Что положено в основу деления атмосферы по слоям

Обновлено: 02.07.2024

Каждый грамотный человек должен знать не только то, что планету окружает атмосфера из смеси всевозможных газов, но и то, что существуют различные слои атмосферы, которые располагаются на неодинаковом удалении от поверхности Земли.

Наблюдая на небом, мы совершенно не видим ни его сложного устройства, ни неоднородного состава, ни других скрытых от глаз вещей. Но именно благодаря сложному и многокомпонентному составу воздушного слоя, вокруг планеты на ней и существуют такие условия, которые позволили возникнуть здесь жизни, расцвести растительности, появиться всему тому, что здесь когда бы то ни было.

Знания про предмет разговора дает людям уже 6 класс в школе, но некоторые до него еще не доучились, а некоторые были там так давно, что уже все позабыли. Тем не менее каждый образованный человек должен знать, из чего состоит мир вокруг него, особенно та его часть, от которой непосредственно зависит сама возможность его нормальной жизни.

Как называется каждый из слоев атмосферы, на какой высоте он находится, какую роль играет? Все эти вопросы будут рассмотрены ниже.

Строение атмосферы Земли

Глядя на небо, особенно когда оно совершенно безоблачно, очень сложно даже предположить, что оно имеет такую сложную и многослойную структуру, что температура там на различных высотах очень сильно отличается, и что именно там, в высоте, происходят важнейшие процессы для всей флоры и фауны на Земле.

Если бы не такой сложный состав газового покрова планеты, то здесь бы просто не было никакой жизни и даже возможности для ее зарождения.

Первые попытки изучить эту часть окружающего мира были предприняты еще древними греками, но те не могли зайти в своих умозаключениях слишком далеко, так как не обладали необходимой технической базой. Они не видели границы разных слоев, не могли измерить их температуру, изучить компонентный состав и т. д.

В основном только погодные явления наталкивали самые прогрессивные умы на размышления о том, что видимое небо не такое простое, как кажется.

Считается, что структура современной газовой оболочки вокруг Земли образовалась в три этапа. Сначала была первичная атмосфера из водорода и гелия, захваченных из космического пространства.

Потом извержение вулканов наполнило воздух массой других частиц, и возникла вторичная атмосфера. После прохождения всех основных химических реакций и процессов релаксации частиц, возникла нынешняя ситуация.

Слои атмосферы по порядку от поверхности земли и их характеристика

Структура газовой оболочки планеты достаточно сложная и многообразная. Рассмотрим ее более подробно, постепенно дойдя на самых верхних уровней.

Тропосфера

[warning]Интересный факт: это расстояние может меняться в зависимости от времени года – зимой оно несколько меньше, нежели летом.[/warning]

Воздух тропосферы содержит в себе основную живительную силу для всего живого на земле. Здесь содержится около 80% от всего имеющегося атмосферного воздуха, более 90% водяного пара, именно здесь образуются облака, циклоны и прочие атмосферные явления.

Интересно отметить постепенное снижение температуры при поднятии от поверхности планеты. Ученые подсчитали, что на каждые 100 м высоты температура убывает примерно на 0,6-0,7 градусов.

Стратосфера

Следующий важнейший слой – стратосфера. Высота стратосферы составляет примерно 45-50 километров. Начинается она с 11 км и здесь уже преобладают отрицательные температуры, достигая целых -57°С.

Чем важен этот слой для человека, всех животных и растений? Именно здесь, на высоте 20-25 километров, находится озоновый слой – он задерживает ультрафиолетовые лучи, исходящие от солнца, и уменьшает их разрушительное воздействие на флору и фауну до приемлемого значения.

Очень интересно отметить, что стратосфера поглощает многие типы излучения, которые идут на землю от солнца, других звезд и космического пространства. Полученная энергия от этих частиц идет на ионизацию находящихся здесь молекул и атомов, появляются различные химические соединения.

Все это приводит к такому известному и красочному явлению, как северное сияние.

Мезосфера

Мезосфера начинается примерно с 50 и простирается до 90 километров. Градиент, или перепад температуры с изменением высоты, здесь уже не столь большой, как в нижних слоях. В верхних границах данной оболочки температура равна около -80°С. Состав этой области включает в себя примерно 80% азота, а также 20% кислорода.

Важно отметить, что мезосфера – своего рода мертвая зона для любых летательных устройств. Самолеты не могут здесь летать, так как воздух чрезмерно разрежен, спутники же на такой низкой высоте не летают, так как для них имеющаяся плотность воздуха очень большая.

Еще одна интересная характеристика мезосферы – именно здесь сгорают налетающие на планету метеориты. Изучение таких отдаленных от земли слоев происходит с помощью специальных ракет, но эффективность процесса невелика, поэтому изученность региона оставляет желать лучшего.

Термосфера

Сразу после рассмотренного слоя идет термосфера, высота в км которой простирается на целых 800 км. В некотором роде это уже почти открытый космос. Здесь наблюдается агрессивное воздействие космического излучения, радиации, солнечного излучения.

Все это порождает такое замечательное и красивое явление, как полярное сияние.

Самый низкий слой термосферы нагревается до температуры примерно 200 К и больше. Происходит это благодаря элементарным процессам между атомами и молекулами, их рекомбинацией и излучения.

Верхние слои же нагреваются благодаря протекающим здесь магнитным бурям, электрическим токам, которые при этом генерируются. Температура слоя неравномерна и может очень существенно колебаться.

В термосфере происходит полет большинства искусственных спутников, баллистических тел, пилотируемых станций и т.д. Также здесь производятся испытания запусков разного рода оружия, ракет.

Экзосфера

Экзосфера, или как она еще называется сфера рассеяния, - это самый верхний уровень нашей атмосферы, ее предел, за которым следует межпланетное космическое пространство. Начинается экзосфера с высоты примерно в 800-1000 километров.

Плотные слои остались позади и здесь воздух предельно разрежен, любые попавшие со стороны частицы просто уносятся в космос в силу очень слабого действия силы гравитации.

Заканчивается данная оболочка на высоте приблизительно 3000-3500 км, и здесь уже почти нет никаких частиц. Данная зона называется ближнекосмическим вакуумом. Здесь преобладают не отдельные частицы в своем обычном состоянии, а плазма, чаще всего полностью ионизированная.

Значение атмосферы в жизни Земли

Вот так выглядят все основные уровни устройства атмосферы нашей планеты. Подробная ее схема может включать и другие регионы, но они имеют уже второстепенное значение.

Важно отметить, что атмосфера играет для жизни на Земле решающую роль. Много озона в ее стратосфере позволяют флоре и фауне спасаться от убийственного действия радиации и излучения из космоса.

Также именно здесь формируется погода, происходят все атмосферные явления, зарождаются и умирают циклоны, ветры, устанавливается то или иное давление. Все это имеет прямое воздействие на состояние человека, всех живых организмов и растений.

Ближайший слой, тропосфера, дает нам возможность дышать, насыщает кислородом все живое и позволяет ему жить. Даже небольшие отклонения в структуре и компонентном составе атмосферы способны самым пагубным образом повлиять на все живое.

Именно поэтому сейчас развернулась такая кампания против вредных выбросов от авто и производства, экологи бьют тревогу по поводу толщины озонного шара, партия Зелёных и ей подобные ратуют за максимальное сохранение природы. Только так можно продлить нормальную жизнь на земле и не сделать ее невыносимой в климатическом плане.

Планету Земля окружает многослойная газовая оболочка толщиной в несколько тысяч километров. На её состав и структуру воздействуют многие факторы. Но сильнее всего на атмосферу влияет жизнедеятельность людей. Слои характеризуются неоднородностью и динамичностью. Они образуют целостную систему, без которой жизнь на планете была бы невозможной.

Основные свойства атмосферы
Состав воздушной оболочки
Физические характеристики тропосферы
Описание стратосферы
Озоновый слой
Особенности мезосферы
Термосфера и экзосфера

Основные свойства атмосферы

Космическое пространство — источник угроз для живых организмов. При отсутствии воздушной оболочки метеориты не сгорали бы, а падали на поверхность Земли. Другая серьёзная угроза — ультрафиолетовое излучение солнца, способное уничтожить флору и фауну. Слои атмосферы обеспечивают комфортную жизнь для сотен тысяч видов организмов.

Первичная газообразная оболочка стала зарождаться с момента появления Земли и со временем превратилась в сложную структуру с множеством функций. Так, благодаря воздушному слою образуются облака. Они, в свою очередь, отражают солнечные лучи и возвращают тепло на землю. Этот процесс повторяется многократно, поэтому у поверхности планеты сохраняется комфортная температура. Без атмосферных слоёв на Земле было бы в среднем на 30 градусов холоднее, чем сейчас.

В нескольких слоях оболочки происходит круговорот воды. Над всей планетой перемещаются тёплые и холодные потоки воздуха. Эти процессы уравновешивают климат на земном шаре. Без атмосферы разница температур на экваторе и у полюсов была бы колоссальной. Разнообразие форм живой и неживой природы образовалось благодаря уникальным климатическим условиям, которые стали результатом перемещения газообразных структур.

Общая масса всех слоёв, входящих в состав атмосферы, составляет 5,2x10 18 кг. Газообразные вещества окружают планету, распространяясь на многие тысячи километров от поверхности. Слои атмосферы:

тропосфера;
стратосфера;
мезосфера;
термосфера;
экзосфера;
ионосфера.

Они располагаются именно в таком порядке и вращаются вместе с планетой. Те, что находятся выше, движутся с другой скоростью. Верхним слоем считают экзосферу, но некоторые учёные причисляют к атмосфере также ионосферу.

Состав воздушной оболочки

Воздух представляет собой неоднородную смесь газов. В нижних оболочках можно насчитать 12 видов. На большей высоте присутствуют практически все элементы химической таблицы Менделеева. Все они находятся в газообразном состоянии.

Больше всего в атмосфере кислорода, окрашивающего воздушную оболочку в голубой цвет. Этот эффект объясняется тем, что воздух лучше всего рассеивает короткие лучи, образующие синюю часть спектра. Интересно, что Земля из космоса выглядит голубой, а на огромном расстоянии кажется синей точкой. Кроме кислорода, в составе воздушной оболочки присутствуют такие элементы:

водород;
гелий;
неон;
криптон;
аргон;
радон;
ксенон.

Благородные газы проникают на поверхность во время вулканических извержений и поднимаются в верхние слои. Состав и строение атмосферы всё время изменяется, но в масштабах планеты эти процессы незначительны.

Даже если количество кислорода уменьшится в 100 раз, это не приведёт к разрушению озонового слоя. Однако деятельность человека угрожает не столько существованию планеты, сколько самой цивилизации. Уже сейчас над некоторыми крупными городами постоянно присутствуют облака смога, хорошо заметные из космического пространства. Также учёных тревожит возникновение озоновых дыр, которых с каждым годом становится больше.

Физические характеристики тропосферы

Каждый из основных слоёв обладает особыми характеристиками. Тропосфера — самая плотная оболочка, первая по счёту от поверхности планеты. На полюсах она распространяется на 7 км от поверхности, а у экватора — на 20 км. Разница обусловлена тем, что планета не круглая, а немного сплющенная, так как на неё воздействует центробежная сила. Чем теплее воздух, тем больше размер тропосферы.

Этот слой — наиболее продуктивный и динамичный. В нём формируются тучи, образуются ветра, циклоны и антициклоны. В тропосфере обитает большая часть видов, образующих живую природу. Температура воздуха в этой части оболочки понижается на 0,5−0,7 градуса с увеличением высоты на каждые 100 метров. Скорость ветра изменяется на 2−3 км/с на 1 км высоты.

В тропопаузе температура остаётся неизменной. Нижняя часть тропосферы примыкает к литосфере и образует приграничный слой. Его роль заключается в аккумуляции и передача тепла на высоту. Водообмен также происходит в приграничном слое. В течение 8−12 дней совершается полный оборот воды. Таким образом, тропосфера играет роль огромного фильтра.

В составе этого слоя выделяют гомосферу — пространство, где находится и осуществляет деятельность человек.

Описание стратосферы

Температура воздуха с набором высоты возрастает: если в нижней части воздушного слоя она составляет -56 градусов, то в верхней — от -1 до 0. Прекращение нагрева воздуха наблюдается в стратопаузе — пограничном слое между мезосферой и стратосферой.

В стратосфере летают самолёты, чья скорость выше звуковой, и пассажирские лайнеры. Такая высота выбрана потому, что в нижних слоях стратосферы наблюдается стабильность воздушных потоков, а благодаря низкой температуре снижаются затраты топлива. Движение происходит в условиях малого аэродинамического сопротивления.

В стратосфере присутствуют метеорологические зонды. Они закреплены на огромных воздушных шарах и находятся в зависшем положении. Задача зондов — сбор информации о состоянии тропосферы и о происходящих изменениях.

Из живых организмов в стратосфере можно обнаружить бактерии, например, аэропланктон. Но не только микроорганизмы способны выживать на такой большой высоте: был случай, когда в двигатель самолёта попала крупная птица — гриф. Также известно, что утки, совершая сезонные перелёты, перемещаются над Эверестом.

Мировой рекорд по пребыванию на высоте установил вице-президент Google — американец Алан Юстас. Он поднялся на высоту 41 км и спрыгнул с парашютом. Чтобы оторваться от шара, пришлось привести в действие небольшое взрывное устройство. Во время свободного падения он развил скорость 1342 км/ч — это быстрее, чем движется звук.

Озоновый слой

Слой озона разделяет мезосферу и стратосферу. Благодаря ему большая часть ультрафиолетовых лучей не достигает поверхности земли, а поглощается и отражается. Выше озонового слоя условия таковы, что там не могут жить никакие организмы, в том числе самые стойкие бактерии и вирусы. Всё живое убивают неблагоприятные факторы, а именно:

космическое излучение;
низкая температура;
давление.

Созданию озонового слоя поспособствовали бактерии, которая много тысяч лет выделяли кислород. Поднимаясь в высокие слои, молекулы вступали в фотохимическую реакцию, и в результате молекулы O2 преобразовывались в O3.

Озон — вещество, созданное при участии ультрафиолета. При этом оно защищает всё живое на планете от этого губительного излучения. Поглощая солнечные лучи, озон нагревается сам и повышает температуру окружающей атмосферы. Таким образом, этот газ частично способствует поддержанию благоприятного микроклимата на Земле.

Особенности мезосферы

Мезосфера — слой, расположенный в промежутке между 45 и 90 километрами. Его верхняя часть называется мезопаузой и является самым холодным местом: воздух здесь охлаждается до -143 градусов.

Этот участок атмосферы пока не очень хорошо изучен. Это обусловлено слишком малым давлением газов: оно в несколько тысяч раз ниже того, что наблюдается у поверхности планеты. Воздушные шары, поднявшись до определённой точки, не летят выше, а зависают. Использовать для изучения мезосферы самолёты с реактивными двигателями тоже не получается, так как принцип их движения в условиях, когда газ сильно разрежен, утрачивает смысл. Аэродинамика корпуса и крыльев становится бесполезной.

Перемещаться в мезосфере могут только ракетопланы или ракеты. К первым относят самолёты, оснащённые ракетными двигателями. Одна из таких машин — X-15. Это самый быстрый ракетоплан, сумевший подняться на высоту 108 км. Однако такие аппараты летят слишком быстро, а за короткое время не удаётся провести основательного изучения воздушного слоя. Летательные аппараты либо движутся выше, либо опускаются, в обоих случаях покидая мезосферу.

Суборбитальные зонды и спутники не получается использовать для исследований в мезосфере, так как они замедляются под влиянием давления. Оно очень низкое, однако препятствует движению, а иногда и сжигает аппараты.

В этом же слое сгорают и метеориты. Наблюдатели, находящиеся на земле, видят своеобразное свечение.

Помимо этого, каждый день на Землю оседает от 100 до 9−10 тыс. тонн космической пыли. Эти частицы оказывают некоторое влияние на дождеобразование, хотя кардинально изменить циркуляцию атмосферы они неспособны.

Термосфера и экзосфера

Общая высота атмосферы Земли составляет около 100 км. На этом уровне проходит условная граница, отделяющая планету от космоса. Её называют линией Кармана. На высоте более 100 км есть газы, но их количество ничтожно мало. Полёты на таком расстоянии от поверхности относятся к космическим.

Линия Кармана одновременно является нижней границей термосферы — самого протяжённого воздушного слоя. Эта часть атмосферной оболочки простирается до высоты 800 км над уровнем моря. Температура здесь достигает 1800 градусов. Насколько это много, можно понять, если вспомнить, что железо плавится уже при 1538 °C.

Однако космические аппараты в термосфере не разрушаются, потому что содержание газов в нем низкое. Отдельные частицы обладают огромной энергией, но они находятся на большом расстоянии друг от друга. Летательные аппараты находятся в вакууме. При этом возникает необходимость отводить избыточное тепло, которое выделяется при работе двигателей и других механизмов. Тепловыделение достигается за счёт работы радиаторов. Ими оснащают все космические корабли.

Экзосфера — последний атмосферный слой, нижняя граница которого проходит на высоте 700−800 км. Эта часть оболочки очень разреженная и состоит в основном из атомов водорода. В малом количестве присутствуют ионы азота и кислорода (менее сотых долей процента).

Простираясь на 100 тыс. км, экзосфера плавно переходит в геокорону. По сравнению с нижними слоями атмосферы, концентрация частиц здесь меньше в миллионы раз.

Земная атмосфера являет собой газовою оболочку планеты. Нижняя граница атмосферы проходит возле поверхности земли (гидросфера и земная кора), а верхняя граница является область соприкасающеюся космического пространства (122 км). В себе атмосфера содержит много разных элементов. Основные из них: 78% азот, 20% кислород, 1% аргон, углекислый газ, галий неона, водород и тд. Интересные факты можно посмотреть в конце статьи или перейдя по ссылке.

Атмосфера имеет четко выраженные слои воздуха. Слои воздуха отличаются между собой температурой, разностью газов и их плотностью и давлением. Нужно отметить, что слои стратосфера и тропосфера защищают Землю от солнечной радиации. В высших слоях живой организм может получить смертельную дозу ультрафиолетового солнечного спектра. Для быстрого перехода к нужному слою атмосферы, нажмите на соответствующий слой:

Тропосфера и тропопауза

Тропосфера — температура, давление, высота

Верхняя граница держится на отметке 8 — 10 км примерно. В умеренных широтах 16 — 18 км, а в полярных 10 — 12 км. Тропосфера — это нижний главный слой атмосферы. В этом слое находится более 80% всей массы атмосферного воздуха и близко 90% всей водяной пары. Именно в тропосфере возникают конвекция и турбулентность, образуются облака, происходят циклоны. Температура понижается с ростом высоты. Градиент: 0,65 °/100 м. Нагретая земля и вода нагревают прилагающий воздух. Нагретый воздух поднимается в верх, охлаждается и образует облака. Температура в верхних границах слоя может достигать — 50/70 °C.

Именно в этом слое происходят изменения климатических погодных условий. В нижнюю границу тропосферы называют приземным, так как он имеет много летучих микроорганизмов и пыли. Скорость ветра увеличивается с увеличением высоты в этом слое.

Тропопауза

Это переходной слой тропосферы к стратосфере. Здесь прекращается зависимость снижения температуры с повышением высоты. Тропопауза — минимальная высота, где вертикальный градиент температуры падает до 0,2°C/100 м. Высота тропопаузы зависит от сильных климатических проявлений, таких как циклоны. Над циклонами высота тропопаузы понижается, а над антициклонами повышается.

Стратосфера и Стратопауза

Высота слоя стратосферы примерно от 11 до 50 км. Присутствует незначительное изменение температуры на высоте 11 — 25 км. На высоте 25 — 40 км наблюдается инверсия температуры, от 56,5 поднимается до 0,8°C. От 40 км до 55 температура держится на отметке 0°C. Эту область называют — Стратопаузой.

В Стратосфере наблюдают воздействие солнечной радиации на молекулы газа, они диссоциируют на атомы. В этом слое нету почти водяного пара. Современные сверхзвуковые коммерческие самолёты летают на высоте до 20 км из-за стабильных полетных условий. Высотные метеозонды поднимаются на высоту 40 км. Здесь присутствуют устойчивые воздушные течения, скорость их достигает 300 км/ч. Также в этом слое сосредоточен озон, слой который поглощает ультрафиолетовые лучи.

Мезосфера и Мезопауза — состав, реакции, температура

Слой мезосферы начинается примерно на высоте 50 км и заканчивается на отметке 80 — 90 км. Температуры понижается с повышением высоты примерно 0,25-0,3°C/100 м. Основным энергетическим действием здесь является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов (имеет 1 или 2 непарных электронная) т.к. они реализуют свечение атмосферы.

Почти все метеоры сгорают в мезосфере. Ученые назвали эту зону — Игноросферой. Эту зону тяжело исследовать, так как аэродинамическая авиация здесь очень плохая из-за плотности воздуха, которая здесь в 1000 раз меньше чем на Земле. А для запуска искусственных спутников плотность еще очень высокая. Исследования проводят с помощью метеорологических ракет, но это извращенность. Мезопауза переходной слой между мезосферой и термосферой. Имеет температуру минимум -90°C.

Линия Кармана

Линию кармана называют границей между атмосферой Земли и космосом. Согласно международной авиационной федерацией (ФАИ) высота этой границы — 100 км. Такое определения дали в честь американского ученого Теодора Фон Кармана. Он определил, что примерно на этой высоте плотность атмосферы настолько мала, что аэродинамическая авиация здесь становится невозможная, так как скорость летательного устройства должна быть большей первой космической скорости. На такой высоте теряет смысл понятие звуковой барьер. Здесь управлять летательным аппаратом можно лишь за счет реактивных сил.

Термосфера и Термопауза

Верхняя граница этого слоя примерно 800 км. Температура растёт примерно до высоты 300 км где достигает порядка 1500 К. Выше температура остается неизменной. В этом слое происходит полярное сияние — происходит в следствии воздействия солнечной радиации на воздуха. Также этот процесс называют ионизацией атмосферного кислорода.

Из-за малой разряженности воздуха полёты выше линии Кармана реализуемы только по баллистических траекториях. Все пилотируемые орбитальные полеты (кроме полетов на Луну) происходят в этом слое атмосферы.

Экзосфера — плотность, температура, высота

Высота экзосферы выше 700 км. Здесь газ сильно разрежён,и происходит процесс диссипации — утечка частиц в межпланетное пространство. Скорость таких частиц может достигать 11,2 км/сек. Рост солнечной активности приводит к расширению толщины этого слоя.

Земля представляет одну из планет Солнечной системы. Солнце является звездой средней величины и единственным источником энергии, благодаря которому существует жизнь на Земле.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите со средней скоростью 29,8 км/с, одновременно вращаясь вокруг своей оси с запада на восток. Плоскость вращения Земли вокруг Солнца называется плоскостью эклиптики. Земная ось наклонена к плоскости эклиптики под углом 66°33'. Благодаря вращению Земли вокруг Солнца и наклону земной оси к плоскости эклиптики происходит смена времени года.

В астрономии существуют понятия солнечных и звездных суток.

Год содержит 365,25 солнечных суток, т.е. в течение года Земля совершает 365,25 оборота вокруг своей оси при одном обороте вокруг Солнца. Кроме того, пройдя за год всю орбиту, Земля сделает еще один оборот вокруг своей оси по отношению к неподвижным звездам. Поэтому один год равен 365,25 солнечных суток или 366,25 звездных суток. Отсюда одни звездные сутки равны 365,25/366,25 солнечных суток.

Угловая скорость суточного вращения Земли определяется как скорость ее вращения по отношению к неподвижным звездам.

Примечание: 1 звездные сутки = 24 час · 3600 сек/час = 86400 сек.

Угловая скорость вращения Земли и продолжительность суток изменяются в течение года. Изменения в скорости вращения Земли обусловлены колебаниями в течение года скорости воздушных течений, горизонтальный масштаб которых сравним с размерами материков, океанов и всего полушария.

Совокупность таких воздушных течений носит название общей циркуляции атмосферы.

При построении теории атмосферных процессов и явлений угловая скорость вращения Земли принимается постоянной.

Земля имеет форму отличную от сферической. Эта форма называется геоидом (землеподобный).

Из 510 млн. км 2 земной поверхности – 70,8% занимает водная поверхность, причем

в Северном полушарии доля водной поверхности составляет 60,7%,

в Южном полушарии – 80,9%.

1.2. Общиесведения об атмосфере и принципы деления ее на слои

Общие сведения об атмосфере

Вертикальная протяженность атмосферы составляет 60 ÷ 70 тыс. км. Резкой верхней границы атмосферы не существует.

Общая масса атмосферы оценивается в 5,15·10 15 т, что составляет около одной миллионной части (0,000001) массы Земли. Толщина всей атмосферы сравнима с размерами Земли, однако большая часть ее массы сосредоточена в тонком слое.

Примерно 50% всей массы атмосферы заключено в слое до 5 км,

90% – до 16 км и т.д.

Принципы деления атмосферы на слои

Атмосфера по своим физическим свойствам неоднородна по вертикали и по горизонтали, изменениям подвержены характеристики атмосферы:

состав, температура, давление, плотность, влажность воздуха,

содержание твердых и жидких примесей, скорость ветра.

Наиболее резко характеристики изменяются по вертикали.

Существует четыре принципа деления атмосферы на слои:

· термический режим атмосферы;

· состав атмосферы воздуха и наличие заряженных частиц;

· характер взаимодействия атмосферы с земной поверхностью;

· влияние атмосферы на летательные аппараты.

Наиболее отчетливо различие в свойствах слоев атмосферы проявляется в изменении термического режима с высотой.

v По признаку изменения термического режима с высотой

атмосфера делится на пять основных слоев (см. рис. 1.1):

Рассмотрим краткую характеристику этих слоев.

Тропосфера - до высоты 11 км. В ней сосредоточено около 80% массы воздуха всей атмосферы. Температура и влажность воздуха в этом слое с высотой понижаются. Тропосфера определяет влаго- и теплообмен, интенсивное вертикальное движение воздуха в виде неупорядоченных вихрей, восходящих и нисходящих струй. В тропосфере наблюдаем:

- фазовые превращения водяного пара;

Рис.1.1. Основные слои атмосферы по признаку изменения

термического режима с высотой

Тропосферу можно разделить на нижнюю, среднюю и верхнюю:

Нижняя тропосфера – пограничный слой до 1 – 2 км (с приземным слоем толщиной 30 ÷ 50 м);

Средняя тропосфера располагается на высоте 1÷6 км и характеризуется переносом воздушных масс, образованием фронтов, облаков нижнего и среднего яруса;

Верхняя тропосфера – на высоте 6 ÷ 10 км,

температура воздуха –30°С и ниже, в этом слое наблюдаются облака верхнего яруса и вершины кучево-дождевых и мощно-кучевых облаков.

Выше тропосферы располагается тропопауза – слой толщиной

1 ÷ 2 км с инверсионным распределением температуры воздуха.

Стратосфера - от 11 до 55 км. В этом слое от 11 до 25 км температура воздуха постоянна, а выше – наблюдается рост температуры от –60° до –10°С. Плотность и давление воздуха убывает медленно.

Возрастает концентрация озона, образующегося из молекулярного кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения. Озон защищает органическую жизнь от жесткого излучения (солнечной радиации).

Между стратосферой и мезосферой располагается стратопауза.

Мезосфера (55 ÷ 80 км) – температура изменяется от 0° до –75°…

–80°С. Серебристые облака, изредка появляющиеся в этом слое аналогичны перистым облакам верхней тропосферы. Они состоят из ледяных кристаллов. Между мезосферой и термосферой располагается мезопауза.

Термосфера (80 ÷ 800 км) – наиболее мощный слой. Характеризуется непрерывным ростом температуры с высотой до +600. +800°С. Сильная

ионизация этого слоя обуславливает сверхдальнюю связь или затрудняет прохождение радиоволн.

Между термосферой и экзосферой располагается термопауза.

Экзосфера (более 800 км) – очень малая плотность воздуха и рост температуры воздуха с высотой, которая характеризует кинетическую энергию движения молекул и атомов.

v По составу воздуха атмосфера делится на гомосферу и

Гомосфера располагается от поверхности Земли до высоты 95 км.

В этом слое относительный состав газов (азота, кислорода и аргона) и относительная молекулярная масса воздуха с высотой практически не изменяется.

Гетеросфера – слой атмосферы выше 95 км.

В этом слое наряду с молекулярными азотом и кислородом появляются атомарные кислород и азот. Поэтому относительная молекулярная масса воздуха с высотой уменьшается.

По этому же признаку выделяются:

- озоносфера – слой от 20 до 55 км, в котором сосредоточена основная масса озона;

- ионосфера– слой выше 50 – 60 км. Делится на слои D,E,F₁ и F₂ с максимальной концентрацией ионов. В ионосфере резко увеличивается содержание заряженных частиц (ионов и электронов).

v По принципу взаимодействия атмосферы с земной поверхностью атмосфера делится на пограничный слой трения и свободную атмосферу.

Пограничный слой располагается до высоты 1,5 км. На изменение характеристик атмосферы в этом слое большое влияние оказывает земная поверхность и силы турбулентного трения.

Внутри пограничного слоя выделяется приземный слой атмосферы толщиной до 50 ÷ 100 м. В этом слое наблюдается резкое изменение температуры и скорости ветра с высотой.

В свободной атмосфере (выше 1 – 1,5 км) силы турбулентного трения практически отсутствуют.

v По принципу влияния атмосферы на летательные аппараты в данном разделе не рассматривается.

1.3. Краткие сведения о составе приземного слоя атмосферы

В состав воздуха вблизи поверхности Земли входят:

азот(78,08%), кислород (20,95%), аргон (0,93%), углекислый

газ (0,03%), газы (неон, гелий, криптон, водород, ксенон, озон – 0,1%).

Такая смесь прослеживается до высоты 100 км.

В состав атмосферы всегда входит три переменных составляющих:

водяной пар (до 41%), углекислый газ (0,03%) и озон (менее 10 -5 %), которые интенсивно поглощают солнечную радиацию и оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения воды с водной (земной) поверхности. Содержание его зависит от характера подстилающей поверхности, движения воздушных масс, температуры воздуха, широты, высоты и времени года.

Углекислый газ (СО₂) является одной из важнейших составных частей питания растений. Он поступает в атмосферу в процессе горения, дыхания и гниения и расходуется в процессе усвоения его растениями. Значительное количество углекислого газа наблюдается в промышленных районах. Увеличение общего содержания его ведет к повышению температуры воздуха и потеплению климата (см. Киотский протокол, декабрь 1997г.).

Озон (О₃) образуется в атмосфере под влиянием поглощения коротковолновой части спектра солнечной радиации. Это приводит к распаду молекул кислорода на атомы с большим запасом энергии.

Озон поглощает ультрафиолетовую часть солнечной радиации.

Максимум его находится в стратосфере на высоте 21 ÷ 26 км.

В состав атмосферы также входят многочисленные твердые и жидкие примеси – аэрозоли. К ним относятся мельчайшие частицы, находящиеся в атмосфере во взвешенном состоянии. Аэрозоли активно участвуют в образовании облаков, туманов и осадков.

Читайте также: