Быстрые ссылки
Смотря на фотографии Земли из космоса, планета выглядит как синий мрамор, с облачными узорами на её поверхности. Кажется, что атмосфера Земли невероятно тонка, нежно обвивая нашу планету.
На самом деле атмосфера состоит из нескольких слоёв, и некоторые учёные считают, что она простирается до середины Луны.
Слои атмосферы Земли
Легко представить атмосферу Земли как воздушный пузырь, охватывающий планету и резко обрывающийся на границе с космосом. На практике всё гораздо сложнее. Атмосфера нашей планеты состоит из слоёв, каждый из которых имеет свои уникальные свойства.
Тропосфера (5 – 9 миль в толщину)
Тропосфера — это слой, ближайший к поверхности Земли, и именно его мы, вероятно, имеем в виду, говоря об атмосфере. "Tropos" по-гречески означает "изменение", так что это буквально "сфера изменений", что точно отражает суть этого слоя. В нём происходят постоянные атмосферные явления, включая практически всё наше разнообразие климатов.
Несмотря на то что этот слой самый тонкий, в тропосфере содержится почти вся водяная пара нашей атмосферы. Если вы когда-нибудь задумывались, почему в самолёте всегда солнечно, это потому что вы покинули тропосферу с её облаками.
В тропосфере воздух становится разрежённым с увеличением высоты. С понижением давления температура падает, так что чем выше вы поднимаетесь в тропосфере, тем холоднее становится.
Стратосфера (высота 22 мили)
Фразы вроде "взлетаю в стратосферу" могут создавать впечатление, что это самый высокий уровень атмосферы, но на самом деле это второй слой от земли. "Stratum" по-латыни означает "слой", так что это буквально "сфера слоёв". Название происходит от температурных слоёв в этой зоне.
Озон в стратосфере поглощает солнечную энергию в виде ультрафиолетового излучения, которое затем излучается в виде тепла. В отличие от тропосферы, где температура падает с высотой, в стратосфере она стабильно повышается — от примерно -51 °C сразу над тропосферой до -15 °C на подходах к мезосфере.
Поскольку в стратосфере очень мало водяного пара, облаков здесь также немного, и они формируются только вдоль полюсов зимой. Ледяные кристаллы в этих полярных стратосферных облаках могут взаимодействовать с солнечным светом, создавая потрясающие цветовые волны, видимые с земли.
Мезосфера (высота 22 мили)
"Meso" по-гречески означает "середина", так что это буквально "средняя сфера". Несмотря на то, что мезосфера расположена между двумя другими слоями, она является самым холодным слоем атмосферы Земли: температура здесь может опуститься до -90 °C на самой верхней границе мезосферы. Это происходит, потому что плотность газа в мезосфере ниже, чем в двух нижних слоях, которые могут поглощать больше солнечной энергии. Однако мезосфера также не так сильно подвержена высокоэнергетическому солнечному излучению, как термосфера и экзосфера, находящиеся выше.
Как и в тропосфере, температура в мезосфере становится холоднее с высотой, поскольку воздух становится менее плотным, а озона становится меньше для поглощения ультрафиолетового излучения. Дополнительная причина холодов в мезосфере — углекислый газ, который вызывает нагревание в тропосфере, но охлаждает в мезосфере. Так же, как повышенные уровни углекислого газа вызывают резкое тепло в тропосфере, они вызывают резкое охлаждение мезосферы.
Мезосфера играет очень важную роль в нашей повседневной жизни: здесь сгорает большинство метеоров. Хотя воздух в мезосфере мал, его плотность достаточна для создания трения с любыми высокоскоростными метеорами или космическим мусором, попадающим в мезосферу, в то время как в термосфере они проходят в основном без повреждений.
Термосфера (высота 320 миль)
"Термосфера" по-гречески означает "сфера тепла". Здесь становится немного странно: это самый горячий слой атмосферы. Температура в термосфере увеличивается с высотой и может достигать 2500 °C в верхней части.
Эти температуры обусловлены поглощением высокоэнергетического солнечного излучения газовыми частицами в термосфере. Поскольку частиц очень мало, каждая из них поглощает большое количество энергии от Солнца. Однако если вы решите провести время в термосфере, вы не почувствуете этого тепла, так как воздух так сильно разрежён, что недостаточно частиц для передачи тепла вашему телу.
С уменьшением плотности термосферы увеличивается высота, и в верхних областях термосферы воздух настолько разрежён, что звук не передаётся. Классический научно-фантастический фильм 1979 года "Чужие" имел слоган "В космосе никто не услышит твой крик", и это также верно даже в некоторых частях атмосферы Земли.
Экзосфера (высота от 6200 до 120000 миль)
Верхний слой атмосферы называется экзосфера, что буквально означает "внешняя сфера". Это не только самый внешний слой атмосферы Земли, но и, безусловно, самый обширный, простирающийся как минимум на 6200 миль над термосферой, тогда как некоторые учёные считают верхней границей 120000 миль от поверхности Земли.
В экзосфере очень мало веществ. В основном это водород, с небольшими количествами гелия и другими газами, такими как кислород, азот и углекислый газ. Частицы распределены так разреженно, что они редко встречаются, и трудно определить, где заканчивается экзосфера и начинается вакуум космоса.
Ионосфера
Ионосфера — это "сфера ионов", хотя дословный перевод с греческого может звучать как "блуждающая сфера", что тоже очень подходит. Это связано с тем, что ионосфера не совсем слой атмосферы Земли; это область атмосферы, ионизированная солнечной радиацией.
Ионосфера охватывает всю термосферу, а также части мезосферы и экзосферы, и может сжиматься или расширяться в зависимости от количества солнечной радиации, которую она поглощает. Именно здесь в основном происходят северные сияния.
Ионосфера может быть полезна, поскольку она может отражать радиоволны, позволяя передавать радиосигналы в районы планеты, которые иначе были бы недоступны. Однако она также может задерживать или искажать сигналы GPS от спутников, поэтому эти системы должны корректировать задержки, вызванные ионосферой.
Из чего состоит атмосфера Земли?
Атмосфера Земли представляет собой смесь газов, удерживаемых на месте силой тяжести. Наибольшая доля — это азот, который составляет почти 80% атмосферы. Это инертный газ, поэтому он не склонен к взаимодействию с другими элементами.
Вторым по распространённости компонентом является кислород, который составляет около 20% смеси, а также присутствуют аргон, углекислый газ и водяной пар в значительно меньших количествах.
Состав газов меняется от слоя к слою, с тем, что стратосфера содержит область с высокой концентрацией озона, известную как озоновый слой, который жизненно важен для защиты жизни на Земле от вредного ультрафиолетового излучения солнца. В экзосфере атмосфера становится очень разрежённой и состоит преимущественно из водорода и гелия.
Где заканчивается атмосфера Земли и начинается космос?
Это более сложный вопрос, чем может показаться. Экзосфера становится менее плотной по мере удаления от поверхности Земли, но нет чёткой границы, где космос внезапно начинает.
Некоторые считают, что экзосфера простирается до примерно 6200 миль (10 000 км) над поверхностью Земли, в то время как другие ставят верхний предел на 120000 миль (190000 км), что практически половина расстояния до Луны. Это та точка, в которой давление солнечной радиации на водородные атомы превышает гравитационное притяжение Земли, что делает это теоретическим расстоянием, на котором эти атомы должны покинуть атмосферу.
Ещё одним ориентиром является линия Кármán. Это граница на высоте около 100 км над поверхностью, где атмосфера становится слишком разрежённой, чтобы поддерживать авиаполёт. Эта линия часто считается точкой, где начинается космос, хотя она находится далеко внутри экзосферы.
Почему атмосфера Земли важна?
Атмосфера Земли гораздо более сложна, чем мы можем себе представить. Некоторые определения даже предположительно расширяют её до Луны. Мы часто принимаем её как данное, но наша атмосфера выполняет множество ключевых функций для защиты жизни на нашей планете.
Озоновый слой в стратосфере защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения солнца. Без этого естественного защитника наша планета подвергалась бы высокому уровню УФ-излучения, что увеличивает риск онкологических заболеваний и наносит вред экосистемам.
Атмосфера также защищает нас от физических объектов из космоса; достаточно посмотреть на кратеры на поверхности Луны, чтобы увидеть, какую разницу создаёт отсутствие атмосферы.
Атмосфера Земли также удерживает тепло от солнечного света, известное как парниковый эффект, и без него Земля была бы значительно холоднее, что сделало бы её гораздо менее гостеприимной для жизни. К сожалению, выбросы, созданные человеком, усиливают этот эффект, что приводит к нагреванию тропосферы и охлаждению мезосферы с потенциально тяжелыми последствиями.
Однако самой важной функцией атмосферы является то, что она обеспечивает нас воздухом для дыхания. В ней содержится кислород, необходимый людям и животным, и углекислый газ, нужный растениям для фотосинтеза. Даже если бы мы могли выжить при высоком уровне ультрафиолетового излучения и метеорных дождей, без нашей атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна.
Мы редко задумываемся об атмосфере вокруг нас или о десятках миль воздуха над нами, которые защищают нас от суровых условий космоса. Вы можете представить атмосферу как тонкий пузырь воздуха вокруг Земли, где происходит вся наша погода, но на самом деле всё гораздо сложнее. Существует множество областей с резко различными свойствами, каждая из которых играет свою уникальную роль.
В следующий раз, когда увидите падающую звезду, возможно, стоит остановиться и подумать, что на самом деле это метеор, сгорающий в мезосфере. В следующий раз, когда вы будете в самолёте, наслаждаясь солнечными лучами над облаками, удивите своего соседа знанием о том, что вы находитесь в стратосфере, и что это совсем не самый верхний слой нашей атмосферы.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Вы также можете читать наши материалы в:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- Яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- Официальный сайт: https://www-genshin.ru
