Атмосфера Земли
Атмосфера - это газовая оболочка, окружающая нашу планету. Атмосфера обладает массой и поэтому притягивается к Земле гравитацией. При земных температурах молекулы газов перемещаются достаточно быстро, и некоторые из них покидают атмосферу, улетая в космос.
К счастью, атмосфера Земли достаточно массивна, чтобы эти потери не привели к значительной потере газов за миллиарды лет существования планеты, как предполагают ученые. Меньшие небесные тела, например, Луна и Марс, оказались менее успешными в удержании газов, которые у них могли быть когда-либо. Луна практически лишена атмосферы, а у Марса она намного тоньше (менее плотная), чем у Земли.
Масса атмосферы Земли
Масса атмосферы Земли составляет чуть более 5 миллионов гигатонн (гигатонна - миллиард метрических тонн). Это может показаться внушительным числом, но на самом деле это менее одной миллионной массы всей планеты. Следы атмосферы можно обнаружить на высоте до 160 км над поверхностью, но большая ее часть сосредоточена в пределах 5,6 км от Земли. Если представить Землю в виде обычного шара диаметром 30 сантиметров, то атмосфера по толщине будет чуть больше листа бумаги.
Состав воздуха Земли
Примерно 78% объема сухого воздуха занимает азот (химическая формула N2). Кислород (O2) составляет 21%. Остальная часть в основном состоит из аргона (Ar), с небольшими количествами других газов, таких как углекислый газ (CO2), метан (CH4) и водород (H2). Обратите внимание, что эти цифры относятся к сухому воздуху; водяной пар (H2O) присутствует в различных количествах, обычно от 0,1 до 4%.
Распределение газов в атмосфере Земли
Состав воздуха практически одинаков по всей планете и даже на разных высотах. Однако в слое, называемом стратосферой, на высоте более 10 километров над Землей существует небольшая концентрация (несколько частей на миллион) озона. Этот озоновый слой жизненно важен для жизни на Земле, поскольку он поглощает большую часть вредных ультрафиолетовых лучей от Солнца.
В последние десятилетия концентрация озона снизилась, по крайней мере частично из-за реакций с искусственными химическими соединениями, известными как хлорфторуглероды, используемые в промышленности. С 1992 года производство этих газов было значительно ограничено, поэтому есть надежда, что дальнейшее разрушение озонового слоя будет минимальным.
Слои атмосферы Земли
Тропосфера Земли
Несмотря на то, что состав атмосферы меняется незначительно с высотой, температура и давление воздуха сильно различаются. В нижнем слое атмосферы, называемом тропосферой, температура обычно падает с увеличением высоты. На высоте около 11 километров температура достигает примерно -57° C. Эта точка, “вершина” тропосферы, называется тропопаузой. Почти вся земная “погода” (особенно осадки) происходит в тропосфере.
Стратосфера Земли
Выше тропопаузы температура остается примерно такой же, а затем фактически начинает повышаться с высотой. Эта область называется стратосферой. Большая часть этого нагрева происходит из-за поглощения ультрафиолетовой солнечной энергии озоном. Благодаря такой температурной структуре воздух в стратосфере очень стабилен, что означает, что вертикальное перемешивание очень слабое. По этой причине вулканическая пыль или искусственные газы, достигающие стратосферы, могут оставаться там в течение многих лет.
Мезосфера Земли
Стратопауза, вершина стратосферы, находится примерно на высоте 50 километров. Над ней находится мезосфера - зона, в которой температура снова падает. После достижения дна в мезопаузе, примерно на высоте 80 километров, температура в термосфере становится очень высокой, достигая более 1100° C.
К этому моменту воздух становится настолько разреженным, что его почти не ощущается. Это просто означает, что относительно небольшое количество частиц (в основном ионов или электрически заряженных атомов) движется достаточно быстро. За пределами термосферы можно выделить другую область - экзосферу. Это чрезвычайно разреженный газ, состоящий в основном из водорода и гелия, который постепенно переходит в вакуум межпланетного пространства.
Атмосферное давление Земли
Атмосферное давление значительно падает с высотой по очень простой причине. Давление, оказываемое воздухом на любой высоте, обусловлено весом всего воздуха, находящегося над ней. На больших высотах воздуха меньше, поэтому давление и плотность падают.
На уровне моря давление в среднем составляет одну атмосферу (единица измерения давления). Грубо говоря, давление падает вдвое с каждыми дополнительными 5,6 километра высоты. На высоте 11 километров давление воздуха составляет примерно 25% от давления на уровне моря.
Циркуляция атмосферы Земли
Атмосфера постоянно находится в движении, в основном из-за разницы в давлении, вызванной разницей в нагреве солнцем. Эта солнечная энергия перераспределяется ветрами, инфракрасным излучением и водяным паром, что приводит к изменению состояния атмосферы, известному как погода.
Характер циркуляции атмосферы меняется изо дня в день и от сезона к сезону. Тем не менее, можно выделить некоторые определенные общие закономерности.
Воздух вблизи экватора обычно нагревается больше всего, что делает его менее плотным и заставляет атмосферу в этом регионе расширяться вверх. Это часто приводит к образованию облаков и дождей, делая тропики относительно влажными. Воздух на больших высотах затем движется к полюсам.
Однако вращение Земли влияет на этот процесс посредством эффекта Кориолиса, который отклоняет воздушные потоки вправо в Северном полушарии и влево в Южном. В результате, ветры на больших высотах в основном дуют с запада на восток в средних широтах.
Часть воздуха, направленного к полюсу, опускается обратно к поверхности примерно на 25-30 градусах широты от экватора в обоих полушариях. Этот воздух затем течет обратно к экватору у поверхности, но снова отклоняется под действием эффекта Кориолиса, превращаясь в пассаты.
Пассаты дуют с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока в Южном. Там, где воздух опускается, возникает относительно высокое давление у поверхности. Опускающийся воздух сжимается и нагревается, что приводит к испарению облаков и небольшому количеству осадков. Большинство пустынь мира расположено в этих субтропических регионах.
В средних широтах ветры, как правило, дуют в среднем с запада. Ближе к полюсам ветры, как правило, дуют с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока в Южном полушарии, подобно пассатам. Часто можно наблюдать четкую границу между относительно теплыми западными ветрами средних широт (дующими с запада на восток) и холодными полярными восточными ветрами.
Именно вдоль этого “полярного фронта” часто формируются системы низкого давления, называемые циклонами. Общий эффект этих штормов заключается в переносе холодного воздуха к низким широтам, а теплого - к полюсам.
В дополнение к циклонам средних широт, летом или осенью образуются очень сильные тропические циклоны, такие как ураганы и тайфуны (два названия одного и того же типа шторма, применяемые в разных регионах). Эти шторма в конечном итоге переносят тепло в высокие широты. В действительности погода обычно делает экватор холоднее, чем это было бы в противном случае, а полюса - теплее.
Земные циклы и Круговорот воды на Земле
Солнечная энергия и Магнитное поле Земли
Что ещё посмотреть: