Атмосфера представляет собой воздушную оболочку, окружающую нашу планету. Это динамичная и сложная система, без которой жизнь на Земле была бы невозможна.
Строение и состав атмосферы
По мере удаления от поверхности Земли сила гравитации ослабевает, что приводит к разрежению воздуха. Условной верхней границей атмосферы считается высота около 2000 км. Атмосфера имеет ярко выраженное слоистое строение. Самый плотный слой, где сосредоточено около 80% всей массы воздуха, — это тропосфера. Её толщина варьируется от 8-10 км над полюсами до 16-18 км над экватором. В сухом виде воздух тропосферы состоит в основном из азота (примерно 78%) и кислорода (около 21%). Оставшийся 1% включает аргон, углекислый газ, а также следовые количества других газов, таких как неон, гелий и озон. Кроме того, в приземном слое присутствуют мельчайшие частицы пыли, а над океанами — кристаллы солей. Важной характеристикой тропосферы является вертикальный градиент температуры: с подъёмом на каждые 100 метров температура в среднем понижается на 0,6°C.
Высокие слои атмосферы
Над тропосферой расположена тропопауза — переходный слой, за которым следует стратосфера, простирающаяся до высоты 50-55 км. Интересно, что в стратосфере температура с высотой не понижается, а возрастает. Это связано с наличием озонового слоя, который поглощает вредное ультрафиолетовое излучение Солнца, выполняя роль защитного экрана для всего живого. Сильные воздушные течения в стратосфере имеют большое значение для авиации и метеорологии.
Выше находится мезосфера (до 80 км), где температура вновь падает до очень низких значений. Следующий слой — термосфера (до 800 км) — характеризуется резким ростом температуры и ионизацией газов, что приводит к образованию ионосферы. Ионизированные слои отражают радиоволны, обеспечивая возможность дальней радиосвязи. Самый внешний слой — экзосфера — постепенно переходит в космическое пространство; здесь частицы газов крайне разрежены.
Изучение атмосферы
Познание воздушного океана всегда было связано с развитием технологий. Изначально исследования ограничивались подъёмом в горы. Прорыв произошёл с изобретением воздушных шаров, а позже — стратостатов, позволивших достичь высот в 20-30 км. Настоящая революция в изучении верхних слоёв атмосферы началась с запуска метеорологических ракет и первых искусственных спутников Земли, которые открыли миру мезосферу, ионосферу и радиационные пояса.
Атмосферное давление
Мы живём на дне воздушного океана, испытывая давление всей толщи атмосферы. На уровне моря оно составляет около 1013 миллибар (мбар) или 760 мм ртутного столба. Организмы адаптированы к этому давлению, поэтому мы его не ощущаем. Однако с подъёмом в горы или на большую высоту разрежение воздуха может вызывать симптомы горной болезни. Давление измеряется на метеостанциях по всему миру, и его распределение отображается на картах с помощью изобар — линий, соединяющих точки с равным давлением. Именно разница в давлении между областями вызывает горизонтальное движение воздуха, то есть ветер.
Температура воздуха и её распределение
Основным источником тепла для Земли является Солнце. Однако количество тепла, достигающего поверхности, неравномерно и зависит от угла падения солнечных лучей. На экваторе, где лучи падают почти вертикально, нагревание максимально. К полюсам угол падения уменьшается, лучи проходят через большую толщу атмосферы, и тепла поступает меньше. Интересно, что воздух нагревается в основном не напрямую от солнца, а от поверхности Земли, которая поглощает солнечную энергию и затем излучает тепло. Распределение температуры по планете наглядно показывают изотермы — линии одинаковой температуры на картах.
Влажность и облака
Водяной пар поступает в атмосферу в основном за счёт испарения с поверхности океанов. Его количество (абсолютная влажность) сильно зависит от температуры: тёплый воздух может содержать значительно больше пара, чем холодный. Когда поднимающийся воздух охлаждается, избыток пара конденсируется, образуя облака. Относительная влажность показывает, насколько воздух близок к насыщению паром. Облака — это гигантские скопления воды; даже небольшое кучевое облако может содержать сотни тонн влаги. Атмосфера действует как глобальный переносчик воды, постоянно обновляя её запасы и распределяя осадки по поверхности планеты.