Загальне землезнавство – Олійник Я. Б. – 6.2. Будова атмосфери
Атмосферу за рядом особливостей прийнято умовно поділяти на ряд концентричних шарів різної товщини, кожному з яких притаманні деякі спільні риси. Шари відрізняються один від другого температурою, вологістю, циркуляцією повітря та іншими елементами. У 1962 р. Всесвітньою метеорологічною організацією прийнято такі назви шарів атмосфери: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера (рис. 17).
Тропосфера – нижній і найщільніший шар атмосфери. У цьому шарі, який безпосередньо прилягає до Землі, зосереджено близько 80 % усієї маси повітря. Над полюсами його товщина дорівнює 8 км, над екватором -16 км, в середньому – 11 км. Такий неоднаковий розподіл товщини зумовлений термічними особливостями різних широт та обертанням Землі навколо вісі. Температура від земної поверхні знижується з висотою в середньому на 0,6° кожні 100 м. При середній для всієї Землі річній температурі повітря +14 °С на верхній межі тропосфери вона опускається до -56 °С. Для тропосфери характерне горизонтальне й вертикальне переміщення повітряних мас, що зумовлює сталість її хімічного складу. Постійний рух повітря в тропосфері часто супроводжується утворенням хмар і опадами.
Пил і водяна пара зосереджені переважно в нижній частині атмосфери. Кількість водяної пари з висотою зменшується, бо знижується температура. Тому більша частина хмар утворюється в нижніх шарах тропосфери. Висота звичайних зливових хмар коливається від 3 до 8 км, а в тропічних областях вони можуть перебувати значно вище.
Стратосфера знаходиться безпосередньо над тропосферою і має висоту від 11 до 50-55 км. Нижня стратосфера ізотермічна: її температура постійна і становить -56 °С. Але починаючи з висоти 25 км температура в стратосфері швидко зростає, досягаючи на висоті 50 км позитивних значень – від +1 до +5 °С. В стратосфері мають місце сильні горизонтальні рухи типу струминних течій. Вони характеризуються постійністю і дуже високими швидкостями. Вертикальні переміщення повітря в стратосфері слабо розвинені, але вони сприяють перемішуванню повітря. Склад повітря такий, як і в тропосфері.
Рис. 17. Будова атмосфери: 1 – сріблясті хмари; 2 – полярні сяйва в нижньому шарі термосфери; 3 – полярні сяйва у верхньому іонізованому шарі термосфери; 4 – температурна крива; 5 – шар поширення озону; в-шар найбільшої концентрації озону
У стратосфері дуже мало завислих частинок. Інколи на висоті 20-30 км утворюються перламутрові хмари, що складаються з кристаликів льоду. Крізь стратосферу безперервно проходить метеоритний пил, а час від часу сюди потрапляє вулканічний попіл. Дуже дрібні частинки вулканічного пилу, що надзвичайно повільно осідають, поступово розносяться вітрами над усією планетою, забарвлюючи в яскраві кольори сходи і заходи Сонця протягом кількох місяців після виверження. Наявність великої маси вулканічного попелу в атмосфері знижує кількість сонячної радіації, що досягає поверхні Землі. Вважають, що надлишок вулканічного попелу в повітрі може бути причиною похолодання клімату і навіть сприяти утворенню льодовиків.
Важливою специфічною ознакою стратосфери є наявність в ній шару озону. Найбільша концентрація цього газу виявлена на висотах 23-27 км. Озон поглинає ультрафіолетові промені: на межі атмосфери вони становлять близько 7 % загального потоку сонячної радіації, а до земної поверхні доходять лише соті долі відсотка.
Мезосфера знаходиться на висоті від 50-55 км до 80- 85 км. Для неї характерне дуже швидке зниження температури з висотою. За допомогою метеорологічних супутників і ракет в мезосфері зареєстровано абсолютний мінімум для атмосфери -143 °С. Поблизу верхньої межі температура знижується до -70-90 °С. Внаслідок швидкого падіння температури з висотою тут дуже розвинена турбулентність. Вітер у мезосфері відзначається частою змінністю. Взимку переважають західні вітри з максимальними швидкостями близько 100 м/с, а влітку – східні.
На висотах, які близькі до верхньої межі (82-85 км) мезосфери, утворюються видимі з Землі в присмерки продовгуваті, блискучі, тонкі сріблясті хмари, природу яких ще не вивчено; можливо, вони складаються з дуже дрібних і розсіяних льодових кристаликів.
Термосфера (іоносфера) – величезна за об’ємом, хоч і мізерна за масою (0,5 %) та складна за будовою частина атмосфери.
Вона охоплює простір у межах від 80-85 до 800-1000 км. Складається переважно з азоту і кисню, які знаходяться в іонізованому стані. Під впливом ультрафіолетового і рентгенівського випромінювань Сонця порушується будова їх молекул та атомів. З електронних оболонок атомів відриваються деякі електрони. При втраті одного з електронів атом набуває позитивного заряду. Самі ж електрони є носіями від’ємних зарядів. Так в іоносфері утворюються шари заряджених частинок. Найщільніший з них знаходиться на висотах від 300 до 400 км. З висотою відбувається істотна зміна в процентному співвідношенні азоту і кисню на користь останнього. Так, на висоті 200 км вміст азоту близько 45 %, кисню – 55 %. Вище за 600 км термосфера складається переважно з атомарного кисню.
В термосфері на висоті 80-90 км є холодний (-107°С) ізотермічний шар. Далі до 250 км температура зростає” а ще вище залишається практично незмінною.
Іонізоване повітря термосфери відіграє значну роль у природі та має велике практичне значення. Іоносфера поглинає рентгенівське проміння Сонця, що згубно впливає на все живе на Землі. Вона відбиває радіохвилі, чим забезпечується навколоземний радіозв’язок. У термосфері виникають полярні сяйва і близькі до них за природою світіння нічного неба – постійна люмінесценція атмосферного повітря, а також різкі коливання магнітного поля – іоносферні магнітні бурі.
Над термосферою розташована екзосфера – зовнішня частина земної атмосфери. Цю оболонку ще називають шаром розсіювання газів, бо окремі легкі елементи, які його складають – водень і гелій, долаючи сили земного тяжіння і магнітного поля, назавжди відлітають у космос. Температура в екзосфері з висотою зростає, мабуть, до 2000 °С. Гази тут настільки розріджені, що частинки їх рухаються з величезними швидкостями, пролітають сотні кілометрів без зіткнень. Екзосфера поступово і непомітно переходить у міжпланетний простір.
Між кожними двома сусідніми оболонками виділяють перехідні зони або паузи. Так, тропосфера відокремлена від стратосфери тропопаузою, стратосфера від мезосфери – стратопаузою, а мезосфера від термосфери – мезопаузою. Це дуже тонкі перехідні шари з ознаками властивостей суміжних газових оболонок.
Не так давно вважалося, що атмосфера закінчується на висотах порядку 2000-3000 км. Але нові дані досліджень, одержані за допомогою супутників та ракет, дають підстави твердити, що навколо Землі існує ще так звана земна корона, яка складається з водню. Вона простягається більше ніж на 20 000 км.
Отже, атмосфера має шарувату будову. Нижні шари – головні для живих організмів. Але для біосфери Землі важливе значення мають і ті процеси, що відбуваються на верхніх “поверхах” повітряної оболонки.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)