Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.
Химический состав атмосферы Земли
Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.
Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.
Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).
В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.
Формирование погоды и климата
Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.
Рассмотрим факторы по порядку.
1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.
2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) - это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.
Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.
3. Атмосферное давление - еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.
Всего выделено 7 зон. Экватор - зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт - область высокого давления. От 30° до 60° - опять низкое давление. А от 60° до полюсов - зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов - ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.
Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление - 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. - это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление - 748 мм рт.ст.
Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.
Строение атмосферы
Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.
. Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.
Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.
. Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.
. Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.
. Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.
. Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.
В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.
. Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.
. Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.
. Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.
Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.
Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.
. Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".
Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.
Ни для кого не секрет, что воздух — крайне важная часть биосферы. Ведь именно его уникальный состав обеспечивает возможность жизни на планете. Но как называется воздушная Что она собой представляет и чем уникальна? Каков ее химический состав и физические свойства? Эти вопросы интересуют многих.
Как называется воздушная оболочка Земли?
Известно, что жизнь на Земле возможна во многом благодаря уникальному составу воздуха. И газовая оболочка носит название атмосферы. Эта часть биосферы полностью окружает планету и удерживается вокруг небесного тела благодаря гравитации.
Естественно, эта оболочка имеет определенные химические и физические свойства. Что же касается границ, то четко их провести невозможно. Ближе к земной поверхности атмосфера контактирует с литосферой и гидросферой. А вот определить, где заканчивается газовая оболочка и начинается открытый космос, крайне тяжело. На сегодняшний день границу принято проводить на высоте 100 км, где находится так называемая линия Кармана — в этом районе аэронавтика уже невозможна.
Атмосфера — воздушная оболочка Земли, значение которой трудно переоценить. Ведь не стоит забывать, что практически все небесные тела находятся под воздействием ионизирующих и ультрафиолетовых излучений, которые губительны для живых организмов. Именно в газовой оболочке эти лучи нейтрализуются.
Теория возникновения атмосферы
На самом деле, множество людей задается вопросом о том, как образовалась воздушная оболочка Земли. Ответ на этот вопрос вряд ли может быть точным, так как на сегодняшний день существует несколько разных теорий о происхождении атмосферы.
Согласно самой распространенной гипотезе, первичная атмосфера образовалась четыре миллиарда лет назад из легких газов, а именно — гелия и водорода, которые были захвачены из межпланетного пространства. В связи с высокой вулканической активностью в дальнейшем создалась вторичная газовая оболочка, которая была насыщена углекислым газом, водяным паром и аммиаком.
Третичная атмосфера была образована благодаря многим процессам — химические реакции (например, грозовые разряды), ультрафиолетовое воздействие, утечка гелия и водорода обратно в межпланетное пространство.
Химический состав атмосферы
Теперь, когда выяснилось, как называется воздушная оболочка Земли, стоит рассмотреть ее химический состав, который считается уникальным. Сразу же следует отметить, что различными газами насыщены лишь нижние слои атмосферы. В частности, в воздухе, который мы вдыхаем, преобладает азот (78,08 %). Уровень кислорода составляет 20,95 %. Это два основных газа.
Кроме того, воздушная оболочка Земли включает в себя и другие компоненты — это водород, аргон, гелий, ксенон, метан, окиси серы и азота, озон, аммиак.
Строение воздушной оболочки Земли
Атмосферу принято разделять на несколько основных слоев, каждый из которых имеет разные физические и химические характеристики.
- Тропосфера — самый близкий слой к поверхности земли. Именно здесь сконцентрировано 80 % всего воздуха. И именно здесь возможна жизнедеятельность человека. Кстати, в этом слое сосредоточена почти вся атмосферная вода (90 %). Здесь образуются облака и осадки. Тропосфера простирается на 18 км от поверхности земли. С подъемом вверх температура здесь снижается.
- Стратосфера (12-50 км) - слой, который считается наиболее спокойной частью атмосферы. Именно здесь находится озоновый защитный слой.
- Термосфера — часть атмосферы, верхняя граница которой находится примерно на 700-800 км. Здесь температура с подъемом начинает резко повышается, и в некоторых участках составляет около 1200 градусов по Цельсию. В границах этого слоя находится так называемая ионосфера, где воздух сильно ионизируется под воздействием солнечной радиации.
- Экзосфера — зона рассеяния, которая на высоте 3000 км переходит в космическое пространство. Воздух здесь насыщен легкими газами, в частности водородом и гелием.
Основные физически характеристики атмосферы
Безусловно, физические свойства воздуха крайне важны. Например, зная их, можно определить, как атмосфера воздействует на человеческий или любой другой живой организм. Кроме того, измерение физических параметров просто необходимо для определения оптимальных характеристик летательных аппаратов, самолетов и т. д. В частности, во внимание берутся следующие физические показатели:
- Температура воздуха измеряется по следующей формуле: t1 = t - 6,5H (здесь t — температура воздуха у земной поверхности, а Н — высота).
- Плотность воздуха — это масса воздуха на кубический метр.
- Давление, которое может быть измерено как в Паскалях, так и в атмосферах.
- Влажность воздуха демонстрирует количество воды в единице воздуха. Следует отметить, что нулевая влажность возможна только в лабораторных условиях. Чем выше этот показатель, тем ниже плотность воздуха, и наоборот.
Кстати, наука, дающая ответ на вопросы о том, как называется воздушная оболочка Земли, каковы ее свойства и характеристики, — это метеорология. Ученые занимаются не только изучением атмосферы, но также следят за ее постоянными изменениями, которые влияют на погоду и климат.
Атмосфера и ее значение
Важность газовой оболочки Земли очень трудно переоценить. Ведь всего несколько минут без воздуха приводят к потере сознания, гипоксии и необратимым повреждениям мозга. Только благодаря удивительному составу атмосферы живые организмы могут получать необходимый им кислород.
Кроме того, воздушная оболочка защищает поверхность планеты от вредных космических излучений. Вместе с тем, сквозь атмосферу проходит достаточное количество ультрафиолетовых лучей, которые согревают Землю. Ученые говорят, что уменьшение ультрафиолета приведет к снижению общей температуры и замерзанию. Кроме того, под воздействием солнечных лучей (в разумном количестве) в кожных тканях человека образуется витамин Д.
Озоновый слой и его значение
В стратосфере, на высоте 12-50 км от поверхности земли, находится озоновый слой. Эта часть атмосферы была открыта в 1912 году французскими учеными Ш. Фабри и А. Буиссоном.
Озон представляет собой бесцветный газ с резким характерным запахом. Он состоит из трех атомов оксигена. Именно эта часть газовой оболочки обеспечивают защиту поверхности земли от опасных космических излучений.
К сожалению, в связи с техническим и промышленным прогрессом, в воздушной оболочке Земли повысилось количество вредных веществ, которые постепенно разрушают озоновый слой. Так называемые озоновые дыры — крайне опасная проблема.
парниковый эффект и кислотные дожди
К сожалению, постоянное которое связано преимущественно с развитой промышленностью, приводит к массе ухудшений. К таким опасным изменениям относят так называемый парниковый эффект. Дело в том, что земные тела излучают волны преимущественно инфракрасного спектра — они далеко не всегда могут проникать сквозь атмосферу. Повышение концентрации которые поглощают инфракрасные излучения углекислый газ), приводит к повышению общей температуры в нижних слоях атмосферы, что, соответственно, влияет на климат.
Кислотные дожди — еще один результат промышленного загрязнения воздушной оболочки Земли. Оксиды серы и азота, которые выбрасываются в воздух тепловыми электростанциями, автомобилями, металлургическими заводами и некоторыми другими предприятиями, могут вступать в реакцию с водяным паром атмосферы — под воздействием солнечного излучения здесь образуются кислоты, которые выпадают вместе с другими осадками.
Атмосферный воздух состоит из азота (77,99%), кислорода (21%), инертных газов (1%) и углекислого газа (0,01%). Доля углекислого газа со временем возрастает из-за того, что в атмосферу выделяются продукты горения топлива, а, кроме того, уменьшается площадь лесов, которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород.
В атмосфере также находится незначительное количество озона, который сконцентрирован на высоте около 25-30 км и образует так называемый озоновый слой. Этот слой создает барьер для солнечного ультрафиолетового излучения, опасного для живых организмов Земли.
Кроме этого в атмосфере находится водяной пар и различные примеси — частички пыли, вулканический пепел, сажа и прочее. Концентрация примесей выше у поверхности земли и в определенных районах: над большими городами, пустынями.
Тропосфера — нижний , в нем находится большая часть воздуха и . Высота этого слоя неодинакова: от 8-10 км у тропиков до 16-18 у экватора. в тропосфере понижается с подъемом: на 6°С на каждый километр. В тропосфере формируется погода, образуются ветра, осадки, облака, циклоны и антициклоны.
Следующий слой атмосферы — стратосфера . Воздух в ней значительно более разрежен, в ней значительно меньше водяных паров. Температура в нижней части стратосферы — -60 — -80°С и падает с увеличением высоты. Именно в стратосфере находится озоновый слой. Для стратосферы характерны большие скорости ветра (до 80-100 м/сек).
Мезосфера — средний слой атмосферы, лежащий над стратосферой на высотах от 50 до S0-S5 км. Мезосфера характеризуется понижением средней температуры с высотой от 0° С на нижней границе до -90°С у верхней границы. Близ верхней границы мезосферы наблюдаются серебристые облака, освещаемые солнцем в ночное время. Давление воздуха на верхней границе мезосферы в 200 раз меньше, чем у земной поверхности.
Термосфера — расположена выше мезосферы, на высотах от SO до 400- 500 км, в ней температура сначала медленно, а потом быстро вновь начинает расти. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150-300 км. В термосфере температура непрерывно растет до высоты около 400 км, где она достигает 700 — 1500° С (в зависимости от солнечной активности). Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской и космического излучения происходит также ионизация воздуха («полярные сияния»). Основные области ионосферы лежат внутри термосферы.
Экзосфера — внешний, наиболее разрежённый слой атмосферы, она начинается на высотах 450-ООО км, а её верхняя граница находится на расстоянии нескольких тысяч км от земной поверхности, где концентрация частиц становится такой же, как в межпланетном пространстве. Экзосфера состоит из ионизированного газа (плазмы); нижняя и средняя части экзосферы в основном состоят из кислорода и азота; с увеличением же высоты быстро растет относительная концентрация лёгких газов, особенно ионизированного водорода. Температура в экзосфере 1300-3000° С; она слабо растет с высотой. В экзосфере в основном расположены радиационные пояса Земли.
Земля - 3-я планета от Солнца, расположенная между Венерой и Марсом. Она является самой плотной планетой Солнечной системы, крупнейшей из четырех и единственным астрономическим объектом, который, как известно, содержит жизнь. Согласно радиометрическому датированию и другим способам исследований, наша планета образовалась около 4,54 млрд лет назад. Земля гравитационно взаимодействует с другими объектами в космосе, особенно с Солнцем и Луной.
Земля состоит из четырех основных сфер или оболочек, которые зависят друг от друга и являются биологическими и физическими компонентами нашей планеты. Их научно называют биофизическими элементами, а именно гидросферой («гидро» для воды), биосферой («био» для живых существ), литосферой («лито» для суши или земной поверхности) и атмосферой («атмо» для воздуха). Эти основные сферы нашей планеты далее делятся на различные под-сферы.
Рассмотрим все четыре оболочки Земли более подробно, чтобы понять их функции и значение.
Литосфера - твердая оболочка Земли
По оценкам ученых, на нашей планете есть более 1386 млн. км³ воды.
В океанах содержится более 97 % запасов воды на Земле. Остальная часть приходится на пресную воду, две трети которой находится в замерзшем состоянии в полярных регионах планеты и на снежных вершинах гор. Интересно отметить, что, хотя вода покрывает большую часть поверхности планеты, она составляет всего 0,023 % общей массы Земли.
Биосфера - живая оболочка Земли
Биосферу иногда считают одной большой - сложным сообществом живых и неживых компонентов, функционирующих как единое целое. Однако чаще всего биосфера описывается как совокупность множества экологических систем.
Атмосфера - воздушная оболочка Земли
Атмосфера - это совокупность газов, окружающих нашу планету, удерживаемых на месте земной гравитацией. Большая часть нашей атмосферы находится вблизи земной поверхности, где она наиболее плотная. Воздух Земли на 79 % состоит из азота и чуть менее 21 % - из кислорода, а также аргона, двуокиси углерода и других газов. Водяной пар и пыль также являются частью атмосферы Земли. Другие планеты и Луна обладают очень разными атмосферами, а некоторые вообще не имеют таковой. В космосе нет атмосферы.
Атмосфера настолько распространена, что она почти незаметна, но ее вес равен слою воды глубиной более 10 метров, которая покрывает всю нашу планету. Нижние 30 километров атмосферы содержат около 98 % всей ее массы.
Ученые утверждают, что многие из газов в нашей атмосфере были выброшены в воздух ранними вулканами. В то время вокруг Земли было мало или вообще не было свободного кислорода. Свободный кислород состоит из молекул кислорода, не связанных с другим элементом, таким как углерод (с образованием углекислого газа) или водород (с образованием воды).
Свободный кислород, возможно, был добавлен в атмосферу примитивными организмами, вероятно бактериями, во время . Позднее более сложные формы добавили больше кислорода в атмосферу. Кислороду в сегодняшней атмосфере, вероятно, потребовалось миллионы лет чтобы накопиться.
Атмосфера действует как гигантский фильтр, поглощая большую часть ультрафиолетового излучения и позволяя проникать солнечным лучам. Ультрафиолетовое излучение вредно для живых существ, и может вызвать ожоги. Тем не менее солнечная энергия необходима для всей жизни на Земле.
Атмосфера Земли имеет . От поверхности планеты к небу идут следующие слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Другой слой, называемый ионосферой, простирается от мезосферы до экзосферы. Вне экзосферы находится космос. Границы между атмосферными слоями четко не определены и изменяются в зависимости от широты и времени года.
Взаимосвязь оболочек Земли
Все четыре сферы могут присутствовать в одном месте. Например, кусок почвы будет содержать минералы из литосферы. Кроме того, будут присутствовать элементы гидросферы, представляющие собой влагу в почве, биосферы как насекомых и растений и даже атмосферы в виде почвенного воздуха.
Все сферы взаимосвязаны и зависят друг от друга, как единый организм. Изменения в одной сфере приведут к изменениям в другой. Поэтому все, что мы делаем на нашей планете, влияет на другие процессы в ее пределах (даже если мы не можем этого увидеть своими глазами).
Для людей, занимающихся проблемами , очень важно понимать взаимосвязь всех оболочек Земли.