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