Строение воздушной оболочки Земли

Земная поверхность окружена воздушной оболочкой – атмосферой, которая, по современным данным, простирается над ней на 1500–2000 км, то есть высота атмосферы составляет около 1/3 радиуса Земли. Однако следы атмосферного воздуха обнаружены и на высоте 20000 км. Почти половина всей массы воздуха сосредоточена в пределах первых километров от поверхности Земли (в нижних слоях высотой 20 км – 95 %, а в вышележащих слоях, имеющих небольшую плотность, – 5 % его массы).

Воздушная оболочка Земли состоит из механической смеси газов.

В атмосфере всегда содержится еще водяной пар, на долю которого приходится до 3 % объема атмосферы, а также пыль и другие компоненты. Поэтому воздух не следует рассматривать просто как смесь газов, необходимо учитывать наличие в смеси ионов и более крупных частиц (пыли, аэрозолей), имеющих большое значение.

Процентное соотношение в земной атмосфере газов, влаги и пыли подвержено изменениям во времени. Эти изменения обусловлены, с одной стороны, природными процессами, а с другой – хозяйственной деятельностью человека.

Атмосферная пыль представляет собой мельчайшие твердые взвешенные в воздухе частицы радиусом 10^–4–10^–3 см. Она образуется в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений (известен случай, когда в результате извержения вулкана Кракатау в 1833 году образовалась пыль на высоте 8–24 км и ее слой толщиной 16 км держался в воздухе около 5 лет), лесных, степных и торфяных пожаров, дробления космических тел (космическая пыль) и пр. Атмосферная пыль имеет большое значение для процессов, происходящих на Земле: она способствует конденсации водяных паров, а следовательно, и образованию осадков, рассеивает солнечное излучение и защищает тем самым Землю от чрезмерного нагревания.

К природному пылевому фону атмосферы в крупных городах и промышленных центрах присоединяется огромное количество разнообразной производственной пыли и вредных газов. Экспериментальным путем определено, что в городе в 1 см³ воздуха содержится 100 тыс. пылинок, тогда как над океаном всего только 200 пылинок; на высоте 5 км пыли в 1000 раз меньше, чем на высоте 2 м, то есть в слое, в котором живет человек. Загрязнение атмосферы вредно для здоровья людей, поскольку пыль и газы могут или непосредственно проникать в организм человека (в легкие и альвеолы) или попадать в него с водой и пищей.

Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, термо- и экзосферу. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.

Тропосфера 1 (рис.3.1) простирается на высоту до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора Земли. В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы. Здесь развиваются все погодные явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Температура тропосферы с высотой с высотой уменьшается и на высоте 10–12 км достигает минус 55 °С.

Стратосфера 2 (до 40 км) – это слой атмосферы, следующий за тропосферой. Здесь температура постепенно возрастает до 0 °С. На высоте 22–24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой), который поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца.

В мезосфере 3 (до 80 км) температура падает до минус 60–80 °С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний.

Термосфера (до 800 км) характеризуется ростом температуры. Увеличивается содержание легких газов – водорода и гелия –и заряженных частиц.

В экзосфере (до 1500–2000 км) происходит рассеивание атмосферных газов в космическое пространство.