Атмосфера земли, ее структура и свойства

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 15Следующая ⇒

Земная атмосфера имеет выраженное слоистое строение и включает тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу, экзосферу и магнитосферу.

Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года. Слоистая структура - результат температурных изменений на разных высотах. Погода формируется в тропосфере (нижние примерно 10 км: около 6 км над полюсами и более 16 км над экватором). И верхняя граница тропософеры выше летом, чем зимой.

Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для нее характерно, что температура здесь с высотой падает в среднем на 0.6°/100 м (в отдельных случаях распределение температуры по вертикали варьирует в широких пределах). В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают почти все облака. Сильно развита здесь и турбулентность, особенно вблизи земной поверхности.

Высота, до которой простирается тропосфера, над каждым местом Земли и в разные сезоны года постоянно меняется и простирается над полюсами до высоты около 9км, над умеренными широтами до 10-12км и над экватором до 15-17км. Средняя годовая температура воздуха у земной поверхности около +26° на экваторе и около –23° на северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около –70°, над северным полюсом зимой около –65°, а летом около –45°.

Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха находится именно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и именно поэтому все облака образуются в пределах тропосферы. Температура уменьшается с высотой.

Солнечные лучи легко проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере: такие газы, как углекислый газ, метан а также пары воды удерживают тепло. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, называется парниковым эффектом (greenhouse effect). Именно потому, что источником тепла для атмосферы является Земля, температура воздуха с высотой уменьшается.

Над тропосферой до высоты 50-55км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой.

Граница между турбулентной тропосферой и спокойной стратосферой называется тропопауза (толщиной 1-2км). Здесь образуются быстро движущиеся ветры, называемые " реактивные потоки" ( jet streams)

Стратосфера очень важна для жизни на Земле, так именно в этом слое находится небольшое количество озона, которое поглощает сильное ультафиолетовое излучение, вредное для жизни. Поглощая ульрафиолетовое излучение, озон нагревает стратосферу.

Температуры в нижней стратосфере такие же как и на верхней границе тропосферы, т.е. температура воздуха в нижней стратосфере над экватором всегда очень низкая; притом летом много ниже, чем над полюсом.

Начиная с высоты около 25км, температура в стратосфере быстро растет с высотой. Достигнув на высоте около 40км значения около 273 К (почти 0°С), температура остаётся постоянной до высоты около 50км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры в стратопаузе имеет место максимум (около 0°C).

Вследствие возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала. Водяного пара в стратосфере очень мало, воздух сухой. На высотах 20-25км наблюдаются иногда в высоких широтах очень тонкие, так называемые перламутровые облака (nacreous or mother-of-perl). Днем они не видны, а ночью кажутся светящимися, так как освещаются солнцем, находящимся под горизонтом. Эти облака состоят из переохлажденных водяных капелек.

На высоте около 50км над Землей температура снова начинает падать, обозначая верхнюю границу стратосферы и начало следующего слоя – мезосферы, который простирается до высоты 80 - 90км. Мезосфера имеет самую холодную температуру в атмосфере: от -2 до - 138 градусов Цельсия. Вследствие быстрого падения температуры с высотой в мезосфере сильно развита турбулентность. На высотах, близких к верхней границе мезосферы (75-90км), наблюдаются самые высокие облака, также освещаемые солнцем в ночные часы, так называемые серебристые (noctilucent-светящиеся ночью). Наиболее вероятно, что они состоят из ледяных кристаллов. Переходный слой между мезосферой и термосферой называется мезопаузой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около –90°C).

Верхняя часть атмосферы, над мезосферой, характеризуется очень высокими температурами и потому носит название термосферы. В ней различаются две части: ионосфера (до 800 - 1000км), и лежащая над нею внешняя часть – экзосфера, переходящая в земную корону.

Воздух в ионосфере чрезвычайно разрежен. На высотах 300-750км его средняя плотность порядка 10⁸-10¹⁰ г/м³. Это на несколько порядков больше, чем содержание газов в межпланетном пространстве. Ионосфера характеризуется очень сильной степенью ионизации воздуха – содержание ионов здесь во много раз больше, чем в нижележащих слоях, несмотря на сильную общую разреженность воздуха. Эти ионы представляют собой в основном заряженные атомы кислорода, заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны.

В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по природе свечение ночного неба - постоянная люминесценция атмосферного воздуха, а также резкие колебания магнитного поля - ионосферные магнитные бури.

Ионизация в ионосфере обязана своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца. Ее поглощение молекулами атмосферных газов приводит к возникновению заряженных атомов и свободных электронов. Колебания магнитного поля в ионосфере и полярные сияния зависят от колебаний солнечной активности.

Температура растёт до высот 200-300км, где достигает значений порядка 1500°К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот.

Выше 800-1000км атмосфера переходит в экзосферу и далее постепенно в межпланетное пространство. Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велики, частицы могут вылетать из атмосферы в мировое пространство, " ускользать", рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния. Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы.

Недавно предполагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000км. Однако, наблюдения показали, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся более чем до 20 000 км.

Еще больше разреженности в магнитосфере, в состав которой входят пояса радиации. По последним данным протяженность магнитосферы составляет до 50 000 км. Эта высота принимается многими авторами за верхнюю границу земной атмосферы. Постоянное магнитное поле Земли создается потоками ионизированной массы в жидком ядре Земли (внутренними причинами) и составляет около 94% общего геомагнитного поля. На постоянное магнитное поле накладывается переменное магнитное поле, создаваемое внешними причинами; корпускулярными потоками солнечного излучения, состоящего из протонов, электронов, нейтронов и др. На переменное магнитное поле приходится около 6% общего геомагнитного поля.

Радиационные пояса геомагнитного поля имеют огромное значение, т.к. значительно ослабляют как корпускулярные, так и электромагнитные (в том числе ионизирующие) солнечные излучения, способствуя сохранению жизни на Земле.

Установлено также влияние геомагнитного поля на климат и погоду планеты, на состояние здоровья людей.

Таким образом, значение всех слоев атмосферы Земли жизненно необходимо, хотя изучены атмосферные слои в разной степени.

Наиболее исследованным является нижний приземной слой атмосферного воздуха, который является средой, от свойств которой непосредственно и в максимальной степени зависит жизнь человека на Земле.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒