Будова атмосфери Землі

Атмосфера – це газова оболонка Землі з аерозольними частинками, що містяться в ній, що рухаються разом із Землею у світовому просторі як єдине ціле і одночасно бере участь у обертанні Землі. На дні атмосфери здебільшого протікає наше життя.

Свої атмосфери мають майже всі планети нашої сонячної системи, але тільки земна атмосфера здатна підтримувати життя.

Коли 4,5 мільярда років тому формувалася наша планета, то, мабуть, вона була позбавлена ​​атмосфери. Атмосфера була сформована внаслідок вулканічних викидів водяної пари з домішками діоксиду вуглецю, азоту та інших хімічних речовин із надр молодої планети. Але атмосфера може містити в собі обмежену кількість вологи, тому її надлишок у результаті конденсації дав початок океанам. Але тоді атмосфера була позбавлена ​​кисню. Перші живі організми, що зародилися і розвинуті в океані, в результаті реакції фотосинтезу (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2 ) стали виділяти невеликі порції кисню, який став потрапляти в атмосферу.

Go-IT UA

Формування кисню у атмосфері Землі призвело до утворення озонового шару в висотах приблизно 8 – 30 км. І тим самим наша планета отримала захист від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання. Ця обставина послужила поштовхом подальшої еволюції життєвих форм Землі, т.к. внаслідок посилення фотосинтезу кількість кисню в атмосфері стала стрімко зростати, що сприяло формуванню та підтримці життєвих форм у тому числі і на суші.

Сьогодні наша атмосфера на 78,1% складається з азоту, на 21% із кисню, на 0,9% з аргону, на 0,04% із діоксиду вуглецю. Дуже малі частки проти основними газами становлять неон, гелій, метан, криптон.

На частки газу, які містяться у атмосфері, діє сила тяжіння Землі. А, враховуючи те, що повітря стискається, його щільність з висотою поступово зменшується, переходячи в космічний простір без чіткої межі. Половина всієї маси земної атмосфери зосереджена у нижніх 5 км, три чверті – у нижніх 10 км, дев’ять десятих – у нижніх 20 км. 99% маси атмосфери Землі зосереджено нижче висоти 30 км, а це лише 0,5% екваторіального радіусу нашої планети.

Go-IT UA

На рівні моря число атомів і молекул на кубічний сантиметр повітря становить близько 2* 1019 , на висоті 600 км всього 2* 107 . На рівні моря атом або молекула пролітає приблизно 7*10 -6см, перш ніж зіткнутися з іншою часткою. На висоті 600 км. ця відстань становить близько 10 км. І на рівні моря кожну секунду відбувається близько 7*10 9 таких зіткнень, на висоті 600 км – всього близько одного за хвилину!

Але не тільки тиск змінюється із висотою. Змінюється і температура. Так, наприклад, біля підніжжя високої гори може бути досить жарко, тоді як вершина гори вкрита снігом і температура там водночас нижча за нуль. А варто піднятися літаком на висоту приблизно 10–11 км, як можна почути повідомлення про те, що за бортом –50 градусів, тоді як біля поверхні землі градусів на 60–70 тепліше…

Спочатку вчені припускали, що температура з висотою зменшується доти, доки досягає абсолютного нуля (-273,16°C). Але це не так.

Go-IT UA

Атмосфера Землі складається із чотирьох шарів: тропосфера, стратосфера, мезосфера, іоносфера (термосфера). Такий поділ на шари прийнято виходячи з даних про зміну температури з висотою. Найнижчий шар, де температура повітря знижується з висотою, назвали тропосферою. Шар над тропосферою, де зниження температури припиняється, змінюється ізотермією і, нарешті, температура починає підвищуватися, назвали стратосферою. Шар над стратосферою, де температура знову стрімко падає – це мезосфера. І, нарешті, той шар, де знову починається зростання температури, назвали іоносферою чи термосферою.

Тропосфера простягається в середньому у нижніх 12 км. Саме у ній відбувається формування нашої погоди. Найвищі хмари (перисті) утворюються у верхніх шарах тропосфери. Температура тропосфері з висотою знижується адіабатично, тобто. зміна температури відбувається внаслідок зменшення тиску з висотою. Температурний профіль тропосфери багато в чому обумовлений сонячною радіацією, що надходить до поверхні Землі. В результаті нагрівання поверхні Землі Сонцем формуються конвективні та турбулентні потоки, спрямовані на верх, які формують погоду. Варто зауважити, що вплив підстилаючої поверхні на нижні шари тропосфери поширюється до висоти приблизно 1,5 км. Звісно, ​​крім гірських районів.

Верхньою межею тропосфери є тропопауза – ізотермічний шар. Згадайте характерний вид грозових хмар, вершина яких є «викидом» перистих хмар, званих «ковадлом». Ця «ковадла» таки «розтікається» під тропопаузою, т.к. через ізотермію висхідні потоки повітря значно слабшають, і хмара перестає розвиватися по вертикалі. Але в особливих, поодиноких випадках, вершини купово-дощових хмар можуть вторгатися в нижні шари стратосфери, долаючи тропопаузу.

Go-IT UA

Висота тропопаузи залежить від географічної широти. Так, на екваторі вона знаходиться на висоті приблизно 16 км і її температура становить близько –80°C. На полюсах тропопауза розташована нижче приблизно на висоті 8 км. Влітку її температура тут становить -40 ° C, і -60 ° C взимку. Т.ч., незважаючи на більш високі температури біля поверхні Землі, тропічна тропопауза набагато холодніша, ніж у полюсів.

Далі у стратосфері температура з висотою не знижується, а навпаки, зростає, поки не досягає в залежності від сезону і широти -30 ° C … + 20 ° C на висоті приблизно 48 км. Таке зростання температури обумовлено взаємодією ультрафіолетового випромінювання з озоновим шаром, який розташовується якраз у стратосфері. До речі, стратосфера впливає на погоду. Останнім часом з’явилися дослідження, які свідчать про зв’язок параметрів стратосфери з аномаліями приземної температури. Ймовірно, розвиток цих досліджень дозволить вченим розробити досконаліші та точніші методи довгострокового прогнозу температурних аномалій біля Землі (на 30–40 діб).

Варто додати, що у стратосфері різко зменшується кількість водяної пари, зате зростає вміст озону. Т.ч., формується очевидний контраст між вологою та бідною на озон тропосферою та сухою, зате багатою на озон стратосферою.

Go-IT UA

Незважаючи на сухість стратосфери, в холодну пору року у високих широтах у ній можуть утворюватися хмари на висотах від 17 до 30 км.

Стратосфера сягає приблизно 48 км над поверхнею нашої планети і разом із тропосферою становить 99,9% нашої атмосфери.

Верхньою межею стратосфери є стратопауза.

Go-IT UA

Над стратопаузою температура знову починає знижуватись. Цей шар називається мезосферою та розташований у середній атмосфері. У верхніх шарах мезосфери температура знижується до –90°C. У мезосфері народжується таке гарне світлове явище в атмосфері, як спалахи метеорів. Тому, спостерігаючи «падаючі зірки», пам’ятайте, що це явище ми бачимо у мезосфері. Також у верхніх шарах мезосфери формуються загадкові сріблясті хмари , які у північній півкулі Землі можна спостерігати короткими літніми ночами з травня до серпня над північним горизонтом. Закінчується мезосфера мезопаузою на висоті приблизно 85 км. У високих широтах температура мезопаузи змінюється від -120 ° C влітку до -50 ° взимку.

У літні місяці із збільшенням вертикальних температурних градієнтів у мезосфері над високими широтами, зокрема. через досягнення максимальної температури стратопаузи внаслідок максимального припливу сонячної радіації, формуються висхідні потоки, що призводять до утворення тонких хмар, званих сріблястими. Сріблясті хмари формуються у верхній мезосфері на висотах приблизно 80 км. над поверхнею Землі.

Верхній шар атмосфери називається іоносфера (термосфера). Тут температура знову починає зростати, причому до значних значень (до 500-1000 К залежно від сонячної активності). Добові коливання температури становлять сотні градусів! Але повітря тут настільки розряджене, що поняття «температури» в нашому розумінні тут мало що означає.

Go-IT UA

В іоносфері відбуваються такі чудові природні явища, як полярні сяйва.

Висота термопаузи, залежно від сонячної активності, змінюється від 200 до 500 км. Вище 500 км визначення температури є дуже складним завданням через крайню розрідженість цих верхніх меж земної атмосфери.

Go-IT UA