Шари атмосфери землі по порядку. Атмосфера Землі – пояснення для дітей

Разом із Землею обертається і газова оболонка нашої планети, яка називається атмосферою. Процеси, які в ній відбуваються, визначають погоду на нашій планеті, також саме атмосфера захищає тваринний та рослинний світ від згубного впливу ультрафіолетових променів, забезпечує оптимальну температуру тощо. , Визначити не так вже й просто, і ось чому.

Атмосфера землі км

Атмосфера є газовим простором. Її верхня межа виражена нечітко, оскільки гази, що вищі, тим більше розріджуються і переходять у космічний простір поступово. Якщо говорити приблизно про те, який діаметр атмосфери землі, то вчені називають цифру близько 2-3 тисяч кілометрів.

Складається атмосфера Земліз чотирьох шарів, які також плавно переходять один до одного. Це:

• тропосфера;
• стратосфера;
• мезосфера;
• іоносфера (термосфера).

До речі, цікавий факт: планета земля без атмосфери була б такою ж тихою, як Місяць, оскільки звук – це коливання повітряних частинок. А те, що небо – блакитного світла, пояснюється специфікою розкладання сонячних променів, що проходять через атмосферу.

Особливості кожного шару атмосфери

Товщина тропосфери становить від восьми до десяти кілометрів (в помірних широтах – до 12, а над екватором – до 18 кілометрів). Повітря в цьому шарі нагрівається від суші та води, тому чим більше радіус атмосфери Землітим температура нижче. Тут зосереджено 80 відсотків усієї маси атмосфери та концентрується водяна пара, формуються грози, бурі, хмари, опади, відбувається переміщення повітря у вертикальному та горизонтальному напрямках.

Стратосфера розташована від тропосфери на висоті від восьми до 50 км. Повітря тут розріджене, тому сонячні промені не розсіюються, і колір неба стає фіолетовим. Цей шар завдяки озону поглинає ультрафіолет.

Мезосфера знаходиться ще вище - на висоті 50-80 кілометрів. Тут небо здається чорним, а температура шару становить до мінус дев'яноста градусів. Далі йде термосфера, тут температура вже різко підвищується, а потім зупиняється на висоті 600 км на позначці 240 градусів.

Найбільш розряджений шар - іоносфера, для нього характерна висока наелектризованість, а ще він відображає радіохвилі різної довжини, як дзеркало. Саме тут формується північне сяйво.

Оновлено: Березень 31, 2016 автором: Ганна Волосовець

Займається метеорологія, а тривалими варіаціями – кліматологія.

Товщина атмосфери 1500 км. від поверхні Землі. Сумарна маса повітря, тобто суміші газів, що становлять атмосферу, - 5,1-5,3 * 10^15 т. Молекулярна маса чистого сухого повітря становить 29. Тиск при 0 ° С на рівні моря 101325 Па, або 760 мм. рт. ст.; критична температура - 140,7 ° С; критичний тиск 3,7 МПа. Розчинність повітря у воді при 0 ° С – 0,036 %, при 25 ° С – 0,22 %.

Фізичний стан атмосфери визначається. Основні параметри атмосфери: щільність повітря, тиск, температура та склад. Зі збільшенням висоти щільність повітря і зменшується. Температура також змінюється в залежності від зміни висоти. Вертикальне характеризується різними температурними та електричними властивостями, різним станом повітря. Залежно від температури у атмосфері розрізняють такі основні верстви: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, екзосферу (сферу розсіювання). Перехідні області атмосфери між сусідніми оболонками називають відповідно тропопауза, стратопауза тощо.

Тропосфера- нижній, основний, найбільш вивчений, висотою в полярних областях 8-10 км, в помірних широтах до 10-12 км, на екваторі - 16-18 км. У тропосфері зосереджено приблизно 80-90% всієї маси атмосфери та майже всі водяні пари. При підйомі кожні 100 м температура в тропосфері знижується в середньому на 0,65 ° С і досягає -53 ° С у верхній частині. Цей верхній шар тропосфери називають тропопаузою. У тропосфері сильно розвинені турбулентність та конвекція, зосереджена переважна частина, виникають хмари, розвиваються.

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

Саме в стратосфері розташовується шар озоносфери(«озоновий шар», на висоті від 15-20 до 55-60 км), який визначає верхню межу життя в . Важливий компонент стратосфери та мезосфери – озон, що утворюється в результаті фотохімічних реакцій найбільш інтенсивно на висоті, що дорівнює 30 км. Загальна маса озону склала б при нормальному тиску шар товщиною 1,7-4 мм, але і цього достатньо для поглинання згубного для життя ультрафіолетового. Руйнування озону відбувається за його взаємодії з вільними радикалами, оксидом азоту, галогенсодержащими сполуками (зокрема «фреонами»). Озон - алотропія кисню, що утворюється в результаті наступної хімічної реакції, зазвичай після дощу, коли отримана сполука піднімається у верхні шари тропосфери; озон має специфічний запах.

У стратосфері затримується більшість короткохвильової частини ультрафіолетового випромінювання (180-200 нм) і відбувається трансформація енергії коротких хвиль. Під впливом цих променів змінюються магнітні поля, розпадаються молекули, відбувається іонізація, новоутворення газів та інших хімічних сполук. Ці процеси можна спостерігати у вигляді північних сяйв, блискавок, та інших світінь. У стратосфері майже немає водяної пари.

Мезосферапочинається на висоті 50 км і тягнеться до 80-90 км. до висоти 75-85 км. знижується до -88 °С. Верхня межа мезосфери — мезопауза.

Термосфера(інша назва – іоносфера) – шар атмосфери, що йде за мезосферою, – починається на висоті 80-90 км і простягається до 800 км. Температура повітря в термосфері швидко і неухильно зростає та сягає кількох сотень і навіть тисяч градусів.

Екзосфера- Зона розсіювання, зовнішня частина термосфери, розташована вище 800 км. Газ в екзосфері сильно розріджений, і звідси йде витік його частинок у міжпланетний простір (дисипація).
До висоти 100 км атмосфера є гомогенною (однофазною), добре перемішаною сумішшю газів. У більш високих шарах розподіл газів по висоті залежить від їх молекулярних мас, концентрація більш важких газів зменшується швидше при віддаленні поверхні Землі. Внаслідок зменшення щільності газів температура знижується від 0 ° С у стратосфері до -110 ° С у мезосфері. Однак кінетична енергія окремих частинок на висотах 200-250 км. відповідає температурі приблизно 1500 °С. Понад 200 км спостерігаються значні флуктуації температури та щільності газів у часі та просторі.

На висоті близько 2000-3000 км екзосфера поступово перетворюється на так званий близькокосмічний вакуум, який заповнений сильно розрідженими частинками міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ є лише частиною міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частинки кометного та метеорного походження. Крім цих надзвичайно розріджених частинок, у цей простір проникає електромагнітна та корпускулярна радіація сонячного та галактичного походження.

Перед тропосфери припадає близько 80 % маси атмосфери, частку стратосфери - близько 20 %; маса мезосфери - трохи більше 0,3 %, термосфери - менше 0,05 % від загальної маси атмосфери. На підставі електричних властивостей в атмосфері виділяють нейтросферу та іоносферу. В даний час вважають, що атмосфера тягнеться до висоти 2000-3000 км.

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферу та гетеросферу. Гетеросфера- це область, де гравітація впливає поділ газів, т.к. їхнє перемішування на такій висоті незначне. Звідси випливає змінний склад гетеросфери. Нижче лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери звана гомосферою. Кордон між цими шарами називається турбопаузою, він лежить на висоті близько 120 км.

Атмосферний тиск - тиск атмосферного повітря на предмети, що знаходяться в ньому, і земну поверхню. Нормальним атмосферним тиском є ​​показник 760 мм рт. ст. (101325 Па). При збільшенні висоти на кожен кілометр тиск падає на 100 мм.

Склад атмосфери

Повітряна оболонка Землі, що складається в основному з газів та різних домішок (пил, краплі води, кристали льоду, морські солі, продукти горіння), кількість яких є постійною. Основними газами є азот (78%), кисень (21%) та аргон (0,93%). Концентрація газів, що становлять атмосферу, практично постійна, за винятком вуглекислого газу СО2 (0,03%).

Також в атмосфері містяться SO2, СН4, NH3, СО, вуглеводні, НС1, HF, пари Hg, I2, а також NO та багато інших газів у незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль).

Змінювали земну поверхню. Не менше значення мала діяльність вітру, який переносив дрібні фракції гірських порід великі відстані. Істотно впливали на руйнування гірських порід коливання температури та інші атмосферні чинники. Поряд з цим А. захищає поверхню Землі від руйнівної дії метеоритів, що падають, більшість яких згоряє при входженні в щільні шари атмосфери.

Діяльність живих організмів, що вплинула на розвиток А. сама в дуже великій мірі залежить від атмосферних умов. А. затримує більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, яке згубно діє на багато організмів. Атмосферний кисень використовується в процесі дихання тваринами та рослинами, атмосферна вуглекислота – у процесі живлення рослин. Кліматичні чинники, особливо термічний режим і режим зволоження, впливають стан здоров'я і діяльність людини . Особливо залежить від кліматичних умов сільське господарство. У свою чергу, діяльність людини надає все більший вплив на склад А. і на кліматичний режим.

Будова атмосфери

Вертикальне розподілення температури в атмосфері і пов'язана з цим термінологія.

Численні спостереження показують, що А. має чітко виражену шарувату будову (див. рис.). Основні риси шаруватої структури А. визначаються насамперед особливостями вертикального розподілу температури. У нижній частині А. - тропосфері , де спостерігається інтенсивне турбулентне перемішування (див. Турбулентність в атмосфері і гідросфері), температура зменшується зі збільшенням висоти, причому зменшення температури по вертикалі становить в середньому 6 ° на 1 км. Висота тропосфери змінюється від 8-10 км у полярних широтах до 16-18 км у екватора. У зв'язку з тим, що щільність повітря швидко зменшується з висотою, в тропосфері зосереджено близько 80% всієї маси А. Над тропосферою розташований перехідний шар - тропопауза з температурою 190-220 вище якої починається стратосфера. У нижній частині стратосфери зменшення температури з висотою припиняється і температура залишається приблизно постійною до висоти 25 км - т.з. ізотермічна область(нижня стратосфера); вище температура починає зростати – область інверсії (верхня стратосфера). Температура досягає максимуму ~ 270 K на рівні стратопаузи, розташованої на висоті близько 55 км. Шар А., що знаходиться на висотах від 55 до 80 км, де знову відбувається зниження температури з висотою, отримав назву мезосфери. Над нею знаходиться перехідний шар - мезопауза, вище за яку розташовується термосфера, де температура, збільшуючись з висотою, досягає дуже великих значень (св. 1000 K). Ще вище (на висотах ~ 1000 км і більше) знаходиться екзосфера, звідки атмосферні гази розсіюються у світовий простір рахунок диссипації і відбувається поступовий перехід від А. до міжпланетного простору. Зазвичай всі шари А., що знаходяться вище тропосфери, називаються верхніми, хоча іноді до нижніх шарів А. відносять стратосферу або її нижня частина.

Усі структурні параметри А. (температура, тиск, щільність) мають значну просторово-часову мінливість (широтну, річну, сезонну, добову та ін.). Тому дані рис. відбивають лише середній стан атмосфери.

Схема будови атмосфери:
1 - рівень моря; 2 - найвища точка Землі - м. Джомолунгма (Еверест), 8848 м; 3 - купові хмари гарної погоди; 4 - потужно-купчасті хмари; 5 - зливові (грозові) хмари; 6 - шарувато-дощові хмари; 7 - перисті хмари; 8 - літак; 9 - шар максимальної концентрації озону; 10-перламутрові хмари; 11 - стратостат; 12 - радіозонд; 1З - метеори; 14-сріблясті хмари; 15-полярні сяйва; 16 - американський літак-ракета Х-15; 17, 18, 19 - радіохвилі, що відбиваються від іонізованих шарів і повертаються на Землю; 20 - звукова хвиля, що відбивається від теплого шару і повертається на Землю; 21 – перший радянський штучний супутник Землі; 22 - міжконтинентальна балістична ракета; 23 – геофізичні дослідницькі ракети; 24 – метеорологічні супутники; 25 - космічні кораблі «Союз-4» та «Союз-5»; 26 - космічні ракети, що йдуть за межі атмосфери, а також радіохвиля, що пронизує іонізовані шари і виходить з атмосфери; 27, 28 - дисипація (вислизання) атомів Н і Не; 29 - траєкторія сонячних протонів Р; 30 - проникнення ультрафіолетових променів (довжина хвилі l > 2000 та l< 900).

Шарувата структура атмосфери має багато інших різноманітних проявів. Неоднорідний за висотою хімічний склад А. Якщо на висотах до 90 км, де існує інтенсивне перемішування А., відносний склад постійних компонентів атмосфери залишається практично незмінним (вся ця товща А. отримала назву гомосфери), то вище 90 км - в гетеросфері- під впливом дисоціації молекул атмосферних газів ультрафіолетовим випромінюванням Сонця відбувається сильна зміна хімічного складу А. з висотою. Типові риси цієї частини А. – шари озону та власне свічення атмосфери. Складна шарувата структура характерна для атмосферного аерозолю – зважених у А. твердих частинок земного та космічного походження. Найчастіше зустрічаються аерозольні шари під тропопаузою та на висоті близько 20 км. Шаровим є вертикальний розподіл електронів та іонів в А., що виражається в існуванні D-, Е-і F-слоїв іоносфери.

Склад атмосфери

Одна з найбільш оптично активних компонентів - атмосферна аерозоль - зважені в повітрі частинки розміром від декількох нм до декількох десятків мкм, що утворюються при конденсації водяної пари і потрапляють в А. з земної поверхні в результаті індустріальних забруднень, вулканічних вивержень, а також з космосу. Аерозоль спостерігається як у тропосфері, так і у верхніх шарах А. Концентрація аерозолю швидко зменшується з висотою, але на цей хід накладаються численні вторинні максимуми, пов'язані з існуванням аерозольних шарів.

Верхні шари атмосфери

Вище 20-30 км молекули А. внаслідок дисоціації у тому чи іншою мірою розпадаються на атоми й у А. з'являються вільні атоми й нові складніші молекули. Дещо вище стають суттєвими іонізаційні процеси.

Найбільш нестійка область гетеросфери, де процеси іонізації та дисоціації породжують численні фотохімічні реакції, що визначають зміну складу повітря з висотою. Тут відбувається також і гравітаційний поділ газів, що виражається в поступовому збагаченні А. легшими газами зі збільшенням висоти. За даними ракетних вимірів, гравітаційний поділ нейтральних газів - аргону та азоту - спостерігається вище 105-110 км. Основні компоненти А. у шарі 100-210 км – молекулярний азот, молекулярний кисень та атомарний кисень (концентрація останнього на рівні 210 км досягає 77±20% від концентрації молекулярного азоту).

Верхня частина термосфери складається головним чином атомарного кисню і азоту. На висоті 500 км молекулярний кисень практично відсутня, але молекулярний азот, відносна концентрація якого сильно зменшується, досі домінує над атомарним.

У термосфері важливу роль відіграють приливні рухи (див. Припливи та відливи), гравітаційні хвилі, фотохімічні процеси, збільшення довжини вільного пробігу частинок та інші фактори. Результати спостережень гальмування супутників на висотах 200-700 км привели до висновку про наявність взаємозв'язку між щільністю, температурою та сонячною активністю, з якою пов'язане існування добового, піврічного та річного перебігу структурних параметрів. Можливо, що добові варіації значною мірою зумовлені атмосферними припливами. У періоди сонячних спалахів температура на висоті 200 км. у низьких широтах може досягати 1700-1900°C.

Вище 600 км переважною компонентою стає гелій, а ще вище, на висотах 2-20 тис. км, тягнеться воднева корона Землі. На цих висотах Земля оточена оболонкою із заряджених частинок, температура яких сягає кількох десятків тисяч градусів. Тут розташовуються внутрішній та зовнішній радіаційні пояси Землі. Внутрішній пояс, заповнений головним чином протонами з енергією сотні Мев, обмежений висотами 500-1600 км на широтах від екватора до 35-40°. Зовнішній пояс складається з електронів із енергіями близько сотень кев. За зовнішнім поясом існує «найзовніший пояс», у якому концентрація та потоки електронів значно вищі. Вторгнення сонячного корпускулярного випромінювання (сонячного вітру) у верхні шари А. породжує полярні сяйва. Під впливом цього бомбардування верхньої А. електронами та протонами сонячної корони збуджується також власне свічення атмосфери, яке раніше називалося світінням нічного неба. При взаємодії сонячного вітру з магнітним полем Землі створюється зона, названа. магнітосфери Землі, куди не проникають потоки сонячної плазми

Для верхніх шарів А. характерне існування сильних вітрів, швидкість яких сягає 100-200 м/с. Швидкість і напрям вітру в межах тропосфери, мезосфери і нижньої термосфери мають велику просторово-часову мінливість. Хоча маса верхніх шарів А. незначна порівняно з масою нижніх шарів та енергія атмосферних процесів у високих шарах порівняно невелика, мабуть, існує певний вплив високих шарів А. на погоду та клімат у тропосфері.

Радіаційний, тепловий та водний баланси атмосфери

Практично єдиним джерелом енергії для всіх фізичних процесів, що розвиваються в А. є сонячна радіація. Головна особливість радіаційного режиму А. – т.з. парниковий ефект: А. слабо поглинає короткохвильову сонячну радіацію (велика її частина досягає земної поверхні), але затримує довгохвильове (цілком інфрачервоне) теплове випромінювання земної поверхні, що значно зменшує тепловіддачу Землі в космічний простір і підвищує її температуру.

Сонячна радіація, що приходить в А., частково поглинається в А. головним чином водяною парою, вуглекислим газом, озоном і аерозолями і розсіюється на частинках аерозолю і на флуктуаціях щільності А. Внаслідок розсіювання променистої енергії Сонця в А. спостерігається не тільки пряма сонячна радіація, разом вони становлять сумарну радіацію. Досягаючи земної поверхні, сумарна радіація частково відбивається від неї. Величина відбитої радіації визначається відбивною здатністю підстилаючої поверхні, т.з. альбедо. За рахунок поглиненої радіації земна поверхня нагрівається і стає джерелом власного довгохвильового випромінювання, спрямованого до А. У свою чергу, А. також випромінює довгохвильову радіацію, спрямовану до земної поверхні (т.з. противипромінювання А.) і світовий простір (т.з. випромінювання, що йде). Раціональний теплообмін між земною поверхнею і А. визначається ефективним випромінюванням - різницею між власним випромінюванням поверхні Землі та поглиненим нею противипромінюванням А. Різниця між короткохвильовою радіацією, поглиненою земною поверхнею, і ефективним випромінюванням називається радіаційним балансом.

Перетворення енергії сонячної радіації після її поглинання на земній поверхні та в А. становлять тепловий баланс Землі. Головне джерело тепла для атмосфери – земна поверхня, що поглинає основну частку сонячної радіації. Оскільки поглинання сонячної радіації в А. менше втрати тепла з А. у світовий простір довгохвильовим випромінюванням, то радіаційна витрата тепла заповнюється припливом тепла до А. від земної поверхні у формі турбулентного теплообміну та приходом тепла в результаті конденсації водяної пари в А. величина конденсації у всій А. дорівнює кількості опадів, що випадають, а також величині випаровування з земної поверхні, прихід конденсаційного тепла в А. чисельно дорівнює витраті тепла на випаровування на поверхні Землі (див. також Водний баланс).

Деяка частина енергії сонячної радіації витрачається підтримки загальної циркуляції А. і інші атмосферні процеси, проте ця частина незначна проти основними складовими теплового балансу.

Рух повітря

Внаслідок великої рухливості атмосферного повітря всіх висотах А. спостерігаються вітри. Рухи повітря залежить від багатьох чинників, у тому числі головний - нерівномірність нагріву А. у різних районах земної кулі.

Особливо великі контрасти температури біля Землі існують між екватором і полюсами через відмінність приходу сонячної енергії різних широтах. Поруч із розподіл температури впливає розташування континентів і океанів. Через високі теплоємності та теплопровідності океанічних вод океани значно послаблюють коливання температури, які виникають внаслідок змін приходу сонячної радіації протягом року. У зв'язку з цим у помірних та високих широтах температура повітря над океанами влітку помітно нижча, ніж над континентами, а взимку – вище.

Нерівномірність нагрівання атмосфери сприяє розвитку системи великомасштабних повітряних течій – т.з. загальної циркуляції атмосфери, що створює горизонтальне перенесення тепла в А., в результаті чого відмінності в нагріванні атмосферного повітря в окремих районах помітно згладжуються. Поруч із загальна циркуляція здійснює влагооборот в А., під час якого водяна пара переноситься з океанів на сушу і відбувається зволоження континентів. Рух повітря у системі загальної циркуляції тісно пов'язані з розподілом атмосферного тиску залежить також від обертання Землі (див. Коріоліса сила). На рівні моря розподіл тиску характеризується його зниженням у екватора, збільшенням у субтропіках (пояси високого тиску) та зниженням у помірних та високих широтах. При цьому над материками позатропічних широт тиск узимку зазвичай підвищений, а влітку знижений.

З планетарним розподілом тиску пов'язана складна система повітряних течій, деякі з них порівняно стійкі, інші постійно змінюються в просторі і в часі. До стійких повітряних течій відносяться пасати, спрямовані від субтропічних широт обох півкуль до екватора. Порівняно стійкі також мусони - повітряні течії, що виникають між океаном та материком і мають сезонний характер. У помірних широтах переважають повітряні течії західних напрямів (із З. на Ст). Ці течії включають великі вихори - циклони і антициклони, які зазвичай простягаються на сотні і тисячі км. Циклони спостерігаються і в тропічних широтах, де вони відрізняються меншими розмірами, але особливо більшими швидкостями вітру, які часто досягають сили урагану (т.зв. тропічні циклони). У верхній тропосфері та нижній стратосфері зустрічаються порівняно вузькі (в сотні км завширшки) струменеві течії, що мають різко окреслені межі, в межах яких вітер досягає величезних швидкостей – до 100-150 м/сек. Спостереження показують, що атмосферні циркуляції в нижній частині стратосфери визначаються процесами в тропосфері.

У верхній половині стратосфери, де спостерігається зростання температури з висотою, швидкість вітру збільшується з висотою, причому влітку домінують вітри східних напрямів, а взимку - західних. Циркуляція тут визначається стратосферним джерелом тепла, існування якого пов'язане з інтенсивним поглинанням ультрафіолетової озоном сонячної радіації.

У нижній частині мезосфери в помірних широтах швидкість зимового західного перенесення зростає до максимальних значень – близько 80 м/сек, а літнього східного перенесення – до 60 м/сек лише на рівні близько 70 км. Дослідження останніх років ясно показали, що особливості поля температури у мезосфері не можна пояснити лише впливом радіаційних факторів. Головне значення мають динамічні чинники (зокрема, розігрівання чи охолодження під час опускання чи підйомі повітря), і навіть можливі джерела тепла, що у результаті фотохімічних реакцій (наприклад, рекомбінації атомарного кисню).

Над холодним шаром мезопаузи (у термосфері) температура повітря починає швидко збільшуватися з висотою. Багато в чому ця область А. подібна до нижньої половини стратосфери. Ймовірно, циркуляція в нижній частині термосфери визначається процесами в мезосфері, а динаміка верхніх шарів термосфери обумовлена ​​поглинанням сонячної радіації. Однак досліджувати атмосферний рух на цих висотах важко внаслідок їх значної складності. Велике значення набувають у термосфері приливних рухів (головним чином сонячні напівдобові та добові припливи), під впливом яких швидкість вітру на висотах понад 80 км може досягати 100-120 м/сек. Характерна риса атмосферних припливів - їхня сильна мінливість залежно від широти, пори року, висоти над рівнем моря і доби. У термосфері спостерігаються також значні зміни швидкості вітру з висотою (переважно поблизу рівня 100 км), що приписуються впливу гравітаційних хвиль. Розташована у діапазоні висот 100-110 км т. зв. турбопауза різко відокремлює область, що знаходиться вище, від зони інтенсивного турбулентного перемішування.

Поряд з повітряними течіями великих масштабів, в нижніх шарах атмосфери спостерігаються численні місцеві циркуляції повітря (бриз, бору, гірсько-долинні вітри та ін; див. місцеві вітри). У всіх повітряних течіях зазвичай відзначаються пульсації вітру, що відповідають переміщенню повітряних вихорів середніх та малих розмірів. Такі пульсації пов'язані з турбулентністю атмосфери, яка суттєво впливає на багато атмосферних процесів.

Клімат та погода

Відмінності в кількості сонячної радіації, що приходить на різні широти земної поверхні, та складність її будови, включаючи розподіл океанів, континентів та найбільших гірських систем, визначають різноманітність кліматів Землі (див. Клімат).

Література

• Метеорологія та гідрологія за 50 років Радянської влади, під ред. Е. К. Федорова, Л., 1967;
• Хргіан А. Х., Фізика атмосфери, 2 видавництва, М., 1958;
• Звєрєв А. С., Синоптична метеорологія та основи передрахування погоди, Л., 1968;
• Хромов С. П., Метеорологія та кліматологія для географічних факультетів, Л., 1964;
• Тверський П. Н., Курс метеорології, Л., 1962;
• Матвєєв Л. Т., Основи загальної метеорології. Фізика атмосфери, Л., 1965;
• Будико М. І., Тепловий баланс земної поверхні, Л., 1956;
• Кондратьєв До. Я., Актинометрія, Л., 1965;
• Хвостиков І. А., Високі верстви атмосфери, Л., 1964;
• Мороз Ст І., Фізика планет, М., 1967;
• Тверський П. Н., Атмосферна електрика, Л., 1949;
• Шишкін Н. С., Хмари, опади та грозова електрика, М., 1964;
• Озон у земній атмосфері, під ред. Р. П. Гущина, Л., 1966;
• Іменітов І. М., Чубаріна Є. Ст, Електрика вільної атмосфери, Л., 1965.

М. І. Будико, К. Я. Кондратьєв.

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 34.Вертикальний розріз атмосфери (стратифікація атмосфери)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Атмосфера (від. грец. ατμός - «пар» і σφαῖρα - «сфера») - газова шар небесного тіла, утримувана у нього гравітацією. Атмосфера - газоподібна оболонка планети, що складається з суміші різних газів, водяної пари та пилу. Через атмосферу здійснюється обмін речовин Землі з Космосом. Земля отримує космічний пил та метеоритний матеріал, втрачає найлегші гази: водень та гелій. Атмосфера Землі наскрізь пронизується потужною радіацією Сонця, що визначає тепловий режим поверхні планети, що викликає дисоціацію молекул атмосферних газів та іонізацію атомів.

Атмосфера Землі містить кисень, що використовується більшістю живих організмів для дихання, та діоксид вуглецю, що споживається рослинами, водоростями та ціанобактеріями в процесі фотосинтезу. Атмосфера є захисним шаром планети, захищаючи її мешканців від сонячного ультрафіолетового випромінювання.

Атмосфера є у всіх потужних тіл - планет земного типу, газових гігантів.

Склад атмосфери

Атмосфера - це суміш газів, що складається з азоту (78,08%), кисню (20,95%), вуглекислого газу (0,03%), аргону (0,93%), невеликої кількості гелію, неону, ксенону, криптону (0,01%), 0,038% двоокису вуглецю, та невелика кількість водню, гелію, інших благородних газів та забруднювачів.

Сучасний склад повітря Землі встановився понад сотню мільйонів років тому, проте різко зросла виробнича діяльність людини все ж таки призвела до її зміни. В даний час відзначається збільшення вмісту 2 приблизно на 10-12%. Вхідні до складу атмосфери гази виконують різні функціональні ролі. Однак основне значення цих газів визначається насамперед тим, що вони дуже поглинають променисту енергію і тим самим істотно впливають на температурний режим поверхні Землі та атмосфери.

Початковий склад атмосфери планети зазвичай залежить від хімічних та температурних властивостей сонця в період формування планет та подальшого виходу зовнішніх газів. Потім склад газової оболонки еволюціонує під впливом різних чинників.

Атмосфера Венери та Марсу в основному складаються з двоокису вуглецю з невеликими додаваннями азоту, аргону, кисню та інших газів. Земна атмосфера великою мірою є продуктом організмів, що живуть у ній. Низькотемпературні газові гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - можуть утримувати переважно гази з низькою молекулярною масою - водень і гелій. Високотемпературні газові гіганти, такі як Осіріс або 51 Пегаса b, навпаки, не можуть її утримати і молекули їхньої атмосфери розсіюються у просторі. Цей процес відбувається повільно, постійно.

Азот,найпоширеніший газ у атмосфері, хімічно мало активний.

Кисень, На відміну від азоту, хімічно дуже активний елемент. Специфічна функція кисню – окислення органічної речовини гетеротрофних організмів, гірських порід та недоокислених газів, що викидаються в атмосферу вулканами. Без кисню не було б розкладання мертвої органічної речовини.

Структура атмосфери

Структура атмосфери складається із двох частин: внутрішньої- тропосфери, стратосфери, мезосфери і термосфери, або іоносфери, і зовнішньої - магнітосфери (екзосфери).

1)Тропосфера- Це нижня частина атмосфери, в якій зосереджено 34 т.е. ~ 80% усієї земної атмосфери. Її висота визначається інтенсивністю вертикальних (висхідних чи низхідних) потоків повітря, викликаних нагріванням земної поверхні та океану, тому товщина тропосфери на екваторі становить 16 – 18 км, в помірних широтах 10-11 км, але в полюсах – до 8 км. Температура повітря в тропосфері на висоті знижується на 0,6 ºС на кожні 100 м і коливається від +40 до - 50 ºС.

2) Стратосферазнаходиться вище тропосфери та має висоту до 50км від поверхні планети. Температура на висоті до 30 км. постійна -50 ºС. Потім вона починає підвищуватись і на висоті 50 км досягає +10ºС.

Верхньою межею біосфери є озоновий екран.

Озоновий екран - це шар атмосфери в межах стратосфери, розташований на різній висоті від поверхні Землі, що має максимальну щільність озону на висоті 20-26 км.

Висота озонового шару біля полюсів оцінюється в 7 - 8 км, у екватора - 17-18 км, а максимальна висота присутності озону - 45-50 км. Вище озонового екрану життя неможливе через жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця. Якщо спресувати всі молекули озону, то вийде шар ~ 3мм навколо планети.

3) Мезосфера- Верхня межа цього шару розташовується до висоти 80км. Головна її особливість – різке зниження температури -90ºС біля її верхньої границі. Тут фіксуються сріблясті хмари, що складаються з крижаних кристалів.

4) Іоносфера (термосфера)-розташовується до висоти 800 км і для неї характерне значне підвищення температури:

150км температура +240ºС,

200км температура +500ºС,

600 км температура +1500 ºС.

Під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця гази перебувають у іонізованому стані. З іонізацією пов'язане свічення газів та виникнення полярних сяйв.

Іоносфера має здатність багаторазового відображення радіохвиль, що забезпечує далекий радіозв'язок на планеті.

5) Екзосфера- Розташовується вище 800км і простягається до 3000км. Тут температура >2000? Швидкість руху газів наближається до критичної ~11,2 км/сек. Панують атоми водню і гелію, які утворюють навколо Землі корону, що світиться, що простягається до висоти 20000км.

функцій атмосфери

1) Терморегулююча – погода та клімат на Землі залежить від розподілу тепла, тиску.

2) Життєзабезпечуюча.

3) У тропосфері відбувається глобальні вертикальні та горизонтальні переміщення повітряних мас, що визначає кругообіг води, теплообмін.

4) Практично всі поверхні геологічні процеси обумовлені взаємодією атмосфери, літосфери та гідросфери.

5) Захисна – атмосфера захищає землю від космосу, сонячної радіації та метеоритного пилу.

Функції атмосфери. Без атмосфери життя на Землі було б неможливим. Людина щодня споживає 12-15 кг. повітря, вдихаючи кожну хвилину від 5 до 100л, що значно перевищує середньодобову потребу в їжі та воді. Крім того, атмосфера надійно оберігає людину від небезпек, що загрожують їй із космосу: не пропускає метеорити, космічні випромінювання. Без їжі людина може прожити п'ять тижнів, без води – п'ять днів, без повітря – п'ять хвилин. Нормальна життєдіяльність людей потребує як повітря, а й певної його чистоти. Від якості повітря повітря залежать здоров'я людей, стан рослинного та тваринного світу, міцність та довговічність конструкцій будівель, споруд. Забруднене повітря згубне для вод, суші, морів, ґрунтів. Атмосфера визначає світловий та регулює тепловий режими землі, сприяє перерозподілу тепла на земній кулі. Газова оболонка оберігає Землю від надмірного остигання та нагрівання. Якби наша планета не була б оточена повітряною оболонкою, то протягом однієї доби амплітуда коливань температури досягла б 200 С. Атмосфера рятує все, що живе на Землі від згубних ультрафіолетових, рентгенівських та космічних променів. Велике значення атмосфери у розподілі світла. Її повітря розбиває сонячні промені на мільйон дрібних променів, розсіює їх та створює рівномірне освітлення. Атмосфера є провідником звуків.