Высота атмосфера земли: Слои атмосферы — урок. География, 6 класс.

Слои атмосферы — урок. География, 6 класс.

Атмосфера состоит из \(5\) слоёв, которые различаются по составу, плотности и температуре.

 

Рис. \(1\). Слои атмосферы

 

Нижние слои атмосферы — тропосфера и стратосфера — содержат почти весь воздух Земли.

 

Тропосфера — самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы. Тропосфера наиболее пригодна для жизни. Здесь обитает большинство живых организмов Земли, включая людей. Атмосфера вращается вместе с планетой, поэтому она так же сплюснута у полюсов. Верхняя граница тропосферы проходит на высоте \(16\)–\(18\) км над экватором, \(10\)–\(12\) км в умеренных широтах и \(8\)–\(9\) км над полюсами. В тропосфере находится \(80\) % массы воздуха, почти весь водяной пар и примеси. Здесь происходят горизонтальные и вертикальные движения воздуха, формируются облака, выпадают атмосферные осадки (дождь, снег и другие). Тропосферу называют «фабрикой погоды». Воздух нижнего слоя атмосферы нагревается от поверхности Земли, но при подъёме вверх температура воздуха понижается и достигает у верхней границы тропосферы \(-50\) °С.

 

Стратосфера — второй слой от поверхности Земли. Он простирается до высоты \(50\)–\(55\) км. Воздух здесь разрежён (\(20\) % массы атмосферы), им невозможно дышать. В стратосфере температура воздуха с подъёмом повышается и на верхней границе почти достигает \(0\) °С. На высоте \(20\)–\(25\) км располагается озоновый слой. Этот слой служит своеобразным экраном, который защищает всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей. Но под действием продуктов сгорания топлива и фреонов озон разрушается, появляются озоновые дыры (например над Антарктидой).

 

Выше \(50\)–\(55\) км располагаются верхние слои атмосферы — мезосфера, термосфера и экзосфера. Плотность воздуха в этих слоях ничтожно мала. Здесь происходят удивительные явления природы: полярные сияния (свечение разрежённых газов) и метеоры (вспышки при сгорании в атмосфере метеорных тел). В экзосфере происходит ускользание в космическое пространство водорода, кислорода и гелия.

Атмосфера Земли

Географическая оболочка

Атмосфера (от греческого atmos — пар и sphaira – шар) – газовая оболочка Земли, которая удерживается её притяжением и вращается вместе с планетой. Физическое состояние атмосферы определяется климатом, а основными параметрами атмосферы являются состав, плотность, давление и температура воздуха. Плотность воздуха и атмосферное давление с высотой уменьшаются. Атмосферу разделяют на несколько слоёв в зависимости от изменения температуры: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Между этими слоями расположены переходные области, которые называются тропопауза, стратопауза и так далее.

Тропосфера — нижний слой атмосферы, высотой в полярных областях располагается до высоты 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, а на экваторе – 16-18 км. В тропосфере находится около 80% всей массы атмосферы и почти все водяные пары. Плотность воздуха здесь наибольшая. При подъёме на каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65° Верхний слой тропосферы, который является промежуточным между ней и стратосферой, называют тропопаузой.

Стратосфера — второй слой атмосферы, который располагается на высоте от 11 до 50 км. Здесь температура с высотой, напротив, повышается. На границе с тропосферой она достигает примерно -56°С, а к высоте около 50 км поднимается до 0°С. Область между стратосферой и мезосферой называется стратопаузой. В стратосфере располагается слой «озоновый слой», определяющий верхний предел биосферы. Озоновый слой также является своеобразным щитом, защищающим живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. Сложные химические процессы, происходящие в этой оболочке, сопровождаются выделением световой энергии (например, северное сияние). Здесь сосредоточено около 20% массы атмосферы.

Следующим слоем атмосферы является мезосфера. Она начинается на высоте 50 км и заканчивается на высоте 80-90 км. Температура воздуха в мезосфере с высотой понижается и достигает в верхней её части -90°С. Промежуточным слоем между мезосферой и следующей за ней термосферой является мезопауза.

Термосфера или ионосфера начинается на высоте 80-90 км и заканчивается на высоте 800 км.

Температура воздуха здесь достаточно быстро возрастает, достигая нескольких сот и даже тысяч градусов.

Последней частью атмосферы является экзосфера или зона рассеяния. Она располагается выше 800 км. Это пространство уже практически лишено воздуха. На высоте около 2000-3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который не входит в атмосферу Земли.

Размер атмосферы Земли | terasfera

Точный размер атмосферы неизвестен, так как ее верхняя граница четко не прослеживается. Однако строение атмосферы изучено достаточно для того чтобы каждый мог получить представление о том, как устроена газовая оболочка нашей планеты.

Ученые, изучающие физику атмосферы, определяют ее как область вокруг Земли, которая вращается вместе с планетой. ФАИ дает следующее определение:

• граница между космосом и атмосферой проходит по линии Кармана. Линия эта, по определению той же организации — это высота над уровнем моря, находящаяся на высоте 100 км.

Все, что выше этой линии – космическое пространство. В межпланетное пространство атмосфера переходит постепенно, именно поэтому существуют разные представления о ее размерах.

С нижней границей атмосферы все гораздо проще – она проходит по поверхности земной коры и водной поверхности Земли – гидросфере. При этом граница, можно сказать, сливается с земной и водной поверхностью, так как частицы там также растворены частички воздуха.

Какие слои атмосферы входят в размер Земли

Всего под линией Кармана находится три слоя, еще два – над ней. Нижний слой земной атмосферы называется пограничным, его толщина 1-2 км. Его также называют «слоем трения». Толщина планетарного пограничного слоя разнится, так как на нее оказывают влияние свойства земной поверхности – так называемая «подстилающая поверхность».

На высоте 8-10 км в полярных широтах и 16-18 в тропических находится тропосфера.

Интересный факт: зимой она находится ниже, летом – выше.

Именно в этом слое возникает турбулентность, антициклоны и циклоны, образуются облака. Именно эта сфера отвечает за формирование погоды, в ней расположено примерно 80% всех воздушных масс.

Тропопаузой называют слой, в котором с высотой не происходит снижение температуры. Выше тропопаузы, на высоте выше 11 и до 50 км находится стратосфера. В стратосфере располагается слой озона, который, как известно, защищает планету от ультрафиолетовых лучей. Воздух в этом слое разряжен, эти объясняется характерный фиолетовый оттенок неба. Скорость воздушных потоков здесь может достигать 300 км/час. Между стратосферой и мезосферой находится стратопауза – пограничная сфера, в которой имеет место температурный максимум.

Следующий слой – мезосфера. Она простирается до высот 85-90 километров. Цвет неба в мезосфере – черный, поэтому звезды можно наблюдать даже утром и днем. Там происходят сложнейшие фотохимические процессы, в ходе которых возникает свечение атмосферы.

Между мезосферой и следующим слоем, термосферой, находится мезопауза. Его определяют как переходный слой, в котором наблюдается температурный минимум. Выше, на высоте 100 километров над уровнем моря, находится линия Кармана. Выше этой линии находятся термосфера (предел высоты 800км) и экзосфера, которую также называют «зоной рассеивания». Она на высоте примерно 2-3 тысячи километров переходит в ближнекосмический вакуум.

Учитывая то, что верхний слой атмосферы четко не прослеживается, точный ее размер высчитать невозможно. Кроме того, в разных странах существуют организации, придерживающиеся разных мнений на этот счет. Надо отметить, что линию Кармана можно считать границей земной атмосферы лишь условно, так как разные источники используют разные отметки границ. Так, в некоторых источниках можно найти сведения о том, что верхняя граница проходит на высоте 2500-3000 км.

NASA для расчетов использует отметку 122 километра. Не так давно были проведены эксперименты, которые уточнили границу, как расположенную на отметке 118км.

Смотрите также:

• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/01/Vidy-vozdejstviya-na-atmosferu-150×150.jpg» alt=»Виды воздействия на атмосферу»>Виды воздействия на атмосферу
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/Formy-relefa-dna-okeana-150×150.jpg» alt=»Формы рельефа дна океана»>Формы рельефа дна океана
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/vzaimosvyaz-litosfery-i-atmosfery-150×150.jpg» alt=»взаимосвязь литосферы и атмосферы»>взаимосвязь литосферы и атмосферы
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/09/himicheskij-sostav-elementov-litosfery-150×150.jpg» alt=»химический состав элементов литосферы»>химический состав элементов литосферы
• <img src=»http://terasfera. ru/wp-content/uploads/2016/08/Sostav-gidrosfery-shema-krugovorota-ugleroda-azota-i-kisloroda-150×150.jpg» alt=»Состав гидросферы, схема круговорота углерода, азота и кислорода»>Состав гидросферы, схема круговорота углерода, азота и кислорода
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/Ekvatorialnyj-i-subekvatorialnyj-klimaticheskie-poyasa-osadki-vetra-pochva-temperatura-150×150.jpg» alt=»Экваториальный и субэкваториальный климатические пояса — осадки, ветра, почва, температура»>Экваториальный и субэкваториальный климатические пояса — осадки, ветра, почва, температура
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/Poverhnostnye-gruntovye-i-podzemnye-vody-150×150.jpg» alt=»Поверхностные, грунтовые и подземные воды»>Поверхностные, грунтовые и подземные воды
• <img src=»http://terasfera. ru/wp-content/uploads/2016/07/Suhovej-goryachij-veter-150×150.jpg» alt=»Суховей — горячий ветер»>Суховей — горячий ветер

Строение земной атмосферы таблица. Презентация на тему: Атмосфера Земли: ее состав и строение

Для изучения физического состояния атмосферы произво­дятся как инструментальные, так и визуальные наблюдения. Инструментальные наблюдения осуществляются с помощью специальных приборов, устанавливаемых у поверхности земли на метеорологических станциях, и приборов, поднимаемых на резиновых шарах, самолетах, аэростатах и воздушных змеях. При инструментальных наблюдениях получают сведения о тем­пературе, влажности, давлении воздуха, скорости и направле­нии ветра у поверхности земли и на высотах до 30-40 км. Кроме того, с их помощью определяется высота нижней и верхней границ облаков, количество осадков, состав воздуха, распределение лучистой энергии и т. п.

Визуальные наблюдения ведутся на метеорологических станциях (рис. 3). В процессе этих наблюдений определяют форму и количество облаков (т. е. степень покрытия неба), дальность горизонтальной видимости (степень прозрачности воздуха), характер выпадающих атмосферных осадков, интен­сивность метелей и пр.

Существуют и косвенные методы изучения строения атмо­сферы. Косвенные методы применяются главным образом для получения сведений о высоких слоях атмосферы, которые пока малодоступны для зондирования. К косвенным методам отно­сятся наблюдения за световыми явлениями в атмосфере, рас­пространением звуковых волн и радиоволн. Такие световые явления, как полярные сияния, светимость ночного неба, след метеоров, яркость сумеречного неба и др., позволяют судить о плотности и температуре воздуха, скорости и направлении воздушных потоков.

Из косвенных способов изучения атмосферы можно также отметить следующие:
по перламутровым облакам определяется ветер и влаж­ность воздуха на высотах 22-26 км, по серебристым обла­кам — воздушные течения на высотах 80-90 км;
по аномальному распространению звука устанавливается температура, давление, ветер; те же элементы определяются по метеорным следам на высотах 50-150 км;
по ультрафиолетовой радиации определяется содержание озона, по излучению ночного неба — состав и температура воздуха на высотах 60-70 км, по полярным сияниям — на вы­сотах 80-1000 км.

Метеорологическими и геофизическими ракетами определяется давление, плотность и температура воздуха, а также солнечный спектр и др.
Наиболее распространенным радиометеорологическим при­бором является радиозонд — изобретение П. А. Молчанова (рис. 4). Выпускаемый на резиновом шаре в свободную атмосферу, радиозонд в полете регистрирует давление, температуру и влажность воздуха, а результаты измерений по радио пере­дает условными сигналами. Сигналы улавливаются радио­приемниками и расшифровываются наблюдателями. После быстро произведенной обработки получают значения метеоро­логических элементов на раз­личных высотах.

Сведения о направлении и скорости воздушных течений на высотах получают с по­мощью шаров-пилотов и ра­диопилотов. Шары-пилоты — это небольшие резиновые ша­ры, наполненные водородом. После выпуска их в свободный полет за ними наблюдают в аэро­логический теодолит. По отсчетам величин углов вычисляется направление и скорость ветра на различных высотах.

В отличие от шаропилотных наблюдений, производящихся при ясной погоде, радиопилотные наблюдения с помощью радиолокатора или радиопеленгатора позволяют определять направление и скорость ветра и при облачной погоде.
Высота нижней границы облаков измеряется с помощью шаров-пилотов и прожекторов. Для этой же цели используются самолеты, предназначенные для зондирования атмосферы, и облакомеры, поднимаемые на резиновых шарах.
В последние годы для изучения микроструктуры облаков и других целей оборудуются специальные самолеты-лабора­тории.
Почти все перечисленные средства наблюдений за физиче­ским состоянием свободной атмосферы созданы в текущем сто­летии, главным образом за последние 20-25 лет.
Изучением физических процессов и явлений, происходящих в свободной атмосфере, занимается аэрология, представляю­щая собой раздел метеорологии.
Первые сведения о строении атмосферы были получены с помощью аэростатов. В России первое научное применение аэростата было осуществлено академиком Я. Д. Захаровым в 1804 г. В последующем полеты совершали известные ученые Д. И. Менделеев, М. А. Рыкачев и др. В частности, полет Д. И. Менделеева был произведен 7 (19) августа 1877 г. из го­рода Клина.
В нашей стране первый полет стратостата был совершен в 1933 г. Стратостат «СССР-1» поднялся на рекордную для того времени высоту 19 км (рис. 5). Другой советский страто­стат «Осоавиахим-1» в 1934 г. достиг высоты 22 км. Наблю­дения, произведенные при полете, дали много ценных сведений о строении и составе воздуха в нижних слоях стратосферы. Полеты стратостатов в те годы были совершены и в США.

Стратостат “СССР-1”

Новые интересные данные об особенностях строения высо­ких слоев атмосферы, как уже говорилось, были получены в конце 40-х и в 50-х годах с помощью специальных метеоро­логических и геофизических ракет, искусственных спутников Земли и косвенных методов исследования атмосферы. Осо­бенно много запусков осуществлено в период МГГ, МГС и позднее, т. е. начиная с 1957 г.
Многочисленные запуски ракет как в СССР, так и за рубе­жом производились в самых различных пунктах северного и южного полушарий. В результате впервые были получены ценные сведения о высоких слоях атмосферы над Арктикой и Антарктикой, Европой и Азией, Америкой и Австралией, над океанами. Особенно интересны данные, полученные в Арктике, Антарктике и экваториальной зоне.

Большинство метеорологических ракет запускают на вы­соты 60-100 км. Геофизические ракеты достигают значительно больших высот. Так, например, созданная в СССР ракета с аппаратурой общим весом 2200 кг в мае 1957 г. поднялась на высоту 212 км, а 21 февраля 1958 г. другая советская ракета с научной аппаратурой общим весом 1520 кг достигла высоты 473 км. Находящиеся в ракете приборы обычно возвращаются на Землю.
Регистрация различных метеорологических элементов и явлений происходит как при стремительном подъеме ракеты, так и во время плавного спуска на парашюте отделяющегося от нее контейнера с аппаратурой. Результаты наблюдений передаются на Землю с помощью радиотелеметрической аппа­ратуры. Научные приборы регистрируют температуру, давление и химический состав атмосферы на разных высотах; с их по­мощью производится изучение физических свойств ионосферы, космических лучей, коротковол­новой ультрафиолетовой части солнечного спектра.
С запуском в высокие слои атмосферы первого искусствен­ного спутника Земли наряду с изучением этих слоев началось исследование граничащего с ни­ми космического пространства. Искусственные спутники Зем­ли для изучения атмосферы имеют значительные преимуще­ства по сравнению с метеороло­гическими ракетами. Последние, будучи очень дорогими и слож­ными, позволяют получать све­дения лишь в немногих пунктах их запуска и в короткие про­межутки времени. Между тем для систематического исследова­ния атмосферных процессов необходима широкая сеть стан­ций, одновременно выпускаю­щих ракеты, — подобие суще­ствующей сети аэрологических станций, — что пока трудно осу­ществимо.
Искусственные спутники, не­смотря на трудности запуска их на орбиту, обладают рядом преи­муществ. Представляя собой научную лабораторию, спутник в течение своего многодневного полета регистрирует и передает по радио сведения о составе атмосферы, космическом излу­чении, напряженности магнитного поля Земли, корпускулярном излучении Солнца и т. п. на всем земном шаре на высоте своей орбиты.
Специальные метеорологические спутники Земли произво­дят фотографирование облаков с высоты 300 км и более и тем самым регистрируют характер погоды одновременно над обширными районами Земли. По данным, получаемым с по­мощью искусственных спутников Земли, производится расчет составляющих теплового баланса атмосферы, позволяющий опре­делить распределение температуры и ветра у поверхности земли и на высотах.
Очевидно, что на различные высоты одновременно может быть запущена серия метеорологических искусственных спут­ников, что позволит многократно и на протяжении длительного промежутка времени получать данные об особенностях про­цессов в высоких слоях атмосферы. Правда, для длительного существования искусственного спутника необходимо, чтобы орбита его располагалась выше плотных слоев атмосферы, т. е. выше 200 км.
Искусственные спутники Земли, запускаемые на орбиты ниже 1000 км над земной поверхностью, проходят сквозь верх­ние слои атмосферы. Соприкасаясь с атмосферой и испытывая сопротивление, спутники постепенно теряют свою скорость и переходят на более низкие орбиты. Искусственные спутники Земли, запущенные на орбиты выше 1000 км над земной по­верхностью, могут существовать длительное время.
Первый искусственный спутник Земли был запущен в Со­ветском Союзе 4 октября 1957 г. на высоту – около 900 км, вто­рой — 3 ноября 1957 г. на высоту 1700 км, третий — 15 мая 1958 г. на высоту 1880 км.
Большие перспективы в изучении космического простран­ства открылись в связи с запуском космических кораблей. Первый советский космический корабль-спутник был выведен на орбиту 15 мая 1960 г. Запуск второго космического корабля-спутника был осуществлен 19 августа 1960 г., третьего корабля-спутника- 1 декабря 1960 г.
Для изучения космического пространства производятся запуски космических ракет. Первая космическая ракета весом 1472 кг была запущена в Советском Союзе 2 января 1959 г., вторая — 12 сентября (ее вес 1511 кг), третья — 4 октября того же года (вес 1553 кг).
1961 год ознаменовался новыми успехами в проникновении в глубины атмосферы и космического пространства. 12 фев­раля в Советском Союзе был осуществлен запуск ракеты к планете Венера, а 12 апреля 1961 г. первый космонавт мира Юрий Алексеевич Гагарин совершил полет вокруг Земли на ко­рабле-спутнике «Восток-1». Полет, продолжавшийся 108 мин., вызвал восхищение во всем мире.
12 апреля 1961 г. войдет в историю как первый день эпохи проникновения человека в космос. Исторический подвиг Юрия Гагарина продемонстрировал силу творческого гения совет­ского народа.
Как известно, уже второй космический корабль-спутник весом до 4,6 т благополучно возвратился на Землю. Имелись все условия для полета человека. Но была необходима полная уверенность в безопасности полета и возвращении космонавта на Землю. Лишь после ряда запусков советские ученые послали первого человека в космический полет. Позднее в США были осуществлены полеты человека в ракетах и в спутнике.
Осуществление полетов космических кораблей сопряжено с рядом трудностей. Еще в XVII в. великий Ньютон определил две величины скорости, необходимые для определения силы земного притяжения. Одна из них — первая космическая ско­рость — у поверхности земли равна 8 км/сек. Эта скорость обе­спечивает полет запущенного объекта вокруг Земли в качестве искусственного спутника. Другая величина, называемая второй космической скоростью, равна 11 км/сек. Имея вторую косми­ческую скорость, запущенный объект преодолевает силу зем­ного притяжения и уходит в межпланетное пространство. Такие скорости достигаются с помощью многоступенчатых ракет.
Для благополучного космического полета человека меж­планетные корабли должны быть управляемыми, так как при этом условии можно обеспечить возвращение на Землю. Но это еще не все. Необходимо создать такие условия, чтобы орга­низм человека мог выдержать полет. Человеческий организм легко переносит любые скорости. Мы не чувствуем скорости движения поезда, полета самолета, движения Земли вокруг Солнца (последняя скорость равна примерно 30 км/сек) и т. п. Но организм человека очень чувствителен к изменениям ско­рости, т. е. к ускорению. Одни легко переносят катание на «аме­риканских» горах, а у других самочувствие ухудшается даже при подъеме и спуске в лифте.
Ускорение корабля-спутника огромно. Это приводит к воз­растанию веса космонавта в момент взлета в несколько раз. Поэтому, помимо специальной тренировки организма для по­лета в космос, разработан такой режим подъема, который обеспечивает безопасность космонавта.
А какое влияние на человека оказывает невесомость?
При вертикальном запуске до высоты 100 км человек испы­тывает невесомость в течение примерно 3 мин., при запуске до 200 км — 5-6 мин., а до 500 км — около 10 мин. При орбитальном полете искусственных спутников Земли, как и кос­мических кораблей, невесомость продолжается непрерывно.
Полеты подопытных животных показали, что невесомость не должна заметно влиять на организм. После полета Юрия Гагарина вопрос о действии невесомости на тело человека был выяснен окончательно.
Не прошло и четырех месяцев после первого полета чело­века в космос, как советская наука добилась нового блестя­щего успеха в осуществлении космических полетов.
6 августа 1961 г. в 9 час. советский космический корабль-спутник «Восток-2», пилотируемый Германом Степановичем Титовым, за 25 час. сделал 17 оборотов вокруг Земли и, про­летев свыше 700 000 км, 7 августа в 10 час. 18 мин. призем­лился в заданном районе, вблизи места посадки корабля-спутника «Восток-1» с пилотом-космонавтом Юрием Гагариным.
Полет космического корабля-спутника «Восток-2» происхо­дил по орбите с минимальным удалением корабля от поверх­ности Земли (в перигее) 183 км и максимальным удалением (в апогее) 244 км. Полет доказал возможность длительного пребывания человека в космическом пространстве.
11 августа 1962 г. в СССР на орбиту спутника Земли был выведен космический корабль «Восток-3», пилотировавшийся летчиком-космонавтом Андрияном Григорьевичем Николаевым. На следующий день, 12 августа, на орбиту был выведен ко­рабль «Восток-4» с летчиком-космонавтом Павлом Романовичем Поповичем.
Период обращения обоих кораблей вокруг Земли составлял 88,5 мин. Максимальное удаление кораблей от поверхности Земли (в апогее) достигало 251 и 254 км соответственно, а ми­нимальное (в перигее) — 183 и 180 км.
Первый в мире групповой полет космических кораблей про­исходил в ионосфере (термосфере), о которой наши знания пока весьма ограничены.
Советские корабли-спутники приземлились 15 августа около 10 часов. Программа полетов была выполнена полностью.
Корабль «Восток-3», облетев вокруг Земли более 64 раз, за 95 часов прошел расстояние свыше 2,6 млн. км, а корабль «Во­сток-4» за 71 час облетел Землю более 48 раз, пройдя расстоя­ние около 2 млн. км.
Замечательные полеты советских космонавтов Юрия Гага­рина, Германа Титова, Андрияна Николаева, Павла Поповича, американского космонавта Джона Гленна и др. показали, что в недалеком будущем человек сможет проникнуть в межпланет­ное пространство и осуществить мечты о полете на Луну и пла­неты солнечной системы.

Презентация на тему: Атмосфера Земли: ее состав и строение

1 из 12

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Атмосфера (от греч. atmos — пар и spharia — шар) -воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов. Атмосфера (от греч. atmos — пар и spharia — шар) -воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов. Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде. Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство. Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.

№ слайда 3

Описание слайда:

№ слайда 4

Описание слайда:

№ слайда 5

Описание слайда:

Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км. Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км. Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха. Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере.

№ слайда 6

Описание слайда:

Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются. Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются. В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч. В этом слое сосредоточен озон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С. Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.

№ слайда 7

Описание слайда:

Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С. Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С. На высоте 80 км начинается термосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

№ слайда 8

Описание слайда:

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

№ слайда 11

Описание слайда:

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно (табл. 1). Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО2 примерно на 10-12 %. Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно (табл. 1). Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО2 примерно на 10-12 %.

Космонавты, видевшие нашу планету из космоса, говорят, что она окружена тонкой голубой дымкой. Так выглядит атмосфера, рождение которой до сих пор до конца неясно.

Состав атмосферы

Атмосфера (от греческих слов atmos — воздух, sphaira — шар) — газовая оболочка, окружающая Землю и простирающаяся до 1000 километров вверх от земной поверхности. Она удерживается силой притяжения Земли.

Воздух атмосферы — это смесь газов, мельчайших капель воды и кристаллов льда. В нём присутствуют также частицы пыли, сажи и органических веществ. Основные газы атмосферы — азот, кислород и аргон. Они составляют 99,9% массы атмосферного воздуха. Их соотношение у земной поверхности одинаково в разных районах Земли. Это объясняется сильным перемешиванием воздуха.

В атмосфере выделяют несколько слоев. Они различаются многими свойствами, и прежде всего особенностями изменения температуры. Нижние слои атмосферы — тропосфера и стратосфера содержат почти весь воздух Земли. Тропосфера — непосредственно прилегающий к земной поверхности . Её верхняя граница над экватором проходит на высоте 18 километров, а над полюсами — на высоте 8-9 километров. В тропосфере находится более 4/5 всего атмосферного воздуха, содержится почти весь водяной пар. Здесь происходят горизонтальные и вертикальные движения воздуха, формируются облака, приносящие дождь, снег. Температура в тропосфере постепенно понижается снизу вверх и на границе со стратосферой составляет в среднем -55 °С. В тропосфере протекает жизнь человека, растений и животных.

Стратосфера простирается до высоты 50-55 километров. Воздух в ней настолько разрежен, что им нельзя дышать. Видимость в этом слое всегда хорошая, здесь почти нет облаков, не бывает ни гроз, ни дождя, ни снега. Поэтому в нижних слоях стратосферы пролегают пути современных самолётов. В нижней части стратосферы температура более или менее постоянна, но с высоты 25 километров начинает повышаться и на верхней границе слоя близка к 0 °С.

Выше стратосферы лежат верхние слоя атмосферы. Температура здесь понижаете и на высоте 80 километров достигает минимума -80 °С. Воздух на этой высоте настолько разрежен, что не поглощает солнечное тепло и не рассеивает свет.

Выше температура в атмосфере быстро растёт и на высоте 500-600 километр составляет +1500 °С. Поэтому по температурному признаку в верхней атмосфере выделяют слой, называемый термосферой. Высоты атмосферы от 100 до 1000 километров называют ионосферой. Здесь под воздействием ультрафиолетовых лучей, идущих от Солнца, частицы газов сильно электризуются. Свечение этих частиц вызывает полярное сияние.

Земля — единственная из планет , которая имеет газовую оболочку, содержащую необходимый для дыхания кислород. Для большинства живых организмов атмосфера — среда жизни. Можно сказать, что растения, животные и люди обитают не только на твёрдой поверхности Земли, но и на дне «воздушного океана». Атмосфера защищает планету от вредных космических излучений и мелких метеоритов, которые сгорают в ней, не достигая поверхности Земли. Значительная часть солнечной энергии расходуется на нагрев приземного слоя воздуха. Атмосфера удерживает тепло у земной поверхности, подобно покрывалу предохраняет её от излишнего перегрева и переохлаждения. Испарившаяся с поверхности вода образует в тропосфере облака, которые также защищают Землю от перегрева. Они отражают часть солнечных лучей и приносят

Об истории исследования верхних слоев атмосферы Земли

Мы живем на дне воздушного океана, который простирается вверх на тысячи километров. И все наблюдаемые нами погодные явления происходят в его самом нижнем, тончайшем слое – тропосфере. Ее мощность по высоте в умеренных широтах составляет 10 – 12 км, в полярных широтах 8 – 10 км и 16 – 18 км в тропиках. По сравнению с протяженностью всей толщи атмосферы это ничтожно мало. Но в тропосфере, как уже было отмечено выше, сосредоточена вся наша погода со всем многообразием явлений и циркуляций. Также в ней сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха.

Тем не менее, вышележащие слои земной атмосферы не менее важны для всего живого на нашей планете. Слой озона, находящийся в следующем за тропосферой слое – стратосфере, – является надежной преградой на пути к поверхности Земли гибельной для всего живого ультрафиолетовой радиации. Помимо этого установлено, что межгодовые вариации общего содержания озона (ОСО) в глобальном масштабе являются индикаторами изменений климата. А по изменениям ОСО в отдельных географических точках можно судить о предстоящих аномалиях приземной температуры в удаленных от этой точки географических районах в долгосрочной (до 40 дней) перспективе, что, несомненно, со временем может быть использовано для более точных долгосрочных прогнозов погоды.

Для изучения верхних слоев атмосферы длительное время применялись различные косвенные методы, к которым относятся прежде всего наблюдения за распространением звуковых волн, сумеречным небом, метеорными следами, перемещением и и др.

В 1930 году впервые для исследования атмосферы выпущен радиозонд, изобретенный советским метеорологом П.А. Молчановым, а в 1933 году Г.А. Прокофьев, К.Д. Годунов и Е.К. Бирнбаум поднялись на стратостате «СССР-1» на высоту 19 км.

Но записи научных наблюдений сохранились.

В 40–50-х годах прошлого столетия благодаря техническому прогрессу и оснащению метеорологии радиотехническими средствами стало возможным непосредственное измерение многих параметров атмосферы на высотах вначале до 20 – 30 км, а затем и до 60 – 100 км. Запуски метеорологических ракет и искусственных спутников Земли значительно расширили эти возможности.

Высокие радиозондовые подъемы позволили сделать важное открытие в стратосфере. Были обнаружены значительные сезонные (муссонные) изменения градиента температуры экватор – полюс и связанные с ними изменения режима давления и ветра.

Важным этапом стал Международный геофизический год, который длился с 1 июля 1957 года по 31 декабря 1958 года. Ученые из 64 стран вели исследования Земли по единой программе. За это время в СССР было запущено 112 метеорологических и 13 геофизических ракет. Полученные международными командами ученых данные позволили детально изучить строение атмосферы и особенности ее циркуляции до высоты 20 – 30 км.

Высотные наблюдения в верхней экваториальной стратосфере обнаружили многоцикличность воздушных течений – квазидвухлетнюю в нижней стратосфере и шестимесячную в верхней. При этом оба цикла находятся в определенной взаимосвязи.

21 февраля 1958г. в СССР был произведен запуск метеорологической ракеты весом 1520 кг, которая достигла рекордной высоты для одноступенчатых ракет этого класса – 473 км, а в конце лета того же года ракета поднялась на высоту 450 км, имея вес 1690 кг.

Использование в исследованиях атмосферы метеорологических и геофизических ракет позволило ученым получать надежные данные до высоты около 80 – 100 км.

Существенно новые данные о явлениях в околоземном пространстве были получены с помощью автоматических межпланетных станций «Луна-1», «Луна-2» и «Луна-3», запущенных соответственно 2 января, 12 сентября и 4 октября 1959 года. Так была обнаружена водородная геокорона, простирающаяся на 20 тысяч километров от Земли.

Добытая научная информация показала, что в атмосфере существует несколько слоев, которые отличаются друг от друга прежде всего и наиболее отчетливо характером вертикального распределения температуры. И если в начале XX века было принято разделять атмосферу только на две части: тропосферу (нижний слой) и стратосферу, под которой вначале понимались все слои атмосферы, расположенные выше тропосферы, то в настоящее время по рекомендации Всемирной метеорологической организации (ВМО) атмосферу принято делить на тропосферу, стратосферу , мезосферу, термосферу и экзосферу.

Об открытии озонового слоя

Ученые давно установили, что солнечный спектр постоянно обрывается в ультрафиолетовой части на одной и той же длине волны. Атмосфера оказалась непрозрачной для еще более коротких волн. Причина этого долго оставалась непонятной, так как внизу в составе атмосферы не был известен газ, который не пропускал бы ультрафиолетовых лучей. Наконец, в 1840 году в одной из физических лабораторий такой газ был найден. Разлагая воду на ее составные части – кислород и водород, удалось получить новый газ, обладающий чрезвычайно сильным характерным запахом. Его так и назвали «сильно пахнущим», по-гречески «озон».

Исследования показали, что с поднятием над земной поверхностью содержание озона сначала изменяется незакономерно, и только с высоты 10 км намечается его увеличение, особенно отчетливо выраженное выше 12 – 15 км. На высоте 20 – 25 км наблюдается максимум содержания озона, а выше количество озона постепенно убывает и становится ничтожным к высоте 55 – 60 км.

Как получали данные о содержании озона на высотах? Во-первых, путем анализа проб воздуха, взятых на высотах. Во-вторых, оптическим методом по измерениям интенсивности полос поглощения озона. Сначала на стратостатах, а позднее при помощи ракет в вышележащие слои атмосферы поднимали спектрограф, регистрирующий солнечный спектр. По интенсивности поглощения в ультрафиолетовой области спектра можно определить изменение количества озона с высотой.

Литература:
П.Н. Тверской. Курс метеорологии. Гидрометеоиздат, 1962.
Атмосфера Земли. Сборник. Москва, 1953.
А.Л. Кац. Циркуляция в стратосфере и мезосфере. Гидрометеоиздат, 1968.
Использованы также материалы журналов «Метеорология и гидрология» и «Наука и жизнь».

> > Атмосфера Земли

Для самых маленьких уже известно, что Земля выступает единственной планетой в нашей системе, которая обладает жизнеспособной атмосферой. Газовое покрывало не только богато на воздух, но и защищает нас от чрезмерного нагрева и солнечного излучения. Важно объяснить детям , что система устроена невероятно удачно, ведь позволяет поверхности прогреваться днем и остывать ночью, сохраняя допустимый баланс.

Начать объяснение для детей можно с того, что шар земной атмосферы распространяется на 480 км, но большая часть находится в 16 км от поверхности. Чем больше высота, тем ниже давление. Если брать уровень моря, то там давление равняется 1 кг на квадратный сантиметр. А вот на высоте в 3 км, оно изменится – 0.7 кг на квадратный сантиметр. Конечно, в таких условиях дышать сложнее (дети могли это прочувствовать, если когда-нибудь отправлялись в поход в горы).

Состав воздуха

Среди газов различают:

• Азот – 78%.
• Кислород – 21%.
• Аргон – 0.93%.
• Двуокись углерода – 0.038%.
• В небольших количествах есть также водяной пар и прочие примеси газов.

Атмосферные слои

Родители или учителя в школе должны напомнить, что земная атмосфера делится на 5 уровней: экзосфера, термосфера, мезосфера, стратосфера и тропосфера. С каждым слоем атмосфера растворяется все больше, пока газы окончательно не рассеются в пространстве.

Тропосфера – находится ближе всего к поверхности. С толщиною в 7-20 км она составляет половину земной атмосферы. Чем ближе к Земле, тем сильнее прогревается воздух. Здесь собран почти весь водяной пар и пыль. Дети могут не удивляться, что именно на этом уровне плавают облака.

Стратосфера начинается от тропосферы и поднимается на 50 км над поверхностью. Здесь много озона, нагревающего атмосферу и спасающего от вредного солнечного излучения. Воздух в 1000 раз тоньше, чем над уровнем моря и необычайно сухой. Именно поэтому здесь прекрасно себя чувствуют самолеты.

Мезосфера: от 50 км до 85 км над поверхностью. Вершина называется мезопаузой и выступает наиболее прохладным местом в земной атмосфере (-90°C). Ее очень сложно исследовать, потому что туда не могут подобраться реактивные самолеты, а орбитальная высота спутников чересчур высока. Ученые лишь знают, что именно здесь сгорают .

Термосфера: 90 км и между 500-1000 км. Температура достигает 1500°C. Ее считают частью земной атмосферы, но важно объяснить детям , что плотность воздуха здесь настолько низкая, что большая часть воспринимается уже как космическое пространство. Фактически именно здесь размещаются космические шаттлы и Международная космическая станция. Кроме того, здесь образуются полярные сияния. Заряженные космические частицы соприкасаются с атомами и молекулами термосферы, переводя их на более высокий энергетический уровень. Благодаря этому мы и видим эти фотоны света в виде полярного сияния.

Экзосфера – наивысший слой. Невероятно тонкая линия слияния атмосферы с космосом. Состоит из широко рассеянных водородных и гелиевых частичек.

Климат и погода

Для самых маленьких нужно объяснить , что Земле удается удерживать множество живых видов благодаря региональному климату, который представлен экстремальным холодом на полюсах и тропическим теплом на экваторе. Дети должны знать, что региональный климат – это погода, которая в конкретном участке остается неизменной 30 лет. Конечно, иногда она может меняться на несколько часов, но по больше части остается стабильной.

Кроме того, выделяют и глобальный земной климат – средний показатель регионального. Он изменялся в течении всей человеческой истории. Сегодня наблюдается стремительное потепление. Ученые бьют тревогу, так как парниковые газы, вызванные человеческой деятельностью, удерживают тепло в атмосфере, рискуя превратить нашу планету в Венеру.

Краткая характеристика атмосферы земли » Привет Студент!

Величина аэродинамических сил зависит от многих факторов, одним из которых является состояние воздушной среды (атмосферы).

Атмосферой называется воздушная оболочка, окружающая земной шар. Толщина атмосферы равна нескольким тысячам километров.

Воздух, составляющий атмосферу, представляет собой механическую смесь газов, содержание которых в нижних слоях следующее (по объему): азот ~78%, кислород ~ 21, аргон ~ 93, другие газы (углекислый газ, водород, неон, гелий и т. д.) ~ 0,07%. Относительный состав постоянных компонентов атмосферы остается практически неизменным до высоты ~ 90 км. На больших высотах состав атмосферы претерпевает значительные изменения под влиянием диссоциации молекул атмосферных газов ультрафиолетовым излучением Солнца.

 

 

 

 

Многочисленные наблюдения показывают, что атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение. В слоях атмосферы изменяется не только состав воздуха, но главным образом температура (рис. 2).

Нижний слой атмосферы, простирающийся до высоты 8 км у полюса и 18 км на экваторе, называется тропосферой. Этот слой атмосферы характеризуется интенсивным перемешиванием воздуха, наличием облачности, осадков, постепенным уменьшением температуры воздуха с увеличением высоты (на каждые 1 000 м температура уменьшается на 6,5°С). В верхнем слое тропосферы температура воздуха стабилизируется. Для средних широт высота, на которой температура воздуха практически остается неизменной, равна 11 км. В связи с тем что плотность воздуха быстро убывает с высотой, в тропосфере сосредоточено около 80% всей массы атмосферы.

Выше слоя тропосферы, примерно до высоты 55 км, простирается стратосфера. Стратосфера в нижних слоях (до 25 км) характеризуется постоянной температурой воздуха. На больших высотах температура повышается, достигая максимума ~270°К.

В верхней тропосфере и нижней стратосфере встречаются струйные течения шириной в сотни километров, в пределах которых ветер достигает скоростей 100—150 м/сек.

На высотах 55—80 км расположена мезосфера, в которой происходит постепенное понижение температуры воздуха. В мезосфере содержится примерно 0,3% всей массы воздуха атмосферы.

Вышележащий слой — термосфера простирается до высоты примерно 800 км. В этом слое под воздействием излучения солнца происходит диссоциация и ионизация молекул воздуха, что приводит к повышению его температуры до 1000° К. Однако из-за большой разреженности воздуха находящиеся в нем тела нагреваются крайне медленно, причем большая часть тепла, сообщаемого телу, рассеивается излучением.

На высоте выше 800 км находится экзосфера, которая является переходной зоной к космическому пространству.

Вследствие сильной ионизации воздуха, начиная с высот 80— 90 км, вся верхняя область атмосферы получила название ионосферы.

Переходные зоны между основными слоями атмосферы называются паузами. Наибольший интерес для авиации представляет тропопауза, отделяющая тропосферу от стратосферы, так как эта зона является основной областью полета современных самолетов. Толщина тропопаузы на различных широтах колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч метров.

Основными параметрами, характеризующими состояние воздуха, являются давление, температура и плотность. Эти параметры значительно изменяются не только по высоте, но и колеблются в зависимости от широты и долготы места наблюдения, времени года и суток. Для удобства аэродинамических расчетов и сравнения результатов испытаний летательных аппаратов, проведенных в различных местах и в разное время, была введена стандартная атмосфера (СА) —условная атмосфера, которая дает осредненные значения параметров воздуха по высотам. Стандартная атмосфера, принятая в СССР, была получена в результате многолетних наблюдений атмосферы, осреднения ее параметров и находится в соответствии с международной стандартной атмосферой (MCA), принятой в других странах.

Стандартная атмосфера характеризуется следующими параметрами на нулевом уровне (уровне моря): температура t₀ = 15°С; давление p₀=760 мм рт. ст.; массовая плотность ρ₀ = = 0,125 кг сек² /m⁴.

Для тропосферы, толщина которой в стандартной атмосфере составляет 11 км, характерные параметры воздуха на различных высотах можно подсчитать по следующим формулам:

 

 

где t_H и t_O — температура воздуха соответственно на расчетной высоте и на уровне моря; ρн и ρро — массовая плотность воздуха соответственно на расчетной высоте и на уровне моря; H — высота в километрах.

На величину аэродинамических сил большое влияние оказывают вязкость, а при больших скоростях полета и сжимаемость воздуха. Под вязкостью понимают способность воздуха оказывать сопротивление относительному сдвигу его слоев. Сжимаемость воздуха определяется его свойством изменять свой первоначальный объем и плотность при изменении температуры и внешнего давления.

При полете самолета сжатие воздуха зависит от скорости полета и будет тем больше, чем больше скорость.

Критерием оценки сжимаемости воздуха может служить число М, которое представляет собой отношение скорости полета V к скорости звука а,

 

Звук представляет собой колебательные движения среды (в данном случае воздуха). Величину скорости звука в зависимости от температуры воздуха можно приближенно определить по формуле

 

 

 

где Т — абсолютная температура воздуха в °К (Т=t °С + 273°). В связи с уменьшением температуры воздуха с увеличением высоты (до H=11 км) скорость звука тоже будет уменьшаться.

 

Используемая литература: «Основы авиации» авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

 

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Ученые: орбита Луны пролегает в атмосфере Земли

Орбита Луны пролегает в земной атмосфере, выяснила международная группа ученых. Указывающие на это данные были получены еще в 1990-х годах, однако проанализированы только сейчас.

Орбита Луны пролегает в земной атмосфере, выяснила международная группа ученых из Института космических исследований РАН, Французского национального центра научных исследований и Финского метеорологического института. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Условной границей между атмосферой Земли и космосом считается линия Кармана, пролегающая на высоте 100 км над уровнем моря. Фактически же атмосфера Земли продолжается и за линией Кармана. Внешняя часть земной атмосферы, экзосфера, простирается до высоты 10 тыс. км и более, на такой высоте атмосфера состоит в основном из атомов водорода, способных покидать атмосферу.

Протяженную экзосферу Земли называют геокороной. Ранее считалось, что ее верхний предел составляет около 200 тыс. км, где давление солнечного излучения оказывается сильнее гравитации Земли.

Однако, проанализировав данные, полученные космическим аппаратом для наблюдения за Солнцем SOHO, ученые установили — геокорона простирается на 630 тыс. км. А, значит, атмосфера Земли распространяется на Луну — она находится в 384 тыс. км от Земли.

«Луна движется в атмосфере Земли», — говорит физик Игорь Балюкин.

Доказывающие это данные были получены еще в 1996-1998 годах. Однако проанализированы они были только сейчас. На SOHO установлен измеритель анизотропии (различий свойств среды) солнечного ветра SWAN, замеряющий дальнее ультрафиолетовое излучение атомов водорода — Лайман-альфа фотонов. С Земли из обнаружить невозможно — их поглощают внутренние слои атмосферы. Поэтому нужны инструменты, способные искать их в космосе.

Солнечное излучение «сжимает» геокорону до высоты примерно в 60 тыс. км, на этом уровне плотность атомов водорода составляет около 70 атомов на куб. см.

Однако там, куда свет не попадает, геокорона «расправляется» до 630 тыс. км.

Исследователи сравнивают такую форму геокороны с кометным хвостом.

Хотя атомы водорода способны рассеивать ультрафиолетовое излучение, их количество в геокороне слишком мало, чтобы защитить космонавтов. Так что важного значения для освоения космоса понимание ее пределов не несет. Тем не менее, в будущем ученым, вероятно, придется учитывать новые данные при изучении космоса.

«При работе с космическими телескопами, где для изучения химического состава звезд и галактик используется ультрафиолетовая длина волны, нужно будет принять это во внимание», — отмечает астроном Жан-Лу Берто.

Ранее британские и американские астробиологи предположили, что на Луне вскоре после ее образования и затем во время пика вулканической активности на ней, 4 и 3,5 млрд лет назад соответственно, существовали условия для зарождения жизни.

По расчетам исследователей, в это время на Луне происходили выбросы сильно нагретых летучих газов и водяного пара. Такие выбросы могли привести к образованию кратеров с жидкой водой и формированию плотной атмосферы. Такие условия могли сохраняться на протяжении миллионов лет.

В 2009-2010 годах было установлено, что на Луне есть залежи сотен миллионов тонн льда. Кроме того, были получены доказательства существования большого количества воды в лунной мантии. И эта вода появилась там, по всей видимости, на самых ранних этапах формирования Луны.

Также на молодой Луне вполне могло существовать магнитное поле, защищающее возможные формы жизни от смертоносных солнечных ветров.

Жизнь на Луне могла зародиться таким же образом, как и на Земле, но более вероятно, что ее мог занести метеорит, считают исследователи.

Авторы работы не настаивают, что жизнь на Луне действительно существовала. Но они допускают существование подходящих для этого условий.

Кроме того, ранее астронавтам и роверы не находили никаких доказательств существования жизни на Луне, и даже если на ней присутствовала какая-либо органика, доказательств этому пока что нет.

Для будущих миссий на Луне необходимо знать, в каком количестве там присутствуют запасы воды. Кроме того, если на Луне нет больших запасов воды, это согласуется с теорией ее образования вследствие столкновения молодой Земли с гипотетическим объектом размером с Марс. Зародыш Луны был очень горячим магматическим шаром и наиболее летучие соединения, включая воду, быстро испарились с его поверхности.

Атмосфера Земли — «Энциклопедия»

АТМОСФЕРА Земли (от греческого ?τμ?ς — пар, испарение и σφα?ρα — шар), воздушная оболочка, состоящая из ряда газов и взвешенных в ней частиц примесей — аэрозолей. Масса атмосфера 5,157?10¹⁵ т. Столб воздуха оказывает давление на поверхность Земли: среднее атмосферное давление на уровне моря 1013,25 гПа (около 760 мм ртутного столба). Средняя по глобусу температура воздуха у поверхности Земли 15°С, при этом температура изменяется примерно от 57°С в субтропических пустынях до -89°С в Антарктиде. Плотность воздуха и давление убывают с высотой по закону, близкому к экспоненциальному.

Строение атмосферы. По вертикали атмосфера имеет слоистую структуру, определяемую главным образом особенностями вертикального распределения температуры (рисунок), которое зависит от географического положения, сезона, времени суток и так далее. Нижний слой атмосферы — тропосфера — характеризуется падением температуры с высотой (примерно на 6°С на 1 км), его высота от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в тропиках. Благодаря быстрому убыванию плотности воздуха с высотой в тропосфере находится около 80% всей массы атмосферы. Над тропосферой располагается стратосфера — слой, который характеризуется в общем повышением температуры с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. В нижней стратосфере до уровня около 20 км температура мало меняется с высотой (так называемая изотермическая область) и нередко даже незначительно уменьшается. Выше температура возрастает из-за поглощения УФ-радиации Солнца озоном, вначале медленно, а с уровня 34-36 км — быстрее. Верхняя граница стратосферы — стратопауза — расположена на высоте 50-55 км, соответствующей максимуму температуры (260-270 К). Слой атмосферы, расположенный на высоте 55-85 км, где температура снова падает с высотой, называется мезосферой, на его верхней границе — мезопаузе — температура достигает летом 150-160 К, а зимой 200-230 К. Над мезопаузой начинается термосфера — слой, характеризующийся быстрым повышением температуры, достигающей на высоте 250 км значений 800-1200 К. В термосфере поглощается корпускулярная и рентгеновская радиация Солнца, тормозятся и сгорают метеоры, поэтому она выполняет функцию защитного слоя Земли. Ещё выше находится экзосфера, откуда атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство за счёт диссипации и где происходит постепенный переход от атмосферы к межпланетному пространству.

Реклама

Состав атмосферы. До высоты около 100 км атмосфера практически однородна по химическому составу и средняя молекулярная масса воздуха (около 29) в ней постоянна. Вблизи поверхности Земли атмосфера состоит из азота (около 78,1% по объёму) и кислорода (около 20,9%), а также содержит малые количества аргона, диоксида углерода (углекислого газа), неона и других постоянных и переменных компонентов (смотри Воздух).

Кроме того, атмосфера содержит небольшие количества озона, оксидов азота, аммиака, радона и др. Относительное содержание основных составляющих воздуха постоянно во времени и однородно в разных географических районах. Содержание водяного пара и озона переменно в пространстве и времени; несмотря на малое содержание, их роль в атмосферных процессах весьма существенна.

Выше 100-110 км происходит диссоциация молекул кислорода, углекислого газа и водяного пара, поэтому молекулярная масса воздуха уменьшается. На высоте около 1000 км начинают преобладать лёгкие газы — гелий и водород, а ещё выше атмосфера Земли постепенно переходит в межпланетный газ.

Наиболее важная переменная компонента атмосферы — водяной пар, который поступает в атмосферу при испарении с поверхности воды и влажной почвы, а также путём транспирации растениями. Относительное содержание водяного пара меняется у земной поверхности от 2,6% в тропиках до 0,2% в полярных широтах. С высотой оно быстро падает, убывая наполовину уже на высоте 1,5-2 км. В вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах содержится около 1,7 см «слоя осаждённой воды». При конденсации водяного пара образуются облака, из которых выпадают осадки атмосферные в виде дождя, града, снега.

Важной составляющей атмосферного воздуха является озон, сосредоточенный на 90% в стратосфере (между 10 и 50 км), около 10% его находится в тропосфере. Озон обеспечивает поглощение жёсткой УФ-радиации (с длиной волны менее 290 нм), и в этом — его защитная роль для биосферы. Значения общего содержания озона меняются в зависимости от широты и сезона в пределах от 0,22 до 0,45 см (толщина слоя озона при давлении р= 1 атм и температуре Т = 0°С). В озоновых дырах, наблюдаемых весной в Антарктике с начала 1980-х годов, содержание озона может падать до 0,07 см. Оно увеличивается от экватора к полюсам и имеет годовой ход с максимумом весной и минимумом осенью, причём амплитуда годового хода мала в тропиках и растёт к высоким широтам. Существенной переменной компонентой атмосферы является углекислый газ, содержание которого в атмосфере за последние 200 лет выросло на 35%, что объясняется в основном антропогенным фактором. Наблюдается его широтная и сезонная изменчивость, связанная с фотосинтезом растений и растворимостью в морской воде (согласно закону Генри, растворимость газа в воде уменьшается с ростом её температуры).

Важную роль в формировании климата планеты играет атмосферный аэрозоль — взвешенные в воздухе твёрдые и жидкие частицы размером от нескольких нм до десятков мкм. Различаются аэрозоли естественного и антропогенного происхождения. Аэрозоль образуется в процессе газофазных реакций из продуктов жизнедеятельности растений и хозяйственной деятельности человека, вулканических извержений, в результате подъёма пыли ветром с поверхности планеты, особенно с её пустынных регионов, а также образуется из космической пыли, попадающей в верхние слои атмосферы. Большая часть аэрозоля сосредоточена в тропосфере, аэрозоль от вулканических извержений образует так называемый слой Юнге на высоте около 20 км. Наибольшее количество антропогенного аэрозоля попадает в атмосферу в результате работы автотранспорта и ТЭЦ, химических производств, сжигания топлива и др. Поэтому в некоторых районах состав атмосферы заметно отличается от обычного воздуха, что потребовало создания специальной службы наблюдений и контроля за уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Эволюция атмосферы. Современная атмосфера имеет, по-видимому, вторичное происхождение: она образовалась из газов, выделенных твёрдой оболочкой Земли после завершения формирования планеты около 4,5 млрд. лет назад. В течение геологической истории Земли атмосфера претерпевала значительные изменения своего состава под влиянием ряда факторов: диссипации (улетучивания) газов, преимущественно более лёгких, в космическое пространство; выделения газов из литосферы в результате вулканической деятельности; химических реакций между компонентами атмосферы и породами, слагающими земную кору; фотохимических реакций в самой атмосфере под влиянием солнечного УФ-излучения; аккреции (захвата) материи межпланетной среды (например, метеорного вещества). Развитие атмосферы тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, а последние 3-4 миллиарда лет также с деятельностью биосферы. Значительная часть газов, составляющих современной атмосферы (азот, углекислый газ, водяной пар), возникла в ходе вулканической деятельности и интрузии, выносившей их из глубин Земли. Кислород появился в заметных количествах около 2 миллиардов лет тому назад как результат деятельности фотосинтезирующих организмов, первоначально зародившихся в поверхностных водах океана.

По данным о химическом составе карбонатных отложений получены оценки количества углекислого газа и кислорода в атмосфере геологического прошлого. На протяжении фанерозоя (последние 570 миллионов лет истории Земли) количество углекислого газа в атмосфере изменялось в широких пределах в соответствии с уровнем вулканической активности, температурой океана и уровнем фотосинтеза. Большую часть этого времени концентрация углекислого газа в атмосфере была значительно выше современной (до 10 раз). Количество кислорода в атмосфере фанерозоя существенно изменялось, причём преобладала тенденция к его увеличению. В атмосфере докембрия масса углекислого газа была, как правило, больше, а масса кислорода — меньше по сравнению с атмосферой фанерозоя. Колебания количества углекислого газа оказывали в прошлом существенное влияние на климат, усиливая парниковый эффект при росте концентрации углекислого газа, благодаря чему климат на протяжении основной части фанерозоя был гораздо теплее по сравнению с современной эпохой.

Атмосфера и жизнь. Без атмосферы Земля была бы мёртвой планетой. Органическая жизнь протекает в тесном взаимодействии с атмосферой и связанными с ней климатом и погодой. Незначительная по массе по сравнению с планетой в целом (примерно миллионная часть), атмосфера является непременным условием для всех форм жизни. Наибольшее значение из атмосферных газов для жизнедеятельности организмов имеют кислород, азот, водяной пар, углекислый газ, озон. При поглощении углекислого газа фотосинтезирующими растениями создаётся органическое вещество, используемое как источник энергии подавляющим большинством живых существ, включая человека. Кислород необходим для существования аэробных организмов, для которых приток энергии обеспечивается реакциями окисления органического вещества. Азот, усваиваемый некоторыми микроорганизмами (азотофиксаторами), необходим для минерального питания растений. Озон, поглощающий жёсткое УФ-излучение Солнца, значительно ослабляет эту вредную для жизни часть солнечной радиации. Конденсация водяного пара в атмосфере, образование облаков и последующее выпадение атмосферных осадков поставляют на сушу воду, без которой невозможны никакие формы жизни. Жизнедеятельность организмов в гидросфере во многом определяется количеством и химическим составом атмосферных газов, растворённых в воде. Поскольку химический состав атмосферы существенно зависит от деятельности организмов, биосферу и атмосферу можно рассматривать как часть единой системы, поддержание и эволюция которой (смотри Биогеохимические циклы) имела большое значение для изменения состава атмосферы на протяжении истории Земли как планеты.

Радиационный, тепловой и водный балансы атмосферы. Солнечная радиация является практически единственным источником энергии для всех физических процессов в атмосфере. Главная особенность радиационного режима атмосферы — так называемый парниковый эффект: атмосфера достаточно хорошо пропускает к земной поверхности солнечную радиацию, но активно поглощает тепловое длинноволновое излучение земной поверхности, часть которого возвращается к поверхности в форме встречного излучения, компенсирующего радиационную потерю тепла земной поверхностью (смотри Атмосферное излучение). В отсутствие атмосферы средняя температура земной поверхности была бы -18°С, в действительности она 15°С. Приходящая солнечная радиация частично (около 20%) поглощается в атмосферу (главным образом водяным паром, каплями воды, углекислым газом, озоном и аэрозолями), а также рассеивается (около 7%) на частицах аэрозоля и флуктуациях плотности (рэлеевское рассеяние). Суммарная радиация, достигая земной поверхности, частично (около 23%) отражается от неё. Коэффициент отражения определяется отражательной способностью подстилающей поверхности, так называемое альбедо. В среднем альбедо Земли для интегрального потока солнечной радиации близко к 30%. Оно меняется от нескольких процентов (сухая почва и чернозём) до 70-90% для свежевыпавшего снега. Радиационный теплообмен между земной поверхностью и атмосферой существенно зависит от альбедо и определяется эффективным излучением поверхности Земли и поглощённым ею противоизлучением атмосферы. Алгебраическая сумма потоков радиации, входящих в земную атмосферу из космического пространства и уходящих из неё обратно, называется радиационным балансом.

Преобразования солнечной радиации после её поглощения атмосферой и земной поверхностью определяют тепловой баланс Земли как планеты. Главный источник тепла для атмосферы — земная поверхность; теплота от неё передаётся не только в виде длинноволнового излучения, но и путём конвекции, а также выделяется при конденсации водяного пара. Доли этих притоков теплоты равны в среднем 20%, 7% и 23% соответственно. Сюда же добавляется около 20% теплоты за счёт поглощения прямой солнечной радиации. Поток солнечной радиации за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную солнечным лучам и расположенную вне атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца (так называемая солнечная постоянная), равен 1367 Вт/м², изменения составляют 1-2 Вт/м² в зависимости от цикла солнечной активности. При планетарном альбедо около 30% средний по времени глобальный приток солнечной энергии к планете составляет 239 Вт/м². Поскольку Земля как планета испускает в космос в среднем такое же количество энергии, то, согласно закону Стефана — Больцмана, эффективная температура уходящего теплового длинноволнового излучения 255 К (-18°С). В то же время средняя температура земной поверхности составляет 15°С. Разница в 33°С возникает за счёт парникового эффекта.

Водный баланс атмосферы в целом соответствует равенству количества влаги, испарившейся с поверхности Земли, количеству осадков, выпадающих на земную поверхность. Атмосфера над океанами получает больше влаги от процессов испарения, чем над сушей, а теряет в виде осадков 90%. Избыток водяного пара над океанами переносится на континенты воздушными потоками. Количество водяного пара, переносимого в атмосферу с океанов на континенты, равно объёму стока рек, впадающих в океаны.

Движение воздуха. Земля имеет шарообразную форму, поэтому к её высоким широтам приходит гораздо меньше солнечной радиации, чем к тропикам. Вследствие этого между широтами возникают большие температурные контрасты. На распределение температуры в существенной мере влияет также взаимное расположение океанов и континентов. Из-за большой массы океанических вод и высокой теплоёмкости воды сезонные колебания температуры поверхности океана значительно меньше, чем суши. В связи с этим в средних и высоких широтах температура воздуха над океанами летом заметно ниже, чем над континентами, а зимой — выше.

Неодинаковый разогрев атмосферы в разных областях земного шара вызывает неоднородное по пространству распределение атмосферного давления. На уровне моря распределение давления характеризуется относительно низкими значениями вблизи экватора, увеличением в субтропиках (пояса высокого давления) и понижением в средних и высоких широтах. При этом над материками внетропических широт давление зимой обычно повышено, а летом понижено, что связано с распределением температуры. Под действием градиента давления воздух испытывает ускорение, направленное от областей с высоким давлением к областям с низким, что приводит к перемещению масс воздуха. На движущиеся воздушные массы действуют также отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса), сила трения, убывающая с высотой, а при криволинейных траекториях и центробежная сила. Большое значение имеет турбулентное перемешивание воздуха (смотри Турбулентность в атмосфере).

С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений (общая циркуляция атмосферы). В меридиональной плоскости в среднем прослеживаются две или три ячейки меридиональной циркуляции. Вблизи экватора нагретый воздух поднимается и опускается в субтропиках, образуя ячейку Хэдли. Там же опускается воздух обратной ячейки Феррела. В высоких широтах часто прослеживается прямая полярная ячейка. Скорости меридиональной циркуляции порядка 1 м/с или меньше. Из-за действия силы Кориолиса в большей части атмосферы наблюдаются западные ветры со скоростями в средней тропосфере около 15 м/с. Существуют сравнительно устойчивые системы ветров. К ним относятся пассаты — ветры, дующие от поясов высокого давления в субтропиках к экватору с заметной  восточной составляющей (с востока на запад). Достаточно устойчивы муссоны — воздушные течения, имеющие чётко выраженный сезонный характер: они дуют с океана на материк летом и в противоположном направлении зимой. Особенно регулярны муссоны Индийского океана. В средних широтах движение воздушных масс имеет в основном западное направление (с запада на восток). Это зона атмосферных фронтов, на которых возникают крупные вихри — циклоны и антициклоны, охватывающие многие сотни и даже тысячи километров. Циклоны возникают и в тропиках; здесь они отличаются меньшими размерами, но очень большими скоростями ветра, достигающего ураганной силы (33 м/с и более), так называемые тропические циклоны. В Атлантике и на востоке Тихого океана они называются ураганами, а на западе Тихого океана — тайфунами. В верхней тропосфере и нижней стратосфере в областях, разделяющих прямую ячейку меридиональной циркуляции Хэдли и обратную ячейку Феррела, часто наблюдаются сравнительно узкие, в сотни километров шириной, струйные течения с резко очерченными границами, в пределах которых ветер достигает 100-150 и даже 200 м/с.

Климат и погода. Различие в количестве солнечной радиации, приходящей на разных широтах к разнообразной по физическим свойствам земной поверхности, определяет многообразие климатов Земли. От экватора до тропических широт температура воздуха у земной поверхности в среднем 25-30°С и мало меняется в течение года. В экваториальном поясе обычно выпадает много осадков, что создаёт там условия избыточного увлажнения. В тропических поясах количество осадков уменьшается и в ряде областей становится очень малым. Здесь располагаются обширные пустыни Земли.

В субтропических и средних широтах температура воздуха значительно меняется в течение года, причём разница между температурами лета и зимы особенно велика в удалённых от океанов областях континентов. Так, в некоторых районах Восточной Сибири годовая амплитуда температуры воздуха достигает 65°С. Условия увлажнения в этих широтах весьма разнообразны, зависят в основном от режима общей циркуляции атмосферы и существенно меняются от года к году.

В полярных широтах температура остаётся низкой в течение всего года, даже при наличии её заметного сезонного хода. Это способствует широкому распространению ледового покрова на океанах и суше и многолетнемёрзлых пород, занимающих в России свыше 65% её площади, в основном в Сибири.

За последние десятилетия стали всё более заметны изменения глобального климата. Температура повышается больше в высоких широтах, чем в низких; больше зимой, чем летом; больше ночью, чем днём. За 20 век среднегодовая температура воздуха у земной поверхности в России выросла на 1,5-2°С, причём в отдельных районах Сибири наблюдается повышение на несколько градусов. Это связывается с усилением парникового эффекта вследствие роста концентрации малых газовых примесей.

Погода определяется условиями циркуляции атмосферы и географическим положением местности, она наиболее устойчива в тропиках и наиболее изменчива в средних и высоких широтах. Более всего погода меняется в зонах смены воздушных масс, обусловленных прохождением атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов, несущих осадки и усиление ветра. Данные для прогноза погоды собираются на наземных метеостанциях, морских и воздушных судах, с метеорологических спутников. Смотри также Метеорология.

Оптические, акустические и электрические явления в атмосфере. При распространении электромагнитного излучения в атмосфере в результате рефракции, поглощения и рассеяния света воздухом и различными частицами (аэрозоль, кристаллы льда, капли воды) возникают разнообразные оптические явления: радуга, венцы, гало, мираж и др. Рассеяние света обусловливает видимую высоту небесного свода и голубой цвет неба. Дальность видимости предметов определяется условиями распространения света в атмосфере (смотри Атмосферная видимость). От прозрачности атмосферы на различных длинах волн зависят дальность связи и возможность обнаружения объектов приборами, в том числе возможность астрономических наблюдений с поверхности Земли. Для исследований оптической неоднородностей стратосферы и мезосферы важную роль играет явление сумерек. Например, фотографирование сумерек с космических аппаратов позволяет обнаруживать аэрозольные слои. Особенности распространения электромагнитного излучения в атмосфере определяют точность методов дистанционного зондирования её параметров. Все эти вопросы, как и многие другие, изучает атмосферная оптика. Рефракция и рассеяние радиоволн обусловливают возможности радиоприёма (смотри Распространение радиоволн).

Распространение звука в атмосфере зависит от пространственного распределения температуры и скорости ветра (смотри Атмосферная акустика). Оно представляет интерес для зондирования атмосферы дистанционными методами. Взрывы зарядов, запускаемых ракетами в верхнюю атмосфера, дали богатую информацию о системах ветров и ходе температуры в стратосфере и мезосфере. В устойчиво стратифицированной атмосфере, когда температура падает с высотой медленнее адиабатического градиента (9,8 К/км), возникают так называемые внутренние волны. Эти волны могут распространяться вверх в стратосферу и даже в мезосферу, где они затухают, способствуя усилению ветра и турбулентности.

Отрицательный заряд Земли и обусловленное им электрическое поле атмосфера вместе с электрически заряженными ионосферой и магнитосферой создают глобальную электрическую цепь. Важную роль при этом играет образование облаков и грозового электричества. Опасность грозовых разрядов вызвала необходимость разработки методов грозозащиты зданий, сооружений, линий электропередач и связи. Особую опасность это явление представляет для авиации. Грозовые разряды вызывают атмосферные радиопомехи, получившие название атмосфериков (смотри Свистящие атмосферики). Во время резкого увеличения напряжённости электрического поля наблюдаются светящиеся разряды, возникающие на остриях и острых углах предметов, выступающих над земной поверхностью, на отдельных вершинах в горах и др. (Эльма огни). Атмосфера всегда содержит сильно меняющееся в зависимости от конкретных условий количество лёгких и тяжёлых ионов, которые определяют электрическую проводимость атмосферы. Главные ионизаторы воздуха у земной поверхности — излучение радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и в атмосфере, а также космические лучи. Смотри также Атмосферное электричество.

Влияние человека на атмосферу. В течение последних столетий происходил рост концентрации парниковых газов в атмосфере вследствие хозяйственной деятельности человека. Процентное содержание углекислого газа возросло с 2,8-10² двести лет назад до 3,8-10² в 2005 году, содержание метана — с 0,7-10¹ примерно 300- 400 лет назад до 1,8-10^-4 в начале 21 века; около 20% в прирост парникового эффекта за последнее столетие дали фреоны, которых практически не было в атмосфере до середины 20 века. Эти вещества признаны разрушителями стратосферного озона, и их производство запрещено Монреальским протоколом 1987 года. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере вызван сжиганием всё возрастающих количеств угля, нефти, газа и других видов углеродного топлива, а также сведением лесов, в результате чего уменьшается поглощение углекислого газа путём фотосинтеза. Концентрация метана увеличивается с ростом добычи нефти и газа (за счёт его потерь), а также при расширении посевов риса и увеличении поголовья крупного рогатого скота. Всё это способствует потеплению климата.

Для изменения погоды разработаны методы активного воздействия на атмосферные процессы. Они применяются для защиты сельскохозяйственных растений от градобития путём рассеивания в грозовых облаках специальных реагентов. Существуют также методы рассеяния туманов в аэропортах, защиты растений от заморозков, воздействия на облака с целью увеличения осадков в нужных местах или для рассеяния облаков в моменты массовых мероприятий.

Изучение атмосферы. Сведения о физических процессах в атмосфере получают прежде всего из метеорологических наблюдений, которые проводятся глобальной сетью постоянно действующих метеорологических станций и постов, расположенных на всех континентах и на многих островах. Ежедневные наблюдения дают сведения о температуре и влажности воздуха, атмосферном давлении и осадках, облачности, ветре и др. Наблюдения за солнечной радиацией и её преобразованиями проводятся на актинометрических станциях. Большое значение для изучения атмосферы имеют сети аэрологических станций, на которых при помощи радиозондов выполняются метеорологические измерения до высоты 30-35 км. На ряде станций проводятся наблюдения за атмосферным озоном, электрическими явлениями в атмосфере, химическим составом воздуха.

Данные наземных станций дополняются наблюдениями на океанах, где действуют «суда погоды», постоянно находящиеся в определённых районах Мирового океана, а также метеорологическими сведениями, получаемыми с научно-исследовательских и других судов.

Всё больший объём сведений об атмосфере в последние десятилетия получают с помощью метеорологических спутников, на которых установлены приборы для фотографирования облаков и измерения потоков ультрафиолетовой, инфракрасной и микроволновой радиации Солнца. Спутники позволяют получать сведения о вертикальных профилях температуры, облачности и её водозапасе, элементах радиационного баланса атмосферы, о температуре поверхности океана и др. Используя измерения рефракции радиосигналов с системы навигационных спутников, удаётся определять в атмосфере вертикальные профили плотности, давления и температуры, а также влагосодержания. С помощью спутников стало возможным уточнить величину солнечной постоянной и планетарного альбедо Земли, строить карты радиационного баланса системы Земля — атмосферы, измерять содержание и изменчивость малых атмосферных примесей, решать многие другие задачи физики атмосферы и мониторинга окружающей среды.

Лит.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем. Л., 1980; Матвеев Л. Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. 2-е изд. Л., 1984; Будыко М. И., Ронов А. Б., Яншин А. Л. История атмосферы. Л., 1985; Хргиан А. Х. Физика атмосферы. М., 1986; Атмосфера: Справочник. Л., 1991; Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. 5-е изд. М., 2001.

Г. С. Голицын, Н. А. Зайцева.

Слоев атмосферы | NIWA

Атмосфера состоит из слоев в зависимости от температуры. Этими слоями являются тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера. Еще одна область на высоте около 500 км над поверхностью Земли называется экзосферой.

Различные слои атмосферы

Атмосферу можно разделить на слои в зависимости от ее температуры, как показано на рисунке ниже. Этими слоями являются тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера.Еще одна область, начинающаяся примерно в 500 км над поверхностью Земли, называется экзосферой.

Тропосфера

Это самая нижняя часть атмосферы — та часть, в которой мы живем. Она содержит большую часть нашей погоды — облака, дождь, снег. В этой части атмосферы температура понижается по мере увеличения расстояния над землей примерно на 6,5°С на километр. Фактическое изменение температуры с высотой меняется день ото дня в зависимости от погоды.

Тропосфера содержит около 75% всего воздуха в атмосфере и почти весь водяной пар (из которого образуются облака и дождь).Снижение температуры с высотой является результатом уменьшения давления. Если порция воздуха движется вверх, она расширяется (из-за более низкого давления). Когда воздух расширяется, он охлаждается. Таким образом, воздух наверху холоднее воздуха внизу.

Самая нижняя часть тропосферы называется пограничным слоем. Именно здесь движение воздуха определяется свойствами поверхности Земли. Турбулентность возникает, когда ветер дует над поверхностью Земли, а термики поднимаются от земли, когда она нагревается солнцем.Эта турбулентность перераспределяет тепло и влагу в пограничном слое, а также загрязняющие вещества и другие составляющие атмосферы.

Верхняя часть тропосферы называется тропопаузой. Это самое низкое значение на полюсах, где оно составляет около 7–10 км над поверхностью Земли. Самая высокая (около 17 — 18 км) у экватора.

Стратосфера

Это простирается вверх от тропопаузы примерно до 50 км. Он содержит большую часть озона в атмосфере. Повышение температуры с высотой происходит из-за поглощения этим озоном ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца.Температура в стратосфере самая высокая над летним полюсом и самая низкая над зимним полюсом.

Поглощая опасное УФ-излучение, озон в стратосфере защищает нас от рака кожи и других повреждений здоровья. Однако химические вещества (называемые фреонами или фреонами и галонами), которые когда-то использовались в холодильниках, аэрозольных баллончиках и огнетушителях, уменьшили количество озона в стратосфере, особенно в полярных широтах, что привело к так называемой «антарктической озоновой дыре».

Сейчас люди перестали производить большую часть вредных фреонов, и мы ожидаем, что озоновая дыра в конце концов восстановится в течение 21 ^ст века, но это медленный процесс.

Мезосфера

Область над стратосферой называется мезосферой. Здесь температура снова снижается с высотой, достигая минимума около -90°С в «мезопаузе».

Термосфера и ионосфера

Термосфера находится выше мезопаузы и представляет собой область, в которой температура снова увеличивается с высотой. Это повышение температуры вызвано поглощением энергичного ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца.

Область атмосферы выше примерно 80 км также является «ионосферой», так как энергичное солнечное излучение выбивает электроны из молекул и атомов, превращая их в «ионы» с положительным зарядом.Температура термосферы меняется в зависимости от дня и ночи и от времени года, как и количество присутствующих ионов и электронов. Ионосфера отражает и поглощает радиоволны, что позволяет нам принимать коротковолновые радиопередачи в Новой Зеландии из других частей мира.

Экзосфера

Область выше примерно 500 км называется экзосферой. Он содержит в основном атомы кислорода и водорода, но их так мало, что они редко сталкиваются — они следуют по «баллистическим» траекториям под действием гравитации, а некоторые из них улетают прямо в космос.

Магнитосфера

Земля ведет себя как огромный магнит. Он захватывает электроны (отрицательный заряд) и протоны (положительный), концентрируя их в двух полосах примерно в 3000 и 16000 км над земным шаром — «радиационных» поясах Ван Аллена. Эта внешняя область, окружающая Землю, где заряженные частицы закручиваются вдоль силовых линий магнитного поля, называется магнитосферой.

Дополнительная информация

Посетите наш Национальный научный центр атмосферы

Прочтите о наших исследованиях УФ-излучения и озона 

Где начинается край космоса и заканчивается земная атмосфера

За исключением горстки астронавтов, все человечество живет на маленьком вращающемся шарике, мчащемся сквозь почти непрерывную пустоту космической пустоты, защищенной теплой, успокаивающей оболочкой нашей атмосферы.

Но где кончается эта атмосфера и начинается край космоса?

Ученые не совсем уверены. Идут даже дебаты о том, должны ли мы определять, где заканчивается Земля и начинается космос — ООН и Государственный департамент США считают, что мы не должны делать ничего официального.

Однако у нас есть некоторые общие границы.

Ниже приведен график общепринятых высот атмосферных уровней Земли, мест, где, как считается, начинается космос, и объектов, которые там находятся.(Примечание: мы добавили более подробную информацию об этих слоях после рисунка.)

Скай Гулд/Tech Insider

 

Над поверхностью Земли наша атмосфера делится на пять слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Скорее всего, если вы не были летчиком-истребителем, вы никогда не выходили за пределы тропосферы. И все люди, за исключением 24 астронавтов, побывавших на Луне, когда-либо выходили за пределы термосферы.

Когда вы достигаете 50 миль высоты, около границы между мезосферой и термосферой, здесь перестают работать аэродинамические поверхности управления (для управления вам понадобятся ракеты). А для ведения учета и выдачи крыльев космонавтам линия Кармана, расположенная примерно в 62 милях (100 км) над поверхностью Земли, служит грубой космической границей: именно здесь корабль начинает вырываться из тисков нашей планеты. сила тяжести.

По мере того, как вы летите выше в атмосферу, воздух становится тоньше, а это означает, что крыльям самолета требуется больше скорости, чтобы создать подъемную силу, необходимую для удержания его в воздухе. Линия Кармана — это точка, где скорость, необходимая для поддержания высоты, равна скорости убегания: скорости, при которой корабль перестает следовать кривизне Земли и начинает выходить в космос.

НАСА и Международная авиационная федерация, организация по ведению международных авиационных и астронавтических записей, признают эту линию точкой, где начинается космос — если вы преодолели линию Кармана, ваша аэронавтика станет космонавтикой, и вы космонавт.

Но на этом атмосфера не останавливается — она продолжается, постепенно истончаясь на тысячи миль. Последний слой атмосферы, огромная экзосфера, простирается примерно до 6 700 миль (10 000 км) над поверхностью нашей планеты (а некоторые говорят, что даже больше). В этот момент Луна все еще находится в сотнях тысяч миль от нас.

NWS JetStream — слои атмосферы

Газовая оболочка, окружающая Землю, меняется снизу вверх.Пять различных слоев были идентифицированы с помощью…

• тепловые характеристики (изменения температуры),
• химический состав,
механизм
• 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.Он простирается от вершины термосферы до 6 200 миль (10 000 км ) над землей. В этом слое атомы и молекулы улетают в космос, а спутники вращаются вокруг Земли. В нижней части экзосферы находится термопауза, расположенная примерно в 375 милях (600 км) над землей.

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

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

Из-за этого поглощения температура увеличивается с высотой. От такой низкой, как -184 ° F (-120 ° C ) в нижней части этого слоя, температура может достигать 3600 ° F (2000 ° C) вверху.

Однако, несмотря на высокую температуру, этот слой атмосферы все еще будет казаться нашей коже очень холодным из-за очень тонкой атмосферы.Высокая температура указывает на количество энергии, поглощаемой молекулами, но из-за того, что в этом слое их так мало, общего количества молекул недостаточно, чтобы нагреть нашу кожу.

Доведите до МАКСИМАЛЬНОЙ! Ионосфера

Мезосфера

Этот слой простирается от 31 мили (50 км) над поверхностью Земли до 53 миль (85 км). Газы, включая молекулы кислорода, продолжают уплотняться по мере спуска. Таким образом, температура увеличивается по мере спуска, поднимаясь примерно до 5 ° F (-15 ° C) у основания этого слоя.

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

Стратосфера

Стратосфера простирается примерно на 31 милю (50 км) до высоты 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 этом регионе температура увеличивается с высотой. В процессе образования озона выделяется тепло, и это тепло отвечает за повышение температуры в среднем от -60°F (-51°C) в тропопаузе до максимума примерно 5°F (-15°C) в вершина стратосферы.

Это увеличение температуры с высотой означает, что более теплый воздух расположен над более холодным. Это предотвращает «конвекцию», поскольку нет вертикального движения газов вверх.Таким образом, расположение нижней части этого слоя хорошо видно по «наковальне» вершинам кучево-дождевых облаков.

Тропосфера

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

Высота тропосферы меняется от экватора к полюсам. На экваторе он составляет около 11–12 миль (18–20 км) в высоту, на 50 ° северной широты и 50 ° южной широты — 5½ миль, а на полюсах чуть менее четырех миль в высоту.

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

Профиль средней температуры для нижних слоев атмосферы

Термосфера — обзор | ScienceDirect Topics

2.2.1 Атмосфера Земли

Масса атмосферы Земли приблизительно равна 5.15 × 10 ²¹ г. Среднее атмосферное давление на уровне моря составляет p ₀ = 1,0132 бар = 1013,2 мбар (760 мм рт. ст.). Его плотность составляет ρ ₀ ≈ 1,27 × 10 ^{− 3} г/см ³ . С высотой давление и плотность воздуха быстро уменьшаются по экспоненциальному закону

(2.1)p=p0exp−gμRTz,

где g — ускорение свободного падения, μ — средний молекулярный вес атмосферных газов (при р = р ₀ ; μ   = 28.97 г), R = 8,314 × 10 ⁷ эрг/град моль – газовая постоянная, Т – абсолютная температура в градусах Кельвина, z – высота над уровнем моря, в сантиметрах. Соответственно плотность воздуха также уменьшается с высотой.

Азотно-кислородный состав атмосферы Земли является уникальной особенностью планет Солнечной системы. Сухой воздух содержит 75,51 % (по массе) азота, 23,15 % кислорода, 1,28 % аргона, 0,046 % углекислого газа, 0,00125 % неона и близко к 0.0007% других газов (Справочник, 1990). Водяной пар (и вода в облачных каплях) является важным активным компонентом атмосферы. Водяной пар и содержание воды в атмосфере достигают (0,12–0,13) × 10 ²⁰ г, что эквивалентно 2,5-сантиметровому (25 мм) слою воды над всей Землей (или 2,5 г/см). Принимая во внимание среднегодовые показатели испарения и осадков (~780 мм водного столба), несложно подсчитать, что водяной пар в атмосфере меняется примерно 30 раз в год или раз в 12 дней.В верхних слоях атмосферы молекулы кислорода поглощают энергию этого излучения и диссоциируют. Этот процесс спасает жизнь на поверхности Земли от смертоносных ультрафиолетовых (УФ) лучей. Побочным продуктом этого процесса (а не его причиной!) является появление так называемого озонового слоя стратосферы, состоящего из трехатомных молекул кислорода (подробности см. в разделе 12.7).

Классический вариант режима атмосферы и земной поверхности определяется уравнением Стефана–Больцмана

(2.2)Te4=(1−A)4σS=(1−A)Tbb4,

где Т _е  = 255 К – эффективная температура (градусы Кельвина), при которой Земля видна из космоса с углом прецессии нуля, T _bb  = 278,8 К – температура абсолютно черного тела на среднем расстоянии Земли от Солнца (градусы Кельвина) также при нулевом угле прецессии, А  ≈ 0,3 – полное сферическое альбедо (отражательная способность ) атмосферы и поверхности Земли; S  = 1. 367 × 10 ⁶ эрг/см ² с — среднее значение солнечной постоянной, определяющее удельный по площади поток солнечной энергии, воздействующей на Землю непосредственно под Солнцем; σ  = 5,67 × 10 ^{− 5} эрг/см ² с град ⁴ – постоянная Стефана–Больцмана. Классические уравнения, определяющие эффективную температуру Земли и температуру абсолютно черного тела на расстоянии Солнце-Земля, делят солнечную постоянную S на 4, поскольку предполагается, что освещенный диск Земли ровно в четыре раза меньше площади Земли.Однако оно справедливо только в том случае, если угол прецессии ψ равен нулю или когда угол прецессии лежит в плоскости, перпендикулярной направлению на Солнце. Во всех остальных случаях при вычислении T _e и T _bb необходимо учитывать угол прецессии (подробности см. в главе 13).

Уравнение Как видно из (2.2), 30 % солнечной радиации отражается атмосферой и поверхностью Земли обратно в космическое пространство, а остальная часть энергии (70 %) рассеивается в атмосфере и поглощается земной поверхностью. Основными поглотителями солнечной энергии в атмосфере являются водяной пар, углекислый газ и процесс диссоциации кислорода в стратосфере. Облачность создает сильную отрицательную обратную связь между эффективной температурой и атмосферным альбедо. Известно, что любая такая обратная связь в системе приводит к ее стабилизации и линеаризации реакции на выходе системы относительно ее действия на входе. В результате средняя приповерхностная температура Т _с становится линейной функцией температуры, функцией, описывающей излучение Солнца, то есть температуры черного тела на расстоянии планеты от Солнца

(2.3)Ц~Тбб.

Нагрев самого нижнего и самого плотного слоя атмосферы (тропосферы) приводит к возникновению в этом слое конвективного перемешивания воздуха. Как известно (Ландау, Лифшиц, 1976), для адиабатических процессов

(2.4)T=Cαpα,

, где р – давление, α  = ( γ  — 1)/ γ ; γ  =  c _p /c _v , c _p и c _p и c _v — теплота при постоянном объеме газа, а — постоянная теплоемкость при постоянной емкости газа. Для всех триатамовых газов (СО ₂ и Н ₂ о), γ ≈ 1.3, α = 0,2308, а для биатомических газов (N ₂ и 9145 2 ), γ ≈ 1.3 и α  = 0,2857. При конденсации водяного пара во влажной тропосфере выделяется теплота и повышается температура воздуха. Результатом является понижение показателя адиабаты α . Например, среднее значение этого параметра для влажной тропосферы Земли составляет α  = 0.1905 г. (Сорохтин, 2001а,б).

Двух приведенных условий достаточно для однозначного определения распределения средней температуры в тропосфере и парникового эффекта ∆ T атмосферы

(2,5)T=Ts−Te.

См. подробности в главе 13.

В тропосфере сосредоточено около 80% атмосферного воздуха. Его мощность колеблется от 8–10 км в приполярных районах до 17–18 км у экватора (в среднем 10–12 км). Среднее значение адиабатического градиента температуры для влажной тропосферы составляет около 6. 5 К/км (для сухого воздуха 9,8 К/км). В отличие от конвективного тепловыделения из тропосферы, основным механизмом теплопереноса в верхних слоях атмосферы (стратосфере, мезосфере и термосфере) является излучение. По этой причине распределение температуры в верхних слоях атмосферы становится более сложным. В частности, поглощение УФ-излучения Солнца происходит в стратосфере и мезосфере за счет диссоциации молекул кислорода на атомы

(2.6)О2+hv→2О,

, где hν – энергия УФ-излучения Солнца, ч = 6.626 × 10 ^{− 27} эрг с — постоянная Планка, ν — частота поглощаемых УФ электромагнитных колебаний. Для реакции (2.6) чν = 5,12 эв; ν ≥ 1,24 × 10 ¹⁵ Гц на длине волны λ ≤ 2420 ε. Происходит обратная реакция соединения атомов кислорода в молекулу с выделением тепла

(2.7)О+О→О2+118ккал/моль

, затрачиваемого на нагрев стратосферы и мезосферы (см. раздел 12.7).

В результате атмосферного радиационно-конвективного баланса средняя температура у поверхности Земли положительна + 15 °С, хотя ее колебания в разных климатических зонах могут достигать 150 °С.

Поглощение солнечного УФ-излучения в разреженном воздухе тропосферы и мезосферы обусловлено в основном фотохимической диссоциацией молекул кислорода и воды, сопровождающейся поглощением жесткого солнечного излучения

O2+hv→2O,h3O+ hv→OH+O.

Образование озона, напротив, происходит с выделением тепла, тогда как диссоциация озона, опять же, вызвана поглощением солнечного УФ-излучения

O2+O→O3+31,7 ккал/моль,O3+hv→ О2+О.

Тепловыделение при образовании молекулы озона приводит к нагреву разреженных масс воздуха в стратосфере и мезосфере, что хорошо видно на профиле температуры этих слоев атмосферы (см. рис. 2.2).

Рисунок 2.2. Распределение температуры в стандартной модели атмосферы Земли.

Существуют переходные слои между тропосферой и стратосферой, мезосферой и термосферой. Это, соответственно, тропопауза (температура 190–220 К) и мезопауза (температура, близкая к 180–190 К) .

Над мезосферой находится термосфера, где температура ионизированного газа поднимается с высотой до 1000 К и выше. На высотах более 1000 км термосфера постепенно переходит в экзосферу, а выше – в космическое пространство.

Стандартная атмосфера США в зависимости от высоты над уровнем моря

«Стандартная атмосфера» может рассматриваться как среднее давление, температура и плотность воздуха для различных высот.

« Стандартная атмосфера США 1976″ представляет собой атмосферную модель того, как давление, температура, плотность и вязкость атмосферы Земли меняются с высотой.Он определяется как имеющий температуру 288.15 K (15 ^O C, 59 ^O F) на уровне моря 0 км Геостанции высота и 101325 PA ( 1013.25 HPA, 1013.25 мбар, 760 мм рт.ст., 29,92 дюйма рт.ст.) .

Атмосфера делится на

• Тропосфера — диапазон от 0 до 11 км (36.000 футов) высота
• стратосфера — диапазон от 11 до 51000 Ft) высота
мезосфера — от

3 51 до 71 км (232 000 футов) Высота

• 2

• Ионосфера — от 71 км (старше 232 000 футов) Высота

Стандартная атмосфера США Недвижимость — Imperial (BG) единицы

Стандартные атмосферы США.

( ^O C) C)

0 C) Ускорение гравитации
— г —
(M / S ² ) ) Абсолютное давление
— P —
( 10 ⁴ н / м ² ) ² )

Плотность
— ρ —
( кг / м ³ ) ) Динамическая вязкость
— μ —
( 10 ^-5 N S / м ² ) -1000 21.50 +9,810 11,39 1,347 1,821 0 15,00 9,807 10,13 1,225 1,789 1000 8,50 9,804 8,988 1,112 1.758 2000 2,00 9.00 9.801 7.950 1.007 1.007 1. 726 3000 -4.49 +9,797 7,012 0,9093 1,694 4000 -10,98 9,794 6,166 0,8194 1,661 5000 -17,47 9,791 5,405 0.7364 0.7364 1.628 6000 —23.96 9.788 9.722 4722 0.6601 1.595 7000 -30.45 9.785 4,111 0,5900 1,561 8000 -36,94 9,782 3,565 0,5258 1,527 9000 -43,42 9,779 3,080 0.4671 0.4671 1.493 10000 -49.90 9.776 9.750 0,4135 0,458 1.458 15000 -56. 50 +9,761 1,211 0,1948 1,422 20000 -56,50 9,745 0,5529 0,08891 1,422 25000 -51,60 9,730 0,2549 0.04008 0.04008 1.448 3 30000 -46.64 9.715 0.1197 0.1197 0.01841 1.475 40000 -22.80 9,684 0,0287 0,003996 1,601 50000 -2,5 9,654 0,007978 0,001027 1,704 60000 -26,13 9,624 0,002196 0.0003097 1.584 70000 -500 -53.57 9.594 9.594 0,00052 0,00008283 1.438 80000 -74,51 9,564 0,00011 0,00001846 1,321

US Атмосфера — Температура и Elevation

метеорология из ozones

Метеорология озона
тропосфере и стратосфера являются двумя самыми низкими слои атмосферы. Тропосфера – слой, примыкающий к поверхности Земли. На в среднем она простирается на 11 км до верхней части тропосферы, которая называется тропопаузой.

В тропосфере температура обычно понижается с высотой. Причина заключается в том, что газы тропосферы поглощают очень мало поступающей солнечной радиации. Вместо этого земля поглощает это излучение, а затем нагревает тропосферный воздух за счет проводимость и конвекция . Так как этот обогрев наиболее эффективен у земли температура в тропосфере постепенно снижается с увеличением высоте до достижения тропопаузы.Это начало стратосферы. В стратосфере, температура остается изотермической до тех пор, пока около 20 км. Затем происходит странная вещь — температура действительно начинает снижаться. увеличиваются с высотой. От температуры около -56,5С на 20 км она повышается до -2,5С. на 50 км.

Причиной таких колебаний температуры является то, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение в нижних слоях атмосферы. Однако выше в атмосфере обычные двухатомные кислород поглощает ультрафиолетовое излучение. Поглощенный, он переизлучается с разной скоростью. волн, тем самым нагревая стратосферу. В верхней части стратосферы (около 50 км, стратопауза), с увеличением высоты температура снова начинает снижаться. Выше стратопаузы, в мезосфере, термосфере и экзосфере вредные гамма-лучи и рентгеновские лучи поглощаются. График: НАСА Таблица атмосферного озона.

Циркуляция атмосферы очень сложна и имеет много причин факторы. Количество солнечного излучения, достигающего земли, варьируется в зависимости от широты, времени год и облачность. Удельная теплоемкость для различные материалы поверхности сильно различаются.

Кроме того, сила Кориолиса , которая возникает в результате вращения Земли, влияет на движение воздуха. Чистый эффект от этими факторами является перенос озона из тропиков, где образуется больше всего озона, до средних и высоких широт. Конечно, из-за вариаций вокруг Земли озон движение неравномерно, и на данной широте будут вариации в концентрации.

Поскольку озон производится и переносится в стратосфере, некоторые необходимо понимание структуры и циркуляции стратосферы. То меридиональная циркуляция, или циркуляция вдоль линий долготы, показывает возрастание стратосферный воздух в тропиках, который опускается в средних и высоких широтах.Озон это переносится этим потоком.

Справа: Транспорт озон показан изогнутой синей линией. Расположение JETSTREAM обозначено буквой J. «Рисунок 12,5 дюймов из Введения в динамическую метеорологию. Третье издание (д-р Джеймс Холтон, 1992. Том. 48 в Международной серии геофизики, стр. 412.)

Еще одной важной особенностью стратосферы является холодный воздушный бассейн. который образуется в высоких широтах зимой.Этот холодный воздух сосредоточен в нижней стратосфере на высоте около 25 км. Зимой в Южном полушарии воздух может достигать температуры ниже -90°С вблизи Южного полюса. В Северном полушарии самая низкая температуры достигают около -65С. Данные температуры CLAES

В результате формируется зона сильных западных ветров (или вихрей) и окружает каждый полюс. Поскольку температурный контраст максимален вблизи Южный полюс, вихрь, который образуется там во время зимы в Южном полушарии, значительно сильнее, чем вихрь, который образуется зимой в Северном полушарии.

Одно из последствий очень низких температур стратосферы вблизи на Южном полюсе происходит образование двух типов полярных стратосферных облаков ( PSC ). Один состоит из чистого водяного льда. Хотя воздух содержит очень мало влаги, при очень низкие температуры, даже эти небольшие количества могут образовывать облака, содержащие кристаллы льда через процесс сублимации (осаждения) . Другой и более распространенный тип состоит из гидратированной формы азотной кислоты (HNO ₃ ): молекулы азотной кислоты присоединены к молекулы воды. Реакции в этих облаках превращают стабильные формы хлора в Cl ₂ , который легко диссоциирует под воздействием солнечного света и разрушает озон. Эти реакции также удаляют газообразную HNO ₃ . В результате почти полное уничтожение озона в нижней стратосфере на высотах от 14 до 19 км. Под солнцем условиях, HNO ₃ подвергается фотолиз и высвобождение NO ₂ . Затем NO ₂ реагирует с ClO, выводя его из реакций с озоном.

Из-за очень низких температур, необходимых для образования PSC, пиковая вероятность возникновения в Северном полушарии составляет всего около 10% в начало февраля. В Южном полушарии они происходят ежегодно, хотя их пространственная протяженность и временная продолжительность различаются.

На этом рисунке показано, где можно ожидать PSC. Часто вертикально положения в атмосфере определяются атмосферным давлением. Гектопаскали – это используются обычные единицы измерения. Наибольшее возникновение происходит при давлении 68 гПа (гектопаскалей), а высота чуть меньше 19 км. Наименьшее показанное давление составляет 14 гПа, около 29 км.

[ Физика атмосферы ] [ Химия атмосферы ] [ Метеорология озона ]
[ Глоссарий ] [ Ссылки по теме ] [ Модель PBL ]

[ Главная ] [ Страницы учителей ] [ Модули и занятия ]

Изменение климата: Самый нижний уровень атмосферы становится толще

Нижний слой атмосферы, называемый тропосферой, с 2000 года теплеет и утолщается со скоростью 53 метра за десятилетие

Окружающая обстановка 5 ноября 2021 г.

Чен Ли

Тропосфера оранжевого цвета, самая нижняя и самая плотная часть атмосферы Земли, заканчивается в тропопаузе

Рон Гаран/НАСА

Тропопауза — граница в атмосфере — увеличивается по высоте из-за изменения климата.

Самый нижний слой атмосферы, в котором мы живем и дышим, называется тропосферой, и он отделен от верхней стратосферы, где находится защитный озоновый слой, тропопаузой.

Существует естественная вариация высоты тропопаузы: она находится примерно на 18 км над уровнем моря на экваторе и примерно на 10 км над уровнем моря на полюсах.

Но Джейн Лю из Университета Торонто в Канаде и ее коллеги обнаружили, что его высота над северным полушарием увеличилась за последние десятилетия.

Исследователи проанализировали атмосферные данные, такие как давление, температура и влажность, собранные метеозондами, а также использовали данные со спутников GPS, чтобы отслеживать изменения в тропопаузе между 1980 и 2020 годами. Группа специально сосредоточилась на северном полушарии, где происходят изменения в тропопаузе. высота считается больше, чем в южном полушарии.

Команда обнаружила, что высота тропопаузы в северном полушарии неуклонно увеличивалась в период с 1980 по 2020 год.В период с 2001 по 2020 год высота увеличивалась со скоростью около 53,3 метра за десятилетие, что немного выше, чем в период с 1980 по 2000 год.

Это увеличение исключает любое влияние естественных колебаний климата, таких как извержения вулканов и Эль-Ниньо-Южное колебание, которые были учтены, и, по мнению исследователей, связано только с изменением климата.

Они предполагают, что потепление тропосферы из-за увеличения концентрации парниковых газов расширяет этот слой, перемещая тропопаузу на большую высоту.Дополнительная, менее значительная движущая сила заключается в том, что стратосфера уменьшилась в объеме из-за — несколько противоречащего здравому смыслу — охлаждения этого слоя, вызванного, например, разрушением озона.

«Увеличение высоты тропопаузы является чувствительным индикатором антропогенного изменения климата», — говорит Лю.

Изменение высоты тропопаузы может влиять на наш климат и погодную циркуляцию, хотя исследований, подробно изучающих эти воздействия, очень мало, говорит Лю.

«Наша работа говорит нам о том, что изменение климата, вызванное деятельностью человека, может изменить многие аспекты нашей повседневной жизни», — говорит Лю. «Теперь мы видим это… в изменениях высоты нашей тропопаузы».

«В исследовании используются очень подробные наборы данных наблюдений для количественной оценки изменений в тропопаузе с беспрецедентной точностью», — говорит Аманда Мэйкок из Университета Лидса в Великобритании. «В целом, исследование предоставляет дополнительные доказательства того, что последствия изменения климата очевидны в каждом регионе атмосферы.

Ссылка на журнал: Science Advances , DOI: 10.1126/sciadv.abi8065

Подпишитесь на сегодня на COP26, наш бесплатный ежедневный информационный бюллетень, посвященный важному климатическому саммиту

Еще по этим темам:

.