еКапуста [CPL] RU

АТМОСФЕРА: Газовая оболочка небесного тела | Интересные факты по географии планеты Земля

 

Атмосфера Земли — это газовая оболочка нашей планеты, простирающаяся до тысячи километров ввысь над поверхностью планеты. Она характеризуется высокой динамичностью, физической неоднородностью и уязвимостью к биологическим факторам.

Атмосфера — это наш защитный купол от всяческого рода угроз из космоса. В ней сгорает большая часть метеоров, которые падают на планету, а ее озоновый слой служит фильтром против ультрафиолетового излучения Солнца, энергия которого смертельна для живых существ. Кроме того, именно атмосфера поддерживает комфортную температуру у поверхности Земли — если бы не парниковый эффект, достигаемый за счет многократного отражения солнечных лучей от облаков, Земля была бы в среднем на 20-30 градусов холоднее. Кругооборот воды в атмосфере и движение воздушных масс не только уравновешивают температуру и влажность, но и создают земное разнообразие ландшафтных форм и минералов — такого богатства не встретить нигде в Солнечной системе а может и в нашей галактике за другие галактики не скажу это очень далеко потому что только наша галактика размером в сто тысяч световых лет. И раз уж пошли такие цифры начнем с того масса атмосферы составляет 5 квадриллионов тонн. Откуда данные в этом помог Блез Паскаль выдающийся ученый, математик, физик, писатель и философ. Он первый рассчитал массу атмосферы, а это не так-то просто, а он справился с задачей 400 лет назад.

Воздух атмосферы состоит из смеси примерно двадцати семи различных газов. Примерно на 99% — это смесь кислорода и азота. В составе оставшегося процента: водяной пар, углекислый газ, метан, водород, озон, инертные газы (аргон, ксенон, неон, гелий, криптон) и другие элементы периодической таблицы Менделеева.

Халва [CPS] RU

Так вот синий цвет неба на Земле тоже создается кислородом — из всего радужного спектра Солнца он лучше всего рассеивает короткие волны света, отвечающие за синий цвет. Этот же эффект действует в космосе — на расстоянии Земля будто окутывается голубой дымкой, а издали и вовсе превращается в синюю точку.

Как и наша планета Земля Атмосфера состоит из слоев. Их существует немало, и каждый из них обладает своими уникальными характеристиками. И чтобы понимать, что к чему Давайте рассмотрим несколько основных.

 

 

Самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы называется тропосферой.  Именно в его «придонной» части как на дне океана пусть и атмосферного находимся все мы — если, конечно, вы не являетесь одним из полумиллиона человек, которые летят прямо сейчас в самолете которые летают в другом слое этого воздушного пирога о котором поговорим чуть позже.

Верхний предел тропосферы зависит от широты нужно помнить о центробежной силе вращения Земли, из-за которой планета шире на экваторе и колеблется от 7 километров на полюсах до 20 километров на экваторе. Также размеры тропосферы зависит от сезона — чем теплее воздух, тем выше поднимается верхний предел.

Название «тропосфера» происходит от древнегреческого слова «tropos», которое переводится как «поворот, изменение». Это достаточно точно отображает свойства слоя атмосферы — он, по сути, наиболее динамичный и продуктивный. Именно в тропосфере собираются облака и циркулирует вода, создаются циклоны и антициклоны и генерируются ветра — происходят все те процессы, которые мы называем «погода» и «климат». Кроме того, это самый массивный и плотный слой — на него приходится 80% массы атмосферы и почти все содержание воды в ней. Тут же обитает большая часть живых организмов.  Всем известно, а теперь уже точно для остальных смотрителей канала, что чем выше подниматься, тем холоднее становится. Это действительно так — каждые 100 метров вверх температура воздуха падает на пол градуса. И Тем не менее принцип работает только в тропосфере — дальше температура с ростом высоты начинает повышаться. Зона между тропосферой и стратосферой, где температура остается неизменной, называется тропопаузой.

Уже упомянутое воздушное дно, где атмосфера контактирует с литосферой, называется приземным пограничным слоем. Его роль в циркуляции атмосферы невероятно велика — отдача тепла и излучения от поверхности создает ветры и перепады давления, а горы и другие неровности рельефа направляют и разделяют их. Тут же происходит водообмен — приблизительно за 10 дней вся вода, взятая из океанов и поверхности, возвращается обратно, превращая тропосферу в своеобразный водный фильтр. Интересный факт — на водообмене с атмосферой завязан важный процесс в жизнедеятельности растений — транспирация. С ее помощью флора планеты активно влияет на климат — так, большие зеленые массивы смягчают погоду и перепады температуры. Растения в насыщенных водой местах испаряют 99% воды, взятой из почвы. К примеру, гектар пшеницы за лето выбрасывает в атмосферу около 3 тысяч тонн воды — это значительно больше, чем могла бы отдать безжизненная почва.

Нормальное давление у поверхности Земли — около 1000 миллибар, которое составляет одну «атмосферу» — с этой единицей измерения вы уже наверняка сталкивались кто-то при накачке колеса, а кто-то для измерения сжатия челюсти акулы или крокодила.

AliExpress WW

Следующий слой атмосферы, располагающийся в диапазоне между 8 км высоты (на полюсе) и 50 км (на экваторе), называется стратосферой. Название происходит от др. греческого слова «stratos», которое значит «настил, слой». Это крайне разреженная зона атмосферы Земли, в которой почти нет водного пара. В разговоре о тропосфере мы уже узнали, что температура в ней понижается в зависимости от высоты. В стратосфере все происходит с точностью до наоборот — с набором высоты температура вырастает от –50°C до 0–1°С. Прекращается нагрев в стратопаузе, границе между страто и мезосферами.

Пассажирские лайнеры и сверхзвуковые самолеты обычно летают в нижних слоях стратосферы — это не только защищает их от нестабильности воздушных потоков тропосферы, но и упрощает их движение за счет малого аэродинамического сопротивления.

А низкие температуры и разреженность воздуха позволяют оптимизировать потребление топлива, что особенно важно для дальних перелетов.

Однако существует технический предел высоты для самолета — приток воздуха, которого в стратосфере так мало, необходим для работы реактивных двигателей. Соответственно, для достижения нужного давления воздуха в турбине самолету приходится двигаться быстрее скорости звука. Поэтому высоко в стратосфере (на высоте 18–30 километров) могут передвигаться только боевые машины и сверхзвуковые самолеты. Так что основными «обитателями» стратосферы являются метеорологические зонды, прикрепленные к воздушным шарам — там они могут оставаться длительное время, собирая информацию о динамике нижележащей тропосферы.

Вплоть до самого озонового слоя в атмосфере встречаются микроорганизмы — так называемый аэропланктон. Однако не одни бактерии способны выживать в стратосфере. Так, однажды в двигатель самолета на высоте 11 километров попал африканский сип — особая разновидность грифа. А некоторые утки во время миграций спокойно пролетают над Эверестом. Но самым большим существом, побывавшим в стратосфере, остается человек. Текущий рекорд по высоте был установлен Аланом Юстасом. На специальном воздушном шаре он поднялся на высоту 41 километр над уровнем моря, а затем спрыгнул вниз с парашютом. Скорость, которую он развил в пиковый момент падения, составила 1320 км/ч — а это больше скорости звука! Однако не стоит забывать про Феликса Баумгартнера, который также совершил прыжок из стратосферы и пролетел на скорости в 1357 км/ч. Прыгуны прыгунами, а мы двигаемся дальше.

На границе между стратосферой и мезосферой находится знаменитый озоновый слой. Он защищает поверхность Земли от воздействия ультрафиолетовых лучей, а заодно служит верхней границей распространения жизни на планете — выше него температура, давление и космическое излучение быстро положат конец даже самым стойким бактериям. Откуда же взялся этот щит? Ответ невероятен — он был создан живыми организмами, точнее — кислородом, которые разнообразные бактерии, водоросли и растения выделяли с незапамятных времен. Поднимаясь высоко по атмосфере, кислород контактирует с ультрафиолетовым излучением и вступает в фотохимическую реакцию. В итоге из обычного кислорода, которым мы дышим, O2, получается озон — O3. Парадоксально, но созданный излучением Солнца озон защищает нас от этого же излучения! А еще озон не отражает, а поглощает ультрафиолет — тем самым он нагревает атмосферу вокруг себя.

Мы уже упоминали, что над стратосферой — точнее, над стратопаузой, пограничной прослойкой стабильной температуры — находится мезосфера. Этот относительно небольшой слой располагается между 40–45 и 90 километров высоты и является самым холодным местом в нашей планете — в мезопаузе, верхнем слое мезосферы, воздух охлаждается до –143°C. Мезосфера является наименее изученной частью атмосферы Земли. Экстремально малое давление газов, которое от тысячи до десяти тысяч раз ниже поверхностного, ограничивает движение воздушных шаров — их подъемная сила доходит до нуля, и они попросту зависают на месте. То же происходит с реактивными самолетами — аэродинамика крыла и корпуса самолета теряют свой смысл. Поэтому летать в мезосфере могут либо ракеты, либо самолеты с ракетными двигателями — ракетопланы.

А еще именно в мезосфере сгорает большинство метеоров, падающих на Землю — именно там вспыхивает метеоритный поток Персеиды, известный как «августовский звездопад». Световой эффект происходит тогда, когда космическое тело входит в атмосферу Земли под острым углом со скоростью больше 11 км/с — от силы трения метеорит загорается.  Растеряв свою массу в мезосфере, остатки «пришельцев» оседают на Землю в виде космической пыли — каждый день на планету попадает от 100 до 10 тысяч тонн метеоритного вещества. Поскольку отдельные пылинки очень легкие, на путь к поверхности Земли у них уходит до одного месяца! Попадая в тучи, они утяжеляют их и даже иногда вызывают дожди — как вызывает их вулканический пепел. Однако сила влияния космической пыли на дожде образование считается небольшой — даже 10 тысяч тонн маловато, чтобы серьезно изменить естественную циркуляцию атмосферы Земли.

Над мезосферой, на высоте 100 километров над уровнем моря, проходит линия Кармана — условная граница между Землей и космосом. Хотя там и присутствуют Газы, которые вращаются вместе с Землей и технически входят в атмосферу, их количество выше линии Кармана незримо мало. Поэтому любой полет, который выходит за высоту 100 километров, уже считается космическим. С линией Кармана совпадает нижняя граница самого протяженного слоя атмосферы — термосферы. Она поднимается до высоты 800 километров и отличается чрезвычайно высокой температурой — на высоте 400 километров она достигает максимума в 1800°C! Горячо, не правда ли? При температуре в 1538°C начинает плавиться железо — как же тогда космические аппараты остаются целыми в термосфере? Все дело в чрезвычайно низкой концентрации газов в верхней атмосфере — давление посередине термосферы в 1000000 меньше концентрации воздуха у поверхности Земли! Энергия отдельно взятых частиц высока, но расстояние между ними огромное, и космические аппараты фактически находятся в вакууме и если взять обычный градусник и измерить температура ничего у вас не получиться.

Это, впрочем, не помогает им избавляться от тепла, которое выделяют механизмы — для тепловыделения все космические аппараты оснащены радиаторами, которые излучают избыточную энергию.

Термосфера фактически является открытым космосом — именно в ее пределах пролегала орбита первого советского «Спутника». Там же был апоцентр — наивысшая точка над Землей — полета корабля «Восток-1» с Юрием Гагариным на борту.

Многие искусственные спутники для изучения поверхности Земли, океана и атмосферы, вроде спутников Google Maps, тоже запускаются на эту высоту.

В полярных широтах часто появляется грандиозное зрелище — полярные сияния. Они выглядят как длинные светящиеся дуги разнообразных цветов и форм, которые переливаются в небе. Их появлению Земля обязана своей магнитосферой — а, точнее, прорехами в ней возле полюсов. Заряженные частицы солнечного ветра прорываются внутрь, заставляя атмосферу светиться. Сейчас сияния являются обыденностью для жителей приполярных стран, таких как Канада или Норвегия, а также обязательным пунктом в программе любого туриста — однако раньше им приписывались сверхъестественные свойства.

В разноцветных огнях людям древности виделись врата в рай, мифические существа и костры духов, а их поведение считали прорицаниями. И наших предков можно понять — даже образование и вера в собственный разум порой не могут сдержать благоговения перед силами природы.

Последний слой атмосферы Земли, нижняя граница которого проходит на высоте 700 километров — это экзосфера (от др. греческого корня «экзо» — вне, снаружи). Она невероятно рассеянная и состоит преимущественно из атомов легчайшего элемента — водорода; также попадаются отдельные атомы кислорода и азота. Размеры экзосферы Земли невероятно велики — она перерастает в корону Земли, геокорону, которая растянута до 100 тысяч километров от планеты. Она очень разрежена — концентрация частиц в миллионы раз меньше плотности обычного воздуха.

А еще именно в экзосфере происходит выветривание атмосферы Земли — из-за большого расстояния от гравитационного центра планеты частички легко отрываются от общей газовой массы и выходят на собственные орбиты. Это явление называется диссипацией атмосферы.

Наша планета ежесекундно теряет 3 килограмма водорода и 50 грамм гелия из атмосферы. Только эти частицы достаточно легки, чтобы покинуть общую газовую массу. Несложные расчеты показывают, что Земля ежегодно теряет около 110 тысяч тонн массы атмосферы. Опасно ли это? На самом деле нет — мощности нашей планеты по «производству» водорода и гелия превышают темпы потерь. Кроме того, часть потерянного вещества со временем возвращается обратно в атмосферу. А важные газы вроде кислорода или углекислого газа попросту слишком тяжелы, чтобы массово покидать Землю — поэтому не стоит бояться, что атмосфера нашей Земли улетучится. И все бы хорошо, но в процессы Земли не могла не повлиять человеческая цивилизация. Загрязнители воздуха уже сделали жизнь жителей многих городов опасной — и громадные облака грязного тумана над большими городами видны даже из космоса.

В результате хозяйственной деятельности человека ежегодно в атмосферу поступает огромное количество загрязняющих веществ. За один год на нашей планете в атмосферу было выброшено 400 млн. тонн соединений серы, азота, углерода и твердых частиц. Ведущие загрязнители атмосферы предприятия металлургического комплекса и энергетики, а также нефтехимические заводы, а это около 70% загрязнения атмосферы, на втором месте находится автотранспорт и это все — никак не входило в плановые процессы земли, но страдать в первую очередь будет никто иной как создатель это всего мусора а именно человек.

Выбросы диоксида углерода, оксидов азота, метана, диоксида серы, фреона и других загрязняющих веществ оказывают влияние на глобальный климат и вызывают негативные экологические последствия, то есть парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди и т. д.

Парниковый эффект был установлен в конце прошлого века шведским ученым Аррениусом, который определил, что углекислый газ способен поглощать уходящую радиацию, поддерживая тем самым высокие приземные температуры воздуха и создавая «парниковые условия». Тогда же предположили, что сжигание угля может приводить к повышению содержания СО2 и усилению парникового эффекта. Все это приводит к постепенному потеплению климата на нашей планете. За счет этого средняя глобальная температура воздуха уже повысилась на 0,5-0,6°С.

Вторым глобальным негативным последствием загрязнения атмосферы является разрушение озонового слоя под влиянием выбросов фреонов и оксидов азота, то есть продуктов неполного сгорания топлива в двигателях реактивных самолетов. В восьмидесятые годы нашего столетия появились сообщения об уменьшении содержания озона и образовании «озоновой дыры» над Антарктидой.

Увеличение производства энергии на Земле приводит к тепловому загрязнению окружающей среды. Так, в районе крупных городов возникают «острова тепла», где температура на несколько градусов выше естественной.

На зарождение атмосферы Земли понадобились миллионы лет. И жизненно важные явления очень устойчивы — озоновый слой будет существовать и функционировать, даже если на Земле будет в 100 раз меньше кислорода и мне кажется этот процесс пропорционален как говорится меньше народу больше кислороду и соответственно наоборот и что нам остается так это жить в равновесии с законами природы, которая нас и создала.

Халва [CPS] RU