Более 80% земного воздуха сосредоточено на высотах до 10 – 15 километров, в так называемой «тропосфере». В тропосфере «делается» вся земная погода. Здесь происходит движение воздушных масс, которые в зависимости от их скорости могут быть ласковым бризом, а могут стать ужасным ураганом. Здесь происходит образование облаков, которые потом выпадают на землю снегом и проливаются дождем. В общем, самое интересное в земной погоде происходит здесь.

 Выше тропосферы, на высотах от 11 до 50 километров находится слой атмосферы, который называется стратосферой. Воздух здесь разрежен до такой степени, что без специального скафандра (высотного костюма) человеку не выжить. Во-первых, не хватит кислорода для дыхания. А во-вторых, при таком низком давлении кровь закипает при температуре человеческого тела. Это ведет к закупорке сосудов и к практически мгновенной смерти. Поэтому люди поднялись в стратосферу только в 1930-х годах. 27 мая 1931 года швейцарцы Огюст Пикар и Пауль Кипфер поднялись на высоту 16.2 км. Для этого они использовали воздушный шар, наполненный водородом, к которому была прикреплена специальная герметичная кабина, гондола. Аппарат этот назвали стратостатом.

 Не следует думать, что полет в стратосферу был веселой прогулкой. Стратостат наполняли легко воспламеняющимся газом водородом. Уже поэтому полет на этом аппарате называли «танго с пороховой бочкой». Конструкция гондолы тоже была не совершенна.

Стратонавтам в ней было холодно и не хватало кислорода для дыхания. Кстати, если кто-то думает, что кислород – газ безопасный, то он ошибается. Достаточно небольших остатков смазки на вентиле – и воспламенение неизбежно. Что такое пожар в легкой гондоле на высоте 16 км объяснять не надо. Смерть неизбежная и мучительная.

 О том, что полеты в стратосферу были настоящим подвигом, говорит и трагический полет советских стратонавтов. 30 января 1934 года в стратосферу поднялся советский стратостат «Осоавиахим-1» с тремя членами экипажа в гондоле. Стратостат поднялся на рекордную высоту в 22 км, но при спуске произошла катастрофа. Воздушный шар заледенел, гондола оторвалась на высоте в несколько километров. Экипаж погиб.

 Так что, как видим, изучение стратосферы началось относительно недавно. Что же выяснили ученые?

 Главным открытием, вероятно, следует считать открытие озонового слоя, который размещается в стратосфере на высоте от 15 – 20 (над полюсами) до 55 – 60 км (над экватором). Озон – это кислород, молекулы которого состоят не из 2, как обычно, а из 3 атомов. Озон образуется на высоте около 30 км в результате бомбардировки кислорода космическими лучами. Озоновый слой очень тонок, всего несколько миллиметров. Между тем, этой толщины достаточно для защиты земной поверхности от губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не озоновый слой, никакой жизни на нашей планете не существовало бы.

 Сумасшедшие фантасты то и дело придумывают апокалиптические сценарии. На высоту в 20 километров запускается ракета с контейнером водорода. Контейнер раскрывается, водород реагирует с озоном, образуя воду, которая тут же застывает на космическом холоде и градом осыпается вниз. А в это время внизу – уже мертвая пустыня. Все выжжено жестоким ультрафилетом. На безжизненную земную поверхность из стратосферы уже обрушивается растаявшая вода, смывая все остатки того, что мы называем (то есть, называли) жизнью.

 Все, конечно, не так просто и радостно, как излагается. Озоновый слой – спасибо космическому излучению – постоянно возобновляется. Одного баллона водорода для его уничтожения не хватит. Однако, и технические возможности человечества возрастают. Так что осторожность проявлять не мешает.

 В свое время ученые «подняли шум», когда обнаружили, что вещества, называемые «фреонами» и содержащие в своем составе фтор, бурно реагируют с озоном. Фреоны – газы, для человека безвредные, которые раньше широко использовались в холодильных установках и в баллончиках-распылителях. Но при производстве этих газов в промышленных масштабах и в массовых количествах их концентрация в атмосфере могло бы возрасти настолько, чтобы привела бы к уничтожению озонового слоя и инициировала тем самым всемирную катастрофу. Никому на земле не захотелось оказаться в положении цыпленка-табака на раскаленной сковородке. Поэтому фреоны, в настоящее время к использованию запрещены.

 Другую опасность для озонового слоя представляют космические корабли, которые при взлете «протыкают» в нем дыры. Конечно, дыры эти очень быстро затягиваются, однако над космодромами активность ультрафиолетовых лучей гораздо выше. И ясно почему.

 Стратосфера, таким образом, защищает жизнь на Земле. С другой стороны, это – дверь в открытый космос. Когда самолеты стали подниматься в стратосферу, летчики увидели и черное звездное небо днем, и отчетливую шарообразность земли.

 Собственно говоря, стратосферу и начали изучать, как будущее поле военных действий. Уже во время Первой мировой войны у немцев появились чрезвычайно мощные пушки. Одну из них называли «Толстой Бертой» по имени Берты фон Крупп, жены немецкого «стального короля», на заводах которого и были созданы могучие орудия.
и пушки позволяли обстреливать города и крепости противника очень мощными снарядами с очень большого расстояния, так сказать, из-за горизонта. Ни сама пушка, ни ее команда, тем, кого обстреливали, видна не была. Снаряды падали неизвестно откуда. В верхней части своей траектории эти снаряды уже поднимались в стратосферу, где плотность воздуха совсем другая, чем у поверхности земли. Поэтому уже имевшиеся артиллерийские таблицы для стрельбы с закрытых позиций (напоминавшие немного знаменитые таблицы Брадиса) уже не «работали», а для расчета новых таблиц следовало знать плотность воздуха на больших высотах. Так что одно из первых научных измерений, производимых стратонавтами, было измерение плотности воздуха и ее зависимость от высоты над Землей.

 Присматривались к стратосфере и летчики. Идеальное место для полетов бомбардировщиков! Снаряды от зениток на такую высоту не долетают. Да и не увидать с земли столь высоко летящий самолет. Так что если кто думает, что дальние перелеты, которые практиковались в СССР в 1930-х годах, делались только ради рекордов, он ошибается. Совершались эти полеты на дальних бомбардировщиках, типа АНТ которые делало в то время конструкторское бюро А.Н.Туполева, и на рекордных по тогдашним временам высотах. В полете летчики тепло одевались и пользовались кислородными масками. Но вот опасны ли на этих высотах космические лучи, никто не знал. Поэтому первые стратонавты производили также и измерение интенсивности космического излучения.

 В стратосферу стали запускать беспилотные воздушные шары-зонды. Они поднимались на высоты 40-50 километров, измеряли параметры атмосферы, после чего приборные отсеки отстреливались и спускались на землю.

 Благодаря исследованиям стратосферы в середине 1950-х годов, когда стали разрабатывать космические полеты, конструкторы и ученые уже имели представление о том, в каких условиях придется летать космическим кораблям и что угрожает их пилотам.

Опубликовано на сайте Топавтор

Полезные ссылки:

1. 15 октября 2012 года Феликс Баумгартнер совершил прыжок из стратосферы (с высоты 39 километров), преодолев при этом в свободном падении звуковой барьер.

Источник: eponim2008.livejournal.com

Строение стратосферы

Толщина этого атмосферного слоя составляет чуть менее четырёх десятков километров. Начинается он на высоте 11-18 км (зависит от того, на какой высоте заканчивается нижележащая тропопауза), а верхняя граница стратосферы расположена на высоте 50 км. Но объяснять постоянно это слишком долго, поэтому говорят, что стратосфера находится на высоте 11-50 км.

Свойства стратосферы

Из-за изменения состава воздуха и его характеристик по мере увеличения высоты, атмосферный слой разделён на две части — нижнюю и верхнюю. Их так и называют: нижний слой стратосферы (11-25 км) и верхний слой (25-50 км, его ещё именуют областью инверсии). Происходит так, потому что наибольшая концентрация озона находится как раз на высоте 25 км, но вообще говоря, озоновый слой простирается от 15 до 60 километров.
Температура воздуха в нижнем слое остаётся практически неизменной (около -56 °C), а вот верхний слой характерен резким потеплением. Уже к отметке 40 км над уровнем моря температура воздуха поднимается до 0 °C, но выше не растёт. Остаётся она таковой до самой границы атмосферного слоя. И даже стратопауза, которая расположена над стратосферой, также имеет нулевую температуру.

Интересно

Большинство современных самолётов летают на высоте около 20 километров, поскольку там наиболее подходящие и стабильные условия для полётов. Хотя предполагается, что с развитием авиации самолёты смогут подниматься на высоту до 30 км и находиться там продолжительное время. Только зачем? А вот желание поднять как можно выше в воздух метеозонды вполне понятно, ведь это необходимо для сбора метеоданных. Сейчас они летают на высоте 40 км, но иногда беспилотники поднимаются и до полусотни километров.

Из-за воздействия ультрафиолетового излучения на озоносферу, происходит множество химических и физических процессов. Их мы можем наблюдать в виде различных свечений атмосферы.

Источник: naturae.ru

Из чего состоит атмосфера Земли

Оказывается, атмосфера планеты Земля возникла благодаря двум факторам:

• падения космических объектов на поверхность нашей планеты. А точнее испарение веществ, из которых состоят эти тела;
• дегазация земной мантии. Проще говоря, газовые выделения, которые происходят при извержениях вулканов.

Однако, важную роль сыграло наличие воды, флоры и фауны на планете. Потому что всё это привело к появлению биосферы, а также изменению атмосферы.
По данным учёных, в состав атмосферы входят газы и разные примеси. Например, такие, как пыль, частицы воды, кристаллы льда, морские соли и продукты горения.

Атмосфера Земли и её строение

Безусловно, что окружающая нас газовая сфера является не просто тонким слоем воды и воздуха планеты. Это некое облачное одеяло. Оно укрывает и защищает нас от воздействия сил космоса. На данный момент, выделили определённые слои, из которых состоит атмосфера Земли. Ниже рассмотрим их подробнее.

Тропосфера

Это основной, к тому же, нижний слой воздушной оболочки. Вдобавок, в его составе более 80% общей массы воздуха, и примерно 90% всего водяного пара, который есть во всей атмосфере. С учётом географической широты верхняя граница данной окружной части может располагаться на высоте от 8 до 18 км.
Интересно, что в тропосфере ярко выражены конвекция и турбулентность. Более того, именно в этой части происходит образование облаков, создание циклонов и антициклонов. Также учёные отметили характерную особенность данного атмосферного слоя: чем выше — тем меньше температура воздуха.
Между прочим, нижняя зона тропосферы является пограничным слоем. По толщине он примерно 1-2 км. Как оказалось, он тесно связан с поверхностью нашей планеты. Действительно, в нём свойства и состояние земной сферы оказывают влияние на всю окружающую оболочку.

Тропопауза

Так называют переходную область между тропосферой и стратосферой. Проще говоря, плавное перевоплощение от одного к другому. Интересно, что здесь отмечается приостановка понижения температуры воздуха с повышением высоты.

Стратосфера как область атмосферы Земли

Данный атмосферный участок находится на высоте от 11 до 50 км. Важно, что именно тут лежит озоновый слой. А он, как известно, оберегает нас от ультрафиолетового излучения.
Сратосфера составляет примерно 20% общей массы земной оболочки.
Характерной особенностью является то, что в нижней части (11-25 км) наблюдается небольшое изменение температуры, а в верхней (25-40 км), наоборот, её активное повышение. К слову сказать, верхнюю часть называют областью инверсии.

Стратопауза

Что примечательно, на уровне 40 км температура равняется 00С, и сохраняется до 55 км. Эта территория носит название стратопауза. Между прочим, она представляет край стратосферы, и переход от неё к мезосфере.

Мезосфера

Собственно, она берёт своё начало на уровне 50 км. А верхняя граница её располагается на 80-90 км. По данным учёных, температура в мезосфере снижается с повышением высоты. Однако здесь протекает лучистый теплообмен. Кроме того, сложные фотохимические процессы порождают свечение атмосферы Земли.
Доля мезосферы относительно общей массы составляет не больше 0,3%.

Мезопауза

Это переходный участок от мезосферы до термосферы. Стоит отметить, что температурный фон минимальный (примерно -90°С).

Линия Кармана

На самом деле, это точка вершины над уровнем моря. К тому же, её принято принимать за границу участка от атмосферы Земли до самого космоса. Установлено, что линия Кармана лежит на высоте 100 км от уровня моря.

Атмосфера Земли и её термосфера

Можно сказать, что она является самым верхней границей воздушной зоны планеты (приблизительно 800 км). Но температура всей области разная. Например, до 200-300 км наблюдается её повышение до 1500 К, а после держится в одном значении.

Интересно, что на этом участке отмечают полярные сияния. По всей вероятности они появляются в результате ионизации воздуха. Которые, в свою очередь, возникают под действием радиации Солнца и космического излучения. Между прочим, главные и основные области ионосферы располагаются как раз здесь.
Кроме того, на высоте выше 300 км присутствует большое количество атомарного кислорода.
К удивлению, верхняя граница термосферы может изменяться в размерах. Это связано, главным образом, с солнечной активностью. Так, к примеру, в момент низкой активности происходит его уменьшение, и наоборот.
От общей атмосферной массы Земли на термосферу приходится чуть меньше 0,05%.

Термопауза

Собственно говоря, это область, которая расположена сверху от термосферы. Здесь наблюдается небольшое поглощение излучения Солнца. Притом установлено, что температура остаётся неизменной.

Экзосфера

По-другому её также называют сферой рассеяния. Более того, она является внешней частью термосферы. В данной зоне в вышей степени разреженный газ. По этой причине происходит утечка его элементов в космос.
На уровне 2000-3000 км экзосфера медленно сливается с межпланетной территорией. Поэтому часто этот участок называют ближнекосмическим вакуумом. В нём пространство заполнено редкими частицами газа, в основном атомами водорода.

Из чего ещё состоит атмосфера Земли

Помимо территориальных воздушных земельных слоев, различают ионосферу и нейтросферу. Они делятся по электрическим свойствам. Как уже было сказано, ионосфера преимущественно находится в термосфере. И связана она с ионизацией воздуха. Но что такое нейтросфера понятно не всем. Проще говоря, это нижняя часть атмосферного слоя. В ней преобладают незаряженные частицы воздуха Земли.

Более того, в окружающей нас воздушной оболочке, учёные выделили две области:
1) Гетеросфера — участок, где силы гравитации влияют на газы. Таким образом происходит их небольшое перемешивание. По этой причине состав гетеросферы переменный.
2) Гомосфера — область под гетеросферой, где отмечают сильно перемешанные газы. Поэтому состав однородный.
Вдобавок существует граница между этими зонами. Её называют турбопаузой. Её территория простирается на высоте 120 км.

Как видно, атмосфера планеты Земля довольно интересная по своей структуре. Хотя нельзя сказать, что прямо сложная. По всей вероятности, мы её довольно хорошо изучили. Но Вселенная и природа всегда преподносят нам сюрпризы.

Источник: kosmosgid.ru

Тропосфера

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

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

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

Стратопауза

Мезосфера

Мезопауза

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

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

 

Экзосфера (сфера рассеяния)

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

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

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

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

Источник: meteoinfo.ru

Расположение и высота от Земли

Эта атмосферная область размещается между нижележащей тропосферой и вышележащей мезосферой. Она начинается сразу после тропопаузы. Такая переходная часть отделяет тропосферу от стратосферы. Тропопауза размещается примерно в 10 км над полюсами Земли, постепенно повышаясь к экватору.

Контур нижней границы стратосферы напрямую зависит от расположенной под ней переходной части атмосферы. Тропопауза имеет неровные очертания. Это обусловлено зависимостью ее высоты от местонахождения сильных климатических явлений: над антициклонами она находится выше, а над циклонами — ниже. За тропопаузой, повторяя ее ломаные очертания, располагается слой стратосферы.

Эта часть строения атмосферы по высоте охватывает пространство между 11 км и 50 км от поверхности земного шара. Ее нижняя граница проходит в 11 км над Землей возле полюсов. По направлению к экватору она становится все выше и на 0° широты доходит до 18 км над поверхностью планеты. Верхняя граница слоя размещается на высоте 50-55 км над Землей.

Строение стратосферы

По своему устройству эта часть атмосферы включает 4 слоя. К ним относятся:

• нижняя часть;
• озоносфера;
• верхняя часть;
• стратопауза.

Общая высота этой области составляет около 40 километров. Нижняя часть занимает пространство от 11 до 25 км, а верхняя (она же — область инверсии) — от 25 до 50 км. Такое разделение напрямую связано с расположением озонового щита.

Слой из этого вещества распространяется на всю стратосферу и даже выходит за ее верхнюю границу. Озоносфера начинается на высоте 15-20 км. Заканчивается она в 55-60 км над Землей, т.е. уже в мезосфере. Образование озона осуществляется через фотохимические реакции или процесс взаимодействия кислорода с ультрафиолетом. Их наибольшая интенсивность зафиксирована на высоте 30 км. Но максимальная концентрация вещества размещается в 25 км над земным шаром. По этой причине стратосфера делится на 2 части на этом уровне.

Свойства и особенности

В состав стратосферы входит 90% озона от его общего содержания в атмосфере планеты Земля. Кроме этого вещества и кислорода она включает различные загрязнения. Но разреженных пылевидных частиц в ней вдвое меньше, чем сульфатных аэрозольных. По плотности воздух в этой части атмосферы в сотни раз уступает тому, который находится на уровне моря.

Озоновый слой, расположенный внутри этой области, служит щитом, защищающим планету от опасного радиоактивного излучения Солнца — ультрафиолета (УФ). Также этот своеобразный барьер является предельной границей биосферы, т.е. зоны обитания живых организмов. Условия выше него не подходят для чьего-либо существования. Поэтому жизнь есть только под озоносферой. Это значит, что по обитаемости стратосфера состоит из 2 частей. Нижняя (под озоновым щитом) населена живыми организмами. Верхняя, над ним — необитаема.

Несмотря на большое пространство, занимаемое озоносферой, общего количества вещества, собранного в отдельный сплошной слой вокруг планеты, при нормальном давлении хватило бы на создание щита толщиной 1,7-4 мм.

Стратосфера по своей структуре является более однородной, чем нижележащая тропосфера. Из-за характерного для газа снижения плотности с увеличением высоты коэффициент диэлектрической проницаемости в ней равняется 1. Поэтому стратосфера слабо влияет на радиоволновое распространение.

В этой области атмосферы задерживается преимущественная часть УФ-излучения. Там же преобразуется энергия его составляющих — коротких волн. Эти лучи обусловливают такие явления и реакции, как:

• ионизация;
• распад молекул (солнечная радиация запускает процесс их диссоциации на атомы);
• изменение магнитных полей;
• новообразование газов;
• возникновение химических соединений.

Такие процессы отражаются в форме различных небесных свечений — зарниц, северных сияний и т.д.

Для стратосферы свойственно мизерное содержание водяного пара. Как следствие, в ней практически полностью отсутствует облачность. Эта характеристика делает стратосферу подходящей областью атмосферы для совершения полетов, т.к. в ней стабильные условия. Большинство современных сверхзвуковых самолетов коммерческого и военного назначения летают в этой зоне на уровне 20 км над планетой.

Температурные колебания

В отличие от тропосферы, в стратосфере температура воздуха возрастает. В предшествующей ей тропопаузе этот показатель перестает снижаться с повышением высоты. Эта особенность сохраняется и в нижней части слоя стратосферы, размещающейся на высоте от 11 до 25 км. В этой области температура имеет практически неизменные значения.

В верхней части на высоте от 25 до 40 км происходит инверсия показателей. Там температура повышается от -56,5°C до +0,8°C. Воздух в этой атмосферной области прогревается только за счет того, что озон поглощает ультрафиолет.

На высоте 40 км температурные показатели воздуха доходят до 0°C (если точнее, то до +273 К). Это значение остается неизменным до 55 км над Землей, где кончается стратопауза, служащая границей, отделяющей стратосферу от мезосферы.

Источник: o-kosmose.ru