Характеристики на земната атмосфера тропосфера стратосфера йоносфера. Атмосфера на земята. Атмосферен граничен слой

атмосфера(от гръцки atmos - пара и spharia - топка) - въздушната обвивка на Земята, въртяща се с нея. Развитието на атмосферата е тясно свързано с геоложките и геохимичните процеси, протичащи на нашата планета, както и с дейността на живите организми.

Долната граница на атмосферата съвпада с повърхността на Земята, тъй като въздухът прониква в най-малките пори на почвата и се разтваря дори във вода.

Горната граница на височина 2000-3000 км постепенно преминава в открития космос.

Благодарение на атмосферата, която съдържа кислород, животът на Земята е възможен. Атмосферният кислород се използва в процеса на дишане на хора, животни и растения.

Ако нямаше атмосфера, Земята щеше да е тиха като Луната. В крайна сметка звукът е вибрацията на частиците въздух. Синият цвят на небето се обяснява с факта, че слънчевите лъчи, преминавайки през атмосферата, като през леща, се разлагат на съставните си цветове. В този случай лъчите от сини и сини цветове се разпръскват най-много.

Атмосферата улавя по-голямата част от слънчевата ултравиолетова радиация, която има пагубен ефект върху живите организми. Той също така задържа топлината близо до повърхността на Земята, предотвратявайки охлаждането на нашата планета.

Структурата на атмосферата

В атмосферата могат да се разграничат няколко слоя, различаващи се по плътност (фиг. 1).

Тропосфера

Тропосфера- най-долният слой на атмосферата, чиято дебелина над полюсите е 8-10 км, в умерените ширини - 10-12 км, а над екватора - 16-18 км.

Ориз. 1. Структурата на земната атмосфера

Въздухът в тропосферата се нагрява от земната повърхност, тоест от сушата и водата. Следователно температурата на въздуха в този слой намалява с височина средно с 0,6 °C на всеки 100 м. На горната граница на тропосферата тя достига -55 °C. В същото време в района на екватора на горната граница на тропосферата температурата на въздуха е -70 °C, а в района на Северния полюс -65 °C.

Около 80% от масата на атмосферата е концентрирана в тропосферата, почти цялата водна пара е разположена, възникват гръмотевични бури, бури, облаци и валежи, възниква вертикално (конвекция) и хоризонтално (вятър) движение на въздуха.

Можем да кажем, че времето се формира главно в тропосферата.

Стратосфера

Стратосфера- слой на атмосферата, разположен над тропосферата на височина от 8 до 50 km. Цветът на небето в този слой изглежда лилав, което се обяснява с рядкостта на въздуха, поради което слънчевите лъчи почти не се разсейват.

Стратосферата съдържа 20% от масата на атмосферата. Въздухът в този слой е разреден, практически няма водни пари и следователно почти не се образуват облаци и валежи. В стратосферата обаче се наблюдават стабилни въздушни течения, чиято скорост достига 300 км/ч.

Този слой е концентриран озон(озонов екран, озоносфера), слой, който абсорбира ултравиолетовите лъчи, предотвратявайки достигането им до Земята и по този начин защитавайки живите организми на нашата планета. Благодарение на озона температурата на въздуха на горната граница на стратосферата варира от -50 до 4-55 °C.

Между мезосферата и стратосферата има преходна зона - стратопаузата.

Мезосфера

Мезосфера- слой на атмосферата, разположен на височина 50-80 km. Плътността на въздуха тук е 200 пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята. Цветът на небето в мезосферата изглежда черен и звездите се виждат през деня. Температурата на въздуха пада до -75 (-90)°C.

На височина 80 км започва термосфера.Температурата на въздуха в този слой рязко се повишава до височина 250 m и след това става постоянна: на височина 150 km достига 220-240 ° C; на височина 500-600 km надвишава 1500 °C.

В мезосферата и термосферата под въздействието на космическите лъчи газовите молекули се разпадат на заредени (йонизирани) частици от атоми, така че тази част от атмосферата се нарича йоносфера- слой от много разреден въздух, разположен на височина от 50 до 1000 km, състоящ се главно от йонизирани кислородни атоми, молекули на азотен оксид и свободни електрони. Този слой се характеризира с висока електрификация и дълги и средни радиовълни се отразяват от него, като от огледало.

В йоносферата се появяват полярни сияния - сияние на разредени газове под въздействието на електрически заредени частици, летящи от Слънцето - и се наблюдават резки колебания в магнитното поле.

Екзосфера

Екзосфера- външният слой на атмосферата, разположен над 1000 km. Този слой се нарича още сфера на разсейване, тъй като частиците газ се движат тук с висока скорост и могат да бъдат разпръснати в космоса.

Атмосферен състав

Атмосферата е смес от газове, състояща се от азот (78,08%), кислород (20,95%), въглероден диоксид (0,03%), аргон (0,93%), малко количество хелий, неон, ксенон, криптон (0,01%), озон и други газове, но съдържанието им е незначително (табл. 1). Съвременният състав на въздуха на Земята е установен преди повече от сто милиона години, но рязко нарасналата човешка производствена дейност все пак доведе до неговата промяна. В момента има увеличение на съдържанието на CO 2 с приблизително 10-12%.

Газовете, които изграждат атмосферата, изпълняват различни функционални роли. Но основното значение на тези газове се определя преди всичко от факта, че те много силно поглъщат лъчиста енергия и по този начин оказват значително влияние върху температурния режим на земната повърхност и атмосферата.

Таблица 1. Химичен състав на сухия атмосферен въздух близо до земната повърхност

	Обемна концентрация. %	Молекулно тегло, единици
Кислород
Въглероден двуокис
Азотен оксид
	от 0 до 0,00001
серен диоксид	от 0 до 0,000007 през лятото; от 0 до 0,000002 през зимата
	От 0 до 0,000002	46,0055/17,03061
Азог диоксид
Въглероден окис

азот,Най-често срещаният газ в атмосферата, той е химически неактивен.

Кислород, за разлика от азота, е химически много активен елемент. Специфичната функция на кислорода е окисляването на органичната материя на хетеротрофни организми, скали и недостатъчно окислени газове, изпускани в атмосферата от вулкани. Без кислород не би имало разлагане на мъртва органична материя.

Ролята на въглеродния диоксид в атмосферата е изключително голяма. Той навлиза в атмосферата в резултат на процесите на горене, дишането на живите организми и гниенето и е преди всичко основният строителен материал за създаването на органична материя по време на фотосинтезата. В допълнение, способността на въглеродния диоксид да предава късовълнова слънчева радиация и да абсорбира част от топлинната дълговълнова радиация е от голямо значение, което ще създаде така наречения парников ефект, който ще бъде разгледан по-долу.

Атмосферните процеси, особено топлинният режим на стратосферата, също се влияят от озон.Този газ служи като естествен абсорбатор на ултравиолетовото лъчение от слънцето, а поглъщането на слънчевата радиация води до нагряване на въздуха. Средните месечни стойности на общото съдържание на озон в атмосферата варират в зависимост от географската ширина и времето на годината в рамките на 0,23-0,52 cm (това е дебелината на озоновия слой при приземно налягане и температура). Има увеличение на съдържанието на озон от екватора към полюсите и годишен цикъл с минимум през есента и максимум през пролетта.

Характерно свойство на атмосферата е, че съдържанието на основните газове (азот, кислород, аргон) се променя леко с надморска височина: на височина 65 km в атмосферата съдържанието на азот е 86%, кислород - 19, аргон - 0,91 , на височина 95 км - азот 77, кислород - 21,3, аргон - 0,82%. Постоянността на състава на атмосферния въздух вертикално и хоризонтално се поддържа чрез смесването му.

Освен газове, въздухът съдържа водна параИ твърди частици.Последните могат да имат както естествен, така и изкуствен (антропогенен) произход. Това са прашец, малки солни кристали, пътен прах и аерозолни примеси. Когато слънчевите лъчи проникнат през прозореца, те могат да се видят с просто око.

Особено много прахови частици има във въздуха на градовете и големите индустриални центрове, където емисиите на вредни газове и техните примеси, образувани при изгарянето на гориво, се добавят към аерозолите.

Концентрацията на аерозоли в атмосферата определя прозрачността на въздуха, което влияе на слънчевата радиация, достигаща земната повърхност. Най-големите аерозоли са кондензационните ядра (от лат. кондензация- уплътняване, сгъстяване) - допринасят за превръщането на водните пари във водни капчици.

Значението на водната пара се определя преди всичко от факта, че тя забавя дълговълновото топлинно излъчване от земната повърхност; представлява основната връзка на големи и малки цикли на влага; повишава температурата на въздуха по време на кондензация на водни легла.

Количеството водна пара в атмосферата варира във времето и пространството. Така концентрацията на водна пара на земната повърхност варира от 3% в тропиците до 2-10 (15)% в Антарктика.

Средното съдържание на водна пара във вертикалния стълб на атмосферата в умерените ширини е около 1,6-1,7 cm (това е дебелината на слоя кондензирана водна пара). Информацията за водните пари в различните слоеве на атмосферата е противоречива. Предполага се например, че в диапазона на надморската височина от 20 до 30 km специфичната влажност нараства силно с надморската височина. Последвалите измервания обаче показват по-голяма сухота на стратосферата. Очевидно специфичната влажност в стратосферата зависи малко от надморската височина и е 2-4 mg / kg.

Променливостта на съдържанието на водна пара в тропосферата се определя от взаимодействието на процесите на изпарение, кондензация и хоризонтален транспорт. В резултат на кондензацията на водните пари се образуват облаци и падат валежи под формата на дъжд, градушка и сняг.

Процесите на фазови преходи на водата протичат предимно в тропосферата, поради което облаците в стратосферата (на надморска височина 20-30 km) и мезосферата (близо до мезопаузата), наречени перлени и сребристи, се наблюдават сравнително рядко, докато тропосферните облаци често покриват около 50% от цялата земна повърхност.

Количеството водна пара, което може да се съдържа във въздуха, зависи от температурата на въздуха.

1 m 3 въздух при температура -20 ° C може да съдържа не повече от 1 g вода; при 0 °C - не повече от 5 g; при +10 °C - не повече от 9 g; при +30 °C - не повече от 30 g вода.

Заключение:Колкото по-висока е температурата на въздуха, толкова повече водна пара може да съдържа.

Въздухът може да бъде богатИ не е наситенводна пара. Така че, ако при температура от +30 ° C 1 m 3 въздух съдържа 15 g водна пара, въздухът не е наситен с водна пара; ако е 30 г - наситен.

Абсолютна влажносте количеството водна пара, съдържащо се в 1 m3 въздух. Изразява се в грамове. Например, ако казват „абсолютната влажност е 15“, това означава, че 1 m L съдържа 15 g водна пара.

Относителна влажност- това е съотношението (в проценти) на действителното съдържание на водна пара в 1 m 3 въздух към количеството водна пара, което може да се съдържа в 1 m L при дадена температура. Например, ако радиото излъчи прогноза за времето, че относителната влажност е 70%, това означава, че въздухът съдържа 70% от водните пари, които може да задържи при тази температура.

Колкото по-висока е относителната влажност, т.е. Колкото по-близо е въздухът до състояние на насищане, толкова по-вероятни са валежи.

В екваториалната зона се наблюдава винаги висока (до 90%) относителна влажност на въздуха, тъй като там температурата на въздуха остава висока през цялата година и се получава голямо изпарение от повърхността на океаните. Относителната влажност също е висока в полярните райони, но тъй като при ниски температури дори малко количество водна пара прави въздуха наситен или близък до наситен. В умерените географски ширини относителната влажност варира според сезоните – тя е по-висока през зимата, по-ниска през лятото.

Относителната влажност на въздуха в пустините е особено ниска: там 1 m 1 въздух съдържа два до три пъти по-малко водни пари, отколкото е възможно при дадена температура.

За измерване на относителната влажност се използва влагомер (от гръцки hygros - мокър и metreco - измервам).

Когато се охлади, наситеният въздух не може да задържи същото количество водна пара; той се сгъстява (кондензира), превръщайки се в капчици мъгла. През лятото в ясна, хладна нощ може да се наблюдава мъгла.

Облаци- това е същата мъгла, само че се образува не на земната повърхност, а на определена височина. Когато въздухът се издига, той се охлажда и водните пари в него кондензират. Получените малки капчици вода образуват облаци.

Образуването на облак също включва прахови частициокачени в тропосферата.

Облаците могат да имат различни форми, които зависят от условията на тяхното образуване (табл. 14).

Най-долните и тежки облаци са слоести. Те се намират на надморска височина от 2 км от земната повърхност. На височина от 2 до 8 км могат да се наблюдават по-живописни купести облаци. Най-високите и леки са перестите облаци. Те се намират на надморска височина от 8 до 18 км над земната повърхност.

Семейства	Видове облаци	Външен вид
А. Горна облачност - над 6 км	I. Цирус	Нишковидни, влакнести, бели
	II. Цирокумулус	Слоеве и ръбове от малки люспи и къдрици, бели
	III. Циростратус	Прозрачен белезникав воал
Б. Средна облачност - над 2 км	IV. Висококупест	Слоеве и ръбове от бял и сив цвят
	V. Алтостратифицирани	Гладък воал с млечносив цвят
Б. Ниска облачност – до 2 км	VI. Nimbostratus	Плътен безформен сив слой
	VII. Слоесто-купест	Непрозрачни слоеве и ръбове със сив цвят
	VIII. Наслоен	Непрозрачен сив воал
D. Облаци с вертикално развитие - от долния към горния слой	IX. Кумулус	Клубовете и куполите са ярко бели, с разкъсани ръбове от вятъра
	X. Кумулонимбус	Мощни кумулусовидни маси с тъмен оловен цвят

Атмосферна защита

Основните източници са промишлени предприятия и автомобили. В големите градове проблемът с газовото замърсяване по основните транспортни пътища е много остър. Ето защо много големи градове по света, включително и у нас, въведоха екологичен контрол на токсичността на изгорелите газове на автомобилите. Според експерти димът и прахът във въздуха могат да намалят наполовина подаването на слънчева енергия към земната повърхност, което ще доведе до промяна на природните условия.

Структурата на земната атмосфера

Атмосферата е газовата обвивка на Земята със съдържащите се в нея аерозолни частици, движещи се заедно със Земята в пространството като едно цяло и същевременно участващи в въртенето на Земята. По-голямата част от живота ни протича в дъното на атмосферата.

Почти всички планети от нашата слънчева система имат свои собствени атмосфери, но само атмосферата на земята е способна да поддържа живот.

Когато нашата планета се е формирала преди 4,5 милиарда години, тя очевидно е била лишена от атмосфера. Атмосферата се е образувала в резултат на вулканични емисии на водни пари, смесени с въглероден диоксид, азот и други химикали от вътрешността на младата планета. Но атмосферата може да съдържа ограничено количество влага, така че нейният излишък в резултат на кондензация породи океаните. Но тогава атмосферата беше лишена от кислород. Първите живи организми, възникнали и развили се в океана, в резултат на реакцията на фотосинтеза (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), започнаха да отделят малки порции кислород, които започнаха да навлизат в атмосферата.

Образуването на кислород в земната атмосфера доведе до образуването на озоновия слой на височина от приблизително 8 – 30 km. И по този начин нашата планета е придобила защита от вредното въздействие на ултравиолетовото изследване. Това обстоятелство послужи като тласък за по-нататъшното развитие на формите на живот на Земята, т.к. В резултат на повишената фотосинтеза количеството кислород в атмосферата започна бързо да расте, което допринесе за формирането и поддържането на форми на живот, включително на сушата.

Днес нашата атмосфера се състои от 78,1% азот, 21% кислород, 0,9% аргон и 0,04% въглероден диоксид. Много малки фракции в сравнение с основните газове са неон, хелий, метан и криптон.

Газовите частици, съдържащи се в атмосферата, се влияят от силата на гравитацията на Земята. И като се има предвид, че въздухът е свиваем, неговата плътност постепенно намалява с височината, преминавайки в космоса без ясна граница. Половината от общата маса на земната атмосфера е концентрирана в долните 5 km, три четвърти в долните 10 km, девет десети в долните 20 km. 99% от масата на земната атмосфера е концентрирана под надморска височина от 30 km, което е само 0,5% от екваториалния радиус на нашата планета.

На морското равнище броят на атомите и молекулите на кубичен сантиметър въздух е около 2 * 10 19, на надморска височина от 600 км само 2 * 10 7. На морското равнище атом или молекула изминава приблизително 7 * 10 -6 cm преди да се сблъска с друга частица. На надморска височина 600 км това разстояние е около 10 км. И на морското равнище, около 7 * 10 9 такива сблъсъци се случват всяка секунда, на височина от 600 км - само около един в минута!

Но не само налягането се променя с надморската височина. Температурата също се променя. Например, в подножието на висока планина може да бъде доста горещо, докато върхът на планината е покрит със сняг и в същото време температурата там е под нулата. И ако вземете самолет на височина около 10-11 км, можете да чуете съобщение, че навън е -50 градуса, а на повърхността на земята е с 60-70 градуса по-топло...

Първоначално учените приемат, че температурата намалява с височината, докато достигне абсолютната нула (-273,16°C). Но това не е вярно.

Атмосферата на Земята се състои от четири слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, йоносфера (термосфера). Това разделение на слоеве също е прието въз основа на данни за промените на температурата с височина. Най-долният слой, където температурата на въздуха намалява с височината, се нарича тропосфера. Слоят над тропосферата, където падането на температурата спира, се заменя с изотерма и накрая температурата започва да се повишава, се нарича стратосфера. Слоят над стратосферата, в който температурата отново бързо спада, е мезосферата. И накрая, слоят, където температурата започва да се повишава отново, се нарича йоносфера или термосфера.

Тропосферата се простира средно до долните 12 км. Това е мястото, където се формира нашето време. Най-високите облаци (перести) се образуват в най-горните слоеве на тропосферата. Температурата в тропосферата намалява адиабатично с височината, т.е. Промяната на температурата възниква поради намаляване на налягането с височина. Температурният профил на тропосферата до голяма степен се определя от слънчевата радиация, достигаща земната повърхност. В резултат на нагряването на земната повърхност от Слънцето се образуват конвективни и турбулентни потоци, насочени нагоре, които формират времето. Струва си да се отбележи, че влиянието на подлежащата повърхност върху долните слоеве на тропосферата се простира до височина от приблизително 1,5 km. Разбира се, без планинските райони.

Горната граница на тропосферата е тропопаузата - изотермичен слой. Помислете за характерния външен вид на гръмотевични облаци, чийто връх е „взрив“ от перести облаци, наречен „наковалня“. Тази „наковалня“ просто се „разпростира“ под тропопаузата, защото поради изотермията, възходящите въздушни течения са значително отслабени и облакът спира да се развива вертикално. Но в специални, редки случаи върховете на купесто-дъждовните облаци могат да нахлуят в долните слоеве на стратосферата, нарушавайки тропопаузата.

Височината на тропопаузата зависи от географската ширина. Така на екватора той се намира на надморска височина от около 16 км, а температурата му е около –80°C. На полюсите тропопаузата е разположена по-ниско, на около 8 km надморска височина. През лятото температурата тук е –40°C, а през зимата –60°C. Така, въпреки по-високите температури на повърхността на Земята, тропическата тропопауза е много по-студена, отколкото на полюсите.

Слоевете на атмосферата в ред от земната повърхност

Ролята на атмосферата в живота на Земята

Атмосферата е източникът на кислород, който хората дишат. Въпреки това, докато се издигате на надморска височина, общото атмосферно налягане пада, което води до намаляване на парциалното налягане на кислорода.

Човешките бели дробове съдържат приблизително три литра алвеоларен въздух. Ако атмосферното налягане е нормално, тогава парциалното налягане на кислорода в алвеоларния въздух ще бъде 11 mm Hg. Чл., Налягане на въглероден диоксид - 40 mm Hg. чл., а водната пара - 47 mm Hg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането на кислорода намалява и общото налягане на водните пари и въглеродния диоксид в белите дробове ще остане постоянно - приблизително 87 mm Hg. Изкуство. Когато налягането на въздуха се изравни с тази стойност, кислородът ще спре да тече в белите дробове.

Поради намаляването на атмосферното налягане на надморска височина от 20 км тук ще кипи вода и интерстициална течност в човешкото тяло. Ако не използвате кабина под налягане, на такава височина човек ще умре почти мигновено. Следователно, от гледна точка на физиологичните характеристики на човешкото тяло, „космосът“ произхожда от височина 20 км над морското равнище.

Ролята на атмосферата в живота на Земята е много голяма. Например, благодарение на плътните въздушни слоеве - тропосферата и стратосферата, хората са защитени от излагане на радиация. В космоса, в разреден въздух, на надморска височина над 36 км действа йонизиращо лъчение. На надморска височина над 40 км - ултравиолетово.

При издигане над земната повърхност на височина над 90-100 км ще се наблюдава постепенно отслабване и след това пълно изчезване на познатите за хората явления, наблюдавани в долния слой на атмосферата:

Не се разпространява звук.

Няма аеродинамична сила или съпротивление.

Топлината не се пренася чрез конвекция и т.н.

Атмосферният слой защитава Земята и всички живи организми от космическата радиация, от метеорити и отговаря за регулирането на сезонните температурни колебания, балансирането и изравняването на дневните цикли. При липса на атмосфера на Земята дневните температури биха варирали в рамките на +/-200C˚. Атмосферният слой е животворен „буфер“ между земната повърхност и космоса, носител на влага и топлина; в атмосферата протичат процесите на фотосинтеза и обмен на енергия - най-важните биосферни процеси.

Слоевете на атмосферата в ред от земната повърхност

Атмосферата е слоеста структура, състояща се от следните слоеве на атмосферата в ред от земната повърхност:

Тропосфера.

Стратосфера.

Мезосфера.

Термосфера.

Екзосфера

Всеки слой няма резки граници помежду си и височината им се влияе от географската ширина и сезоните. Тази слоеста структура се е образувала в резултат на температурни промени на различна надморска височина. Благодарение на атмосферата виждаме мигащи звезди.

Структура на земната атмосфера по слоеве:

От какво се състои атмосферата на Земята?

Всеки атмосферен слой се различава по температура, плътност и състав. Общата дебелина на атмосферата е 1,5-2,0 хиляди км. От какво се състои атмосферата на Земята? В момента това е смес от газове с различни примеси.

Тропосфера

Структурата на земната атмосфера започва с тропосферата, която е долната част на атмосферата с надморска височина приблизително 10-15 km. Тук е концентрирана по-голямата част от атмосферния въздух. Характерна особеност на тропосферата е спад на температурата с 0,6 ˚C при повишаване на температурата на всеки 100 метра. Тропосферата концентрира почти цялата атмосферна водна пара и тук се образуват облаците.

Височината на тропосферата се променя ежедневно. Освен това средната му стойност варира в зависимост от географската ширина и сезона на годината. Средната височина на тропосферата над полюсите е 9 км, над екватора - около 17 км. Средната годишна температура на въздуха над екватора е близо до +26 ˚C, а над Северния полюс -23 ˚C. Горната линия на тропосферната граница над екватора е със средна годишна температура около -70 ˚C, а над Северния полюс през лятото -45 ˚C и през зимата -65 ˚C. Следователно, колкото по-голяма е надморската височина, толкова по-ниска е температурата. Слънчевите лъчи преминават безпрепятствено през тропосферата, нагрявайки земната повърхност. Топлината, излъчвана от слънцето, се задържа от въглероден диоксид, метан и водни пари.

Стратосфера

Над тропосферния слой е стратосферата, чиято височина е 50-55 км. Особеността на този слой е, че температурата се повишава с височина. Между тропосферата и стратосферата се намира преходен слой, наречен тропопауза.

От приблизително 25 километра надморска височина температурата на стратосферния слой започва да се повишава и при достигане на максимална надморска височина от 50 километра придобива стойности от +10 до +30 ˚C.

В стратосферата има много малко водна пара. Понякога на надморска височина от около 25 км можете да намерите доста тънки облаци, които се наричат ​​„перлени облаци“. През деня те не се забелязват, но през нощта светят поради осветяването на слънцето, което е под хоризонта. Съставът на седефените облаци се състои от преохладени водни капчици. Стратосферата се състои главно от озон.

Мезосфера

Височината на мезосферния слой е приблизително 80 km. Тук, докато се издига нагоре, температурата намалява и на самия връх достига стойности от няколко десетки C˚ под нулата. В мезосферата също могат да се наблюдават облаци, които се предполага, че са образувани от ледени кристали. Тези облаци се наричат ​​"ноцилуцентни". Мезосферата се характеризира с най-ниската температура в атмосферата: от -2 до -138 ˚C.

Термосфера

Този атмосферен слой е получил името си поради високите си температури. Термосферата се състои от:

йоносфера.

Екзосфера.

Йоносферата се характеризира с разреден въздух, всеки сантиметър от който на височина 300 km се състои от 1 милиард атома и молекули, а на височина 600 km - повече от 100 милиона.

Йоносферата също се характеризира с висока йонизация на въздуха. Тези йони са съставени от заредени кислородни атоми, заредени молекули от азотни атоми и свободни електрони.

Екзосфера

Екзосферният слой започва на височина 800-1000 км. Частиците газ, особено леките, се движат тук с огромна скорост, преодолявайки силата на гравитацията. Такива частици, поради бързото си движение, излитат от атмосферата в открития космос и се разсейват. Следователно екзосферата се нарича сфера на дисперсия. Предимно водородни атоми, които съставляват най-високите слоеве на екзосферата, летят в космоса. Благодарение на частиците в горните слоеве на атмосферата и частиците от слънчевия вятър можем да видим северното сияние.

Сателитите и геофизичните ракети позволиха да се установи наличието в горните слоеве на атмосферата на радиационния пояс на планетата, състоящ се от електрически заредени частици - електрони и протони.

Атмосферата на Земята е разнородна: на различни височини има различна плътност и налягане на въздуха, промени в температурата и газовия състав. Въз основа на поведението на температурата на околния въздух (т.е. температурата се повишава или намалява с височина) в него се разграничават следните слоеве: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и екзосфера. Границите между слоевете се наричат ​​паузи: има 4 от тях, защото горната граница на екзосферата е много размита и често се отнася за близкия космос. Общата структура на атмосферата можете да намерите на приложената диаграма.

Фиг.1 Структурата на земната атмосфера. Кредит: уебсайт

Най-долният слой на атмосферата е тропосферата, чиято горна граница, наречена тропопауза, варира в зависимост от географската ширина и варира от 8 км. в полярните до 20 км. в тропическите ширини. В средните или умерените ширини горната му граница е на височини 10-12 km.През годината горната граница на тропосферата изпитва колебания в зависимост от притока на слънчева радиация. Така в резултат на сондиране на южния полюс на Земята от метеорологичната служба на САЩ беше разкрито, че от март до август или септември има постоянно охлаждане на тропосферата, в резултат на което за кратък период през август или септември границата му се издига на 11,5 км. След това, в периода от септември до декември, тя бързо намалява и достига най-ниската си позиция - 7,5 km, след което височината й остава практически непроменена до март. Тези. Тропосферата достига най-голяма дебелина през лятото и най-тънка през зимата.

Заслужава да се отбележи, че освен сезонните, има и дневни колебания във височината на тропопаузата. Също така, неговата позиция се влияе от циклони и антициклони: в първия той пада, защото Налягането в тях е по-ниско, отколкото в околния въздух, и второ, съответно се повишава.

Тропосферата съдържа до 90% от общата маса на земния въздух и 9/10 от цялата водна пара. Тук турбулентността е силно развита, особено в приповърхностните и най-високите слоеве, развиват се облаци от всички нива, образуват се циклони и антициклони. И поради натрупването на парникови газове (въглероден диоксид, метан, водни пари) на слънчевата светлина, отразена от повърхността на Земята, се развива парниковият ефект.

Парниковият ефект се свързва с намаляване на температурата на въздуха в тропосферата с височина (тъй като нагрятата Земя отдава повече топлина на повърхностните слоеве). Средният вертикален градиент е 0,65°/100 m (т.е. температурата на въздуха намалява с 0,65°C на всеки 100 метра издигане). Така че, ако средната годишна температура на въздуха на повърхността на Земята близо до екватора е +26 °, тогава на горната граница е -70 °. Температурата в района на тропопаузата над Северния полюс варира през цялата година от -45° през лятото до -65° през зимата.

С увеличаване на надморската височина налягането на въздуха също намалява, достигайки само 12-20% от нивото близо до повърхността на горната граница на тропосферата.

На границата на тропосферата и горния слой на стратосферата лежи слой от тропопауза с дебелина 1-2 km. Долните граници на тропопаузата обикновено се приемат като слой въздух, в който вертикалният градиент намалява до 0,2°/100 m спрямо 0,65°/100 m в долните области на тропосферата.

В рамките на тропопаузата се наблюдават въздушни потоци със строго определена посока, наречени височинни струйни потоци или „струйни потоци“, образувани под въздействието на въртенето на Земята около оста си и нагряването на атмосферата с участието на слънчевата радиация. . На границите на зони със значителни температурни разлики се наблюдават течения. Има няколко центъра на локализация на тези течения, например арктически, субтропични, субполярни и други. Познаването на локализацията на струйните потоци е много важно за метеорологията и авиацията: първата използва потоците за по-точна прогноза за времето, втората за конструиране на маршрути за полети на самолети, т.к. По границите на потоците има силни турбулентни вихри, подобни на малки водовъртежи, наречени „вихри при ясно небе“, поради липсата на облаци на тези височини.

Под въздействието на височинни струйни течения в тропопаузата често се образуват прекъсвания, а понякога тя напълно изчезва, но след това се образува отново. Това се наблюдава особено често в субтропичните ширини, които са доминирани от мощен субтропичен височинен ток. В допълнение, разликата в слоевете на тропопаузата в температурата на околната среда води до образуване на празнини. Например съществува голяма разлика между топлата и ниска полярна тропопауза и високата и студена тропопауза на тропическите ширини. Наскоро се появи и слой от тропопаузата на умерените ширини, който има прекъсвания с предишните два слоя: полярен и тропически.

Вторият слой на земната атмосфера е стратосферата. Стратосферата може грубо да бъде разделена на две области. Първият от тях, разположен до надморска височина от 25 km, се характеризира с почти постоянни температури, които са равни на температурите на горните слоеве на тропосферата над определена област. Вторият регион, или регионът на инверсия, се характеризира с повишаване на температурата на въздуха до надморска височина от приблизително 40 km. Това се дължи на абсорбцията на слънчевата ултравиолетова радиация от кислород и озон. В горната част на стратосферата, благодарение на това нагряване, температурата често е положителна или дори сравнима с температурата на повърхностния въздух.

Над областта на инверсия има слой с постоянни температури, който се нарича стратопауза и е границата между стратосферата и мезосферата. Дебелината му достига 15 км.

За разлика от тропосферата, турбулентните смущения са рядкост в стратосферата, но има силни хоризонтални ветрове или струйни потоци, духащи в тесни зони по границите на умерените ширини, обърнати към полюсите. Позицията на тези зони не е постоянна: те могат да се изместват, разширяват или дори да изчезнат напълно. Често струйните потоци проникват в горните слоеве на тропосферата или, обратно, въздушните маси от тропосферата проникват в долните слоеве на стратосферата. Такова смесване на въздушните маси е особено характерно в районите на атмосферни фронтове.

В стратосферата има малко водна пара. Въздухът тук е много сух и затова се образуват малко облаци. Само на надморска височина от 20-25 км и във високи географски ширини можете да забележите много тънки перлени облаци, състоящи се от преохладени водни капчици. През деня тези облаци не се виждат, но с настъпването на тъмнината те сякаш светят поради осветяването им от слънцето, което вече е залязло под хоризонта.

На същите височини (20-25 км) в долната стратосфера се намира т. нар. озонов слой - зоната с най-високо съдържание на озон, който се образува под въздействието на ултравиолетовата слънчева радиация (можете да разберете повече за това процес на страницата). Озоновият слой или озоносферата е от изключителна важност за поддържането на живота на всички организми, живеещи на сушата, поглъщайки смъртоносните ултравиолетови лъчи с дължина на вълната до 290 nm. Поради тази причина живите организми не живеят над озоновия слой, той е горната граница на разпространението на живота на Земята.

Под въздействието на озона се променят и магнитните полета, разпадат се атоми и молекули, настъпва йонизация и ново образуване на газове и други химични съединения.

Слоят на атмосферата, разположен над стратосферата, се нарича мезосфера. Характеризира се с понижаване на температурата на въздуха с височина със среден вертикален градиент 0,25-0,3°/100 m, което води до силна турбулентност. На горните граници на мезосферата, в областта, наречена мезопауза, са регистрирани температури до -138°C, което е абсолютният минимум за цялата земна атмосфера като цяло.

Тук, в рамките на мезопаузата, лежи долната граница на областта на активно поглъщане на рентгеново и късовълново ултравиолетово лъчение от Слънцето. Този енергиен процес се нарича лъчист пренос на топлина. В резултат на това газът се нагрява и йонизира, което кара атмосферата да свети.

На височини от 75-90 км в горните граници на мезосферата бяха забелязани специални облаци, заемащи обширни площи в полярните райони на планетата. Тези облаци се наричат ​​нощни поради тяхното сияние при здрач, което се причинява от отразяването на слънчевата светлина от ледените кристали, от които са съставени тези облаци.

Налягането на въздуха в мезопаузата е 200 пъти по-ниско, отколкото на земната повърхност. Това предполага, че почти целият въздух в атмосферата е концентриран в нейните 3 долни слоя: тропосферата, стратосферата и мезосферата. Горните слоеве, термосферата и екзосферата, представляват само 0,05% от масата на цялата атмосфера.

Термосферата се намира на височина от 90 до 800 км над земната повърхност.

Термосферата се характеризира с непрекъснато повишаване на температурата на въздуха до височини 200-300 км, където може да достигне 2500°C. Температурата се повишава поради поглъщането на рентгеновите лъчи и късовълновата ултравиолетова радиация от Слънцето от газовите молекули. Над 300 км над морското равнище повишаването на температурата спира.

Едновременно с повишаването на температурата налягането и следователно плътността на околния въздух намалява. Така че, ако на долните граници на термосферата плътността е 1,8 × 10 -8 g/cm 3, то на горните граници вече е 1,8 × 10 -15 g/cm 3, което приблизително съответства на 10 милиона - 1 милиард частици на 1 cm3.

Всички характеристики на термосферата, като състава на въздуха, неговата температура, плътност, са подложени на силни колебания: в зависимост от географското местоположение, сезона на годината и времето на деня. Дори местоположението на горната граница на термосферата се променя.

Най-горният слой на атмосферата се нарича екзосфера или разсейващ слой. Долната му граница постоянно се променя в много широки граници; Средната височина се приема за 690-800 км. Инсталира се там, където вероятността от междумолекулни или междуатомни сблъсъци може да бъде пренебрегната, т.е. средното разстояние, което една хаотично движеща се молекула ще измине, преди да се сблъска с друга подобна молекула (т.нар. свободен път), ще бъде толкова голямо, че всъщност молекулите няма да се сблъскат с вероятност, близка до нула. Слоят, където се случва описаното явление, се нарича термична пауза.

Горната граница на екзосферата е на височина от 2-3 хиляди километра. Тя е силно замъглена и постепенно се превръща в околокосмически вакуум. Понякога, поради тази причина, екзосферата се счита за част от космическото пространство и нейната горна граница се приема за височина от 190 хил. км, при която влиянието на налягането на слънчевата радиация върху скоростта на водородните атоми надвишава гравитационното привличане на Земята. Това е т.нар земната корона, състояща се от водородни атоми. Плътността на земната корона е много малка: само 1000 частици на кубичен сантиметър, но това число е повече от 10 пъти по-високо от концентрацията на частици в междупланетното пространство.

Поради изключителното разреждане на въздуха в екзосферата, частиците се движат около Земята по елиптични орбити, без да се сблъскват една с друга. Някои от тях, движейки се по отворени или хиперболични траектории с космически скорости (атоми на водород и хелий), напускат атмосферата и излизат в открития космос, поради което екзосферата се нарича сфера на разсейване.

> земна атмосфера

Описание Земна атмосфераза деца от всички възрасти: от какво е направен въздухът, наличието на газове, слоеве със снимки, климат и време на третата планета от Слънчевата система.

За най-малкитеВече е известно, че Земята е единствената планета в нашата система, която има жизнеспособна атмосфера. Газовото одеяло е не само богато на въздух, но и ни предпазва от прекомерна топлина и слънчева радиация. важно обясни на децатаче системата е проектирана невероятно добре, защото позволява на повърхността да се затопля през деня и да се охлажда през нощта, поддържайки приемлив баланс.

Започнете обяснение за децаВъзможно е от факта, че кълбото на земната атмосфера се простира на 480 км, но по-голямата част от него се намира на 16 км от повърхността. Колкото по-висока е надморската височина, толкова по-ниско е налягането. Ако вземем морското равнище, тогава налягането там е 1 кг на квадратен сантиметър. Но на надморска височина от 3 км ще се промени - 0,7 кг на квадратен сантиметър. Разбира се, при такива условия е по-трудно да се диша ( децабихте могли да почувствате това, ако някога сте ходили на поход в планината).

Състав на въздуха на Земята - обяснение за деца

Сред газовете има:

• Азот – 78%.
• Кислород – 21%.
• Аргон – 0,93%.
• Въглероден диоксид – 0,038%.
• Има и водна пара и други газови примеси в малки количества.

Атмосферни слоеве на Земята - обяснение за деца

родителиили учители В училищеТрябва да ви напомним, че земната атмосфера е разделена на 5 нива: екзосфера, термосфера, мезосфера, стратосфера и тропосфера. С всеки слой атмосферата се разтваря все повече и повече, докато накрая газовете се разпръснат в космоса.

Тропосферата е най-близо до повърхността. С дебелина от 7-20 km, той съставлява половината от земната атмосфера. Колкото по-близо до Земята, толкова повече се затопля въздухът. Тук се събират почти всички водни пари и прах. Децата може да не се изненадат, че облаците плуват на това ниво.

Стратосферата започва от тропосферата и се издига на 50 km над повърхността. Тук има много озон, който загрява атмосферата и предпазва от вредната слънчева радиация. Въздухът е 1000 пъти по-разреден от над морското равнище и необичайно сух. Ето защо самолетите се чувстват страхотно тук.

Мезосфера: 50 km до 85 km над повърхността. Пикът се нарича мезопауза и е най-хладното място в земната атмосфера (-90°C). Много е трудно да се изследва, защото реактивните самолети не могат да стигнат дотам, а орбиталната височина на сателитите е твърде висока. Учените знаят само, че това е мястото, където метеорите изгарят.

Термосфера: 90 км и между 500-1000 км. Температурата достига 1500°C. Смята се за част от земната атмосфера, но е важна обясни на децатаче плътността на въздуха тук е толкова ниска, че по-голямата част от него вече се възприема като космическо пространство. Всъщност тук се намират космическите совалки и Международната космическа станция. Освен това тук се образуват полярни сияния. Заредените космически частици влизат в контакт с атомите и молекулите на термосферата, прехвърляйки ги на по-високо енергийно ниво. Благодарение на това ние виждаме тези фотони светлина под формата на полярно сияние.

Екзосферата е най-високият слой. Невероятно тънка линия на сливане на атмосферата с пространството. Състои се от широко разпръснати частици водород и хелий.

Климат и време на Земята - обяснение за деца

За най-малкитетрябва да обясниче Земята успява да поддържа много живи видове благодарение на регионален климат, който е представен от екстремен студ на полюсите и тропическа топлина на екватора. децатрябва да знаете, че регионалният климат е времето, което в определен район остава непроменено в продължение на 30 години. Разбира се, понякога може да се промени за няколко часа, но в по-голямата си част остава стабилен.

Освен това се отличава глобалният земен климат - средният на регионалния. Тя се е променяла през цялата човешка история. Днес има бързо затопляне. Учените бият тревога, тъй като парниковите газове, причинени от човешката дейност, задържат топлината в атмосферата, рискувайки да превърнат планетата ни във Венера.