На дне воздушного океана
Земля окружена оболочкой из воздуха толщиной в несколько сотен километров. Мы живем как бы на дне этого гигантского воздушного «океана». Смесь азота, кислорода, углекислого газа и некоторых других (в незначительном количестве) газов, а также водяного пара и пыли – все это и образует воздух, без которого жизнь на Земле не могла бы существовать.
На поверхность нашего тела давит не менее 16 т воздуха. Мы не замечаем этого давления, потому что оно уравновешивается давлением воздуха, находящегося внутри нас. Воздушную оболочку Земли ученые называют атмосферой (от греческих слов «атмос» – пар и «сфера» – шар). Она никогда не бывает спокойной, потому что образующий ее воздух необычайно подвижен. Когда солнечные лучи нагревают поверхность Земли, ее тепло передается воздуху, он становится легче и поднимается вверх, а его место занимает более холодный. Более тяжелый холодный воздух течет туда, где теплее, стремясь выравнять давление.
Чем выше над поверхностью Земли, тем разреженнее воздух. Практически весь воздух атмосферы сосредоточен в слое до 10–12 км над поверхностью Земли. Это – тропосфера (от греческого слова «тропос» – поворот, изменение). Здесь воздух, поднимающийся вверх, поворачивает вниз, и происходит изменение погоды: образуются облака, рождаются грозы, ливни, снегопады.
В тропосфере температура через каждые 100 м высоты понижается в среднем на полградуса, или чуть больше. В результате на высоте 10–12 км она достигает – 55°, – 60 °C. А вот если подняться еще выше, то там падение температуры прекращается, она остается практически постоянной, потому что достигается равновесие между притоком солнечной энергии и теплом, которое излучает Земля. Это – стратосфера (от греческого слова «стратос» – слой). Она простирается до высоты 50 км, и воздух так разрежен, что небо кажется темно-фиолетовым, почти черным.
Еще выше, примерно до высоты 300–400 км, располагается атмосферный слой, называемый ионосферой, потому что там сильно разреженный воздух содержит много заряженных электричеством частиц – ионов.
Атмосфера – важнейшее условие жизни на Земле. Большинство живых существ, как бы велики или малы они ни были, нуждаются в кислороде именно в таком количестве и в таком сочетании с другими газами, которое существует в атмосфере.
Воздух, которым мы дышим
Со всех сторон нас окружает воздух. Он заполняет все пустоты, любое пространство, не занятое ничем другим. Он растворен в воде морей и озер, рек, ручьев, колодцев. Им дышат все животные и растения.
Невидимый воздух становится видимым, когда в нем слишком много частиц дыма; тогда он обретает неприятный запах, им становится трудно дышать.
Воздух – это смесь газов, соотношение которых почти не меняется уже много тысячелетий.
На 78 % он состоит из азота, на 21 % – из кислорода. В оставшемся одном проценте – углекислый газ, выделяемый всеми живыми существами, и другие газы: аргон, гелий, криптон, ксенон и т. д. Они называются инертными, потому что не участвуют в химических реакциях.
По мере того как мы взбираемся на гору, взлетаем на воздушном шаре или самолете, мы ощущаем, что уменьшается плотность воздуха. Он становится все более и более разреженным, хотя состав его остается неизменным. Уменьшается и давление воздуха.
Откуда дует ветер
Почему воздух то неподвижен, то вдруг приходит в движение? Перемещение воздуха называется ветром. Иногда он достигает большой силы, и тогда его называют ураганом или тайфуном.
Причина ветра – различия в плотности воздуха, в атмосферном давлении. Ветер всегда дует туда, где плотность воздуха меньше, где его как бы не хватает. На берегу моря это можно наблюдать каждый день.
В течение дня суша нагревается, а от нее нагревается и воздух. Становясь более легким, он поднимается вверх, а холодный ветер с моря занимает его место. Ночью земля остывает, вода же остается теплой. И тогда поднимается вверх воздух, находившийся над водой, а ветер уже дует с берега, занимая место теплого воздуха. Такой меняющийся два раза в сутки ветер называют бризом.
А есть ветер, направление которого не меняется. На экваторе в любое время года тепло, поэтому теплый воздух постоянно поднимается вверх и направляется в сторону полюсов, на север и юг. Затем, на определенных широтах, опускается вниз и продолжает свое движение уже в других направлениях – к полюсам и к экватору. Из-за вращения планеты ветры в Северном полушарии заворачивают вправо, в Южном – влево. К северу от экватора постоянно, без перерыва ветер дует с востока на запад, а к югу от экватора, наоборот, с запада на восток.
В других частях земного шара также существуют свои постоянные ветры. Например, муссоны, дующие в пределах сезона: зимой – с холодного материка на теплый океан, а летом, когда теплее суша, – с океана на материк.
«Дороги» воздушных масс
Невидимые, но мощные движения, настоящие сражения происходят над земной поверхностью в атмосфере. Там формируются обширные и разнообразные массы воздуха, течения, из которых слагается общая циркуляция атмосферы. Они-то и определяют погоду.
Воздушные массы, одинаковые по происхождению, имеют сходные свойства и движутся как одно целое. Они занимают большие пространства над материками и океанами, простираясь на тысячи километров. Теплые массы воздуха вызывают потепление, холодные приносят похолодание.
В зависимости от места, где они формируются, различают 3 основных типа воздушных масс.
Арктический (антарктический) воздух рождается над поверхностью холодных полярных стран, покрытых снегом даже летом. Для него характерны низкие температуры, малое содержание влаги, высокая прозрачность.
Полярный воздух – дитя умеренных широт; бывает континентальным и морским. Континентальный полярный воздух, формирующийся над материками, сильно охлажден зимой. В нем мало влаги. С его вторжением устанавливается ясная морозная погода. Летом он сильно нагрет. Морской полярный воздух формируется над океанами; влажный и не очень холодный, зимой он приносит оттепели, а летом – пасмурную погоду и похолодание.
Тропический воздух в течение всего года формируется в тропиках и субтропиках, а летом – над сушей Южной Европы, Казахстана, Средней Азии, Забайкалья.
Обычно он вторгается из низких широт в более высокие, вызывая резкое повышение температуры – оттепели зимой и жаркую погоду летом. У морского тропического воздуха высокие влажность и температура.
