Что такое атмосфера

Что такое атмосфера

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 10 15 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура 140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом. Основные параметры атмосферы : плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои : тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т.д.

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой», на высоте от 15—20 до 55— 60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — озон, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте равной 30 км. Общая масса озона составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Озон (О3) — аллотропия кислорода, образуется в результате следующей химической реакции, обычно после дождя, когда полученное соединение поднимается в верхние слои тропосферы; озон имеет специфический запах.

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и других свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Структура атмосферы

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную (однофазную), хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °С в стратосфере до -110 °С в мезосфере.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными 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 этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

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 настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, т.к. их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже ее лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Конспект урока «Атмосфера: строение. структура, состав». Продолжение темы АТМОСФЕРА в следующих конспектах:

  • Погода. Атмосферный фронт
  • Элементы погоды
  • Ветры. Системы ветров
  • Атмосферное давление
  • Влажность. Осадки
  • Климат. Климатические пояса

Что такое атмосфера — слои, строение и состав атмосферы Земли

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru.

Атмосфера имеется у многих небесных тел (почти всех планет солнечной системы), но нас больше интересует атмосфера Земли, ибо мы в ней живем.

Давайте сегодня поговорим, что такое атмосфера, из чего она состоит, какова ее структура, а также рассмотрим каждый из выделенных в ней слоев в отдельности. Будет интересно, не переключайтесь.

Атмосфера — это.

Слово «атмосфера» имеет древнегреческие корни: «атмос» (пар) и «сфера». В простейшем понимании оно обозначает газовую оболочку любого небесного тела, которая удерживается вокруг него силой гравитации.

Чёткой границы между атмосферой планеты и космическим пространством не существует, поэтому под атмосферой понимается газовая среда, которая вращается вместе с небесным телом как единое целое.

Атмосфера Земли простирается на высоту до 800 км над уровнем моря. Однако условная граница с космосом по определению международной авиационной федерации (ФАИ) проходит на высоте 100 км над уровнем моря и носит название «Линия Кармана».

О существовании земной атмосферы известно каждому (о ней пойдёт речь ниже).

А вот о том, что помимо Земли атмосфера есть также у Солнца (это как?) и у восьми (из девяти) планет солнечной системы («обделённым» остался лишь Меркурий), знают, скорее всего, немногие.

Если же «копнуть» ещё глубже, то к этой плеяде нужно добавить спутник Сатурна Титан, обладающий достаточно плотной атмосферой (у других спутников, в том числе у Луны, газовая оболочка настолько разрежена, что её нельзя считать полноценной атмосферой).

У каждой атмосферы свой химический состав и особенности поведения.

Например, атмосфера околоземных планет (Венеры и Марса) состоит главным образом из двуокиси углерода (СО2) с вкраплениями азота, кислорода, аргона и других газов.

Температура и давление зависят в основном от массы и удалённости этих планет от Солнца. В частности, средняя температура у поверхности Венеры – порядка 450 о С, давление – 90 бар. У Марса эти показатели соответственно -25 о С и 6 мбар (что составляет всего 0,6% земного давления).

У газовых гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) основными компонентами атмосферы являются водород и гелий, дополненные различными примесями (аммиак, метан, фосфор, сера и др.), что в значительной степени определяет их окраску при наблюдении в телескоп.

Состав атмосферы Земли

Состав земной атмосферы, по данным википедии, приведен в нижеследующей таблице:

Газ Объёмное содержание, % Весовое содержание, %
Азот (N) 78,1 75,5
Кислород (H) 20,9 23,1
Аргон (Ar) 0,9 1,3
Углекислый газ (СО2) 0,04 0,05
Иные газы (неон, гелий и др.) 0,06 0,05

» alt=»»>

Структура и слои земной атмосферы

Атмосферная толща нашей планеты делится на следующие слои:

  1. тропосфера;
  2. стратосфера;
  3. мезосфера;
  4. термосфера;
  5. экзосфера.


Тропосфера
распространяется на высоту от 8 до 18 км в зависимости от географической широты и времени года. Самый тонкий слой находится в полярных широтах, самый толстый – в тропических. Зимой толщина тропосферы сокращается, летом – увеличивается.

Нижний (пограничный) слой, простирающийся в высоту на 1-2 км, содержит порядка 80% общей массы атмосферного воздуха и почти 90% водяного пара.

В тропосфере из-за разности температур (она может достигать 100 о С) и давления постоянно образуются турбулентные и конвекционные воздушные потоки, возникают облака, формируются циклоны, антициклоны и другие атмосферные явления, формирующие погодные условия.

Стратосфера располагается на высоте 12-50 км. Её характерной особенностью является тот факт, что в нижнем слое (на участке 12-25 км) температура меняется незначительно, а далее начинается её рост (от – 50 до 0 о С).

В средних слоях стратосферы находится озоновый слой, защищающий Землю от ультрафиолетовых лучей.

Газовая оболочка, расположенная ниже озонового экрана, составляет биосферу (это что?), состав и строение которой в значительной степени определяют живые организмы. В стратосфере сосредоточено около 20% массы атмосферы. В ней время от времени формируются тонкие перламутровые облака, которые иногда можно увидеть на закате.

Мезосфера начинается с высоты 45-50 км и заканчивается на отметке 85-90 км. В мезосфере наблюдается устойчивое понижение температуры (от 0 до – 100 о С) при среднем градиенте 0,3 о С на каждые 100 м, а также активный лучевой теплообмен и фотохимические процессы.

Читайте также  Что такое ретуширование фотографий

В этом слое, как и в стратосфере, всё ещё присутствует небольшое количество водяного пара, которого хватает для образования самых высоких облаков – серебристых.

Мезосфера малопригодна для полётов: для самолётов воздух слишком разреженный, а для космических летательных аппаратов – слишком плотный.

Термосфера – её верхний предел находится на высотах 500 — 800 км. Этот слой характеризуется устойчивым ростом температуры (от – 100 до + 1200 о С!) на протяжении пятисоткилометровой толщи, после чего она стабилизируется и остаётся практически постоянной на большом участке.

В тропосфере расположена основная часть ионосферы, где происходит ионизация воздуха, а на больших высотах преобладает атомарный кислород.

При низкой активности Солнца (циклическая активность составляет 11 лет) размер термосферы заметно уменьшается.

Экзосфера – это очень разреженный внешний слой (в переводе с др. -греческого – наружный шар) атмосферы выше отметки 500 км с очень высокими температурами (до 2500 о С), обусловленными высокой солнечной радиацией. Отсюда идёт утечка (рассеивание) частиц газов в межпланетное пространство (диссипация), что ведёт к постепенному «похудению» атмосферы в целом.

Переход от слоя к слою протекает плавно, в этой связи выделяют промежуточные этапы:

  1. тропопауза (между тропо- и стратосферой);
  2. стратопауза (между страто- и мезосферой);
  3. мезопауза (между мезо- и термосферой);
  4. термопауза (между термо- и экзосферой).

» alt=»»>

Загрязнение атмосферы

На состав и поведение земной атмосферы сильное влияние оказывает хозяйственно-экономическая деятельность человека, что влечёт за собой ухудшение экологической обстановки, изменение климата и другие отрицательные явления.

Проблема загрязнения атмосферы всё больше волнует не только учёных, но и простого обывателя.

Обществом принимаются меры по исправлению ситуации в лучшую сторону (сокращение вредных выбросов, строительство очистных сооружений, переход на возобновляемые источники энергии и многое другое). Удастся ли радикально переломить тревожную тенденцию, покажет время.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (1)

Хорошо, что наша планета достаточно крупная, чтобы удерживать свою атмосферу, да и ядро Земли генерирует магнитное поле, которое так же защищает нашу атмосферу от воздействия солнечного ветра, который сдул практически всю атмосферу Марса.

Основные слои атмосферы Земли в порядке возрастания

  1. Тропосфера: где происходит погода
  2. Стратосфера: дом озона
  3. Мезосфера: средняя атмосфера
  4. Термосфера: верхняя атмосфера
  5. Экзосфера: граница атмосферы и космоса
  6. Как насчет ионосферы?

Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:

  • Тропосфера;
  • Стратосфера;
  • Мезосфера;
  • Термосфера;
  • Экзосфера.

В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.

Тропосфера: где происходит погода

Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне – поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.

Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.

На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера: дом озона

Стратосфера – следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.

Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O3) – побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как “инверсия”).

Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.

После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.

Мезосфера: средняя атмосфера

Мезосфера находится примерно на расстоянии 50-80 км от поверхности Земли. Верхняя область мезосферы является самым холодным естественным местом на Земле, где температура может опускаться ниже -143° C.

Термосфера: верхняя атмосфера

После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.

Экзосфера: граница атмосферы и космоса

На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера – внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.

Как насчет ионосферы?

Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на севере и юге. Это явления наблюдается с земли как северное сияние.

Что такое Атмосфера Земли

Значение Атмосферы Земли

Земная атмосфера сформирована несколькими слоями газов, которые окружают Землю из-за эффектов гравитационного поля.

Каждый слой имеет определённый состав газов и все организованы в соответствии с их плотностью. Более плотные газы притягиваются ближе к поверхности Земли, в то время как другие (менее плотные) находятся на более дальнем расстоянии от планеты.

Из-за различных характеристик, которыми обладают газы, слои атмосферы имеют свои особенности и играют определённую роль в своих взаимодействиях с Землёй.

Пять слоёв, которые составляют атмосферу Земли:

  1. Тропосфера;
  2. Стратосфера;
  3. Мезосфера;
  4. Термосфера;
  5. Экзосфера.

Тропосфера

Тропосфера — это самый плотный слой атмосферы и, следовательно, самый близкий к Земной поверхности. Общая масса атмосферы оценивается в 5х1018 кг, и 75% этого количества находится в тропосфере.

Толщина тропосферы колеблется от 8 км до 14 км, в зависимости от региона Земли. Самые тонкие места (где толщина достигает 8 км) находятся на северном и южном полюсах.

Поскольку это самый нижний слой атмосферы, тропосфера ответственна за жизнь на планете, а также там, где происходят почти все климатические явления. Термин «тропосфера» происходит от греческого «tropos» (означает «изменение»), чтобы отразить динамический характер изменений климата и поведение этого слоя атмосферы.

Область тропосферы, которая ограничивает её конец и начало стратосферы, называется тропопаузой. Тропопауза легко идентифицируется по различным картинам распределения давления и температурам каждого слоя.

Состав тропосферы

По объёму тропосфера состоит из 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона и 0,04% углекислого газа. Воздух также состоит из меняющихся процентных показателей водяного пара, который попадает в тропосферу через явление испарения.

Температура тропосферы

Как и давление, температура в тропосфере также уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что почва поглощает бóльшую часть солнечной энергии и нагревает нижние уровни тропосферы. Принимая во внимание, что испарение выше в более тёплых областях, водяные пары присутствуют чаще на уровне моря и реже на больших высотах.

Что встречается в тропосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в тропосфере:

  • климат;
  • осадки, такие как: дождь, снег и град;
  • газы, такие как: азот, кислород, аргон и углекислый газ;
  • облака;
  • птицы.

Стратосфера

Стратосфера является вторым по величине слоём атмосферы, а также вторым, ближайшим к Земной поверхности. По оценкам, он содержит около 15% от общей массы атмосферы Земли.

Толщина стратосферы составляет 35 км от тропопаузы, что означает, что она расположена между тропосферой и мезосферой. Термин «стратосфера» происходит от греческого strato (значит «слой») для обозначения того факта, что сама стратосфера подразделяется на другие более тонкие слои.

Слои стратосферы образуются из-за отсутствия климатических явлений, которые смешивают воздух. Таким образом, существует чёткое разделение между холодным и тяжёлым воздухом внизу и тёплым, лёгким воздухом сверху. Таким образом, с точки зрения температуры стратосфера работает точно противоположно тропосфере.

Поскольку эта зона более высокой вертикальной стабильности (без перемещений воздуха), пилоты самолётов, как правило, остаются в начале стратосферы, чтобы избежать турбулентности. Именно на этой высоте самолёты и воздушные шары достигают максимальной эффективности.

Стратосфера также содержит хорошо известный озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца. Без озонового слоя жизнь на Земле, какой мы её знаем, была бы невозможна.

Подобно тропосфере, стратосфера также имеет область, которая ограничивает её конец и показывает начало мезосферы, которая называется стратопауза.

Состав стратосферы

Большинство элементов, найденных на поверхности Земли и в тропосфере, не достигают стратосферы. Вместо этого они обычно:

  • разлагаются в тропосфере;
  • могут быть устранены солнечным светом;
  • могут переноситься на поверхность Земли через дождь или другие осадки.

Из-за инверсии в динамике температуры между тропосферой и стратосферой воздух практически не обменивается между двумя слоями, в результате чего испарения воды существуют в стратосфере только в незначительных количествах. По этой причине в этом слое чрезвычайно редко образование облаков.

Что касается газов, стратосфера образована преимущественно озоном, присутствующим в озоновом слое. Считается, что 90% всего озона в атмосфере находится в этой области. Кроме того, стратосфера содержит элементы, переносимые извержениями вулканов, такие, как оксиды азота, азотная кислота, галогены и т. д.

Температура стратосферы

Температура в стратосфере увеличивается с увеличением высоты, варьируя от -51 ° C в самой низкой точке (тропопауза) до -3 ° C в самой высокой точке (стратопауза).

Что встречается в стратосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в стратосфере:

  • озоновый слой;
  • самолёты и метеозонды;
  • некоторые птицы.

Мезосфера

Мезосфера — это последний атмосферный слой, в котором газы всё ещё смешиваются в воздухе и не организованы их массой. Этот слой считается наукой самым сложным для изучения, поэтому о нём мало подтверждённой информации.

Читайте также  Что такое бэкстейдж

Толщина мезосферы также составляет 35 км от стратопаузы, что означает, что она расположена между стратосферой и термосферой. Термин «мезосфера» происходит от греческого mesos (означает «центр»), так как является третьим среди пяти слоёв Земной атмосферы.

Метеозонды и самолёты не могут достичь так высоко, чтобы достичь мезосферы. В то же время спутники могут вращаться только над ним, таким образом получается, что они не могут должным образом измерять характеристики этого слоя.

Единственный способ изучения мезосферы в наши дни — это использование ракет, которые собирают довольно мало информации в каждой миссии.

Именно в мезосфере происходит сгорание небесных тел, попадающих в Земную атмосферу, что приводит к таким явлениям, как звездопад (метеорные потоки).

Состав мезосферы

Процентное содержание кислорода, азота и углекислого газа в мезосфере, по существу, такое же, как и в слоях ниже. Испарения воды там реже, чем в стратосфере, что, в свою очередь, переносит часть озона в мезосферу.

В мезосфере также есть материал из метеоров, которые испаряются при попадании в атмосферу. Таким образом, мезосфера также состоит из относительно высокой доли железа и других металлов.

Температура мезосферы

Температура в мезосфере уменьшается с увеличением высоты, варьируя от -3° C в самой низкой точке (стратопауза) до -143° C в самой высокой точке (мезопауза — самая холодная область всей Земной атмосферы).

Что встречается в мезосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в стратосфере:

  • метеоры в сгорании;
  • серебристые облака (особый вид облаков, которые светятся ночью).

Термосфера

Термосфера расположена над мезосферой и ниже экзосферы. Толщина этого слоя составляет около 513 км, что намного больше, чем у всех нижних слоёв вместе взятых.

Хотя термосфера считается частью Земной атмосферы, плотность воздуха настолько низкая, что бóльшую часть слоя ошибочно рассматривают как космическое пространство. Эта идея подкрепляется тем фактом, что в слое недостаточно молекул для перемещения звуковых волн.

В термосфере ультрафиолетовое излучение вызывает явления фотоионизации молекул, т. е. образование ионов в результате контакта фотона с атомом. Это явление ответственно за создание ионосферы, расположенной внутри термосферы. Ионосфера играет важную роль в распространении радиоволн в отдалённые районы Земли.

Именно в термосфере спутники вращаются вокруг Международной космической станции (МКС). Кроме того, именно в термосфере происходит северное сияние.

Читайте подробнее про Северное сияние.

Слово «термосфера» происходит от греческого thermos (что значит «тепло»), что отражает тот факт, что температура в этом слое чрезвычайно высока.

Граница между термосферой и экзосферой называется термопаузой.

Состав термосферы

В отличие от слоёв ниже, где смешиваются газы, в термосфере частицы редко сталкиваются, что приводит к равномерному разделению элементов. Кроме этого, большинство молекул в термосфере разрушаются солнечным светом.

Верхние части термосферы состоят из атомарного кислорода, атомарного азота и гелия.

Температура термосферы

Температура в термосфере может варьироваться от 500º C до 2000º C. Это происходит потому, что большая часть солнечного света поглощается в этом слое.

Что встречается в термосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в термосфере:

  • спутники;
  • раньше, многоразовый транспортный космический корабль Спейс шаттл;
  • МКС;
  • северное сияние;
  • ионосфера.

Экзосфера

Экзосфера — это самый большой и крайний внешний слой Земной атмосферы. Он простирается на 600 км, пока плавно не перейдёт в межпланетное пространство. Это делает его толщиной в 10.000 км. Самая дальняя граница экзосферы достигает половины пути до Луны.

Термин «экзосфера» происходит от греческого exo (что значит «внешний»), обозначает тот факт, что это последний атмосферный слой перед космическим вакуумом.

Состав экзосферы

Частицы в экзосфере чрезвычайно далеки друг от друга и поэтому не классифицируются как газы, потому что плотность слишком низкая. Одна частица может пройти сотни километров до столкновения с другой. Они также не считаются плазмой, так как электрически они не заряжены.

В нижних областях экзосферы можно найти водород, гелий, углекислый газ и атомарный кислород, которые остаются минимально притянутыми к Земле гравитационным полем.

Температура экзосферы

Из-за того, что экзосфера находится почти в вакууме (из-за отсутствия взаимодействия между молекулами), температура в слое постоянная и холодная.

Что встречается в экзосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в экзосфере:

  • космический телескоп Хаббл;
  • спутники.

Атмосферы других планет

В Солнечной системе 8 планет и более 160 спутников. Из них, имеют значимые атмосферы:

  • Земля;
  • Венера;
  • Сатурн;
  • Марс;
  • Уран;
  • Юпитер;
  • Нептун;
  • Титан (спутник Сатурна);
  • Плутон (карликовая планета).

Атмосфера Венеры

Атмосфера Венеры составляет около 96% углекислого газа, а температура поверхности около 464° C. Облака из серной кислоты движутся со скоростью примерно 100 метров в секунду.

Атмосфера Марса

На Марсе есть тонкая атмосфера, состоящая примерно на 95% из углекислого газа, а остальная часть из азота и аргона. Средняя температура приземного воздуха на Марсе -63° C. На Марсе наблюдаются облака как из воды, так и из углекислого газа. Ещё там чётко определены времена года.

Узнайте больше про Землю, и смотрите также, что такое Сингулярность и Космология.

Вертикальное строение 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 м

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 °С (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

Мезосфера

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

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 сильно разреженными 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 разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

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 настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

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.

Из чего состоит атмосфера нашей планеты?

Мы интересуемся тайнами космоса и часто даже не задумываемся о том, что много интересного расположено намного ближе к нам. Например, атмосфера Земли, так называют газовую оболочку вокруг планеты. Толщина земной атмосферы достигает тысячи километров, она очень неоднородная и динамичная, чувствительная ко многим факторам. Из этой статьи ты узнаешь о составе атмосферы, истории ее появления и развития. Мы перечислим слои, из которых состоит атмосфера, и расскажем о свойствах и значении каждого из них для жизни на планете. Также мы сравним земную атмосферу с газовыми оболочками других планет.

Атмосфера вокруг Земли существует миллиарды лет, и на протяжении этого периода она неоднократно менялась. Наиболее существенные изменения в составе связаны с живыми существами. Все живое на планете сделало ее газовую оболочку такой, какая она есть сейчас.

Свойства атмосферы

Это газообразный защитный купол, который оберегает все живое от угроз из космоса. Ультрафиолетовое солнечное излучение губительно для всего живого, но нас от него защищает слой озона. В газовой оболочке сгорает большая масса прилетающих метеоров. Это прослойка, благодаря которой у земной коры сохраняется комфортная температура. Лучи Солнца отражаются от облаков, создается парниковый эффект. Если бы его не было, климат был бы холоднее как минимум на 20 градусов. Благодаря атмосферному круговороту воды мы располагаем не только благоприятными климатическими условиями, но и богатым набором минеральных веществ. Во всей системе такого нигде нет.

Вся газовая оболочка простирается на тысячи километров. Но атмосферой считаются только те газы, которые вращаются с планетой вокруг ее оси с такой же скоростью. Ее высота доходит примерно до 1000 км. Она плавно сливается с космосом, пограничной территорией является экзосфера.

История развития

Воздух кажется нам однородным, но на самом деле это смесь огромного количества газов. Если считать только те, которые представляют не менее тысячной доли от общего объема, то мы получим 12 наименований. Если же считать все, то мы обнаружим в воздухе все элементы из периодической таблицы. Такое многообразие появилось не сразу, наша атмосфера очень сложная по строению ввиду того, что на планете есть жизнь.

Читайте также  Что такое Bluetooth и как им пользоваться?

В свои ранние годы земля выглядела не так как сейчас. Ее газовая оболочка была очень тонкой, и через нее легко проходили метеориты. Поверхность была покрыта круглыми озерами, они образовывались при падении метеоритов.

4,3 млрд лет назад оболочка состояла из водорода и гелия, это соответствует атмосфере Юпитера и других газовых гигантов. Такой же состав у туманности, которая когда-то создала Солнце и все планеты в его системе. На настоящий момент земная атмосфера включает в себя 0,00002% водорода и 0,0005% гелия. В недрах таилось множество соединений, они рвались наружу. Вулканы выбрасывали много аммиака, метана, углекислоты. Позднее аммиак и метан создали азот, и на него сейчас приходится 78% от общего объема.

Но ни одно явление не было настолько решающим, как появление кислорода. Естественный путь его появления связывают с тем, что мантия выталкивала газообразные соединения, скопившиеся под корой. Был и другой тип формирования: вулканы создавали водяные пары, которые под ультрафиолетовым действием распадались на водород и кислород. Но этот кислород не смог сохраниться надолго, он реагировал со свободным железом, серой и другими веществами, эти реакции ускоряло солнце. Ситуация осталась бы такой же, если бы на Земле не появилась жизнь.

После зарождения жизни

Живые существа на планете стали выделять большие объемы кислорода, и он окислил все, что находилось на поверхности. Потребовалось пару миллиардов лет, чтобы количество кислорода увеличилось с 0 до 21% от всего состава атмосферы. При этом организмы стали использовать атмосферный углерод, он им был нужен для создания скелетов. В результате земная кора покрылась огромными пластами органических материалов, а углекислого газа стало гораздо меньше.

Из-за кислорода наша планета обрела голубую дымку, вдали она выглядит синей точкой. По этой же причине мы видим небо синим. От обилия кислорода смог сформироваться озоновый слой, по сей день он защищает нас от солнечной радиации. Организмы смогли эволюционировать, так помимо бактерий и водорослей появились высокоразвитые существа.

В атмосфере присутствуют и благородные газы. Лидером по представленности среди них является аргон, его доля 0,9-1%. Он зарождается в ходе ядерных процессов в недрах земли, а на поверхность он выходит при извержениях вулкана и сквозь трещины в коре. Благородные газы поднимаются в верхние слои, затем исчезают на просторах космоса.

Таким образом, структура газовой оболочки многократно менялась, но что-то осталось неизменным. К примеру, озоновый слой, он очень устойчив и никуда не денется, даже если количество кислорода снизится в сто раз.

Строение атмосферы

Выше была упомянута особенная прослойка — экзосфера, и она не единственная обладает особым значением. Рассмотрим основные составляющие.

Тропосфера

Нижний и наиболее плотный слой. Его толщина меняется от географического расположения, на полюсах — около 7 км, к экватору — уже около 20 км. Эти цифры меняются от сезона, объяснение простое: теплый воздух уходит выше. Мы все живем в тропосфере, ее название стало производным от греческого термина “изменение”. И это точно отражает суть, тропосфера постоянно меняется. Именно в ней формируются ветра, циклоны, антициклоны, образуются облака, идут все процессы, которые относят к понятиям погоды и климата в целом.

На тропосферу приходится около 80% от массы атмосферы. Она такая тяжелая, потому что там сконцентрирована практически вся вода. Температура падает по мере удаления от поверхности, при подъеме на каждую сотню метров температура снижается примерно на 0,5-0,7 градуса. Эта закономерность действует только в данной прослойке, в других все будет иначе — чем выше, тем жарче. От высоты зависит и скорость ветра, при подъеме на каждый километр ветер ускоряется на 2-3 км в секунду.

Над тропосферой есть воздушное дно, за ним идет литосфера. Это пограничный слой, который отвечает за отдачу тепла и излучения из космоса. В нем осуществляется водообмен, это тот самый круговорот воды в природе, о котором все знают еще с младшей школы. Поднявшаяся с поверхности вода за 8-12 суток возвращается обратно, а сама тропосфера становится чем-то вроде водного фильтра.

С набором высоты меняется и давление. Эталон для поверхности — одна атмосфера или 1012 мБар, у конца тропосферы оно будет уже 200 мБар, а на 45 км над поверхностью падает всего до одного мБар. И это еще одно объяснение, почему тропосфера — это 80% от веса всей атмосферы.

Стратосфера

Ее высота у экватора достигает 50 км, на полюсах — 8 км. Перевод названия с греческого — “слой”. Стратосфера очень разреженная, у нижней границы давление десятикратно ниже, чем на поверхности, у верхней — уже почти стократно. В ней практически отсутствует водяной пар. По мере повышения температура растет, от минут 56 до минус 1.

Нижняя часть — пространство для сверхзвуковых и простых пассажирских самолетов. Здесь они могут тратить меньше топлива, так как сопротивление будет небольшим, а также получают защиты от потоков воздуха. Подняться выше такие самолеты не смогут, реактивные двигатели не в состоянии работать без достаточного притока воздуха. По стратосфере на высоте 18-30 км способны перемещаться боевые и пассажирские самолеты типа “Конкордов”. Также здесь работают метеорологические зонды, их поднимают летательные шары.

В данном слое живут микроорганизмы, они распространены вплоть до озоновой прослойки. Это так называемый воздушный планктон. Однако, зафиксирован случай: в двигатель самолета, летевшего на 11,5 км попал гриф. Также известно, что при миграции уток они могут пролетать выше Эвереста. Но все же самое большое существо, побывавшее здесь — это человек. Точнее конкретный человек — Алан Юстас, вице-президент Гугл. Ему на тот момент было уже 57 лет, он поднялся на шаре на 41 км вверх и прыгнул оттуда с парашютом. Это мировой рекорд. Рекордсмен был в одном лишь защитном костюме, на нем не было герметичной капсулы и других защитных средств.

Озоновый слой

Тот самый озоновый слой, благодаря которому нас не может уничтожить солнечная радиация, находится между стратосферой и мезосферой. Выше этого слоя жизни нет и быть не может, так как излучения убьют даже самых жизнеспособных бактерий. Как и кислород, озон появился преимущественно благодаря живым организмам. Когда кислород поднимается в высокие слои начинается фотохимическая реакция с ультрафиолетом. Так из О2 образуется О3 — озон. Выходит, что Солнце создает для нас защиту от своего же излучения.

Мезосфера

Это наиболее холодное место на планете, в верхнем слое воздух может охладиться до минус 143 градусов. Мезосфера изучена хуже других слоев, здесь сложные условия для проведения каких-либо работ. Воздушные шары не могут подниматься, они просто останавливаются на месте, так как давление становится экстремально низким. Реактивные самолеты здесь тоже не летают, так как законы аэродинамики не работают. Но здесь смогут перемещаться самолеты с ракетными двигателями, например, ракетоплан Х-15. Он самый скоростной в мире, может разгоняться до 7200 км в час и набирать высоту 108 км.

Но для науки Х-15 не предоставляет высокой ценности, он летает очень быстро, чтобы проводить научные исследования. К тому же пребывают на такой большой высоте они недолго, для Х-15 рекорд составил четверть часа. Суборбитальные зонды и спутники бессильны, низкое давление их останавливает или вовсе сжигает. Именно здесь сгорает основная масса метеоров, в ней каждый август вспыхивает звездопад Персеиды. Название образовано от английского термина, означающего “незнание”. Подходящее название, для чего-то настолько неизученного.

Термосфера

Выше мезосферы проведена так называемая линия Кармана, за ней начинается ближний космос. Дальний начинается намного дальше, узнать о нем подробнее ты можешь из статьи “Интересные факты об астрономии дальнего космоса”.

Линия кармана проходит на высоте 100 км над уровнем моря. Это нижняя граница термосферы, самого большого по продолжительности слоя, его высота доходит до отметки 800 км, и уже на высоте 400 км температура поднимается до 1800 градусов, это абсолютный максимум. Чтобы сопоставить, насколько это высокое значение, нужно узнать температуру, при которой начинает плавиться железо — 1538 градусов. Однако, космические корабли все же могут ее преодолевать, так как давление здесь в миллион раз ниже, чем на поверхности. Частицы очень горячие, но они слишком разрежены, чтобы нанести вред. К тому же на космических кораблях есть специальные излучатели для отражения поступающей энергии.

Экзосфера

Это самый верхний слой, он начинается на 700 км над поверхностью. “Экзо” в переводе с греческого означает “снаружи”. Очень рассеянная, большая часть представлена водородом, он очень легкий. Встречаются атомы азота и кислорода, их очень сильно ионизирует Солнце. Экзосфера протягивается на сотню тысяч километров, а концентрация частиц в ней в миллионы раз менее плотная, чем воздух, к которому мы привыкли. При определенных условиях из космоса она выглядит, как корона, окружающая Землю.

Атмосфера других планет

Атмосфера нашей планеты — не только обязательное условие для жизни, но и инструмент для изучения газовых оболочек других планет. Исследования позволили понять, что по цвету атмосферы можно определить состав планеты. Например, у Марса и экзопланет эта оболочка красная, большая часть газа — это углекислый. Если на планете много такого газа, значит, там есть активные геологические процессы и много вулканов.

Присутствие водных паров вовсе не означает, что на поверхности есть океаны. Но если есть вода, значит, есть и кислород, а если он есть еще и в избытке, значит, на планете есть какая-то из форм жизни. Как рассказывалось выше, кислород из неживых источников не может накапливаться.

На Марсе есть не только атмосфера, но и облака. Законы физики для воды и газа похожи на земные, поэтому эти две планеты часто сравнивают между собой. Подобная газовая оболочка есть на спутнике Сатурна под названием Титан. Там тоже есть облака, присутствует атмосферная жидкость, но там на сотню градусов холоднее, а вместо воды — метан.

Именно поэтому ученые так активно исследуют свойства и толщину земной атмосферы в каждом ее слое. На основании этих данных мы узнаем больше о других планетах, особенно важны эти знания о тех планетах, на которые человек в данный момент не может попасть.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: