Основные слои атмосферы земли в порядке возрастания

Газы с низким содержанием, но важным значением

Третий газ, который входит в состав атмосферы, – аргон. Его чуть-чуть меньше, чем один процент. После него идут углекислый газ с неоном, гелий с метаном, криптон с водородом, ксенон, озон и даже аммиак. Но их содержится настолько мало, что процентное содержание таких компонентов равняется сотым, тысячным и миллионным частям. Из них только углекислый газ играет существенную роль, поскольку он является строительным материалом, который необходим растениям для фотосинтеза. Другая его важная функция состоит в том, чтобы не пропускать радиацию и поглощать часть солнечного тепла.

Еще один малочисленный, но важный газ – озон существует для удержания ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца. Благодаря этому свойству все живое на планете надежно защищено. С другой стороны, озон влияет на температуру стратосферы. Из-за того, что он поглощает это излучение, происходит нагревание воздуха.

Постоянство количественного состава атмосферы поддерживается безостановочным перемешиванием. Ее слои перемещаются как по горизонтали, так и по вертикали. Поэтому в любом месте земного шара достаточно кислорода и нет избытка углекислого газа.

Изучение атмосферы

Человечество интересовалось воздушным океаном уже давно, но только 300-400 лет назад были изобретены первые приборы для изучения атмосферы: термометр, барометр, флюгер. В настоящее время изучение газовой оболочки Земли осуществляется под руководством Всемирной метеорологической организации (ВМО), в которую, кроме России, входят еще много стран. Разработана программа сбора и обработки материалов с применением новейших технических средств. Для наблюдения за состоянием атмосферы создана сеть наземных метеорологических станций, оборудованных различными приборами.

Температуру измеряют с помощью термометров, в Европе принято измерять ее в градусах «по Цельсию». Эта система основана на физических свойствах воды: при нуле градусов она переходит в твердое состояние — замерзает, при 100° — в газообразное. Количество выпавших осадков измеряют осадкомером — емкостью, на стенки которой нанесена специальная разметка. Скорость перемещения воздушных потоков измеряется ветромером (анемометром). Рядом с ним обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность, устанавливаются ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон. Атмосферное давление измеряется барометром.

На метеорологических станциях не менее 4-х раз в день снимают показания. В труднодоступных районах действуют автоматические радиометеорологические станции. А в океанах такие станции устанавливают на плавучих платформах. Свободную атмосферу изучают с помощью радиозондов — приборов, которые прикрепляются к выпущенным в свободный полет каучуковым шарам, наполненным водородом. Они собирают данные о состоянии атмосферы на высотах до 30-40 км. Еще выше, до 120 км, поднимаются метеорологические ракеты. На определенной высоте часть ракеты с приборами отделяется и на парашюте спускается на земную поверхность. Для уточнения состава воздуха и исследования слоев, расположенных на большой высоте, применяются ракеты, зондирующие атмосферу до 500 км. Очень важные сведения о состоянии атмосферы, о погодных процессах, происходящих над Земной поверхностью, доставляют искусственные спутники Земли. Большой ценностью обладают наблюдения за атмосферными явлениями, которые ведутся космонавтами с орбитальных станций в космосе.

Что такое слои атмосферы

Атмосфера переводится как «шар» и «пар». Воздушная газовая оболочка земли, которая окружает нашу планету, имеет название атмосфера. Атмосферой обладает не только Земля, но и другие планеты, например, Марс, Венера, Титан.

Строение атмосферы Земли сложное. Каждый слой обладает своими характеристиками и параметрами.

Но только на планете, которая является нашим домом, оболочка уникальна. Между Тропосферой, Стратосферой, Мезосферой, Термосферой, Экзосферой находятся так называемые переходные зоны, где постепенно меняется температура, плотность и состав воздуха. Зоны называются «паузами». Состав атмосферы начал формироваться примерно четыре миллиарда лет назад.

Вначале она состояла из водорода и гелия. Постепенно после извержения вулканов, что стало предпосылкой образования газовой оболочки, происходил обмен газов с водой, живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности. Кислород начал активно развиваться за счет активности цианобактерий или сине-зеленых водорослей. Биосфера перестроилась, и последовало глобальное оледенение или кислородная катастрофа. Химический состав менялся и стал таким, в каком виде находится сейчас несколько миллионов лет.

Атмосфера защищает планету от радиации, излучаемой солнцем, попадания небесных тел. Они сгорают, не добравшись до земли, в атмосфере. От Земли атмосфера имеет толщину 1500 км. Атмосфера состоит из азота и кислорода. Один процент углекислота, водяной пар, метан, водород, неон и другие.

Климат и погода определяют физическое состояние атмосферы. Параметры: плотность;давление;температура;состав.

Только атмосфера земли содержит кислород и окружает планету ореолом голубого цвета. Без кислорода не выживут животные и растения.В настоящее время ученые отмечают изменения, происходящие в составе атмосферы в связи с жизнедеятельностью людей. Все это грозит серьезными изменениями климата.

Но все же, куда исчезает кислород из атмосферы земли не понятно. Единого мнения нет. В настоящее время существует пара гипотез. Первая – извлечение большого количества горных пород из земли вызывает окисление, и увеличивают эрозию.

Вторая – изменение климата: снижение температуры за несколько миллионов лет. Реакции, которые сформировались вследствие этого «связали» цепочку, и в океане стало растворяться намного больше кислорода. Но это всего лишь предположение, которые ученые проверяют.

Тем не менее, Д. Столпер говорит о том, что человечество стало потреблять кислорода в тысячи раз больше, чем в былые времена. Цикл замкнулся, сжигаются тысячи тонн углерода. Это является свидетельством того, что большое количество людей, проживающих сейчас на планете, ускоряют в огромной степени процессы, происходящие на Земле.

Примерно до ста пятнадцати километров содержится кислород. Кислородное голодание в пять километров проявляется у многих людей, особенно у тех, которые не тренировались. На высоте девять километров человек дышать практически не может.

Оказавшись в двадцати километрах над уровнем моря без специальных устройств, человек не выживет. Давление воды и углекислого газа в легких не меняется, а кислород постепенно перестанет давить. Поэтому произойдет закипание всей жидкости организма.

5 основных слоев начинаются у поверхности и идут вверх.

Строение атмосферы Земли

Глядя на небо, особенно когда оно совершенно безоблачно, очень сложно даже предположить, что оно имеет такую сложную и многослойную структуру, что температура там на различных высотах очень сильно отличается, и что именно там, в высоте, происходят важнейшие процессы для всей флоры и фауны на Земле.

Если бы не такой сложный состав газового покрова планеты, то здесь бы просто не было никакой жизни и даже возможности для ее зарождения.

Первые попытки изучить эту часть окружающего мира были предприняты еще древними греками, но те не могли зайти в своих умозаключениях слишком далеко, так как не обладали необходимой технической базой. Они не видели границы разных слоев, не могли измерить их температуру, изучить компонентный состав и т. д.

В основном только погодные явления наталкивали самые прогрессивные умы на размышления о том, что видимое небо не такое простое, как кажется.

Считается, что структура современной газовой оболочки вокруг Земли образовалась в три этапа. Сначала была первичная атмосфера из водорода и гелия, захваченных из космического пространства.

Потом извержение вулканов наполнило воздух массой других частиц, и возникла вторичная атмосфера. После прохождения всех основных химических реакций и процессов релаксации частиц, возникла нынешняя ситуация.

Основные свойства атмосферы

Космическое пространство — источник угроз для живых организмов. При отсутствии воздушной оболочки метеориты не сгорали бы, а падали на поверхность Земли. Другая серьёзная угроза — ультрафиолетовое излучение солнца, способное уничтожить флору и фауну. Слои атмосферы обеспечивают комфортную жизнь для сотен тысяч видов организмов.

Первичная газообразная оболочка стала зарождаться с момента появления Земли и со временем превратилась в сложную структуру с множеством функций. Так, благодаря воздушному слою образуются облака. Они, в свою очередь, отражают солнечные лучи и возвращают тепло на землю. Этот процесс повторяется многократно, поэтому у поверхности планеты сохраняется комфортная температура. Без атмосферных слоёв на Земле было бы в среднем на 30 градусов холоднее, чем сейчас.

В нескольких слоях оболочки происходит круговорот воды. Над всей планетой перемещаются тёплые и холодные потоки воздуха. Эти процессы уравновешивают климат на земном шаре. Без атмосферы разница температур на экваторе и у полюсов была бы колоссальной. Разнообразие форм живой и неживой природы образовалось благодаря уникальным климатическим условиям, которые стали результатом перемещения газообразных структур.

Общая масса всех слоёв, входящих в состав атмосферы, составляет 5,2×10 18кг. Газообразные вещества окружают планету, распространяясь на многие тысячи километров от поверхности. Слои атмосферы:

• тропосфера;
• стратосфера;
• мезосфера;
• термосфера;
• экзосфера;
• ионосфера.

Как устроена атмосфера?

Воздушный океан, на дне которого мы живём, состоит из смеси разных газов: азота, углекислого газа… Однако самый важный, без которого жизнь невозможна, — это кислород. В воздухе также содержатся пыль, пыльца растений… Примеси, поставляемые в атмосферу автомобилями и самолётами, заводами и рудниками, очень вредны и для природы, и для здоровья человека. Толщина тропосферы, нижнего слоя атмосферы, составляет 8—10 км в полярных широтах, но она увеличивается до 16—18 км в тропиках. Она содержит более 80% всей массы атмосферного воздуха и около 90% всего имеющегося в атмосфере водяного пара. Именно в тропосфере формируются облака, развиваются циклоны и антициклоны. Выше, до высоты 50—55 км, распространяется стратосфера, в которой находится озоновый слой, защищающий Землю от губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Плотность верхних слоёв атмосферы (мезосфера, термосфера, экзосфера) ничтожна, но там под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха и возникают «полярные сияния».

Слои атмосферы

Вода постоянно испаряется с поверхности рек, озёр, морей и океанов, из почвы, листьев растений. Пар поднимается вверх, из него образуются облака. Кучевые облака предвещают хорошую погоду. Высокие кучево-дождевые, или грозовые, облака чреваты грозой, ливнем или градом. Слоистые облака обычно приносят моросящие дожди. Высокие перистые облака осадков не приносят, но часто предвещают изменение погоды.

Иногда, когда земля быстро остывает, облако образуется прямо на поверхности земли — это туман. Облака состоят из скопления капелек воды или кристалликов льда. Эти капельки сталкиваются, объединяются и становятся всё больше, до тех пор, пока они не станут такими тяжёлыми, что больше не смогут удержаться в воздухе. Зимой из облаков идёт снег, летом — дождь. За год на Земле выпадает столько дождя и снега, что они могли бы покрыть нашу планету слоем толщиной больше 11 м.

Кучевые облака

Состав биосферы – оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Фото атмосферы из космоса Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Интересный факт: озоновый слой – один из важнейших компонентов в атмосфере. Он находится на высоте в 20-25 км и защищает планету от радиации Солнца.

Гидросфера

Гидросфера составляет большую часть поверхности планеты Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Интересный факт: В воде растворяется множество веществ, и их концентрация может доходить до 50 мг/л, а в море до 35 г/л.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Интересно: Экологическая система: понятие, суть, типы, примеры, уровни, фото и видео

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Фото каньона как пример литосферы Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

Интересно: Как растения справляются с засухой в пустыне? Описание, фото и видео

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.

Стратосфера

Стратосфера является вторым по величине слоём атмосферы, а также вторым, ближайшим к Земной поверхности. По оценкам, он содержит около 15% от общей массы атмосферы Земли.

Толщина стратосферы составляет 35 км от тропопаузы, что означает, что она расположена между тропосферой и мезосферой. Термин «стратосфера» происходит от греческого strato (значит «слой») для обозначения того факта, что сама стратосфера подразделяется на другие более тонкие слои.

Слои стратосферы образуются из-за отсутствия климатических явлений, которые смешивают воздух. Таким образом, существует чёткое разделение между холодным и тяжёлым воздухом внизу и тёплым, лёгким воздухом сверху. Таким образом, с точки зрения температуры стратосфера работает точно противоположно тропосфере.

Поскольку эта зона более высокой вертикальной стабильности (без перемещений воздуха), пилоты самолётов, как правило, остаются в начале стратосферы, чтобы избежать турбулентности. Именно на этой высоте самолёты и воздушные шары достигают максимальной эффективности.

Некоторые самолёты, особенно реактивные, влетают в стратосферу, чтобы избежать воздухообмен.

Стратосфера также содержит хорошо известный озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца. Без озонового слоя жизнь на Земле, какой мы её знаем, была бы невозможна.

Подобно тропосфере, стратосфера также имеет область, которая ограничивает её конец и показывает начало мезосферы, которая называется стратопауза.

Состав стратосферы

Большинство элементов, найденных на поверхности Земли и в тропосфере, не достигают стратосферы. Вместо этого они обычно:

• разлагаются в тропосфере;
• могут быть устранены солнечным светом;
• могут переноситься на поверхность Земли через дождь или другие осадки.

Из-за инверсии в динамике температуры между тропосферой и стратосферой воздух практически не обменивается между двумя слоями, в результате чего испарения воды существуют в стратосфере только в незначительных количествах. По этой причине в этом слое чрезвычайно редко образование облаков.

Что касается газов, стратосфера образована преимущественно озоном, присутствующим в озоновом слое. Считается, что 90% всего озона в атмосфере находится в этой области. Кроме того, стратосфера содержит элементы, переносимые извержениями вулканов, такие, как оксиды азота, азотная кислота, галогены и т. д.

Температура стратосферы

Температура в стратосфере увеличивается с увеличением высоты, варьируя от -51 ° C в самой низкой точке (тропопауза) до -3 ° C в самой высокой точке (стратопауза).

Изучение

Исследование верхних слоев атмосферы с тех пор, когда люди проникли в Космос, быстро прогрессировало. Технология, связанная с использованием спутников, сегодня уже стала обычной. Снимки, с которыми нас ежедневно знакомит телевидение в метеорологических передачах, вжились уже настолько, что многим людям даже не хочется верить, что еще совсем недавно погода предсказывалась лишь на основе данных, полученных земными станциями, т.е. на основе знания давления воздуха, его температуры и силы ветра.  Но это не значит, что волна новых методов изучения газовой оболочки (к которым относится, помимо использования воздушных зондов, также использование спутников, ракет и самолетов, летающих на больших высотах) упразднила методы, которые использовались в течение десятков лет.

Давление и температура воздуха, его влажность, состав, направление и сила ветра — все это весьма важные факторы, служащие для изучения атмосферы.

Воздушная оболочка Земли: атмосфера

Геосфера, которая включает в себя все воздушное, газовое пространство земного шара.

1. Тропосфера. Первый слой атмосферы, начинается от поверхностей суши или водоемов и простирается на 15 км вверх. Отличительной чертой является разная плотность воздуха, которая меняется в зависимости от высоты, чем выше, тем плотность больше. Верхний слой тропосферы соприкасается с озоновым шаром – это слой озона шириной в 7 км, который защищает планету от разрушительных космических воздействий.

Тропосфера наиболее подвержена влиянию на нее человека.

1. Стратосфера. Второй слой атмосферы. Основная составляющая – разжененные газы (водород, азот, гелий и другие). Расположен от 5 до 100 км.
2. Ионосфера. Третий слой атмосферы, который начинается от стратосферы и простирается до пространства, которое люди назвали космосом. Состоит из различных частиц (ионов, электронов), которые образуются в результате распада молекул. Такой состав, а также особое строение порождает эффект, который заметен невооруженным глазом – «северное сияние», его можно наблюдать на крайнем севере, а зарождается оно в нижней части ионосферы.

Некоторые ученые разделяю ионосферу на мезосферу, термосферу и экзосферу. Каждая из них имеет свои характеристики температуры и давления, которые отличаются в зависимости от высоты каждой.

Взаимосвязь оболочек планеты

Люди привыкли отделять атмосферу от гидросферы.

Первая образует газовую оболочку Земли, вторая – жидкую.

Попытаемся теперь показать, что это разделение слишком искусственно. Между обеими частями происходит неустанный обмен: атмосфера, гидросфера и самая верхняя часть земной коры образуют общую динамичную систему с обменом веществ и энергии.

В виде водяных паров вода в природе переносится атмосферой, переходит в реки и озера или впитывается в часть земной коры в виде свободной воды, например, проникает в поры горных пород или находится в минералах в химически связанном состоянии.

Методы исследования атмосферы, гидросферы и литосферы в принципе отличаются друг от друга. В первом случае изучается газ, во втором – жидкость и в третьем – твердое тело. Однако следует напомнить, что все три слоя возникли в результате длительной геологической деятельности. Атмосфера, как и гидросфера, возникла в результате дегазации мантии. И кора Земли является следствием обмена веществ земной мантии. Ее нынешний состав и строение образовались в ходе взаимного воздействия. Таким образом все три формы имеют общее происхождение и зависимы друг от друга.

Правда только атмосфера имеет еще одного серьезного соседа: космическое пространство. Некоторые газы, например, водород, уходят через атмосферу в космическое пространство, поскольку Земля не способна его удержать своим притяжением.

Особенности мезосферы

Мезосфера — слой, расположенный в промежутке между 45 и 90 километрами. Его верхняя часть называется мезопаузой и является самым холодным местом: воздух здесь охлаждается до -143 градусов.

Этот участок атмосферы пока не очень хорошо изучен. Это обусловлено слишком малым давлением газов: оно в несколько тысяч раз ниже того, что наблюдается у поверхности планеты. Воздушные шары, поднявшись до определённой точки, не летят выше, а зависают. Использовать для изучения мезосферы самолёты с реактивными двигателями тоже не получается, так как принцип их движения в условиях, когда газ сильно разрежен, утрачивает смысл. Аэродинамика корпуса и крыльев становится бесполезной.

Перемещаться в мезосфере могут только ракетопланы или ракеты. К первым относят самолёты, оснащённые ракетными двигателями. Одна из таких машин — X-15. Это самый быстрый ракетоплан, сумевший подняться на высоту 108 км. Однако такие аппараты летят слишком быстро, а за короткое время не удаётся провести основательного изучения воздушного слоя. Летательные аппараты либо движутся выше, либо опускаются, в обоих случаях покидая мезосферу.

В этом же слое сгорают и метеориты. Наблюдатели, находящиеся на земле, видят своеобразное свечение.

Помимо этого, каждый день на Землю оседает от 100 до 9−10 тыс. тонн космической пыли. Эти частицы оказывают некоторое влияние на дождеобразование, хотя кардинально изменить циркуляцию атмосферы они неспособны.

Экзосфера

Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Размеры экзосферы Земли невероятно велики — она перерастает в корону Земли, геокорону, которая растянута до 100 тысяч километров от планеты. Она очень разрежена — концентрация частиц в миллионы раз меньше плотности обычного воздуха. Но если Луна заслонит Землю для отдаленного космического корабля, то корона нашей планеты будет видна, как видна нам корона Солнца при его затмении. Однако наблюдать это явление пока не удавалось.

А еще именно в экзосфере происходит выветривание атмосферы Земли — из-за большого расстояния от гравитационного центра планеты частички легко отрываются от общей газовой массы и выходят на собственные орбиты. Это явление называется диссипацией атмосферы. Наша планета ежесекундно теряет 3 килограмма водорода и 50 грамм гелия из атмосферы. Только эти частицы достаточно легки, чтобы покинуть общую газовую массу.

Несложные расчеты показывают, что Земля ежегодно теряет около 110 тысяч тонн массы атмосферы. Опасно ли это? На самом деле нет — мощности нашей планеты по «производству» водорода и гелия превышают темпы потерь.

Значение биосферы

Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество. Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках. Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.

Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.

Понятие земной атмосферы

Атмосфера имеется не только у Земли, но и у других небесных тел. Так называют газовую оболочку, окружающую планеты. Состав этого газового слоя разных планет значительно отличается. Давайте рассмотрим основные сведения и факты об иначе называемой воздухом.

Самой важной её составляющей частью является кислород. Некоторые ошибочно думают, что земная атмосфера состоит полностью из кислорода, но на самом деле воздух — это смесь газов

В его составе 78% азота и 21% кислорода. Остальной один процент включает в себя озон, аргон, углекислый газ, водяные пары. Пусть процентное соотношение этих газов мало, но они выполняют важную функцию — поглощают значительную часть солнечной лучистой энергии, тем самым не дают светилу превратить всё живое на нашей планете в пепел. Свойства атмосферы изменяются в зависимости от высоты. Например, на высоте 65 км азот составляет 86%, а кислород — 19%.

Чем и как изучают атмосферу: первые исторические попытки организации наблюдений

Аристотель еще в четвертом столетии до нашей эры написал труд, названный им «Метеорологика» (Ликейский период Аристотеля — с 334 по 322 год до н. э.). Поэтому наука, изучающаяя атмосферу, называется метеорология.

Возможность изучения метеоусловий возникла после изобретений в 17 веке Галилео Галилеем термометра (фиксация температуры) и барометра (измерение давления) Отто фон Герике. Флюгер (измерение направления ветра), анемометр (измерение скорости движения воздуха), гигрометр (измерение влажности), плювиограф (измерение количества осадков), созданные в этом же веке, расширили список фиксируемых параметров атмосферы.

Сеть из девяти метеостанций (самая первая в истории) в Италии с 1854 по 1667 собирала информацию о параметрах атмосферы.

Вторая европейская сеть метеостанций (1723-1735) работала по инструкции, содержащей стандартные таблицы измерений с методическими указаниями по пользованию приборами, написанной Джеймсом Джурином (Лондон).

Одновременно в России на двадцати четырех метеостанциях (1733-1744) велись наблюдения за атмосферой (инструкция Даниила Бернулли).

Мезосфера. Описание

Мезосфера находится прямо над стратосферой и ниже термосферы. Он простирается примерно от 50 до 85 км над нашей планетой.

Температура уменьшается с высотой по всей мезосфере. Самые холодные температуры в атмосфере Земли, около -90 °C, находятся в верхней части этого слоя.

Граница между мезосферой и термосферой над ней называется мезопаузой. В нижней части мезосферы находится стратопауза.

Мезосферу трудно изучать, поэтому об этом слое атмосферы известно меньше, чем о других слоях. Метеозонды и другие летательные аппараты не могут летать достаточно высоко, чтобы достичь мезосферы. Спутники находятся на орбите над мезосферой и не могут напрямую определять характеристики этого слоя. Ученые используют различные инструменты на зондирующих ракетах, чтобы непосредственно изучать мезосферу, но такие полеты короткие и нечастые. Поскольку проводить измерения мезосферы непосредственно с помощью инструментов трудно, многое о мезосфере все еще остается невыясненным.

Метеорологический зонд

Большинство метеоров испаряются в мезосфере. Некоторый метеоритный материал задерживается в мезосфере, в результате чего этот слой имеет относительно высокую концентрацию атомов железа и других металлов.

В мезосфере вблизи полюсов иногда образуются очень странные облака, называемые «серебристыми облаками» или «полярными мезосферными облаками». Эти своеобразные облака образуются намного выше, чем облака других типов. Мезосфера, как и стратосфера под ней, намного суше, чем влажная тропосфера, в которой мы живем, что делает образование облаков в этом слое немного неожиданным. 

Серебристые облака:

В мезосфере иногда появляются странные электрические разряды, похожие на молнии, называемые «спрайтами» и «эльфами», на десятки километров выше грозовых облаков в тропосфере.

Наверное, некоторые из вас видели красноватую вспышку высоко-высоко в небе. Это еще один тип электрических разрядов – красный спрайт. Снимки «спрайтов» впервые удалось получить летом 2005 г. в Колорадо: их фотографировали при помощи специальной камеры со скоростью 5 тыс. кадров в секунду. Его цвет часто соответствует названию, но совсем не обязательно. Обычно такая вспышка длится несколько секунд – намного больше, чем большинство других типов электрических разрядов. По сути, хорошо различить можно только самые яркие из спрайтов. Часто их описывают как нечто, похожее на гигантских медуз на самой вершине бури. Спрайты нередко ошибочно относят к высотным молниям, но в них не происходит нагревания вещества до характерных для настоящих молний температур. Спрайты больше похожи на разряды в люминесцентных лампах, их можно отнести к явлению, связанному с холодной плазмой.
Спрайты над Северной Италией, август 2019 г.
Так называемые «эльфы» (ELVES, Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources — «излучение света и очень низкочастотные возмущения из-за импульса от электромагнитного источника»). Это массивные электрические импульсы в форме быстро расширяющиеся дисков, которые могут достигать сотен километров в поперечнике . Они были засняты камерами космических шаттлов только в 1992 году. Как правило, эльфы возникают на высотах порядка 100 километров над мощными штормами и длятся всего несколько миллисекунд. Считается, что механизм их свечения связан с излучение возбужденных молекул азота, которые получают энергию от электронов, ускорившихся из-за разрядов в нижележащем шторме.

Стратосферу и мезосферу вместе иногда называют средней атмосферой.

Составные части

Кислород – существенная и важная составная часть атмосферы Земли.

Кислород образует 20,9% нижней части газовой оболочки. Приблизительно три четверти состоит из азота (78,08%). Остальная часть приходится на аргон (0,93%) и углекислый газ (0,33%). Других газов в атмосфере мало.

Все указанные составные части (кислород, азот, аргон, углекислый газ) образуют 98,8 % газовой оболочки. Эту смесь мы называем воздухом.

Было установлено, что атмосфера в таком составе достигает высоты 88 км. Водорода в самом нижнем слое  действительно очень мало, поскольку он так легок, что без труда уходит в межпланетное пространство.

Газовая оболочка делится на:

1. Тропосфера —  до 10 – 12 км.
2. Стратосфера —  до 55 км от тропосферы.
3. Мезосфера — до 85 – 90 км от стратосферы.
4. Термосфера — до 150 км от мезосферы.
5. Экзосфера — до 800 – 2 000 км от термосферы.