Атмосфера на Земята
от Уикипедия, свободната енциклопедия
Вижте пояснителната страница за други значения на атмосфера.
Атмосфера на Земята се нарича газовата обвивка на земното кълбо. Думата „атмосфера“ има гръцки произход (от „атмос“ - па̀ра, и „сфера“ - кълбо).
Съдържание |
[редактиране] Структура на атмосферата
Атмосферата на Земята се простира до 1000 km височина, но 90% от масата ѝ e съсредоточенa в приземния 15-километров слой. Тя постепенно преминава в космическото пространство и не може да се говори за рязка геометрична граница. Може да се въведе понятието физическа граница.
Физическата граница на атмосферата е височината, до която въздухът е все още достатъчно плътен, за да се регистрират ред физични явления, съотносими към земните, а не към космическите. По последни научни данни, след направените специализирани изследвания, атмосферата се простира на около 2-3 хиляди километра.
По своите физически свойства атмосферата е нееднородна - не само по вертикалата, но и по хоризонталата. С увеличаване на височината се изменят съставът и редица други нейни свойства и параметри. Съществуват няколко деления на атмосферата.
[редактиране] Температурно деление
За основа се взема средното изменение на температурата на въздуха с изкачването по височината (g = − dT/dz). Според отделните си признаци (изменение на температурата във височина, състав на атмосферния въздух и наличие на заредени частици) атмосферата се дели на пет основни слоя, наречени сфери. Между всеки от тях има преходни слоеве с малка дебелина, наречени паузи. Имената им зависят от местонахождението им, например над тропосферата се намира тропопаузата и т.н.
| Сфера (слой) | Нср (km) (г. и д. гран.) | Преходен слой (пауза) |
|---|---|---|
| Тропосфера | 0 - 15 | Тропопауза |
| Стратосфера | 15 - 50 | Стратопауза |
| Мезосфера | 50 - 90 | Мезопауза |
| Термосфера | 90 - 1000 | Термопауза |
| Екзосфера | 1000 - 1200 | няма |
[редактиране] Тропосфера
Тропосферата е най-ниският слой от атмосферата. Има средна дебелина около 15 km. Дебелината нараства от полюса към екватора, като средните ѝ стойности са: над полюса - 8-10 km, в умерените ширини - до 10-12 km, в тропичните и екваториалните райони - 16-18 km. В зависимост от сезонните промени и атмосферни циркулации се променя и нейната температура и височина. През лятото горната граница се издига, а, обратно, през зимата височината й намалява. Средната годишна температура в горната граница на тропосферата на екватора е − 65 °С, в умерените географски ширини е – 75 °С, а на северният полюс е – 47 °С. В тропосферата се съдържа около 90% от масата на атмосферата. В нея въздухът има най-голяма плътност. С изкачването към горния край на тропосферата температурата намалява. Тя е разделена на три подслоя:
- Ниска тропосфера. Простира се на височина от 0 до 1-1,5 km. Слоят до 50-100 m се нарича приземен граничен слой. Там най-силно се изразяват механичното и топлинното влияния на повърхността, които от своя страна влияят на метеорологичните процеси, протичащи през цялото денонощие. С увеличение на височината нараства и скоростта на вятъра.
- Средна тропосфера. Простира се на височина от 1-1,5 km до 6-7 km. В средния тропосферен слой се наблюдава и най-честото образуване на облаци и изваляване на валежите.
- Висока тропосфера. Простира се на височина от 6-7 km до тропопаузата. Във високата тропосфера температурата е винаги отрицателна и ветровете са по-силни в сравнение с по-ниските слоеве. За горна граница на тропосферата се приема височината, на която температурата престава да се понижава.
[редактиране] Тропопауза
Простира се на височина от няколкостотин метра до 1-1,5 km. Представлява задържащ слой за вертикалните движения, като резултат се получава разстилане на върховете на мощните купесто-дъждовни облаци (Cb). Само най-мощните купесто-дъждовни облаци, във взаимодействие с най-интензивни възходящи движения, могат да пробият тропопаузата. Разделя тропосферата от стратосферата. На нивото на тропопаузата се наблюдават така наречените струйни течения - въздушни потоци със скорост от 150 до 300 km/h. В границата на тропопаузата температурата не се изменя и за неин горен край се приема началото на повишаването на въздушната температура.
[редактиране] Стратосфера
Разположена е над тропосферата. Характерно за нея е, че през цялата година над тропичните ширини (от екватора до около 30°) и през лятото в умерените (до 40-50°), а понякога и в полярните ширини температурата се повишава с височина. През цялата година над полярните райони (над 60°) и през зимата над ширините, по-високи от 30-40°, се наблюдава постоянна температура до височина около 30 km, след тази граница температурата осезаемо нараства. Това явление се дължи на поглъщането на ултравиолетовите лъчи от озоносферата, намираща се на тази височина.
[редактиране] Стратопауза
Представлява слой с максимална температура. Разделя стратосферата от мезосферата.gf f
[редактиране] Мезосфера
Разположена над стратосферата. Характерно за нея е бързото понижаване на температурата - с 3 до 4 °С на всеки километър. На височината на мезопаузата температурата достига до − 80-90 °С, а в някои случаи - и до − 120°С.
[редактиране] Мезопауза
Разположена на височина 82-85 km. От нея нагоре свойствата на атмосферата започват да се изменят много съществено и в много отношения. Разделя мезосферата от термосферата.
[редактиране] Термосфера
Наблюдават се изключително големи денонощни колебания на температурата. Установено е, че дневната температура може да достигне 1800 К, докато нощната е от порядъка на 300-1000 К в зависимост от височината.
[редактиране] Термопауза
Височина около 1000 km. В нея има забележимо разсейване на атмосферни газове в междупланетното пространство.
[редактиране] Екзосфера
Последният слой от земната атмосфера. Смята се за външна част на атмосферата, в която плътността на въздуха е все още различна от тази на междупланетния газ.
[редактиране] Деление по състав на въздуха
За основа се взема съставът на атмосферния въздух. Разграничават се два слоя:
[редактиране] Хомосфера
Дебелина до около 100 km. Обединява тропосферата, стратосферата и мезосферата. Пропорционалното съотношение между постоянните компоненти на въздуха остава неизменно с височината.
[редактиране] Хетеросфера
Намира се над хомосферата. Пропорционалното съотношение между постоянните компоненти на въздуха се изменя.
[редактиране] Деление по слънчевото въздействие
За основа на разделянето се взема влиянието на слънчевото излъчване върху атмосферата. Разграничават се два слоя:
- Ниска атмосфера. Наблюдава се минимално влияние на непосредственото слънчево излъчване.
- Висока атмосфера. Увеличено влияние на слънчевата активност.
[редактиране] Деление според взаимодействието на атмосферата със земната повърхност
За основа се взема взаимодействието между атмосферата и земната повърхност. Разграничват се два слоя:
- Планетарен слой - влиянието на земната повърхност се отразява на всички метеоелементи.
- Свободна атмосфера - влиянието на земната повърхност върху метеоелементите е по-слабо.
Атмосферата на височина над 80-85 km се нарича йоносфера. Тя има високата степен на йонизация на атмосферните газове. Ултравиолетови и други излъчвания йонизират азотните и кислородните атоми, като откъсват по един електрон от външната им обвивка и такъв атом се превръща в положителна частица (йон).
[редактиране] Състав и строеж на атмосферата
Въздухът, който образува земната атмосфера, представлява смес от различни газове. Поради това, че тези газове не влизат в химични реакции помежду си, сместа се нарича механична. Съставът на въздуха близо до земната повърхност е установен с голяма точност. Освен основните газове - азот, кислород и аргон, в механичната смес участват и други газообразни примеси с много по-малка концентрация. Съставът на въздуха не е еднакъв на различни височини.
| Азот (N2) | 78,084 % от обема |
| Кислород (O2) | 20,946 % от обема |
| Аргон (Ar) | 0,934 % от обема |
До височина от около 800 km в атмосферата преобладават азотът и кислородът. Над 400 km започва да нараства съдържанието на леките газове - в началото на хелия, а след това и на водорода. Над 800 km основното съдържание на атмосферата е главно водород.
Чисто схематично може да се приеме, че до около 200 km въздухът, обгръщаш Земята, представлява тънка и еднородна по своите физически характеристики обвивка. С издигането над повърхността намалява плътността, като неравномерното разпределение на плътността води до неравномерно разпределяне на масата на атмосферата. Около половината от масата се намира в слоя с височина до 5 km над Земята, а на височина до 30 km се съдържа около 99%. Над 35 km атмосферната маса е не повече от 1%. Въпреки това, и там протичат редица процеси и явления, които са резултат от прякото въздействие на слънчевото излъчване. Този 1% всъщност представлява междинна брънка, реагираща на слънчевите излъчвания, и ги предава на по-долните слоеве от атмосферата.
От газовите примеси с по-малка концентрация, участващи в състава на атмосферата, най-голямо значение имат водните пари, въглеродният диоксид, озонът, серният диоксид и атмосферните аерозоли.
- Водни пари: Около 13 000 km3 вода в трите си агрегатни състояния се разпростират в атмосферата. Най-често срещано е газообразното и състояние - около 95% под формата на формата на водна пара. Тя постъпва в атмосферата при изпарението на океаните, моретата, както и от реките, езерата и другите водни басейни, разположени на сушата. Основното количество водни пари се намира в слоевете близо до земната повърхност (височина 2-3 km).Наличието на водни пари в атмосферата е изключително важно по няколко причини - образуват облаците и валежите, участват в атмосферните топлообменни процеси и поглъщат лъчиста енергия (дълговълнова радиация 5,5-7 mm и над 18 mm).
- Въглероден диоксид (СО2): Има концентрация по-малка от водните пари - около 0,032%. Поглъща интензивно дълговълновата (топлинна) радиация и допринася за парниковия ефект. Получава се от два източника - естествен (дишане, гниене, фотосинтеза), и изкуствен (антропогенна дейност).
- Озон (О3): Образува се в ниските слоеве при гръмотевична дейност. Има най-голяма концентрация в слоя между 20 и 50 km, наречен озоносфера. Максималната му концентрация е на височина около 25 km. Озонната обвивка играе ролята на радиационен щит, защото поглъща биологично активната UV радиация от Слънцето (0,2-0,29 mm). Озонът е химически неустойчив газ и количеството му намалява застрашително. Това се дължи на редица човешки дейности - термоядрени взривове в атмосферата, използването на фреони.
- Серен диоксид (SО2): От другите променливи газове голямо внимание заслужава серният диоксид. Той реагира с водните пари и образува частици, участващи в кондензационните процеси при образуване на облаци и валежи (т. нар. киселинни дъждове).
- Атмосферни аерозоли: Така се наричат съществуващите в атмосферата течни и твърди частици от различни вещества. Обикновено те са с много малки размери, намират се в хаотично разпръснато състояние и заедно с газообразните вещества са неотделима съставна част на атмосферата. Като хигиенен фактор, наличието им в приземния въздух е вредно - те го замърсяват, но от друга страна служат за кондензационни ядра при образуване на облаци и валежи. Поглъщат и разсейват лъчистата енергия в атмосферата. Произходът им е главно естествен земен - изригване на вулкани, прашни бури и др., и антропогенен - сажди, димни частици и други продукти при битови и промишлени процеси. В атмосферата постъпва и космическа пепел.
