Строение, состав и значение атмосферы: что отделяет космос от человека
Атмосфера — это газовая оболочка небесных тел. Она есть не только у Земли, но и у многих других крупных космических объектов, например у Солнца. У атмосферы нет видимых границ, отделяющих ее от межпланетного пространства, но она вращается вместе с астрономическим телом, удерживаемая силой гравитации.
Значение атмосферы
Рассмотрим его на примере нашей планеты. Атмосфера защищает все живое от вредного ультрафиолетового излучения. Также в ней сгорают падающие метеориты: до Земли долетает лишь космическая пыль. А если бы не парниковый эффект (нагрев нижних слоев атмосферы), средняя температура воздуха за окном опустилась бы на 20, а то и на 30 °C.
Среди всех небесных тел Солнечной системы только в составе земной атмосферы есть кислород, необходимый для жизни большинства организмов. Кроме того, в газовой оболочке Земли образуются осадки, подпитывающие реки и водоемы.
Химический состав атмосферы
Газовая оболочка Земли на 78% состоит из азота (N2) и на 21% — из кислорода (O2). Объем остальных газов — озона, метана, аргона, радона, углекислого газа, гелия, неона, криптона, водорода и закиси азота — составляет всего 1%.
Также в атмосфере есть частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, в том числе оксиды металлов, минералы и сажа. Они попадают туда как в результате естественных процессов, например выветривания горных пород, так и работы производств, автомобильных выхлопов, добычи полезных ископаемых и так далее.
Из-за увеличения выбросов закиси азота, углекислого газа, метана и других парниковых газов состав земной атмосферы изменяется, а средняя температура на планете выросла на 1,1 °C с конца XIX века. Ученые прогнозируют, что глобальное потепление продолжится, если не снизить темпы загрязнения воздуха.
Как формируется климат
Из-за наклона земной оси (около 23,44 градуса от перпендикуляра к земной орбите) солнечные лучи распределяются неравномерно по поверхности нашей планеты. Области со схожим климатом образуют климатические пояса: арктический, тропический, экваториальный, умеренный и другие.
Климат — это погодные условия, повторяющиеся в определенной местности в течение десятков и сотен лет. На его формирование влияет несколько факторов:
Географическая широта. Количество тепла, попадающее на поверхность Земли, зависит от того, под каким углом падают лучи солнца. Он равен 90 °C в тропиках и уменьшается по направлению к полюсам. Самая низкая температура (до −89,2 °C) зафиксирована в Антарктиде. А самым жарким местом на Земле считается пустыня Деште-Лут в Иране (до 71 °C).
Близость к морям и океанам. Вода медленнее нагревается и остывает. Поэтому в прибрежных регионах мягкие зимы и умеренно теплое лето, нет больших годовых и суточных колебаний температуры. Близость к морю также обеспечивает больший объем осадков.
Ветры, которые могут быть постоянными (не меняющими направления), сезонными и местными (циркулирующими на определенной территории). Они переносят влажный или сухой воздух.
Океанические течения. Теплые течения прогревают воздух — как Гольфстрим в Северном полушарии, а холодные делают климат более суровым, как течение Западных Ветров в Южном полушарии.
Рельеф. Вершины высоких гор, покрытые льдом и снегом, отражают большое количество солнечной энергии обратно в атмосферу. Кроме того, они сдерживают перемещение воздушных масс. Поэтому на Земле немало мест, где выпадает слишком много или слишком мало осадков. Например, засушливый климат Центральной Азии связан с тем, что поблизости находится много высоких гор.
Состав и строение атмосферы
Земная атмосфера состоит из нескольких слоев: более плотные притягиваются к поверхности планеты силой гравитации.
Тропосфера
Это нижний слой атмосферы, содержащий около 80% воздуха. Верхний предел тропосферы находится на высоте от 7 до 20 км. По мере удаления от Земли она становится более разреженной, температура ее понижается, достигая минимального значения −56 °C. Здесь образуются облака, ветер, циклоны и другие явления, влияющие на климат.
Нижние 1-2 км тропосферы называют планетарным пограничным слоем. В нем формируются турбулентные потоки — вихревые движения воздушных масс с разной амплитудой и скоростью. Их можно почувствовать при полете на авиалайнере, во время прохождения сквозь облака. Турбулентные потоки обеспечивают обмен теплом и влагой между слоями атмосферы.
Между тропосферой и стратосферой находится тропопауза, где температура перестает снижаться.
Стратосфера
На расстоянии от 8 до 50 км от поверхности Земли располагается стратосфера. В нее входит озоновый слой, защищающий живые организмы от светового, ультрафиолетового и теплового излучения солнца. Некоторые участки озонового слоя оказались истончены. Самая крупная озоновая дыра находится над Антарктикой, площадь разрыва достигает почти 23 млн кв. км. Впервые ученые заметили истощение концентрации озона в конце 1970-х. Причиной этого стали загрязняющие атмосферу выбросы: соединения фтора, углерода и хлора. Они используются для заправки холодильников и кондиционеров, а также в аэрозолях и вспенивателях. Хотя эти вещества не опасны для людей, последствия разрушения озонового слоя могут стать катастрофическими. Международные усилия по его защите привели к тому, что к 2015 году вредные выбросы снизились более чем на 90%. Сейчас озоновый слой восстанавливается, сообщают метеорологи. Антарктическая дыра может полностью затянуться к середине XXI века.
В нижних слоях стратосферы обычно проходят трассы пассажирских авиалайнеров. Также в стратосфере возникают световые явления, в том числе северное сияние, молнии и зарницы.
Мезосфера
Это самая холодная часть земной атмосферы, воздух здесь охлаждается до −143 °C. Воздушные шары, поднявшиеся до мезосферы, зависают на месте из-за малого давления газов. То же самое происходит и с самолетами, если они не оборудованы ракетными двигателями. Также мезосферу невозможно исследовать с помощью спутников и суборбитальных зондов.
В мезосфере сгорает большая часть метеоров и вспыхивает метеоритный поток Персеиды — звездопад, который можно увидеть в июле-августе. Остатки небесных тел (от 10 до 100 тысяч тонн ежедневно) оседают на земле в виде космической пыли.
Границей между мезосферой и термосферой служит мезопауза. Здесь заканчивается активное поглощение излучения Солнца.
Термосфера (ионосфера)
Нижняя граница термосферы совпадает с линией Кармана, за которой начинается космос. Технически в состав этого слоя входят газы, которые движутся вместе с нашей планетой и входят в атмосферу. Но их количество незначительно, поэтому полет за линию Кармана считается космическим.
Термосфера охватывает пространство на высоте от 100 до 800 км над уровнем моря. Здесь очень высокая температура — до 1800 °C. Космические аппараты в ней не плавятся из-за разреженного воздуха, создающего эффект вакуума.
Термосферу и экзосферу разделяет термопауза. Температура здесь относительно стабильна, так как на этой высоте солнечные лучи являются единственным источником тепловой энергии.
Экзосфера
Последний слой земной атмосферы с нижней границей на высоте порядка 700 км. Ее основной составляющей является водород, также попадаются отдельные атомы азота и кислорода. Экзосфера простирается до 100 тыс. км от Земли. Здесь происходит выветривание атмосферы: выход частиц газовой оболочки (гелия и водорода) на собственные орбиты. Это не опасно, так как потери компенсируются образованием новых частиц.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.
Автор
Вера Жихарева
