2. Строение атмосферы.

Человечество обитает на дне Великого воздушного океана, который является оболочкой непрерывно, полностью окружающей земной шар. Наиболее изученный участок атмосферы простирается от уровня моря до высоты 100 км. В целом атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение и состоит из пяти концентрических сфер:

• Тропосферы,

• Стратосферы,

• Мезосферы,

• Термосферы (ионосфера),

• Экзосферы

Границы между сферами называют паузами (рис 1). Нижней границей атмосферы считается поверхность литосферы и гидросферы. Верхняя граница четко не просматривается, так как плотность воздуха постепенно уменьшается, и атмосфера постепенно переходит в межпланетное пространство.

Тропосфера – нижняя приземная часть атмосферы, т.е. зона где обитает большинство живых организмов, в том числе человек. В этой сфере сосредоточено более 80 % массы всей атмосферы. Здесь наблюдается интенсивное турбулентное перемещение воздуха. В этом слое с поднятием вверх на 1 км температура воздуха понижается в среднем на 6⁰С. У верхней ее границы она снижается до минус 60 – 70⁰С. В тропосфере сосредоточена почти вся влага, имеющаяся в атмосфере, здесь образуются облака и все осадки, выпадающие на Земле. Таким образом, в тропосфере формируются в основном погода и климат планеты. Ее мощность (высота на земной поверхности) определяется интенсивностью вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности. Вследствие этого на экваторе она простирается до высоты 16 – 18 км, в средних (умеренных) широтах – до 10 – 11 км, а на полюсах – до 8 - 9 км. Отмечено закономерное понижение воздуха с высотой в среднем на 0,6⁰С на каждые 100 м.

В тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, азота, кислорода и инертных газов. Она практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней пары воды, озон и углекислый газ достаточно сильно поглощают тепловое (длинноволновое) излучение нашей планеты, в результате чего происходит некоторое нагревание тропосферы. Это приводит к вертикальному перемещению потоков воздуха, конденсации водяного пара, образованию и выпадении осадков.

Стратосфера располагается выше тропосферы до высоты 50 – 55 км. В стратосфере сосредоточено около 20 % массы атмосферы. В стратосфере почти полностью отсутствует водяной пар. Лишь на высоте 22 – 27 км изредка наблюдаются тонкие перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда и капелек воды. Температура у ее верхней границы растет в связи и с наличием озона. В стратосфере находится сравнительно много озона, причем небольшая его концентрация приходится на высоты 25 – 27 мк. В нижней части стратосферы температура составляет минус 60 – 74⁰С, а затем постепенно повышается и на верхней границе ее равняется 0 +/- 10⁰С. В стратосфере дуют сильные ветры, однако конвекция воздуха развита слабо.

Мезосфера – верхняя граница этого слоя фиксируется на высотах около 80 км. В ней температура понижается от 0⁰С до -90⁰С у верхней ее границы. Главная особенность этого слоя – резкое понижение температуры (минус 75 – 90⁰С) у верхней границы. Здесь наблюдаются так называемые серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.

Ионосфера (термосфера) располагается до высоты 800 - 1000 км, и для нее характерно значительное повышение температуры (более 1000⁰С). Температура быстро повышается, достигая на высоте 150 км порядка +230⁰С, на высоте 600 км около +1500⁰С. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы атмосферы находятся в ионизированном состоянии, т.е. под действием солнечной радиации происходит ионизация воздуха: от атомов отрывается часть электронов. Максимум ионизации соответствует высотам 300 – 400 км. Поэтому термосферу называют также ионосферой. С этим состоянием связано возникновение полярного сияния, как свечения газов, вызываемое усилением солнечной активности. Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на Земле. Термосфера поглощает рентгеновское излучение, защищая от него живые организмы на Земле. В нижней части термосферы преобладают азот и кислород, а выше 600 км – гелий.

Экзосфера распространяется от высоты 800 - 1000 км до высот 2000 – 3000 км. В этом диапазоне высот температуры растут до 2000⁰С. Весьма важным является тот факт, что скорость движения газов приближается к критическому значению - 11,2 км/сек. В составе преобладают атомы водорода и гелия, которые преодолевая земное притяжение, формируют вокруг нашей планеты так называемую корону, простирающуюся до высот 20 тыс. км от земной поверхности. Отдельные атомы водорода размещаются очень редко в пространстве. Они движутся с огромной скоростью и постепенно рассеиваются в межпланетное пространство.

Как видно из сказанного, температура в атмосфере меняется весьма сложным образом (см. рис. 1) и в паузах имеет максимальное или минимальное значение. Чем больше высота подъема над земной поверхностью, тем меньше атмосферное давление. Вследствие большой сжимаемости атмосферы ее давление уменьшается от среднего значения 760 мм рт. ст. (101 325 Па) на уровне моря до 2,3 х 10^-3 мм рт.ст. (0, 305 Па) на высоте 100 км и лишь до 1 х 10^-6 мм рт.ст (1,3 х 10^-4 Па) на высоте 200 км.

Условия жизни на поверхности Земли в части атмосферного ее «обеспечения» резко отличаются на больших высотах, т.е. на высотах стратосферы большинство жизненных форм Земли существовать без средств защиты не могут.

Рисунок 1.

		Вертикальный разрез атмосферы.
				Э к з о с ф е р а
800
700			Полярные сияния
600			в верхней ионосфере
500																		1,9*10-8
400	В ы с о т а , км															Д а в л е н и е , мм рт. ст.		3,8*10-8
300																		1,4+10-7
250																		2,2*10-7
200				Т е р м о с ф е р а														3*10-7
180																		1*10-6
160				Полярные сияния														2*10-6
140				в нижней ионосфере														7*10-6
120																		4*10-5
100																		0,0004
80				М е з о п а у з а														0,01
						Серебристые облака												0,06
60				М е з о с ф е р а											Слой озона			0,2
																		0,8
40																		2,4
				С т р а т о с ф е р а														9,5
20																		42
					Тропопауза													210
0				Т р о п о с ф е р а														760
				У р о в е н ь м о р я
-10
							Температура, град. С