Современные концепции развития геосферных оболочек

§1. Строение и химический состав атмосферы Земли.

Деление атмосферы на слои (сферы) производится с учетом характера изменения температуры с увеличением высоты. По этому признаку атмосфера делится на: тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу (рис. 7).

Рис. 7

Схема строения земной атмосферы: 1 - тропосферные облака нижнего яруса 2 - перистые облака 3 - перламутровые облака 4 - серебристые облака 5 - метеоры 6 - болид 7 - полярные сияния 8 - метеорологическая ракета 9 - геофизическая ракета

Нижний слой атмосферы Земли (тропосфера) имеет следующий химический состав (по объему, в процентах): азот – 78,09%, кислород – 20,95%, аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%. На долю остальных газов приходятся уже тысячные и десятитысячные доли процента. Такой состав атмосфера имеет почти до высоты 90 км. Кроме постоянных компонентов, указанных выше, атмосфера содержит переменные компоненты: озон и водяной пар. Они оказывают большое влияние на тепловой режим Земли и ее атмосферы. Тропосфера содержит около 80% атмосферного воздуха и почти весь водяной пар.

Температура воздуха в тропосфере сначала довольно резко уменьшается по мере поднятия от поверхности Земли: на 6-7 градусов на километр высоты (зимой несколько меньше). Это связано с тем, что нижние слои атмосферы получают тепло от земной поверхности, излучающей его в диапазоне инфракрасных лучей и передающей тепло также за счет конвекции и теплопроводности, поглощая его. Этим обусловлено понижение температуры с увеличением высоты. В тропосфере образуются облака, осадки, дуют ветры, возникают самые различные метеорологические явления.

Понижение температуры воздуха происходит лишь до определенных высот: до 17 км над тропиками и 10 км над полярными областями. Эти высоты и определяют верхнюю границу тропосферы, которая, как видно, зависит от широты.

Выше тропосферы лежит стратосфера. При подъеме в стратосфере температура воздуха сначала остается постоянной до высот 25-30 км, а затем начинает возрастать – вплоть до высоты 55 км, соответствующей верхней границе стратосферы. Теперь становится понятными названия двух нижних слоев атмосферы.

На верхней границе тропосферы (от греческого «тропэ» - поворот) начинается поворот графика зависимости температуры воздуха от высоты в сторону повышения температуры. А в стратосфере (от латинского «стратум» - слой) наличествует два слоя – слой, где температура постоянна и слой, где температура повышается. Повышение температуры в стратосфере обусловлено поглощением ультрафиолетовой составляющей солнечного излучения с длинами волн более 0,2 мкм в слое озона (О₃), который лежит в диапазоне высот примерно от 20 до 60 км.

В следующем атмосферном слое – мезосфере (от греческого «мезо» - средний) вновь происходит уменьшение температуры с высотой; она падает до -150º С на высоте 80 км, являющейся верхней границей мезосферы.

Еще выше начинается термосфера, в которой температура опять начинает возрастать по мере подъема. Это связано с поглощением атомами и молекулами воздуха солнечного ультрафиолетового излучения с длинами волн короче 0,2 мкм. При этом происходит ионизация атомов и молекул, образуются слои заряженных частиц – ионосфера (нижняя граница ионосферы лежит на высоте примерно 50-80 км). Но солнечные лучи, ионизуя атомы и молекулы воздуха, сообщают им и дополнительную кинетическую энергию теплового движения, что приводит к увеличению температуры до 2000 градусов на высоте около 1000 км. Следует иметь в виду, что если бы человек очутился на такой высоте, то он бы ощутил космический холод, а не жару, вследствие крайне низкой плотности воздуха.