9.4. Строение атмосферы

В вертикальном направлении атмосферу можно представить состоящей из нескольких концентрических слоев, сравнительно резко отличающихся по своим физическим свойствам (Рисунок 9.4.1).

1. Тропосфера – нижний слой атмосферы от поверхности Земли до 17 км над экватором и 8 км над полюсами. Тропосфера содержит более 80% массы атмосферы, здесь находится почти весь водяной пар атмосферы. Температура в тропосфере понижается с высотой в среднем на 0,6°С на каждые 100 м. В тропо­сфере происходит непрерывное перемешивание воздуха, образуются облака, выпадают осадки. Процессы, происходящие в тропосфере, непосредственно влияют на погоду и климат. Нижний слой тропосферы, примыкающий к земной поверхности, называют приземным слоем. Здесь особенно резко выражены изменения температуры в течение суток и года.

2. Стратосфера – расположена над тропосферой до высоты порядка 55 км. Стратосфера отличается от тропосферы большей разрежен­ностью воздуха, почти полным отсутствием водяного пара, срав­нительно большим содержанием озона. Озон – неустойчивый газ и сильный окислитель. У земной по­верхности его количество ничтожно; оно увеличивается после грозы. Главная масса его сосредоточена на высотах от 10 до 60 км с максимумом в пределах 25 – 30 км, где он создает озоновый экран. Но и там его количество невелико: при плотности воздуха, свойственной приземной атмосфере, он образовал бы слой всего в 2,5 – 5,2 мм. Температура на нижней границе страто­сферы над экватором весь год около – 74°С, над полюсами вы­ше. С высотой температура повышается.

3. Мезосфера – расположена на высоте от 50 – 55 до 80 км. Мезосфера характеризуется значительным падением темпе­ратуры с высотой: от 0° С на нижней границе до – 75°С и ниже на высоте 75 – 80 км, где понижение температуры сменяется ее по­вышением. Летом здесь возникают тонкие, блестящие, серебристые облака, состоящие из кристалликов льда (а возможно, из мельчайших скоплений космической пыли). Их перемещение свидетельствует о большой изменчивости направления и скоро­сти ветра на этой высоте (от 50 до нескольких сотен километров в час).

4. Термосфера (ионосфера) – расположена над мезосферой до высоты от 80 км до 600 – 1000 км. Температура в ней с высотой повышается до 1000°С, а возможно и более. Под действием ультрафиолетовой и электрической радиации Солнца нарушается строение молекул и атомов газов: от элек­тронных оболочек отрываются некоторые электроны, в простран­стве находятся как целые атомы, так и атомы, потерявшие электроны, и отдельные электроны. Такое состояние вещества называется сверхгазовым, или плазмой, а процесс расщепления атомов и об­разования заряженных электронов – ионизацией. Поэтому термосфера называется еще и ионосферой. Главный максимум иониза­ции приурочен к высотам 300 – 400 км. Ионизация делает термосферу электропроводящей, в ней текут мощные электрические токи со скоростью сотен километров в час. С деятельностью Солнца связано возникновение в термосфере полярных сияний. По отношению к биосфере термосфера выполняет защитную роль: поглощая рентгеновское излучение, она защи­щает жизнь от вредного воздействия солнечной короны.

5. Экзосфера – свыше 1000 км начинается внешняя атмосфера, или экзосфера, простирающаяся до 2000 – 3000 км. Здесь скорость движения газов приближается к критической – 11,2 км/с и они рассеива­ются в межпланетное пространство. Находящиеся далеко друг от друга быстродвижущиеся частицы при температуре свыше 2000°С почти не сталкиваются друг с другом. «Уходят» из экзосферы преимущественно атомы водорода, господствующего в верхних (выше 2000 км) ее слоях. Этот водород образует земную корону. Атмосферные газы вверху покидают Землю, а недра Земли в результате дегазации мантии пополняют воздушную оболочку, поставляя приблизительно 1 млн. т газов в год.

Рисунок 9.4.1 – Строение атмосферы (Никонова, Данилов, 2000)

Значение атмосферы для Земли огромно. Она предохраняет Землю от падающих на нее метеоров, с помощью магнитосферы, ионосферы и озонового экрана изолирует биосферу от космоса и защищает все живое от губительного излучения Солнца. Вместе с тем атмосфера задерживает длинноволновое тепловое излучение Земли, создавая благоприятные для жизни тепловые условия на земной поверхности. В атмосфере переносится влага, образуются облака и осадки. Без атмосферы жизнь не существовала бы на Земле в привычных для нас формах.