Атмосфера
Атмосфера (греч. atmos — пар и sphaira — шар) — воздушная оболочка Земли. Атмосфера не имеет резкой верхней границы. Около 99,5% всей ее массы сосредоточено в нижних 80 км.
Атмосфера возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. На ее формирование впоследствии оказало влияние появление океанов и биосферы.
Строение атмосферы
Выделяют несколько основных ее слоев, отличающихся характеристиками температуры, плотности и т.д. Нижний слой — тропосфера. Он нагревается от Земли, которая в свою очередь нагревается от Солнца. Наиболее прогретые слои тропосферы прилегают к Земле. С высотой нагрев уменьшается, и это понижает температуру воздуха от +14°С на уровне моря до —55°С на верхней границе тропосферы. Ученые подсчитали, что температура здесь понижается в среднем на 0,6° на каждые 100 м. Эту величину называют вертикальным градиентом температуры. Толщина тропосферы различна: над экватором она равна 17 км, а над полярными широтами — 8-9 км. Только в тропосфере происходят такие явления, как образование облаков, выпадение осадков, грозы и другие погодные явления. Выше тропосферы располагается стратосфера (до 50-55 км), которая отделена от нижнего слоя атмосферы переходным слоем — тропопаузой. В стратосфере воздух находится в разреженном состоянии, здесь не образуются облака, так как практически отсутствует водяной экран. Снижение температуры с высотой продолжается, но выше 25 км она начинает возрастать на 1-2°С на каждый километр. Это вызвано, по-видимому, тем, что слой озона поглощает и рассеивает солнечное излучение, мешая ему пройти к поверхности Земли. Над стратосферой тоже есть переходная зона — стратопауза, после которой идет следующий слой атмосферы — мезосфера (до 80-85 км). Воздух здесь еще более разрежен, а температура продолжает расти. Еще выше располагается слой, называемый термосферой. Сложные химические реакции в этих слоях атмосферы (выше 50 км) делают ее электропроводной. Поскольку при реакциях выделяются ионы, верхнюю часть атмосферы, куда входят мезосфера и термосфера, называют ионосферой. Именно в этих слоях и происходит полярное сияние. Выше 800 км располагается экзосфера («экзо» — внешний), здесь частицы газов очень редки, а температура достигает +2000°С.Газовый состав атмосферы был изучен уже давно. В 1774 году французский ученый Антуан Лавуазье изучил основные части воздуха и установил присутствие там кислорода и азота. Впоследствии обнаружилось, что кроме этих газов в воздухе находятся еще и другие газы. Таким образом, воздух — это смесь газов, состоящая у земной поверхности из следующих компонентов:
- Азот — 78%
- Кислород — 21%
- Инертные газы — 0,94%
- Углекислый газ — 0,03%
- Пары воды и примеси — 0,03%.
Значение атмосферы в природе и жизни человека
- благодаря газообразной оболочке поверхность Земли не нагревается днем и не остывает ночью так сильно, как, например, поверхность Луны, лишенная атмосферы;
- атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большая часть которых сгорает и не долетает до поверхности планеты;
- озоновый экран (озоносфера) защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений, большая доза которых губительна для организма;
- кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания.
Изучение атмосферы
Человечество интересовалось воздушным океаном уже давно, но только 300-400 лет назад были изобретены первые приборы для изучения атмосферы: термометр, барометр, флюгер. В настоящее время изучение газовой оболочки Земли осуществляется под руководством Всемирной метеорологической организации (ВМО), в которую, кроме России, входят еще много стран. Разработана программа сбора и обработки материалов с применением новейших технических средств. Для наблюдения за состоянием атмосферы создана сеть наземных метеорологических станций, оборудованных различными приборами.
Температуру измеряют с помощью термометров, в Европе принято измерять ее в градусах «по Цельсию». Эта система основана на физических свойствах воды: при нуле градусов она переходит в твердое состояние — замерзает, при 100° — в газообразное. Количество выпавших осадков измеряют осадкомером — емкостью, на стенки которой нанесена специальная разметка. Скорость перемещения воздушных потоков измеряется ветромером (анемометром). Рядом с ним обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность, устанавливаются ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон. Атмосферное давление измеряется барометром.
На метеорологических станциях не менее 4-х раз в день снимают показания. В труднодоступных районах действуют автоматические радиометеорологические станции. А в океанах такие станции устанавливают на плавучих платформах. Свободную атмосферу изучают с помощью радиозондов — приборов, которые прикрепляются к выпущенным в свободный полет каучуковым шарам, наполненным водородом. Они собирают данные о состоянии атмосферы на высотах до 30-40 км. Еще выше, до 120 км, поднимаются метеорологические ракеты. На определенной высоте часть ракеты с приборами отделяется и на парашюте спускается на земную поверхность. Для уточнения состава воздуха и исследования слоев, расположенных на большой высоте, применяются ракеты, зондирующие атмосферу до 500 км. Очень важные сведения о состоянии атмосферы, о погодных процессах, происходящих над Земной поверхностью, доставляют искусственные спутники Земли. Большой ценностью обладают наблюдения за атмосферными явлениями, которые ведутся космонавтами с орбитальных станций в космосе.