Что такое атмосфера Земли

Если посмотреть на Землю из космоса, её атмосферу можно заметить как тонкую светящуюся оболочку у края планеты. На самом деле эта газовая оболочка простирается на сотни и тысячи километров и постепенно становится всё более разреженной. Атмосфера даёт нам воздух для дыхания, в ней возникают облака и погода, а её слои защищают поверхность от части опасного излучения и множества мелких космических тел.

Атмосфера простыми словами

Атмосфера Земли — газовая оболочка, удерживаемая притяжением планеты. Главные газы в нижней атмосфере — азот и кислород. Кроме них присутствуют аргон, углекислый газ, водяной пар и другие вещества в меньших количествах.

Атмосфера не заканчивается резкой стеной. С высотой воздух становится всё менее плотным, расстояние между частицами увеличивается, и внешняя часть атмосферы постепенно переходит в космическое пространство. Поэтому вопрос «где точно кончается воздух?» не имеет такого простого ответа, как вопрос о границе воды в стакане.

Почему атмосфера не улетает в космос

Земля притягивает вещества к себе благодаря гравитации. Это притяжение удерживает основную массу атмосферных газов около планеты. Отдельные очень быстрые частицы верхней атмосферы могут покидать Землю, но огромная часть воздуха остаётся связанной с планетой.

Плотность воздуха наибольшая возле поверхности, потому что нижние слои находятся под давлением воздуха, расположенного выше. Чем выше поднимается человек, тем обычно меньше плотность и давление воздуха.

Из чего состоит атмосфера

Если не учитывать водяной пар, сухой воздух содержит примерно 78% азота, 21% кислорода и чуть меньше 1% аргона. На углекислый газ и остальные газы приходится гораздо меньшая доля.

Водяной пар — переменная часть атмосферы. Его количество особенно заметно меняется в нижнем слое: над тёплыми влажными районами его больше, в холодном и сухом воздухе — меньше. Также в атмосфере находятся аэрозоли — мельчайшие частицы пыли, соли, дыма, пыльцы и других веществ.

Пять основных слоёв атмосферы

Учёные делят атмосферу прежде всего по тому, как меняется температура с высотой. Обычно выделяют пять основных слоёв.

Границы приведены приблизительно. Они не являются идеально неподвижными и могут различаться в разных источниках, потому что состояние атмосферы меняется, а некоторые области определяются разными физическими признаками.

Тропосфера — слой нашей погоды

Тропосфера начинается прямо у поверхности Земли. В ней живём мы, летают птицы, формируется большинство облаков и происходит практически вся знакомая нам погода: дождь, снег, ветер, грозы и туман.

Высота тропосферы неодинакова. Она обычно ниже около полюсов и выше в тропиках. В среднем часто называют значение около 12 километров. С высотой температура в тропосфере обычно уменьшается, хотя конкретная погода может создавать исключения и температурные инверсии.

Именно в тропосфере сосредоточено почти всё атмосферное водяное содержание, связанное с обычным круговоротом воды. Нагрев земной поверхности, испарение, конденсация и движение воздушных масс делают этот слой особенно изменчивым.

Стратосфера и озоновый слой

Выше тропосферы находится стратосфера. Здесь воздух гораздо суше и разреженнее. Одна из её важнейших особенностей — озоновый слой, то есть область повышенной концентрации озона.

Озон состоит из трёх атомов кислорода — O₃. Он поглощает значительную часть ультрафиолетового излучения Солнца. Это важно для жизни, потому что сильное ультрафиолетовое излучение способно повреждать биологические ткани и молекулы.

В стратосфере температура с высотой в целом повышается, поскольку озон поглощает ультрафиолетовую энергию. Это отличает её от тропосферы.

Мезосфера — область, где вспыхивают метеоры

Мезосфера находится выше стратосферы. Воздух там очень разрежен, а температура к верхней границе слоя сильно уменьшается. Верхняя часть мезосферы относится к самым холодным областям атмосферы.

Когда небольшие космические частицы с огромной скоростью входят в атмосферу, они взаимодействуют с частицами газа, нагреваются и теряют вещество. Светящийся след мы видим как метеор. Многие небольшие тела разрушаются и испаряются ещё до достижения поверхности.

Фраза «атмосфера сжигает все метеориты» неточна. Более крупные фрагменты иногда переживают прохождение через атмосферу и падают на Землю — тогда найденный на поверхности космический камень называют метеоритом.

Термосфера — очень горячая и очень разреженная

В термосфере отдельные частицы поглощают высокоэнергетическое излучение Солнца. Поэтому температура, определённая по энергии частиц, может быть очень высокой. Но человеку там не было бы «жарко как в печи»: воздуха чрезвычайно мало, и он не может передавать тепло так, как плотный воздух у поверхности.

Части термосферы входят в ионосферу — область, где много электрически заряженных частиц. Ионосфера важна для распространения некоторых радиоволн. Здесь же происходят многие полярные сияния, когда заряженные частицы взаимодействуют с верхней атмосферой.

Экзосфера — постепенный переход к космосу

Экзосфера — самая внешняя из пяти основных областей. Частицы здесь могут пролетать огромные расстояния, почти не сталкиваясь друг с другом. Некоторые из них способны покинуть Землю.

У экзосферы нет жёсткой наружной поверхности. Поэтому в разных описаниях можно встретить разные значения её верхней границы. Для школьного доклада достаточно сказать, что экзосфера постепенно переходит в межпланетное пространство.

А где находится ионосфера

Ионосферу иногда называют «слоем атмосферы», но она не является шестым слоем в той же температурной классификации. Это область с большим количеством ионов и свободных электронов. Она перекрывает части мезосферы, термосферы и может простираться выше.

Именно поэтому одни детские схемы показывают пять основных слоёв, а другие отдельно добавляют ионосферу. Противоречия здесь нет: используются разные способы деления атмосферы.

Как атмосфера защищает Землю

Фильтрует часть опасного излучения

Озон в стратосфере поглощает значительную долю солнечного ультрафиолета. Другие компоненты верхней атмосферы взаимодействуют с коротковолновым высокоэнергетическим излучением.

Замедляет и разрушает множество небольших космических тел

При входе в атмосферу с большой скоростью метеорные частицы испытывают сильный нагрев и теряют вещество. Благодаря этому множество мелких частиц не достигает поверхности в исходном виде.

Помогает сохранять тепло

Атмосфера участвует в естественном парниковом эффекте. Водяной пар, углекислый газ, метан и некоторые другие газы поглощают и переизлучают тепловое излучение. Это делает поверхность Земли значительно теплее, чем она была бы без такой газовой оболочки.

Почему без атмосферы не было бы привычной погоды

Погода — состояние нижней атмосферы в определённом месте и в определённое время. Температура, давление, влажность, облачность, осадки и ветер — всё это характеристики или явления атмосферы.

Солнце нагревает поверхность Земли неравномерно. Суша и вода получают и отдают тепло по-разному, экваториальные и полярные районы получают неодинаковое количество солнечной энергии. Возникают различия температуры и давления, воздух движется, переносит водяной пар и тепло. Так формируется сложная система погоды.

Атмосфера и круговорот воды

Вода испаряется с океанов, озёр, рек и влажной почвы, а растения выделяют водяной пар. В атмосфере пар переносится, охлаждается и конденсируется в капли или кристаллы льда. Образуются облака, а затем вода может выпасть в виде осадков.

Без атмосферного переноса воды многие районы суши не получали бы осадки в привычном виде. Поэтому атмосфера соединяет океан, сушу и живую природу в единую систему.

Атмосферное давление

Воздух имеет массу и находится под действием земного притяжения. Поэтому он создаёт давление. Чем выше мы поднимаемся, тем меньшая масса воздуха остаётся над нами и тем ниже обычно давление.

Изменения давления у поверхности важны для прогноза погоды. Воздух начинает перемещаться из областей более высокого давления к областям более низкого, хотя реальное направление ветра также изменяют вращение Земли, трение и рельеф.

Почему с высотой становится труднее дышать

На большой высоте воздух разреженнее и давление ниже. Вдох всё ещё приносит смесь, содержащую кислород, но молекул газа в том же объёме меньше. Организму приходится приспосабливаться к меньшему поступлению кислорода.

Поэтому альпинисты на очень больших высотах могут использовать дополнительный кислород, а люди, постоянно живущие высоко в горах, имеют физиологические приспособления к таким условиям.

Почему небо голубое, если воздух бесцветный

Отдельный небольшой объём чистого воздуха кажется бесцветным. Но солнечный свет проходит через огромную толщу атмосферы. Молекулы воздуха сильнее рассеивают коротковолновую часть видимого света, поэтому со многих направлений к нашим глазам приходит больше голубого рассеянного света.

На восходе и закате солнечному лучу приходится проходить более длинный путь через нижнюю атмосферу. Значительная часть коротковолнового света рассеивается в стороны, а прямой свет Солнца становится красноватым или оранжевым.

Атмосфера и климат — не одно и то же

Погода может измениться за часы: сегодня дождь, завтра солнце. Климат описывает типичные погодные условия и их статистику за длительные периоды. Атмосфера участвует и в погоде, и в климате, но эти понятия нельзя считать синонимами.

Климатическая система включает не только воздух, но также океан, лёд, сушу, живые организмы и обмен энергией между ними.

Почему атмосфера важна для человека

• даёт кислород для дыхания;
• обеспечивает углекислым газом фотосинтез растений;
• участвует в круговороте воды и образовании осадков;
• помогает поддерживать пригодный для жизни температурный режим;
• защищает поверхность от значительной части опасного ультрафиолетового излучения;
• служит средой для передачи звука, полёта птиц и самолётов;
• участвует в формировании климата и погоды.

Почему атмосферу нужно беречь

Человеческая деятельность может менять состав воздуха. Загрязняющие вещества ухудшают качество воздуха, а рост концентрации парниковых газов влияет на климат. Некоторые химические вещества в прошлом сильно разрушали стратосферный озон, поэтому международные меры по ограничению таких веществ стали важной частью охраны атмосферы.

Беречь атмосферу означает уменьшать ненужные выбросы, развивать более чистые технологии, сохранять природные экосистемы, экономно использовать энергию и следить за качеством воздуха.

Что особенно важно не перепутать

• Атмосфера состоит не только из кислорода — больше всего в ней азота.
• Граница атмосферы не похожа на твёрдую стену.
• Погода происходит главным образом в тропосфере, а не во всех слоях одинаково.
• Озоновый слой расположен в стратосфере.
• Ионосфера пересекает несколько температурных слоёв и выделяется по другому признаку.
• Очень высокая температура термосферы не означает сильного нагревания предмета разреженным газом.

Краткий план доклада

1. Что такое атмосфера и чем она удерживается.
2. Состав земного воздуха.
3. Тропосфера и погода.
4. Стратосфера, мезосфера и их особенности.
5. Термосфера, ионосфера и экзосфера.
6. Защитная и климатическая роль атмосферы.
7. Почему атмосферу необходимо беречь.

Вывод

Атмосфера — сложная газовая оболочка Земли, удерживаемая гравитацией. Она состоит из нескольких основных слоёв, каждый из которых отличается условиями и происходящими процессами. В тропосфере формируется погода, в стратосфере находится озоновый слой, выше происходят метеорные явления, полярные сияния и постепенный переход к космосу. Атмосфера обеспечивает жизнь воздухом, участвует в круговороте воды и тепла и защищает поверхность планеты, поэтому её состояние имеет значение для всей земной природы.