Земная атмосфера. - Планета Земля

Воздушный океан, окружающий Землю, - ее атмосфера, - является ареной, на которой разыгрываются разнообразные метеорологические явления. Для астрономов атмосфера является скорее помехой в наблюдательных работах, хотя некоторые явления, относящиеся к астрономии, протекают в атмосфере (например, вспышки метеоров). Воздух рассеивает солнечные лучи, причем это рассеяние возрастает с уменьшением длины волны. Для видимого спектра большее рассеяние сине-зеленых лучей обусловливает голубой цвет неба и не дает возможности наблюдать звезды днем. В силу этого же Солнце и Луна близ горизонта (перед закатом и после восхода) бывают красного или оранжевого цвета. Излучение с длиной волны короче 290 тц полностью поглощается слоями озона, находящимися на высотах 35--60 км. Общая толщина слоя озона, приведенного к нормальным условиям (т. е. давлению 760 мм ртутного столба и темпера туре 0°), составляет всего 3 мм. Он предохраняет живую природу от губительного действия далеких ультрафиолетовых и других коротковолновых излучений.

Атмосфера поглощает не только коротковолновое излучение небесных светил, но и не пропускает к нам значительную часть космического радиоизлучения. Радиоволны длиной больше 30-15 м отражаются ионосферой, а короче 3 см - поглощаются водяным паром. Кроме того, атмосфера значительно ослабляет, а также преобразует поток частиц высокой энергии, идущий к нам из космоса (так называемые космические лучи). Таким образом, земная атмосфера -- это своеобразный экран, защищающий поверхность Земли от непосредственного воздействия космоса.

Поглощая и рассеивая свет небесных светил, атмосфера уменьшает их блеск, причем поглощение возрастает при увеличении толщи воздуха, проходимой лучами. Толща увеличивается при возрастании зенитного расстояния 2 (в первом приближении пропорционально вес г). Поэтому при сравнении блеска небесных светил, находящихся на разных зенитных расстояниях, надо учитывать различие в поглощении света (см. табл. 55). Поглощение В совершенно чистой атмосфере составляет в зените 0M,21 в визуальных лучах и 0M,44 -- в фотографических.

Атмосфера вызывает также преломление лучей -- Рефракцию, которая влияет на положение светила на небе и заметным образом искажает форму Солнца и Луны у горизонта.

Свойства земной атмосферы до высоты в 40 Км изучены со стратостатов и самопишущих метеорологических приборов, поднимаемых шарами-зондами; разнообразные метеоприборы и спектральные аппараты поднимались до высот почти в 500 км специальными метеорологическими и геофизическими ракетами; наконец, в самые последние годы исключительно богатая информация о состоянии верхних слоев атмосферы получается с искусственных спутников Земли и космических ракет. Кроме того, высокие слои атмосферы исследуются разными косвенными методами (наблюдения метеоров, метеорных следов, серебристых облаков, полярных сияний, изучение свечения ночного неба, сумеречных явлений, лунных затмений), а также с помощью радио (изучение ионизованных областей, преломляющих и отражающих радиоволны).

Таблица 2. Состав земной атмосферы

Элемент

% по объему

Азот

78,09

Кислород

20,95

Аргон

0,93

Углекислый газ

0,03

Водород

0,01

Неон

0,0015

Гелий

0,00015

Криптон

0,000001

Ксенон

0,00000009

В основном земная атмосфера состоит из азота и кислорода. В табл. 2 дано процентное содержание химических элементов, составляющих атмосферу Земли. Вследствие перемешивания воздуха конвективными токами и ветрами состав атмосферы почти не меняется до высоты в 100--150 Км. Выше обнаруживается изменение состава атмосферы: количество тяжелых инертных газов резко падает, а молекулярные азот и кислород заменяются атомарными. До высот 300--350 Км преобладает атомарный кислород, а выше -- атомарный азот.

Атмосферу Земли условно делят на четыре слоя: Тропосферу стратосферу, ионосферу и Экзосферу. Тропосфера начинается от поверхности земли или моря; верхняя ее граница в средних шпротах находится на высоте 9--10 Км зимой и 10--12 Км летом, а в экваториальной зоне поднимается до 15--17 Км. Тропосфера характеризуется постепенным убыванием температуры с высотой. В ней содержится около 80% массы всей атмосферы, почти вся вода и пыль, взвешенные в атмосфере. Граница между тропосферой и стратосферой называется Тропопаузой. Стратосфера распространяется от высоты 12--15 Км до 80--85 Км, где находится Стра-топауза, выше которой располагается ионосфера.

Как показывает само название, в этой последней, помимо нейтральных молекул, находятся и ионизованные атомы. Ионизацию производит коротковолновое излучение Солнца и потоки заряженных частиц (корпускул), летящих от Солнца. Электрические свойства ионосферы, высота и степень ее ионизации зависят от времени суток, времени года и от фазы солнечной активности, Ионосфера имеет громадное значение для радиосвязи на больших расстояниях, которая осуществляется на длинных, средних и коротких радиоволнах, многократно отражающихся (точнее, преломляющихся) от ионизованных слоев ионосферы и от поверхности Земли. планета земля атмосфера геологический кора

Представления о строении ионосферы значительно изменились после запуска искусственных спутников Земли. До этого предполагалось, что в ионосфере имеются четыре основных ионизованных слоя: слой D (на высоте 80 Км), слой E (100--105 км), слой F1, (200 км) и слой F2, (300-- 350 км). Однако подозревали, что эти слои имеют клочковатое строение и состоят из отдельных ионизованных облаков. В настоящее время приходится признать, что такого четкого деления на слои (стратификации) в ионосфере нет: от 60 км до, по крайней мере, 473 км имеется сплошной массив ионизованного газа с отдельными флуктуациями (неоднородностями) концентрации ионизованных частиц.

Было обнаружено изменение плотности верхних слоев атмосферы и колебания их температуры в зависимости от изменения солнечной активности, а также в зависимости от времени года (так, например, летом в дневные часы плотность на высоте 200 Км в 20 раз больше, чем зимой ночью).

Область выше 400 км называется Экзосферой.

Самые высокие полярные сияния наблюдались на высотах 700--1000 и даже 1200 Км. Свечение ночного неба обнаруживается на высотах до 2000 Км. Вероятно, верхняя граница земной атмосферы лежит около 3000--4000 км.

Данные, полученные в последнее время с помощью искусственных спутников Земли, а также советских космических ракет, доказали, что земной шар окружен двумя "поясами радиации" - областями резкого увеличения концентрации заряженных частиц высокой энергии. Концентрация оказалась наибольшей вблизи магнитного экватора Земли (как известно не совпадающего с географическим) и убывает к магнитным полюсам, а также зависит от высоты над земной поверхностью. В первой, близкой к Земле области концентрация заряженных частиц (по-видимому, протонов с энергиями до сотен миллионов электрон-вольт) достигает максимума на высоте порядка 1000 Км. Границы второй области, созданной, вероятно, электронами с энергией в несколько десятков тысяч электрон-вольт, простираются до высот в 50--60 тыс. Км.

На каждый квадратный сантиметр земной поверхности на уровне моря воздух давит с силой в 1,0332 Кг (так называемое давление в одну атмосферу). Общая масса атмосферы Земли составляет около одной миллионной доли массы Земли.

Распределение в атмосфере температуры (определяемой тепловыми скоростями движений частиц воздуха) характеризуется любопытными неправильностями -- Температурными инверсиями: в тропосфере температура уменьшается приблизительно на 6°C каждым километром высоты; от тропопаузы до высоты 30 Км температура приблизительно постоянна и равна -- 56.° С; от 30 до 55 Км температура постепенно повышается до 4-100.° С; к высоте 80 Км она вновь падает до +30° С и затем постепенно повышается, достигая нескольких сотен градусов на высоте 200--300 Км. Однако плотность воздуха на этих высотах столь мала, что температура тела, попавшего туда, будет определяться способностью тела поглощать энергию солнечных лучей (и излучать, ее в окружающее пространство), а не температурой окружающего крайне разреженного воздуха. Изучение метеорных следов и серебристых облаков обнаруживает скорости "стратосферных ветров" до 120 М/сек

Похожие статьи




Земная атмосфера. - Планета Земля

Предыдущая | Следующая