Тропосфера — это …? свойства и состав тропосферы

Подробный обзор

Физические свойства

Основными физическими параметрами слоя являются плотность, влажность, температура и давление. Эти свойства являются важным фактором для формирования климата и погоды на Земле. В различных местностях и разных широтах их показатели неодинаковы.

Поверхность планеты, в особенности Мировой океан, аккумулирует солнечное тепло и отдает его воздуху. Поэтому внизу температура в тропосфере больше. Влажность также повышена в нижних участках слоя и уменьшается с высотой. Это влияет и на температуру — на каждые сто метров подъема в высоту она уменьшается на 0,65 градуса, пока не достигнет тропопаузы.

Плотность и давление также уменьшаются с высотой. Например, давление в верхней части слоя в 6-7 раз меньше, чем на уровне моря. Плотность уменьшается чуть медленнее, но её изменения тоже заметны.

Воздух становится разреженным и содержит меньше кислорода и азота на единицу объема. Из-за этого в горах, как правило, дышать труднее, а долгое пребывание на больших высотах проявляется кислородным голоданием.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы

Парниковый эффект

Приземный слой атмосферы является средой обитания людей, флоры и фауны. Тут наиболее слабый ветер и повышенная влажность, содержится большое количество пыли, летающих микроорганизмов и различных взвешенных частиц.

Лучи Солнца без труда проходят сквозь воздух и нагревают почву. Излучаемая землей теплота аккумулируется в тропосфере, а углекислый газ, метан и пары воды удерживают тепло. Такой процесс нагревания земли и воздуха и задержки тепла в тропосфере получил название парниковый эффект.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы

В последние десятилетия мировое сообщество обеспокоено данной проблемой, так как она приводит к глобальному потеплению климата. Зная, какие явления происходят в тропосфере, человечество может попробовать уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, в том числе и на атмосферу.

Движение воздушных масс

Среди явлений, какие происходят в тропосфере, одним из самых обычных можно назвать ветер – поток воздуха, быстро движущийся вдоль земной поверхности. Источник появления ветра заключается в неравномерном распределении атмосферного давления. Когда скорость воздушных потоков усиливается, могут образовываться смерчи, торнадо и ураганы.

Колоссальные объёмы воздуха тропосферы, которые обладают одинаковыми характеристиками, называются воздушными массами. Они зависимы от участков, где формируются. При передвижении воздушные массы длительное время не меняют свои характеристики. Соприкасаясь, разные потоки воздуха вступают друг с другом в реакции. Эти две особенности предопределяют погодные условия в различных местностях. Воздействие воздушных потоков друг на друга порождает появление в вышине движущихся атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов.

Циклоном называется огромный вихрь с низким атмосферным давлением в центре. Диаметр циклона может достигать нескольких тысяч километров. При циклоне обычно ненастье с сильными ветрами и осадками. Антициклон — это гигантский вихрь с высоким атмосферным давлением, несущий хорошую погоду: мало облаков, небольшой ветер, без осадков.

Радуга

В природе существуют не только опасные атмосферные явления, но и красивые, радующие глаз феномены. Например, радуга – явление, которое можно увидеть при озарении Солнцем большого количества дождинок. Она кажется наблюдателю многоцветной дугой или окружностью, в которой присутствуют семь цветов, постепенно перетекающих друг в друга. Причиной радуги является солнечный свет, разложенный на компоненты.

Радугу можно заметить, если вместе с дождем светит солнце. Но нужно оказаться точно между солнцем и дождем, причем небесное светило должно быть сзади, а дождь впереди. В одно и то же время увидеть солнце и радугу не получится. Интенсивность красок и размер полос семицветного чуда обуславливаются величиной и численностью водяных капель. Чем больше капли, тем радуга уже и ярче. Поэтому после грозы с дождем появляется яркая и узкая радуга.

Формирование погоды

Тропосфера – это слой атмосферы, который активнее всего взаимодействует с поверхностью Земли. Её физические свойства влияют на погоду на планете.

Разница в давлении, плотности и температуре создает движения воздуха. Более холодные и плотные воздушные массы стремятся к области с меньшей плотностью и температурой. За счет этого формируются фронты, циклоны и антициклоны, определяющие погоду.

Ветер в тропосфере усиливается с высотой. На границе с тропопаузой он в три раза выше, чем у земной поверхности. Он обеспечивает циркуляцию атмосферы, двигаясь как в меридианном, так и в широтном направлении.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы

Ветер участвует также в переносе влаги и аэрозолей. В тропосфере их удерживают парниковые газы (метан, озон, углекислый газ), не позволяя подниматься выше. Они накапливаются в атмосфере, способствуя формированию различных типов облаков. А их конденсация приводит к выпадению осадков.

Атмосфера — это…

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).

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).

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 450оС, давление – 90 бар. У Марса эти показатели соответственно -25оС 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.

Расположение и высота от Земли

Эта атмосферная область размещается между нижележащей тропосферой и вышележащей мезосферой. Она начинается сразу после тропопаузы. Такая переходная часть отделяет тропосферу от стратосферы. Тропопауза размещается примерно в 10 км над полюсами Земли, постепенно повышаясь к экватору.

Контур нижней границы стратосферы напрямую зависит от расположенной под ней переходной части атмосферы. Тропопауза имеет неровные очертания. Это обусловлено зависимостью ее высоты от местонахождения сильных климатических явлений: над антициклонами она находится выше, а над циклонами — ниже. За тропопаузой, повторяя ее ломаные очертания, располагается слой стратосферы.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферыСлои атмосферы Земли. Credit: news.stavenergo.ru.

Свойства и особенности

В состав стратосферы входит 90% озона от его общего содержания в атмосфере планеты Земля. Кроме этого вещества и кислорода она включает различные загрязнения. Но разреженных пылевидных частиц в ней вдвое меньше, чем сульфатных аэрозольных. По плотности воздух в этой части атмосферы в сотни раз уступает тому, который находится на уровне моря.

Озоновый слой, расположенный внутри этой области, служит щитом, защищающим планету от опасного радиоактивного излучения Солнца — ультрафиолета (УФ). Также этот своеобразный барьер является предельной границей биосферы, т.е. зоны обитания живых организмов. Условия выше него не подходят для чьего-либо существования. Поэтому жизнь есть только под озоносферой. Это значит, что по обитаемости стратосфера состоит из 2 частей. Нижняя (под озоновым щитом) населена живыми организмами. Верхняя, над ним — необитаема.

Стратосфера по своей структуре является более однородной, чем нижележащая тропосфера. Из-за характерного для газа снижения плотности с увеличением высоты коэффициент диэлектрической проницаемости в ней равняется 1. Поэтому стратосфера слабо влияет на радиоволновое распространение.

В этой области атмосферы задерживается преимущественная часть УФ-излучения. Там же преобразуется энергия его составляющих — коротких волн. Эти лучи обусловливают такие явления и реакции, как:

  • ионизация;
  • распад молекул (солнечная радиация запускает процесс их диссоциации на атомы);
  • изменение магнитных полей;
  • новообразование газов;
  • возникновение химических соединений.

Такие процессы отражаются в форме различных небесных свечений — зарниц, северных сияний и т.д.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы
Северное сияние происходит в стратосфере Земли. Credit: germanpulse.com.

Для стратосферы свойственно мизерное содержание водяного пара. Как следствие, в ней практически полностью отсутствует облачность. Эта характеристика делает стратосферу подходящей областью атмосферы для совершения полетов, т.к. в ней стабильные условия. Большинство современных сверхзвуковых самолетов коммерческого и военного назначения летают в этой зоне на уровне 20 км над планетой.

В этой же атмосферной области, но уже в 40 км от Земли, собирают необходимые сведения высотные беспилотные аэростаты — метеозонды. Максимальный подъем такого аппарата равен 51,8 км. Это означает, что аэростат пересекает всю стратосферу и добирается до ее верхней границы.

Тропосфера и ее свойства:

Тропосфера (др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + σφαῖρα «шар») – нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе – 16-18 км. Общая средняя высота тропосферы составляет 13 км.

Слово тропосфера происходит от греческих слов, что отражает тот факт, что вращательное турбулентное перемешивание играет важную роль в структуре и поведении тропосферы. Большинство явлений, связанных с повседневной погодой, происходят в тропосфере.

В тропосфере сосредоточено более 80 % всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, идут атмосферные осадки, а также происходят все другие процессы, определяющие погоду и климат планеты. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.

Помимо воздуха тропосфера содержит 99% от общей массы водяного пара и аэрозолей, содержащихся в атмосфере.

Воздухом тропосферы дышат все живые организмы на Земле. Влага, конденсирующаяся в тропосфере и выпадающая с атмосферными осадками, обеспечивает человека и живые организмы питьевой водой.

Тропосфера прозрачна  для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации.

Тропосфера нагревается так как поглощает космическое излучение за счет водяного пара,  углекислого газа и озона.  Нагревание тропосферы является причиной вертикального перемещения потоков воздуха, конденсации водяного пара, образования облаков и выпадения осадков.

Тропосфера неоднородна в вертикальном направлении вдоль земной поверхности. Ее электрические параметры меняются при изменении метеорологических условий. В тропосфере происходит рефракция радиоволн, поэтому распространение (рассеяние и отражение) земных радиоволн зависит от состояния тропосферы.

При подъёме в тропосфере температура понижается на 0,5-0,7 (в среднем на 0,65) градуса Цельсия через каждые 100 м. Атмосферное давление в тропосфере максимально на уровне моря и уменьшается с высотой.

Определение

Что такое тропосфера и какова ее толщина? Все изменения, которые происходят в этом слое атмосферы, оказывают существенное влияние на погодные условия на Земле. Тропосферой называется самый нижний слой атмосферы. Он составляет порядка 75 % от ее общей массы. В тропосфере содержится 99 % всей массы аэрозолей атмосферы и водяного пара.

Слово это произошло из древнегреческого языка. Оно состоит из двух корней — «тропос» (поворот, изменение) и «сфера» (шар). Тропосферой называется нижний слой газовой оболочки, который наиболее тесно взаимодействует с верхними слоями нашей планеты – гидросферой и литосферой. В нем происходит постоянный обмен влагой, теплом, а также химическими элементами.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы

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 100 км, выше которой авиационные полёты становятся полностью невозможными. NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 километра (400 000 футов), где «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы
Атмосфера Земли (снимок с МКС, 2006). На больших высотах атмосфера становится очень разрежённой, так что её присутствием можно пренебречь.

Опасные атмосферные явления

Какие явления происходят в тропосфере можно рассмотреть также на примере опасных погодных феноменов. Опасность заключается в том, что они могут нанести значительный ущерб аграрным угодьям, благополучию стран и природной среде в целом. Кроме того, стихийные бедствия угрожают жизни и здоровью людей и животных.

Например, опасным атмосферным феноменом является гроза. Это явление, при котором среди облаков или между тучей и поверхностью земли появляются электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом.

Тропосфера - это ...? свойства и состав тропосферы

Молния – это искровой разряд электричества, скопившийся в воздухе. Гром же образуется в результате процесса, когда очень нагретый и моментально расширяющийся около молнии воздух провоцирует рождение звуковых волн. Отражаясь от разных препятствий (туч и объектов на земле), эти волны создают эхо – громовой раскат. Обычно гроза возникает в массивных кучевых облаках и опасна сильным ливнем, градом, штормовым усилением ветра, молниями.

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 CO2{\displaystyle {\ce {CO2}}} 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 CO2{\displaystyle {\ce {CO2}}} 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 CO2{\displaystyle {\ce {CO2}}} в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.

Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов (CO{\displaystyle {{\ce {CO}}}}, NO{\displaystyle {{\ce {NO}}}}, SO2{\displaystyle {\ce {SO2}}}). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO3{\displaystyle {\ce {SO3}}}, а оксид азота до NO2{\displaystyle {\ce {NO2}}} в верхних слоях атмосферы, которые в свою очередь взаимодействуют с парами воды, а образующиеся при этом серная кислота H2SO4{\displaystyle {\ce {H2SO4}}} и азотная кислота HNO3{\displaystyle {\ce {HNO3}}} выпадают на поверхность Земли в виде так называемых кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(CH3CH2)4{\displaystyle {\ce {Pb(CH3CH2)4}}} ).

Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и другое), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и тому подобное). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.

Физические параметры

Высота, состав и температура тропосферы, а также влажность и давление являются ее важнейшими физическими параметрами.

Высота рассматриваемого слоя равна:

  • над полюсами 8-12 километров;
  • в средних широтах 10-12 км;
  • на экваторе примерно 18 км.

В данном интервале осуществляется непрерывное движение потоков воздуха, которые могут перемещаться как по горизонтали, так и по вертикали. Как видно, толщина уменьшается по направлению от экватора к полюсам.

Состав атмосферного газа не изменяется и представлен кислородом и азотом. Давление и плотность воздуха, а также концентрация в нем влаги с высотой уменьшаются. Водяные пары появляются вследствие улетучивания жидкости из морей и океанов.

Воздух меняется с высотой: охлаждается и становится более разреженным. Температура убывает со скоростью 0,65 град/100 метров и достигает у верхней границы тропосферы -55°. Остановка понижения температуры и служит верхней границей этого слоя. Таким образом, с повышением температура постепенно уменьшается, а воздух нагревается от земли (снизу – вверх).

Наблюдения и концепции синоптического масштаба

Принуждение

Принуждение — это термин, используемый метеорологами для описания ситуации, когда изменение или событие в одной части атмосферы вызывает усиление изменений в другой части атмосферы. Обычно он используется для описания связей между верхним, средним или нижним уровнями (например, дивергенция верхнего уровня, вызывающая конвергенцию нижнего уровня при формировании циклона), но также для описания таких связей на боковом расстоянии, а не только по высоте. В некоторых отношениях телесоединения можно рассматривать как разновидность принуждения.

Расхождение и конвергенция

Зона конвергенции — это зона, в которой общая масса воздуха увеличивается со временем, что приводит к увеличению давления в местах ниже уровня конвергенции (напомним, что атмосферное давление — это всего лишь общий вес воздуха над данной точкой). Дивергенция противоположна конвергенции — это область, в которой общая масса воздуха уменьшается со временем, что приводит к падению давления в областях, находящихся ниже области дивергенции. Когда в верхних слоях атмосферы происходит расхождение, воздух будет поступать, чтобы попытаться уравновесить чистую потерю массы (это называется принципом сохранения массы), и в результате возникает восходящее движение (положительная вертикальная скорость). Другой способ заявить об этом — сказать, что области дивергенции верхних слоев воздуха способствуют конвергенции нижних уровней, образованию циклонов и положительной вертикальной скорости. Поэтому выявление областей дивергенции верхних слоев атмосферы является важным шагом в прогнозировании формирования приземной области низкого давления.

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 N2{\displaystyle {\ce {N2}}} обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом O2{\displaystyle {\ce {O2}}}, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N2{\displaystyle {\ce {N2}}} выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотосодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO{\displaystyle {{\ce {NO}}}} в верхних слоях атмосферы.

Азот N2{\displaystyle {\ce {N2}}} 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.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.

Углекислый газ

Содержание в атмосфере CO2{\displaystyle {\ce {CO2}}} зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4·1012 тонн) образуется за счёт углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ.

Инертные газы

Источник инертных газов — аргона, гелия и криптона — вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом.

Синоптические наблюдения масштаба и понятия

Принуждение

Принуждение — термин, использованный метеорологами, чтобы описать ситуацию, где изменение или событие в одной части атмосферы вызывают усиливающееся изменение в другой части атмосферы. Это обычно используется, чтобы описать связи между верхними, средними или более низкими уровнями (такими как расхождение верхнего уровня, вызывающее более низкую сходимость уровня в формировании циклона), но может иногда также использоваться, чтобы описать такие связи по расстоянию, а не одной только высоте. В некотором отношении teleconnections можно было считать типом принуждения.

Расхождение и сходимость

Область сходимости — та, в которой полная масса воздуха увеличивается со временем, приводя к увеличению давления в местоположениях ниже уровня сходимости (вспомните, что атмосферное давление — просто общая масса воздуха выше данного пункта). Расхождение — противоположность сходимости — область, где полная масса воздуха уменьшается со временем, приводя к падающему давлению в регионах ниже области расхождения. Где расхождение происходит в верхней атмосфере, будет воздух, входящий, чтобы попытаться уравновесить чистый убыток массы (это называют принципом массового сохранения), и есть получающееся восходящее движение (положительная вертикальная скорость). Другой способ заявить это состоит в том, чтобы сказать, что области верхнего воздушного расхождения способствуют, чтобы понизить сходимость уровня, формирование циклона и положительную вертикальную скорость. Поэтому, идентификация областей верхнего воздушного расхождения является важным шагом в прогнозировании формирования поверхностной низкой области давления.

Атмосфера Земли и её строение

Безусловно, что окружающая нас газовая сфера является не просто тонким слоем воды и воздуха планеты. Это некое облачное одеяло. Оно укрывает и защищает нас от воздействия сил космоса. На данный момент, выделили определённые слои, из которых состоит атмосфера Земли. Ниже рассмотрим их подробнее.

Тропосфера

Это основной, к тому же, нижний слой воздушной оболочки. Вдобавок, в его составе более 80% общей массы воздуха, и примерно 90% всего водяного пара, который есть во всей атмосфере. С учётом географической широты верхняя граница данной окружной части может располагаться на высоте от 8 до 18 км. Интересно, что в тропосфере ярко выражены конвекция и турбулентность. Более того, именно в этой части происходит образование облаков, создание циклонов и антициклонов. Также учёные отметили характерную особенность данного атмосферного слоя: чем выше — тем меньше температура воздуха. Между прочим, нижняя зона тропосферы является пограничным слоем. По толщине он примерно 1-2 км. Как оказалось, он тесно связан с поверхностью нашей планеты. Действительно, в нём свойства и состояние земной сферы оказывают влияние на всю окружающую оболочку.

Тропосфера

Тропопауза

Так называют переходную область между тропосферой и стратосферой. Проще говоря, плавное перевоплощение от одного к другому. Интересно, что здесь отмечается приостановка понижения температуры воздуха с повышением высоты.

Стратосфера как область атмосферы Земли

Данный атмосферный участок находится на высоте от 11 до 50 км

Важно, что именно тут лежит озоновый слой. А он, как известно, оберегает нас от ультрафиолетового излучения

Сратосфера составляет примерно 20% общей массы земной оболочки. Характерной особенностью является то, что в нижней части (11-25 км) наблюдается небольшое изменение температуры, а в верхней (25-40 км), наоборот, её активное повышение. К слову сказать, верхнюю часть называют областью инверсии.

Стратосфера

Стратопауза

Что примечательно, на уровне 40 км температура равняется 00С, и сохраняется до 55 км. Эта территория носит название стратопауза. Между прочим, она представляет край стратосферы, и переход от неё к мезосфере.

Мезосфера

Собственно, она берёт своё начало на уровне 50 км. А верхняя граница её располагается на 80-90 км. По данным учёных, температура в мезосфере снижается с повышением высоты. Однако здесь протекает лучистый теплообмен. Кроме того, сложные фотохимические процессы порождают свечение атмосферы Земли. Доля мезосферы относительно общей массы составляет не больше 0,3%.

Мезосферные серебристые облака

Мезопауза

Это переходный участок от мезосферы до термосферы. Стоит отметить, что температурный фон минимальный (примерно -90°С).

Линия Кармана

На самом деле, это точка вершины над уровнем моря. К тому же, её принято принимать за границу участка от атмосферы Земли до самого космоса. Установлено, что линия Кармана лежит на высоте 100 км от уровня моря.

Линия кармана

Атмосфера Земли и её термосфера

Можно сказать, что она является самым верхней границей воздушной зоны планеты (приблизительно 800 км). Но температура всей области разная. Например, до 200-300 км наблюдается её повышение до 1500 К, а после держится в одном значении.

Полярное сияние из космоса

Интересно, что на этом участке отмечают полярные сияния. По всей вероятности они появляются в результате ионизации воздуха. Которые, в свою очередь, возникают под действием радиации Солнца и космического излучения. Между прочим, главные и основные области ионосферы располагаются как раз здесь. Кроме того, на высоте выше 300 км присутствует большое количество атомарного кислорода. К удивлению, верхняя граница термосферы может изменяться в размерах. Это связано, главным образом, с солнечной активностью. Так, к примеру, в момент низкой активности происходит его уменьшение, и наоборот. От общей атмосферной массы Земли на термосферу приходится чуть меньше 0,05%.

Термопауза

Собственно говоря, это область, которая расположена сверху от термосферы. Здесь наблюдается небольшое поглощение излучения Солнца. Притом установлено, что температура остаётся неизменной.

Экзосфера

По-другому её также называют сферой рассеяния. Более того, она является внешней частью термосферы. В данной зоне в вышей степени разреженный газ. По этой причине происходит утечка его элементов в космос. На уровне 2000-3000 км экзосфера медленно сливается с межпланетной территорией. Поэтому часто этот участок называют ближнекосмическим вакуумом. В нём пространство заполнено редкими частицами газа, в основном атомами водорода.

Спутники системы GPS и ГЛОНАСС находятся в экзосфере

Радуга

В природе существуют не только опасные атмосферные явления, но и красивые, радующие глаз феномены. Например, радуга – явление, которое можно увидеть при озарении Солнцем большого количества дождинок. Она кажется наблюдателю многоцветной дугой или окружностью, в которой присутствуют семь цветов, постепенно перетекающих друг в друга. Причиной радуги является солнечный свет, разложенный на компоненты.

Радугу можно заметить, если вместе с дождем светит солнце. Но нужно оказаться точно между солнцем и дождем, причем небесное светило должно быть сзади, а дождь впереди. В одно и то же время увидеть солнце и радугу не получится. Интенсивность красок и размер полос семицветного чуда обуславливаются величиной и численностью водяных капель. Чем больше капли, тем радуга уже и ярче. Поэтому после грозы с дождем появляется яркая и узкая радуга.

Опасные атмосферные явления

Какие явления происходят в тропосфере можно рассмотреть также на примере опасных погодных феноменов. Опасность заключается в том, что они могут нанести значительный ущерб аграрным угодьям, благополучию стран и природной среде в целом. Кроме того, стихийные бедствия угрожают жизни и здоровью людей и животных.

Например, опасным атмосферным феноменом является гроза. Это явление, при котором среди облаков или между тучей и поверхностью земли появляются электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом.

Молния – это искровой разряд электричества, скопившийся в воздухе. Гром же образуется в результате процесса, когда очень нагретый и моментально расширяющийся около молнии воздух провоцирует рождение звуковых волн. Отражаясь от разных препятствий (туч и объектов на земле), эти волны создают эхо – громовой раскат. Обычно гроза возникает в массивных кучевых облаках и опасна сильным ливнем, градом, штормовым усилением ветра, молниями.

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.

В постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

С точки зрения физиологии человека «космос» начинается уже на высоте около 19—20 км. На этой высоте давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. и температура кипения воды равна температуре тела — 36,6 °C, что приводит к кипению воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметичной кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно.

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и другие.

В разрежённых слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100—130 км, знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.

На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (то есть с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий