Атмосфера на Земята

Вижте пояснителната страница за други значения на атмосфера.

**Атмосфера на Земята**
Характеристики на земната атмосфера^[1]

Снимка на Земята направена от Аполо 17
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
Азот (N₂)	78 084 000 ppm (78,084 %)
Кислород (O₂)	20 946 000 ppm (20,946 %)
Аргон (Ar)	934 000 ppm (0,9340 %)
Въглероден диоксид (CO₂)	39 445 ppm (0,039445 %)
Неон (Ne)	1 818 ppm (0,001818 %)
Хелий (He)	524 ppm (0,000524 %)
Метан (CH₄)	179 ppm (0,000179 %)
Криптон (Kr)	114 ppm (0,000114 %)
Водород (H₂)	55 ppm (0,000055 %)
Диазотен оксид (N₂O)	30 ppm (0,00003 %)
Въглероден моноксид (CO)	10 ppm (0,00001 %)
Ксенон (Xe)	9 ppm (0,000009 %)
Озон (O₃)	0 - 7 ppm (0 - 0,000007 %)
Азотен диоксид (NO₂)	2 ppm (0,000002 %)
Йод (I₂)	1 ppm (0,000001 %)
Амоняк (NH₃)	незначително количество
Водни пари (H₂O)	0,033 %
Структура на земната атмосфера

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.

[редактиране] Структура на атмосферата

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.

[редактиране] Температурно деление

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)	Н_ср (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

[редактиране] Тропосфера

Основна статия: Тропосфера

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.

[редактиране] Тропопауза

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.

[редактиране] Стратосфера

Основна статия: Стратосфера

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.

[редактиране] Стратопауза

Основна статия: Стратопауза

Представлява слой с максимална температура. Разделя стратосферата от мезосферата.

[редактиране] Мезосфера

Основна статия: Мезосфера

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.

[редактиране] Мезопауза

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.

[редактиране] Термосфера

Основна статия: Термосфера

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.

[редактиране] Термопауза

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

[редактиране] Екзосфера

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.

[редактиране] Деление по състав на въздуха

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

[редактиране] Хомосфера

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.

[редактиране] Хетеросфера

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

[редактиране] Деление по слънчевото въздействие

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.

[редактиране] Деление според взаимодействието на атмосферата със земната повърхност

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).

[редактиране] Състав и строеж на атмосферата

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.

[редактиране] Процеси в атмосферата

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

[редактиране] Нагряване и изстиване

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.

[редактиране] Изпарение и кондензация

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.

[редактиране] Движение на въздуха

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.

[редактиране] Източници

↑ ((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.

[редактиране] Литература

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

[редактиране] Външни прератки

Общомедия разполага с мултимедийно съдържание за

Атмосфера на Земята.

((en)) Атмосферни модели от НАСА

[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.

[1]