Атмосфера — газовая оболочка (геосфера), окружающая землю. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и отчасти кору, наружняя граничит с околоземной частью галлактического места. Совокупа разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято именовать физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, исследованием погоды занимается метеорология, а продолжительными вариантами климата — климатология.
Слои атмосферы
Атмосфера имеет слоистую структуру.
От поверхности Земли вверх эти слои размещаются так:
Границы меж слоями не резкие и их высота находится в зависимости от широты и времени года. Слоистая структура — итог температурных конфигураций на различных высотах. Погода формируется в тропосфере (нижние приблизительно 10 км: около 6 км над полюсами и поболее 16 км над экватором). И верхняя черта тропософеры выше летом, чем зимой.
Тропосфера
Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в какой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит заглавие тропосферы. Для нее типично, что температура тут с высотой падает в среднем на 0.6°/100 м (в отдельных случаях рассредотачивание температуры по вертикали варьирует в широких границах). В тропосфере содержится практически весь водяной пар атмосферы и появляются практически все облака. Очень развита тут и турбулентность, отдельно поблизости земной поверхности, также в так именуемых струйных течениях в высшей части тропосферы.
Высота, до которой простирается тропосфера, над каждым местом Земли изменяется изо дня в день. Не считая того, даже в среднем она различна под различными широтами и в различные сезоны года. В среднем годичном тропосфера простирается над полюсами до высоты около 9 км, над умеренными широтами до 10-12 км и над экватором до 15-17 км. Средняя годичная температура воздуха у земной поверхности около +26° на экваторе и около -23° на северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около -70°, над северным полюсом зимой около -65°, а летом около -45°.
Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Как следует, основная масса атмосферного воздуха находится конкретно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют конкретное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.
В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и вот поэтому все облака образуются в границах тропосферы. Температура миниатюризируется с высотой.
Солнечные лучи просто проходят через тропосферу, а тепло, которое испускает подогретая солнечными лучами Земля, скапливается в тропосфере: такие газы, как углекислый газ, метан также пары воды задерживают тепло. Таковой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, именуется парниковый эффект ( greenhouse effect). Конкретно поэтому, что источником тепла для атмосферы является Земля, температура воздуха с высотой миниатюризируется.
Черта меж турбулентной тропосферой и размеренной стратосферой именуется тропопауза. Тут образуются стремительно передвигающиеся ветры, именуемые «реактивные потоки» ( jet streams)
Когда-то подразумевали, что температура атмосферы падает и выше тропософеры, но измерения в больших слоях атмосферы представили, что это не так : сходу выше тропопаузы температура практически постоянна, а потом начинает возрастать Сильные горизонтальные ветры дуют в стратосфере не образуя турбулентности. Воздух стратосферы очень сухой и потому облака редки. Образуются так именуемые перламутровые облака ( nacreous or mother-of-perl).
Стратосфера очень принципиальна для жизни на Земле, так конкретно в этом слое находится маленькое количество озона, которое поглощает сильное ультафиолетовое излучение, вредное для жизни. Поглощая ульрафиолетовое излучение озон нагревает стратосферу.
Стратосфера
Над тропосферой до высоты 50-55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем вырастает с высотой. Переходный слой меж тропосферой и стратосферой (шириной 1-2 км) носит заглавие тропопаузы.
Выше были приведены данные о температуре на верхней границе тропосферы. Эти температуры свойственны и для нижней стратосферы. Следовательно, температура воздуха в нижней стратосфере над экватором всегда очень низкая; притом летом много ниже, чем над полюсом.
Нижняя стратосфера более либо наименее изотермична. Однако, начиная с высоты около 25 км, температура в стратосфере стремительно вырастает с высотой, достигая на высоте около 50 км наибольших, притом положительных значений (от +10 до +30°). Вследствие возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала.
Водяного пара в стратосфере ничтожно не достаточно. Но на высотах 20-25 км наблюдаются время от времени в больших широтах очень тонкие, так именуемые перламутровые облака. Днем они не заметны, а ночкой кажутся светящимися, так как освещаются солнцем, находящимся под горизонтом. Эти облака состоят из переохлажденных водяных капелек. Стратосфера характеризуется еще тем, что в основном в ней содержится атмосферный озон, о чем было сказано выше
Мезосфера
Над стратосферой лежит слой мезосферы, приблизительно до 80 км. Тут температура с высотой падает до нескольких 10-ов градусов ниже нуля . Вследствие резвого падения температуры с высотой в мезосфере очень развита турбулентность. На высотах, близких к верхней границе мезосферы (75-90 км), наблюдаются еще особенного рода облака, также освещаемые солнцем в ночные часы, так именуемые серебристые. Более возможно, что они состоят из ледяных кристаллов.
На верхней границе мезосферы давление воздуха раз в 200 меньше, чем у земной поверхности. Следовательно, в тропосфере, стратосфере и мезосфере совместно, до высоты 80 км, заключается больше чем 99,5% всей массы атмосферы. На вышележащие слои приходится ничтожное количество воздуха.
На высоте около 50 км над Землей температура опять начинает падать, обозначая верхнюю границу стратосферы и начало последующего слоя — мезосферы. Мезосфера имеет самую прохладную температуру в атмосфере: от -2 до — 138 градусов Цельсия. Тут же находятся самые высочайшие облака : в ясную погоду их есть возможность видеть при закате. Они именуются noctilucent ( светящиеся ночкой).
Термосфера
Высшая часть атмосферы, над мезосферой, характеризуется очень высочайшими температурами и поэтому носит заглавие термосферы. В ней различаются, но, две части: ионосфера, простирающаяся от мезосферы до высот порядка тыщи км, и лежащая над нею наружняя часть — экзосфера, переходящая в земную корону.
Воздух в ионосфере очень разрежен. Мы уже указывали , что на высотах 300-750 км его средняя плотность порядка 10-8-10-10 г/м3. Да и при таковой малой плотности каждый кубический сантиметр воздуха на высоте 300 км еще содержит около 1-го млрд (109) молекул либо атомов, а на высоте 600 км — выше 10 миллионов (107). Это на немного порядков больше, чем содержание газов в межпланетном пространстве.
Ионосфера, как говорит само заглавие, характеризуется очень сильной степенью ионизации воздуха — содержание ионов тут во много раз больше, чем в нижележащих слоях, невзирая на сильную общую разреженность воздуха. Эти ионы представляют собой в главном заряженные атомы кислорода, заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны. Их содержание на высотах 100-400 км — порядка 1015-106 на кубический сантиметр.
В ионосфере выделяется пара слоев, либо областей, с наибольшей ионизацией, в особенности на высотах 100- 120 км (слой Е) и 200-400 км (слой F). Да и в промежутках меж этими слоями степень ионизации атмосферы остается очень высочайшей. Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в их всегда изменяются. Спорадические скопления электронов с отдельно большой концентрацией носят заглавие электрических туч.
От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Потому в ионосфере электропроводность воздуха в общем в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, преломление и отражение. Волны длиной более 20 м вообщем не могут пройти через ионосферу: они отражаются уже электрическими слоями маленький концентрации внизу ионосферы (на высотах 70- 80 км). Средние и недлинные волны отражаются вышележащими ионосферными слоями.
Конкретно вследствие отражения от ионосферы вероятна далекая связь на маленьких волнах. Неоднократное отражение от ионосферы и земной поверхности позволяет маленьким волнам извилисто распространяться на огромные расстояния, огибая поверхность Земного шара. Потому что положение и концентрация ионосферных слоев безпрерывно изменяются, изменяются и условия поглощения, отражения и распространения радиоволн. Потому для надежной радиосвязи нужно непрерывное исследование состояния ионосферы. Наблюдения над распространением радиоволн как раз являются средством для подобного исследования.
В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по~ природе свечение ночного неба — неизменная люминесценция атмосферного воздуха, также резкие колебания магнитного поля — ионосферные магнитные бури.
Ионизация в ионосфере должна своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца. Ее поглощение молекулами атмосферных газов приводит к появлению заряженных атомов и свободных электронов, о чем говорилось выше. Колебания магнитного поля в ионосфере и полярные сияния зависят от колебаний солнечной активности . С переменами солнечной активности связаны конфигурации в потоке корпускулярной радиации, идущей от Солнца в земную атмосферу. А конкретно корпускулярная радиация имеет основное значение для обозначенных ионосферных явлений.
Температура в ионосфере вырастает с высотой до очень огромных значений. На высотах около 800 км она добивается 1000°.
Говоря о больших температурах ионосферы, имеют в виду то, что частички атмосферных газов движутся там с очень большими скоростями. Но плотность воздуха в ионосфере так мала, что тело, находящееся в ионосфере, к примеру парящий спутник, не будет греться методом термообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от конкретного поглощения им солнечной радиации и от отдачи его собственного излучения в окружающее место. Термосфера находится выше мезосферы на высоте от 90 до 500 км над поверхностью Земли. Молекулы газа тут очень рассеянны, поглощают рентгеновское излучение ( X rays) и коротковолновую часть ультрафиолетового излучения. Из-за этого температура может достигать 1000 градусов Цельсия.
термосфера в главном соответствует ионосфере, где ионизированный газ отражает радиоволны назад к Земле — это явление дает вероятным устанавливать радиосвязь.
Экзосфера
Выше 800-1000 км атмосфера перебегает в экзосферу и равномерно в межпланетное место. Скорости движения частиц газов, отдельно легких, тут очень значительны, а вследствие чрезвычайной разреженности воздуха на этих высотах частички могут облетать Землю по эллиптическим орбитам, не сталкиваясь меж собою. Отдельные частички могут при всем этом иметь скорости, достаточные для того, чтоб преодолеть силу тяжести. Для незаряженных частиц критичной скоростью будет 11,2 км/сек. Такие отдельно резвые частички могут, двигаясь по гиперболическим траекториям, вылетать из атмосферы в мировое место, «ускользать», рассеиваться. Потому экзосферу именуют еще сферой рассеяния.
Ускользанию подвергаются в основном атомы водорода, который является господствующим газом в более больших слоях экзосферы.
Не так давно предполагалось, что экзосфера, и с нею вообщем земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000 км. Однако из наблюдений при помощи ракет и спутников создалось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так именуемую земную корону, простирающуюся более чем до 20 000 км. Естественно, плотность газа в земной короне ничтожно мала. На каждый кубический сантиметр тут приходится в среднем всего около тыщи частиц. Однако в межпланетном пространстве концентрация частиц (в основном протонов и электронов) по последней мере в 10 раз меньше.
При помощи спутников и геофизических ракет установлено существование в высшей части атмосферы и в околоземном галлактическом пространстве радиационного пояса Земли, начинающегося на высоте нескольких сотен км и простирающегося на 10-ки тыщ км от земной поверхности. Этот пояс состоит из электрически заряженных частиц — протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и передвигающихся с очень большими скоростями. Их энергия — порядка сотен тыщ электрон-вольт. Радиационный пояс повсевременно теряет частички в земной атмосфере и дополняется потоками солнечной корпускулярной радиации.
Первоисточники: