Зміна температури повітря з висотою »земний клімат

Зміна температури повітря з висотою

Щоб трохи спростити розгляд питання, атмосферу поділяють на три головних шару. Розшарування атмосфери - в першу чергу результат неоднакового зміни температури повітря з висотою. Нижні два шари порівняно однорідні за складом. З цієї причини зазвичай говорять, що вони утворюють гомосферу.

Тропосфера. Нижній шар атмосфери називається тропосферою. Сам цей термін означає "сфера повороту" і пов'язаний з характеристиками турбулентності даного шару. Всі зміни погоди і клімату є результатом фізичних процесів, що відбуваються саме в цьому шарі. У XVIII столітті, оскільки вивчення атмосфери обмежувалося тільки цим шаром, вважалося, ніби знайдене в ньому зменшення температури повітря з висотою притаманне і всієї іншої атмосфері.

Різні перетворення енергії відбуваються в першу чергу саме в тропосфері. Внаслідок безперервного зіткнення повітря із земною поверхнею, а також надходження в нього енергії з космосу, він починає рухатися. Верхня межа цього шару розташовується там, де зменшення температури з висотою змінюється її зростанням, - приблизно на висоті 15-16 км над екватором і 7-8 км над полюсами. Як і сама Земля, атмосфера під впливом обертання нашої планети теж кілька сплющена над полюсами і розбухає над екватором. Однак цей ефект виражений в атмосфері значно сильніше, ніж у твердій оболонці Землі.

У напрямку від поверхні Землі до верхньої межі тропосфери температура повітря знижується. Над екватором мінімальна температура повітря становить близько -62 ° С, а над полюсами близько -45 ° С. Однак в залежності від пункту вимірювань температура може бути дещо іншою. Так, над островом Ява на верхній межі тропосфери температура повітря падає до рекордно низького значення -95 ° С.

Верхня межа тропосфери називається тропопаузою. У помірних широтах більше 75% маси атмосфери лежить нижче тропопаузи. У тропіках же в межах тропосфери знаходиться близько 90% маси атмосфери.

Тропопауза була відкрита в 1899 р коли в вертикальному профілі температури на деякій висоті був виявлений її мінімум, а потім температура незначно підвищувалася. Початок цього підвищення означає перехід до наступного шару атмосфери - до стратосфери.

Стратосфера. Термін стратосфера означає "сфера шару" і відображає колишнє уявлення про єдиності шару, що лежить вище тропосфери. Стратосфера простягається до висоти близько 50 км над земною поверхнею. Особливістю її є, зокрема, різке підвищення температури повітря в порівнянні з виключно низькими значеннями її в тропопаузе . у помірних широтах температура в стратосфері підвищується приблизно до -40 ° С. Це підвищення температури пояснюють реакцією утворення озону - однієї з головних хімічних реакцій, що відбуваються в атмосфері.

Озон є особливою формою кисню. На відміну від звичайної двоатомних молекули кисню (О2). озон складається з трьохатомних його молекул (Оз). З'являється він в результаті взаємодії звичайного кисню з променистою енергією. що надходить у верхні шари атмосфери.

Основна маса озону зосереджена на висотах приблизно 25 км, але в цілому шар озону є сильно розтягнуту по висоті оболонку, що охоплює майже всю стратосферу. У озоносфері ультрафіолетові промені частіше і сильніше за все взаємодіють з атмосферним киснем. Промениста енергія викликає розпад звичайних двоатомних молекул кисню на окремі атоми. У свою чергу атоми кисню часто знову приєднуються до двоатомних молекул і утворюють молекули озону. Таким же чином окремі атоми кисню з'єднуються в двоатомних молекули. Інтенсивність утворення озону виявляється достатньою для того, щоб в стратосфері існував шар високої його концентрації.

Взаємодія кисню з ультрафіолетовими променями - один зі сприятливих процесів в земній атмосфері, що сприяють підтриманню життя на Землі. Поглинання озоном цієї енергії перешкоджає зайвому вступу її на земну поверхню, де створюється саме такий рівень енергії, який придатний для існування земних форм життя. Можливо, в минулому на Землю надходило більшу кількість енергії, ніж тепер, що і впливало на виникнення первинних форм життя на нашій планеті. Але сучасні живі організми не витримали б надходження від Сонця більш значної кількості ультрафіолетової радіації.

Озоносфера поглинає частину променевої енергії. проходщей через атмосферу. В результаті цього в озоносфері встановлюється вертикальний градієнт температури повітря приблизно 0,62 ° С на 100 м, т. Е, температура підвищується з висотою аж до верхньої межі стратосфери - стратопауза (50 км).

На висотах від 50 до 80 км розташовується шар атмосфери, званий мезосферою. Слово "мезосфера" означає "проміжна сфера", тут температура повітря продовжує знижуватися з висотою.

Вище мезосфери, в шарі, званому термосферою, температура знову зростає з висотою приблизно до 1000 ° С, а потім дуже швидко падає до -96 ° С. Однак падає не безмежно, потім температура знову збільшується.

Іоносфера. Можна вважати, що іоносфера починається з висоти близько 80 км над поверхнею Землі.

Розчленування атмосфери на окремі шари досить легко помітити по особливостям зміни температури з висотою в кожному шарі.

На відміну від згаданих раніше шарів, іоносфера виділена не. по температурному ознакою. Головна особливість іоносфери - високий ступінь іонізації атмосферних газів. Ця іонізація викликана поглинанням сонячної енергії атомами різних газів. Ультрафіолетові і інші сонячні промені, що несуть кванти високої енергії, вступаючи в атмосферу, іонізують атоми азоту і кисню - від атомів відриваються електрони, що знаходяться на зовнішніх орбітах. Втрачаючи електрони, атом набуває позитивного заряду. Якщо ж до атому приєднується електрон, то атом заряджається негативно. Таким чином, іоносфера є областю, яка має електричну природу, завдяки якій стають можливими багато видів радіозв'язку.

Іоносферу ділять на кілька шарів, позначаючи їх буквами D, Е, F1 і F2 Ці шари мають і особливі назви. Поділ на шари викликано декількома причинами, серед яких найважливіша-неоднаковий вплив шарів на проходження радіохвиль. Самий нижній шар, D, в основному поглинає радіохвилі і тим самим перешкоджає подальшому їх поширенню.

Найкраще вивчений шар Е розташований на висоті приблизно 100 км над земною поверхнею. Його називають також шаром Кеннеллі - Хевисайда по іменах американського і англійського вчених, які одночасно і незалежно одна від одної виявили його. Шар Е, подібно до гігантського дзеркала, відбиває радіохвилі. Завдяки цьому шару довгі радіохвилі проходять більш далекі відстані, ніж варто було б очікувати, якби вони поширювалися тільки прямолінійно, не відбиваючись від шару Е

Аналогічні властивості має і шар F. Його називають також шаром Епплтон. Разом з шаром Кеннеллі-Хевисайда він відображаємо радіохвилі до наземних радіостанціями Таке відображення може відбуватися під різними кутами. Шар Епплтон розташований на висоті близько 240 км.

Сама зовнішня область атмосфери часто називається екзосфери.

Цей термін вказує на існування околиці космосу поблизу Землі. Визначити, де саме закінчується атмосфера і починається космос, важко, оскільки з висотою щільність атмосферних газів зменшується поступово і сама атмосфера плавно перетворюється майже в вакуум, в якому зустрічаються лише окремі молекули. З віддаленням від земної поверхні атмосферні гази відчувають все менше тяжіння планети і з деякої висоти прагнуть покинути поле земного тяжіння. Вже на висоті приблизно 320 км щільність атмосфери настільки мала, що молекули. не стикаючись один з одним, можуть проходити шлях більше 1 км. Зовнішня частина атмосфери служить як би її верхньою межею, яка розташовується на висотах від 480 до 960 км.