Атмосфера

Атмосфера это  внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности  и простирается в космическое  пространство приблизительно на 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и  продолжительная, она насчитывает  близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались.

Масса современной  атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются  плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной  активности и магнитных бурь. Изменение  температуры в границах атмосферы  на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии  газами. Наиболее интенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Следует отметить, что атмосфера имеет очень  большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы  Земли от губительного влияния космических  излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры  на Земле достигло бы ±200 °С. Атмосфера есть не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии — главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех экзогенных процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).

Развитие гидросферы также в значительной мере зависел  от атмосферы из-за того, что водный баланс и режим поверхностных  и подземных бассейнов и акваторий  формировались под влиянием режима осадков и испарений. Процессы гидросферы и атмосферы тесно связанные  между собою.

Одной из главнейших составных атмосферы есть водный пар, который имеет большую пространственно-временную изменяемость и сосредоточенный преимущественно в тропосфере. Важной изменчивой составной атмосферы есть также углекислый газ, изменчивость содержания которого связанна с жизнедеятельностью растений, его растворимостью в морской воде и деятельностью человека (промышленные и транспортные выбросы). В последнее время все более большую роль в атмосфере сыграют аэрозольные пылеватые частицы - продукты человеческой деятельности, которые можно обнаружить не только в тропосфере, но и на больших высотах (щоправда, в мизерных концентрациях). Физические процессы, которые происходят в тропосфере, оказывают большое влияние на климатические условия разных районов Земли.

Атмосфера имеет  слоистую структуру.

От поверхности  Земли вверх эти слои:

Тропосфера - нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха.Для нее характерно, что температура здесь с высотой падает в среднем на 0.6°/100 м .  Процессы, происходящие в тропосфере, имеют непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и именно поэтому  все облака образуются в пределах тропосферы. Температура уменьшается  с высотой.

Солнечные лучи легко  проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере: такие газы, как углекислый газ, метан а также пары воды удерживают тепло.

Над тропосферой  до высоты 50-55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой. Для этого слоя характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Термосфера. Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца.

Выше 800-1000 км атмосфера  переходит в экзосферу и постепенно в межпланетное пространство.

Границы между  слоями не резкие и их высота зависит  от широты и времени года. Слоистая структура - результат температурных  изменений на разных высотах. Погода формируется в тропосфере ( нижние примерно 10 км:

около 6 км над  полюсами и более 16 км над экватором). И верхняя граница тропософеры выше летом, чем зимой.

Атмосфера Земли  возникла в результате выделения  газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и  продуктами их разложения в почвах и болотах.

В настоящее время  атмосфера Земли состоит в  основном из газов и различных  примесей (пыль, капли воды, кристаллы  льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация  газов, составляющих атмосферу, практически  постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2).

Состав  воздуха

Кроме указанных  в таблице газов, в атмосфере  содержатся SО2, СН4, NН3, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Нg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль). Прозрачность атмосферы, способность атмосферы пропускать электромагнитную энергию; зависит от массы воздуха, проходимой лучами, а также от содержания водяного пара и пыли в воздухе. П. а. неодинакова для излучений различных длин волн и тем больше, чем меньше поглощение и рассеяние в атмосфере. П. а. можно характеризовать либо коэффициентом прозрачности, равным доле радиации, которая проходит через атмосферу при отвесном падении лучей, либо т. н. фактором мутности, показывающим, в какой мере прозрачность реальной атмосферы в данных условиях отличается от идеально чистой и сухой (идеальной) атмосферы. П. а. в различных пунктах земного шара неодинакова. Наиболее прозрачен воздух в полярных странах, т.к. там он содержит наименьшее количество пыли и влаги. Изменение влажности и запылённости воздуха в данном пункте в течение года определяет годовой ход П. а. в этом пункте. Так, например, в Павловске (близ Ленинграда) минимальное значение коэффициента П. а., равное 0,759, наблюдается в июле, максимальное (0,806) — в декабре (при одной и той же оптической массе атмосферы, равной 2). Т. о., наиболее прозрачна атмосфера зимой, наименее прозрачна — летом. Заметное уменьшение П. а. наблюдается в результате возрастающих атмосферных загрязнений (особенно в форме запылённости).Температурный, или термический атмосферный режим определяется как распределение температуры воздуха во времени и пространстве. Главные факторы, влияющие на температуру атмосферы – теплообмен с подстилающей поверхностью, соседними воздушными слоями и массами и межпланетным пространством. Другие факторы, влияющие на температуру атмосферы – солнечное излучение (незначительно) и горизонтальное перемещение воздушных масс.

Солнечное тепло  поглощается в основном верхними слоями, в целом. же атмосфера поглощает его слабо, а в отдельных слоях — незначительно. Нижние слои получают тепло главным образом от деятельной поверхности, которая ; нагревается в дневные часы, становится теплее воздуха и отдает ему свое тепло, ночью наоборот — деятельная поверхность теряет тепло излучением, становится холоднее, и тогда уже воздух отдает свое тепло почве. Большое влияние на нагревание атмосферы оказывает поверхность, к которой она непосредственно прилегает. При этом влияние суши и водной поверхности неодинаково. Суша возвращает воздуху большую часть полученного ею лучистого тепла — 35—50%, в то время как вода : большую часть тепла отдает нижележащим глубинным слоям. На нагревание воздуха уходит немного тепла, так г как оно в значительной степени затрачивается еще и на испарение воды. Отсюда следует, что в периоды нагревания суши воздух над ней теплее, чем над водными пространствами. В теплое время года океаны, моря и крупные озера накапливают в толще вод огромные запасы тепла и отдают его воздуху в зимнее время. Вот почему зимой воздух над водными поверхностями теплее, чем над сушей. Но и сама поверхность суши неоднородна, она состоит из лесов, болот, степей и т. д., и отдача тепла, следовательно, неодинакова. Над снежным покровом температура воздуха понижается.

Температура изменяется в течение суток. Минимальная  температура воздуха на высоте ,2 м бывает перед восходом солнца. Как только солнце появляется над  горизонтом и начинает подниматься, в течение 2—3 часов температура  растет быстро, затем медленнее и, наконец, в 14-15 часов наступает максимум. Затем начинается процесс понижения  температуры — вначале медленный, а затем все более быстрый. Над океанами и морями максимум температуры  воздуха наступает на 2—3 часа раньше, чем над материками. Представление  о суточном ходе температуры получают осреднением данных наблюдений за многолетний  период.. Вторжение теплых или холодных воздушных масс искажают этот осредненный ход — холодная воздушная масса понижает температуру, а теплая масса, пришедшая ночью, может ее повысить.

Изменение температуры  в пределах суток (амплитуда) зависит  от ряда причин: географической широты места, времени года, характера-деятельной поверхности, облачности, рельефа местности и высоты над уровнем, моря.

Рельеф местности  сильно влияет на суточный ход температуры. Такие формы рельефа, как котловины, долины, ложбины, больше соприкасаются  с воздухом — днем он здесь застаивается, а ночью, охлаждаясь, стекает на дно. Поэтому увеличивается дневной  нагрев и ночное охлаждение воздуха  внутри вогнутых форм, а значит, и  разница дневных и ночных температур. В то же время рельеф выпуклых форм — гор, холмов, возвышенностей —  имеет меньшую поверхность соприкосновения  с воздухом. Амплитуда суточного  хода температуры здесь меньше. Чем  выше место над уровнем моря, тем  быстрее уменьшается амплитуда  суточного хода температуры воздуха.