Атмосфера на Земята

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Емблема за пояснителна страница Вижте пояснителната страница за други значения на атмосфера.

Атмосфера на Земята
Top of Atmosphere.jpg
Снимка на Земята, направена от Аполо 17
Характеристики на земната атмосфера[1]
Маса на атмосферата 5,1 × 1018 kg
Маса на хидросферата 1,4 × 1021 kg
Средна температура 288 K (15 °C)
Скорост на вятъра 0 до 100 m/s
Молекулна маса 28,97 g/mol
Повърхностно налягане 1 014 mbar
Повърхностна плътност 1,217 kg/m³
Състав на земната атмосфера
(ppmv: части на милион по обем)
Азот (N2) 780 840 ppmv (78,084 %)
Кислород (O2) 209 460 ppmv (20,946 %)
Аргон (Ar) 9 340 ppmv (0,9340 %)
Въглероден диоксид (CO2) 394 450 ppmv (0,039445 %)
Неон (Ne) 18,18 ppmv (0,001818 %)
Хелий (He) 5,24 ppmv (0,000524 %)
Метан (CH4) 1,79 ppm (0,000179 %)
Криптон (Kr) 1,14 ppmv (0,000114 %)
Водород (H2) 0,55 ppmv (0,000055 %)
Диазотен оксид (N2O) 0,3 ppmv (0,00003 %)
Въглероден оксид (CO) 0,1 ppmv (0,00001 %)
Ксенон (Xe) 0,09 ppmv (0,000009 %)
Озон (O3) 0 - 0,07 ppmv (0 - 0,000007 %)
Азотен диоксид (NO2) 0,02 ppm (0,000002 %)
Йод (I2) 0,01 ppmv (0,000001 %)
Амоняк (NH3) незначително количество
Водни пари (H2O) 0,033 %
Структура на земната атмосфера
Atmopsphera.PNG

Атмосферата на Земята, наричана още въздух, представлява газовата обвивка на земното кълбо. Атмосферата предпазва живите организми, като спира голяма част от вредните ултравиолетови лъчи. Около 99% от газовете са азот и кислород.

Структура на атмосферата[редактиране | edit source]

Атмосферата на Земята няма ясно изразена горна граница. Най-външните ѝ слоеве се простират до няколко хиляди километра височина, но 90 % от нейната маса е съсредоточена в приземния 16-километров слой. Въпреки липсата на точна геометрична граница между атмосферата и космическото пространство, може да се дефинира понятието физическа граница. Физическата граница на атмосферата е височината, до която въздухът е все още достатъчно плътен, за да се регистрират ред физични явления, съотносими към земните, а не към космическите.

По своите физически свойства атмосферата е нееднородна — не само по вертикалата, но и по хоризонталата. С увеличаване на височината се изменят съставът и редица други нейни свойства и параметри. Съществуват няколко деления на атмосферата.

Температурно деление[редактиране | edit source]

За основа се взема средното изменение на температурата на въздуха с изкачването по височината (g = − dT/dz). Според отделните си признаци (изменение на температурата във височина, състав на атмосферния въздух и наличие на заредени частици) атмосферата се дели на пет основни слоя, наречени сфери. Между всеки от тях има преходни слоеве с малка дебелина, наречени паузи. Имената им зависят от местонахождението им, например над тропосферата се намира тропопаузата и т.н.

Сфера (слой) Нср (km)
(г. и д. гран.)
Преходен слой (пауза)
Тропосфера 10-11 Тропопауза
Стратосфера 11-40 Стратопауза
Мезосфера 40-80 Мезопауза
Термосфера/Йоносфера 80-800 Термопауза
Екзосфера над 800 няма

Тропосфера[редактиране | edit source]

Тропосферата е най-ниският слой от атмосферата. Има средна дебелина около 15 km. Дебелината нараства от полюса към екватора, като средните ѝ стойности са: над полюса - 8 - 10 km, в умерените ширини — до 10 - 12 km, в тропичните и екваториалните райони - 16 - 18 km. В зависимост от сезонните промени и атмосферни циркулации се променя и нейната температура и височина. През лятото горната граница се издига, а, обратно, през зимата височината ѝ намалява. Средната годишна температура в горната граница на тропосферата на екватора е − 65 °С, в умерените географски ширини е – 75 °С, а на северният полюс е – 47 °С. В тропосферата се съдържа около 90 % от масата на атмосферата. В нея въздухът има най-голяма плътност. С изкачването към горния край на тропосферата температурата намалява. Тя е разделена на три подслоя:

- Ниска тропосфера. Простира се на височина от 0 до 1 - 1,5 km. Слоят до 50 - 100 m се нарича приземен граничен слой. Там най-силно се изразяват механичното и топлинното влияния на повърхността, които от своя страна влияят на метеорологичните процеси, протичащи през цялото денонощие. С увеличение на височината нараства и скоростта на вятъра.

- Средна тропосфера. Простира се на височина от 1 - 1,5 km до 6 - 7 km. В средния тропосферен слой се наблюдава и най-честото образуване на облаци и изваляване на валежите.

- Висока тропосфера. Простира се на височина от 6 - 7 km до тропопаузата. Във високата тропосфера температурата е винаги отрицателна и ветровете са по-силни в сравнение с по-ниските слоеве. За горна граница на тропосферата се приема височината, на която температурата престава да се понижава.

Тропопауза[редактиране | edit source]

Простира се на височина от няколкостотин метра до 1 - 1,5 km. Представлява задържащ слой за вертикалните движения, като резултат се получава разстилане на върховете на мощните купесто-дъждовни облаци (Cb). Само най-мощните купесто-дъждовни облаци, във взаимодействие с най-интензивни възходящи движения, могат да пробият тропопаузата. Разделя тропосферата от стратосферата. На нивото на тропопаузата се наблюдават така наречените струйни течения - въздушни потоци със скорост от 150 до 300 km/h. В границата на тропопаузата температурата не се изменя и за неин горен край се приема началото на повишаването на въздушната температура.

Стратосфера[редактиране | edit source]

Разположена е над тропосферата. Характерно за нея е, че през цялата година над тропичните ширини (от екватора до около 30°) и през лятото в умерените (до 40 - 50°), а понякога и в полярните ширини температурата се повишава с височина. През цялата година над полярните райони (над 60°) и през зимата над ширините, по-високи от 30 - 40°, се наблюдава постоянна температура до височина около 30 km, след тази граница температурата осезаемо нараства. Това явление се дължи на поглъщането на ултравиолетовите лъчи от озоносферата, намираща се на тази височина.

Стратопауза[редактиране | edit source]

Представлява слой с максимална температура. Разделя стратосферата от мезосферата.

Мезосфера[редактиране | edit source]

Разположена над стратосферата. Характерно за нея е бързото понижаване на температурата — с 3 до 4 °С на всеки километър. На височината на мезопаузата температурата достига до − 80 - 90 °С, а в някои случаи — и до − 120 °С.

Мезопауза[редактиране | edit source]

Разположена на височина 82 - 85 km. От нея нагоре свойствата на атмосферата започват да се изменят много съществено и в много отношения. Разделя мезосферата от термосферата.

Термосфера[редактиране | edit source]

Наблюдават се изключително големи денонощни колебания на температурата. Установено е, че дневната температура може да достигне 1800 К (около 1500 °С), докато нощната е от порядъка на 300 - 1000 К (около 30 - 730 °С) в зависимост от височината. Има повишена йонизация на газовите молекули.

Термопауза[редактиране | edit source]

Височина около 1000 km. В нея има забележимо разсейване на атмосферни газове в междупланетното пространство

Екзосфера[редактиране | edit source]

Последният слой от земната атмосфера. Смята се за външна част на атмосферата, в която плътността на въздуха е все още различна от тази на междупланетния газ. Газовете и молекулите се движат с голяма скорост и се разсейват в космоса. Достига до 20 000 km, като тази височина се смята за крайна височина на атмосферата.

Деление по състав на въздуха[редактиране | edit source]

За основа се взема съставът на атмосферния въздух. Разграничават се два слоя:

Хомосфера[редактиране | edit source]

Дебелина до около 100 km. Обединява тропосферата, стратосферата. Пропорционалното съотношение между постоянните компоненти на въздуха остава неизменно с височината. Състава на въздуха е постоянен и не се променя.

Хетеросфера[редактиране | edit source]

Намира се над хомосферата. Пропорционалното съотношение между постоянните компоненти на въздуха се изменя. Състава на въздуха търпи промени.

Деление по слънчевото въздействие[редактиране | edit source]

За основа на разделянето се взема влиянието на слънчевото излъчване върху атмосферата. Разграничават се два слоя:

  • Ниска атмосфера. Наблюдава се минимално влияние на непосредственото слънчево излъчване.
  • Висока атмосфера. Увеличено влияние на слънчевата активност.

Деление според взаимодействието на атмосферата със земната повърхност[редактиране | edit source]

За основа се взема взаимодействието между атмосферата и земната повърхност. Разграничват се два слоя:

  • Планетарен слой - влиянието на земната повърхност се отразява на всички метеоелементи.
  • Свободна атмосфера - влиянието на земната повърхност върху метеоелементите е по-слабо.

Атмосферата на височина над 80 - 85 km се нарича йоносфера. Тя има високата степен на йонизация на атмосферните газове. Ултравиолетови и други излъчвания йонизират азотните и кислородните атоми, като откъсват по един електрон от външната им обвивка и такъв атом се превръща в положителна частица (йон).

Състав и строеж на атмосферата[редактиране | edit source]

Въздухът, който образува земната атмосфера, представлява смес от различни газове. Поради това, че тези газове не влизат в химични реакции помежду си, сместа се нарича механична. Съставът на въздуха близо до земната повърхност е установен с голяма точност. Освен основните газове - азот, кислород и аргон, в механичната смес участват и други газообразни примеси с много по-малка концентрация. Съставът на въздуха не е еднакъв на различни височини.

До височина от около 800 km в атмосферата преобладават азотът и кислородът. Над 400 km започва да нараства съдържанието на леките газове — в началото на хелия, а след това и на водорода. Над 800 km основното съдържание на атмосферата е главно водород.

Чисто схематично може да се приеме, че до около 200 km въздухът, обгръщаш Земята, представлява тънка и еднородна по своите физически характеристики обвивка. С издигането над повърхността намалява плътността, като неравномерното разпределение на плътността води до неравномерно разпределяне на масата на атмосферата. Около половината от масата се намира в слоя с височина до 5 km над Земята, а на височина до 30 km се съдържа около 99 %. Над 35 km атмосферната маса е не повече от 1 %. Въпреки това, и там протичат редица процеси и явления, които са резултат от прякото въздействие на слънчевото излъчване. Този 1 % всъщност представлява междинна брънка, реагираща на слънчевите излъчвания, и ги предава на по-долните слоеве от атмосферата.

От газовите примеси с по-малка концентрация, участващи в състава на атмосферата, най-голямо значение имат водните пари, въглеродният диоксид, озонът, серният диоксид и атмосферните аерозоли.

  • Водни пари: Около 13 000 km3 вода в трите си агрегатни състояния се разпростират в атмосферата. Най-често срещано е газообразното и състояние — около 95 % под формата на водна пара. Тя постъпва в атмосферата при изпарението на океаните, моретата, както и от реките, езерата и другите водни басейни, разположени на сушата. Основното количество водни пари се намира в слоевете близо до земната повърхност (височина 2 - 3 km).Наличието на водни пари в атмосферата е изключително важно по няколко причини — образуват облаците и валежите, участват в атмосферните топлообменни процеси и поглъщат лъчиста енергия (дълговълнова радиация 5,5 - 7 μm и над 18 μm).
  • Въглероден диоксид (CO2): Има концентрация по-малка от водните пари — около 0,032 %. Поглъща интензивно дълговълновата (топлинна) радиация и допринася за парниковия ефект. Получава се от два източника — естествен (дишане, гниене, фотосинтеза), и изкуствен (антропогенна дейност).
  • Озон (О3): Образува се в ниските слоеве при гръмотевична дейност. Има най-голяма концентрация в слоя между 20 и 50 km, наречен озоносфера. Максималната му концентрация е на височина около 25 km. Озонната обвивка играе ролята на радиационен щит, защото поглъща биологично активната UV радиация от Слънцето (0,2 - 0,29 nm). Озонът е химически неустойчив газ и количеството му намалява застрашително. Това се дължи на редица човешки дейности — термоядрени взривове в атмосферата, използването на фреони.
  • Серен диоксид (SO2): От другите променливи газове голямо внимание заслужава серният диоксид. Той реагира с водните пари и образува частици, участващи в кондензационните процеси при образуване на облаци и валежи (т. нар. киселинни дъждове).
  • Атмосферни аерозоли: Така се наричат съществуващите в атмосферата течни и твърди частици от различни вещества. Обикновено те са с много малки размери, намират се в хаотично разпръснато състояние и заедно с газообразните вещества са неотделима съставна част на атмосферата. Като хигиенен фактор, наличието им в приземния въздух е вредно — те го замърсяват, но от друга страна служат за кондензационни ядра при образуване на облаци и валежи. Поглъщат и разсейват лъчистата енергия в атмосферата. Произходът им е главно естествен земен — изригване на вулкани, прашни бури и др., и антропогенен - сажди, димни частици и други продукти при битови и промишлени процеси. В атмосферата постъпва и космическа пепел.

Процеси в атмосферата[редактиране | edit source]

Основните процеси в атмосферата са нагряването и изстиването на атмосферния въздух, изпарението и кондензацията, движението на въздуха.

Нагряване и изстиване[редактиране | edit source]

Основен източник на топлина за Земята е Слънцето, което излъчва огромно количество енергия. Вътрешната топлина на Земята е също голяма, но земната кора е прекрасен изолатор и почти не я пропуска. Под влияние на слънчевите лъчи земната повърхност се нагрява. Най-силно се нагряват районите около Екватора, между тропиците, където слънчевите лъчи падат почти отвесно. В посока към полюсите слънчевите лъчи падат все по-полегато и в тези части от света е студено. Количеството радиация, което постъпва на земната повърхност, е най-голямо в малките ширини(горещ топлинен пояс) и по-малко – в големите ширини (студен топлинен пояс). Едновременно с нагряването на Земята протича и отдаване на топлина в пространството. Колкото е по-нагрята земната повърхност, толкова повече топлина отделя. Затова топлоотдаването е по-голямо през деня, отколкото през нощта, и повече през лятото отколкото през зимата. Отделяната топлина затопля приземния въздух и затова той е най-топъл близо до земята. Във височина температурата на въздуха се понижава. Сушата се нагрява и истива по-бързо от водата, затова въздухът над нея през лятото е по-топъл, а през зимата – по-студен в сравнение с този над водната повърхност.

Изпарение и кондензация[редактиране | edit source]

Нагряването на земната повърхност предизвиква отделяне от нея на водни пари, или изпарение. Най-голямо е изпарението от океаните, а най-малко — над пустините. На определена височина в атмосферата водните пари се сгъстяват, охлаждат и преминават в малки водни капки. Този процес на кондензация се съпътства с образуване на облаци и мъгли. При определени условия водните капки натежават и падат на земната повърхност във вид на валежи – течни (дъжд) и твърди (сняг, град). Под влияние на кондензацията на земната повърхност се образуват роса и слана.

Движение на въздуха[редактиране | edit source]

  • Атмосферно налягане. Различно затопляне на земната повърхност предизвиква нееднакво атмосферно налягане. Въздухът има определено тегло и оказва натиск върху земната повърхност, който се нарича атмосферно налягане. Различното нагряване и затопляне е причина за различното атмосферно налягане в определени райони на Земята. Когато въздухът е силно нагрят, той се разширява и се издига във височина. При ниски температури е обратното. Районите, които се нагряват по-силно, затоплят повече атмосферния въздух и над тях той се издига във височина. Там атмосферното налягане е най-ниско. Местата, които се загряват по-слабо, се характеризират с по-студен и тежък въздух и над тях атмосферното налягане е най-високо.Зони с високо атмосферно налягане са тропиците и полярните райони, а с ниско – субполярните. Разликите в атмосферното налягане предизвикват хоризонтални (адвекция) и вертикални (конвекция) движения на въздуха.
  • Атмосферна циркулация. Разпределението на атмосферното налягане е причина за формирането на общата атмосферна циркулация на Земята – движения на въздуха от районите с високо атмосферно налягане към районите с ниско атмосферно налягане. Във височина се развива противоположно движение на въздуха в обратна посока и по този начин се образуват циркулационни кръгове. В атмосферната циркулация се образуват три циркулационни зони: зона на пасатна циркулация (тропици-екватор), зона на западните ветрове и на на полярна циркулация (полюси-умерени ширини).
  • Циклони и антициклони. Движението на атмосферния въздух е свързано с образуването на огромни вихри – циклони и антициклони. Въздухът в циклона се движи възходящо от периферията към центъра поради ниското атмосферно налягане в центъра на вихъра. В циклоните на умерените ширини има два сектора – с топъл и студен въздух, разделени от топъл и студен атмосферен фронт. Въздухът в антициклона се движи низходящо от центъра към периферията, където налягането е по-ниско.

Източници[редактиране | edit source]

  1. ((en))  Earth Fact Sheet: Terrestrial Atmosphere. // National Space Science Data Center, NASA's permanent archive for space science mission data. Посетен на 6 април 2012.

Литература[редактиране | edit source]

  • Векилска, Б. "Обща климатология", Университетско издателство, 1991 г.

Външни прератки[редактиране | edit source]