Атмосфера — воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней.

Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде.

Верхняя граница на высоте 1000-2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство.

Значение атмосферы

  1. Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.
  2. Если бы не было атмосферы, на Земле была бы такая же тишина, как на Луне. Ведь звук — это колебание частиц воздуха.
  3. Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живые организмы.
  4. Атмосфера удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться.
  5. Защита от метеоритов.
  6. Возможность выветривания горных пород.

Строение атмосферы

В атмосфере можно выделить несколько слоев, различающихся по температуре и плотности (рис. 1).

Рис. 1. Строение атмосферы Земли

Тропосфера

Тропосфера — самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы.

Тропосфера более всего пригодна для жизни. Здесь обитает большинство живых организмов Земли, включая людей.

Атмосфера вращается вместе с планетой, поэтому она так же сплюснута у полюсов. Верхняя граница тропосферы проходит на высоте 16-18 км над экватором, 10-12 км в умеренных широтах и 8-9 км над полюсами.

В тропосфере находится 80 % массы воздуха, почти весь водяной пар и примеси.

Здесь происходят горизонтальные и вертикальные движения воздуха, формируются облака, выпадают атмосферные осадки (дождь, снег и другие). Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере. Воздух нижнего слоя атмосферы нагревается от поверхности Земли, но при подъёме вверх температура воздуха понижается и достигает у верхней границы тропосферы −50 °С.

Стратосфера

Стратосфера — второй слой от поверхности Земли.

Стратосфера простирается до высоты 50-55 км.

Воздух здесь разрежён (20 % массы атмосферы), им невозможно дышать.

В стратосфере температура воздуха с подъёмом повышается и на верхней границе почти достигает 0 °С.

На высоте 20-25 км располагается озоновый слой. Этот слой служит своеобразным экраном, который защищает всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей. Но под действием продуктов сгорания топлива и фреонов озон разрушается, появляются озоновые дыры (например, над Антарктидой).

Выше 50-55 км располагаются верхние слои атмосферы — мезосфера, термосфера и экзосфера.

Плотность воздуха в этих слоях ничтожно мала. Здесь происходят удивительные явления природы: полярные сияния (свечение разрежённых газов) и метеоры (вспышки при сгорании в атмосфере метеорных тел). В экзосфере происходит ускользание в космическое пространство водорода, кислорода и гелия.

Мезосфера

Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км.

Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

Термосфера

На высоте 80 км начинается термосфера.

Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов. Для этого слоя характерна высокая наэлектризованность, и от него, как от зеркала, отражаются длинные и средние радиоволны.

В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

Экзосфера

Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км.

Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Состав атмосферы

Азот 78% (входит в состав белков).

Кислород 21%.

Другие газы 1%.

Углекислый газ 0,03%.

Кислород занимает пятую часть воздуха.

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно.

Роль

Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Таблица 1. Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности

Газ

Объемная концентрация. %

Молекулярная масса, ед.

Азот

78,084

28,0134

Кислород

20,9476

31,9988

Аргон

0,934

39,948

Углекислый газ

0.0314

44,00995

Неон

0,001818

20,179

Гелий

0,000524

4,0026

Метан

0,0002

16,04303

Криптон

0,000114

83,80

Водород

0,00005

2,01594

Закись азота

0,0000087

44,0128

Ксенон

от 0 до 0,00001

131,30

Двуокись серы

от 0 до 0,000007 летом;

от 0 до 0,000002 зимой

64,0628/47,9982

Озон

От 0 ло 0,000002

46,0055/17,03061

Двуокись азога

Следы

28,01055

Аммиак

Следы

Окись углерода

Следы

Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода — окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

Роль углекислого газа в атмосфере исключительно велика. Он поступает в атмосферу в результате процессов горения, дыхания живых организмов, гниения и представляет собой, прежде всего, основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе. Кроме этого, огромное значение имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаст так называемый парниковый эффект, о котором речь пойдет ниже.

Влияние на атмосферные процессы, особенно на тепловой режим стратосферы, оказывает и озон. Этот газ служит естественным поглотителем ультрафиолетового излучения Солнца, а поглощение солнечной радиации ведет к нагреванию воздуха. Средние месячные значения общего содержания озона в атмосфере изменяются в зависимости от широты местности и времени года в пределах 0,23-0,52 см (такова толщина слоя озона при наземных давлении и температуре). Наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсам и годовой ход с минимумом осенью и максимумом весной.

Характерным свойством атмосферы можно назвать то, что содержание основных газов (азота, кислорода, аргона) с высотой изменяется незначительно: на высоте 65 км в атмосфере содержание азота — 86 %, кислорода — 19, аргона — 0,91, на высоте же 95 км — азота 77, кислорода — 21,3, аргона — 0,82 %. Постоянство состава атмосферного воздуха по вертикали и по горизонтали поддерживается его перемешиванием.

Кроме газов, в воздухе содержатся водяной пар и твердые частицы. Последние могут иметь как естественное, так и искусственное (антропогенное) происхождение. Это цветочная пыльца, крохотные кристаллики соли, дорожная пыль, аэрозольные примеси. Когда в окно проникают солнечные лучи, их можно увидеть невооруженным глазом.

Особенно много твердых частиц в воздухе городов и крупных промышленных центров, где к аэрозолям добавляются выбросы вредных газов, их примесей, образующихся при сжигании топлива.

Концентрация аэрозолей в атмосфере определяет прозрачность воздуха, что сказывается на солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Наиболее крупные аэрозоли — ядра конденсации (от лат. condensatio — уплотнение, сгущение) — способствуют превращению водяного пара в водяные капли.