Газова оболонка, що оточує нашу планету, Земля, відома як атмосфера, складається з п'яти основних шарів. Ці шари беруть початок на поверхні планети, від рівня моря (іноді нижче) і піднімаються до космічного простору в наступній послідовності:
- Тропосфера;
- Стратосфера;
- мезосфера;
- Термосфера;
- Екзосфера.
Схема основних верств атмосфери Землі
У проміжку між кожним із цих основних п'яти шарів знаходяться перехідні зони, Звані «паузами», де відбуваються зміни температури, складу та щільності повітря. Разом із паузами, атмосфера Землі загалом включає 9 шарів.
Тропосфера: де відбувається погода
Зі всіх шарів атмосфери тропосфера є тим, з яким ми найбільше знайомі (усвідомлюєте ви це чи ні), тому що ми живемо на її дні – поверхні планети. Вона огортає поверхню Землі і простягається на кілька кілометрів. Слово тропосфера означає "зміна кулі". Дуже відповідна назва, тому що цей шар, де відбувається наша повсякденна погода.
Починаючи з поверхні планети тропосфера піднімається на висоту від 6 до 20 км. Нижня третина шару, що найближча до нас, містить 50% усіх атмосферних газів. Це єдина частина всього складу атмосфери, що дихає. Завдяки тому, що повітря нагрівається знизу земною поверхнею, що поглинає теплову енергіюСонця, зі збільшенням висоти температура та тиск тропосфери знижуються.
На вершині знаходиться тонкий шар, званий тропопаузою, який є лише буфером між тропосферою і стратосферою.
Стратосфера: будинок озону
Стратосфера – наступний шар атмосфери. Він тягнеться від 6-20 км до 50 км над земною поверхнею Землі. Це шар, у якому літають більшість комерційних авіалайнерів та подорожують повітряні кулі.
Тут повітря не тече вгору і вниз, а рухається паралельно до поверхні в дуже швидких повітряних потоках. У міру того, як ви піднімаєтеся, температура збільшується, завдяки великій кількості природного озону (O 3) - побічного продукту сонячної радіації та кисню, який має здатність поглинати шкідливі ультрафіолетові промені сонця (будь-яке підвищення температури з висотою в метеорології, відоме як "інверсія") .
Оскільки стратосфера має більш теплі температури внизу і прохолодніші нагорі, конвекція (вертикальні переміщення повітряних мас) зустрічається рідко в цій частині атмосфери. Фактично, ви можете розглядати зі стратосфери бурю, що бушує в тропосфері, оскільки шар діє як «ковпачок» для конвекції, через який не проникають штормові хмари.
Після стратосфери знову слідує буферний шар, цього разу званий стратопаузою.
Мезосфера: середня атмосфера
Мезосфера знаходиться приблизно на відстані 50-80 км від Землі. Верхня область мезосфери є найхолоднішим природним місцем Землі, де температура може опускатися нижче -143° C.
Термосфера: верхня атмосфера
Після мезосфери і мезопаузи слідує термосфера, розташована між 80 і 700 км над поверхнею планети, і містить менше 0,01% всього повітря в атмосферній оболонці. Температури тут досягають до +2000 ° C, але через сильну розрідженість повітря і нестачу молекул газу для перенесення тепла, ці високі температурисприймаються як дуже холодні.
Екзосфера: кордон атмосфери та космосу
На висоті близько 700-10 000 км над земною поверхнею знаходиться екзосфера - зовнішній край атмосфери, що межує з космосом. Тут метеорологічні супутники обертаються довкола Землі.
Як щодо іоносфери?
Іоносфера є окремим шаром, а насправді цей термін використовується для позначення атмосфери на висоті від 60 до 1000 км. Вона включає найвищі частини мезосфери, всю термосферу і частину екзосфери. Іоносфера дістала свою назву, тому що в цій частині атмосфери випромінювання Сонця іонізується, коли проходить магнітні поля Землі на і . Це явище спостерігається із землі як північне сяйво.
Атмосфера – газова оболонка нашої планети, яка обертається разом із Землею. Газ, що у атмосфері, називають повітрям. Атмосфера стикається з гідросферою та частково покриває літосферу. А ось верхні межі визначити важко. Умовно прийнято вважати, що атмосфера простягається нагору приблизно на три тисячі кілометрів. Там вона плавно перетікає у безповітряний простір.
Хімічний склад атмосфери Землі
Формування хімічного складуатмосфери почалося близько чотирьох мільярдів років тому. Спочатку атмосфера складалася лише з легких газів – гелію та водню. На думку вчених, вихідними передумовами створення газової оболонки навколо Землі стали виверження вулканів, які разом з лавою викидали величезну кількість газів. Надалі розпочався газообмін з водними просторами, з живими організмами, з продуктами їхньої діяльності. Склад повітря поступово змінювався і в сучасному виглядізафіксувався кілька мільйонів років тому.
Головні складові атмосфери це азот (близько 79%) і кисень (20%). Відсоток, що залишився (1%) припадає на такі гази: аргон, неон, гелій, метан, вуглекислий газ, водень, криптон, ксенон, озон, аміак, двоокису сірки і азоту, закис азоту і окис вуглецю, що входять в цей один відсоток.
Крім того, в повітрі міститься водяна пара і тверді частинки (пилок рослин, пил, кристали солі, домішки аерозолів).
У Останнім часомвчені відзначають не якісну, а кількісну зміну деяких інгредієнтів повітря. І причина тому – людина та її діяльність. Лише за останні 100 років вміст вуглекислого газу значно зріс! Це загрожує багатьма проблемами, найбільш глобальна з яких – зміна клімату.
Формування погоди та клімату
Атмосфера грає найважливішу роль формуванні клімату та погоди Землі. Дуже багато залежить від кількості сонячних променів, від характеру поверхні, що підстилає, і атмосферної циркуляції.
Розглянемо чинники з порядку.
1. Атмосфера пропускає тепло сонячних променів та поглинає шкідливу радіацію. Про те, що промені Сонця падають різні ділянки Землі під різними кутами, знали ще древні греки. Саме слово "клімат" у перекладі з давньогрецької означає "нахил". Так, на екваторі сонячні промені падають практично прямовисно, тому тут дуже спекотно. Чим ближче до полюсів, тим більший кут нахилу. І температура знижується.
2. Через нерівномірне нагрівання Землі в атмосфері формуються повітряні течії. Вони класифікуються за своїми розмірами. Найменші (десятки та сотні метрів) – це місцеві вітри. Далі йдуть мусони та пасати, циклони та антициклони, планетарні фронтальні зони.
Всі ці повітряні масипостійно переміщуються. Деякі їх досить статичні. Наприклад, пасати, які дмуть від субтропіків до екватора. Рух інших багато в чому залежить від атмосферного тиску.
3. Атмосферний тиск – ще один фактор, що впливає на формування клімату. Це тиск повітря на поверхню ґрунту. Як відомо, повітряні маси переміщаються з області з підвищеним атмосферним тиском у бік області, де тиск нижче.
Усього виділено 7 зон. Екватор – зона низького тиску. Далі, по обидва боки від екватора до тридцятих широт - область високого тиску. Від 30 ° до 60 ° - знову низький тиск. А від 60 ° до полюсів – зона високого тиску. Між цими зонами циркулюють повітряні маси. Ті, що йдуть із моря на сушу, несуть дощі та негоду, а ті, що дмуть із континентів – ясну та суху погоду. У місцях, де повітряні течії стикаються, утворюються зони атмосферного фронту, які характеризуються опадами та негодною, вітряною погодою.
Вчені довели, що від атмосферного тиску залежить навіть здоров'я людини. За міжнародними стандартами нормальне атмосферний тиск- 760 мм рт. стовпа за температури 0°C. Цей показник розрахований на ті ділянки суші, які знаходяться практично нарівні з рівнем моря. З висотою тиск знижується. Тому, наприклад, для Санкт-Петербурга 760 мм рт. - це норма. А ось для Москви, яка розташована вище, нормальний тиск – 748 мм рт.ст.
Тиск змінюється не тільки по вертикалі, а й по горизонталі. Особливо це відчувається під час проходження циклонів.
Будова атмосфери
Атмосфера нагадує листковий пиріг. І кожний шар має свої особливості.
. Тропосфера- Найближчий до Землі шар. "Товщина" цього шару змінюється при віддаленні від екватора. Над екватором шар простягається вгору на 16-18 км, в помірних зонах – на 10-12 км, на полюсах – на 8-10 км.
Саме тут міститься 80% усієї маси повітря та 90% водяної пари. Тут утворюються хмари, виникають циклони та антициклони. Температура повітря залежить від висоти. В середньому вона знижується на 0,65 ° C на кожні 100 метрів.
. Тропопауза- Перехідний шар атмосфери. Його висота – від кількох сотень метрів до 1-2 км. Температура повітря влітку вища, ніж узимку. Так, наприклад, над полюсами взимку -65 ° C. А над екватором будь-якої пори року тримається -70 ° C.
. Стратосфера- Це шар, верхня межа якого проходить на висоті 50-55 км. Турбулентність тут низька, вміст водяної пари в повітрі – незначний. Проте дуже багато озону. Максимальна його концентрація – на висоті 20-25 км. У стратосфері температура повітря починає підвищуватися і досягає позначки +0,8 ° C. Це зумовлено тим, що озоновий шар взаємодіє з ультрафіолетовим випромінюванням.
. Стратопауза- невисокий проміжний шар між стратосферою та наступною за нею мезосферою.
. Мезосфера- верхня межа цього шару – 80-85 кілометрів. Тут відбуваються складні фотохімічні процеси за участю вільних радикалів. Саме вони забезпечують те ніжне блакитне сяйво нашої планети, яке бачиться з космосу.
У мезосфері згоряє більшість комет та метеоритів.
. Мезопауза- наступний проміжний шар, температура повітря в якому -90°.
. Термосфера- нижня межа починається висоті 80 - 90 км, а верхня межа шару проходить приблизно за позначкою 800 км. Температура повітря зростає. Вона може змінюватись від +500°C до +1000°C. Протягом доби температурні коливання складають сотні градусів! Але повітря тут настільки розріджене, що розуміння терміна "температура" як ми його уявляємо, тут не доречно.
. Іоносфера- поєднує мезосферу, мезопаузу та термосферу. Повітря тут складається в основному з молекул кисню та азоту, а також із квазінейтральної плазми. Сонячні промені, потрапляючи в іоносферу, сильно іонізують молекули повітря. У нижньому шарі (до 90 км) ступінь іонізація низька. Що вище, то більше вписувалося іонізація. Так, на висоті 100–110 км електрони концентруються. Це сприяє відображенню коротких та середніх радіохвиль.
Найважливіший шар іоносфери – верхній, що знаходиться на висоті 150-400 км. Його особливість у тому, що він відображає радіохвилі, а це сприяє передачі радіосигналів на значні відстані.
Саме в іоносфері відбувається таке явище, як полярне сяйво.
. Екзосфера- складається з атомів кисню, гелію та водню. Газ у цьому шарі дуже розріджений і часто атоми водню вислизають у космічний простір. Тому цей шар і називають "зоною розсіювання".
Першим ученим, який припустив, що наша атмосфера має вагу, був італієць Е. Торрічеллі. Остап Бендер, наприклад, у романі "Золоте теля" журився, що на кожну людину тисне повітряний стовп вагою 14 кг! Але великий комбінатор трохи помилявся. Доросла людина відчуває на себе тиск 13-15 тонн! Але ми не відчуваємо цієї тяжкості, тому що атмосферний тиск урівноважується внутрішнім тиском людини. Вага нашої атмосфери складає 5300000000000 000 тонн. Цифра колосальна, хоча це лише мільйонна частина ваги нашої планети.
Атмосфера - це газова або повітряна оболонка, що оточує нашу планету. Атмосфера є сумішшю газів, в ній знаходяться різні домішки конденсаційного (продукти конденсації водяної пари, частинки, з яких складаються тумани, хмари, опади) і неконденсаційного (тверді частинки: пил, дим, гар, спори рослин і т.д.) походження . Склад атмосфери: азот (78,8%), кисень (20,95%), аргон (0,93%). Крім того, в атмосфері є водяна пара і вуглекислий газ, які сильно впливають на температурний режим атмосфери.
Тропосфера – найближчий до земної поверхнішар. Він простягається до висоти 8..10 км у полярних областях, до 10...12 км у помірних широтах і до 16..18 км у тропіках. У тропосфері виділяється прикордонний шар (шар тертя), що знаходиться на висоті до 100 м від з.п. У тропосфері температура з висотою знижується, становить середньому о,65 на кожні 100 м. Зниження пов'язані з тим, що повітря у тропосфері нагрівається і охолоджується від земної поверхні. Тут спостерігаються хмари, тумани, розвиваються грози, смерчі, урагани. Вітер із висотою посилюється, його швидкість досягає максимальних значень на висоті 8..10 км (в помірних широтах), становлячи іноді 100 км/год і більше (струменеві течії). Переважає західний напрямок вітру. Утворюються різні повітряні маси, формуються атмосферні фронти, розвиваються циклони та антициклони. Найзапиленіша частина атмосфери
Стратосфера розташовується від тропопаузи (перебуває між тропосферою і стратосферою) до висоти близько 50 км. Температура повітря практично постійна, вище температура збільшується внаслідок поглинання ультрафіолетової частки сонячного спектру атмосферним озоном. Хмар практично немає, лише перламутрові хмари на висотах 20...30 км, де температура повітря -55...-100. Можна спостерігати лише в сутінках, після заходу Сонця або перед сходом сонця. Спостерігається в основному над Аляською та Скандинавією. Швидкість західного вітру зменшується з висотою, досягаючи мінімального значення висоті 18…21 км, після швидкість починає знову зростати змінюючи напрями східне. Східний напрямок відокремлюється від розташованих нижче західних верств зі слабким нестійкими вітрами. Цей перехідний шар називається велопаузою. Іноді спостерігається різке стратосферне потепління.
Область атмосфери із зарядженими частинками називається іоносферою. Концентрація іонів та електронів непостійна. Максимум концентрації посідає висоті70…80 км
2. Стандартна атмосфера (са). Завдання розв'язувані за допомогою са
Стандартна атмосфера- це умовна постійна атмосфера, незалежна від широти місця, пори року та синоптичних умов. Для неї використовуються багаторічні метеорологічні спостереження, що ґрунтуються на результатах вимірювань за допомогою радіозондування та метеорологічних ракет. На льотно-технічні дані ПС впливає стан атмосфери. Щоб порівняти льотно-технічні дані різних літаків та гелікоптерів, їх призводять до однакових атмосферних умов. З цією метою використовується стандартна атмосфера.
Енциклопедичний YouTube
1 / 5
✪ Земля космічний корабель(14 Серія) - Атмосфера
✪ Чому атмосферу не втягло у космічний вакуум?
✪ Вхід в атмосферу Землі корабля "Союз ТМА-8"
✪ Атмосфера будова, значення, вивчення
✪ О. С. Угольников "Верхня атмосфера. Зустріч Землі та космосу"
Субтитри
Кордон атмосфери
Атмосферою прийнято вважати ту область навколо Землі, в якій газове середовище обертається разом із Землею як єдине ціле. Атмосфера перетворюється на міжпланетне простір поступово, в екзосфері , що починається висоті 500-1000 км від Землі .
За визначенням, запропонованим Міжнародною, авіаційною федерацією, кордон атмосфери і космосу проводиться по лінії Кишені, розташованої на висоті близько 100 км, вище якої авіаційні польоти стають повністю неможливими. NASA використовує як межу атмосфери позначку в 122 кілометри (400 000 футів), де «шатли» перемикаються з маневрування за допомогою двигунів на аеродинамічний маневрування.
Фізичні властивості
Крім зазначених у таблиці газів, в атмосфері містяться Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), вуглеводні , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), пари Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), а також багато інших газів у незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль). Найрідкіснішим газом у Земній атмосфері є Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .
Будова атмосфери
Прикордонний шар атмосфери
Нижній шар тропосфери (1-2 км завтовшки), у якому стан та властивості поверхні Землі безпосередньо впливають на динаміку атмосфери.
Тропосфера
Її верхня межа знаходиться на висоті 8-10 км у полярних, 10-12 км у помірних та 16-18 км у тропічних широтах; взимку нижче, ніж улітку.
Нижній основний шар атмосфери містить понад 80 % усієї маси. атмосферного повітряі близько 90 % всього водяної пари, що є в атмосфері. У тропосфері сильно розвинені турбулентність та конвекція, виникають хмари, розвиваються циклони та антициклони. Температура зменшується зі зростанням висоти із середнім вертикальним градієнтом 0,65°/100 метрів.
Тропопауза
Перехідний шар від тропосфери до стратосфери, шар атмосфери, де припиняється зниження температури з висотою.
Стратосфера
Шар атмосфери, що знаходиться на висоті від 11 до 50 км. Характерно незначна зміна температури у шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) та підвищення її у шарі 25-40 км від мінус 56,5 до плюс 0,8 ° С (верхній шар стратосфери або область інверсії). Досягши на висоті близько 40 км. значення близько 273 К (майже 0 °C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км. Ця область постійної температуриназивається стратопаузою і є межею між стратосферою та мезосферою.
Стратопауза
Прикордонний шар атмосфери між стратосферою та мезосферою. У вертикальному розподілі температури є максимум (близько 0 °C).
Мезосфера
Термосфера
Верхня межа – близько 800 км. Температура зростає до висот 200-300 км, де досягає значень порядку 1500 К, після чого залишається майже постійною великих висот. Під дією сонячної радіації та космічного випромінювання відбувається іонізація повітря («полярні сяйва») - основні області іоносфери лежать усередині термосфери. На висотах понад 300 км. переважає атомарний кисень. Верхня межа термосфери значною мірою визначається поточною активністю Сонця. У періоди низької активності – наприклад, у 2008-2009 роках – відбувається помітне зменшення розмірів цього шару.
Термопауза
Область атмосфери, що прилягає зверху до термосфери. У цій галузі поглинання сонячного випромінювання незначне, і температура фактично не змінюється з висотою.
Екзосфера (сфера розсіювання)
До висоти 100 км атмосфера є гомогенною добре перемішаною сумішшю газів. У більш високих шарахРозподіл газів по висоті залежить від їх молекулярних мас, концентрація більш важких газів зменшується швидше при віддаленні від Землі. Внаслідок зменшення щільності газів температура знижується від 0 °C у стратосфері до мінус 110 °C у мезосфері. Однак кінетична енергія окремих частинок на висотах 200-250 км. відповідає температурі ~ 150 °C. Понад 200 км спостерігаються значні флуктуації температури та щільності газів у часі та просторі.
На висоті близько 2000-3500 км екзосфера поступово переходить у так званий ближньокосмічний вакуум, Який заповнений рідкісними частинками міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ є лише частиною міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частинки кометного та метеорного походження. Окрім надзвичайно розріджених пилоподібних частинок, у цей простір проникає електромагнітна та корпускулярна радіація сонячного та галактичного походження.
Огляд
Перед тропосфери припадає близько 80 % маси атмосфери, частку стратосфери - близько 20 %; маса мезосфери - не більше 0,3%, термосфери - менше 0,05% загальної масиатмосфери.
На підставі електричних властивостей у атмосфері виділяють нейтросферуі іоносферу .
Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферуі гетеросферу. Гетеросфера- це область, де гравітація впливає поділ газів, оскільки їх перемішування такий висоті незначно. Звідси випливає змінний склад гетеросфери. Нижче лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери, звана гомосфера . Кордон між цими шарами називається турбопаузою, вона лежить на висоті близько 120 км.
Інші властивості атмосфери та вплив на людський організм
Вже на висоті 5 км над рівнем моря у нетренованої людини з'являється кисневе голодування і без адаптації працездатність людини значно знижується. Тут кінчається фізіологічна зона атмосфери. Подих людини стає неможливим на висоті 9 км, хоча приблизно до 115 км атмосфера містить кисень.
Атмосфера забезпечує нас необхідним для дихання киснем. Однак унаслідок падіння загального тиску атмосфери у міру підйому на висоту відповідно знижується і парціальний тиск кисню.
Історія освіти атмосфери
Згідно з найпоширенішою теорією, атмосфера Землі протягом історії останньої перебула в трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню та гелію), захоплених із міжпланетного простору. Це так звана первинна атмосфера. На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери та іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяним паром). Так утворилася вторинна атмосфера. Ця атмосфера була відновною. Далі процес утворення атмосфери визначався такими факторами:
- витік легких газів (водню та гелію) в міжпланетний простір;
- хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів та деяких інших факторів.
Поступово ці фактори призвели до утворення третинної атмосфери, що характеризується набагато меншим вмістом водню і набагато більшим - азоту та вуглекислого газу (утворені в результаті хімічних реакційз аміаку та вуглеводнів).
Азот
Освіта великої кількостіазоту обумовлено окисленням аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), Який став надходити з поверхні планети в результаті фотосинтезу, починаючи з 3 млрд років тому. Також азот N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))виділяється в атмосферу в результаті денітрифікації нітратів та інших азотовмісних сполук. Азот окислюється озоном до NO (\displaystyle ((\ce (NO))))у верхніх шарах атмосфери.
Азот N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))вступає у реакції лише у специфічних умовах (наприклад, при розряді блискавки). Окислення молекулярного азоту озоном при електричних розрядах у малих кількостях використовується у промисловому виготовленні азотних добрив. Окислювати його з малими енерговитратами і переводити в біологічно активну форму можуть ціанобактерії (синьо-зелені водорості) і бульбочкові бактерії, що формують ризобіальний симбіоз з бобовими рослинами, які можуть бути ефективними сидератами - рослинами, які не виснажують, а збагачуються.
Кисень
Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, в результаті фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню та поглинанням вуглекислого газу. Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених сполук - аміаку, вуглеводнів, закисної форми заліза, що містилася в океанах та іншому. Після закінчення цього етапу вміст кисню в атмосфері почало зростати. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що має окислювальні властивості. Оскільки це викликало серйозні та різкі зміни багатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері та біосфері, ця подія отримала назву Киснева-катастрофа.
Шляхетні гази
Забруднення атмосфери
Останнім часом на еволюцію атмосфери стала впливати людина. Результатом людської діяльності стало постійне зростання вмісту в атмосфері вуглекислого газу через спалювання вуглеводневого палива, накопиченого у попередні геологічні епохи. Величезні кількості споживаються при фотосинтезі і поглинаються світовим океаном. Цей газ надходить в атмосферу завдяки розкладанню карбонатних гірських порід та органічних речовин рослинного та тваринного походження, а також внаслідок вулканізму та виробничої діяльностілюдини. За останні 100 років утримання CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))в атмосфері зросло на 10%, причому основна частина (360 млрд. тонн) надійшла в результаті спалювання палива. Якщо темпи зростання спалювання палива збережуться, то у найближчі 200-300 років кількість CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))в атмосфері подвоїться і може призвести до
Зауваження 1
Будова атмосфери Землі шарувата, а шари відрізняються один від одного фізичними та хімічними властивостями, Найважливішими з яких є температура і тиск. З цього в атмосфері планети виділяють – тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, екзосферу.
З висотою щільність атмосфери змінюється і на висоті $ 11 $ км стає в $ 4 рази менше, ніж у приземному шарі. Розглянемо шари атмосфери залежно від щільності, складу та властивостей газів.
Тропосфера
У перекладі з грецької термін «тропосфера» означає «поворот, зміна», що дуже точно відбиває її властивості. У межах цього шару відбувається постійне перемішування повітря та переміщення його у різних напрямках, тому тільки тут спостерігаються тумани, дощі, снігопади та інші погодні явища.
Тропосфера є нижнім шаром атмосфери, верхня межа якої проходить на висоті $8-10 $ км на полюсах і $16-18 $ км - на екваторі. Потужність тропосфери може змінюватись в залежності від сезону року. У літній період, коли повітря тепла верхня межа тропосфери піднімається вище.
У цьому шарі міститься до $80% всього маси атмосфери і майже вся водяна пара, що говорить про її щільність і масивність. У тропосфері температура повітря з висотою знижуєтьсячерез кожні $100$ м на $0,6$ градуси і, природно, що у верхньої межі вона буде негативною. Принцип цей характерний лише для тропосфери, тому що із зростанням висоти температура повітря почне підвищуватись. На межі тропосфери та стратосфери виділяється зона, яка отримала назву тропопауза- У її межах температура залишається без змін. Нижній шар тропосфери, який отримав назву приземного прикордонного шару, безпосередньо контактує з літосферою і грає величезну роль у циркуляції атмосфери. Саме тут здійснюється водообмін- вода, взята з поверхні суші та з океанів за $8-12$ днів повертається назад.
З тропосферою пов'язаний атмосферний тиск біля поверхні Землі, який у нормі відповідає $1000$ мілібар. Тиск $1013$ мілібар є еталоном і становить одну «атмосферу». З висотою відбувається стрімке зниження тиску і на $45-кілометровій позначці воно падає до $1$ мБара.
Стратосфера
У перекладі з грецької стратосфера означає «настил, шар», Що знаходиться вище тропосфери і простягається до висоти $ 50-55 $ км.
Для стратосфери характерна незначна щільність та тиск повітря. Повітря розріджене, але представлене тими ж газами, що й тропосфера. У цьому шарі водяна пара майже відсутня. З висотою тиск у стратосфері знижується– якщо в нижній частині шару тиск у $10$ разів менше приповерхневого, то у його верхній частині менше вже у $100$ разів. На висоті $15-30$ км з'являється газ озон, що поглинає короткохвильову частину сонячної енергії, Внаслідок чого відбувається нагрівання повітря і в нижній частині тропосфери температура зростає до $ 56 $ градусів, а на кордоні з мезосферою досягає $ 0 $ градусів. Нагрів припиняється у стратопаузі.
Мезосфера
Цей шар розташовується над стратосферою і тягнеться до висоти $80 $ км. Щільність повітря тут у $200$ разів менша, ніж у поверхні Землі, а температура знижується до – $90$ градусів. Це найхолодніше місце на планеті, тут у верхньому шарі мезосфери повітря охолоджується до $143 градусів. З усіх верств атмосфери мезосфера вивчена найменше. Тиск газів екстремально низький і нижчий за поверхневий від $1000-10000$ разів. Внаслідок цього рух повітряних куль обмежений, вони просто зависають на місці, тому що їхня підйомна сила доходить до нуля. Подібна ситуація відбувається і з реактивними літаками, тому в мезосфері можуть літати тільки ракети або літаки з ракетними двигунами. Наприклад, ракетоплан Х-15.Він вважається найшвидшим літаком у світі, але рекордний його політ тривав лише $15$ хвилин. Апарати, що досліджують мезосферу, знаходитись на заданій висоті можуть обмежений час – вони відлітають вище або падають униз. Проблематичним є дослідження мезосфери із супутників та суборбітальних парасольок, т.к. навіть низький тиск гальмує і спалює космічні апарати.
Основна частина метеорів згоряє в цьому шарі атмосфери, метеорит, заходячи в атмосферу Землі під гострим кутом, і, маючи швидкість $11$ км/год, спалахує від сили тертя. Космічний пил від згорілих метеоритів щодня осідає на поверхню, залишаючи від $100-10$ тисяч тонн метеоритної речовини.
Термосфера
Вона розташовується вище за мезосферу і піднімається до висоти $800$ км. Термосфера характеризується процесами поглинання та перетворення ультрафіолетового та рентгенівського випромінювань.
На висоті $100$ км проходить умовна межа між Землею та космосом – це так звана лінія Кишені. Нижня межа термосфери збігається із цією лінією. У термосфері є невелика кількість газів, які обертаються разом із Землею, але вище лінії Кишені газів стає дуже мало, тому будь-який політ за межами $100$ кілометрової позначки прийнято вважати космічним. Температура тут знову зростає і на висоті $150$ км досягає $220$ градусів, а на висоті $400$ км – досягає максимуму $1800$ градусів. У центральній частині термосфери тиск у $1$ млн. разів менший від концентрації повітря біля поверхні Землі. Окремо взяті частинки мають дуже велику енергію, але великі відстані між собою. В результаті виходить, що космічні апарати знаходяться у вакуумі.
У межах термосфери виділяється іоносфераде під дією короткохвильової сонячної радіації окремі електрони відриваються від оболонок атомів і виникають шари заряджених частинок. Внаслідок невеликої щільності повітря, сонячні промені розсіюються і на чорному небі яскраво світять зірки. В іоносфері утворюються потужні електричні струми, що викликають порушення магнітного поляЗемлі та виникають полярні сяйва.
Зауваження 2
Фактично термосферає відкритий космос, у межах проходила орбіта першого радянського супутника. На цій же висоті працює багато штучних супутників, що вивчають поверхню Землі, океани та атмосферу.
Екзосфера
Цей шар атмосфери означає «сфера розсіювання», тому що межує з космосом і є повітрям, що розсіюється в міжпланетний простір. Шар складається із атомів водню, який є найлегшим елементом. Можуть також потрапляти атоми кисню та азоту, але вони дуже іонізовані сонячним випромінюванням.
Екзосфера знаходиться на висоті від $800-3000 $ км і має температуру понад $2000 $ градусів. Гази цієї сфери представлені воднем і гелієм, швидкість руху яких близька до критичної і становить $11,2 км/с.
Внаслідок цього окремі частинки можуть подолати земне тяжіння та піти у космічний простір.
Екзосфера за своїми розмірами шар невеликий і переростає в корону Землі, що розтяглася до $100 тис. км від планети.
Примітка 3
У житті планети роль атмосферивинятково велика – Земля була б без неї просто мертва. З атмосферою пов'язані всі погодні явища, і з ними пов'язані діяльність людини. Як посередник між Землею і космосом атмосфера служить потужною бронею для залізо-кам'яних метеорних потоків. Завдяки цій повітряній оболонці на Землі дме вітер, випадають опади, виникають сутінки та полярні сяйва, відбувається безперервний обмін теплом та вологою з живою поверхнею.
