Что относится к атмосфере примеры
Атмосфера, свойства, строение, состав
Атмосфера, свойства, строение, состав.
Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая планету Земля, удерживаемая вокруг нее силой гравитации.
Атмосфера Земли, характеристики и свойства
Атмосфера Земли, характеристики и свойства, значение для жизни:
В астрономии атмосферой принято считать газовое пространство, окружающее любое небесное тело и вращающееся вместе с ним вокруг своей оси. Атмосферу имеют практически все крупные небесные тела, особенно состоящие из газов или имеющие сходный с Землей планетный тип: Меркурий, Венера, Луна, Марс, Юпитер, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Сатурн, Энцелада, Титан, Рея, Уран, Нептун, Тритон, Плутон и пр.
Удельная масса атмосферы Земли составляет 5,2×10 18 килограмм, а высота около 1000 километров. Атмосфера Земли непостоянна, подвержена изменениями и основным их источником считается человек.
Ее ключевыми характеристиками являются:
– высокая динамичность – перемещение огромных масс воздуха во всех слоях, возникающие вследствие перепадов давления, обусловленных нагреванием газов ;
– физическая неоднородность – включает ряд сфер и слоев, каждый из которых отличается своими физическими характеристиками;
Одно из назначений атмосферы – защита Земли и всего живого на ней от разнообразных космических угроз. В ее слоях сгорают мелкие метеоры, а крупные распадаются на мелкие части, не способные нанести планете существенный вред. Присутствующий озоновый слой фильтрует вредное для обитателей Земли ультрафиолетовое солнечное излучение, преобразовывая его в безопасные для жизни тепло и свет. Также атмосфера позволяет поддерживать на поверхности планеты температуру, комфортную для жизни человека, обеспечивает круговорот воды и движение воздушных потоков, без которых невозможно создание необходимых природе влажности и температуры.
Структура, строение и слои атмосферы:
Оболочка Земли включает пять основных слоев, берущих свое начало от уровня моря (а иногда и ниже) и простирающихся до межпланетного пространства. В промежутке между ними расположены переходные зоны (промежуточные слои) – «паузы», где происходит изменение состава, плотности и температуры воздушных масс. Таких зон четыре, и вместе с ними атмосфера насчитывает девять слоев.
Тропосфера:
Свое название слой получил от древнегреческих слов τρόπος – «поворот, изменение» и σφαῖρα – «шар». Первая часть слова полностью соответствует основным критериям тропосферы – подвижности, изменчивости, динамичности, формирующих все те явления, которые принято называть «климат» и «погода». Это:
– образование циклонов, антициклонов;
Тропосфера – самый тяжелый слой, т.к. в нем содержится 80% массы атмосферы, 50% всех газов и практически вся влага, что позволяет обитателям тропосферы «дышать». Удерживает он и тепло, сохраняя поглощаемые Землей солнечные лучи, поэтому при удалении от ее поверхности понижаются и давление, и температура. Причем температура понижается на 0,5-0,7 градуса Цельсия каждые 100 метров. Также с набором высоты усиливается ветер: на каждый километр высоты его скорость растет на 2-3 км/с. Примечательно, что снижение температуры характерно только для нижнего слоя (тропосферы), во всех же иных она растет по мере приближения к верхним границам.
На нижней границе, возле литосферы, находится еще один барьер: приземной пограничный слой, самый важный для циркуляции всей атмосферы. Именно здесь происходит отдача тепловой энергии и излучения планетой, создаются перепады давления и ветряные потоки, позже разделяемые и направляемые неровностями поверхности (горами, скалами и т.д.).
Нормальным давлением у нижней границы тропосферы принято считать показатель в 1000 миллибар, который максимально приближен к эталону – 1013 миллибар (одна «атмосфера»). У верхнего слоя давление составляет уже 200 мБар, а при удалении от уровня моря на 45 км падает до 1 мБара.
За тропосферой и тропопаузой следует следующий слой атмосферы – стратосфера. В тропопаузе прекращается снижение температуры воздуха с возрастанием высоты.
Стратосфера:
В границах стратосферы располагается еще один слой – озоновый, выполняющий важную функцию защиты поверхности планеты от разрушающего действия ультрафиолетовых лучей.
Озоновый слой:
Озоновый слой представляет собой «границу жизни» на Земле: за его пределами все основные показатели – температура, давление, космическое излучение – уничтожают все живые организмы, включая даже самые стойкие бактериологические формы.
Появление этого барьера в атмосфере обусловлено двум факторами:
– кислородом, выделяемым всеми представителями растительного мира планеты;
– ультрафиолетом, с которым кислород ступает в химические реакции. В результате химических реакций образуется газ О3 – озон, по иронии, созданный из разрушающих ультрафиолетовых волн и защищающий от них же. Его примечательной характеристикой считается способность отражать солнечные лучи, создавая вокруг себя тепло.
Мезосфера:
– чрезвычайно малым давлением газов (ниже поверхностного в десятки тысяч раз);
– отсутствием движения воздушных масс, обусловленного их низкой (почти нулевой) подъемной силой.
Эти же факторы влияют на изучение слоя: отсутствие летательных аппаратов, способных двигаться в подобных условиях, не позволяет тщательно исследовать мезосферу. Однако доподлинно известно, что именно она защищает Землю от падения на нее различных космических тел, чаще всего метеоров. Небольшие из них полностью сгорают, рассыпаясь в пыль, а крупные иногда достигают поверхности планеты, но уже «выгоревшие», не способные нанести ей существенный ущерб.
Термосфера:
Космические летательные аппараты, созданные из металла, который начинает плавиться при температуре 1560 градусов Цельсия, улетая в открытое космическое пространство и возвращаясь на Землю, легко преодолевают этот слой. Это связано с тем, что термосфера имеет чрезвычайно низкое содержание газов и соответственно низкое давление, которое в миллион раз меньше, чем на поверхности Земли. Частицы этого слоя обладают высокой энергией, но т.к. расстояние между частицами огромно, любые космические объекты, летающие в этом слое, оказываются практически в вакууме. Именно поэтому термосфера выбрана для размещения спутников и орбитальных станций.
Под действием солнечной радиации и космического излучения в термосфере происходит ионизация воздуха и образуются т.н. «полярные сияния».
В термопаузе поглощение солнечного излучения незначительно и температура практически не меняется с высотой. Здесь также происходят полярные сияния.
Экзосфера:
Экзосфера самый большой по размерам слой атмосферы, ее границы простираются на сотни километров вглубь космоса и верхней считается геокорона Земли. Атомы газов здесь – большая редкость, их концентрация в миллионы раз ниже, чем в земном воздухе.
Состав атмосферы. Газы и другие вещества в атмосфере:
Все слои атмосферы состоят из газов, но в одних их концентрация выше, а в других меньше. Воздух, которым дышат все земные существа, включает их большую атмосферную часть – почти 80%. Элементов, имеющих наибольшую концентрацию, в атмосфере 12, но в том или ином объемном соотношении в атмосфере присутствует почти вся таблица Менделеева. Однако такой состав был не всегда.
Первыми газами, окутывающими Землю и свойственные всем газовым гигантам, были гелий и водород. Эти вещества – остатки туманности, образовавшей самую яркую звезду нашей галактики – Солнце, в большом количестве оседающие вокруг гравитационного поля планеты.
Сама же планета хранила множество других веществ:
Их выбросы в формирующуюся атмосферу Земли обусловлены извержениями вулканов и разломами, столкновениями подвижных тектонических плит. Следствием освобождения из недр аммиака и метана стал их распад и образование других соединений, одним из которых стал азот, сегодня занимающий 78% всего состава атмосферы. Сделать же ее (атмосферу) пригодной для жизни смог кислород.
Его появление происходило несколькими способами: раскаленная мантия Земли в больших объемах выбрасывала скопившиеся в ней газы, а водяной пар от извержения вулканов распадался под действием прямых солнечных лучей на водород и кислород. Но задержка кислорода в атмосфере была невозможна – он вступал в дальнейшие химические реакции с различными веществами и видоизменялся.
Накопление достаточного количества кислорода в атмосфере Земли стало возможным с появлением биологических организмов, выделяющих его в процессе своей жизнедеятельности. Это позволило:
– достигнуть концентрации кислорода в 21% всего за 2 миллиарда лет;
– существенно снизить концентрацию углекислого газа за счет использования последнего микроорганизмами как составляющего собственной костной ткани;
– сформировать озоновый слой, защищающий живые организма от разрушительного ультрафиолета.
Кроме основных газов: водорода, кислорода и углекислого газа, атмосфера включает и благородные газы:
Благородные газы образуются в результате ядерных процессов, протекающих в глубинах земной коры, и выделяются в атмосферу из микротрещин в литосфере или при извержении вулканов.
Присутствует в атмосфере и вода, чей объем зависит от широты: у полюсов концентрация составляет 0,2%, на экваторе достигает 2,5%. Также присутствуют различные оксиды азота, пропан, радон. В малых объемах в атмосфере представлено широкое разнообразие других веществ:
– и пр. различные частицы взвешенных твердых и жидких веществ.
Загрязнение атмосферы. Выбросы в атмосферу:
Загрязнение атмосферы возникает в результате выбросов в нее различных вредных веществ или повышения концентрации тех, что уже в ней присутствуют. В их число входят:
– диоксид и монооксид углерода;
– молекулы органических и неорганических веществ;
– молекулы биологических организмов.
Все они оказывают отравляющее действие на живые организмы планеты: провоцируют развитие заболеваний, часто тяжелых, с летальным исходом, гибель растительного и животного мира.
Причиной выбросов чаще всего становится человек (антропогенное загрязнение), реже – природные явления (естественное загрязнение). Разделяют эти процессы на три основных категории: физическое, химическое и биологическое загрязнения.
Физическое загрязнение также разделяется на подвиды:
– механическое: пыль, твердые вещества;
– радиоактивное: излучение, изотопы;
– электромагнитное: различные виды волн;
– шумовое: громкие звуки, низкочастотные колебания;
– тепловое: теплые воздушные массы от предприятий и т.д.
Химическое загрязнение представлено появлением в атмосфере повышенной концентрации газов и аэрозолей:
– оксидов и диоксидов неметаллов;
– частиц тяжелых металлов (кадмия, хрома, брома, меди, цинка);
– изотопов радиоактивных веществ.
Биологическое загрязнение включает появление в воздухе микробных веществ:
– продуктов жизнедеятельности вредоносных микроорганизмов.
Источники загрязнения атмосферы различны. Это и природные явления – вулканические извержения, лесные и степные пожары, продукты жизнедеятельности флоры и фауны, и деятельность человека. К последней относят:
– использование транспорта. Газы и твердые вещества выделяются при движении техники с двигателями внутреннего сгорания;
– деятельность предприятий. Выбросы химических веществ сопутствуют различным технологическим процессам;
– быт человека: приготовление пищи и отопление, утилизация бытовых отходов и т.д.
Загрязнение атмосферы – важная проблема для всей Земли. По утверждению экологов, в атмосфере происходят уже необратимые процессы ее изменения и разрушения защитного озонового слоя. Замедлить их возможно лишь проведением правильной экологической политики. Ее главными тезами считаются уменьшение выбросов от технологических процессов, включающих использование нефти и газа, т.е. переход на экологические виды топлива – электроэнергию, энергию ветра и воды. Еще один важный момент – отказ от изделий из пластика и правильная его дальнейшая переработка. Актуальной остается проблема переработки бытовых отходов, сохранения лесных массивов – «легких» нашей планеты.
Основные слои атмосферы Земли в порядке возрастания
Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:
В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.
Тропосфера: где происходит погода
Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне – поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.
Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.
На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.
Стратосфера: дом озона
Стратосфера – следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.
Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O3) – побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как “инверсия”).
Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.
После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.
Мезосфера: средняя атмосфера
Термосфера: верхняя атмосфера
После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.
На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера – внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.
Как насчет ионосферы?
Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на севере и юге. Это явления наблюдается с земли как северное сияние.
Основные свойства атмосферы
Космическое пространство — источник угроз для живых организмов. При отсутствии воздушной оболочки метеориты не сгорали бы, а падали на поверхность Земли. Другая серьёзная угроза — ультрафиолетовое излучение солнца, способное уничтожить флору и фауну. Слои атмосферы обеспечивают комфортную жизнь для сотен тысяч видов организмов.
Первичная газообразная оболочка стала зарождаться с момента появления Земли и со временем превратилась в сложную структуру с множеством функций. Так, благодаря воздушному слою образуются облака. Они, в свою очередь, отражают солнечные лучи и возвращают тепло на землю. Этот процесс повторяется многократно, поэтому у поверхности планеты сохраняется комфортная температура. Без атмосферных слоёв на Земле было бы в среднем на 30 градусов холоднее, чем сейчас.
В нескольких слоях оболочки происходит круговорот воды. Над всей планетой перемещаются тёплые и холодные потоки воздуха. Эти процессы уравновешивают климат на земном шаре. Без атмосферы разница температур на экваторе и у полюсов была бы колоссальной. Разнообразие форм живой и неживой природы образовалось благодаря уникальным климатическим условиям, которые стали результатом перемещения газообразных структур.
Общая масса всех слоёв, входящих в состав атмосферы, составляет 5,2×10 18 кг. Газообразные вещества окружают планету, распространяясь на многие тысячи километров от поверхности. Слои атмосферы:
Они располагаются именно в таком порядке и вращаются вместе с планетой. Те, что находятся выше, движутся с другой скоростью. Верхним слоем считают экзосферу, но некоторые учёные причисляют к атмосфере также ионосферу.
Состав воздушной оболочки
Воздух представляет собой неоднородную смесь газов. В нижних оболочках можно насчитать 12 видов. На большей высоте присутствуют практически все элементы химической таблицы Менделеева. Все они находятся в газообразном состоянии.
Больше всего в атмосфере кислорода, окрашивающего воздушную оболочку в голубой цвет. Этот эффект объясняется тем, что воздух лучше всего рассеивает короткие лучи, образующие синюю часть спектра. Интересно, что Земля из космоса выглядит голубой, а на огромном расстоянии кажется синей точкой. Кроме кислорода, в составе воздушной оболочки присутствуют такие элементы:
Благородные газы проникают на поверхность во время вулканических извержений и поднимаются в верхние слои. Состав и строение атмосферы всё время изменяется, но в масштабах планеты эти процессы незначительны.
Даже если количество кислорода уменьшится в 100 раз, это не приведёт к разрушению озонового слоя. Однако деятельность человека угрожает не столько существованию планеты, сколько самой цивилизации. Уже сейчас над некоторыми крупными городами постоянно присутствуют облака смога, хорошо заметные из космического пространства. Также учёных тревожит возникновение озоновых дыр, которых с каждым годом становится больше.
Физические характеристики тропосферы
Каждый из основных слоёв обладает особыми характеристиками. Тропосфера — самая плотная оболочка, первая по счёту от поверхности планеты. На полюсах она распространяется на 7 км от поверхности, а у экватора — на 20 км. Разница обусловлена тем, что планета не круглая, а немного сплющенная, так как на неё воздействует центробежная сила. Чем теплее воздух, тем больше размер тропосферы.
Этот слой — наиболее продуктивный и динамичный. В нём формируются тучи, образуются ветра, циклоны и антициклоны. В тропосфере обитает большая часть видов, образующих живую природу. Температура воздуха в этой части оболочки понижается на 0,5−0,7 градуса с увеличением высоты на каждые 100 метров. Скорость ветра изменяется на 2−3 км/с на 1 км высоты.
В тропопаузе температура остаётся неизменной. Нижняя часть тропосферы примыкает к литосфере и образует приграничный слой. Его роль заключается в аккумуляции и передача тепла на высоту. Водообмен также происходит в приграничном слое. В течение 8−12 дней совершается полный оборот воды. Таким образом, тропосфера играет роль огромного фильтра.
В составе этого слоя выделяют гомосферу — пространство, где находится и осуществляет деятельность человек.
Описание стратосферы
Стратосферой называют воздушный слой, который начинается на высоте 50 км у экватора и около 8 км — у полюсов. В переводе с греческого stratus означает «слой, настил». Эта зона очень разреженная, в ней очень мало частиц воды. Давление воздуха в верхней части стратосферы в 100 раз ниже, чем у поверхности, а в нижней — в 10 раз.
В стратосфере летают самолёты, чья скорость выше звуковой, и пассажирские лайнеры. Такая высота выбрана потому, что в нижних слоях стратосферы наблюдается стабильность воздушных потоков, а благодаря низкой температуре снижаются затраты топлива. Движение происходит в условиях малого аэродинамического сопротивления.
Однако есть предел: самолёт может подняться только до определённой высоты. В какой-то момент воздуха становится слишком мало, а он нужен, чтобы работали реактивные двигатели. В высоких слоях стратосферы самолету, чтобы получить приток воздуха, приходится перемещаться быстрее скорости звука. Поэтому на самую большую высоту залетают только боевые и сверхзвуковые пассажирские лайнеры, например, «Конкорд».
В стратосфере присутствуют метеорологические зонды. Они закреплены на огромных воздушных шарах и находятся в зависшем положении. Задача зондов — сбор информации о состоянии тропосферы и о происходящих изменениях.
Из живых организмов в стратосфере можно обнаружить бактерии, например, аэропланктон. Но не только микроорганизмы способны выживать на такой большой высоте: был случай, когда в двигатель самолёта попала крупная птица — гриф. Также известно, что утки, совершая сезонные перелёты, перемещаются над Эверестом.
Озоновый слой
Слой озона разделяет мезосферу и стратосферу. Благодаря ему большая часть ультрафиолетовых лучей не достигает поверхности земли, а поглощается и отражается. Выше озонового слоя условия таковы, что там не могут жить никакие организмы, в том числе самые стойкие бактерии и вирусы. Всё живое убивают неблагоприятные факторы, а именно:
Созданию озонового слоя поспособствовали бактерии, которая много тысяч лет выделяли кислород. Поднимаясь в высокие слои, молекулы вступали в фотохимическую реакцию, и в результате молекулы O2 преобразовывались в O3.
Озон — вещество, созданное при участии ультрафиолета. При этом оно защищает всё живое на планете от этого губительного излучения. Поглощая солнечные лучи, озон нагревается сам и повышает температуру окружающей атмосферы. Таким образом, этот газ частично способствует поддержанию благоприятного микроклимата на Земле.
Особенности мезосферы
Этот участок атмосферы пока не очень хорошо изучен. Это обусловлено слишком малым давлением газов: оно в несколько тысяч раз ниже того, что наблюдается у поверхности планеты. Воздушные шары, поднявшись до определённой точки, не летят выше, а зависают. Использовать для изучения мезосферы самолёты с реактивными двигателями тоже не получается, так как принцип их движения в условиях, когда газ сильно разрежен, утрачивает смысл. Аэродинамика корпуса и крыльев становится бесполезной.
Перемещаться в мезосфере могут только ракетопланы или ракеты. К первым относят самолёты, оснащённые ракетными двигателями. Одна из таких машин — X-15. Это самый быстрый ракетоплан, сумевший подняться на высоту 108 км. Однако такие аппараты летят слишком быстро, а за короткое время не удаётся провести основательного изучения воздушного слоя. Летательные аппараты либо движутся выше, либо опускаются, в обоих случаях покидая мезосферу.
Суборбитальные зонды и спутники не получается использовать для исследований в мезосфере, так как они замедляются под влиянием давления. Оно очень низкое, однако препятствует движению, а иногда и сжигает аппараты.
В этом же слое сгорают и метеориты. Наблюдатели, находящиеся на земле, видят своеобразное свечение.
Помимо этого, каждый день на Землю оседает от 100 до 9−10 тыс. тонн космической пыли. Эти частицы оказывают некоторое влияние на дождеобразование, хотя кардинально изменить циркуляцию атмосферы они неспособны.
Термосфера и экзосфера
Общая высота атмосферы Земли составляет около 100 км. На этом уровне проходит условная граница, отделяющая планету от космоса. Её называют линией Кармана. На высоте более 100 км есть газы, но их количество ничтожно мало. Полёты на таком расстоянии от поверхности относятся к космическим.
Линия Кармана одновременно является нижней границей термосферы — самого протяжённого воздушного слоя. Эта часть атмосферной оболочки простирается до высоты 800 км над уровнем моря. Температура здесь достигает 1800 градусов. Насколько это много, можно понять, если вспомнить, что железо плавится уже при 1538 °C.
Однако космические аппараты в термосфере не разрушаются, потому что содержание газов в нем низкое. Отдельные частицы обладают огромной энергией, но они находятся на большом расстоянии друг от друга. Летательные аппараты находятся в вакууме. При этом возникает необходимость отводить избыточное тепло, которое выделяется при работе двигателей и других механизмов. Тепловыделение достигается за счёт работы радиаторов. Ими оснащают все космические корабли.
Экзосфера — последний атмосферный слой, нижняя граница которого проходит на высоте 700−800 км. Эта часть оболочки очень разреженная и состоит в основном из атомов водорода. В малом количестве присутствуют ионы азота и кислорода (менее сотых долей процента).
Простираясь на 100 тыс. км, экзосфера плавно переходит в геокорону. По сравнению с нижними слоями атмосферы, концентрация частиц здесь меньше в миллионы раз.