого газа (0,03%). Есть в воздухе и другие газы: неон, криптон, ксенон, гелий, метан, водород, радон – общее их содержание менее 0,01%.

Нижний слой воздуха до высоты примерно 100-120 км называется гомосферой, он однороден по составу. Выше гомосферы лежит слой гетеросферы, в котором состав атмосферного воздуха меняется с высотой.

Кроме газов, в воздухе содержится водяной пар. В приполярных районах приземный воздух содержит всего 0,1-0,2% влаги, а в приэкваториальных районах – около 3% (с высотой количество водяного пара резко убывает). В умеренных широтах зимой его 0,1%, летом – до 4%.

В атмосфере на высоте до 50 км присутствует трехатомный кислород – озон. На высоте около 25 км озон достигает максимальной концентрации, образуя так называемый озоновый экран, который защищает все живое Земли от губительных ультрафиолетовых лучей.

В атмосфере Земли присутствуют также аэрозольные примеси: пыль, дым, микроорганизмы, пыльца растений, морская соль, космическая пыль и т.п. Мелкие аэрозольные частицы являются ядрами конденсации, которые способствуют образованию тумана и облаков.

По характеру изменения температуры атмосферу делят на следующие слои (снизу вверх): тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Между этими слоями имеются относительно тонкие прослойки – переходные зоны – «паузы»: тропопауза, стратопауза, мезопуза, термопауза.

Тропосфера – нижний слой атмосферы; она содержит более 80% массы воздуха атмосферы. Мощность тропосферы: от 18 км над экватором до 9 км над полюсами. В умеренных широтах ее средняя толщина 12 км. В тропосфере находится почти весь водяной пар. Все метеорологические процессы происходят преимущественно в тропосфере: перемешивание воздуха, образование облаков, выпадение осадков и т.п. На каждые 100 м высоты температура убывает в среднем на 0,65^оС¹.

Нижний слой тропосферы (до 50-100 м), непосредственно примыкающий к земной поверхности, называется приземным слоем. В нем особенно резко выражены суточные и годовые колебания температур.

Тропопауза – переходный слой от тропосферы к стратосфере.

В тропопаузе существуют струйные течения – сильные ветры в виде потоков воздуха со скоростями до 300 км/ч.

Стратосфера простирается примерно до высоты 50 км. Температура в стратосфере с высотой повышается от –60^оС,–80^оС до 0^оС. В пределах стратосферы сосредоточена максимальная концентрация озона (на высоте 25-27 км от поверхности Земли). В стратосфере почти отсутствует водяной пар. Поэтому обычные облака в стратосфере не образуются. Только изредка на высоте около 25 км могут наблюдаться перламутровые облака (предполагают, что они состоят из переохлажденных водяных капель) перед восходом или после захода Солнца. В стратосфере дуют сильные ветры.

Стратопауза – переходный слой от стратосферы к мезосфере.

Мезосфера простирается до 80-90км. В ней температура падает с высотой от 0^оС до –90^оС. В мезосфере на высоте около 80 км в летний период в северных и южных умеренных широтах (примерно 50^о с.ш. и 50^о ю.ш.) на фоне сумеречного неба могут наблюдаться серебристые облака. Вероятно, они формируются так: метеорная пыль служит ядрами конденсации, на которых образуются ледяные кристаллы. Водяные пары переносятся на данную высоту из нижних слоев атмосферы. Мезосфера сильно разрежена.

Мезопауза – переходный слой к термосфере.

Термосфера простирается приблизительно до 800 км. Температура в ней с высотой растет, достигая на верхних пределах +1500^оС, +2500^оС. Скорости движения частиц газов в термосфере огромны, но при крайней разреженности пространства столкновения их очень редки. Поэтому высокая температура не ощущается.

В термосфере проходит слой ионосферы (от 80 до 400 км), в котором воздух сильно ионизирован. Ионосфера отличается высокой электрической проводимостью. Благодаря ионосфере, на Земле возможна радиосвязь. Именно в термосфере под влиянием солнечного ветра возникают полярные сияния. Воздух термосферы очень сильно разрежен.

Термопауза – переходный слой к экзосфере.

Экзосфера – внешняя, верхняя сфера Земли, она постепенно переходит в межпланетное пространство. Температура в экзосфере с высотой падает до значений космического холода. Это наиболее сильно разреженная часть атмосферы. В верхних слоях экзосферы постоянно улетучиваются наиболее легкие газы, вследствие чего масса атмосферы уменьшается.

Значение атмосферы для Земли огромно. Она предохраняет Землю от падающих на нее метеоритов, поглощает губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Атмосфера защищает Землю от переохлаждения. Атмосфера – среда существования и развития организмов на Земле.

Серьезное изучение атмосферы началось в 30-е годы XX в., когда появились первые шары-зонды. Сейчас применяют радиозонды, которые запускают с научно-исследовательских судов и с суши. С 1950 г. регулярно запускают специальные метеорологические ракеты, а с 1957 г. стали запускать искусственные спутники Земли, в частности, метеоспутники. В России изучение атмосферы обеспечивает Гидрометеорологическая служба. Основным органом, организующим работы в области метеорологии и контроля за окружающей средой, в нашей стране является Государственный Комитет России по гидрометеорологии (Госкомгидромет). Различные гидрометеорологические и геофизические наблюдения и работы, контроль за окружающей средой ведут несколько тысяч станций, постов и лабораторий. Данные станций, постов, лабораторий поступают в гидрометеорологические обсерватории (они находятся обычно в административных центрах), а затем в Гидрометеоцентр страны. В последние годы стал широко использоваться мониторинг. Мониторинг – система наблюдения, слежения, оценки и прогноза состояния окружающей среды.

Одной из основных наук об атмосфере является наука метеорология. Метеорология состоит из нескольких научных дисциплин: физика атмосферы, химия атмосферы, динамическая метеорология, синоптическая метеорология. Физика атмосферы подразделяется на физику приземного слоя, аэрологию (изучает верхние слои атмосферы – «свободную» атмосферу), актинометрию (изучает солнечную радиацию в атмосфере), атмосферную оптику, атмосферное электричество, атмосферную акустику.

Другой наукой об атмосфере является климатология – наука о климате.

В настоящее время происходит загрязнение атмосферного воздуха, растет содержание вредных примесей в воздухе городов, увеличивается запыленность приземного слоя и концентрация углекислого газа в атмосфере, разрушается озоновый экран. Основными загрязнителями атмосферы на Земле являются промышленные предприятия, ТЭС, автомобильный транспорт и т.п. Таким образом, остро встает проблема охраны атмосферы от все нарастающего антропогенного воздействия. Решение этой проблемы, как и других аналогичных экологических проблем, требует совместных усилий всех народов и стран Земли.

studfile.net