Состав и строение атмосферы
Атмосферой называют газовую оболочку нашей планеты. Наука, изучающая атмосферу Земли и происходящие в ней процессы, называется метеорологией.
Атмосфера удерживается около Земли благодаря силе тяжести. Вместе с Землей атмосфера принимает участие в суточном и годовом вращении.
Масса атмосферы составляет одну миллионную долю массы земного шара и примерно равна 5,3 х 1015 тонн.
Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь[28] газов, водяного пара и примесей. Состав воздуха изменяется с ростом высоты. По мере удаления от земной поверхности действие силы тяжести ослабевает и концентрация газов в воздухе понижается, атмосфера становится разреженной.
На высоте до 100 км состав воздуха таков: 78,09 % азота, 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона, 0,03 % углекислого газа и 0,01 % всех остальных газов: водорода, гелия, водяного пара, озона.
Процентное соотношение количества газов, составляющихе воздух, довольно постоянно. Исключение составляет углекислый газ, содержание которого постоянно возрастает в результате деятельности человека. Такие процессы, как сжигание нефти, газа и угля в сочетании с вырубкой лесов[29], приводят к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Углекислый газ вместе с водяным паром, метаном и озоном относится к так называемым парниковым газам, которые обладают способностью задерживать тепловое излучение Земли. Можно сравнить парниковые газы с «утеплителем» нашей планеты. Таким образом, увеличение содержания в атмосфере углекислого газа способствует повышению температуры воздуха на Земле (парниковый эффект).
Вы уже знаете, что основная масса озона (трехатомного кислорода) сосредоточена на высоте 25–35 км, где образуется озоновый экран – слой озона, поглощающий губительную для всего живого на Земле коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. В нижнем слое атмосферы озона очень мало, потому что в обычных условиях озон является нестойким и сразу же распадается на «обычный» двухатомный кислород.
Атмосферная вода находится в воздухе в виде водяного пара, но также может находиться в виде взвешенных продуктов конденсации – капель или ледяных кристаллов. Кроме водяных капель и ледяных кристаллов в нижних слоях атмосферы могут находиться другие примеси в виде жидких и твердых частиц – пыль, сажа, вулканический пепел, кристаллы морской соли и т. п. На количество и качество находящихся в воздухе атмосферных примесей влияют как географические процессы (извержения вулканов, пыльные бури), так и характер земной поверхности и наличие на ней поселений. Над океаном в воздухе будет находиться большое количество водяных капель и кристаллов соли, а над пустынями – большое количество пыли.
Наличие атмосферы имеет большое значение для нашей планеты. Прежде всего атмосфера является условием существования органической жизни. Атмосфера препятствует чрезмерным суточным колебаниям температур уменьшая днем нагревание земной поверхности, а ночью – охлаждение. Атмосфера защищает Землю не только от губительной части солнечного излучения, но и от падения на ее поверхность большинства твердых тел космического происхождения, которые сгорают в плотных слоях атмосферы. Также атмосфера вместе с другими оболочками нашей планеты участвует в перераспределении тепла и влаги на земной поверхности.
Атмосферу Земли разделяют на три основных слоя – тропосферу, стратосферу и ионосферу. Ионосфера, в свою очередь, делится на мезосферу и термосферу. Выше ионосферы находится экзосфера – внешняя часть верхней атмосферы Земли, которая постепенно переходит в космическое пространство (то есть, резко обозначенной верхней границы атмосфера не имеет).
Тропосфера представляет собой нижний слой атмосферы, высота (или как еще говорят – мощность) которой доходит до 8 км над полюсами и примерно до 18 км над экватором.
Тропосфера, как самый близкий к земной поверхности слой атмосферы, содержит 80–90 % массы всей атмосферы нашей планеты и почти весь водяной пар. Температура тропосферы с увеличением высоты понижается (на 6 °C на на каждый километр подъема). В тропосфере в основном формируется погода, возникают циклоны и антициклоны[30], образуются облака, осадки, туманы, ветры. Ветры представляют собой горизонтальные перемещения атмосферного воздуха. Вертикальные перемещения воздуха, как уже говорилось выше, называются конвекцией.
