Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Земля космический корабль (14 Серия) - Атмосфера
✪ Почему атмосферу не втянуло в космический вакуум?
✪ Вход в атмосферу Земли корабля "Союз ТМА-8"
✪ Атмосфера строение, значение, изучение
✪ О. С. Угольников "Верхняя атмосфера. Встреча Земли и космоса"
Субтитры
Граница атмосферы
Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое . Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, в экзосфере , начинающейся на высоте 500-1000 км от поверхности Земли .
По определению, предложенному Международной авиационной федерацией , граница атмосферы и космоса проводится по линии Кармана , расположенной на высоте около 100 км, выше которой авиационные полёты становятся полностью невозможными. NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 километра (400 000 футов ), где «шаттлы » переключаются с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование .
Физические свойства
Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся Cl 2 , SO 2 , NH 3 , СО , O 3 , NO 2 , углеводороды , HCl , , HBr , , пары , I 2 , Br 2 , а также и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль). Самым редким газом в Земной атмосфере является радон (Rn).
Строение атмосферы
Пограничный слой атмосферы
Нижний слой тропосферы (1-2 км толщиной), в котором состояние и свойства поверхности Земли непосредственно влияют на динамику атмосферы.
Тропосфера
Её верхняя граница находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом.
Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция , возникают облака , развиваются циклоны и антициклоны . Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 метров.
Тропопауза
Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.
Стратосфера
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 ° (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 стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой .
Стратопауза
Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).
Мезосфера
Термосфера
Верхний предел - около 800 км. Температура растёт до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния ») - основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца . В периоды низкой активности - например, в 2008-2009 годах - происходит заметное уменьшение размеров этого слоя .
Термопауза
Область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.
Экзосфера (сфера рассеяния)
До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200-250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.
На высоте около 2000-3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум , который заполнен редкими 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 чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.
Обзор
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 зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу . Гетеросфера - это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера . Граница между этими слоями называется турбопаузой , она лежит на высоте около 120 км.
Другие свойства атмосферы и воздействие на человеческий организм
Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.
Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.
История образования атмосферы
Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли на протяжении истории последней перебыла в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера . На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком , водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера . Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:
- утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство ;
- химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы , характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим - азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).
Азот
Образование большого количества азота N 2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О 2 , который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N 2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотосодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.
Азот N 2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, которые могут быть эффективными сидератами - растениями, которые не истощают, а обогащают почву естественными удобрениями.
Кислород
Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов , в результате фотосинтеза , сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений - аммиака, углеводородов, закисной формы железа , содержавшейся в океанах и другом. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере , литосфере и биосфере , это событие получило название Кислородная катастрофа .
Благородные газы
Загрязнение атмосферы
В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом человеческой деятельности стал постоянный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО 2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном . Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО 2 в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 200-300 лет количество СО 2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата .
Сжигание топлива - основной источник и загрязняющих газов (СО , , SO 2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO 3 , а оксид азота до NO 2 в верхних слоях атмосферы, которые в свою очередь взаимодействуют с парами воды, а образующиеся при этом серная кислота Н 2 SO 4 и азотная кислота НNO 3 выпадают на поверхность Земли в виде так называемых кислотных дождей. Использование
а) Вращение Земли оказывает существенное влияние на поведение земной атмосферы и водных масс в морях. Так как центробежная сила, связанная с вращением Земли, действует одинаково и на покоящиеся и на движущиеся массы и составляет просто некоторую долю ощутимой силы тяжести, то при исследовании движений следует особо учитывать только кориолисову силу или соответствующее ей
кориолисово ускорение. Наиболее важную роль играет горизонтальная составляющая этого ускорения, равная где есть географическая широта места, скорость относительно поверхности земли, предполагаемая горизонтальной, а из - угловая скорость вращения Земли. Так как в звездных сутках содержится 86164 сек, то
Скорость может иметь любое направление в горизонтальной плоскости. Для того чтобы доказать, что вертикальная составляющая кориолисова ускорения не играют заметной роли, разложим вектор угловой скорости из (он направлен вдоль земной оси) на две составляющие: одну - вдоль вертикали, а другую - в горизонтальной плоскости вдоль направления юг-север. Последняя составляющая, равная по модулю из после умножения на удвоенную скорость дает вертикальную составляющую кориолисова ускорения. Эта составляющая столь мала по сравнению с ускорением силы тяжести, что в большинстве случаев ее можно не учитывать. Первая же составляющая, равная по модулю из после умножения на удвоенную скорость дает горизонтальную составляющую кориолисова ускорения, перпендикулярную к направлению скорости и равную В северном полушарии горизонтальная составляющая кориолисова ускорения повернута относительно направления скорости вправо, а в южном полушарии - влево; на экваторе она равна нулю, а на полюсах имеет наибольшие значения.
Пусть в горизонтальной плоскости равномерно движется со скоростью материальная точка. Так как горизонтальная составляющая кориолисова ускорения перпендикулярна к скорости а последняя остается все время постоянной, то очевидно, что траекторией точки будет окружность. Для определения радиуса этой окружности, называемой инерциальной окружностью, мы имеем соотношение:
Время обращения материальной точки по инерциальной окружности равно
Как известно, маятник Фуко делает один полный оборот в промежуток времени
Этот промежуток времени называется маятниковыми сутками. Следовательно, инерциальная окружность описывается движущейся точкой всегда в течение половины маятниковых суток, независимо от того, какую скорость имеет точка. Такого рода движение по инерциальной окружности иногда наблюдается в атмосфере и в морях после быстро протекающих возмущающих процессов.
b) Кривизна земной поверхности значительно усложняет исследование влияния вращения Земли на движения в атмосфере и в морях. Поэтому сначала рассмотрим, как происходит движение жидкой массы на плоскости, вращающейся с угловой скоростью При вращении Земли центробежная сила является по существу составной частью того, что называется силой тяжести; поэтому при исследовании движения жидкости на вращающейся плоскости целесообразно наложить на силовое поле дополнительное поле центростремительных сил так, чтобы исключить проявление центробежной силы. Тогда масса жидкости, покоящаяся относительно вращающейся плоскости, будет иметь плоскую поверхность уровня. Плотность жидкости примем постоянной; кроме того, для дальнейшего упрощения предположим, что жидкость не обладает трением.
Сообщим теперь некоторой части этой жидкости скорость относительно вращающейся плоскости, причем так, чтобы эта скорость была одинаковой по величине и направлению по всей высоте слоя жидкости. Если вращение происходит так же, как и в северном полушарии Земли, т.е. в сторону, обратную вращению часовой стрелки, то поверхность уровня рассматриваемой части жидкости получит под действием кориолисова ускорения наклон в направлении, перпендикулярном к скорости при этом высота уровня вдоль направления
скорости останется неизменной, а справа от направления повысится. Рассмотрим теперь область жидкости, занимающую большое протяжение, и пусть в этой области при переходе от одной точки к другой величина и направление скорости постепенно изменяются (но остаются постоянными во времени в каждой точке). Тогда, согласно только что сказанному, разность уровней жидкости на концах отрезка перпендикулярного к скорости будет
Проследим какую-нибудь линию тока. Вследствие неразрывности должно иметь место равенство
поэтому для должно быть
В таком случае из равенства (30) следует, что
Таким образом, для любой формы свободной поверхности жидкости, определяемой системой горизонталей (т.е. линиями равного уровня), возможно такое установившееся течение, линии тока которого совпадают с горизонталями. Единственным ограничением является величина скорости при заданном наибольшем значении кривизны горизонталей она не должна превышать некоторого определенного значения, именно такого, при котором еще можно пренебречь трансверсальным ускорением обусловленным кривизной траектории, по сравнению с кориолисовым ускорением. [Еще раз подчеркнем, что в основу сделанного вывода положено предположение об отсутствии трения, а также об отсутствии кривизны или наклона вращающейся поверхности. Если эта поверхность неровная, например, имеет возвышения или имеет наклон, то возникают более сложные соотношения (см. ниже).] Там, где уровень жидкости понижен (области низкого давления), направление обхода замкнутых линий тока совпадает с направлением вращения основания, наоборот, там, где уровень жидкости повышен (области высокого давления), оно противоположно направлению вращения основания. О той
роли, которую при таких течениях играет трение жидкости о поверхность основания, будет сказано в следующем параграфе.
Выше мы предполагали, что высота слоя жидкости над основанием везде одинакова. Если же вследствие неровности или наклона основания высота изменяется, но постепенно, то из теоремы Гельмгольца следует, что вертикальная составляющая вектора вращения частицы жидкости, измеренная в неподвижной системе отсчета, изменяется вдоль линии тока пропорционально Предположение о постепенном изменении высоты необходимо, так как только при соблюдении этого условия (и одновременно при отсутствии трения!) горизонтальная скорость течения будет одинакова во всех точках каждой вертикали. Пусть, например, на ровной местности имеется пологое возвышение высотой и пусть слой жидкости постоянной плотности, движущейся над местностью, имеет толщину Но. Если скорость течения жидкости во вращающейся системе отсчета постоянна по величине и направлению, то угловая скорость текущей жидкости относительно вращающегося основания равна
следовательно, абсолютная угловая скорость будет
т. е. она равна угловой скорости вращающегося основания. Согласно сказанному выше, если только не учитывать небольших изменений высоты уровня, угловая скорость вращения над возвышением будет
следовательно, угловая скорость относительного вращения равна
Это означает, в соответствии с изложенным выше, что над возвышенном возникает, во-первых, повышение давления и, во-вторых, циркуляционное течение, направленное по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки - в южном полушарии. В атмосфере, где вместо свободной поверхности имеется постепенное понижение плотности, происходит сходное явление, отличающееся от описанного только в количественном отношении (см. § 14, п. с). Такого рода повышение давления наблюдается в действительности над местностями, расположенными высоко над уровнем моря.
Ветер, дующий поперек длинной горной цепи (рис. 288), отклоняется в северном полушарии вправо. Пусть горная цепь простирается в направлении оси у (перпендикулярной к плоскости рис. 288) и пусть до горной цепи
Горизонтальные составляющие скорости ветра равны соответственно
В таком случае и поэтому из соотношения
мы имеем:
Рис. 288. Обтекание гребня горы
Интегрируя от до мы получим:
где есть площадь поперечного сечения через горную цепь, ограниченная слева и справа абсциссами Отсюда следует, что тангенс угла отклонения потока равен
т. е. отклонение тем больше, чем меньше составляющая скорости течения перпендикулярная к горной цепи. Поэтому в морях, где течения значительно медленнее, чем ветры на поверхности Земли, отклоняющее действие длинных возвышенностей значительно сильнее, чем в атмосфере.
Отклоняющее действие длинной возвышенности (горной цепи) можно вычислить также иным путем, а именно, исходя из распределения давления. Над плоской местностью, согласно предыдущему, мы имеем:
Над гребнем возвышенности вследствие неразрывности потока скорость равна
Величина должна иметь здесь такое же значение, как и до возвышенности.
В самом деле, вследствие того, что условия притекаиия одинаковы для всех у, должны быть одинаковы для всех у и разности давлений в направлении х. Следовательно, увеличение кориолисовой силы над гребнем, где скорость и больше, чем до возвышенности, должно компенсироваться ускорением в направлении у. Выполняя вычисления, мы получим:
т. е. тот же результат, что и прежде.
с) Весьма своеобразно ведет себя жидкость, первоначально покоившаяся относительно вращающегося горизонтального основания, но затем получившая вследствие каких-либо внешних воздействий некоторое перемещение. Для того чтобы выяснить, какое при этом возникает движение, рассмотрим горизонтальную жидкую линию и применим к ней, для ее абсолютного движения, теорему Томсона (стр. 82). Для жидкости, покоящейся относительно вращающейся системы отсчета, абсолютным движение будет жесткое вращение с угловой скоростью из, следовательно, циркуляция в абсолютном движении, согласно формуле (32) гл. I (стр. 86), равна
где есть площадь, ограниченная жидкой линией. Циркуляция во вращающейся системе отсчета в случае относительного покоя жидкости, очевидно, равна нулю. Пусть в результате внешнего воздействия жидкая линия деформируется так, что ограниченная ею площадь делается равной Абсолютная циркуляция остается при этом, согласно теореме Томсона, по-прежнему равной относительная же циркуляция уменьшается на величину следовательно, делается равной
Изменение площади, ограниченной жидкой линией, может быть вызвано, например, изменением высоты столба жидкости, а также притоком или оттоком жидкости из области, окруженной жидкой линией. Если площадь, ограниченная жидкой линией, уменьшается, то возникает относительная циркуляция с таким же направлением, как у из; наоборот, если эта площадь увеличивается, то возникает относительная циркуляция с направлением, противоположным направлению из. Первая циркуляция называется циклоналъной, а вторая - антициклокалъной.
Вследствие циркуляционного движения, линейные скорости которого направлены перпендикулярно к радиусу вращения, возникают кориолисовы силы. Легко видеть, что при циклональной циркуляции эти силы направлены наружу от центра вращения, а при антициклональной циркуляции - к центру вращения, следовательно, в первом случае они вызывают в области циркуляции понижение давления, а во втором случае, наоборот, повышение давления (см. также Таким образом, кориолисовы силы всегда препятствуют изменению поперечного сечения циркулирующей массы жидкости, иными словами, они обеспечивают динамическую устойчивость циркулирующей массы жидкости совершенно так же, как силы упругости обеспечивают упругую устойчивость.
В случае плоского движения, начинающегося из состояния покоя относительно вращающегося основания, всегда следовательно, т. е. относительное течение, возникающее из состояния покоя, всегда является потенциальным течением. Если в области возмущения движения происходит отток или приток жидкости, то вне области возмущения возникает потенциальное движение с циркуляцией. Пусть область возмущения ограничена окружностью радиуса наоборот, - повышение давления. Боковое перемещение области возмущения, при котором площадь не изменяется, вызывает обычное потенциальное течение, поэтому такое перемещение не влечет за собой появления какого-либо поля скоростей или поля давлений.
Я где-то читал о действительно дешевом путешествии: используя воздушные шары, чтобы убраться от поверхности земли. Идея заключалась в том, что, поскольку земля вращается, через некоторое время мы сможем приземлиться в другом месте. Как мы все знаем, этого не происходит.
Кто-то сказал, что причина, по которой это не происходит, заключается в том, что атмосфера (воздух, облака и т. Д.) Также вращается вокруг Земли (с той же угловой скоростью, что и вращение Земли). Поскольку мы также являемся частью атмосферы, наша позиция не меняется относительно.
Ну, я не уверен в этом ответе. Почему атмосфера вращается вместе с землей? Гравитационная сила направлена к центру Земли, но я не вижу, как это заставляет атмосферу вращаться.
838 ответы
Атмосфера вращается вместе с Землей по той же причине, что и вы.
Сила не нужна, чтобы что-то сделать. Это основной закон физики - что движущаяся вещь будет продолжать двигаться, если на ней нет силы.
Сила нужна либо для того, чтобы что-то изменить свою скорость, либо сделать ее точку движения в новом направлении. Сила может делать оба или только один из них. Большинство сил делают оба, но сила, которая толкается в том же направлении, в котором вы уже собираетесь, только меняет вашу скорость и не меняет ваше направление. Сила, которая подталкивает под прямым углом к направлению, в котором вы уже собираетесь, только изменяет ваше направление и не добавляет никакой скорости. Например, сила в «10 часов» изменит вашу скорость и направление.
Когда вы стоите на Земле, вы продолжаете идти той же скоростью, но ваше направление меняется; между днем и ночью вы двигаетесь в противоположных направлениях. Итак, силы на вас должны быть под прямым углом к вашему направлению движения. Действительно, они есть. Ваше движение происходит с запада на восток вдоль поверхности Земли, и сила тяжести тянет вас к центру Земли - сила и ваше движение находятся под прямым углом. Аналогично для атмосферы. Он движется вместе с Землей и движется с постоянной скоростью. Ему не нужно ничего толкнуть вместе с Землей. Поскольку изменяется только его направление движения, ему требуется только сила под прямым углом к ее движению, такая же, как вы, и сила, которая делает работу снова гравитацией.
Это не вся картина, потому что количество изменений вашего направления движения зависит от того, насколько сильна сила в правом углу. Оказывается, гравитация слишком сильно зависит от того, насколько изменилось наше направление движения, когда Земля вращается. Должна быть какая-то другая сила на нас и на атмосферу, отменяющая большую часть тяжести. Там есть. Для меня это сила стула на моем заднице. Для атмосферы это давление воздуха.
Поэтому гравитация не «заставляет воздух вращаться». Воздух уже идет, и сила тяжести просто меняет свое направление, чтобы вытащить его по кругу.
Возможно, вам интересно, почему воздух не просто сидит и вращается вокруг Земли. Один ответ на этот вопрос заключается в том, что с нашей точки зрения это будет означать невероятно сильный ветер все время. Этот ветер натолкнется на вещи и, в конечном счете, замедлится до нуля (это с нашей точки зрения - воздух «ускорится» до нашей скорости вращения с точки зрения в пространстве, наблюдая за всем происходящим). Даже воздух высоко поднялся бы с Землей, потому что, хотя он не может врезаться в горы или здания и не останавливаться от выдувания, он может существенно «врезаться» в воздух под ним из-за трения в воздухе. (Это немного избыточно с ответом dmckee, я был на полпути, когда он избил меня до удара)
Существует по крайней мере две причины:
- воздушный слой, прилегающий к поверхности Земли, тянут с ним (находясь в покое с ним).
- воздух вязкость - это можно рассматривать как трение между различными воздушными слоями. Верхние слои переносятся нижележащими слоями.
Если бы воздух внезапно остановился, это привело бы к ~ 1500 км/ч скорость ветра . Для сравнения, ветер урагана Катрины был ~ 100 км/ч . Он говорит нам, что вязкость воздуха достаточно велика, чтобы другие эффекты (например, связанные с погодой) не доминировали над его движением относительно поверхности Земли.
Устойчивость к трению AKA.
Вы, должно быть, пытались встать сильным ветром или засунули руку в окно движущегося автомобиля. Из этого вы можете почувствовать силу, с которой движущийся воздух воздействует на объекты на своем пути, а закон реакции Ньютона в том, что он оказывает равную силу, стремясь переместить воздух вверх, чтобы приблизиться к земле.
Даже если бы атмосфера началась в покое, она бы давно была доведена до скорости.
Атомосфера, окружающая Землю, в 1000 раз менее плотная, чем земля. Земля и атомосфера реагируют друг с другом. Горы перемещают воздух, но не наоборот. Если земля вращается на своей оси со скоростью 1000 миль в час на экваторе, в результате должны быть сильные бури. Гравитация не перемещает воздух вокруг земли как единое целое. Гравитация может влиять на атомосферу, но иначе, чем на Землю. Поскольку на экваторе не существует штормов на 500 миль в час, нужно спросить: вращается ли земля по ее оси?
Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.
Химический состав атмосферы Земли
Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.
Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.
Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).
В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.
Формирование погоды и климата
Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.
Рассмотрим факторы по порядку.
1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.
2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) - это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.
Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.
3. Атмосферное давление - еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.
Всего выделено 7 зон. Экватор - зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт - область высокого давления. От 30° до 60° - опять низкое давление. А от 60° до полюсов - зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов - ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.
Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление - 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. - это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление - 748 мм рт.ст.
Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.
Строение атмосферы
Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.
. Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.
Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.
. Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.
. Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.
. Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.
. Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.
В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.
. Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.
. Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.
. Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.
Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.
Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.
. Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".
Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.
