Состав и строение атмосферы

Атмосфера – газообразная (воздушная) оболочка Земли. Масса ее составляет 5·1015 т, что в миллион раз меньше массы литосферы и в 250 раз меньше массы гидросферы. Плотность воздуха быстро убывает с высотой, поэтому основная часть массы атмосферы сосредоточена в нижних слоях.

Земная атмосфера находится в постоянном движении: во вращательном движении ·Земли. В результате этих движений атмосфера Земли представляет собой хорошо перемешанную механическую смесь газов, состоящую (в %): из азота–78, кислорода –21, аргона –0,9, водорода –0,1, а также гелия, озона, метана и др. В состав атмосферы входят в переменных количествах водяной пар (от 0 до 4%), углекислый газ (до 0,03 %), а также мельчайшие частицы неорганического и органического происхождения (космическая пыль и др.) размером от 1 10~7 до 5·10-2 см.

5. Вертикальная и горизонтальная неоднородности. Атмосфера Земли по своим физическим свойствам чрезвычайно неоднородна по вертикали и по горизонтали. Вертикальная неоднородность ее наиболее отчетливо проявляется в характере изменения температуры воздуха с высотой. По этому признаку атмосферу принято делить на пять основных слоев (сфер) и четыре переходных слоя (паузы): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу, тропопаузу, стратопаузу, мезопаузу и термопаузу.

Наиболее характерной особенностью тропосферы является в целом падение температуры воздуха с высотой (на верхней границе тропосферы температура падает до –75, –85 "С), хотя здесь могут встречаться небольшие по вертикальной протяженности слои, где температура не меняется (это слои изотермии) или даже растет с высотой (слои инверсии).

Тропосферный воздух нагревается и охлаждается преимущественно от поверхности Земли. В этом слое содержится почти весь водяной пар, происходит образование туманов и облаков, атмосферных осадков и т. д., т. е. протекают основные процессы погоды.

Тропосфера от стратосферы отделена довольно четко выраженным переходным слоем толщиной 1–2 км – тропопаузой. Высота ее меняется от экватора (до 18 км) к полюсам (до 5–6 км) и от лета (располагается выше) к зиме (высота ее уменьшается). Кроме того, высота тропопаузы испытывает как периодические (сезонные и суточные), так и непериодические колебания, обусловливаемые синоптическими процессами в атмосфере.

Выше тропопаузы располагается стратосфера –50 км слой атмосферы, наиболее характерными свойствами которого являются возрастание общей и относительной концентрации озона (О₃), образующегося из молекулярного кислорода под влиянием ультрафиолетовой радиации, и рост температуры воздуха с высотой (до 0 °С). Роль озона в земной атмосфере исключительно велика, хотя его общее количество ничтожно мало (1 × 10^-6 %). Слой озона сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца и тем самым защищает органическую жизнь планеты от губительного жесткого излучения.

Выше 55 км располагается мезосфера, которая характеризуется понижением температуры с высотой. К мезопаузе (80– 85 км) температура понижается до – 80 °С.

Над мезопаузой располагается наиболее мощный слой атмосферы – термосфера, характеризующаяся непрерывным ростом температуры с высотой. Термосфера простирается до высот 800– 1000 км, где переходит в экзосферу, также характеризующуюся ростом температуры до значений 1000–3000°К. Столь высокие значения температуры воздуха в верхних слоях атмосферы являются лишь мерой кинетической энергии молекул и атомов газов. В плане взаимодействия атмосферы и земной поверхности атмосферу делят на планетарный пограничный слой (слой трения) толщиной 1 –1,5 км и свободную атмосферу. Нижняя 30–50-метровая часть планетарного пограничного слоя носит название приводного (приземного) слоя атмосферы. Этот слой характеризуется наибольшими вертикальными градиентами метеорологических полей. Именно в этом слое происходит в основном вся хозяйственная деятельность человека.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что изучает гидрометеорология?

2. Каковы методологические особенности гидрометеорологии?

3. Что собой представляют метеорологические элементы и явления?

4. Дать характеристику состава атмосферы.

5. Каковы особенности строения атмосферы?