Склад та побудова земної атмосфери

Атмосфера по своим физическим свойствам неоднородна как по вертикали, так и по горизонтали. Изменяются такие физические параметры, как температура, давление, плотность, состав и влажность воздуха, содержание твердых и жидких примесей, скорость ветра. Наиболее резко они изменяются по вертикали. В зависимости от того, какой из параметров атмосферы меняется, осуществляют деление атмосферы на слои.

Рассматривают 5 принципов, по которым атмосферу в вертикальном направлении делят на слои: по распределению температуры воздуха с высотой, по составу атмосф. воздуха, по наличию заряженных частиц, по характеру взаимодействия атмосф. и пов. Земли, по влиянию атмосф. на аппараты.

Наиболее отчетливо различие в свойствах слоев атмосферы проявляется в характере изменения температуры воздуха с высотой. ПО этому признаку атмосф. делится на 5 основных слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Между этими слоями выделяют переходные слои: тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза высота которых зависит от широты, времени года,метео-кой ситуации и т. д. Тропосфера - нижний, основной слой атмосферы содержит более 80% всей массы атмосферного воздуха и около 90% всего имеющегося в атмосфере водяного пара. Её верхняя граница находится навысоте8 - 10 км в полярных, 10 – 12 км в умеренных и 16 – 18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. В тропосфере сильно развитытурбулентностьиконвекция, возникаютоблака, развиваютсяциклоны иантициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальнымградиентом0,65°/100 м. Тропопауза – переходной слой между тропосферой и стратосферой, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой. Стратосфера - слой атмосферы, располагающийся от тропопаузы до 50 км. В нижней части стратосферы(до 20 км) температура с высотой меняется мало, выше она возрастает и на верхней границе достигает приблизительно 270 К, температура остаётся постоянной до высоты около 55км. Эта область постоянной температуры(47-52 км) называется стратопаузой и является границей между стратосферой имезосферой. Мезосфера - начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Мезопауза - переходный слой между мезосферой и термосферой. Наблюдается на высоте 85 – 95 км и хар-ся постоянством температуры около 186 К. Термосфера –слой атмосферы, который расположен выше мезопаузы и простирается до высоты 450 км. Температура воздуха возрастает до 2000К. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха(северное сияние). Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущейактивностью Солнца. В период низкой активности ее размеры уменьшаются. Термопауза - область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой. Экзосфера – верхний слой атмосферы, который простирается от высоты 450 км до верхней границы атмосферы. Хар-ся очень маленькой плотностью воздуха. Молекулы и атомы могут навсегда покидать Землю выбрасываясь в межпланетное пространство. Стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу называют верхней атмосферой, а тропосферу –нижней атмосферой.

По составу воздуха атмосферу делят на гомосферу (находится между земной поверхностью и уровнем 95 км, относительный состав основных газов и молекулярный вес воздуха не изменяется с высотой) и гетеросферу (появляется атомарный азот и кислород вследствие чего молекулярный вес воздуха уменьшается с высотой).

По признаку взаимодействия атмосферы с земной поверхностью атмосферу делят на пограничный слой(слой трения) и свободную атмосферу. В пограничном слое(1-1,5 км) на характер движения большое влияние оказывает земная поверхность и силы турбулентного трения. Внутри пограничного слоя выделяют приземный слой(высота 50-100 м) в пределах которого турбулентные потоки тепла, водяного пара и напряжения турбулентного трения можно считать постоянным. В свободной атмосфере можно пренебречь силами турбулентного трения и считать ветер близким к градиентному.

Атмосфера это механическая смесь газов. Воздух на 99,96% состоит из трех основных газов: азота(78%), кислорода(21%), аргона(0,9%), а на 0,04% из остальных газов(неон, гелий, криптон, водород, ксенон, озон, углекислый газ, метан и водяной пар(0,1%)). Переменные составляющие атмосферы –озон, углекислый газ и водяной пар играют очень важную роль. Значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают радиацию, особенно инфракрасную и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности земли и атмосферы. Озон в атмосфере наблюдается от земной поверхности до 50 км. Максимум содержания озона наблюд. на высоте 25-30 км – озоновый слой. Содержание озона имеет сезонный ход(зимой наблюдается максимум озона, а летом-минимум). Углекислый газ является одной из важнейших составных частей питания растений. Содержание СО₂ колеблется в пределах от 0,02 до 0,04%. Он поступает в атмосферу в процессе горения, гниения и дыхания; расходуется растениями. Количество водяного пара в атмосфере колеблется в широких пределах; оно близко к нулю при очень низких температурах над сушей и может достигать 4% при высоких температурах над морем.

Состав воздуха до высоты около 95 км считают постоянным. Постоянство состава атмосферного воздуха как по вертикали, так и по горизонтали поддерживается перемешиванием. Выше 95 км состав атмосферы существенно изменяется.