Две предыдущие статьи на нашем канале:
были посвящены внутреннему строению нашей планеты, её структуре и составу. В нынешней же статье я предлагаю нашим читателям ближе познакомиться с атмосферой Земли - воздушным океаном, на дне которого мы все живём, воздухом которого мы дышим и который защищает нас, а также и все другие живые организмы Земли от неблагоприятного воздействия множества внешних факторов - от рентгеновского и ультрафиолетового солнечного излучения, от частиц космической пыли, метеороидов и большей части мелких метеоритов, от перегрева земной поверхности на солнечной стороне планеты и от переохлаждения на её теневой стороне, сохраняет влагу от испарения, а поверхность земли и воды - от остывания, действуя как тёплое "одеяло" благодаря создаваемому парниковому эффекту, а также уменьшает амплитуду суточных колебаний температуры. Прочитав этот достаточно короткий перечень, уже можно понять, насколько атмосфера и её разнообразные свойства важны для жизни как отдельного человека, так и человечества в целом, а также для существования, развития и функционирования практически всех видов земной биоты.
Итак, что же собой представляет атмосфера планеты Земля?
Атмосфера - это газовая оболочка, удерживаемая планетной
гравитацией, которая окружает планету Земля в тех границах, в которых газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое. Границы атмосферы: нижней границей является совокупность подстилающих поверхностей планеты Земля - т.е. почвенного покрова (педосферы), ледникового покрова (криосферы), и водного покрова (гидросферы), а верхней границей считается т.н. зона рассеяния (экзосфера), расположенная на расстоянии 600 - 1000 км (это расстояние зависит от солнечной активности) над уровнем моря, где очень разреженная атмосфера плавно переходит в межпланетное пространство; верхняя граница атмосферы и межпланетного пространства определена достаточно условно.
На протяжении всего периода существования Земли состав её атмосферы постоянно менялся - на начальных этапах атмосфера Земли состояла в основном из газов межзвёздного газопылевого облака - водорода и гелия, с абсолютным доминированием водорода (т.н. первичная атмосфера). С течением времени атмосфера Земли менялась под действием многих факторов - таких, как падение разнообразных космических тел на поверхность Земли, сопровождавшееся процессом испарения с их поверхности различных химических веществ; дегазация земной мантии посредством выделения газов при вулканических извержениях; после появления океанов в состав атмосферы вошёл такой компонент, как вода в газообразном состоянии (водяной пар); так образовалась т.н. вторичная атмосфера; а после возникновения жизни и формирования биосферы атмосфера Земли стала изменяться также за счёт газообмена с живыми организмами и продуктами их разложения, аккумулировавшимися в почвах, болотах, а также в донных осадках водоёмов, что привело к формированию т.н. третичной атмосферы современного типа. В настоящее время земная атмосфера имеет примерно следующий состав: азот составляет 78,08%, кислород - 20,95%, аргон - 0,94%, формируя 99,97% всей земной атмосферы, тогда как в оставшиеся 0,03% входят такие химические элементы и соединения, как инертные газы (гелий, неон, криптон, ксенон), углекислый газ, метан, пропан и некоторые другие; содержание водяного пара в атмосфере учитывается отдельно и обычно не превышает 3%.
Атмосферу принято стратифицировать на основании анализа изменений такого показателя, как температура, на 5 (пять) основных и 5 (пять) переходных/промежуточных слоёв, а именно:
0. Планетарный пограничный слой ("слой трения"; пеплосфера) - это самый нижний слой газовой оболочки планеты Земля, свойства и динамика которого определяются в значительной степени именно взаимодействием с подстилающей поверхностью нашей планеты - твёрдой (почва, ледники) или жидкой (океаны, моря, озёра, реки, и т.д.); ~ высота его колеблется от 100 м до 3 км в зависимости от местности и погодно-метеорологических условий; ~ именно в этом слое содержится большая часть имеющихся в атмосфере водяного пара, пыли, частиц соли, продуктов неполного сгорания органики, и т.п.; ~ является основной средой обитания для большинства живых организмов атмосферы;
I. Тропосфера - это самый нижний из основных слоёв земной атмосферы; ~ имеет среднюю высоту 12 км, которая варьирует от 8-9 км на географических полюсах Земли до 10-12 км - в умеренных широтах обоих полушарий, и до 16-18 км - на экваторе; ~ в тропосфере сосредоточен практически весь атмосферный водяной пар; ~ в нижней части тропосферы средняя температура воздуха составляет +15 градусов Цельсия, понижаясь в среднем на 0,65 градусов Цельсия при подъёме на каждые 100 м, в самой верхней части тропосферы достигая -63 градусов Цельсия; ~ большая часть атмосферных процессов, влияющих на формирование погоды - происходит именно в тропосфере; ~ вверху тропосфера граничит с тропопаузой - переходным атмосферным слоем, температура которого более высока, чем температура в лежащих ниже слоях тропосферы (явление т.н. температурной инверсии); ~ тропосфера - это та часть атмосферы, в которой могут летать вертолёты и винтовые самолёты; ~ на долю тропосферы приходится около 80% массы всей атмосферы;
1. Тропопауза - это переходный от тропосферы к стратосфере слой, в котором наблюдается прекращение снижения температуры с высотой; ~ располагается выше тропосферы, занимая пространство высотой от нескольких сотен метров до 2-3 км, сверху ограниченное нижней частью стратосферы;
II. Стратосфера - это слой атмосферы, расположенный на высоте от 12 км до 40 км; ~ характеризуется практически неизменной температурой -56,5 градусов Цельсия в нижнем слое (12 км - 25 км), и повышением её до значений выше нуля - до +0,8 градусов Цельсия в слое от 25 км до 40 км; ~ именно в стратосфере на высоте 15 км - 35 км находится т.н. озоновый слой - часть атмосферы с наибольшим содержанием озона (триоксигена) О3 - который поглощает около 99% ультрафиолетового солнечного излучения в диапазоне 280 - 315 нм - наиболее опасного для животных и человека; ~ нижняя граница озонового слоя является также верхней границей распространения жизни, т.е. границей биосферы; ~ также в стратосфере происходят и процессы ионизации, что мы можем наблюдать в виде таких явлений, как зарницы, полярные сияния, и другие свечения; ~ в стратосфере имеется достаточно мало водяного пара; ~ стратосфера - это та часть атмосферы, в которой могут летать реактивные самолёты; ~ на долю стратосферы приходится около 19,6% массы всей атмосферы;
2. Стратопауза - это переходный от стратосферы к мезосфере пограничный слой; ~ расположен на высотах 40 км - 55 км; ~ характеризуется постоянной температурой около 0 градусов Цельсия; ~ верхняя граница стратопаузы проходит там, где температура с высотой начинает понижаться, т.е. на высоте около 55 км над уровнем моря;
III. Мезосфера - это слой атмосферы, расположенный на высоте от 55 км до 85 км над у.м.; ~ характеризуется понижением температуры с увеличением высоты - с 0 градусов Цельсия на высоте 55 км и до -80 градусов Цельсия на верхней границе слоя - на высоте около 85 км; ~ в мезосфере почти отсутствует водяной пар; ~ для мезосферы характерно такое атмосферное электрическое явление, как красные спрайты - крупномасштабные электрические разряды холодной плазмы; мезосфера - это та часть атмосферы, в которой могут летать только ракетопланы (самолёты с ракетным двигателем); ~ на долю мезосферы приходится примерно 0,3% массы всей атмосферы;
3. Мезопауза - это переходный между мезосферой и термосферой пограничный слой; ~ расположен на высоте 85 км - 100 км; ~ мезопауза является зоной температурного минимума в сравнении как с лежащей ниже мезосферой, так и по сравнению с находящейся выше термосферой - температура в зоне мезопаузы составляет около -100 градусов Цельсия; ~ мезопауза является нижней границей области активного поглощения рентгеновского и коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца; ~ по верхней границе мезопаузы проходит т.н. линия Кармана - условная линия, используемая FAI/МФА (Международной Федерацией Аэронавтики) для разграничения зон преимущественного использования аэронавигационных летательных аппаратов и преимущественного использования астронавигационных (космических) летательных аппаратов; ~ мезопауза - это последний слой атмосферы, в котором имеется очень малое количество водяного пара, который выше мезопаузы отсутствует полностью;
IV. Термосфера - это слой атмосферы, расположенный на высоте от 100 км до 700 км; ~ характеризуется высокими температурами воздуха и их большими амплитудами в зависимости от степени солнечной активности (например, температура воздуха может составлять -75 градусов Цельсия на теневой стороне Земли, и за короткое время подняться до +1700 градусов Цельсия и выше на солнечной стороне); ~ причиной этого является поглощение высокоэнергетичного
ультрафиолетового излучения Солнца, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода; ~ основная область ионосферы находится именно в пределах термосферы, на высотах 150 км - 300 км над у.м.; ~ на высотах выше 300 км преобладает атомарный (молекулы кислорода расщеплены на атомы) кислород; ~ из-за крайней разреженности воздуха он не может нагревать физические тела, находящиеся в атмосфере - именно поэтому все пилотируемые орбитальные полёты проходят именно в термосфере на высотах от 200 км до 500 км, на этих же высотах находятся и постоянные орбиты обитаемых космических станций - МКС и Тяньгун, а также большое количество искусственных спутников Земли; ~ в термосфере наблюдаются полярные сияния; ~ на долю термосферы приходится не более 0,07% массы всей атмосферы;
4. Термопауза - это переходный между термосферой и экзосферой пограничный слой; ~ располагается на высотах до 800 км над у.м.; ~ высота расположения термопаузы зависит от времени года и от солнечной активности и может варьировать в пределах от 500 км до 800 км над у.м., смещая границы лежащей ниже термосферы; ~ температуры воздуха в зоне термопаузы изменяются в зависимости от времени суток и солнечной активности от +200 градусов Цельсия до +1800 градусов Цельсия; ~ температурные значения практически не меняются с высотой из-за незначительного поглощения солнечного излучения;
V. Экзосфера - это т.н. "зона рассеяния", самый внешний слой земной атмосферы; ~ располагается на высотах 600-800 км - 800-1000 км (в зависимости от солнечной активности); ~ состоит из ионизированного газа (плазмы); ~ в нижней части экзосферы отношение концентраций заряженных и нейтральных частиц приближается к 1, тогда как в верхней части экзосферы газ полностью ионизирован; ~ также нижняя и верхняя части экзосферы отличаются друг от друга и по составу газов (в нижней и средней частях преобладают кислород и азот, в верхней части преобладают ионизированные водород и гелий); ~ газ в экзосфере чрезвычайно разрежен, и оттуда идёт постоянная его утечка в межпланетное пространство (так, например, ежесекундно в межпланетное пространство утекает около 3 кг водорода, 50 г гелия и значительно меньшие количества других газов воздуха); ~ в экзосфере иногда происходят полярные сияния; ~ именно в экзосфере движется по орбитам вокруг Земли множество искусственных спутников Земли различного назначения; ~ на долю экзосферы приходится около 0,03% массы всей атмосферы Земли.
На основании электрических свойств вся атмосфера Земли делится на две части - нейтросферу и ионосферу. Нейтросфера - это нижняя часть атмосферы - планетарный пограничный слой; тропосфера; тропопауза; стратосфера; стратопауза - в которой электрически нейтральные (незаряженные) частицы воздуха преобладают над ионами (электрически заряженными частицами). Нейтросфера переходит в ионосферу на высоте примерно 50 км - 55 км. Ионосфера - это верхняя часть атмосферы Земли, в которой под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца от нейтральных атомов и молекул воздуха отщепляются электроны; атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов - приобретают положительный заряд, а свободный электрон может снова присоединиться к нейтральному атому или молекуле и наделить их своим отрицательным зарядом; такие положительно и отрицательно заряженные атомы или молекулы газов называются ионами, а газы с преобладанием электрически заряженных частиц - ионизированными газами; при большой концентрации ионов газы становятся электропроводными. В состав ионосферы входят: мезосфера; мезопауза; термосфера; часть термопаузы.
Атмосферные явления изучает наука метеорология. К атмосферным явлениям относятся: туманы; облака; осадки; ветры; различные оптические, звуковые, конвективные, электрические атмосферные явления; обо всех этих атмосферных явлениях мы со временем расскажем на нашем канале.
Спасибо за прочтение!
Если вам понравилась статья - жмите палец вверх, делитесь своими мыслями в комментариях и подписывайтесь на канал - будет интересно!
Читайте также:
и другие статьи на нашем канале.
Желаем вам приятного и познавательного чтения!
Если вы хотите поддержать автора, вы можете это сделать, нажав на ладонь с сердечком внизу справа. Спасибо!
