Строение атмосферы и ее свойства

шар) — газообразная (воздушная) оболочка Земли, связанная с ней силой

тяжести и совместным вращением. масса около 5,15·1015 т. Она уникальна в том ее энергетический баланс и температурный режим. Облачный покров обычно закрывает около 50% поверхности, и теплота, остающаяся внутри атмосферы (парниковый эффект), поднимает среднюю температуру более чем на 30 градусов.

от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха — (5,1—5,3)×1015 т. Молекулярная масса чистого сухого

воздуха составляет 28,966. Давление при 0°С на уровне моря 1013,25 гПа; критическая температура −140,7°С; критическое давление 3,7 МПа; Ср.10,045×103 Дж/(кг·К)(в интервале температур от 0—100°С), Cv 8,3710·103 Дж/(кг·К) (0—1500°С). Растворимость воздуха в воде при 0°С 0,036%, при 25°С — 0,22%.

падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно

снижается и парциальное давление кислорода.
Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.
По мере подъёма на все большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др. энергию путём конвекции (т. е. с помощью перемешивания воздуха, единственным способом передачи тепла является радиационное излучение

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.

следующие основные слои:
тропосферу
стратосферу
мезосферу
термосферу
экзосферу (сферу рассеяния).

Переходные области атмосферы между
соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т. п.

поворот и сфера), нижний, основной слой атмосферы до высоты 8-10

км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах. В тропосфере сосредоточено более 1/5всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны - все происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Тропосфера сверху ограничена тропопаузой, которая соответствует переходу к более устойчивым условиям лежащей выше стратосферы.

слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой; переходный

слой от тропосферы к стратосферы. В земной атмосфере тропопауза расположена, на высотах от 8—12 км (над уровнем моря) в полярных районах до 16—18 км — над экватором. Высота тропопаузы зависит также от времени года (летом тропопауза расположена выше, чем зимой) и циклонической деятельности (в циклонах она ниже, а в антициклонах — выше)





















Зональное строение тропопаузы по широтам в виде красного контура сверху.

от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое

11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8°С (верхний слой стратосферы или область инверсии).

(на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел

жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — ОЗ, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~ 30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни УФ-излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).

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 др. свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

слоями,стратосферы  и мезосферой. В стратосфере температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза

является слоем, где температура достигает максимума. Температура стратопаузы — около 0 °C.
Данное явление наблюдается не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу.
На Земле стратопауза находится на высоте 50 — 55 км над уровнем моря. Атмосферное давление составляет около 1/1000 от давления на уровне моря.

600км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Атомы

и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Перемещение заряженных частиц по магнитным силовым линиям к полярным областям на широтах от 60 до 75° приводит к появлению полярных сияний. Верхняя граница ионосферы — внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере — разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Состоит ионосфера из мезосферы и термосферы.

наблюдаемые время от времени на ночном или вечернем небе, обычно

в высокоширотных областях Земли (как на севере, так и на юге). Зеленый и красный цвета соответствуют эмиссионным линиям атомов кислорода и молекул азота, которые возбуждаются энергичными частицами, приходящими от Солнца. Полярные сияния происходят на высотах порядка 100 км.

Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным

энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.





Рис.Мезосферные облака

термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана-Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем морем.
Граница атмосферы Земли-Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров.] Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего

остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы.

На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008-2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя

расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда

идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (дисспансия)
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.

холодной плазмы высокой плотности (плазмосфера). Плазмосфера простирается до расстояний в

3 - 7 земных радиусов. Ее верхняя граница (плазмопауза) отмечена резким падением плазменной плотности. Большинство частиц в плазмосфере составляют протоны и электроны. газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса.

Одним из важнейших газов, поглощающих ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за

ухудшения экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу фреона и других активных веществ, его количество резко уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами Земли образовались озоновые дыры..

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.