Атмосфера

Последнее обновление:
17.Февраля.2015, 10:28

Атмосфера - внешняя воздушная оболочка Земли, которая является смесью определенного количества газов и водяного пара. Атмосфера содержится силой притяжения Земли и вращается вместе с ней.

Атмосфера - легкая и наиболее подвижная воздушная оболочка нашей планеты. Она образовалась из газов, которые вырывались из ее недр при вулканических извержений. Появление океанов и живых организмов на Земле изменила состав атмосферы.

   Нижней границей атмосферы условно считается поверхность суши и Мирового океана, хотя определенное количество воздуха проникает и в земную кору, и в воду. Верхней границей условно определено высоту более 2000 км. Атмосфера состоит из пяти основных слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

   Тропосфера - самый низкий и наиболее плотный слой атмосферы мощностью от 8 км над полюсами до 18 км над экватором. В тропосфере происходит понижение температуры с высотой в среднем на 0,6 ° С на каждые 100 м поднятия. В тропосфере происходят интенсивные горизонтальные и вертикальные движения воздуха, образуются туманы, облака, осадки.

   Стратосфера простирается до 50-55 км. В стратосфере почти нет водяного пара, поэтому там не бывает облаков, дождей, гроз, снега. На высоте 22-25 км в стратосфере существует озоновый слой, который, как экран, поглощает ультрафиолетовую радиацию, которая губительно действует на жизнь всех живых организмов.

   В стратосфере температура с высотой повышается до 0 ° С. Мезосфера - слой воздуха на высоте 55-85 км. В мезосфере температура снова снижается и достигает - 100 ° С. В термосфере (ионосфере), которая является внешней частью атмосферы и расположена на высоте более 85 км, вновь начинается нагрев воздуха. На высоте более 1000 км температура достигает 1500 ° С. В верхних слоях термосферы наблюдаются такие явления, как полярные сияния. Выше 1000 км, в экзосфере, разреженность газов самая, здесь происходит отток легких газов атмосферы в космос.

   Значение атмосферы. Атмосфера - это «броня», которая защищает Землю от метеоритов, большая часть которых, попадая в плотные слои атмосферы, сгорает. Атмосфера превращает солнечную энергию за счет отражения, рассеивания и поглощения. Она задерживает тепло, играя роль утеплителя Земли. Без атмосферы не было бы ни ветра, ни звуков, ни осадков.

   Атмосфера является необходимой составляющей существования живых организмов на Земле. Наибольшее значение для жизни на Земле тропосфера. Здесь сосредоточено 80% всей массы воздуха. Современные наблюдения за атмосферными процессами связанные с работой метеорологических спутников, позволяющих исследовать атмосферу, способствуя изучению климата и составлению синоптических и климатических карт.

   В отличие от геологических явлений, которых мы почти не замечаем, атмосфера постоянно преображается. Продолжительность таких процессов иногда измеряется минутами. Эти изменения касаются нас непосредственно, влияя на самочувствие, здоровье, хозяйственную деятельность. Атмосферные процессы изучают две науки - метеорология и климатология.

   Метеорология - наука о земную атмосферу и явления, которые в ней происходят. Объектом изучения метеорологии является метеорологические элементы: температура, влажность воздуха, облачность, осадки, атмосферное давление и тому подобное.

   Климатология изучает климат и его изменения в течение длительного времени. Климатология, как и метеорология, изучает те же компоненты, но отличается от нее тем, что анализирует процессы, которые происходят в течение длительного времени.

   Показатели состояния атмосферы. Температура воздуха. Атмосферный воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, которая находится под влиянием солнечной радиации. Количество радиации, зависит от продолжительности освещения поверхности солнечными лучами и угла их падения. Чем меньше угол падения солнечных лучей, тем менее солнечной энергии получает поверхность Земли, тем меньше она нагревается и отдает тепла в атмосферу. Таким образом, количество солнечной радиации уменьшается на Земле в направлении от экватора к полюсам, поскольку в этом направлении уменьшаются угол падения солнечных лучей. Согласно распределения солнечной радиации температура воздуха зависит от географической широты местности. От экватора до полюсов температура воздуха снижается. Эта закономерность наглядно отражена на климатических картах, где показано изотермы - линии на картах, которые соединяют точки с одинаковой температурой воздуха. Для характеристики температур чаще всего используют средние январские, июльские и годовые показатели.

   Итак, тепло на Земле распределяется зонально. Вращение Земли вокруг Солнца, наклон оси к плоскости орбиты и шарообразная форма является причинами неодинакового нагрева на разных широтах, а в связи с этим существование тепловых поясов, расположенных по обе стороны от экватора.

   На Земле выделяют следующие тепловые пояса: жаркий, два умеренных и два холодных. Каждому пояса свойственны определенные температуры воздуха, которые зависят от географической широты.

   Атмосферное давление. Атмосферный воздух, окружающий Землю, имеет массу и поэтому создает давление. Атмосферное давление непрерывно меняется. Размер атмосферного давления зависит главным образом от температуры воздуха и высоты местности над уровнем моря. Давление теплого воздуха меньше, чем холодного, так как во время нагревания воздух расширяется, происходит увеличение его объема и в верхних слоях наблюдается его переход от более нагретой участки в менее нагретой, что и приводит к уменьшению давления у земной поверхности. С поднятием воздуха разжижается, давление его уменьшается (в нижней тропосфере примерно на 10,5 мм ртутного столба на каждые 100 м подъема). Давление воздуха измеряют с помощью барометров в мм ртутного столба или в миллибарах (1 мм давления соответствует 1,33 миллибар). Наиболее широко используют металлический барометр-анероид. Для записи показателей давления в течение определенного периода времени используют самопишущие барометры-барографы. По нормальное атмосферное давление принято считать давление ртутного столба на уровне 760 мм рт. ст. за температурой 0 ° С на широте 45 °. На картах давление показывают изобарами - линиями, которые соединяют точки с одинаковым давлением у земной поверхности. В распределении давления на земной поверхности, как и в распределении температур, проявляется зональность. Вдоль экватора простирается область пониженного давления, на север и юг от него до 30-40 ° расположены пояса повышенного давления; дальше до 60-70 ° с. и ю. ш. простираются пояса пониженного давления, а в полярных широтах - пояса повышенного давления.

   Движение воздуха. Неравномерное распределение давления у земной поверхности вызывает перемещение воздуха. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер всегда дует из области повышенного давления в область пониженного давления. Он характеризуется скоростью, силой и направлением. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду. Чем больше разница между давлением, тем ветер сильнее. Скорость ветра можно определить с помощью анемометра. Сила ветра оценивается в баллах от 0 до 12 (шкала Бофорта) в зависимости от действий ветра на земной поверхности (например, 0 баллов - штиль, 12 баллов - ураган). Направление ветра определяется с помощью флюгера и называется в соответствии с той стороны горизонта, откуда дует ветер (например, с юга - южный ветер). Направление ветра меняется в зависимости от изменения атмосферного давления. Кроме того, на направление ветра влияет отклоняющая сила вращения Земли: вправо - в Северном полушарии, влево - в Южном. Наглядное изображение ветров различных направлений в определенном пункте за определенный промежуток времени демонстрируют с помощью розы ветров. Диаграмма представляет собой четыре линии, которые указывают основные и промежуточные стороны горизонта. По результатам наблюдений на линиях от точки их пересечения в масштабе откладывают количество дней, в течение которых дул ветер определенного направления. Конечные точки отрезков соединяют ломаной линией и получают геометрическую фигуру, которая своей формой наглядно показывает преобладание определенных ветров.

   В связи с неравномерным прогревом земной поверхности и ее неоднородностью в тропосфере формируются различные воздушные массы.

   Воздушные массы - значительные объемы воздуха с однородными свойствами: температурой, влажностью, давлением, прозрачностью.

   Выделяют четыре зональных типа воздушных масс в зависимости от районов формирования: экваториальный, тропической, умеренный, арктический и антарктический. Все типы, кроме экваториального, делятся на подтипы: морские (влажные) и континентальные (сухие). Различные по своим свойствам воздушные массы находятся в постоянном движении. Сближаясь, они образуют атмосферные фронты - переходные зоны между двумя воздушными массами с разными физическими свойствами. различают теплые и холодные атмосферные фронты.

   Перемещение различных по свойствам воздушных масс образует систему горизонтальных и вертикальных воздушных течений в тропосфере, которую называют циркуляцией атмосферы.

   Основными видами проявления циркуляции атмосферы являются постоянные и периодические ветры, а также крупные завихрения воздуха - циклоны и антициклоны.

   К постоянным ветров относят пассаты (дуют из тропиков на экватор), западные ветры (с запада на восток в умеренных широтах) и стоковые ветры (с полюсов до умеренных широт). На обширных пространствах, где граничат материки и океаны, образуются муссоны - ветры, преимущественно в тропических широтах, изменяющие направление на противоположное в течение года. Летом воздух движется из океана на сушу, зимой - с суши в океан. Важную роль в перемещении воздушных масс играют циклоны и антициклоны. Циклоны - огромные атмосферные вихри с областью низкого давления в центре. В центре циклона воздух поднимается и растекается в разные стороны, образуя восходящий вихрь. В антициклоне в центре формируется область высокого давления, происходит опускание воздуха к земной поверхности и завихрения. Циклоны приносят пасмурную погоду и осадки, антициклоны - ясную и сухую погоду.

   Влажность воздуха. В воздухе тропосферы всегда является водяной пар. Основная ее часть образуется при испарении с поверхности Мирового океана. Испарение - процесс поступления в атмосферу водяного пара с поверхности воды (снега, почвы, горных пород, растительности и т.д.). Процесс, обратный испарению, - конденсация - переход водяного пара из газообразного состояния в жидкое. Если водяной пар в атмосфере переходит из газообразного состояния в твердое с образованием кристаллов льда, то такой процесс называется сублимацией. От содержания в воздухе водяного пара зависит количество осадков, выпадающих на земную поверхность. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, определяют с помощью двух показателей: абсолютной и относительной влажности. Абсолютная влажность - количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 м3 воздуха. Абсолютная влажность зависит от температуры: чем выше температура воздуха, тем большее количество водяного пара он может вместить (до момента его полной насыщенности). Относительная влажность - отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к его максимально возможного количества при определенной температуре. Относительная влажность измеряется в процентах и показывает степень насыщенности воздуха водяным паром. Например, относительная влажность воздуха 40% означает, что воздух на 40 процентов насыщен водяным паром, не хватает 60% до полного насыщения. Чем больше относительная влажность, тем ближе воздуха до состояния насыщения, тем вероятнее осадки. Для измерения относительной влажности воздуха используют гигрометр.

  Атмосферные осадки - влага выпадает из облаков или выделяется из воздуха на поверхность Земли в твердом или жидком состоянии.

   Количество осадков, выпадающих зависит от содержания в воздухе водяного пара. Для измерения количества осадков применяют осадкомер - цилиндр-опадозбирник, огорожен футляром из разреженных планок для предотвращения испарения количеством осадков определяется толщиной слоя воды в миллиметрах.

   Для измерения толщины снежного покрова используют снегомерных рейкой. На географических картах количество осадков отражают изогиетамы - линиями, соединяющими точки с одинаковым количеством осадков. К основным видам осадков относят дождь, град, снег, росу, туман, иней.

   Дождь, град, снег - выпадающие из облаков. роса, туман и иней - выделяются из воздуха. Однако существуют общие закономерности зонального распределения осадков на Земле. Наибольшее количество осадков - 1000-2000 мм и даже больше выпадает в экваториальных широтах, где расположена область низкого давления и господствуют восходящие движения воздуха. В тропических широтах в областях повышенного давления с нисходящими движениями воздуха выпадает мало осадков. В умеренных широтах количество осадков вновь возрастает, а в холодных поясах снижается.