Атмосфера Земли – наша защита и наша возможность на жизнь на планете Земля. Газовая оболочка, что покрывает всю нашу планету защищает ее жителей от воздействия космоса, и делает возможным жизнь на поверхности.
Оглавление
Границы атмосферы
Так как атмосфера представляет собой газовую оболочку, которая рассеивается с удалением от поверхности Земли, определить, где именно она заканчивается очень сложно.
Считается, что та часть газового слоя, который вращается вместе с Землей вокруг ее оси и есть атмосфера.
Международная авиационная Федерация проводит границу между атмосферой и космосом по линии Кармана.
Физические характеристики
В физике и химии существует понятие «нормальные условия». За них принимаются такие значения:
Состав атмосферы
Почему небо голубое
Цвет нашего неба с поверхности Земли так же обусловлен химическим составом атмосферы. Так как в составе в большей части преобладает азот, его размер значительно меньше, чем длина волны электромагнитного излучения, которым является солнечный свет. Интенсивность рассеяния в этом случае пропорциональна \( 1/\lambda^4 \), где \( \lambda \) — длина волны. Отсюда видно, что бОльшую интенсивность имеет свет с меньшей длиной волны, то есть фиолетовый и голубой. Но доля фиолетового цвета в видимом спектре Солнца мала, по сравнению с долей синего и голубого. Плюс, человеческий глаз обладает меньшей чувствительности именно к фиолетовому цвету.
Из всего этого и получается, что небо мы видим именно голубым.
Основные свойства атмосферы
Атмосфера – это защитная оболочка для всего живого на Земле.
- Метеориты не бомбардируют поверхность нашей планеты в том количестве, в котором могли бы, только из-за того, что большая их часть сгорает в атмосфере.
- Озоновый слой защищает жизнь от ультрафиолетового излучения Солнца, чья доля в спектре нашей звезды достаточна, чтобы уничтожить все живое на Земле.
- Атмосфера работает как термос, сохраняя и поддерживая оптимальную температуру на поверхности, не давая возникнуть сильным перепадам температур. В атмосфере происходит круговорот воды в природе, который не дает возникнуть засухе.
- Движение воздушных масс обеспечивают равновесие влажности, давления и температуры.
- А самое главное, именно благодаря атмосфере на Земле существует такое разнообразие ландшафта: от гор до каньонов, от пустыни до тропических лесов. На любой другой планете, где нет такого мощного «воздушного защитника» невозможно встретить столько красоты, как на Земле.
Как возникла атмосфера?
Когда Солнечная система только формировалась, из остатком протопланетарного диска начали образовываться планеты и газы, водород и гелий, под действием гравитационных сил со стороны молодых планет, оседали на их поверхности. Но из-за низкой молекулярной массы они быстро снова улетучивались в открытый космос.
Но в недрах Земли происходили грандиозные процессы, которые выбрасывали вулканами на ее поверхность тонны магмы, а вместе с ней и газов, таких как аммиак, метан, углекислый газ и сера. В ходе химических реакций, аммиак и метан разложились на азот, который в настоящее время составляет основную часть атмосферы.
Принесенные на метеоритах остатки воды испарялись в воздух, при соприкосновении с раскаленной поверхностью планеты, выпуская в молодую атмосферу водяные пары. А они уже, под действием ультрафиолета от Солнца, раскладывались на водород и кислород.
Когда тонкая оболочка Земли стала более способной чтобы защитить планету, началось появление жизни и вот в этот момент произошло основное формирование атмосферы.
Началось активное выделение кислорода в атмосферу. Это позволило сохранить пары воды, не давая им улетать в космос, и началось формирование водоемов.
Начался круговорот воды в природе, что тоже дало «силу» атмосфере.
Избыток кислорода начал формирование озонового слоя, что защитило нашу планету от ультрафиолета и дало огромный скачок в развитии жизни.
Структура атмосферы
Несмотря на то, что атмосфера — это газовая оболочка Земли, ее структура не однородна по высоте.
Планетарный пограничный слой
Этот слой находится у самой поверхности планеты, и простирается до высоты 1-2 км. На его поведения в существенной мере влияет непосредственное взаимодействие с поверхностью.
Тропосфера
Область, где происходит основная «летная» жизнь планеты. Граница варьируется от 8 до 18 км, в зависимости от широты: на северах она ниже, на экваторе – выше.
Тропосфера содержит 80% всей массы атмосферы и 90% всего водяного пара.
Здесь происходят сильные турбулентные и конвекционные движения, что способствует формированию облаков, циклонов и климата в целом.
Температура убывает с увеличением высоты, в среднем 0.65 градуса на 100 метров.
Тропопауза
Слой, в котором происходит переход от тропосферы к стратосфере. Уменьшение температуры здесь прекращается.
Стратосфера
Стратосфера находится на высоте 11-50 километров и характерна инверсией температуры, то есть, температура в стратосфере начинает повышаться с увеличением высоты и к своей границе на 50 км достигает 0°С, тогда как на 11 км она была -56°С.
Именно стратосфера является «хранительницей» озонового слоя планеты, что защищает живое от пагубного влияния ультрафиолета от Солнца.
Стратопауза
Граница между стратосферой и мезосферой, температура в ней колеблется около 0°С.
Мезосфера
Находится на высоте 50-90 км от поверхности моря. Здесь снова начинается понижение температуры с увеличением высоты, со скоростью 0,25-0,3 градуса на 100 метров. В мезосфере сгорает основная часть метеоров, не долетев до Земли.
Мезопауза
Граница между мезосферой и термосферой, температура достигает минимума -90°С.
Линия Кармана
Находится на высоте 100 км над уровнем моря и является условной границей, где начинается космос.
Термосфера
Простирается от 90 км до 800 км. Здесь снова происходит рост температуры с увеличением высоты и он длится до высоты 200-300 км и значения 1500 Кельвинов или 1200°С. Далее температура останавливается и держится такой до самой границы. Именно в термосфере происходят Полярные сияния — ионизация воздуха под действием солнечной радиации и космического излучения.
Выше 300 км кислород переходит из молекулярной формы в атомарную.
Термопауза
Граница термосферы, температура не меняется с высотой.
Экзосфера
Этот слой находится на высоте выше 800-1000 км и именно здесь атмосфера Земли, что уже и так сильно разряжена, начинает рассеиваться в открытый космос.
Ионосфера
Существует также слой ионосферы, но он не является отдельным, он объединяет верхнюю часть мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Находится на высоте 60-1000 км. Назван так, потому что именно в этом слое происходит ионизация атмосферы под действием излучения Солнца, и вместе с магнитным полем создают невероятные северные сияния.
Облака
Одно из самых красивых творений атмосферы – облака. Их многообразие и разновидности удивляют и восхищают одновременно. А их влияние на климат и погоду нельзя оставить незамеченным.
Облака состоят из водяного пара, которого в атмосфере находится около \( 5,2*10^{15} \) килограмм.
Облака делятся на три группы – по высотам: облака нижнего, среднего и верхнего яруса.
Нижний ярус
Сюда относятся облака или тучи, которые приносят дожди. Они самые большие среди облаков данного яруса.
Слоисто-кучевые облака находятся чуть выше, на 600-1500 метрах. Они формируют ту самую «переменную облачность» и редко выпадают дождем.
Слоистые облака находятся на высоте 400-500 метров и представляют из себя тонкую пленку облаков, которые застилают небо в пасмурную погоду.
Облака вертикального развития
Формируются такие облака на высоте 800-2000 метров, но в высоту они могут разрастаться на десятки километров. Именно из них идут сильные ливни, град и грозы.
Из-за того, что тело такого облака пересекает сразу несколько слоев атмосферы, внутри него происходят очень мощные конвекционные процессы. Массы воды перемещаются внутри них, тем самым жидкость может одновременно существовать во всех трех агрегатных состояниях.
Средний ярус
Высокослоистые облака – это однородная, серовато-синяя пленка, через которую хорошо видно Солнце.
Высококучевые облака – рваная вата, которую рассыпали по небу. По отдельности они не проливаются дождем, но могут собраться в одно кучевое облако и устроить ливень.
Верхний ярус
Облака этого яруса состоят из мелких льдинок, так как находятся на высоте 6-13 километров, и от этого их форма рванная и неровная. Могут выпадать осадками, но они никогда не достигают поверхности Земли
Чисто-перистые облака имеют большую протяженность до десятков километров. Так как такие облака состоят практически изо льда, то под собственной тяжестью, облака могут проваливаться. Верхняя и нижняя точка одного и того же облака могут находится на расстоянии 3-4 километров по вертикале.
Перисто-слоистые облака – невидимые представители этого яруса. Но их можно увидеть в форме гало, которое возникает вокруг Солнца или Луны.
Серебристые облака
Это самые высокие облака, добираются до высоты 80 километров. Но это не обычные облака в нашем понимании. Они состоят из остяков метеоритов, что сгорели в атмосфере и метана.
Увидеть их можно только рано утром или поздно вечером, перед закатом, когда Солнце подсвечивает их сбоку. Днем они незаметны глазу.
Еще больше космоса и интересных фактов в телеграмм-канале.
