Слои земли воздушные: Атмосфера — воздушная оболочка Земли

Слои атмосферы

Атмосфера — воздушная оболочка Земли.

Если говорить не только о Земле, то атмосферу можно наблюдать и на других планетах. Так атмосферой, кроме нашей планеты, обладают Венера, Марс, спутник Сатурна Титан, планеты-газовые гиганты. Однако, атмосфера нашей планеты уникальна. Её уникальность заключается в том, что она включает в свой состав кислород. Тонким ореолом голубого цвета атмосфера окружает Землю. Этот цвет атмосфера, как и само небо над Землей, имеет именно из-за содержания в ней кислорода, который появился в атмосфере Земли, благодаря деятельности растений — процессу фотосинтеза. Без кислорода на нашей планете не может жить практически ни одно живое существо, поэтому роль атмосферы для Земли уже только поэтому огромна. Но атмосфера также выполняет и другие роли: в частности она защищает поверхность Земли от губительной солнечной радиации, а также защищает её от падения мелких небесных тел, которые сгорают в атмосфере, превращаясь в метеоры, не долетая до поверхности Земли.

Атмосфера нашей планеты состоит из пяти основных слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы. Тропосфера непосредственно находится над поверхностью Земли, в ней мы живем. В тропосфере образуются облака, происходят практически все погодные и климатические процессы. С высотой температура в тропосфере уменьшается. Далее за тропосферой идет стратосфера, в ней температура падает еще сильнее, воздух становится все более разреженным, именно здесь располагается озоновый слой, защищающий поверхность Земли от ультрафиолоетового излучения. Еще выше находится мезосфера. Её плотность уже недостаточна для запуска в ней летательных аппаратов — самолетов и аэростатов, но слишком велика для искусственных спутников, которые по большей части располагаются уже в термосфере. Термосфера состоит из отдельных ионов, движущихся с огромной скоростью, воздуха в привычном понимании там уже нет. Атмосфера Земли заканчивается экзосферой, постепенно переходящей в открытый космос.

Атмосфера Земли состоит из двух основных газов. На 78% она состоит из азота(N2) и на 21% — из кислорода (O2). Оставшийся 1% — это инертные газы, углекислый газ (CO2) и пары воды.

Урок 7. атмосфера. состав и строение — География — 6 класс

География, 6 класс

Урок 07. Атмосфера. Состав и строение

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке

1. Урок посвящён изучению воздушной оболочки Земли – атмосфере.
2. В ходе урока школьники познакомятся со строением атмосферы.
3. Узнают состав атмосферы.

Тезаурус

Атмосфера – воздушная оболочка Земли.

Тропосфера – нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8–10 км, в умеренных широтах до 10 – 12 км, а на экваторе – 18 – 19 км.

Стратосфера – слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км.

Озоновый слой – часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км, самый тонкий и лёгкий слой в атмосфере, защищает от ультрафиолетового излучения.

Основная и дополнительная литература по теме

1. География. 5 – 6 класс / А. И. Алексеев, В. В. Николина, Е. К. Липкина и др. – М.: Просвещение, 2019.
2. Сайт: Научно-популярная энциклопедия. Вода России. http://water-rf.ru/.
3. Сайт: География. https://geographyofrussia.com/mirovoj-okean-i-ego-chasti/.
4. Сайт: Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru.
5. Сайт: Издательство «Просвещение» www.prosv.ru.
6. Сайт: Российская версия международного проекта Сеть творческих учителей www.it-n.ru.
7. Сайт: Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru.
8. Сайт: Федерация Интернет-образования, сетевое объединение методистов www.som.fio.ru.
9. Сайт. Мир океана. http://www.seapeace.ru.
10. Сайт. Гидрометцентр России. https://meteoinfo.ru.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сегодня мы начинаем изучать новую оболочку Земли. Оболочку, которая защищает нашу планету от губительного влияния у три фиолетовых лучей и поступающих от солнца от летящих на землю метеоритов от перегревания и переохлаждения.

Воздушная оболочка Земли называется атмосферой. Сила притяжения Земли удерживает её вокруг себя и не даёт рассеяться в космосе. Воздух атмосферы – это смесь различных газов. Больше всего в составе воздуха азота и кислорода Кислород необходим человеку для жизни и хозяйственной деятельности. Чистый воздух самое главное условие жизни человека и всего живого. Атмосфера состоит из слоёв: тропосфера, стратосферы и ионосферы. Состав и свойства воздуха в них различаются.

Тропосфера – самый важный для человека нижний слой атмосферы. Выше находится стратосфера, которая переходит в верхние слои атмосферы. В нижней части стратосферы находится озоновый слой, где в небольших концентрациях содержится газ озон. Озоновый слой выполняет важную функцию задерживает ультрафиолетовые лучи.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Установите соответствие между явлением и его определением.

Варианты ответов:

Погода	Состояние атмосферы в данный момент в данном месте
Воздушные массы	Перемещение воздушных масс в горизонтальном направлении
Ветер	Большие объёмы примерно одинакового по свойствам воздуха тропосферы
Атмосферное давление	Вес столба воздуха от верхней границы атмосферы до земной поверхности

Правильный вариант ответа:

Погода	Состояние атмосферы в данный момент в данном месте
Воздушные массы	Большие объёмы примерно одинакового по свойствам воздуха тропосферы
Ветер	Перемещение воздушных масс в горизонтальном направлении
Атмосферное давление	Вес столба воздуха от верхней границы атмосферы до земной поверхности

Задание 2. Рассортируйте по группам.

Стратосфера	Мезосфера

Варианты ответов:

Расположена на высоте 20 – 50 км.

Здесь могут летать только ракеты.

Расположена на высоте 50 – 80 км.

Это промежуточный слой.

С высотой (20 – 30 км) происходит повышение температуры.

Правильный вариант:

Стратосфера	Мезосфера
Расположена на высоте 20 – 50 км Это промежуточный слой С высотой (20 – 30 км) происходит повышение температуры	Здесь могут летать только ракеты Расположена на высоте 50 – 80 км

Кто и что, где летает. Слои, ярусы, эшелоны, зоны (коридоры) — Статьи

Судя по огромному количеству вопросов к статьям о «наковальне» и облаках «хорошей погоды», я начала немного не с того. Исправляюсь. Поговорим о том, что и кто, где летает. Сразу оговорюсь, картинки на разных языках, но там ничего непонятного для думающего человека нет. А некоторые настолько меня развеселили, что я не смогла удержаться и не вставить их 😉

Как говаривал незабвенный Шрек, много у чего есть слои, в том числе и у нашей атмосферы. Мы помним (а может, и нет) из природоведения и географии, что где-то там у нас над головой есть какие-то …сферы и …паузы. Перечислять их не буду, на картинках это и без перевода понятно. Нужны нам по тем темам, что я описываю, тропосфера и стратосфера.

Что такое тропосфера

Самое интересное разворачивается в тропосфере, где-то примерно до уровня тропопаузы, а это от 8 до 18 км над уровнем моря. Почему такой большой разброс высот?

Тропосфера — это постоянно меняющееся под действием разных факторов пространство. Внутри нее всё кипит и бурлит, т.е. идёт нормальная жизнь.

А вот это тоже очень интересно. От греческого τροπος — поворот, изменение — тропосфера — это постоянно меняющееся под действием разных факторов пространство. Основные влияния на неё оказывают солнце, внутренние процессы земли и наша жизнедеятельность. Внутри тропосферы всё кипит и бурлит, т.е. идёт нормальная жизнь.

«Тропопауза — слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой; переходный слой от тропосферы к стратосфере. В земной атмосфере тропопауза расположена на высотах от 8—12 км (над уровнем моря) в полярных районах и до 16—18 км над экватором. Высота тропопаузы зависит также от времени года (летом тропопауза расположена выше, чем зимой) и циклонической деятельности (в циклонах она ниже, а в антициклонах — выше)»
(с) Википедия.

Когда пассажиры спрашивают, не холодно ли будет наверху, я заявляю: «Прохладнее от силы на пару градусов», т.к. мы летаем в пределах 300–500 м.

От земли до тропопаузы температура воздуха планомерно понижается на 0,5 – 1 градус Цельсия каждые 100м. (И когда меня перед полётом на воздушном шаре пассажиры спрашивают, не холодно ли будет наверху, я со всей ответственностью заявляю: «Прохладнее от силы на пару градусов». Так как мы летаем в пределах 300 – 500 метров).

Где и как живут облака

Начнём с облаков. Они живут в тропосфере (за редким исключением). Облака как раз и являются «продуктами жизнедеятельности» этого пространства.

Облака как раз
и являются «продуктами жизнедеятельности» тропосферы

Под действием солнца вода на земле «вскипает» и испаряется, крыши домов и вспаханные поля очень быстро прогреваются – рождаются пар и восходящие потоки воздуха. Запускаются процессы образования облаков и приземного ветра.

Для облаков в тропосфере тоже есть свои слои и называются они ярусы. Нижний, средний и верхний. Некоторые облака живут одновременно во всех, как наша любимая «наковальня». Но в основном облака имеют чётко определённые высоты своего пребывания и не заходят за их границы.

Если не сильно углубляться в подробности, то облака по ярусам будут делиться на капли воды в нижнем, льдинки, переохлажденные капли воды и снежинки в среднем и только льдинки в верхнем ярусе. Отсюда и их разная расцветка и плотность. Когда я буду рассказывать вам об облаках, я более подробно остановлюсь на каждом.

Воздушные суда. Кто, где и почему.

По сути у пространства, в котором перемещаются разного рода летательные аппараты, тоже есть слои. И они имеют более четкие границы. И обусловлены наличием кислорода. Чем более разряжен воздух, чем сложнее там «дышать», тем там холоднее и труднее двигаться.

До 3 – 4 километров дышать можно спокойно (за редким исключением). Ни сильных перепадов давления, ни сверхмощных потоков воздуха, ни больших перепадов температуры. До 3 – 4 км дышать можно спокойно;
на уровне тропопаузы до 10 – 12 к дышать можно условно: кислорода недостаточно для полноценного дыхания Вполне комфортно и, если подходить к полётам разумно, вполне безопасно. Там летает лёгкая и сверхлегкая авиация, открытые или негерметичные летательные аппараты – наши любимые воздушные шары и дирижабли, вертолёты, паралёты, планеры, парашютисты, «кукурузники» и пр.

Вот у этих летательных аппаратов и существуют коридоры и зоны, разрешённые для полётов. Воздушные суда, летающие из точки А в точку В, имеют «коридор» между этими точками. А летающие по воле ветра, пилотов-курсантов или пассажиров-туристов имеют строго ограниченные зоны.

На уровне тропопаузы до 10 – 12 километров дышать можно условно, т.е. кислорода, конечно, недостаточно для полноценного дыхания, а так же горения, но если его «взять с собой», то вполне можно выжить. И ещё есть за что «цепляться» винтам.

Лирическое отступление

Если обобщить всю «большую» авиацию, то она делится на винтомоторную и на реактивную. Это как с автомобилями передний/задний привод, либо тянет, либо толкает. В авиации винт тянет, а струя толкает. Соответственно пока атмосфера довольно плотная и есть за что «цепляться» винтам – летает винтомоторная авиация, как только воздух настолько разряжен, что «цепляться» не за что, мы используем реактивную тягу, которая «толкает» нас за счет выброса «рабочего вещества». Ну как Врунгель и шампанское – помните?

Для рейсовых, транспортных самолётов, «чартеров» придуманы эшелоны (регламент интервалов по высоте и расстоянию между судами)

Вот тут и летают рейсовые и транспортные самолёты, «чартеры». Для них-то и придуманы эшелоны, это строго регламентированные интервалы по высоте и расстоянию между находящимися в полёте воздушными судами с целью предотвращения опасного сближения и возможных аварийных ситуаций.

А ещё там летают всякие рекордсмены-парашютисты и планеристы — высотники.

Ну и наши бравые рекордсмены — воздухоплаватели. На фото — Леонид Тюхтяев и Станислав Федоров.

А дальше уже стратосфера. Ни дышать там невозможно, ни спастись от лютого холода. Туда забираются только метео- и радиозонды, да всякие реактивные самолёты.

(с) Грохольская Екатерина

Насколько опасен космический мусор? | Новости ООН

Как освоение космоса может улучшить жизнь на Земле? Это обсуждают сейчас участники Форума высокого уровня, проходящего в Дубае. Те же спутниковые технологии уже используются, например, с целью предупреждения о стихийных бедствиях, рационального использования воды, защиты культурных ценностей. Но космическим аппаратам и самим космонавтам, работающим в космосе угрожает опасность: космическое пространство превратилось в огромную мусорную валку. По данным специалистов НАСА, на орбите Земли находится более 23 тысяч фрагментов космических аппаратов размером более 10 сантиметров. А ведь даже миллиметровый осколок может нанести серьезный ущерб космическим объектам. Об угрозе космического мусора мы расспросили Председателя Постоянного комитета по статусу соглашений по космосу Международного института космического права, кандидата юридических наук Андрея Терехова.

*****

АТ: Космический мусор – это все то, что было запущено в космос человеком, но перестало приносить какую-либо пользу. По мнению некоторых экспертов, сейчас в космосе, в общем, находятся 300 тысяч или даже более объектов искусственного происхождения общей массой, примерно, пять тысяч тонн. Что интересно, только примерно 5 процентов от этих объектов, от этой массы не являются мусором, т.е. 95 процентов – это космический мусор.

НТ: В последнее время много говорят о том, что космический мусор представляет реальную угрозу для человечества на Земле и в космосе. Вы согласны?

АТ: Короткий ответ – да, согласен. Хотя следует понимать, что ту опасность, которую представляет космический мусор, следует различать. Для поверхности Земли, для людей, проживающих на Земле, для наземных объектов такая опасность не очень велика, поскольку, к счастью, Земля окружена атмосферой, и воздух, воздушные пространства представляют собой прекрасную защиту от космического мусора. Подавляющее большинство космических объектов, отслуживших свой срок и сошедших с орбиты, а также их фрагментов, обломков сгорает при входе в плотные слои атмосферы и поэтому не достигают поверхности Земли. Как многие слушатели знают, крупные объекты, например, вышедшие из употребления космические станции, нередко достигают Земли при возвращении. Они возвращаются чаще всего не в сохраненном состоянии, а в качестве обломков, больших или поменьше. Чаще всего падают в океан, поскольку большая часть земного шара представляет собой водную поверхность. Что же касается космоса, то здесь гораздо более серьезная и все более усугубляющая проблема. Необходимо помнить, что объекты, находящиеся в космосе, двигаются с огромной скоростью. Первая космическая скорость – это почти 8 км в секунду. Достижение этой скорости позволяет объекту находиться на орбите Земли и не падать стремительно на землю под силой притяжения. Ну и следует понимать, что объект, перемещающийся с такой огромной скоростью, может нанести серьезный ущерб в том случае, если он столкнется с действующим объектом или, не дай бог, с космическим аппаратом с космонавтами на борту.

Надо отметить, что такие случаи бывали. В 1983 году маленькая песчинка примерно всего в 0,2 мм в диаметре оставила серьезную трещину на иллюминаторе американского шаттла. Всего, по подсчетам специалистов, за время полетов космических кораблей многоразового использования, т.е. шаттлов, было обнаружено более 170 следов от столкновения на иллюминаторах. И потребовалось более 70 замен таких иллюминаторов. В 1996 году на высоте около 660 км французский спутник столкнулся с обломком третьей ступени французской же ракеты «Ариан». В 2006 году в марте произошла авария спутника «Экспресс-АМ11». И, как считается, эта авария, когда он потерял ориентацию и начал неконтролируемое вращение, произошла в результате столкновения с кусочком космического мусора. 10 февраля 2009 года коммерческий спутник американской компании «Иридиум» столкнулся с военным российским спутником «Космос-2251». Есть немало других случаев, в которых точно не установлено, что причиной аварии космического аппарата стало столкновение с космическим мусором, но я припоминаю случай с советским спутником «Космос-954», который в 1978 году неожиданно вышел из строя и его обломки упали в Канаде.

О нас | АОПА-Россия. Межрегиональная Общественная организация пилотов и граждан владельцев воздушных судов.

Опубликовано: 20/06/2014

О Нас

АОПА-Россия (РАОПА) является самостоятельной Межрегиональной общественной организацией входящей в состав международного совета АОПА и ставящей перед собой цели по защите и поддержки членов организации в борьбе за право свободного и безопасного использования воздушного пространства Российской Федерации. А также предоставления возможностей международной AOPA в России и за границей.

История создания РАОПА

1 апреля 1998 года Министерством юстиции РФ официально зарегистрирована РАОПА — Межрегиональная общественная организация пилотов и граждан-владельцев воздушных судов.

В России появилась организация, призванная объединить в своих рядах всех энтузиастов авиации общего назначения (АОН), представлять их интересы на национальном и международном уровнях, в законодательных и исполнительных органах. РАОПА должна стать организацией, обращенной лицом к своим членам, вся деятельность которой направлена на реальную поддержку субъектов АОН. Успех организации будет измеряться прогрессом малой авиации в России.

Международный фонд авиационной безопасности принимал активное участие в создании российской АОПА. Проведенный 10-12 февраля 1998 года в Москве международный семинар «Развитие авиации общего назначения в России, опыт национальных ассоциаций владельцев воздушных судов и частных пилотов» во многом способствовал созданию АОПА в России.

Цели и задачи

Основная цель деятельности “РАОПА”, закрепленная в ее уставе — удовлетворение и защита законных общих интересов и прав своих членов, содействие разработки и реализации комплекса мер, направленных на защиту прав и экономических интересов Авиации Общего Назначения в России.

Направления деятельности

1. 1. Юридические консультации для пилотов.
   • Помощь в «тупиковых» ситуациях при регистрации, сертификации, выполнении полётов. Взаимодействие с органами гос. власти.
2. 2. Законотворческая деятельность.
   • Лоббирование интересов авиаторов при написании авиационного законодательства. Выпуск разъяснений и комментарий к действующему авиационному законодательству.
3. 3. Информационно-печатное издание.
   • Периодика. Сотрудничество с авиационными издательствами — «Авиация Общего Назначения», «AeroJetStyle».
4. 4. Популяризация АОН.
   • Приобщение к жизни АОН новых участников. Разъяснение безопасности и общественной пользы АОН через СМИ.
5. 5. Привлечение членов и участников.
   • Создание организованного и хорошо информированного сообщества авиаторов в России, успешно реализующих и отстаивающих свои права.

Как двое британцев в XIX веке чуть не улетели в космос

• Дэвид Робсон
• BBC Future

10 мая 2016

Автор фото, Getty

Обозреватель ВВС Future рассказывает историю одного из самых дерзких полетов за всю историю человечества. Смельчаки лишь чудом избежали смерти в верхних слоях атмосферы.

…Смерть голубей должна была насторожить Джеймса Глейшера. 5 сентября 1862 года британский ученый предпринял один из своих первых полетов на воздушном шаре. Помимо компаса, термометров и нескольких бутылок бренди он решил прихватить с собой шесть птиц.

«Одна была выброшена за борт на высоте три мили (около 5 км — Прим. переводчика), — писал он позднее. — Раскрыв крылья, она полетела к земле как лист бумаги; вторая, выпущенная на высоте четыре мили (около 6,5 км), стремительно закружилась, против своей воли ныряя все глубже; третья была освобождена из клетки между четырьмя и пятью милями (около 8 км) и камнем рухнула вниз».

Едва успев записать свои наблюдения, Глейшер и сам почувствовал недомогание. Его рука, покоившаяся на столе, отказывалась ему повиноваться.

Встревоженный ученый попытался позвать своего напарника — аэронавта Генри Коксвелла, но слова застряли у него в горле, а голова беспомощно свесилась набок.

Глейшер понял, что это конец. «Мгновение спустя я погрузился во тьму… Я подумал, что это будет последнее ощущение в моей жизни, потому что если мы быстро не спустимся, то погибнем».

Однако судьба смилостивилась над Коксвеллом и Глейшером, и им чудом удалось спастись.

Если бы не везение, шар отнесло бы на край атмосферы, где отважных воздухоплавателей ждала неминуемая смерть.

Этот случай вошел в историю авиации как один из самых опасных полетов и, может быть, даже как первая попытка человека подняться в космос.

Воздушный океан

Глейшер начал грезить полетами, когда исследовал Ирландию и наносил на карту очертания ее самых высоких гор.

«Часто я чувствовал непреодолимое желание подольше задержаться над облаками или внутри них, — писал ученый. — Так я стал исследовать цвета неба, нежные оттенки облаков, движение туманных масс, форму кристаллов снега».

Его интерес к облакам только возрос, когда он продолжил свои исследования в Кембриджской и Гринвичской обсерваториях на востоке Англии.

«Часто, когда звезды внезапно скрывались из виду за облаками, я задумывался над причиной стремительного образования этих облаков и над происходящими вокруг них процессами».

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Когда Глейшер выпустил голубей из корзины, они камнем рухнули вниз

С тех пор как в конце XVIII века французы братья Робер соорудили первый воздушный шар, наполненный водородом, управлять которым они пытались с помощью весел и зонтов, воздухоплавание продвинулось вперед и все чаще стало привлекать внимание таких ученых, как Глейшер.

В отличие от нынешних воздушных шаров, наполненных горячим воздухом, их шары взлетали благодаря легкому газу, например, водороду. Аэронавты, по выражению Глейшера, могли взмывать ввысь «так же легко, как поднимается пар… благодаря заключенному в шар газу».

Для взлета из корзины высыпали песок, а для спуска открывали клапан, чтобы выпустить из шара немного газа.

Приблизившись к земле на достаточное расстояние, аэронавты бросали якорь, «который цеплялся за дерево или изгородь, чтобы шар не тащило над землей», как описал этот процесс Джон Бейкер, архивариус Британского музея воздухоплавания, где работает библиотека.

Обычно аэронавты старались держаться в пределах видимости с земли, но Глейшеру хотелось подняться выше, чтобы изучить «воздушный океан», открывающий «безграничное пространство для исследований».

Убедив Британскую ассоциацию содействия науке профинансировать его путешествия, Глейшер вместе с опытным аэронавтом Генри Коксвеллом отправился навстречу неизведанному.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Глейшер и Коксвелл хотели изучить таинственные атмосферные факторы, управляющие погодой

Будучи типичными британцами, главный предмет заботы которых — погода за окном, отважные воздухоплаватели собирались выяснить, какие атмосферные факторы влияют на метеорологическую обстановку на земле. «Он [Глейшер] потратил массу времени на сооружение подходящего аппарата», — рассказывает Бейкер.

Сначала не все шло гладко, но утром 17 июля 1862 года в 9 часов 43 минуты Глейшер с Коксвеллом начали свой первый полет из города Вулвергемптона, что в Центральной Англии.

Через 12 минут после взлета они поднялись над облаками.

Под жаркими лучами солнца огромный шар, внутри которого находилось 2500 кубометров газа, принял форму почти идеальной сферы. Небо при этом, как отметил ученый, окрасилось в цвет «густой берлинской лазури».

Сегодня, когда авиаперелеты доступны для всех и не слишком дороги, нам трудно в полной мере оценить романтику подъема над землей на несколько километров.

Но тогда, в 1862 году, Глейшер был одним из немногих, кто видел мир сверху, и его вдохновенные описания позволяют нам посмотреть на землю с высоты свежим взглядом.

Исследователь рассказывает о «непревзойденной красоте» облаков, «временами образующих бесконечно разнообразные и величественные гряды». Тень шара на облаках внизу была «словно окружена венцом, переливающимся всеми цветами радуги».

Последующие полеты ученого осуществлялись от Хрустального дворца в южном Лондоне (ныне парк Кристал Пэлас), что позволило насладиться уникальными видами британской столицы.

«Подсвеченные стрелки вестминстерских часов (имеется в виду Биг-Бен — Прим. переводчика) казались двумя тусклыми полумесяцами, — писал Глейшер, — а улица Коммершл-Роуд представляла собой полосу ярких огней».

Восхищенный исследователь даже сравнил эту оживленную дорогу, соединяющую лондонский Сити с доками в восточной части Лондона, с Млечным путем в ясную темную ночь.

«Насколько хватало глаз, все вокруг было будто покрыто золотистой пылью, и эти крошечные светящиеся точки представлялись сияющими звездами».

Тот самый сентябрьский полет, чуть не ставший для аэронавтов роковым, начинался вполне удачно. Шар снова стартовал из Вулвергемптона.

«Поток яркого солнечного света лился на нас с безоблачного синего неба, а под нами простиралось великолепное море облаков, поверхность которого бугрилась холмами, пригорками и горными грядами, увенчанными множеством белоснежных хохолков».

Но когда они поднялись над землей выше, чем на восемь километров, температура упала ниже -20°C, и Глейшер почувствовал, что зрение у него затуманилось. «Я не мог разглядеть ни тонкий столбик ртути влажного термометра, ни стрелки часов, ни деления шкалы на инструментах».

Очевидно, надо было спускаться, но шнур, соединенный с клапаном воздушного шара, запутался в стропах.

Чтобы освободить его, Коксвеллу пришлось вылезти из корзины, и пока он с риском для жизни карабкался по снастям, Глейшер постепенно терял сознание.

Забравшись на подвесной обруч, к которому крепились стропы воздушного шара, Коксвелл тоже почувствовал, что руки и ноги перестают его слушаться.

Понимая, что его жизнь в опасности, аэронавт ухватил конец клапанной веревки зубами и несколько раз дернул головой. К его неописуемому облегчению, клапан открылся, и шар начал снижаться.

Очнувшись, Глейшер услышал неясное бормотание Коксвелла. «Я был без чувств», — понял ученый, но, не теряя времени, вернулся к своим экспериментам.

«Вытянув ноги, я схватил карандаш и начал записывать свои наблюдения», — вспоминает он в своей книге «Путешествия по воздуху».

К моменту приземления из голубей остался только один. Он был, по-видимому, настолько напуган пережитым, что еще минут пятнадцать цеплялся за руку Глейшера, прежде чем взлететь.

По оценкам аэронавтов, их шар поднялся на высоту 11 километров — это был рекорд для управляемых полетов того времени.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Глейшера продолжали вдохновлять полеты воздухоплавателей из континентальной части Европы — некоторые из них поднялись над облаками и наблюдали метеорный поток Леониды

Ни Глейшер, ни Коксвелл не смогли до конца понять причину своего недомогания. Наверняка плохому самочувствию способствовали холод и недостаток кислорода, но, как говорится в статье, опубликованной недавно в американском научном журнале Neurology, возможно, у аэронавтов случился приступ кессонной болезни, которая возникает у ныряльщиков, если они слишком быстро всплывают на поверхность.

Из-за снижения давления во время стремительного подъема в кровь в виде пузырьков выделяются такие газы, как азот и кислород, которые разрущают стенки клеток и кровеносных сосудов, блокируя кровоток, что может привести к параличу и смерти.

Впрочем, Глейшер стоически заявил, что вышел из этой переделки живым и невредимым: «Никаких неудобств после своего обморока я не испытывал».

Ученый совершил еще 21 полет и записал свои наблюдения, которые сыграли ключевую роль в изучении погодных явлений — так, он обнаружил, как формируются дождевые капли, собирая влагу по пути на землю, и заметил, что скорость ветра меняется при подъеме или спуске в атмосфере.

«Однажды они взлетели, когда на поверхности земли не было ветра, но при этом пролетели 120 миль (190 километров), и это доказывает, что скорость ветра различается в зависимости от высоты», — поясняет Бейкер.

Сегодня подобные измерения выполняются с помощью беспилотных воздушных шаров метеослужбы, хотя некоторые сорвиголовы по-прежнему пускаются в безрассудные полеты на воздушных шарах.

К примеру, австриец Феликс Баумгартнер поднялся на шаре, наполненном гелием, на высоту 39 километров и совершил свой знаменитый «прыжок из космоса».

Некоторые даже утверждают, что в будущем воздушные шары станут самым популярным транспортом космических туристов.

Испанская компания Zero2Infinity, консультантом которой выступает астронавт Национального управления США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА) Майкл Лопес-Алегриа, планирует организовать полет на огромном гелиевом шаре к границе космического пространства — на высоту 34 километра, которая составляет более 99% высоты атмосферы.

Конечно, этот план не так амбициозен, как грандиозные замыслы частных космических компаний вроде американской Virgin Galactic, которая намеревается предложить туристам суборбитальные космические полеты.

Но с этой высоты вполне можно будет увидеть земной шар, безмятежно парящий в окружающей его черноте, — картину, которая так тронула сердца множества космонавтов.

При этом у пассажиров воздушного шара будет преимущество — они смогут спокойно насладиться зрелищем во время плавного полета, что невозможно сделать на борту стремительно взмывающего ввысь космического корабля, оснащенного ракетными двигателями.

Глейшер, чьим именем теперь назван кратер на Луне, наверняка одобрил бы эту затею.

«Мы словно стали гражданами неба, отделенными от земли непроходимым барьером, — писал он о своих воздушных путешествиях. — В этом вышнем мире, к которому мы теперь принадлежим, стоит такая звенящая тишина, что кажется, будто здесь вечно царят мир и покой».

Верхний слой воздушной оболочки земли. Слои атмосферы по порядку от поверхности земли

Состав Земли. Воздух

Воздух — это механическая смесь из различных газов, составляющих атмосферу Земли. Воздух необходим для дыхания живых организмов, находит широкое применение в промышленности.

То, что воздух представляет собой именно смесь, а не однородную субстанцию, было доказано в ходе экспериментов шотландского учёного Джозефа Блэка. В ходе одного из них учёный обнаружил, что при нагревании белой магнезии (углекислый магний) выделяется «связанный воздух», то есть углекислый газ, и образуется жжёная магнезия (окись магния). При обжиге известняка, напротив, происходит удаление «связанного воздуха». На основе этих экспериментов учёный сделал вывод, что различие между углекислыми и едкими щелочами заключается в том, что в состав первых входит углекислый газ, являющийся одной из составных частей воздуха. Сегодня же мы знаем, что кроме углекислого, в состав земного воздуха входят:

Указанное в таблице соотношение газов в земной атмосфере характерно для её нижних слоёв, до высоты 120 км. В этих областях лежит хорошо перемешанная, однородная по составу область, называемая гомосферой. Выше гомосферы лежит гетеросфера, для которой характерно разложение молекул газов на атомы и ионы. Области отделены друг от друга турбопаузой.

Химическая реакция, при которой под воздействием солнечного и космического излучения происходит разложение молекул на атомы, называется фотодиссоциацией. При распаде молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, являющийся основным газом атмосферы на высотах свыше 200 км. На высотах от 1200 км начинают преобладать водород и гелий, являющиеся наиболее лёгкими из газов.

Поскольку основная масса воздуха сосредоточена в 3 нижних атмосферных слоях, изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы.

Азот — самый распространенный газ, на долю которого приходится более трёх четвертей объёма земного воздуха. Современный азот образовался при окислении ранней аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом, который образуется в процессе фотосинтеза. В настоящее время небольшое количество азота в атмосферу поступает в результате денитрификации — процесса восстановления нитратов до нитритов, с последующим образованием газообразных оксидов и молекулярного азота, который производится анаэробными прокариотами. Часть азота в атмосферу поступает при вулканических извержениях.

В верхних слоях атмосферы при воздействии электрических разрядов при участии озона молекулярный азот окисляется до монооксида азота:

N 2 + O 2 → 2NO

В обычных условиях монооксид тотчас же вступает в реакцию с кислородом с образованием закиси азота:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азот является важнейшим химическим элементом земной атмосферы. Азот входит в состав белков, обеспечивает минеральное питание растений. Он определяет скорость биохимических реакций, играет роль разбавителя кислорода.

Вторым по распространённости газом атмосферы Земли является кислород. Образование этого газа связывают с фотосинтезирующей деятельностью растений и бактерий. И чем более разнообразными и многочисленными становились фотосинтезирующие организмы, тем более значительным становился процесс содержания кислорода в атмосфере. Небольшое количество тяжёлого кислорода выделяется при дегазации мантии.

В верхних слоях тропосферы и стратосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения (обозначим его как hν) образуется озон:

O 2 + hν → 2O

В результате действия того же ультрафиолетового излучения происходит и распад озона:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

В результате первой реакции образуется атомарный кислород, в результате второй — молекулярный кислород. Все 4 реакции носят название «механизм Чепмена», по имени британского учёного Сидни Чепмена открывшего их в 1930 году.

Кислород служит для дыхания живых организмов. С его помощью происходят процессы окисления и горения.

Озон служит для защиты живых организмов от ультрафиолетового излучения, которое вызывает необратимые мутации. Наибольшая концентрация озона наблюдается в нижней стратосфере в пределах т.н. озонового слоя или озонового экрана, лежащего на высотах 22-25 км. Содержание озона невелико: при нормальном давлении весь озон земной атмосферы занимал бы слой толщиной всего 2,91 мм.

Образование третьего по распространенности в атмосфере газа аргона, а также неона, гелия, криптона и ксенона связывают с вулканическими извержениями и распадом радиоактивных элементов.

В частности гелий является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в этих реакция α-частица является ядром гелия, которая в процессе потери энергии захватывает электроны и становится 4 He).

Аргон образуется в процессе распада радиоактивного изотопа калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неон улетучивается из изверженных пород.

Криптон образуется как конечный продукт распада урана (235 U и 238 U) и тория Th.

Основная масса атмосферного криптона образовалась ещё на ранних стадиях эволюции Земли как результат распада трансурановых элементов с феноменально малым периодом полураспада или поступила из космоса, содержание криптона в котором в десять миллионов раз выше чем на Земле.

Ксенон является результатом деления урана, но основная масса этого газа осталась с ранних стадий образования Земли, от первичной атмосферы.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате вулканических извержений и в процессе разложения органического вещества. Его содержание в атмосфере средних широт Земли сильно различается в зависимости от сезонов года: зимой количество CO 2 возрастает, а летом — снижается. Связано данное колебание с деятельностью растений, которые используют углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Водород образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Но, будучи самым лёгким из газов, входящих в состав атмосферы, постоянно улетучивается в космическое пространство, и потому содержание его в атмосфере очень невелико.

Водяной пар является результатом испарения воды с поверхности озёр, рек, морей и суши.

Концентрация основных газов в нижних слоях атмосферы, за исключением водяных паров и углекислого газа, постоянна. В небольших количествах в атмосфере содержатся оксид серы SO 2 , аммиак NH 3 , монооксид углерода СО, озон O 3 , хлороводород HCl, фтороводород HF, монооксид азота NO, углеводороды, пары ртути Hg, йода I 2 и многие другие. В нижнем атмосферном слое тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц.

Источниками твёрдых частиц в атмосфере Земли являются вулканические извержения, пыльца растений, микроорганизмы, а в последнее время и деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива в процессе производства. Мельчайшие частицы пыли, которые являющиеся ядрами конденсации, служат причинами образования туманов и облаков. Без твёрдых частиц, постоянно присутствующих в атмосфере, на Землю не выпадали бы осадки.

Атмосфера Земли представляет собой газовую оболочку нашей планеты. Ее нижняя граница проходит на уровне земной коры и гидросферы, а верхняя переходит в околоземную область космического пространства. Атмосфера содержит около 78% азота, 20% кислорода, до 1% аргона, углекислого газа, водорода, гелия, неона и некоторых других газов.

Данная земная оболочка характеризуется четко выраженной слоистостью. Слои атмосферы определяются вертикальным распределением температуры и различной плотностью газов на разных ее уровнях. Различают такие слои атмосферы Земли: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Отдельно выделяют ионосферу.

До 80% всей массы атмосферы составляет тропосфера – нижний приземный слой атмосферы. Тропосфера в полярных поясах расположена на уровне до 8-10 км над земной поверхностью, в тропическом поясе — максимально до 16-18 км. Между тропосферой и вышележащим слоем стратосферой находится тропопауза – переходный слой. В тропосфере температура снижается по мере увеличения высоты, аналогично с высотой уменьшается атмосферное давление. Средний градиент температуры в тропосфере составляет 0,6°С на 100 м. Температура на разных уровнях данной оболочки определяется особенностями поглощения солнечного излучения и эффективностью конвекции. Почти вся деятельность человека осуществляется в тропосфере. Самые высокие горы не выходят за пределы тропосферы, только воздушный транспорт может пересекать на небольшую высоту верхнюю границу данной оболочки и находиться в стратосфере. Большая доля водяного пара содержится в тропосфере, что обусловливает формирование почти всех облаков. Также в тропосфере сконцентрированы практически все аэрозоли (пыль, дым, т.д.), образующиеся на земной поверхности. В пограничном нижнем слое тропосферы выражены суточные колебания температуры, влажности воздуха, скорость ветра обычно снижена (она возрастает с повышением высоты). В тропосфере наблюдается изменчивое расчленение толщи воздуха на воздушные массы в горизонтальном направлении, отличающиеся по ряду характеристик в зависимости от пояса и местности их формирования. На атмосферных фронтах – границах между воздушными массами – образуются циклоны и антициклоны, определяющие погоду на определенной территории в течение конкретного промежутка времени.

Стратосфера является слоем атмосферы между тропосферой и мезосферой. Пределы данного слоя составляют от 8-16 км до 50-55 км над поверхностью Земли. В стратосфере газовый состав воздуха приблизительно таков же, как и в тропосфере. Отличительная особенность – уменьшение концентрации водяного пара и повышение содержания озона. Озоновый слой атмосферы, защищающий биосферу от агрессивного воздействия ультрафиолетового света, находится на уровне от 20 до 30 км. В стратосфере температура повышается с высотой, причем температурные значение определяются солнечным излучением, а не конвекцией (передвижениями воздушных масс), как в тропосфере. Нагревание воздуха стратосферы обусловлено поглощением ультрафиолетового излучения озоном.

Над стратосферой простирается мезосфера до уровня 80 км. Этот слой атмосферы характеризуется тем, что температура по мере увеличения высоты понижается от 0° С до — 90° С. Это наиболее холодная область атмосферы.

Выше мезосферы находится термосфера до уровня 500 км. От границы с мезосферой до экзосферы температура меняется примерно от 200 К до 2000 К. До уровня 500 км плотность воздуха убывает в несколько сот тысяч раз. Относительный состав атмосферных составляющих термосферы аналогичен приземному слою тропосферы, но с увеличением высоты большее количество кислорода переходит в атомарное состояние. Определенная доля молекул и атомов термосферы находится в ионизированном состоянии и распределены в нескольких слоях, они объединяются понятием ионосфера. Характеристики термосферы варьируют в большом диапазоне в зависимости от географической широты, величины солнечной радиации, времени года и суток.

Верхний слой атмосферы – экзосфера. Это самый разреженный слой атмосферы. В экзосфере длины свободного пробега частиц настолько огромны, что частицы могут свободно удаляться в межпланетное пространство. Масса экзосферы составляет одну десятимиллионную от общей массы атмосферы. Нижняя граница экзосферы – уровень 450-800 км, а верхней границей считается область, где концентрация частиц такая же, как в космическом пространстве, — несколько тысяч километров от поверхности Земли. Экзосфера состоит из плазмы – ионизированного газа. Также в экзосфере находятся радиационные пояса нашей планеты.

Видео презентация — слои атмосферы Земли:

Похожие материалы:

10,045×10 3 Дж/(кг*К)(в интервале температур от 0-100°С), C v 8,3710*10 3 Дж/(кг*К) (0-1500°С). Растворимость воздуха в воде при 0°С 0,036%, при 25°С — 0,22%.

Состав атмосферы

История образования атмосферы

Ранняя история

В настоящее время наука не может со стопроцентной точностью проследить все этапы образования Земли. Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в четырёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера . На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углеводородами, аммиаком , водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера . Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

• постоянная утечка водорода в межпланетное пространство ;
• химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы , характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Появление жизни и кислорода

С появлением на Земле живых организмов в результате фотосинтеза , сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа, состав атмосферы начал меняться. Существуют, однако, данные (анализ изотопного состава кислорода атмосферы и выделяющегося при фотосинтезе), свидетельствующие в пользу геологического происхождения атмосферного кислорода.

Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленых соединений — углеводородов , закисной формы железа , содержавшейся в океанах и др. По окончанию данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти.

В 1990-x годах были проведены эксперименты по созданию замкнутой экологической системы («Биосфера 2»), в ходе которых не удалось создать стабильную систему, обладающую единым составом воздуха. Влияние микроорганизмов привело к снижению уровня кислорода и увеличению количества углекислого газа.

Азот

Образование большого количества N 2 обусловлено окислением первичной аммиачно-водородной атмосферы молекулярным О 2 , который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, как предполагается, около 3 млрд. лет назад (по другой версии, кислород атмосферы имеет геологическое происхождение). Азот окисляется до NO в верхних слоях атмосферы, используется в промышленности и связывается азотфиксирующими бактериями, в то же время N 2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и др. азотсодержащих соединений.

Азот N 2 инертный газ и вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окислять его и переводить в биологическую форму могут цианобактерии, некоторые бактерии (например клубеньковые, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями).

Окисление молекулярного азота электрическиими разрядами используется при промышленном изготовлении азотных удобрений, он же привёл к образованию уникальных месторождений селитры в чилийской пустыне Атакама .

Благородные газы

Сжигание топлива — основной источник загрязняющих газов (CО , NO, SO 2). Диоксид серы окисляется О 2 воздуха до SO 3 в высших слоях атмосферы, который взаимодействует с парами Н 2 О и NH 3 , а образующиеся при этом Н 2 SO 4 и (NН 4) 2 SO 4 возвращаются на поверхность Земли вместе с атмосферными осадками. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями Рb .

Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капел морской воды и частиц пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.

Строение атмосферы и характеристика отдельных оболочек

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом . Основные параметры атмосферы: плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т. п.

Тропосфера

Стратосфера

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180-200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний , зарниц, и др. свечений.

В стратосфере и более высоких слоях под воздействия солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО 2 и Н 2 , выше 150 км — О 2 , выше 300 км — Н 2). На высоте 100-400 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О + 2 , О − 2 , N + 2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН , НО 2 и др.

В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0°С в стратосфере до −110°С в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200-250 км соответствует температуре ~1500°С. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000-3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80% массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20%; масса мезосферы — не более 0,3%, термосферы — менее 0,05% от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000-3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу . Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой , она лежит на высоте около 120 км.

Свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 15 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды −47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

На высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека «космос» начинается уже на высоте 15-19 км.

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

Oн невидимый, и все же без него мы жить не можем

Каждый из нас понимает, насколько воздух необходим для жизни. Выражение «Это необходимо как воздух» можно услышать, когда говорят о чем-то очень важном для жизни человека. Мы с детства знаем, что жить и дышать — это практически одно и то же.

А Вы знаете, сколько времени человек может прожить без воздуха?

Не все люди знают, сколько воздуха они вдыхают. Оказывается, за сутки, делая около 20000 вдохов-выдохов, человек пропускает через легкие 15 кг воздуха, тогда как пищи он поглощает всего примерно 1,5 кг, а воды 2-3 кг.В то же время воздух для нас — нечто само собой разумеющееся, как восход солнца каждое утро. К сожалению, мы ощущаем его только тогда, когда его не хватает, или когда он загрязнен. Мы забываем, что все живое на Земле развиваясь в течение миллионов лет приспособилось к жизни в условиях атмосферы определенного природного состава.

Давайте посмотрим из чего состоит воздух.

И сделаем вывод: Воздух — это смесь газов. Кислорода в нем около 21 % (приблизительно 1/5 по объему), на долю азота приходится около 78 %. Остальные обязательные составные части — инертные газы (прежде всего аргон), углекислый газ, а также другие химические соединения.

Изучать состав воздуха начали в XVIII в., когда химики научились собирать газы и проводить с ними опыты. Если Вы интересуетесь историей науки, посмотрите небольшой фильм, посвященный истории открытия воздуха.

Содержащийся в воздухе кислород требуется для дыхания живых организмов. В чем состоит сущность процесса дыхания? Как известно, в процессе дыхания организм потребляет кислород воздуха. Кислород воздуха требуется для многочисленных химических реакций, которые непрерывно протекают во всех клетках, тканях и органах живых организмов. В процессе этих реакций при участии кислорода медленно «сгорают» с образованием углекислого газа те вещества, которые поступили с пищей. При этом освобождается заключенная в них энергия. За счет этой энергии организм и существует, используя ее на все функции — синтез веществ, сокращение мышц, работу всех органов и др.

В природе существуют также некоторые микроорганизмы, способные использовать в процессе жизнедеятельности азот. За счет углекислого газа, содержащегося в воздухе, происходит процесс фотосинтеза, живет биосфера Земли в целом.

Как Вы знаете, воздушная оболочка Земли называется атмосферой. Атмосфера простирается примерно на 1000 км от Земли — это своеобразный барьер между Землей и космосом. По характеру изменения температуры в атмосфере существует несколько слоев:

Атмосфера — это своеобразный барьер между Землей и космосом. Она смягчает действие космического излучения и обеспечивает на Земле условия для развития и существования жизни. Именно атмосфера первой из земных оболочек встречает солнечные лучи и поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое губительно действует на все живые организмы.

Еще одна «заслуга» атмосферы связана с тем, что она почти полностью поглощает собственное невидимое тепловое (инфракрасное) излучение Земли и возвращает большую его часть обратно. То есть атмосфера, прозрачная по отношению к солнечным лучам, в то же время представляет собой воздушное «одеяло», которое не позволяет Земле остывать. Тем самым на нашей планете поддерживается оптимальная для жизни разнообразных живых существ температура.

Состав современной атмосферы — уникальный, единственный в нашей планетной системе.

Первичная атмосфера Земли состояла из метана, аммиака и других газов. Вместе с развитием планеты атмосфера существенно изменялась. Живые организмы сыграли ведущую роль в образовании того состава атмосферного воздуха, который возник и поддерживается при их участии в настоящее время. Вы можете посмотреть более подробно историю формирования атмосферы на Земле.

Природные процессы, как потребления, так и образования компонентов атмосферы приблизительно уравновешивают друг друга, то есть обеспечивают постоянный состав газов, составляющих атмосферу.

Без хозяйственной деятельности человека природа справляется с такими явлениями, как поступление в атмосферу вулканических газов, дыма от природных пожаров, пыли от природных пыльных бурь. Эти выбросы рассеиваются в атмосфере, оседают или выпадают на поверхность Земли с осадками. За них принимаются почвенные микроорганизмы, и в конце концов перерабатывают их в углекислый газ, сернистые и азотные соединения почвы, то есть в «обычные» компоненты воздуха и почвы. В этом и заключается причина того, что атмосферный воздух имеет в среднем постоянный состав. С появлением человека на Земле сначала постепенно, затем бурно и в настоящее время угрожающе начался процесс изменения газового состава воздуха и разрушения природной устойчивости атмосферы. Около 10 000 лет назад люди научились пользоваться огнем. К природным источникам загрязнения прибавились продукты сгорания различного вида топлива. Вначале это были древесина и другие виды растительного материала.

В настоящее время больше всего вреда атмосфере приносит искусственно произведенное топливо — продукты переработки нефти (бензин, керосин, соляровое масло, мазут) и синтетическое топливо. Сгорая, они образуют оксиды азота и серы, угарный газ, тяжелые металлы и другие ядовитые вещества неприродного происхождения (загрязнители).

Учитывая огромный масштаб использования техники в наши дни, можно представить себе, сколько двигателей автомобилей, самолетов, кораблей и другой техники ежесекундно г убят атмосферу Алексашина И.Ю., Космодамианский А.В., Орещенко Н.И. Естествознание: Учебник для 6 класса общеобразовательных учреждений. – СПб.: СпецЛит, 2001. – 239 с. .

Почему троллейбус и трамвай считаются экологически чистыми видами транспорта по сравнению с автобусом?

Особенно опасны для всего живого те устойчивые аэрозольные системы, которые образуются в атмосфере наряду с кислотными и многими другими газообразными отходами производства.Европа — одна из наиболее густонаселенных и промышленно развитых частей света. Мощная транспортная система, крупная промышленность, высокое потребление органического топлива и минерального сырья ведут к заметному повышению концентраций загрязнителей в воздухе. Практически во всех крупных городах Европы наблюдается смог Смог — аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли, один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Подробнее см.: http://ru.wikipedia.org/wiki/Смог и регулярно фиксируется повышенное содержание в воздухе таких опасных загрязнителей, как оксиды азота и серы, угарный газ, бензол, фенолы, мелкая пыль и др.

Не вызывает сомнения прямая связь повышения содержания вредных веществ в атмосфере с ростом аллергических заболеваний и болезней органов дыхания, а также рядом других заболеваний.

Необходимы серьезные меры в связи с возрастанием в городах количества автомобилей, планируемым в ряде городов России развитием промышленности, что неизбежно увеличит количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Посмотрите, как решаются проблемы чистоты атмосферного воздуха в «зеленой столице Европы» — Стокгольме.

Комплекс мероприятий для улучшения качества воздуха должен непременно включать улучшение экологических характеристик автомобилей; строительство системы газоочистки на промышленных предприятиях; использование природного газа, а не угля, как топлива на предприятиях энергетики. Сейчас в каждой развитой стране существует служба контроля за состоянием чистоты воздуха в городах и промышленных центрах, что несколько улучшило сложившуюся скверную ситуацию. Так, в Санкт-Петербурге действует автоматизированная система мониторинга атмосферного воздуха Санкт-Петербурга (АСМ). Благодаря ей не только органы государственной власти и местного самоуправления, но и жители города могут узнавать о состоянии атмосферного воздуха.

На здоровье жителей Санкт-Петербурга — мегаполиса с развитой сетью транспортных магистралей — оказывают влияние, в первую очередь, основные загрязняющие вещества: оксид углерода, оксид азота, диоксид азота, взвешенные вещества (пыль), диоксид серы, которые поступают в атмосферный воздух города от выбросов предприятий теплоэнергетики, промышленности, и от транспорта. В настоящее время доля выбросов от автотранспорта составляет 80% от общего объема выбросов основных загрязняющих веществ. (По экспертным оценкам, более чем в 150 городах России преобладающее влияние на загрязнение воздушного бассейна оказывает именно автотранспорт).

А как обстоят дела в вашем городе? Как Вы думаете, что можно и нужно делать, чтобы воздух в наших городах стал чище?

Помещена информация об уровне загрязнения атмосферного воздуха в районах расположения станций АСМ на территории Санкт-Петербурга.

Надо сказать, что в Санкт-Петербурге отмечена тенденция к уменьшению выбросов загрязнителей в атмосферу, однако причины этого явления связаны преимущественно с уменьшением количества работающих предприятий. Понятно, что с экономический точки зрения это не лучший способ снижения загрязнения.

Сделаем выводы.

Воздушная оболочка Земли — атмосфера — необходима для существования жизни. Газы, входящие в состав воздуха, участвуют в таких важных процессах, как дыхание, фотосинтез. Атмосфера отражает и поглощает солнечную радиацию и таким образом защищает живые организмы от губительных рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Углекислый газ удерживает тепловое излучение земной поверхности. Атмосфера Земли уникальна! От нее зависят наше здоровье и жизнь.

Человек бездумно накапливает в атмосфере отходы своей деятельности, что вызывает серьезные экологические проблемы. Нам всем необходимо не только осознавать свою ответственность за состояние атмосферы, но и по мере сил, делать то, что мы можем, для сохранения чистоты воздуха, основы нашей жизни.

Формирование атмосферы. Сегодня атмосфера Земли представляет собой смесь газов — 78% азота, 21% кислорода и небольшого количества других газов,- например, двуокиси углерода. Но когда планета только возникла, в атмосфере не было кислорода — она состояла из газов, первоначально существовавших в Солнечной системе.

Земля возникла, когда небольшие каменные тела, состоящие из пыли и газа солнечной туманности и известные как планетоиды, сталкивались друг с другом и постепенно принимали форму планеты. По мере ее роста газы, заключенные в планетоидах, вырывались наружу и окутывали земной шар. Через некоторое время первые растения начали выделять кислород, и первозданная атмосфера развилась в нынешнюю плотную воздушную оболочку.

Зарождение атмосферы

1. Дождь из мелких планетоидов обрушился на зарождающуюся Землю 4,6 миллиарда лет назад. Газы солнечной туманности, заключенные внутри планеты, при столкновении вырвались наружу и образовали примитивную атмосферу Земли, состоящую из азота, двуокиси углерода и водяного пара.
2. Тепло, выделяющееся при образовании планеты, удерживается слоем плотных облаков первозданной атмосферы. «Парниковые газы» — такие, как двуокись углерода и водяной пар — останавливают излучение тепла в космос. Поверхность Земли залита бурлящим морем расплавленной магмы.
3. Когда столкновения планетоидов стали не такими частыми, Земля начала охлаждаться и появились океаны. Водяной пар конденсируется из густых облаков, и дождь, продолжающийся несколько эпох, постепенно заливает низменности. Таким образом появляются первые моря.
4. Воздух очищается по мере того, как водяной пар конденсируется и образует океаны. С течением времени в них растворяется двуокись углерода, и в атмосфере теперь преобладает азот. Из-за отсутствия кислорода не образуется защитный озоновый слой, и ультрафиолетовые солнечные лучи беспрепятственно достигают земной поверхности.
5. Жизнь появляется в древних океанах в течение первого миллиарда лет. Простейшие сине-зеленые водоросли защищены от ультрафиолета морской водой. Они используют для производства энергии солнечный свет и двуокись углерода, при этом в качестве побочного продукта выделяется кислород, который начинает постепенно накапливаться в атмосфере.
6. Миллиарды лет спустя формируется богатая кислородом атмосфера. Фотохимические реакции в верхних атмосферных слоях создают тонкий слой озона, который рассеивает вредный ультрафиолетовый свет. Теперь жизнь может выйти из океанов на сушу, где в результате эволюции возникает множество сложных организмов.

Миллиарды лет назад толстый слой примитивных водорослей начал выделять в атмосферу кислород. Они сохранились до сегодняшнего дня в виде окаменелостей, которые называются строматолитами.

Вулканическое происхождение

1. Древняя, безвоздушная Земля. 2. Извержение газов.

Согласно этой теории, на поверхности юной планеты Земля активно извергались вулканы. Ранняя атмосфера, вероятно, сформировалась тогда, когда газы, заключенные в кремниевой оболочке планеты, вырвались наружу через сопла вулканов.

Жизненно важные признаки планеты

Атмосфера Земли состоит из пяти основных и нескольких вторичных слоев. От самого низкого до самого высокого, основные слои — это тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

Тропосфера. Тропосфера Земли простирается от поверхности Земли в среднем до 12 километров (7,5 миль) в высоту, причем ее высота ниже на полюсах Земли и выше на экваторе. Тем не менее, этот очень неглубокий слой предназначен для удержания всего воздуха, необходимого растениям для фотосинтеза и животным, необходимым для дыхания, а также содержит около 99 процентов всего водяного пара и аэрозолей (мельчайших твердых или жидких частиц, взвешенных в атмосфере).В тропосфере температура обычно понижается по мере того, как вы поднимаетесь, поскольку большая часть тепла, обнаруживаемого в тропосфере, генерируется за счет передачи энергии от поверхности Земли. Тропосфера — самый плотный слой атмосферы, сжатый весом остальной атмосферы над ним. Здесь наблюдается большая часть погоды на Земле, и почти все облака, которые порождаются погодой, находятся здесь, за исключением кучево-дождевых грозовых облаков, вершины которых могут подниматься в самые нижние части соседней стратосферы.Большая часть авиации осуществляется здесь, в том числе в переходной зоне между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера. Расположенная на высоте примерно от 12 до 50 километров (от 7,5 до 31 мили) над поверхностью Земли, стратосфера, пожалуй, наиболее известна как дом для озонового слоя Земли, который защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Из-за этого ультрафиолетового излучения, чем выше вы поднимаетесь в стратосферу, тем выше становятся температуры. В стратосфере почти нет облаков и погодных условий, но полярные стратосферные облака иногда присутствуют на самых низких и самых низких высотах.Это также самая высокая часть атмосферы, которую могут достичь реактивные самолеты.

Мезосфера. Расположенная на высоте от 50 до 80 километров (от 31 до 50 миль) над поверхностью Земли, мезосфера становится все холоднее с высотой. Фактически, верхняя часть этого слоя является самым холодным местом в системе Земля со средней температурой около минус 85 градусов по Цельсию (минус 120 градусов по Фаренгейту). Очень скудный водяной пар, присутствующий в верхней части мезосферы, образует серебристые облака, самые высокие облака в атмосфере Земли, которые можно увидеть невооруженным глазом при определенных условиях и в определенное время дня.Большинство метеоров сгорает в этом слое атмосферы. Зондирующие ракеты и летательные аппараты с ракетными двигателями могут достигать мезосферы.

Термосфера. На высоте примерно от 80 до 700 километров (от 50 до 440 миль) над поверхностью Земли находится термосфера, нижняя часть которой содержит ионосферу. В этом слое температура увеличивается с высотой из-за очень низкой плотности молекул, обнаруженных здесь. Он не содержит облаков и водяного пара. Иногда здесь можно увидеть северное сияние и аврора австралис.Международная космическая станция вращается в термосфере.

Экзосфера. Экзосфера, расположенная на высоте от 700 до 10 000 километров (от 440 до 6200 миль) над поверхностью Земли, является самым высоким слоем атмосферы Земли и сливается с солнечным ветром в верхней части. Обнаруженные здесь молекулы имеют чрезвычайно низкую плотность, поэтому этот слой не ведет себя как газ, и частицы здесь улетучиваются в космос. Хотя в экзосфере вообще нет погоды, северное сияние и аврора австралис иногда можно увидеть в ее нижней части.Большинство спутников Земли вращаются в экзосфере.

Край космического пространства. Хотя на самом деле нет четкой границы между тем, где заканчивается атмосфера Земли и начинается космическое пространство, большинство ученых используют разграничение, известное как линия Кармана, расположенная на 100 километров (62 мили) над поверхностью Земли, чтобы обозначить точку перехода, поскольку 99,99997 процентов площади Земли атмосфера лежит ниже этой точки. Исследование, проведенное в феврале 2019 года с использованием данных космического корабля НАСА / Европейского космического агентства по солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO), предполагает, однако, что самые дальние уголки атмосферы Земли — облако атомов водорода, называемое геокороной, — может фактически простираться почти на 391000 миль (629 300 километров) в космос, далеко за пределы орбиты Луны.

— Алан Бьюс / Веб-сайт НАСА по глобальному изменению климата

‹Вернуться к основной статье: ‘Атмосфера: защитное одеяло Земли ‘

Термосфера | UCAR Center for Science Education

Северное и южное сияние в основном происходит в термосфере.
Кредит: Лаборатория науки и анализа изображений, Космический центр имени Джонсона НАСА

Термосфера — это слой атмосферы Земли. Термосфера находится прямо над мезосферой и под экзосферой.Она простирается от 90 км (56 миль) до 500–1000 км (311–621 миль) над нашей планетой.

Температура резко повышается в нижней термосфере (ниже 200–300 км над уровнем моря), затем выравнивается и остается довольно устойчивой с увеличением высоты над этой высотой. Солнечная активность сильно влияет на температуру в термосфере. Термосфера обычно примерно на 200 ° C (360 ° F) горячее днем, чем ночью, и примерно на 500 ° C (900 ° F) горячее, когда Солнце очень активно, чем в другое время.Температура в верхней термосфере может колебаться от 500 ° C (932 ° F) до 2000 ° C (3632 ° F) или выше.

Граница между термосферой и экзосферой над ней называется термопаузой. Внизу термосферы находится мезопауза, граница между термосферой и мезосферой внизу.

Хотя термосфера считается частью атмосферы Земли, плотность воздуха в этом слое настолько мала, что большую часть термосферы мы обычно называем космическим пространством.Фактически, наиболее распространенное определение гласит, что космос начинается на высоте 100 км (62 мили), немного выше мезопаузы в нижней части термосферы. И космический шаттл, и Международная космическая станция вращаются вокруг Земли в термосфере!

Под термосферой газы, состоящие из различных типов атомов и молекул, тщательно перемешиваются друг с другом за счет турбулентности в атмосфере. Воздух в нижних слоях атмосферы в основном состоит из знакомой смеси примерно на 80% молекул азота (N ₂ ) и примерно на 20% молекул кислорода (O ₂ ).В термосфере и выше частицы газа сталкиваются настолько редко, что газы в некоторой степени разделяются в зависимости от типов химических элементов, которые они содержат. Энергетические ультрафиолетовые и рентгеновские фотоны от Солнца также разрушают молекулы в термосфере. В верхней термосфере атомарный кислород (O), атомарный азот (N) и гелий (He) являются основными компонентами воздуха.

Большая часть рентгеновского и УФ-излучения Солнца поглощается термосферой. Когда Солнце очень активно и испускает более высокоэнергетическое излучение, термосфера нагревается и расширяется или «надувается».Из-за этого высота верха термосферы (термопаузы) меняется. Термопауза находится на высоте от 500 км до 1000 км и выше. Многие спутники вращаются внутри термосферы, и изменения плотности (очень, очень разреженного) воздуха на орбитальных высотах, вызванные нагревом и расширением термосферы, создают на спутниках силу сопротивления. Инженеры должны учитывать это изменяющееся сопротивление при расчете орбит, а спутники иногда необходимо повышать выше, чтобы компенсировать влияние силы сопротивления.

Солнечные фотоны высокой энергии также отрывают электроны от частиц газа в термосфере, создавая электрически заряженные ионы из атомов и молекул. Ионосфера Земли, состоящая из нескольких областей таких ионизированных частиц в атмосфере, перекрывается и разделяет одно и то же пространство с электрически нейтральной термосферой.

Как и в океанах, в атмосфере Земли есть волны и приливы. Эти волны и приливы помогают перемещать энергию в атмосфере, включая термосферу.Эти приливы и волны в значительной степени определяют ветры и общую циркуляцию в термосфере. Движущиеся ионы, увлекаемые столкновениями с электрически нейтральными газами, создают мощные электрические токи в некоторых частях термосферы.

Наконец, северное сияние (южное и северное сияние) в основном происходит в термосфере. Заряженные частицы (электроны, протоны и другие ионы) из космоса сталкиваются с атомами и молекулами в термосфере на высоких широтах, переводя их в более высокие энергетические состояния.Эти атомы и молекулы выделяют эту избыточную энергию, испуская фотоны света, которые мы видим как красочные полярные сияния.

Мезосфера | UCAR Center for Science Education

На этой диаграмме показаны некоторые особенности мезосферы.
Кредит: Рэнди Рассел, UCAR

Мезосфера — это слой атмосферы Земли. Мезосфера находится прямо над стратосферой и под термосферой. Он простирается от 50 до 85 км (от 31 до 53 миль) над нашей планетой.

Температура уменьшается с высотой по всей мезосфере. Самые низкие температуры в атмосфере Земли, около -90 ° C (-130 ° F), находятся в верхней части этого слоя.

Граница между мезосферой и термосферой над ней называется мезопаузой. Внизу мезосферы находится стратопауза, граница между мезосферой и стратосферой внизу.

Мезосферу трудно изучать, поэтому об этом слое атмосферы известно меньше, чем о других слоях.Метеорологические шары и другие летательные аппараты не могут летать достаточно высоко, чтобы достичь мезосферы. Спутники вращаются над мезосферой и не могут напрямую измерить характеристики этого слоя. Ученые используют инструменты на зондирующих ракетах для непосредственного отбора проб мезосферы, но такие полеты короткие и нечастые. Поскольку трудно проводить измерения мезосферы напрямую с помощью инструментов, многое в мезосфере все еще остается загадкой.

Большинство метеоров испаряется в мезосфере. Некоторый материал от метеоров задерживается в мезосфере, в результате чего этот слой имеет относительно высокую концентрацию атомов железа и других металлов.

Очень странные, высотные облака, называемые «серебристыми облаками» или «полярными мезосферными облаками», иногда образуются в мезосфере около полюсов. Эти необычные облака образуются намного выше, чем другие типы облаков. Мезосфера, как и нижележащая стратосфера, намного суше, чем влажная тропосфера, в которой мы живем; что делает образование облаков в этом слое немного неожиданным. Странные электрические разряды, похожие на молнии, называемые «спрайтами» и «эльфами», иногда появляются в мезосфере на десятки километров (миль) над грозовыми облаками в тропосфере внизу.

Стратосферу и мезосферу вместе иногда называют средней атмосферой. В мезопаузе (верхняя часть мезосферы) и ниже газы, состоящие из различных типов атомов и молекул, тщательно перемешиваются друг с другом за счет турбулентности в атмосфере. Выше мезосферы, в термосфере и за ее пределами частицы газа сталкиваются настолько редко, что газы в некоторой степени разделяются в зависимости от типов химических элементов, которые они содержат.

На мезосферу влияют различные типы волн и приливов в атмосфере.Эти волны и приливы переносят энергию из тропосферы и стратосферы вверх в мезосферу, управляя большей частью ее глобальной циркуляции.

NWS JetStream — Слои атмосферы

Газовая оболочка, окружающая Землю, изменяется снизу вверх. Пять отдельных слоев были идентифицированы с использованием …

• тепловые характеристики (перепады температур),
• химический состав,
• и
• плотность.

Каждый из слоев ограничен «паузами», где происходят наибольшие изменения тепловых характеристик, химического состава, движения и плотности.

Пять основных слоев атмосферы

Экзосфера

Это самый внешний слой атмосферы. Она простирается от верха термосферы до 6 200 миль (10 000 км ) над землей. В этом слое атомы и молекулы уходят в космос, а спутники вращаются вокруг Земли. Внизу экзосферы находится термопауза, расположенная на высоте около 375 миль (600 км) над землей.

Между примерно 53 милями (85 км) и 375 милями (600 км) находится термосфера. Этот слой известен как верхняя атмосфера. Хотя газы термосферы все еще очень тонкие, они становятся все более плотными по мере того, как человек спускается к Земле.

Таким образом, поступающее высокоэнергетическое ультрафиолетовое и рентгеновское излучение от Солнца начинает поглощаться молекулами в этом слое и вызывает значительное повышение температуры.

Из-за этого поглощения температура увеличивается с высотой.Начиная с -184 ° F (-120 ° C ) в нижней части этого слоя, температура может достигать 3600 ° F (2000 ° C) в верхней части.

Однако, несмотря на высокую температуру, этот слой атмосферы все равно будет очень холодным для нашей кожи из-за очень тонкой атмосферы. Высокая температура указывает на количество энергии, поглощаемой молекулами, но при таком небольшом количестве в этом слое общего количества молекул недостаточно, чтобы нагреть нашу кожу.

Поднимите его до МАКСИМАЛЬНОГО! Ионосфера

Мезосфера

Этот слой простирается от примерно 31 мили (50 км) над поверхностью Земли до 53 миль (85 км).При спуске газы, включая молекулы кислорода, продолжают уплотняться. Таким образом, при спуске температура повышается до примерно 5 ° F (-15 ° C) в нижней части этого слоя.

Газы в мезосфере теперь достаточно толстые, чтобы замедлять метеоры, летящие в атмосферу, где они сгорают, оставляя огненные следы в ночном небе. И стратосфера (следующий слой ниже), и мезосфера считаются средней атмосферой. Переходная граница, отделяющая мезосферу от стратосферы, называется стратопаузой.

Стратосфера

Стратосфера простирается примерно на 31 милю (50 км) вниз до любой точки на высоте от 4 до 12 миль (от 6 до 20 км) над поверхностью Земли. Этот слой содержит 19 процентов атмосферных газов, но очень мало водяного пара.

В этой области температура увеличивается с высотой. В процессе образования озона вырабатывается тепло, которое отвечает за повышение температуры от среднего значения -60 ° F (-51 ° C) в тропопаузе до максимального значения примерно 5 ° F (-15 ° C) в точке вершина стратосферы.

Это повышение температуры с высотой означает, что более теплый воздух располагается над более холодным. Это предотвращает «конвекцию», поскольку нет вертикального движения газов вверх. Таким образом, расположение нижней части этого слоя легко увидеть по вершинам кучево-дождевых облаков, имеющим форму наковальни.

Тропосфера

Известный как нижняя атмосфера, в этом регионе бывает почти любая погода. Тропосфера начинается на поверхности Земли и простирается от 4 до 12 миль (от 6 до 20 км) в высоту.

Высота тропосферы варьируется от экватора до полюсов. На экваторе она составляет около 11-12 миль (18-20 км) в высоту, на 50 ° N и 50 ° S , 5½ миль, а на полюсах — чуть меньше четырех миль.

Поскольку плотность газов в этом слое уменьшается с высотой, воздух становится тоньше. Следовательно, температура в тропосфере также понижается с высотой в ответ. По мере того, как человек поднимается выше, температура в тропопаузе падает со средней примерно 62 ° F (17 ° C) до -60 ° F (-51 ° C).

Профиль средней температуры для нижних слоев атмосферы

Атмосфера Земли: состав, климат и погода

Земля — ​​единственная планета в солнечной системе с атмосферой, способной поддерживать жизнь. Покров из газов не только содержит воздух, которым мы дышим, но и защищает нас от тепловых и радиационных лучей, исходящих от солнца. Он согревает планету днем ​​и охлаждает ее ночью.

Атмосфера Земли имеет толщину около 300 миль (480 километров), но большая ее часть находится в пределах 10 миль (16 км) от поверхности.Давление воздуха уменьшается с высотой. На уровне моря атмосферное давление составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (1 килограмм на квадратный сантиметр). На высоте 10 000 футов (3 км) давление воздуха составляет 10 фунтов на квадратный дюйм (0,7 кг на квадратный см). Также меньше кислорода для дыхания.

Связано: Насколько велика Земля?

Состав воздуха

По данным НАСА, газы в атмосфере Земли включают:

• Азот — 78 процентов
• Кислород — 21 процент
• Аргон — 0.93 процента
• Двуокись углерода — 0,04 процента
• Следы неона, гелия, метана, криптона и водорода, а также водяного пара

Слои атмосферы

Атмосфера Земли разделена на пять основных слоев: экзосфера, термосфера , мезосфера, стратосфера и тропосфера. Атмосфера становится разреженной в каждом более высоком слое, пока газы не рассеются в космосе. Между атмосферой и космосом нет четкой границы, но воображаемая линия на расстоянии около 62 миль (100 километров) от поверхности, называемая линией Кармана, обычно является местом, где, по словам ученых, атмосфера встречается с космическим пространством.

Тропосфера — слой, ближайший к поверхности Земли. Его толщина составляет от 4 до 12 миль (от 7 до 20 км), и он содержит половину атмосферы Земли. Воздух у земли теплее, а выше становится холоднее. Практически весь водяной пар и пыль в атмосфере находятся в этом слое, и именно поэтому здесь находятся облака.

Стратосфера — второй слой. Он начинается над тропосферой и заканчивается на высоте около 50 км над землей. Озон здесь в изобилии, он нагревает атмосферу, а также поглощает вредное солнечное излучение.Воздух здесь очень сухой, и он примерно в тысячу раз тоньше, чем на уровне моря. Из-за этого здесь летают реактивные самолеты и метеозонд.

Мезосфера начинается на высоте 31 мили (50 км) и простирается до 53 миль (85 км) в высоту. Верхняя часть мезосферы, называемая мезопаузой, является самой холодной частью атмосферы Земли со средней температурой около минус 130 градусов по Фаренгейту (минус 90 градусов по Цельсию). Этот слой сложно изучать. Самолеты и воздушные шары не поднимаются достаточно высоко, а орбиты спутников и космических кораблей — слишком высоко.Ученые знают, что в этом слое горят метеоры.

Термосфера простирается от примерно 56 миль (90 км) до 310–620 миль (от 500 до 1000 км). На этой высоте температура может достигать 2700 градусов по Фаренгейту (1500 градусов по Цельсию). Термосфера считается частью атмосферы Земли, но плотность воздуха настолько мала, что большую часть этого слоя обычно называют космическим пространством. Фактически, это то место, где летали космические шаттлы и где по орбите вокруг Земли вращается Международная космическая станция.Это также слой, где происходят полярные сияния. Заряженные частицы из космоса сталкиваются с атомами и молекулами в термосфере, переводя их в более высокие энергетические состояния. Атомы выделяют эту избыточную энергию, испуская фотоны света, которые мы видим как красочные северное сияние и австралийское сияние.

Экзосфера , самый верхний слой, чрезвычайно тонкий и является местом, где атмосфера сливается с космическим пространством. Он состоит из очень широко рассеянных частиц водорода и гелия.

Климат и погода

Земля способна поддерживать множество живых существ из-за своего разнообразного регионального климата, который варьируется от экстремального холода на полюсах до тропической жары на экваторе. Региональный климат часто описывают как среднюю погоду на протяжении более 30 лет. Климат региона часто описывается, например, как солнечный, ветреный, сухой или влажный. Они также могут описывать погоду в определенном месте, но, хотя погода может измениться всего за несколько часов, климат меняется в течение более длительного периода времени.

Глобальный климат Земли представляет собой средний региональный климат. На протяжении всей истории глобальный климат охлаждался и согревался. Сегодня мы наблюдаем необычно быстрое потепление. Научный консенсус состоит в том, что парниковые газы, количество которых увеличивается из-за деятельности человека, удерживают тепло в атмосфере.

Земля, Венера и Марс

Чтобы лучше понять формирование и состав Земли, ученые иногда сравнивают нашу планету с Венерой и Марсом. Все три планеты имеют каменистую природу и являются частью внутренней солнечной системы, что означает, что они находятся между Солнцем и поясом астероидов.

Венера почти полностью состоит из углекислого газа со следами азота и серной кислоты. Однако эта планета также имеет на своей поверхности неконтролируемый парниковый эффект. Космический корабль должен быть сильно усилен, чтобы выдержать сокрушительное давление (в 90 раз тяжелее Земли) и температуру, подобную печной (872 по Фаренгейту или 467 по Цельсию) на его поверхности. Облака также настолько толстые, что поверхность невидима в видимом свете. Поскольку на поверхность выходит немного солнца, это означает, что на Венере нет значительных сезонных изменений температуры.

Марс также имеет атмосферу, в основном двуокись углерода, со следами азота, аргона, кислорода, окиси углерода и некоторых других газов. На этой планете атмосфера примерно в 100 раз тоньше земной — ситуация сильно отличается от древнего прошлого, когда геологические данные показывают, что вода текла по поверхности более 4,5 миллиардов лет назад. Ученые предполагают, что атмосфера Марса могла со временем истончиться, либо потому, что Солнце унесло более легкие молекулы в атмосферу, либо потому, что огромное столкновение астероида или кометы катастрофически разрушило атмосферу.Марс подвергается колебаниям температуры в зависимости от того, сколько солнечного света достигает поверхности, что также влияет на его полярные ледяные шапки (еще одно большое влияние на атмосферу).

Ученые обычно сравнивают маленькие каменистые экзопланеты с Землей, Венерой и Марсом, чтобы лучше понять их их обитаемость. Общепринятое определение «обитаемости» состоит в том, что планета находится достаточно близко к звезде, чтобы на ее поверхности существовала жидкая вода. Слишком далеко, и вода становится ледяной; слишком близко, и вода испарится.Однако обитаемость зависит не только от расстояния между звездой и планетой, но и от атмосферы планеты, изменчивости звезды и других факторов.

Дополнительный отчет предоставила Элизабет Хауэлл, участник Space.com.

Explainer: Наша атмосфера — слой за слоем

аэрозоль : (прил. В виде аэрозоля) крошечные твердые или жидкие частицы, взвешенные в воздухе или в виде газа. Аэрозоли могут быть естественными, например, туман или газ от извержений вулканов, или искусственными, например, дым от сжигания ископаемого топлива.

атмосфера : Оболочка из газов, окружающих Землю или другую планету.

атом : основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и незаряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

полярное сияние : световое изображение в небе, возникающее при столкновении входящих энергичных частиц от Солнца с молекулами газа в верхних слоях атмосферы планеты.Самым известным из них является северное сияние, или северное сияние. На некоторых внешних газовых планетах, таких как Юпитер и Сатурн, сочетание высокой скорости вращения и сильного магнитного поля приводит к высоким электрическим токам в верхних слоях атмосферы, над полюсами планет. Это тоже может вызвать полярные сияния в верхних слоях атмосферы.

среднее : (в науке) термин для среднего арифметического, который представляет собой сумму группы чисел, которая затем делится на размер группы.

диоксид углерода : (или CO ₂ ) Бесцветный газ без запаха, вырабатываемый всеми животными, когда вдыхаемый ими кислород вступает в реакцию с богатой углеродом пищей, которую они съели. Двуокись углерода также выделяется при горении органических веществ (включая ископаемое топливо, такое как нефть или газ). Двуокись углерода действует как парниковый газ, удерживая тепло в атмосфере Земли. Растения превращают углекислый газ в кислород во время фотосинтеза — процесса, который они используют для приготовления пищи.

небесный : (в астрономии) относящийся к небу или космическому пространству.

химический : Вещество, состоящее из двух или более атомов, которые объединяются (связываются) в фиксированной пропорции и структуре. Например, вода — это химическое вещество, которое образуется, когда два атома водорода связываются с одним атомом кислорода. Его химическая формула: H ₂ O.

.

облако : Шлейф молекул или частиц, таких как капли воды, которые движутся под действием внешней силы, такой как ветер, радиация или водные потоки. (в науке об атмосфере) Масса переносимых по воздуху капель воды и кристаллов льда, которые летят в виде шлейфа, обычно высоко в атмосфере Земли.Его движение обусловлено ветрами.

коммерческий : (в области исследований и экономики) Прилагательное для чего-то, что готово к продаже или уже продается. Коммерческие товары — это товары, выловленные или произведенные для других, а не исключительно для личного потребления.

конвекция : Подъем и опускание материала в жидкости или газе из-за неравномерной температуры. Этот процесс происходит во внешних слоях некоторых звезд.

обломки : разбросанные фрагменты, обычно мусора или чего-то, что было разрушено.К космическому мусору, например, относятся обломки вышедших из строя спутников и космических кораблей.

землетрясение : Внезапное и иногда сильное сотрясение земли, иногда вызывающее сильные разрушения, в результате движений земной коры или вулканических воздействий.

высота : высота или высота, на которой что-то существует.

экватор : воображаемая линия вокруг Земли, разделяющая Землю на Северное и Южное полушария.

извержение : (в науках о земле) Внезапный взрыв или разбрызгивание горячего материала из глубины планеты или луны и наружу через ее поверхность. Вулканические извержения на Земле обычно посылают горячую лаву, горячие газы или пепел в воздух и через окружающую землю. В более холодных частях Солнечной системы извержения часто связаны с разбрызгиванием жидкой воды через трещины в ледяной корке. Это происходит на Энцеладе, спутнике Сатурна, покрытом льдом.

сила : Некоторое внешнее влияние, которое может изменить движение тела, удерживать тела близко друг к другу или вызвать движение или напряжение в неподвижном теле.

гравитация : Сила, которая притягивает все, имеющее массу или объем, к любому другому объекту с массой. Чем больше у чего-то массы, тем больше его сила тяжести.

парниковый газ : газ, который способствует парниковому эффекту, поглощая тепло. Двуокись углерода — один из примеров парникового газа.

Международная космическая станция : искусственный спутник, вращающийся вокруг Земли. Эта станция, управляемая Соединенными Штатами и Россией, представляет собой исследовательскую лабораторию, в которой ученые могут проводить эксперименты в области биологии, физики и астрономии, а также наблюдать за Землей.

ионосфера : слой атмосферы Земли, расположенный на высоте 75 и 1000 километров (47 и 620 миль) над поверхностью Земли. Он поглощает вредные ультрафиолетовые лучи солнца. Эта энергия отделяет электроны от атомов и молекул, создавая зону, полную свободно плавающих ионов. Доля присутствующих здесь ионов влияет на прохождение радио и других сигналов.

Линия Кармана : Также известна как мезопауза, она названа в честь физика венгерского происхождения Теодора фон Кармана.На высоте около 80 километров (50 миль) это воображаемая линия, которую Карман выбрал, чтобы отметить начало космического пространства.

широта : расстояние от экватора, измеряемое в градусах (до 90). Низкие широты ближе к экватору; высокие широты ближе к полюсам.

масса : Число, показывающее, насколько объект сопротивляется ускорению и замедлению — в основном мера того, из какого количества вещества сделан этот объект.

метеор : (прил.метеоритный) кусок камня или металла из космоса, который попадает в атмосферу Земли. В космосе он известен как метеороид. Когда вы видите его в небе, это метеор. И когда он падает на землю, его называют метеоритом.

метан : углеводород с химической формулой CH ₄ (что означает, что четыре атома водорода связаны с одним атомом углерода). Это естественный компонент так называемого природного газа. Он также выделяется при разложении растительного материала на водно-болотных угодьях и выделяется коровами и другими жвачими животными.С точки зрения климата, метан в 20 раз сильнее углекислого газа задерживает тепло в атмосфере Земли, что делает его очень важным парниковым газом.

молекула : электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O ₂ ), а вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H ₂ O).

орбита : Изогнутый путь небесного объекта или космического корабля вокруг галактики, звезды, планеты или луны. Один полный оборот вокруг небесного тела.

оксид : соединение, полученное путем соединения одного или нескольких элементов с кислородом. Ржавчина — это оксид; так вода.

озон : бесцветный газ, состоящий из молекул, содержащих три атома кислорода. Он может образовываться высоко в атмосфере или на уровне земли. Образуясь на поверхности Земли, озон является загрязнителем, раздражающим глаза и легкие.Это также один из основных компонентов смога.

озоновый слой : слой в стратосфере Земли. Он содержит много озона (молекула, состоящая из трех атомов кислорода), который помогает блокировать большую часть биологически разрушающего ультрафиолетового излучения солнца.

частица : Минутное количество чего-то.

физик : Ученый, изучающий природу и свойства материи и энергии.

планета : большой небесный объект, который вращается вокруг звезды, но, в отличие от звезды, не излучает видимого света.

полюса : (в науках о Земле и астрономии) Холодные регионы планеты, которые находятся дальше всего от экватора; верхний и нижний концы виртуальной оси, вокруг которой вращается небесный объект.

загрязнитель : Вещество, которое портит что-либо, например, воздух, воду, наши тела или продукты. Некоторые загрязнители представляют собой химические вещества, например пестициды. Другие могут быть излучением, включая избыточное тепло или свет. Даже сорняки и другие инвазивные виды могут считаться типом биологического загрязнения.

излучать : (в физике) излучать энергию в форме волн.

радиоволны : Волны в части электромагнитного спектра. Это тот тип, который люди сейчас используют для междугороднего общения. Радиоволны длиннее, чем волны видимого света, используются для передачи радио- и телевизионных сигналов. Они также используются в радарах.

спутник : Луна, вращающаяся вокруг планеты, или транспортное средство, или другой искусственно созданный объект, который вращается вокруг некоторого небесного тела в космосе.

ударные волны : Крошечные области в газе или жидкости, где свойства основного материала резко меняются из-за прохождения какого-либо объекта (который может быть самолетом в воздухе или просто пузырьками в воде). Через ударную волну давление, температура и плотность в регионе резко и почти мгновенно повышаются.

солнечная энергия : энергия солнечного света, которая может быть уловлена ​​в виде тепла или преобразована в тепло или электрическую энергию. Некоторые люди называют энергию ветра формой солнечной энергии.Причина: ветры вызваны колебаниями температуры и плотности воздуха, на которые влияет нагрев воздуха, грунтовых и поверхностных вод солнечными лучами.

солнце : звезда в центре солнечной системы Земли. Это примерно 27 000 световых лет от центра галактики Млечный Путь. Также термин для обозначения любой солнечной звезды.

тропопауза : граница между двумя нижними слоями атмосферы Земли, тропосферой и стратосферой.Этот пограничный слой меняется в зависимости от широты, от высоты около 6 километров (4 миль) над полюсами до 18 километров (11 миль) над экватором.

турбулентный : (сущ. Турбулентность) Прилагательное для непредсказуемого колебания жидкости (включая воздух), в которой ее скорость изменяется нерегулярно вместо поддержания постоянного или спокойного потока.

ультрафиолет : Часть светового спектра, близкая к фиолетовой, но невидимая для человеческого глаза.

вертикальный : термин для направления линии или плоскости, которая проходит вверх и вниз, как это делает вертикальный столб для уличного фонаря. Это противоположность горизонтали, которая будет проходить параллельно земле.

водяной пар : Вода в газообразном состоянии, способная взвешиваться в воздухе.

волна : возмущение или изменение, которое распространяется в пространстве и материи регулярным, колеблющимся образом.

погода : Условия в атмосфере в определенном месте и в определенное время.Обычно его описывают с точки зрения конкретных характеристик, таких как давление воздуха, влажность, влажность, любые осадки (дождь, снег или лед), температура и скорость ветра. Погода представляет собой реальные условия, которые происходят в любое время и в любом месте. Он отличается от климата, который представляет собой описание условий, которые, как правило, возникают в каком-то общем регионе в течение определенного месяца или сезона.

Рентгеновское излучение : Тип излучения, аналогичный гамма-излучению, но имеющий несколько более низкую энергию.

Удаление слоев атмосферы

Атмосфера Земли — это наш естественный щит от суровых условий космоса, включая все, от метеоров и падающих спутников до смертоносного ультрафиолетового излучения Солнца. Он также содержит воздух, которым мы дышим, погодные условия, которые мы переживаем, и помогает регулировать планетарные температуры.

Атмосфера состоит из слоев газов, называемых «воздухом», которые окружают планету и удерживаются земной гравитацией.

«Воздух» — это общее название, данное комбинации газов, используемых организмами для дыхания и фотосинтеза. По объему сухой воздух содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,039% углекислого газа и меньшие количества различных других газов, а также различные количества водяного пара. Однако состав воздуха и атмосферное давление в атмосфере неодинаковы и различаются на разных высотах, давая атмосфере 5 различных основных слоев.

Слои атмосферы:

Тропосфера:
Начиная с поверхности Земли, тропосфера простирается примерно на семь миль вверх.Это слой, в котором мы живем, и он содержит большую часть того, что мы считаем «атмосферой», включая воздух, которым мы дышим, и почти всю погоду и облака, которые мы видим. В тропосфере температура воздуха снижается по мере того, как вы поднимаетесь.

Стратосфера:
Этот слой существует на высоте от семи до 31 мили над поверхностью Земли. В отличие от тропосферы внизу, температура воздуха фактически увеличивается с высотой, что приводит к стратификации воздуха. По возможности, коммерческие реактивные самолеты летают в нижних слоях стратосферы, чтобы избежать турбулентности, характерной для тропосферы, из-за конвекции.

Мезосфера:
Третий слой атмосферы Земли, мезосфера, простирается от 31 до 50 миль в высоту (высота, на которой вы считаются астронавтом по стандартам США). Считается одним из самых холодных мест на Земле, средняя температура составляет около -120 ° F. В этом слое сгорает большинство метеоров при входе в атмосферу Земли, и это самая высокая высота, на которой может образоваться облако.

Термосфера:
Родина линии Кармана, охватывающая область от 50 до 440 миль над поверхностью Земли, термосфера — это второй и последний слой атмосферы.Термосфера — это место, где высокоэнергетическое ультрафиолетовое и рентгеновское излучение начинает поглощаться, вызывая огромные колебания температуры. В значительной степени зависит от солнечной активности, температура здесь может варьироваться от -184 ° F до 3630 ° F. Однако, несмотря на высокие температуры, этот слой атмосферы все равно будет очень холодным для нашей кожи из-за очень тонкой атмосферы.
В термосфере кривизна Земли становится отчетливо ясной, и космические путешественники начинают ощущать «невесомость».Из-за сильно ионизированной атмосферы, присутствующей в термосфере, здесь также наблюдается явление, известное как полярные сияния.