На состав и поведение атмосферы Земли оказывает сильное влияние экономическая и промышленная деятельность человека, вызывая ухудшение состояния окружающей среды, изменение климата и другие негативные явления.
Атмосфера Земли. Строение, слои. Облака
Атмосфера Земли — это внешняя оболочка, состоящая в основном из газов. Атмосфера планеты — это масса газов, которая движется вместе с Землей. Можно также сказать, что пространство имеет постепенный и плавный атмосферный поток.
Кстати, все крупные планеты нашей Солнечной системы имеют атмосферы, за исключением Меркурия.
Атмосфера Земли вместе с планетами вращается против часовой стрелки с запада на восток. Как и Земля, его вращение делает его эллиптическим, что означает, что на экваторе он толще, чем на полюсах. Источником энергии для процессов, происходящих в воздушной оболочке, является электромагнитное излучение солнца.
Значение атмосферы для жизни на Земле чрезвычайно важно, поскольку она защищает планету от столкновений с космическими телами и обеспечивает оптимальные условия для формирования и развития жизни.
Состав защитной оболочки:
- Азот – 78%.
- Кислород – 20,9%.
- Смесь прочих газов – 1,1% (озон, аргон, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, углекислый газ, водяные пары).
Газовая смесь выполняет важную функцию поглощения избыточной солнечной энергии. Состав атмосферы меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Например, на высоте 65 км атмосфера содержит 86% азота и только 19% кислорода.
Атмосфера Земли имеет условные границы
Различные науки и службы имеют свои методы классификации границ воздушной оболочки Земли.
- По предложению Международной авиационной федерации земная атмосфера и космос должны граничить на уровне слоя на расстоянии 100 км. Выше этой отметки самолёты летать не могут.
- В географии и других науках верхняя граница атмосферы принята условно на расстоянии в 1000-1200 км от поверхности Земли. Именно эта часть атмосферы Земли вращается вместе с планетой вокруг своей оси и вокруг Солнца, плавно переходя в космическое пространство на уровне экзосферы. Нижняя граница находится на поверхности планеты. Атмосфера связана с другими геосферами тепловлагообменном, её газы есть в почве, воде, в живых организмах.
- Для человека космос начинается уже на высоте в 19-20 км. Из-за низкого давления на этом уровне температура кипения воды сравнивается с температурой тела человека (36,6°С), что приводит к закипанию внутренней среды организма.
Cлои атмосферы Земли
Благодаря различным свойствам газов, слои атмосферы имеют свои уникальные характеристики и играют определенную роль в их взаимодействии с Землей.
Пять слоев, составляющих атмосферу Земли, следующие
Тропосфера
Это самый нижний слой атмосферы, толщиной 8-10 км на полюсах, 10-12 км в умеренных широтах и 16-18 км на экваторе.
Тропосферный воздух нагревается поверхностью Земли, т.е. почвой и водой. Температура воздуха в этом слое понижается в среднем на 0,6°C на каждые 100 м высоты. В верхней тропосфере температура достигает -55°C. В то же время в экваториальном регионе в верхней тропосфере температура составляет -70°C, а в арктическом регионе -65°C.
Около 80% атмосферной массы сосредоточено в тропосфере. В нем содержится почти весь водяной пар, бури, грозы, облака, осадки, а также вертикальное (приливное) и горизонтальное (ветровое) движение воздуха.
Погода формируется в основном в тропосфере.
Тропосфера — это первый основной слой. Он лежит на высоте 6-20 км (в зависимости от широты). Он ниже в полярных широтах и выше в тропических широтах). Как правило, летом тропосфера находится выше, чем зимой.
Свойства атмосферы
Воздушный щит защищает все живое от космических угроз. Ультрафиолетовые лучи солнца уничтожают все живое, но слой озона защищает нас от этого. Большинство входящих метеоритов сгорает в газовом слое. Этот слой поддерживает комфортную температуру земной коры. Лучи солнечного света отражаются от облаков, создавая парниковый эффект. Если бы его не было, климат был бы, по крайней мере, на 20 градусов холоднее. Благодаря атмосферной циркуляции воды мы имеем не только благоприятные климатические условия, но и богатое разнообразие минералов. Такого больше нет нигде во всей системе.
Вся газовая оболочка тянется на тысячи километров. Однако только газ, вращающийся вокруг оси планеты с той же скоростью, считается атмосферой. Его высота достигает около 1000 километров. Пограничной областью является экзосфера, которая плавно соединяется с космосом.
История развития
Хотя наш воздух кажется однородным, на самом деле он представляет собой смесь огромного количества газов. Если считать только те, которые составляют хотя бы один миллиметр от общего объема, то их 12. Если мы измерим их все, то обнаружим в воздухе все элементы периодической таблицы. Это разнообразие возникло не сразу — благодаря тому, что на Земле есть жизнь, атмосфера имеет очень сложную структуру.
Изначально Земля выглядела не так, как сегодня. Его газовая оболочка была настолько тонкой, что метеориты легко проникали сквозь нее. Его поверхность была покрыта круглыми озерами, образованными метеоритами.
4,3 миллиарда лет назад, как и атмосферы Юпитера и других газовых гигантов, оболочка состояла из водорода и гелия. Такой же состав обнаружен в туманности, которая когда-то создала Солнце и все планеты в его системе. Сегодня в атмосфере Земли содержится 0,00002% водорода и 0,0005% гелия. Многие соединения оказались скрытыми в недрах. Вулкан выбросил большое количество аммиака, метана и углекислого газа. Затем из аммиака и метана образуется азот, который в настоящее время составляет 78% от общего количества.
Однако ни одно явление не было столь решающим, как появление кислорода. Естественным образом он появился благодаря тому, что мантия выталкивала газообразные соединения, скопившиеся под корой. Существовал и другой тип образования: вулканы производили водяной пар, который под воздействием ультрафиолетового излучения распадался на водород и кислород. Однако этот кислород не мог оставаться надолго и вступал в реакцию со свободным железом, серой и другими веществами; эти реакции ускорялись под воздействием солнца. Если бы жизнь на Земле не развивалась, ситуация осталась бы прежней.
После зарождения жизни
Жизнь на Земле начала выделять большое количество кислорода, который окислял все на поверхности. Потребовались миллиарды лет, чтобы увеличить количество кислорода с 0% до 21% в атмосфере. В то же время организмы начали использовать углерод, содержащийся в атмосфере, — он был им необходим для построения скелета. В результате земная кора была покрыта обширным органическим материалом с гораздо меньшим содержанием углекислого газа.
Кислород вызвал голубой туман на нашей планете — на заднем плане он выглядит как голубая точка. Вот почему небо кажется голубым. Обилие кислорода позволило создать озоновый слой, который и по сей день защищает нас от солнечного света. Живые организмы способны эволюционировать, поэтому высокоразвитые организмы развились дальше бактерий и водорослей.
Благородные газы также присутствуют в атмосфере. Аргон является наиболее распространенным, составляя 0,9-1% от общего количества. Аргон образуется во время ядерных процессов в кишечнике Земли и появляется на поверхности через вулканические извержения и трещины в земной коре. Благородные газы поднимаются в верхние слои, а затем исчезают в просторах космоса.
Таким образом, структура газовой оболочки много раз менялась, но кое-что оставалось неизменным. Например, озоновый слой настолько стабилен, что уменьшение количества кислорода в 100 раз не заставит его покинуть эту точку.
На высоте 2000-3000 км экзосфера медленно сливается с межпланетной областью. Поэтому эту область часто называют «разрывом близости». В нем пространство заполнено разреженными частицами газа, в основном атомами водорода.
Характеристики зависят от высоты атмосферного корпуса. Параметрами, определяющими физико-химическое состояние атмосферы, являются плотность, давление, температура и состав воздуха. Например, плотность и влажность воздуха уменьшаются с высотой, как и атмосферное давление. На поверхности Земли атмосферное давление 760 мм рт. ст., плотность воздуха 1,2754 кг ⁄м³, относительная влажность 50% и температура 20°C считаются типичными и оптимальными для человека.
Воздушная сфера состоит из различных слоев, границы которых волнообразны. Существует разновидность, которая зависит от наличия заряженных частиц и состава газов (турбонаддув при гомосексуальном, гетеросексуальном), их воздействия на самолеты (плотные слои, пространство около Земли). Существуют также такие термины, как озоносфера (озоновый слой), нейтрофилы, ионосфера и радиационная зона, плотный слой, свободная атмосфера.
Слои атмосферы
Основная общепринятая классификация основана на тепловых свойствах каждой сферы. В зависимости от активности Земли и Солнца, температура в слоях может повышаться и понижаться в определенных границах. Переходный слой, известный как пауза, представляет собой стабилизирующий слой со стабильной температурной средой.
- Тропосфера (изменение) имеет самый насыщенный состав, слоем от 8 до 18 км, в зависимости от расположения, содержит 80% общей массы атмосферы и почти весь водяной пар. Она нагревается от поверхности Земли и постепенно охлаждается до -60°С. Здесь может существовать биосфера. Благодаря воздушным потокам образуются циклоны и антициклоны, облака и тучи, выпадают осадки, формируются погодные и климатические условия. Это рай для скайдайверов и предел высоты для гражданских самолетов. Цвет тропосферы – прозрачный с легкими туманными вкраплениями.
- Тропопауза – это переходная среда с температурой -55°С, отделяющий тропосферу от следующего слоя.
- Стратосфера (настил) составляет около 20% массы воздушной оболочки и распространяется на 15-50 км от поверхности Земли. Здесь находится озоновый слой (90% озона), защищающий нас от ультрафиолетовых лучей. Температура в стратосфере сперва доходит до -50°С, но достигая до озонового слоя, начинает повышаться до нулевой отметки. Здесь летают высотные боевые самолеты и метеозонды. Цвет стратосферы – голубой.
- Стратопауза – прослойка между слоями с температурой 0°С.
- Мезосфера (срединный) простирается до высоты 90 км и составляет 0,3% от общей массы атмосферы. Здесь сухо, температура понижается с 0 до -100°С, происходят сложные фотохимические процессы. В ней образуются ледяные облака, слабый серебристый блеск которых можно увидеть в сумерках. Именно с этой высоты можно наблюдать невероятную красоту нашей голубой планеты и яркое мерцание далеких звезд. Футуристические приключения космических дайверов также будут начинаться здесь. Это последний земной рубеж. Дальше атмосфера все больше растворяется в глубинах космоса. Цвет мезосферы насыщен темно-синими оттенками.
- Мезопауза – прослойка с т-рой 90°С.
- Линия Кармана находится на высоте 100 км от уровня моря, условная граница между Землей и космосом. Здесь становится невозможной аэродинамическая авиация из-за сильно разреженной среды и начинается простор для космонавтики.
- Термосфера (жаркий) имеет долю от общей массы 0,05%. В ней преобладает атомарный кислород и расположена она на высоте от 90 до 500-800 км. Температура слоя увеличивается до + 1200°С, но поскольку воздух разрежен, то физически жара не ощущается. В ней зарождаются полярные сияния и зарницы, происходит ионизация, расположена большая часть ионосферы. Здесь проходит низкая орбита Земли, по которой летают топографические, погодные, GPS-спутники и космические станции, рукотворный космический мусор (обломки ракет, нерабочие спутники и прочее) со скоростью 35 000 км в час.
- Термопауза – очередной переход между слоями с температурой почти 1000°С.
- Экзосфера (наружный) – это самый верхний слой, заполненный космической пылью и ближнекосмическим вакуумом из межпланетного газа. Он расположен на расстоянии выше 800 км от земной поверхности, простирающийся в космические дали на 10 000 км. Верхний слой экзосферы состоит из атомов водорода, способных покидать орбиту Земли и удаляться в открытый космос (сфера рассеяния). Здесь высокий уровень солнечной радиации и температура от 1200 до 2500°С. Отсюда начинается абсолютная космическая темнота и околоземное пространство.
Значение атмосферы для людей и планеты
Атмосфера Земли — это наша защитная оболочка и среда обитания. Благодаря «морю океанов», окружающему Землю, мы можем наслаждаться жизнью, дышать свежим воздухом и созерцать красоту Земли и неба. Он гарантирует стабильность погоды и климата и развитие всего живого. Благодаря атмосфере мы можем слышать звуки. Тропосферный воздух необходим для дыхания и химических реакций человека и животных.
Озоновый слой защищает планету от вредного ультрафиолетового излучения. Небольшие светящиеся тела (метеоры, обломки) притягиваются гравитацией и сгорают в атмосфере, не причиняя вреда или ущерба, в то время как катастрофические солнечные ветры теряют свою силу. Состояние атмосферы напрямую влияет на здоровье и процветание жителей Земли.
Следующий крупный слой — это стратосфера, которая находится на высоте от 11 до 50 километров. Условия на этом воздушном шаре постоянно меняются на высоте. Например, между 11 и 25 км температура не имеет большого значения. Выше 25 км (до 40 км) он внезапно повышается до 0 °C, а затем остается относительно стабильным.
Из чего ещё состоит атмосфера Земли
Помимо воздушного и подповерхностного территориальных слоев, выделяются ионосфера и нейтрофилы. Они различаются по своим электрическим свойствам. Как уже упоминалось, ионосфера в основном расположена в термосфере. Это связано с ионизацией воздуха.
Однако нейтральный вариант понятен не всем. Проще говоря, это нижняя часть атмосферного слоя. В нем преобладают незаряженные частицы Земли.
Атмосфера.
Кроме того, ученые определили две области атмосферного жилья вокруг нас.
1) гетеросексуальные, области, где гравитация влияет на газы. Таким образом, они слегка смешиваются друг с другом. Поэтому состав гетеросексуалов варьируется. 2) Nomimal — регионы под гетеросексуальными. Газы сильно перемешаны. Таким образом, состав является однородным.
Кроме того, в этих зонах существуют ограничения. Он называется Турбузуза. Эта зона простирается до высоты 120 км.
Как видите, атмосфера планеты Земля имеет очень интересную структуру. Хотя это совсем не сложно. Возможно, мы очень хорошо его изучили. Но в нашей Вселенной и природе всегда есть сюрпризы.
Атмосфера Земли простирается до 800 км над уровнем моря. Однако условное ограничение пространства, определенное ФАИ, распространяется на высоту 100 км над уровнем моря, известную как «Керманская линия».
Тропопауза
Он действует как промежуточный слой между тропосферой и стратосферой. На этом снижение температуры прекращается. Существование переходной сферы было обнаружено в 1902 году французским метеорологом Леоном де Буром.
Толщина изменений варьируется от нескольких сотен метров до нескольких километров. В некоторых местах имеются разрывы, а переходный слой повторяется.
Стратосфера
Следующий крупный слой — это стратосфера, которая находится на высоте от 11 до 50 километров. Условия на этом воздушном шаре постоянно меняются на высоте. Например, между 11 и 25 км температура не имеет большого значения. Выше 25 км (до 40 км) он внезапно повышается до 0 °C, а затем остается относительно стабильным.
В стратосфере находится озоновый слой, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения.
В отличие от тропосферы, местная среда более однородна. Водяного пара очень мало. Там есть озоновый слой. Его примерная высота колеблется от 15-20 до 55-60 км. Озон наиболее активен на высоте 30 км. Северное сияние, Зарница и другие световые явления происходят в стратосфере.
Интересный факт: Люди начали исследовать стратосферу в 1930-х годах. В 1931 году О. Пикар и П. Кипфер поднялись на 16,2 км на первом стратосферном аэростате FNRS-1. Вдохновленные этим достижением, советские исследователи построили свои собственные бараки. В 1933 году СССР-1 достиг высоты 19 км, установив новый рекорд.
Пограничный слой между мезосферой и стратосферой. По отношению к уровню моря лагерь расположен на высоте 50-55 км. Температура здесь 0°C. При понижении температуры начинается мезосфера. Другие планеты с атмосферами также имеют этот пограничный слой.
Мезосфера
Она начинается выше 50 км и заканчивается примерно на 80-90 км. Чем он выше, тем ниже температура. Самые низкие температуры вблизи следующего пограничного слоя составляют около -80°C.
Мезосфера состоит на 80% из азота и на 20% из кислорода. Метеориты, попадающие в это пространство, светятся и горят. Здесь также могут образовываться серебристые облака. Это очень редкое явление, которое возникает летом из-за низких температур.
