Как называют газовую оболочку земли

Как называют газовую оболочку земли

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 10 15 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура 140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом. Основные параметры атмосферы : плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои : тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т.д.

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой», на высоте от 15—20 до 55— 60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — озон, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте равной 30 км. Общая масса озона составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Озон (О₃) — аллотропия кислорода, образуется в результате следующей химической реакции, обычно после дождя, когда полученное соединение поднимается в верхние слои тропосферы; озон имеет специфический запах.

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и других свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Структура атмосферы

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, т.к. их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже ее лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Конспект урока «Атмосфера: строение. структура, состав». Продолжение темы АТМОСФЕРА в следующих конспектах:

Источник

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.

Источник

Из чего состоит атмосфера нашей планеты?

Мы интересуемся тайнами космоса и часто даже не задумываемся о том, что много интересного расположено намного ближе к нам. Например, атмосфера Земли, так называют газовую оболочку вокруг планеты. Толщина земной атмосферы достигает тысячи километров, она очень неоднородная и динамичная, чувствительная ко многим факторам. Из этой статьи ты узнаешь о составе атмосферы, истории ее появления и развития. Мы перечислим слои, из которых состоит атмосфера, и расскажем о свойствах и значении каждого из них для жизни на планете. Также мы сравним земную атмосферу с газовыми оболочками других планет.

Атмосфера вокруг Земли существует миллиарды лет, и на протяжении этого периода она неоднократно менялась. Наиболее существенные изменения в составе связаны с живыми существами. Все живое на планете сделало ее газовую оболочку такой, какая она есть сейчас.

Свойства атмосферы

Это газообразный защитный купол, который оберегает все живое от угроз из космоса. Ультрафиолетовое солнечное излучение губительно для всего живого, но нас от него защищает слой озона. В газовой оболочке сгорает большая масса прилетающих метеоров. Это прослойка, благодаря которой у земной коры сохраняется комфортная температура. Лучи Солнца отражаются от облаков, создается парниковый эффект. Если бы его не было, климат был бы холоднее как минимум на 20 градусов. Благодаря атмосферному круговороту воды мы располагаем не только благоприятными климатическими условиями, но и богатым набором минеральных веществ. Во всей системе такого нигде нет.

Вся газовая оболочка простирается на тысячи километров. Но атмосферой считаются только те газы, которые вращаются с планетой вокруг ее оси с такой же скоростью. Ее высота доходит примерно до 1000 км. Она плавно сливается с космосом, пограничной территорией является экзосфера.

История развития

Воздух кажется нам однородным, но на самом деле это смесь огромного количества газов. Если считать только те, которые представляют не менее тысячной доли от общего объема, то мы получим 12 наименований. Если же считать все, то мы обнаружим в воздухе все элементы из периодической таблицы. Такое многообразие появилось не сразу, наша атмосфера очень сложная по строению ввиду того, что на планете есть жизнь.

В свои ранние годы земля выглядела не так как сейчас. Ее газовая оболочка была очень тонкой, и через нее легко проходили метеориты. Поверхность была покрыта круглыми озерами, они образовывались при падении метеоритов.

Но ни одно явление не было настолько решающим, как появление кислорода. Естественный путь его появления связывают с тем, что мантия выталкивала газообразные соединения, скопившиеся под корой. Был и другой тип формирования: вулканы создавали водяные пары, которые под ультрафиолетовым действием распадались на водород и кислород. Но этот кислород не смог сохраниться надолго, он реагировал со свободным железом, серой и другими веществами, эти реакции ускоряло солнце. Ситуация осталась бы такой же, если бы на Земле не появилась жизнь.

После зарождения жизни

Живые существа на планете стали выделять большие объемы кислорода, и он окислил все, что находилось на поверхности. Потребовалось пару миллиардов лет, чтобы количество кислорода увеличилось с 0 до 21% от всего состава атмосферы. При этом организмы стали использовать атмосферный углерод, он им был нужен для создания скелетов. В результате земная кора покрылась огромными пластами органических материалов, а углекислого газа стало гораздо меньше.

Из-за кислорода наша планета обрела голубую дымку, вдали она выглядит синей точкой. По этой же причине мы видим небо синим. От обилия кислорода смог сформироваться озоновый слой, по сей день он защищает нас от солнечной радиации. Организмы смогли эволюционировать, так помимо бактерий и водорослей появились высокоразвитые существа.

В атмосфере присутствуют и благородные газы. Лидером по представленности среди них является аргон, его доля 0,9-1%. Он зарождается в ходе ядерных процессов в недрах земли, а на поверхность он выходит при извержениях вулкана и сквозь трещины в коре. Благородные газы поднимаются в верхние слои, затем исчезают на просторах космоса.

Таким образом, структура газовой оболочки многократно менялась, но что-то осталось неизменным. К примеру, озоновый слой, он очень устойчив и никуда не денется, даже если количество кислорода снизится в сто раз.

Строение атмосферы

Выше была упомянута особенная прослойка — экзосфера, и она не единственная обладает особым значением. Рассмотрим основные составляющие.

Тропосфера

Нижний и наиболее плотный слой. Его толщина меняется от географического расположения, на полюсах — около 7 км, к экватору — уже около 20 км. Эти цифры меняются от сезона, объяснение простое: теплый воздух уходит выше. Мы все живем в тропосфере, ее название стало производным от греческого термина “изменение”. И это точно отражает суть, тропосфера постоянно меняется. Именно в ней формируются ветра, циклоны, антициклоны, образуются облака, идут все процессы, которые относят к понятиям погоды и климата в целом.

На тропосферу приходится около 80% от массы атмосферы. Она такая тяжелая, потому что там сконцентрирована практически вся вода. Температура падает по мере удаления от поверхности, при подъеме на каждую сотню метров температура снижается примерно на 0,5-0,7 градуса. Эта закономерность действует только в данной прослойке, в других все будет иначе — чем выше, тем жарче. От высоты зависит и скорость ветра, при подъеме на каждый километр ветер ускоряется на 2-3 км в секунду.

Над тропосферой есть воздушное дно, за ним идет литосфера. Это пограничный слой, который отвечает за отдачу тепла и излучения из космоса. В нем осуществляется водообмен, это тот самый круговорот воды в природе, о котором все знают еще с младшей школы. Поднявшаяся с поверхности вода за 8-12 суток возвращается обратно, а сама тропосфера становится чем-то вроде водного фильтра.

С набором высоты меняется и давление. Эталон для поверхности — одна атмосфера или 1012 мБар, у конца тропосферы оно будет уже 200 мБар, а на 45 км над поверхностью падает всего до одного мБар. И это еще одно объяснение, почему тропосфера — это 80% от веса всей атмосферы.

Стратосфера

Ее высота у экватора достигает 50 км, на полюсах — 8 км. Перевод названия с греческого — “слой”. Стратосфера очень разреженная, у нижней границы давление десятикратно ниже, чем на поверхности, у верхней — уже почти стократно. В ней практически отсутствует водяной пар. По мере повышения температура растет, от минут 56 до минус 1.

Нижняя часть — пространство для сверхзвуковых и простых пассажирских самолетов. Здесь они могут тратить меньше топлива, так как сопротивление будет небольшим, а также получают защиты от потоков воздуха. Подняться выше такие самолеты не смогут, реактивные двигатели не в состоянии работать без достаточного притока воздуха. По стратосфере на высоте 18-30 км способны перемещаться боевые и пассажирские самолеты типа “Конкордов”. Также здесь работают метеорологические зонды, их поднимают летательные шары.

В данном слое живут микроорганизмы, они распространены вплоть до озоновой прослойки. Это так называемый воздушный планктон. Однако, зафиксирован случай: в двигатель самолета, летевшего на 11,5 км попал гриф. Также известно, что при миграции уток они могут пролетать выше Эвереста. Но все же самое большое существо, побывавшее здесь — это человек. Точнее конкретный человек — Алан Юстас, вице-президент Гугл. Ему на тот момент было уже 57 лет, он поднялся на шаре на 41 км вверх и прыгнул оттуда с парашютом. Это мировой рекорд. Рекордсмен был в одном лишь защитном костюме, на нем не было герметичной капсулы и других защитных средств.

Озоновый слой

Тот самый озоновый слой, благодаря которому нас не может уничтожить солнечная радиация, находится между стратосферой и мезосферой. Выше этого слоя жизни нет и быть не может, так как излучения убьют даже самых жизнеспособных бактерий. Как и кислород, озон появился преимущественно благодаря живым организмам. Когда кислород поднимается в высокие слои начинается фотохимическая реакция с ультрафиолетом. Так из О2 образуется О3 — озон. Выходит, что Солнце создает для нас защиту от своего же излучения.

Мезосфера

Это наиболее холодное место на планете, в верхнем слое воздух может охладиться до минус 143 градусов. Мезосфера изучена хуже других слоев, здесь сложные условия для проведения каких-либо работ. Воздушные шары не могут подниматься, они просто останавливаются на месте, так как давление становится экстремально низким. Реактивные самолеты здесь тоже не летают, так как законы аэродинамики не работают. Но здесь смогут перемещаться самолеты с ракетными двигателями, например, ракетоплан Х-15. Он самый скоростной в мире, может разгоняться до 7200 км в час и набирать высоту 108 км.

Но для науки Х-15 не предоставляет высокой ценности, он летает очень быстро, чтобы проводить научные исследования. К тому же пребывают на такой большой высоте они недолго, для Х-15 рекорд составил четверть часа. Суборбитальные зонды и спутники бессильны, низкое давление их останавливает или вовсе сжигает. Именно здесь сгорает основная масса метеоров, в ней каждый август вспыхивает звездопад Персеиды. Название образовано от английского термина, означающего “незнание”. Подходящее название, для чего-то настолько неизученного.

Термосфера

Выше мезосферы проведена так называемая линия Кармана, за ней начинается ближний космос. Дальний начинается намного дальше, узнать о нем подробнее ты можешь из статьи “Интересные факты об астрономии дальнего космоса”.

Линия кармана проходит на высоте 100 км над уровнем моря. Это нижняя граница термосферы, самого большого по продолжительности слоя, его высота доходит до отметки 800 км, и уже на высоте 400 км температура поднимается до 1800 градусов, это абсолютный максимум. Чтобы сопоставить, насколько это высокое значение, нужно узнать температуру, при которой начинает плавиться железо — 1538 градусов. Однако, космические корабли все же могут ее преодолевать, так как давление здесь в миллион раз ниже, чем на поверхности. Частицы очень горячие, но они слишком разрежены, чтобы нанести вред. К тому же на космических кораблях есть специальные излучатели для отражения поступающей энергии.

Экзосфера

Это самый верхний слой, он начинается на 700 км над поверхностью. “Экзо” в переводе с греческого означает “снаружи”. Очень рассеянная, большая часть представлена водородом, он очень легкий. Встречаются атомы азота и кислорода, их очень сильно ионизирует Солнце. Экзосфера протягивается на сотню тысяч километров, а концентрация частиц в ней в миллионы раз менее плотная, чем воздух, к которому мы привыкли. При определенных условиях из космоса она выглядит, как корона, окружающая Землю.

Атмосфера других планет

Атмосфера нашей планеты — не только обязательное условие для жизни, но и инструмент для изучения газовых оболочек других планет. Исследования позволили понять, что по цвету атмосферы можно определить состав планеты. Например, у Марса и экзопланет эта оболочка красная, большая часть газа — это углекислый. Если на планете много такого газа, значит, там есть активные геологические процессы и много вулканов.

Присутствие водных паров вовсе не означает, что на поверхности есть океаны. Но если есть вода, значит, есть и кислород, а если он есть еще и в избытке, значит, на планете есть какая-то из форм жизни. Как рассказывалось выше, кислород из неживых источников не может накапливаться.

Именно поэтому ученые так активно исследуют свойства и толщину земной атмосферы в каждом ее слое. На основании этих данных мы узнаем больше о других планетах, особенно важны эти знания о тех планетах, на которые человек в данный момент не может попасть.

Источник