Атмосфера. Атмосфера (от греч. atmos — пар, испарение и sphaira — шар) — обо­лочка Земли, состоящая из воздуха

Атмосфера (от греч. atmos — пар, испарение и sphaira — шар) — обо­лочка Земли, состоящая из воздуха.

В состав воздуха входит ряд газов и взвешенные в них частицы твердых и жидких примесей — аэрозолей. Масса атмосферы оценива­ется в 5,157 х 10¹⁵ т. Столб воздуха оказывает давление на поверхность Земли: среднее атмосферное давление на уровне моря — 1013,25 гПа, или 760 мм рт. ст. Давление величиной 760 мм рт. ст. приравнено, к внесистемной единице давления — 1 атмосфере (1 атм.). Средняя температура воздуха у поверхности Земли — 15 °С, при этом температура изменяется примерно от 57 °С в субтропических пустынях до 89 °С в Антарктиде.

Атмосфера неоднородна. Различают следующие слои атмосферы: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу, кото­рые отличаются по особенностям распределения температуры, плот­ности воздуха и некоторым другим параметрам. Участки атмосферы, занимающие промежуточное положение между этими слоями, соот­ветственно называют тропопаузой, стратопаузой и мезопаузой.

Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в по­лярных широтах и до 16-18 км в тропиках. Тропосфера характери­зуется падением температуры воздуха с высотой — с удалением от поверхности Земли на каждый километр температура уменьшается примерно на 6°С. Плотность воздуха быстро убывает. В тропосфере сосредоточено около 80% всей массы атмосферы.

Стратосфера располагается на высотах в среднем от 10-15 км до 50-55 км от поверхности Земли. Стратосфера характеризуется повы­шением температуры с высотой. Возрастание температуры происхо­дит по причине поглощения озоном, находящимся в этом слое атмо­сферы, коротковолновой радиации Солнца, прежде всего УФ (ультра­фиолетовых) лучей. При этом в нижней части стратосферы до уровня около 20 км температура мало меняется с высотой и может даже не­значительно уменьшаться. Выше температура начинает возрастать — сначала медленно, а с уровня 34-36 км намного быстрее. В верхней части стратосферы на высоте 50-55 км температура достигает 260-270 К.

Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высотах 55-85 км. В мезосфере температура воздуха с увеличением высоты уменьшает­ся — примерно с 270 К на нижней границе до 200 К на верхней границе.

Термосфера простирается на высотах примерно от 85 км до 250 км от поверхности Земли и характеризуется быстрым повышением тем­пературы воздуха, достигающей на высоте 250 км 800-1200 К. Повы­шение температуры происходит вследствие поглощения этим слоем атмосферы корпускулярной и рентгеновской радиации Солнца; здесь тормозятся и сгорают метеоры. Таким образом, термосфера выполняет функцию защитного слоя Земли.

Выше тропосферы находится экзосфера, верхняя граница которой условна и отмечается высотой примерно 1000 км над поверхностью Земли. Из экзосферы атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство. Так происходит постепенный переход от атмосферы к межпланетному пространству.

Атмосферный воздух вблизи поверхности Земли состоит, из раз­личных газов, преимущественно из азота (78,1% по объему) и кисло­рода (20,9% по объему). В состав воздуха в небольшом количестве так­же входят следующие газы: аргон, углекислый газ, гелий, озон, радон, водяной пар. Кроме того, воздух может содержать различные переменные компоненты: оксиды азота, аммиак и др.

Помимо газов в состав воздуха входит атмосферный аэрозоль, ко­торый представляет собой взвешенные в воздухе очень мелкие твердые и жидкие частицы. Аэрозоль образуется в процессе жизнедеятельности организмов, хозяйственной деятельности человека, вулканических извержений, подъема пыли с поверхности планеты и из космической пыли, попадающей в верхние слои атмосферы.

Состав атмосферного воздуха до высоты порядка 100 км в.целом постоянен, во времени и однороден в разных районах Земли. При этом содержание переменных газообразных компонентов и аэрозолей не­одинаково. Выше 100-110 км происходит частичный распад молекул кислорода, углекислого газа и воды. На высоте около 1000 км начина­ют преобладать легкие газы — гелий и водород, а еще выше атмосфера Земли постепенно переходит в межпланетный газ.

Водяной пар — важная составная часть воздуха. Он поступает в ат­мосферу при испарении с поверхности, воды и влажной почвы, а также путем транспирации растениями. Относительное содержание водяно­го пара в воздухе меняется у земной поверхности от 2,6% в тропиках до 0,2% в полярных широтах. С удалением от поверхности Земли ко­личество водяного пара в атмосферном воздухе, быстро падает, и уже на высоте 1,5-2 км убывает наполовину. В тропосфере ввиду пониже­ния температуры водяной пар конденсируется. При конденсации во­дяного пара образуются облака, из которых выпадают атмосферные осадки в виде дождя, снега, града. Количество осадков, выпавших на Землю, равно количеству испарившейся с поверхности. Земли воды. Избыток водяного пара над океанами переносится на континенты воздушными потоками. Количество водяного пара, переносимого в атмо­сфере с океана на континенты, равно объему стока рек, впадающих в океаны.

Озон сосредоточен на 90% в стратосфере, остальная его часть находится в тропосфере. Озон поглощает УФ-радиацию Солнца, кото­рая негативно воздействует на живые организмы. Районы с пониженным содержанием озона в атмосфере называют озоновыми дырами.

Наибольшие колебания толщины озонового слоя наблюдаются в вы­соких широтах, поэтому вероятность возникновения озоновых дыр в районах, близких к полюсам, выше, чем у экватора.

Углекислый газ поступает в атмосферу в значительном количестве. Он постоянно выделяется в результате дыхания организмов, горения, извержения вулканов и других процессов, происходящих на Земле. Однако содержание углекислого газа в воздухе мало, поскольку ос­новная его масса растворяется в водах гидросферы. Тем не менее отме­чается, что за последние 200 лет содержание углекислого газа в атмо­сфере увеличилось на 35%. Причина такого существенного увеличе­ния - активная хозяйственная деятельность человека.

Главным источником тепла для атмосферы является поверхность Земли. Атмосферный воздух достаточно хорошо пропускает к земной поверхности солнечные лучи. Поступающая на Землю солнечная ра­диация частично поглощается атмосферой - главным образом, водя­ным паром и озоном, но подавляющая ее часть достигает земной по­верхности.

Суммарная солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, частично отражается от нее. Величина отражения зависит от отражающей способности конкретного участка земной поверхности, так назы­ваемого альбедо. Среднее альбедо Земли — около 30%, при этом разница между величиной альбедо от 7-9% для чернозема до 90% для свежевыпавшего снега. Нагреваясь, земная поверхность выделяет тепловые лучи в атмосферу и нагревает ее нижние слои. Помимо основного ис­точника тепловой энергии атмосферы - теплоты земной поверхности; тепло в атмосферу поступает в результате конденсации водяного пара, а также путем поглощения прямой солнечной радиации.

Неодинаковый разогрев атмосферы в разных областях Земли вы­зывает неодинаковое распределение давления, что приводит к переме­щению воздушных масс вдоль поверхности Земли. Воздушные массы перемещаются из областей с высоким давлением в области с низким давлением. Такое движение воздушных масс называют ветром. При определенных условиях скорость ветра может быть очень большой, до 30 м/с и более (более 30 м/с — уже ураган).

Состояние нижнего слоя атмосферы в данном месте и в Данное вре­мя называют погодой. Погода характеризуется температурой воздуха, осадками, силой и направлением ветра, облачностью, влажностью воз­духа и атмосферным давлением. Погода определяется условиями цир­куляции атмосферы и географическим положением местности. Она наиболее устойчива в тропиках и наиболее изменчива в средних и высоких широтах. Характер погоды, ее сезонная динамика зависят от климата на данной территории.

Под, климатом понимаются наиболее часто повторяющиеся для данной местности особенности погоды, сохраняющиеся на протяже­нии длительного времени. Это усредненные за 100 лет характеристи­ки — температура, давление, количество осадков и др. Понятие клима­та (от греч, klima — наклон) возникло еще в Древней Греции. Уже тогда понимали, что погодные условия зависят от угла, под которым солнеч­ные лучи падают на поверхность Земли. Ведущим условием установ­ления определенного климата на данной территории является количе­ство энергии, приходящейся на единицу площади. Оно зависит от суммарной солнечной радиации, падающей на земную поверхность, и от альбедо этой поверхности. Так, в районе экватора и у полюсов тем­пература мало меняется в течение года, а в субтропических областях и в средних широтах годовая амплитуда температур может достигать 65 °С. Основными климатообразующими процессами являются теп­лообмен, влагообмен и циркуляция атмосферы. Все эти процессы име­ют один источник энергии — Солнце.

Атмосфера является непременным условием для всех форм жизни. Наибольшее значение для жизнедеятельности организмов имеют сле­дующие газы, входящие в состав воздуха: кислород, азот, водяной пар, углекислый газ, озон. Кислород необходим для дыхания подавляюще­му большинству живых организмов. Азот, усваиваемый из воздуха не­которыми микроорганизмами, необходим для минерального питания растений. Водяной пар, конденсируясь и выпадая в виде осадков, яв­ляется источником воды на суше. Углекислый газ — исходное вещест­во для процесса фотосинтеза. Озон поглощает вредное для организ­мов жесткое УФ-излучение.

Предполагают, что современная атмосфера имеет вторичное проис­хождение: она образовалась после завершения образования планеты около 4,5 млрд лет назад из газов, выделяемых твердыми оболочками Земли. В течение геологической истории Земли атмосфера под влия­нием различных факторов претерпевала значительные изменения своего состава.

Развитие атмосферы зависит от геологических и геохимических процессов, происходящих на Земле. После возникновения жизни на нашей планете, то есть примерно 3,5 млрд лет назад, на развитие атмо­сферы начали оказывать существенное влияние и живые организмы. Значительная часть газов — азот, углекислый газ, водяной пар — воз­никла в результате извержения вулканов. Кислород появился около 2 млрд лет назад как результат деятельности фотосинтезирующих орга­низмов, первоначально зародившихся в поверхностных водах океана.

В течение последнего времени происходят заметные изменения в атмосфере, связанные с активной хозяйственной деятельностью че­ловека. Так, согласно наблюдениям, за последние 200 лет произошел существенный рост концентрации парниковых газов: содержание угле­кислого газа возросло в 1,35 раза, метана — в 2,5 раза. Значительно увеличилось содержание многих других переменных компонентов в со­ставе воздуха.

Происходящие изменения состояния атмосферы — увеличение концентрации парниковых газов, озоновые дыры, загрязнение возду­ха — представляют собой глобальные экологические проблемы совре­менности.

Поиск по сайту: