Атмосфера – газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.

Химический состав атмосферы Земли

Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов – гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.

Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.

Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).

В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому – человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых – изменение климата.

Формирование погоды и климата

Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.

Рассмотрим факторы по порядку.

1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.

2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) – это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.

Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.

3. Атмосферное давление – еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.

Всего выделено 7 зон. Экватор – зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт – область высокого давления. От 30° до 60° – опять низкое давление. А от 60° до полюсов – зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов – ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.

Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление – 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. – это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление – 748 мм рт.ст.

Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.

Строение атмосферы

Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.

• Тропосфера — самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах – на 10-12км, на полюсах – на 8-10 км.

Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.

• Тропопауза – переходный слой атмосферы. Его высота – от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой –65° C. А над экватором в любое время года держится –70° C.

• Стратосфера – это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе – ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация – на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.

• Стратопауза – невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.

• Мезосфера — верхняя граница этого слоя – 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.

В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.

• Мезопауза – следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.

• Термосфера — нижняя граница начинается на высоте 80 — 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.

• Ионосфера — объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.

Самый важный слой ионосферы – верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.

Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.

• Экзосфера – состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".

Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.

Источник: xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Состав и строение атмосферы

Строение атмосферы нашей планеты весьма непростое. Она включает в себя несколько слоёв, обладающих различными свойствами.

Различаются они между собой по содержанию элементов, массе, давлению, температуре и иным показателям. К примеру, на самый нижний слой, тропосферу, приходится порядка 80% массы всей атмосферы. А самой высокой температурой обладает термосфера (до 1200 °C).

Состоит атмосфера нашей планеты из некоторых газов и других веществ, таких как пыль, капельки воды, кусочки льда, продукты горения… Но двумя основными составляющими атмосферы являются азот (78% объёма) и кислород (21%).

Атмосферные явления

Наблюдая за атмосферой, можно рассчитывать изменения погоды и климата. Занимаются этим две науки — метеорология и климатология.

Расчёт происходит по многим параметрам, таким как атмосферное давление, влажность воздуха, температура, скорость ветра и т.д. Благодаря этому, с довольно высокой вероятностью, можно предсказать различные явления, формирующиеся в атмосфере: выпадение осадков, образование тумана, молнии, смерч и многое другое.

Свойства атмосферы Земли

Кислород в атмосфере содержится примерно до отметки в 115 километров над уровнем моря. Однако, высота в 5 километров является непреодолимой для большинства людей, так как именно на этой высоте появляется кислородное голодание (у нетренированных людей). А вот на высоте 9 километров дышать вообще почти невозможно.

На высоте всего лишь в 20 километров человек на открытом воздухе практически мгновенно умрёт. Это связано с тем, что давление кислорода постепенно падает с увеличением высоты, но давление углекислого газа и воды в наших лёгких почти не меняется. Из-за этого на высоте в 20 километров начинается кипение жидкости в организме (если вы не находитесь в герметичном салоне). Таковы особенности взаимодействия газов.

Чем выше от поверхности Земли — тем разреженнее становится воздух. На высоте около 100 километров уже не действуют привычные законы аэродинамики. Также на этой высоте становится невозможным распространение звуков.

На этой же высоте невозможно передавать тепло каким-либо способом, кроме теплового излучения. Перемешивание воздуха (конвекция), как это происходит в нижних слоях атмосферы, просто не осуществляется.

Атмосферные проблемы

В атмосфере Земли возникает множество проблем. Некоторые из них вызваны деятельностью человека, а некоторые — иными факторами. Так или иначе, эти проблемы могут оказать серьёзное влияние на жизнь людей.

К атмосферным проблемам относятся загрязнение воздуха, разрушение озонового слоя, глобальное потепление и иные…

Источник: naturae.ru

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощается атмосферой, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности земли в течение суток колебалась бы в интервале 200˚ С. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов.

В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она является средой, где распространяется звук. Из–за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружая Землю, вращается вместе с ней.

В тропосфере находится около 80 % всего атмосферного воздуха, где содержится почти весь водяной пар. Температура в тропосфере понижается с высотой со средним градиентом 0,6˚ С/100 м.

На границе тропосферы расположен относительно тонкий переходной слой – тропопауза. Затем следует стратосфера, верхняя граница которой проходит на высоте около 55 км. В этом слое температура воздуха повышается с градиентом 0,1 – 0,2˚ С/100 м, а у верхней границы достигает положительных значений. В стратосфере воздух также перемещается, его количество составляет около 19 % от всей массы атмосферы, содержание водяных паров очень мало. Стратосфера заканчивается стратопаузой.

Следующий слой атмосферы – мезосфера, заканчивающийся мезопауза. Выше находится термосфера, которую часто называют ионосферой, т.к. газы находятся здесь в ионном состоянии. Наиболее интенсивно процесс ионизации происходит в диапазоне высот от 60 – 80 до 220 – 400 км. Эти слои оказывают влияние на распространение радиоволн. Самая верхняя часть атмосферы – экзосфера.

Основной (по массе) компонент воздуха – азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09%. В газообразном состоянии азот инертен, а в соединениях в виде нитратов он играет важную роль в биологическом обмене веществ.

Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы – кислород. Он содержится в атмосфере в количестве около 20,94 %. Кислород поглощается животными в процессе дыхания и выделяется растениями как обычный продукт фотосинтеза.

Важная составляющая часть атмосферы – диоксид углерода (СО2), который составляет 0,03 % ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида углерода в атмосфере не остается постоянным. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане – 1,3·1014.

В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (СО). Инертных газов, таких как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон также немного. Из них больше всего аргона – 0,934 %. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.

В верхних слоях атмосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часто называют озоновым экраном. Озон играет большую роль в формировании температурного режима нижележащих слоев атмосферы и следовательно, воздушных течений. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше в средних и низких. Весной озона больше, чем осенью.

Озон является продуктом соединения молекулярного кислорода с атомарным, образующимся под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей.Общее содержание озона в атмосфере невелико – 2,1 %, но он отражает до 95 5 ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20 % инфракрасных излучений, озон повышает утепляющие действия атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обеспечивающих фотохимические реакции разрушения озона.

Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом, жидком и газообразном состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров происходит за 9 – 10 суток.

В атмосфере встречаются вещества и в ионном состоянии до нескольких десятков тысяч на 1 см воздуха.

Существующая в настоящее время атмосфера Земли является результатом многообразных географических и биологических процессов, которые продолжаются и в настоящее время.

Первичным источником энергии атмосферного тепла для Земли служит Солнце. Излучение Солнца эквивалентно излучению абсолютно черного тела с температурой около 6000˚ К с длиной волны 0,15 – 4 мкм. Поверхности Земли достигает малая доля энергии. Часть энергии отражается, а остальная поглощается, превращаясь в тепловую. Эта энергия вызывает конвективное движение в атмосфере. Так как 71 % поверхности Земли занято водой, поглощение солнечной энергии сопровождается испарением. Теплота, затраченная на испарение, освобождается в атмосфере, способствуя ее перемещению.

Неравномерность нагревания воздуха определяет горизонтальные перемещения в атмосфере из области высокого давления в область низкого, т.е. из холодных зон в теплые. Вращение Земли изменяет характер их движения. Кроме давления действует сила Кориолиса, возникающая от вращения Земли, которая зависит от скорости ветра, широты местности и угловой скорости.

Атмосфера неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Воздух, перемешиваясь над различными участками поверхности (материки, океаны, горы, леса, степи, пустыни), изменяет свои физические свойства, т.е. происходит трансформация воздуха. Поскольку воздух никогда не находится в полном покое, он трансформируется непрерывно. Особенно интенсивно физические свойства воздуха изменяются при его перемешивании из одних широт в другие – с суши к океану и наоборот.

Неодинаковые направления воздуха над различными участками поверхности Земли формируют теплые и холодные, устойчивые и неустойчивые массы воздуха. При горизонтальном перемешивании теплые и холодные воздушные потоки могут сближаться или удаляться друг от друга. При сближении объемов воздуха с различными физическими свойствами горизонтальные градиенты температуры, влажности, давления увеличиваются, скорость ветра возрастает. При удалении их друг от друга градиенты и скорость ветра уменьшаются.

Зоны, в которых происходит сближение масс воздуха, называют фронтами . Они непрерывно возникают и разрушаются. Ширина фронтальных зон относительно невелика, но в них концентрируются большие запасы энергии, образуются крупнейшие вихри – циклоны и антициклоны. Они в свою очередь оказывают большое влияние на рассеивание или большую концентрацию загрязнителей в атмосфере.

Источник: studopedia.ru