Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:

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

В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.

Тропосфера: где происходит погода

Сферы атмосферы» data-layzr=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/02/пейзаж-горы-облака-природа-голубое-небо-озеро.jpg» alt=»» width=»500″ height=»313″ data-layzr-srcset=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/02/пейзаж-горы-облака-природа-голубое-небо-озеро.jpg 500w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/02/пейзаж-горы-облака-природа-голубое-небо-озеро-300×188.jpg 300w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/02/пейзаж-горы-облака-природа-голубое-небо-озеро-183×116.jpg 183w» sizes=»(max-width: 500px) 100vw, 500px» />


Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне — поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.

Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.

На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера: дом озона

Сферы атмосферы» data-layzr=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Stratosfera.jpg» alt=»» width=»500″ height=»333″ data-layzr-srcset=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Stratosfera.jpg 500w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Stratosfera-300×200.jpg 300w» sizes=»(max-width: 500px) 100vw, 500px» />


Стратосфера — следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.

Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O3) — побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как «инверсия»).

Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.

После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.

Мезосфера: средняя атмосфера


Сферы атмосферы» data-layzr=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Mezosfera.jpg» alt=»» width=»500″ height=»333″ data-layzr-srcset=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Mezosfera.jpg 500w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Mezosfera-300×200.jpg 300w» sizes=»(max-width: 500px) 100vw, 500px» />

Мезосфера находится примерно на расстоянии 50-80 км от поверхности Земли. Верхняя область мезосферы является самым холодным естественным местом на Земле, где температура может опускаться ниже -143° C.

Термосфера: верхняя атмосфера

Сферы атмосферы» data-layzr=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Termosfera.jpg» alt=»» width=»500″ height=»333″ data-layzr-srcset=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Termosfera.jpg 500w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/Termosfera-300×200.jpg 300w» sizes=»(max-width: 500px) 100vw, 500px» />

После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.

iv>

Экзосфера: граница атмосферы и космосаСферы атмосферы» data-layzr=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/sloi-atmosfery.jpg» alt=»» width=»500″ height=»309″ data-layzr-srcset=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/sloi-atmosfery.jpg 602w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/sloi-atmosfery-300×185.jpg 300w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/08/sloi-atmosfery-500×309.jpg 500w» sizes=»(max-width: 500px) 100vw, 500px» />

На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера — внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.

Как насчет ионосферы?

Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на севере и юге. Это явления наблюдается с земли как северное сияние.

Источник: natworld.info

Атмосфера неоднородна как в вертикальном, так и в гори­зонтальном направлении.


к уже говорилось выше, по вер­тикали она делится на ряд сфер и слоев, отличающихся по своим физическим характеристикам. По горизонтали, особенно в своей нижней части, она расчленяется на неоднородные массы воздуха. Ближайший к поверхности земли слой воздуха называется тропосферой.
Тропосфера. Физические свойства тропосферы в значительной степени определяются влиянием земной поверхности. Нижней границей тропосферы является поверхность земли, а верхняя находится в среднем на высотах 8—17 км. Высота тропосферы зависит главным образом от географической ши­роты. Наибольшая ее высота наблюдается в экваториальной зоне: здесь она достигает 16—18 км. Над приполюсными и смежными областями верхняя граница тропосферы лежит в среднем на уровне 9—10 км. В средних широтах высота тро­посферы колеблется от 6—8 до 14—16 км, составляя в сред­нем 10—12 км.
Верхняя граница тропосферы испытывает сезонные измене­ния: зимой она ниже, летом выше. Еще значительнее измене­ния высоты тропосферы, зависящие от характера атмосферных процессов. Нередко в течение суток высота верхней границы тропосферы над данным пунктом или районом изменяется даже на несколько километров. Наблюдения показывают, что изменения вертикальной протяженности тропосферы связаны с изменением температуры воздуха.
Тропосфера обладает рядом физических свойств, отличаю­щих ее от всех выше лежащих слоев воздуха. В тропосфере сосредоточена значительная часть массы земной атмосферы и почти весь содержащийся в ней водяной пар.
>
оме того, от по­верхности земли до верхней границы тропосферы температура понижается в среднем на 0,6° на каждые 100 м поднятия. Воз­дух в тропосфере нагревается и охлаждается преимущественно от поверхности земли. В соответствии с притоком солнечной энергии температура понижается от экватора к полюсам. Так, средняя температура воздуха у поверхности земли на экваторе достигает 26° выше нуля, а в полярных областях 23° ниже нуля. В то же время над экватором в верхней тропосфере тем­пература равна —75, —80°, а в полярных областях —60, —65°,
Преобладающим горизонтальным переносом воздуха в тро­посфере является западный. Скорость ветра в тропосфере, как правило, с высотой возрастает, достигая максимума на уровне верхней ее границы. Горизонтальный перенос сопровождается вертикальными перемещениями воздуха и турбулентным дви­жением, обеспечивающими непрерывное перемешивание воз­духа во всей тропосфере. Вследствие подъема и опускания больших объемов воздуха образуются и рассеиваются облака, выпадают и прекращаются осадки. В тропосфере развиваются процессы, обусловливающие погоду и ее изменения.
Выше тропосферы расположена стратосфера. От тропо­сферы она отделена переходным слоем, который называется тропопаузой.
Так же как и высота верхней границы тропосферы, высота тропопаузы изменяется от сезона к сезону и ото дня ко дню в зависимости от процессов, развивающихся в тропосфере.

д холодными массами воздуха она располагается очень низко, а над теплыми — высоко. Даже в средних широтах зимой тропопауза нередко находится на высотах 8—9 км, а летом — на высотах 13—15 км. Колебания высоты тропопаузы вызваны рядом причин, среди которых большую роль играет перенос холодных или теплых масс воздуха и охлаждение или нагре­вание воздуха, обусловленное его вертикальными перемеще­ниями. При повышении температуры в тропосфере тропопауза повышается, при понижении температуры опускается.
Стратосфера. По вертикальному делению атмосферы под стратосферой подразумевается слой воздуха, ограниченный «снизу тропопаузой, а сверху уровнем 50—60 км.
По физическим свойствам стратосфера резко отличается от ниже лежащей сферы уже тем, что распределение температуры с высотой здесь иное, чем в тропосфере. Стратосфера очень бедна водяным паром. Здесь не происходят бурные процессы облакообразозания сопровождающиеся выпадением осадков.
Совсем еще недавно предполагали, что стратосфера является сравнительно спокойной средой и что здесь в верти­кальном направлении не происходит перемешивание воздуха. Считали также, что температура в стратосфере формируется под действием только лучистого равновесия, т. е. при равенстве поглощения и отражения солнечной радиации.
Новые данные, полученные с помощью радиометеорологи­ческих приборов и метеорологических ракет, показали, что в стратосфере, как и в верхней тропосфере, осуществляется интенсивная циркуляция воздуха со значительными измене­ниями температуры и ветра. Здесь, как и в тропосфере, наблюдаются значительные вертикальные перемещения, неупо­рядоченные (турбулентные) движения при сильных горизон­тальных воздушных течениях. Все это является результатом неоднородного распределения температуры.
В табл. 2 приведены данные о температуре в верхней тропосфере и стратосфере над различными широтами север­ного полушария.


T_2
Из данных табл. 2 следует, что в тропосфере на высотах 5 и 9 км разность температур между низкими и высокими широтами достигает 30—35°, причем от низких широт к высо­ким температура постепенно понижается. В стратосфере распределение температуры несколько иное. На уровне 16 км наиболее низкие температуры (—76, —80°) наблюдаются в экваториальной зоне, в средних широтах температура равна —51, —61°, а к высоким широтам она вновь понижается до —64, —68°. В стратосфере экваториальной зоны температура с высотой повышается, достигая на уровне 30 км —46, —50°, а в арктической зоне на этом же уровне наблюдаются темпе­ратуры около —67, —75°.
К лету распределение температуры претерпевает значитель­ные изменения. Как следует из табл. 3, в тропосфере на уров­нях 5 и 9 км температура от низких широт к высоким, как и зимой, понижается, однако разность ее составляет уже около 15°, что объясняется летним прогреванием воздуха в средних и особенно высоких широтах. На уровне 16 км от экваториальной зоны до 80° с. ш. температура повышается до —42, —43°, и даже на уровне 30 км в Арктике она выше, чем в экваториальной зоне.


T_3
Из приведенных данных о распределении температуры по высоте в различных широтных зонах следует, что в верхних слоях стратосферы экваториальной зоны температура воздуха от зимы к лету заметно не изменяется, а в арктической зоне, наоборот, эти изменения весьма значительны.
В табл. 4 приведены величины разностей температур между летом и зимой на разных уровнях в тропосфере и стратосфере и в разных широтных зонах северного полушария.

T_4
Как видно из данных табл. 4, величины разностей темпера­тур между летом и зимой возрастают от низких широт к высо­ким. На уровне 30 км над полюсом они достигают максимума (40°). То же происходит и в южном полушарии, с той лишь разницей, что в Антарктике на этом уровне величины разно­стей достигают 50—55°.
Мезосфера. Наблюдениями с помощью метеорологиче­ских ракет и косвенными способами установлено, что общее повышение температуры, наблюдающееся в стратосфере, про­должается до высот 50—60 км.


этих высотах температура воздуха повышается до 10—20° выше нуля. Выше этого слоя она вновь понижается и у верхней границы мезосферы (около 80 км) составляет —75, —90°. Далее вновь происходит повы­шение температуры с высотой.
На рис. 6 изображены кривые изменения средней темпера­туры воздуха с высотой между поверхностью земли и уровнем 90 км для трех широт: 80, 50 и 20°. Кривые показывают не­однородность строения атмосферы над указанными широтами не только в разные, но в одни и те же сезоны. Легко видеть, что даже в одном сезоне и на одном уровне разности темпе­ратур воздуха между различными широтами превышают 20—30°. При этом неоднородность особенно значительна в слое низких температур в стратосфере (18—30 км), в слое макси­мальных температур в средней мезосфере (50—60 км) и в слое низких температур в верхней мезосфере (75—85 км).

Сезонным распределением температуры обусловлена довольно сложная система воздушных течений в стратосфере и мезосфере.
На рис. 7 приведены кривые изменения средней скорости ветра с высотой между поверхностью земли и уровнем 90 км для тех же широтных зон, что и на рис. 6. Кривые показывают значительное различие в распределении скорости и направле­ния ветра в январе и июле. Как видно на рисунке, севернее 20° с. ш. в январе преобладают западные ветры со средними максимальными скоростями более 340 км/час. В июле запад­ные ветры господствуют в тропосфере и нижней стратосфере до высот 18—20 км, а выше они переходят в восточные (на рисунке скорости показаны со знаком минус). В нижней термо­сфере ветры вновь становятся западными. Наоборот, зимой выше уровня мезопаузы западные ветры переходят в восточные.

На тех высотах, где падение температуры с высотой сме­няется изотермией или инверсией, обнаружены облака.
В верхней стратосфере на высотах 20—26 км при опреде­ленных условиях (очевидно, при резко выраженных инверсиях) возникают тонкие и неплотные, так называемые перла­мутровые облака, состоящие из кристалликов льда и пере­охлажденных капелек воды (рис. 8).

Облака обнаружены и на высоте около 80 км, т. е. там, где понижение температуры воздуха с высотой прекращается и начинается ее повышение (см. рис. 6). Здесь под инверсион­ным слоем в сумерки летом при ясной погоде наблюдаются блестящие тонкие облака, ярко освещенные солнцем, находящимся за горизонтом. Эти облака названы серебристыми (рис. 9).

Предполагается, что серебристые облака состоят из ледяных кристаллов. Они, как и перламутровые облака, по-видимому, возникают благодаря скоплению водяного пара над слоем инверсии температуры (И. А. Хвостиков). Роль ядер конденса­ции здесь, вероятно, играет космическая пыль. Уровень рас­положения серебристых облаков, очевидно, определяется за­держивающим слоем, образующимся в связи с повышением температуры с высотой при переходе из мезосферы в выше лежащий слой — термосферу.
Наблюдениями за серебристыми облаками установлено, что летом на их уровне ветры обладают большой изменчивостью. Скорости ветра колеблются в больших пределах (от 50—60 до нескольких сотен километров в час).
Термосфера. Выше мезосферы расположена термосфера, для которой характерно повышение температуры с высотой. По данным, полученным с помощью ракет и косвенных мето­дов определения температуры, установлено, что в термосфере уже на уровне 150 км температура воздуха достигает 220—240°, а на уровне 200 км она превышает 500°. Выше тем­пература продолжает расти и на верхней границе термосферы, на уровне 700—800 км, превышает 1000°. Однако для высоких слоев атмосферы понятие «температура» приобретает иной смысл.
Известно, что температура газа определяется средней ско­ростью движения молекул. В нижней, плотной части атмо­сферы столкновение молекул происходит часто и кинетическая энергия их в среднем одна и та же. Если молекулы воздуха поглощают большое количество лучистой энергии, то они при­обретают большую кинетическую энергию и мгновенно проис­ходит обмен энергией между молекулами. Поэтому они обла­дают одинаковой кинетической энергией, а следовательно, и температурой.
В высоких слоях атмосферы, где плотность воздуха очень мала, столкновения между молекулами, находящимися на больших расстояниях, происходят реже. При поглощении энер­гии скорость молекул в промежутке между столкновениями их сильно изменяется; к тому же молекулы легких газов имеют большую скорость, чем молекулы тяжелых газов. Поэтому тем­пература этих газов может быть различной.
Чрезвычайно высокие температуры в термосфере свидетель­ствуют лишь о том, что в этой весьма неплотной среде редкие молекулы перемещаются с огромной скоростью. Тело, находя­щееся здесь, не ощущает даже температур 1000—2000°. В тер­мосфере сгорает, не долетая до поверхности земли, основная часть метеоритов.
Наиболее интересной особенностью атмосферы выше 60 км является ее ионизация, т. е. наличие в ней огромного количе­ства электрически заряженных частиц — ионов. Атмосфера становится электропроводной вследствие ионизации в тех слу­чаях, когда наблюдается наибольшая концентрация ионов. Так как ионизация характерна для термосферы, последнюю назы­вают также и ионосферой. Ионизация воздуха протекает под действием ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца.
Процесс ионизации наиболее интенсивно происходит в мощ­ных слоях, ограниченных высотами 60—80 и 320—400 км. В этих слоях существуют оптимальные условия для ионизация. Здесь плотность воздуха заметно больше, чем в верхней атмо­сфере, а поступление ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца достаточно для процесса ионизации.
По интенсивности процесса ионизации ионосфера делится на ряд слоев. Один из них (слой Е) находится на высоте около 100 км, слои F1 и F2— соответственно на высотах 150—180 и 220—400 км. В слое 60—80 км, т. е. в верхней мезосфере (слой D), процесс ионизации происходит слабее.
Отличительной особенностью ионосферы является ее влияние на распространение радиоволн. В ионизированных слоях радиоволны преломляются, отражаются и поглощаются.
Слой D распространяется до уровня 80 км. Здесь длинные радиоволны поглощаются больше, чем отражаются, что объяс­няется большей плотностью этого слоя. Остальные ионосферные слои (Е, F1 и F2) отражают преимущественно средние и корот­кие радиоволны, особенно слой F2, располагающийся на уровне 220—400 км.
Сильное поглощение коротких радиоволн в ионосфере вы­зывает нарушение радиосвязи. Это явление связано с измене­нием солнечной активности. На Солнце временами возникают солнечные пятна, сопровождающиеся усилением ультрафиоле­тового излучения. При этих процессах увеличивается электрон­ная плотность ионосферы и поглощение радиоволн в дневные часы, приводящее к нарушению нормальной работы радио­связи на коротких волнах. Объясняется это тем, что при уси­лении излучения Солнца заряженные частицы (корпускулы) под влиянием магнитного поля Земли отклоняются в сторону высоких широт. Войдя в атмосферу, корпускулы усиливают ионизацию газов настолько, что начинается их свечение. Так возникают полярные сияния, имеющие вид красивых многокра­сочных дуг и драпри, загорающихся в ночном небе преимуще­ственно в высоких широтах Земли. Полярные сияния сопро­вождаются сильными магнитными бурями.
Путем фотографирования полярных сияний из двух пунк­тов, находящихся на расстоянии нескольких десятков кило­метров, с большой точностью определяется высота сияния. Обычно нижний край полярных сияний располагается на вы­соте около 100 км, верхняя их часть обнаруживается на высоте нескольких сотен километров, а иногда на уровне около 1000 км.
Несмотря на выяснение природы полярных сияний, остается еще много нерешенных вопросов. До сих пор неизвестны при­чины многообразия форм полярных сияний, игры красок и пр.
При сильных магнитных бурях полярное сияние становится видимым и в средних широтах, а в редких случаях даже в тро­пической зоне. Интенсивное сияние, наблюдавшееся 21 — 22 января 1957 г., было видно почти во всех южных районах СССР.
В 50-х годах с помощью ракет и искусственных спутников Земли впервые удалось произвести зондирование ионосферы. Процессы, происходящие в ионосфере, изучаются и косвенными методами — по интенсивности и характеру таких явлений, как свечение ночного неба, полярные сияния и др.
Экзосфера — сфера рассеяния — самая верхняя часть атмосферы, расположена выше 800 км. Она изучена менее всего. По данным, полученным с помощью косвенных методов наблюдений и теоретических расчетов, температура в экзосфере с высотой возрастает предположительно до 2000°. В отличие от нижней ионосферы, в экзосфере газы настолько разрежены, что частицы их, двигаясь с огромными скоростями, почти не встречаются друг с другом.
Еще сравнительно недавно предполагали, что условная гра­ница атмосферы лежит на высоте около 1000 км. Однако по торможению искусственных спутников Земли установлено, что на высотах 700—800 км в 1 см3 содержится до 160 тысяч поло­жительных ионов атомарного кислорода и азота. Это указы­вает, что разреженные слои атмосферы простираются до вы­соты 2000 км и более.
На рис. 10 представлен схематический вертикальный разрез атмосферы; по вертикальной шкале отложены высота и давле­ние воздуха, сплошная кривая характеризует изменение тем­пературы воздуха с высотой. На соответствующих высотах изображены главнейшие явления, наблюдающиеся в атмо­сфере, а также максимальные высоты, достигнутые радиозондами и другими средствами зондирования атмосферы.

Газовый хвост Земли. При высоких температурах на ус­ловной границе атмосферы скорости молекул достигают при­близительно 12 км/сек. При таких скоростях частицы газов . постепенно уходят из области действия земного притяжения в межпланетное пространство. Это осуществляется в течение длительного времени. Так, например, частицы водорода, по­падая на высоты около 300 км, переходят в межпланетное про­странство в течение нескольких лет, а частицы гелия — в тече­ние миллионов лет. Более тяжелые газы уходят за пределы земной атмосферы еще медленнее.
Исследование ночного свечения неба показывает, что форма воздушной оболочки Земли не шарообразна: рукав чрезвы­чайно разреженных газов наподобие хвоста кометы тянется от внешних слоев земной атмосферы в плоскости эклиптики в неосвещенной стороне нашей планеты. Судя по спектру, газо­вый хвост Земли состоит из кислорода и азота.
Газовый хвост Земли, по-видимому, образуется в резуль­тате давления солнечных лучей на верхние слои атмосферы.
Всего несколько лет назад предполагали, что за пределами земной атмосферы, в межпланетном пространстве, газы очень разрежены и концентрация частиц в них не превышает несколь­ких единиц в 1 см3. В настоящее время установлено, что меж­планетное пространство является сравнительно плотной средой с концентрацией, равной сотням частиц в 1 см3. Однако меж­планетная среда, как и природа газового хвоста Земли, еще не достаточно изучена.

  • ← Методы исследования атмосферы
  • Энергия солнца →

Источник: collectedpapers.com.ua

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

Сферы атмосферы

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: Сферы атмосферы

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.

Источник: poznayka.org

Общие сведения

Под термином «атмосфера» понимают газовый слой, который окутывает нашу планету и многие другие небесные тела во Вселенной. Он образует оболочку, которая возвышается над Землей на несколько сотен километров. В составе присутствуют разнообразные газы, основным из которых является кислород.

Атмосфера характеризуется:

  • Неоднородностью с физической точки зрения.
  • Повышенной динамичностью.
  • Зависимостью от биологических факторов (высокая уязвимость в случае неблагоприятных явлений).

Основное влияние оказывают на состав и процессы его изменяющие, живые существа (включая, микроорганизмы). Эти процессы продолжаются с момента возникновения атмосферы – несколько миллиардов лет. Защитная оболочка планеты соприкасается с такими образованиями, как литосфера и гидросфера, верхние же границы определить с высокой точность сложно, ученые могут назвать только примерные значения. Атмосфера переходит в межпланетное пространство в экзосфере – на высоте
500-1000 км от поверхности нашей планеты, некоторые источники называют цифру в 3000 км.

Значение атмосферы для жизни на земле велико, так как она предохраняет планету от столкновения с космическими телами, обеспечивает оптимальные показатели для формирования и развития жизни в различных ее формах.
Состав защитной оболочки:

  • Азот – 78%.
  • Кислород – 20,9%.
  • Смесь газовая – 1,1% (эта часть образована такими веществами, как озон, аргон, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, углекислый газ, водяные пары).

Газовая смесь выполняет важную функцию – поглощение излишнего количества солнечной энергии. Состав атмосферы изменяются в зависимости от высоты – на высоте 65 км от поверхности Земли азота в ней будет содержаться
уже 86%, кислорода – всего 19%.

Составные элементы атмосферы

Разнообразный состав атмосферы Земли позволяет ей выполнять различные функции и оберегать жизнь на планете. Основные его элементы:

  • Углекислый газ (CO₂) – является неотъемлемым компонентом, задействованным в процессе питания растений (фотосинтезе). Выделяется он в атмосферу благодаря дыханию всех живых организмов, гниению и горению органических веществ. Если углекислый газ исчезнет, то вместе с ним перестанут существовать и растения.
  • Кислород (O₂) – обеспечивает оптимальную среду для жизни всех организмов на планете, обязателен для дыхания. С его исчезновением прекратиться жизнь для 99% организмов на планете.
  • Озон (O3) – газ, который выступает естественным поглотителем ультрафиолета, выделяемого солнечным излучением. Его излишки негативно влияют на живые организмы. Газ формирует особый слой в атмосфере —озоновый экран. Под влияние внешних условий и деятельности человека он начинает постепенно разрушаться, поэтому важно проводить мероприятия для восстановления озонового слоя нашей планеты, чтобы сохранить на ней жизнь.

Также в составе атмосферы присутствуют водяные пары – они определяют влажность воздуха. Процентное содержание этого компонента зависит от разных факторов. Влияние оказывают:

  • Показатели температуры воздуха.
  • Расположение местности (территория).
  • Сезонность.

Оказывает влияние на количество водяного пара и температура – если она низкая, то концентрация не превышает 1%, при повышенной – достигает показателей в 3-4%.
Дополнительно в составе земной атмосферы присутствуют твердые и жидкие примеси – сажа, пепел, морская соль, разнообразные микроорганизмы, пыль, капли воды.

Атмосфера: ее слои

Необходимо знать строение атмосферы земли по слоям, чтобы иметь полное представление о том, чем ценна для нас эта газовая оболочка. Они выделяются потому, что состав и плотность газовой смеси на разных высотах неодинаковы. Каждый из слоев отличается по химическому составу и выполняемым функциям. Расположить атмосферные слои земли по порядку следует так:

Тропосфера – располагается ближе остальных к земной поверхности. Высоты этого слоя достигают 16-18 км в тропических зонах и 9 км в среднем над полюсами. В этом слое концентрируется до 90% всего водяного пара. Именно в тропосфере происходит процесс образования облаков. Также здесь наблюдаются движение воздуха, турбулентность и конвекция. Температурные показатели различны и составляют от +45 до -65 градусов — в тропиках и на полюсах, соответственно. С повышением на 100 метров наблюдается понижение температуры на 0,6 градуса. Именно тропосфера по причине скопления водяного пара и воздуха отвечает за циклонические процессы. Соответственно, правильным ответом на вопрос, как называется слой атмосферы земли в котором развиваются циклоны и антициклоны будет название этого атмосферного слоя.

Стратосфера – этот слой располагается на высоте 11-50 км от поверхности планеты. В нижней его зоне температурные показатели стремятся к значениям в -55. В стратосфере имеется зона инверсии – граница между этим слоем и следующим, называемым мезосферой. Температурные показатели достигают значений в +1 градус. Самолеты летают в нижней зоне стратосферы.

Озоновый слой – небольшой по высоте участок на границе между стратосферой и мезосферой, но именно озоновый слой атмосферы предохраняет все живое на земле от действия ультрафиолета. Также он отделяет комфортные и благоприятные условия для существования живых организмов и суровые космические, где невозможно выжить без специальных условий даже бактериям. Образовался он в результате взаимодействия органических компонентов и кислорода, который контактирует с ультрафиолетовым излучением и вступает в фотохимическую реакцию, что позволяет получить газ под названием озон. Так как озон поглощает ультрафиолет, он способствует нагреву атмосферу, поддерживая оптимальные для жизни в ее привычном виде, условия. Соответственно, отвечать на вопрос: слой какого газа защищает землю от космической радиации и чрезмерного солнечного излучения, следует озон.

Рассматривая слои атмосферы по порядку от поверхности земли следует отметить, что следующей идет мезосфера. Она располагается на высоте 50-90 км от поверхности планеты. Температурные показатели – от 0 до -143 градусов (нижняя и верхняя границы). Она защищает Землю от метеоритов, которые сгорают, проходя через
нее – явление свечения воздуха. Давление газов в этой части атмосферы крайне маленькое, что не позволяет изучить мезосферу полностью, так как специальное оборудование, включая спутники или зонды, не могут там работать.

Термосфера – слой атмосферы, который располагается на высоте 100 км над уровнем моря. Это нижняя граница, которая носит название линия Кармана. Ученые условно определили, что здесь начинается космос. Непосредственная толщина термосферы достигает 800 км. Температурные показатели достигают 1800 градусов, но сохранить обшивку космических аппаратов и ракет в целости позволяет незначительная концентрация воздуха. В этом слое земной атмосферы возникает особое
явление — северное сияние – особый вид свечения, который можно наблюдать в некоторых регионах планеты. Появляются они вследствие взаимодействия нескольких факторов — ионизации воздуха и действия на него космического излучения и радиации.

Какой слой атмосферы находится дальше всего от земли – Экзосфера. Здесь находится зона рассеивания воздуха, так как концентрация газов небольшая, в результате чего происходит их постепенный выход за пределы атмосферы. Этот слой располагается на высоте 700 км над поверхностью Земли. Основной элемент, составляющий
этого слоя – водород. В атомарном состоянии можно встретить такие вещества, как кислород или азот, которые будут сильно ионизированы солнечным излучением.
Размеры экзосферы Земли достигают 100 тысяч км от планеты.

Интересные сведения и научные факты

Изучая слои атмосферы по порядку от поверхности земли, люди получили много ценной информации, которая помогает в развитии и совершенствовании технологических возможностей. Некоторые факты являются удивительными, но именно их наличие позволило живым организмам успешно развиваться.

Известно, что вес атмосферы составляет более 5 квадриллионов тонн. Слои способны передавать звуки до достижения 100 км от поверхности планеты, выше это свойство исчезает, так как изменяется состав газов.
Атмосферные движения существуют, потому что нагрев Земли различается. Поверхность на полюсах холодная, а ближе к тропикам прогрев увеличивается, на температурные показатели оказывают влияние циклонические вихри, сезоны, время суток. Силу давления атмосферы можно узнать – для этой цели используется барометр. Ученые в результате наблюдений установили, что наличие защитных слоев позволяет не допустить контакта с поверхностью планеты метеоритов общей массой 100 тонн ежедневно.

Интересным фактом является то, что состав воздуха (смесь газов в слоях) оставалась неизменной на протяжении длительного временного промежутка – известно о нескольких сотнях миллионов лет. Значительные изменения происходят в последние столетия – с того момента, как человечество переживает значительный подъем производства.

Давление, оказываемое атмосферой, отражается на самочувствии людей. Нормальными для 90% считаются показатели в 760 мм ртутного столба, такое значение должно возникать при 0 градусов. Нужно учитывать, что это значение справедливо для тех участков земной суши, где уровень моря проходит с ней в одной полосе (без перепадов). Чем больше высота, тем ниже будет давление. Также оно изменяется во время прохождения циклонов, так как изменения происходят не только по вертикали, но и по горизонтали.

Физиологическая зона земной атмосферы составляет 5 км, после прохождения этой отметки у человека начинает проявляться особое состояние — кислородное голодание. При этом процессе у 95% людей наблюдается выраженное снижение работоспособности, также значительно ухудшается самочувствие даже у подготовленного и тренированного человека.

Именно поэтому значение атмосферы для жизни на земле велико – люди и большинство живых организмов не смогут существовать без этой газовой смеси. Благодаря их наличию появилась возможность развития привычной для современного общества жизни на Земле. Необходимо оценивать ущерб, который наносится производственной деятельностью, проводить мероприятия по очистке воздуха, чтобы снизить концентрацию определенных видов газов и привнести те, которых недостаточно для нормального состава. Важно задуматься уже сейчас о дальнейших мерах сохранения и восстановления слоев атмосферы, чтобы сохранить оптимальные условия для будущих поколений.

Источник: CosmosPlanet.ru