Значение и строение атмосферы

Если воду, которой издавна не хватало, называли "ресурсом жизни", то о воздухе вспомнили лишь в нашу урбанизированную эпоху. Напомним, что без пищи человек может прожить несколько десятков дней, а без воздуха – только до 5-7 мин. Кроме того, человеку необходим чистый воздух, которого, в особенности в городах и индустриальных центрах, не хватает.

Значение атмосферы. Атмосферный воздух - важнейший природный ресурс, его назначе­ние ( для Земли и человечества ):

- снабдить людей, животный и растительный мир жизненно необхо­димыми газовыми элементами (кислородом, углекислым газом);

- смяг­чить температурные перепады (воздух - плохой проводник тепла и холода), т.е. обеспечить терморегуляцию на планете;

- защитить поверхность Земли от космического, радиационного и ультрафиолетового солнечного излучений;

- защитить Землю от метеоритов и прочих космических тел, подавляющая масса которых сгорает в атмосфере;

- обеспечить производственные антропогенные процессы кислородом, азотом, водородом и нейтральными газами.

Атмосфера "согревает" нашу планету, погло­щая тепло, излучаемое Землей в мировое пространство, и частично воз­вращая его в виде встречного излучения. Атмосфера рассеивает солнеч­ные лучи, в результате чего создается постепенный переход от света к тени (сумерки). В ночное время она излучает световые лучи и служит источником освещения земной поверхности.

Ночное свечение атмосфе­ры (люминесценция) - это свечение разреженных газов воздуха на высо­тах от 80 до 300 км. Оно обеспечивает 40 – 45 % общей освещенности земной поверхности в безлунную ночь, в то время как звездный свет составляет около 30 %, а на свет, рассеиваемый межзвездной пылью, приходятся остальные 25 – 30 %. Разновидностью свечения атмосферы являются полярные сияния. На Земле они наблюдаются в высоких широтах только ночью при отсут­ствии облаков. Из космоса полярные сияния видны всегда, и при этом одновременно над большими территориями.

Строение атмосферы. В составе атмосферы выделяют несколько слоев - сфер, между которыми нет резко выраженных границ.

1. Тропосфера - нижний основной слой атмосферы. Он наиболее хо­рошо изучен. Высота тропосферы достигает 10 км над полюсами, 12 км в умеренных широтах и до 18 км над экватором.

Тропосфера содержит более 4/5 всей массы атмосферного воздуха. В ней наиболее ярко прояв­ляются разнообразные погодные явления. Известно, что с подъемом на 1 км температура воздуха в этом слое снижается более чем на 6 граду­сов. Это происходит потому, что воздух пропускает к поверхности Зем­ли солнечные лучи, которые ее нагревают. От земной поверхности на­греваются и прилегающие к Земле слои атмосферы.

Зимой поверхность Земли сильно охлаждается, чему способствует снежный покров, отражающий большую часть солнечных лучей. По этой причине воздух у поверхности Земли оказывается холоднее, чем вверху, то есть образуется так называемая инверсия температуры. Инверсия температуры часто наблюдается и в ночное время суток.

Летом поверхность Земли сильно и неравномерно нагревается сол­нечными лучами. От наиболее нагретых ее участков поднимаются вверх воздушные вихри. На смену поднявшемуся воздуху притекает воздух со стороны менее нагретых участков Земли, в свою очередь, замещаемый воздухом из верхних слоев атмосферы. Возникает конвекция, которая вызывает перемешивание атмосферы в вертикальном направлении. Конвекция способствует рассеиванию тумана и снижает запыленность нижнего слоя атмосферы.

В верхних слоях тропосферы на высоте 12 - 17 км при пролете са­молетов часто образуются белые облачные следы, хорошо видимые с большого расстояния. Эти следы называются конденсационными, или следами инверсии. Основной причиной конденсационных следов является конденсация, или сублимация водяного пара, попадающего в атмосферу с отработав­шими газами авиационных двигателей, так как при сжигании керосина в авиационном двигателе образуется водяной пар.

Для сжигания в двига­теле 1 кг топлива расходуется около 11 кг атмосферного воздуха, при этом образуется около 12 кг отработавших газов, содержащих почти 1,4 кг водяного пара.

2. Стратосфера находится над тропосферой до высоты 50-55 км. В ней содержится менее 20 % массы всего атмосферного воздуха. В этом слое имеется незначительное перемещение газов и происходит возрас­тание температуры с высотой (до 0⁰ С у верхней границы).

Нижняя часть стратосферы представляет мощный задерживающий слой, под которым скапливаются водяной пар, кристаллы льда и другие твердые частицы. Относительная влажность воздуха здесь всегда близка к 100 %.

В стратосфере расположен озоновый слой, отражающий губи­тельное для жизни космическое излучение и частично ультрафиолето­вые лучи Солнца. Наибольшая концентрация озона имеется на высоте 15-35 км, где свободный кислород под влиянием солнечной радиации превращается в озон.

3. Мезосфера простирается выше стратосферы на высоте приблизительно от 50 до 80 км. На её долю приходится менее 1 % воздуха. Для неё характерно понижение температуры с увеличением высоты, приблизительно от 0° С на границе со стратосферой до -90° С в верхних слоях мезосферы.

4. Ионосфера находится над мезосферой. Она характеризуется значи­тельным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. В ионосфере происходит под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации ионизация сильно разреженного воздуха, а также космического излучения, которые вызывают разложение молекул атмосферных газов на ионы и электроны. Особенно интенсивна ионизация на высоте от 80 до 400 км. Ионосфера способствует рас­пространению радиоволн. Верхняя граница ионосферы является внеш­ней частью магнитосферы Земли. Ионосферу часто называют термосферой.