Схема атмосферы – Атмосфера Земли — Википедия

Опорный конспект АТМОСФЕРА по географии + схемы, таблицы

«Атмосфера»

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 1015 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура  140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

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

 

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой», на высоте от 15—20 до 55— 60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — озон, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте равной 30 км. Общая масса озона составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Озон (О3) — аллотропия кислорода, образуется в результате следующей химической реакции, обычно после дождя, когда полученное соединение поднимается в верхние слои тропосферы; озон имеет специфический запах.

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

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Структура атмосферы

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную (однофазную), хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °С в стратосфере до -110 °С в мезосфере.

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

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

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

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Таблица «Атмосфера»


Конспект урока «Атмосфера». Следующая тема: «Погода и климат»

АТМОСФЕРА

5 (100%) 2 votes

uchitel.pro

Строение атмосферы

СТРОЕНИЕ
АТМОСФЕРЫ

Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός —
пар и σφαῖρα —
шар) — газовая оболочка
(геосфера),
окружающая планету Земля.
Внутренняя её поверхность
покрывает гидросферу и
частично земную кору, внешняя граничит
с околоземной частью космического
пространства.

Физические
свойства

Толщина
атмосферы — примерно 120 км от
поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в
атмосфере — (5,1—5,3)·1018 кг.
Из них масса сухого воздуха составляет
(5,1352 ±0,0003)·1018 кг,
общая масса водяных паров в среднем
равна 1,27·1016 кг.

Молярная
масса чистого
сухого воздуха составляет 28,966
г/моль, плотность
воздуха у
поверхности моря приблизительно равна
1,2 кг/м3. Давление при
0 °C на уровне моря составляет
101,325 кПа; критическая
температура —
−140,7 °C; критическое
давление —
3,7 МПа; Cp при
0 °C — 1,0048·103 Дж/(кг·К), Cv —
0,7159·103 Дж/(кг·К)
(при 0 °C). Растворимость воздуха в
воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %,
при 25 °C — 0,0023 %.

За
«нормальные
условия»
у поверхности Земли приняты: плотность
1,2 кг/м3,
барометрическое давление 101,35 кПа,
температура плюс 20 °C и относительная
влажность 50 %. Эти условные показатели
имеют чисто инженерное значение.

Атмосфера имеет
слоистое строение. Слои
атмосферы отличаются друг от
друга температурой воздуха, его
плотностью, количеством водяного пара
в воздухе и другими свойствами. 

Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος —
«поворот», «изменение» и σφαῖρα —
«шар») — нижний, наиболее изученный
слой атмосферы,
высотой в полярных
областях 8—10 км,
в умеренных широтах до 10—12 км,
на экваторе —
16—18 км.

При
подъёме в тропосфере температура понижается
в среднем на 0,65 К через каждые 100 м
и достигает 180—220 K в
верхней части. Этот верхний слой
тропосферы, в котором снижение температуры
с высотой прекращается, называюттропопаузой.
Следующий, расположенный выше тропосферы,
слой атмосферы называется стратосфера.

В
тропосфере сосредоточено более 80 %
всей массы атмосферного воздуха, сильно
развиты турбулентность и конвекция,
сосредоточена преобладающая часть водяного
пара,
возникают облака,
формируются и атмосферные
фронты,
развиваютсяциклоны и антициклоны,
а также другие процессы,
определяющие погоду и климат.
Происходящие в тропосфере процессы
обусловлены, прежде всего, конвекцией.

Часть
тропосферы, в пределах которой на земной
поверхности возможно зарождение ледников,
называется хионосфера[3].

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

Толщина
тропопаузы составляет от нескольких
сотен метров до 2—3 километров.
В субтропиках наблюдаются разрывы
тропопаузы, обусловленные мощными
струйными течениями. Тропопауза над
отдельными районами часто разрушается
и формируется заново.

Стратосфе́ра (от
лат. stratum — настил, слой) — слой атмосферы,
располагающийся на высоте от
11 до 50 км. Характерно незначительное
изменение температуры в слое 11—25 км
(нижний слой стратосферы) и повышение
её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний
слой стратосферы или область инверсии).
Достигнув на высоте около 40 км значения
около 273 К (почти 0 °C), температура
остаётся постоянной до высоты около
55 км. Эта область постоянной температуры
называется стратопаузойи
является границей между стратосферой
и мезосферой.
Плотность воздуха в стратосфере в
десятки и сотни раз меньше чем на уровне
моря.

Именно
в стратосфере располагается
слой озоносферы («озоновый
слой»)
(на высоте от 15—20 до 55—60 км), который
определяет верхний предел жизни в
биосфере. Озон (О3)
образуется в результате фотохимических
реакций наиболее интенсивно на высоте
~30 км. Общая масса О3 составила
бы при нормальном давлении слой толщиной
1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для
поглощения губительного для
жизни ультрафиолетового излучения
Солнца. Разрушение О3 происходит
при его взаимодействии со свободными
радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями
(в т. ч. «фреонами»).

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

В
стратосфере и более высоких слоях под
воздействием солнечной
радиации молекулы
газов диссоциируют —
на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2,
выше 150 км — О2,
выше 300 км — N2).
На высоте 200—500  км в ионосфере
происходит также ионизация газов, на
высоте 320 км концентрация заряженных
частиц (О+2,
О2,
N+2)
составляет ~ 1/300 от концентрации
нейтральных частиц. В верхних слоях
атмосферы присутствуют свободные
радикалы —
ОН•, НО•2 и
др.

В
стратосфере почти нет водяного пара.

Полёты
в стратосферу начались в 1930-годах. Широко
известен полёт на первом стратостате (FNRS-1),
который совершили Огюст
Пикар и Пауль
Кипфер 27
мая 1931 г. на высоту 16,2 км. Современные
боевые и сверхзвуковые коммерческие
самолёты летают в стратосфере на высотах
в основном до 20 км (хотя динамический
потолок может
быть значительно выше).
Высотные метеозонды поднимаются
до 40 км; рекорд для беспилотного
аэростата составляет 51,8 км.

В
последнее время в военных кругах США
большое внимание уделяют освоению слоёв
стратосферы выше 20 км, часто называемых
«предкосмосом» (англ. «near
space
»).
Предполагается, что беспилотные дирижабли
и самолёты на солнечной энергии
(наподобие NASA
Pathfinder)
смогут длительное время находиться на
высоте порядка 30 км и обеспечивать
наблюдением и связью очень большие
территории, оставаясь при этом
малоуязвимыми для средств ПВО;
такие аппараты будут во много раз
дешевле спутников.

Стратопа́уза —
слой атмосферы,
являющийся пограничным между двумя
слоями, стратосферой и мезосферой.
В стратосфере температура повышается
с увеличением высоты, а стратопауза
является слоем, где температура достигает
максимума. Температура стратопаузы —
около 0 °C.

Данное
явление наблюдается не только на Земле,
но и на других планетах, имеющих атмосферу.

На
Земле стратопауза находится на высоте
50 — 55 км над уровнем
моря.
Атмосферное давление составляет около
1/1000 от давления на уровне моря.

Мезосфе́ра (от греч. μεσο- —
«средний» и σφαῖρα —
«шар», «сфера») — слой атмосферы на
высотах от 40—50 до 80—90 км. Характеризуется
повышением температуры с высотой;
максимум (порядка +50°C)
температуры расположен на высоте около
60 км, после чего температура начинает
убывать до −70° или −80°C.
Такое понижение температуры связано с
энергичным поглощением солнечной
радиации (излучения) озоном.
Термин принят Географическим
и геофизическим союзом в 1951
году.

Газовый
состав мезосферы, как и расположенных
ниже атмосферных слоев, постоянен и
содержит около 80 % азота и
20 % кислорода.

Мезосфера
отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой,
а от вышележащей термосферы — мезопаузой.
Мезопауза в основном совпадает
с турбопаузой.

Метеоры начинают
светиться и, как правило, полностью
сгорают в мезосфере.

В
мезосфере могут появляться серебристые
облака.

Для
полётов мезосфера представляет собой
своего рода «мёртвую зону» — воздух
здесь слишком разрежен, чтобы поддерживать
самолёты или аэростаты (на высоте 50 км
плотность воздуха в 1000 раз меньше, чем
на уровне моря), и в то же время слишком
плотен для полётов искусственных
спутников на
такой низкой орбите. Прямые исследования
мезосферы проводятся в основном с
помощью суборбитальных метеорологических
ракет;
в целом мезосфера изучена хуже других
слоёв атмосферы, в связи с чем учёные
прозвали её «игноросферой».

Мезопа́уза —
слой атмосферы,
разделяющий мезосферу и термосферу.
На Земле располагается
на высоте 80—90 км над уровнем
моря.
В мезопаузе находится температурный
минимум, который составляет около
−100 °C. Ниже (начиная от высоты около
50 км) температура падает с высотой, выше
(до высоты около 400 км) — снова растёт.
Мезопауза совпадает с нижней границей
области активного поглощения рентгеновского и
наиболее коротковолнового ультрафиолетового
излучения Солнца.
На этой высоте наблюдаются серебристые
облака.

Мезопауза
есть не только на Земле, но и на других
планетах, имеющих атмосферу.

Мезопа́уза —
слой атмосферы,
разделяющий мезосферу и термосферу.
На Земле располагается
на высоте 80—90 км над уровнем
моря.
В мезопаузе находится температурный
минимум, который составляет около
−100 °C. Ниже (начиная от высоты около
50 км) температура падает с высотой, выше
(до высоты около 400 км) — снова растёт.
Мезопауза совпадает с нижней границей
области активного поглощения рентгеновского и
наиболее коротковолнового ультрафиолетового
излучения Солнца.
На этой высоте наблюдаются серебристые
облака.

Мезопауза
есть не только на Земле, но и на других
планетах, имеющих атмосферу.

Линия
Ка́рмана
 —
высота над уровнем
моря,
которая условно принимается в качестве
границы между атмосферой
Земли и космосом.

В
соответствии с определением Международной
авиационной федерации (ФАИ),
линия Кармана находится на высоте 100 км
над уровнем
моря.

Название
высота получила по имени Теодора
фон Кармана,
американского учёного венгерского
происхождения. Он первый определил, что
примерно на этой высоте атмосфера
становится настолько разрежённой,
что аэронавтика становится
невозможной, так как скорость летательного
аппарата,
необходимая для создания достаточной подъёмной
силы,
становится больше первой
космической скорости,
и поэтому для достижения бо́льших высот
необходимо пользоваться средствамикосмонавтики.

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.

Достижение
Линии Кармана являлось первым условием
для получения приза Ansari
X Prize,
так как это является основанием для
признания полёта космическим.

studfiles.net

Состав и строение атмосферы

Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется при дыхании человеком, животными, растениями. Этот слой задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живые организмы. Кроме того, он удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться. Если бы не было атмосферы, на Земле стояла бы абсолютная тишина, ведь звуки — это колебания частиц воздуха.

Из каких слоев состоит атмосфера?

Атмосфера состоит из нескольких слоев. Ее нижняя граница совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и даже растворен в воде. Верхняя граница находится на высоте 2000—3000 км и постепенно переходит в космическое пространство.

Ближе всего к Земле расположена тропосфера. В ее пределах температура с высотой понижается, так как почти прозрачный воздух здесь нагревается от поверхности Земли. В тропосфере находится почти весь водяной пар. Поэтому только в ней возникают облака и выпадают осадки. Над тропосферой располагается стратосфера. Здесь содержится озон, образующийся под воздействием солнечной радиации из кислорода. Озона в атмосфере немного: если бы можно было собрать его в один слой, то толщина его не превысила бы 2–3 мм. Поглощая ультрафиолетовое излучение Солнца, озон нагревается, поэтому температура в стратосфере может достигать +10 °С. Выше стратосферы лежит мезосфера. В ней температура опять падает с высотой и у верхней границы достигает –80 °С.

Внешний слой атмосферы — термосфера — изучен мало. По данным искусственных спутников Земли, в верхней термосфере температура достигает почти +2000 °С. На высоте около 2000 км притяжение Земли, которое удерживает атмосферу, ослабевает, и разреженные молекулы легких газов (водорода и гелия, преобладающих с высоты 800 км) рассеиваются в космическом пространстве. Выше этой границы атмосфера превращается в пустоту, или вакуум.

Атмосферное давление

Атмосферное давление — это давление атмосферного воздуха на предметы, которые в нем находятся, и на поверхность Земли. На каждого из нас давит столб воздуха массой 15 т, но мы этого не ощущаем, потому что внешнее давление уравновешивается давлением воздуха внутри нашего тела.

До XVII в. воздух считался не только невидимым, но и невесомым. Лишь в 1642 г. итальянский физик Эванджелиста Торричелли опытным путем доказал, что столб воды высотой приблизительно 10,3 м уравновешивается давлением атмосферы у поверхности Земли. Затем он повторил опыт с жидким металлом — ртутью. Он запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью. Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку, и «замер» на уровне 760 мм. Так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название «трубка Торричелли».

Поделиться ссылкой

sitekid.ru

Атмосфера

Атмосфера (греч. atmos — пар и sphaira — шар) — воздушная оболочка Земли. Атмосфера не имеет резкой верхней границы. Около 99,5% всей ее массы сосредоточено в нижних 80 км.

Атмосфера возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. На ее формирование впоследствии оказало влияние появление океанов и биосферы.

Строение атмосферы

Выделяют несколько основных ее слоев, отличающихся характеристиками температуры, плотности и т.д. Нижний слой — тропосфера. Он нагревается от Земли, которая в свою очередь нагревается от Солнца. Наиболее прогретые слои тропосферы прилегают к Земле. С высотой нагрев уменьшается, и это понижает температуру воздуха от +14°С на уровне моря до —55°С на верхней границе тропосферы. Ученые подсчитали, что температура здесь понижается в среднем на 0,6° на каждые 100 м. Эту величину называют вертикальным градиентом температуры. Толщина тропосферы различна: над экватором она равна 17 км, а над полярными широтами — 8-9 км. Только в тропосфере происходят такие явления, как образование облаков, выпадение осадков, грозы и другие погодные явления. Выше тропосферы располагается стратосфера (до 50-55 км), которая отделена от нижнего слоя атмосферы переходным слоем — тропопаузой. В стратосфере воздух находится в разреженном состоянии, здесь не образуются облака, так как практически отсутствует водяной экран. Снижение температуры с высотой продолжается, но выше 25 км она начинает возрастать на 1-2°С на каждый километр. Это вызвано, по-видимому, тем, что слой озона поглощает и рассеивает солнечное излучение, мешая ему пройти к поверхности Земли. Над стратосферой тоже есть переходная зона — стратопауза, после которой идет следующий слой атмосферы — мезосфера (до 80-85 км). Воздух здесь еще более разрежен, а температура продолжает расти. Еще выше располагается слой, называемый термосферой. Сложные химические реакции в этих слоях атмосферы (выше 50 км) делают ее электропроводной. Поскольку при реакциях выделяются ионы, верхнюю часть атмосферы, куда входят мезосфера и термосфера, называют ионосферой. Именно в этих слоях и происходит полярное сияние. Выше 800 км располагается экзосфера («экзо» — внешний), здесь частицы газов очень редки, а температура достигает +2000°С.Газовый состав атмосферы был изучен уже давно. В 1774 году французский ученый Антуан Лавуазье изучил основные части воздуха и установил присутствие там кислорода и азота. Впоследствии обнаружилось, что кроме этих газов в воздухе находятся еще и другие газы. Таким образом, воздух — это смесь газов, состоящая у земной поверхности из следующих компонентов:


  • Азот — 78%
  • Кислород — 21%
  • Инертные газы — 0,94%
  • Углекислый газ — 0,03%
  • Пары воды и примеси — 0,03%.

Значение атмосферы в природе и жизни человека

  • благодаря газообразной оболочке поверхность Земли не нагревается днем и не остывает ночью так сильно, как, например, поверхность Луны, лишенная атмосферы;
  • атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большая часть которых сгорает и не долетает до поверхности планеты;
  • озоновый экран (озоносфера) защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений, большая доза которых губительна для организма;
  • кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания.

Изучение атмосферы

Человечество интересовалось воздушным океаном уже давно, но только 300-400 лет назад были изобретены первые приборы для изучения атмосферы: термометр, барометр, флюгер. В настоящее время изучение газовой оболочки Земли осуществляется под руководством Всемирной метеорологической организации (ВМО), в которую, кроме России, входят еще много стран. Разработана программа сбора и обработки материалов с применением новейших технических средств. Для наблюдения за состоянием атмосферы создана сеть наземных метеорологических станций, оборудованных различными приборами.

Температуру измеряют с помощью термометров, в Европе принято измерять ее в градусах «по Цельсию». Эта система основана на физических свойствах воды: при нуле градусов она переходит в твердое состояние — замерзает, при 100° — в газообразное. Количество выпавших осадков измеряют осадкомером — емкостью, на стенки которой нанесена специальная разметка. Скорость перемещения воздушных потоков измеряется ветромером (анемометром). Рядом с ним обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность, устанавливаются ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон. Атмосферное давление измеряется барометром.

На метеорологических станциях не менее 4-х раз в день снимают показания. В труднодоступных районах действуют автоматические радиометеорологические станции. А в океанах такие станции устанавливают на плавучих платформах. Свободную атмосферу изучают с помощью радиозондов — приборов, которые прикрепляются к выпущенным в свободный полет каучуковым шарам, наполненным водородом. Они собирают данные о состоянии атмосферы на высотах до 30-40 км. Еще выше, до 120 км, поднимаются метеорологические ракеты. На определенной высоте часть ракеты с приборами отделяется и на парашюте спускается на земную поверхность. Для уточнения состава воздуха и исследования слоев, расположенных на большой высоте, применяются ракеты, зондирующие атмосферу до 500 км. Очень важные сведения о состоянии атмосферы, о погодных процессах, происходящих над Земной поверхностью, доставляют искусственные спутники Земли. Большой ценностью обладают наблюдения за атмосферными явлениями, которые ведутся космонавтами с орбитальных станций в космосе.

Источник видео: AirPano.ru

geographyofrussia.com

Состав и строение атмосферы Земли

Атмосфера Земли насчитывает множество слоёв, различающихся между собой по различным свойствам: температуре, давлению, высоте, составу и т.д.

Тропосфера
Участок атмосферы, простирающийся от поверхности планеты до расстояния ~9 километров на полюсах, или до 18 км на экваторе. Чем ближе к экватору — тем выше этот слой находится над поверхностью. Зимой, к слову, тропосфера находится немного ближе к Земле, чем летом.

Этот слой атмосферы является основным, поскольку содержит порядка 80% всей массы воздуха. В нём формируются практически все атмосферные явления.
Наряду со стратосферой, основной слой отвечает за защиту Земли от солнечной радиации.

Температура в тропосфере постепенно уменьшается с увеличением высоты (примерно по 0,65 градусов за каждые 100 метров). Таким образом, на границе слоя температура опускает примерно до -56 °C.

Тропопауза
Небольшой слой (до нескольких километров толщиной), разделяющий тропосферу и стратосферу.
Характерен он тем, что в этом слое температура прекращает понижаться с увеличением высоты.

Стратосфера
Это также очень важный слой атмосферы. Простирается он до высоты примерно в полсотни километров. Содержит порядка 20% массы воздуха.
Температура в нём повышается до нуля градусов.

В стратосфере расположен озоновый слой Земли (озоносфера). Он определяет тот предел, до которого в биосфере планеты существуют живые организмы.
Большую часть коротковолнового излучения поглощает именно стратосфера, благодаря чему возникают различные небесные явления: зарницы, северное сияние и тому подобное.

Стратопауза
Атмосферный слой, разделяющий стратосферу и мезосферу, толщиной около 5 километров. Температура его остаётся постоянной — около 0 °C.

Мезосфера
Этот слой атмосферы находится на расстоянии 50-90 км от поверхности планеты. Температура в нём понижается со скоростью 0,3 °C за сотню метров и опускается до -80 °C.
Состоит мезосфера только из азота (80%) и кислорода (20%).

Именно в этом слое можно наблюдать так называемые падающие звёзды (метеоры). Небольшие небесные тела (метеороиды, например), попадая в атмосферу, сгорают в ней, как правило, не достигая поверхности планеты. И происходит это почти всегда в мезосфере. Именно в ней они начинают светиться, благодаря чему мы получаем возможность наблюдать такое красивое явление.
Автор фото — tonya, ссылка на оригинал (фото было изменено).

Мезопауза
Слой, расположенный между мезосферой и термосферой. Его средняя температура около -90 °C.

Линия Кармана
Это официально принятая граница атмосферы — 100 километров над уровнем моря.

Термосфера
Температура в термосфере растёт и достигает значения 1200 °C на высоте в несколько сотен километров. После этого она остаётся стабильно высокой до завершения слоя (около 800 километров над уровнем моря, зависит от активности Солнца). Внутри термосферы находится ионосфера.
Из-за воздействия солнечной радиации, в термосфере можно наблюдать красивое явление полярное сияние (ионизация воздуха).

Термопауза
Слой атмосферы, расположенный над термосферой. В нём почти не изменяется температура, и сам он практически не поглощает излучения.

Экзосфера
Зона рассеяния. Называется она так, потому что в экзосфере газ очень сильно разрежен, из-за чего утекает в межпланетное пространство.
Начинается этот слой примерно на высоте 700-800 километров и тянется до 10 тысяч километров. Хотя уже на высоте в 2-3 тысячи километров он переходит в ближнекосмический вакуум.

Состав земной атмосферы

Состоит атмосфера из азота, кислорода, иных газов и примесей (частичек льда, пыли и т.д.).
Азот заполняет около 78% объёма атмосферы, кислород — 21%, ну а оставшийся почти 1% приходится на аргон. В атмосфере также присутствует углекислый газ, гелий, метан, неон, водород и иные газы. Но все они занимают крохотную часть от общего объёма.

Содержится всё это, по большей части, в тропосфере. Но некая часть приходится и на стратосферу. В остальных же слоях атмосферы такого разнообразия газов не найти.

naturae.ru

Строение атмосферы



Основным признаком, определяющим подразделение атмосферы на отдельные слои, является изменение ее температуры с высотой. Характер этого изменения во многом зависит от состава атмосферы.

Нижний слой атмосферы Земли (тропосфера) имеет следующий химический состав (по объему, в процентах):
азот — 78.09, кислород — 20.95, аргон — 0.93, углекислый газ — 0.03. На долю остальных газов приходятся уже тысячные и десятитысячные доли процента. Такой состав атмосфера имеет почти до высоты 90 км.

Кроме постоянных компонентов, перечисленных выше, атмосфера содержит переменные компоненты: озон и водяной пар. Эти компоненты оказывают большое влияние на тепловой режим Земли и ее атмосферы.

Рассмотрим схему строения земной атмосферы. Известно, что в ее нижнем слое, именуемом тропосферой (от греческого тропэ — поворот), температура быстро падает с высотой: на 6-7 градусов на километр высоты (зимой несколько меньше). Это происходит потому, что нижние, (приземные) слои атмосферы получают тепло от земной поверхности, излучающей его в диапазоне инфракрасных лучей и передающей тепло также за счет конвекции и теплопроводности. В тропосфере образуются облака, осадки, дуют ветры, образуются самые различные метеорологические явления.

В зависимости от строения атомов и молекул различных газов они способны поглощать в той или иной степени излучение в различных диапазонах длин волн. Так, молекула водяного пара (Н20) интенсивно поглощает инфракрасные лучи во всем диапазоне, за исключением «окна» на длинах волн 8-13 мкм. Напротив, озон, трехатомный кислород, поглощает ультрафиолетовые лучи короче 0,36 мкм. На уровне от 11 до 17 км падение температуры с высотой прекращается и начинается стратосфера — сравнительно спокойная область атмосферы с почти постоянной температурой до высоты 34-36 км и ростом температуры до уровня 50 км. Этот рост происходит за счет поглощения солнечных ультрафиолетовых лучей слоем озона, о котором подробнее будет сказано ниже. Пограничная область между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой.

Рис 1

Схема строения земной атмосферы:
1 — тропосферные облака нижнего яруса
2 — перистые облака
3 — перламутровые облака
4 — серебристые облака
5 — метеоры
6 — болид
7 — полярные сияния
8 — метеорологическая ракета
9 — геофизическая ракета

Выше стратосферы, примерно от уровня озонного пика температуры и до 80-85 км простирается мезосфера — область нового падения температуры с высотой. Мезосферу от стратосферы отделяет узкая область стратопаузы, примерно соответствующей высоте озонного максимума.

Еще выше температура вновь начинает расти. Сюда еще доходит ультрафиолетовое излучение Солнца на длинах волн короче 0,2 мкм, а в этой области спектра находятся полосы поглощения Шумана-Рунге молекулы кислорода (длины волн 1925-1760 А; 1 А (ангстрем) = 10-3 мкм). Еще дальше в сторону коротких длин волн расположена сплошная область поглощения, называемая континуумом Шумана-Рунге (длины волн 1760-1350 А). Поглощение лучей этих длин волн молекулярным кислородом приводит к нагреванию нижней термосферы — так принято называть область роста температуры выше 85 км.

Но поглощение солнечных ультрафиолетовых лучей приводит и к другому процессу — к диссоциации молекул кислорода на атомы. Этот процесс начинается от высоты 80 км и заканчивается на высотах 120-130 км. Выше весь кислород оказывается диссоциированным, т. е. состоящим из атомов.

С главным компонентом земной атмосферы — азотом — положение сложнее. Вероятность (или, как принято говорить, эффективное сечение) диссоциации за счет прямого поглощения солнечных лучей у молекулы азота крайне мала. Диссоциация азота возможна лишь в результате более сложных реакций, например, диссоциативной рекомбинации молекулярных ионов азота. Иначе говоря, сперва происходит ионизация молекулы азота, а потом молекулярный ион рекомбинирует с электроном, распадаясь при этом на два атома азота. Есть еще ряд реакций с участием иона молекулы окиси азота NO в результате которых образуется атомарный азот. Но для осуществления первой из этих реакций — фотоионизации молекулы азота — необходимо излучение с длиной волны менее 1270 А. Поэтому диссоциация азота начинается выше, чем диссоциация кислорода, а именно, начиная с 300 км, причем концентрация атомов азота начинает превышать концентрацию молекул только на высоте 400 км.

Что же обусловливает продолжающийся рост температуры с высотой в верхней термосфере (выше 150 км). В основном — опять таки ультрафиолетовое излучение Солнца. В верхних слоях атмосферы происходит ионизация атомов и молекул, образуются слои заряженных частиц, известные под общим названием ионосфера. Но солнечные лучи, ионизуя атомы и молекулы воздуха, сообщают им дополнительную энергию, переходящую в скорости беспорядочных движений, что и проявляется в увеличении температуры до 2000 градусов на высоте около 1000 км. Заряженные частицы путем столкновений передают энергию нейтральным частицам.

Выше 100 км начинается диффузионное разделение газов, поскольку перемешивание на этих высотах уже не играет той роли, как на более низких уровнях. Химический состав атмосферы начинает меняться с высотой. Эта область переменного состава атмосферы называется гетеросферой, тогда как область постоянного состава (ниже 100 км) называется гомосферой.

Если до высоты 180 км главным компонентом атмосферы продолжают оставаться молекулы азота, то в интервале высот 180-600 км их место занимают атомы кислорода. Между 600 и 1500 км главным компонентом является гелий, еще выше — атомарный водород. Нужно, однако, помнить, что границы эти условны и зависят от времени суток, а также от уровня солнечной активности.

Рассмотрим теперь строение атмосферы с несколько иной точки зрения, а именно с точки зрения ее взаимодействия с солнечными лучами. Хотя об этом уже не раз говорилось, мы совершим здесь как бы путешествие вместе с солнечным лучом в направлении сверху вниз. Это позволит привести все сказанное о взаимодействии излучения Солнца с атомами и молекулами атмосферы в стройную систему.

Солнечные лучи вступают на границу земной атмосферы как бы широким фронтом — на всех длинах волн. Сначала происходит ионизация атомов водорода (преобладающих, как мы видели, выше 1500 км), затем атомов гелия и кислорода. Но из-за разреженности атмосферы на больших высотах поглощение солнечного излучения выше 300 км практически незаметно.

Однако ниже 300 км поглощение ультрафиолетовых лучей постепенно растет в результате ионизации сначала атомов кислорода, затем атомов и молекул азота и молекул окиси азота и, наконец, молекул кислорода. Поглощаются в основном лучи с длинами волн от 100 до 1020 А (энергия фотона с длиной волны 1020 А соответствует потенциалу ионизации атома кислорода — это наименьшая энергия, необходимая для отрыва от атома внешнего электрона). Уже на высотах 120-140 км эта часть солнечного спектра поглощается полностью. Зато она обеспечивает ионизацию самого мощного слоя ионосферы — слоя F, который принято подразделять на два подслоя: F (130-180 км) и Fg (180-1000 км). Максимум электронной концентрации (равной на этих высотах концентрации положительных ионов) достигается на высотах 250-300 км.

Ниже 130 км проходят мягкие рентгеновские лучи (30-100 А), которые ионизуют слой Е ионосферы (90-130 км). Жесткое рентгеновское излучение доходит до высот 60 км и образует самый нижний, хотя и обладающий наименьшей электронной концентрацией (103 электронов/см3) слой D ионосферы.

Надо заметить, что мы нарисовали здесь лишь самую общую схему процессов. Ведь, кроме ионизации, непрерывно, «работает» обратный процесс — рекомбинация, приводящий к уничтожению ионов и электронов, к воссоединению их в нейтральные частицы. Изучением процессов, происходящих в верхних слоях атмосферы с атомами, молекулами, ионами и электронами при их взаимодействии друг с другом и с солнечным излучением, занимается наука аэрономия.

Вернемся к солнечному излучению. Потеряв на высоте 100 км полностью свой самый коротковолновый участок (1020 А), оно начинает далее испытывать поглощение лучей на больших длинах волн. Молекулы кислорода поглощают излучение в континууме Шумана-Рунге (1760 — 1220 А), энергия которого расходуется на их диссоциацию. Ниже 80 км эта часть солнечного спектра поглощается полностью. Однако излучение в области полос Шумана-Рунге (1925 — 1760 А) проходит и продолжает диссоциировать молекулы кислорода ниже 80 км. Число столкновений быстро падает с уменьшением плотности атмосферы на больших высотах. Не может озон образовываться и ниже 10 км — там нет атомов кислорода, поскольку излучение в области полос Шумана — Рунге полностью поглощается выше этого уровня.

Но озон сам является мощным поглотителем ультрафиолетовых лучей вплоть до длины волны 3100 A. Энергия этих лучей расходуется на диссоциацию молекул озона, уравновешивая их образование в ходе тройных столкновений. Максимальная концентрация озона достигается на высотах 25-30 км. Этот уровень не совпадает с уровнем озонного максимума температуры 50-55 км. Происходит это потому, что лучи, несущие наибольшую энергию, поглощаются выше и до уровня максимальной концентрации озона не доходят. Те же лучи, которые достигают этого уровня, имеют относительно небольшую энергию и не могут нагреть молекулы озона, а через них — и других газов до достаточно высоких температур. Поэтому, как ни странно, в области максимальной концентрации озона температуры довольно низкие.

Хорошо известно значение озоносферы для защиты всего живого на Земле — растений, животных и людей — от губительного действия солнечных ультрафиолетовых лучей. Любые процессы, связанные с деятельностью человека, которые способны привести хотя бы к частичному разрушению озонного слоя, могут иметь роковые последствия для жизни на Земле.

Образование обычных (тропосферных) облаков происходит, как правило, на высотах от 0,5 до 6 км (слоистые, дождевые, кучевые). На больших высотах плавают высоко-кучевые и высоко-слоистые облака. Однако выше 7,5 км облака почти целиком состоят из ледяных кристаллов: это перистые облака, высота которых может доходить до 15-17 км.

Еще выше, на уровне 25-30 км, наблюдаются так называемые перламутровые облака — явление гораздо более редкое, чем серебристые облака.

На высотах от 120 до 70 км происходит испарение и плавление входящих в атмосферу метеорных тел — наблюдаются метеоры, свечение которых в основном определяется излучением атомов и ионов метеорных паров. На уровнях 80-100 км наблюдается некоторое относительное изобилие метеорных атомов и ионов: здесь они образуются, после чего смешиваются в ходе диффузии с атомами и молекулами воздуха.

При полете метеора за ним формируется ионно-электронный след, отражающий метровые радиоволны. Весь этот комплекс явлений принято называть метеорными явлениями.

Еще выше расположена область полярных сияний. Обычно разные формы полярных сияний располагаются на высотах от 100 до 1000 км, хотя иногда нижние границы дуг полярных сияний спускаются до 80 км. Как показывает спектральный анализ, основной вклад в свечение полярных сияний вносит излучение атомарного кислорода (особенно в зеленой линии 5577 А), атомарного азота, их ионов, молекул азота и кислорода и их ионов, а также водорода, гелия, натрия. Возбуждение свечения всех этих частиц происходит за счет их соударений с быстрыми заряженными частицами, летящими от Солнца (солнечный ветер). Это — протоны, электроны и ионы различных элементов, а также нейтральные атомы. Но основную роль в возбуждении свечения полярных сияний играют протоны и электроны. Поскольку эти частицы — заряженные, их траектории отклоняются магнитным полем Земли в сторону геомагнитных полюсов, поэтому сияния наблюдаются преимущественно в полярных районах.

Кроме полярных сияний, наблюдается еще общее свечение ночного неба, вызванное как возбуждением за счет столкновений, так и флуоресценцией газов атмосферы в результате фотовозбуждения (это свечение наблюдается вскоре после захода Солнца).

Что считать границей атмосферы? Исследования последних лет показали, что ионосфера простирается до высот в тысячи и десятки тысяч километров. Поэтому понятие границы атмосферы весьма условно. Часто принимают высоту этой границы в 2000 км. То, что выше, называют протоносферой — оболочкой, состоящей из ядер атомов водорода — протонов. За пределами атмосферы находятся радиационные пояса Земли. Систему частиц, захваченных магнитным полем нашей планеты и движущихся вдоль его силовых линий, принято называть магнитосферой Земли.

tayny-zemli.ru

Атмосфера

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.

Строение атмосферы

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 слой атмосферы. 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 Солнечной системы, 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 атмосферные осадки. Без атмосферы был бы невозможен круговорот воды.

geographyofrussia.com