Состав и строение атмосферы

Какие оболочки окружают снаружи земной шар? Какие газы входят в состав воздуха? Каково значение воздуха для жизни на Земле? Какие меры принимаются по охране воздуха от загрязнения?

1. Атмосфера и ее состав. Воздушный слой, окружающий зем­ной шар со всех сторон, называется атмосферой.
Воздух — смесь различных газов. Среди них основное место зани­мают азот и кислород. Объем сухого воздуха составляют 78% азота, 21% кислорода.

Хотя в воздухе азота много, но для жизни более необходим кислород. Чело­век и животные дышат кислородом. Кислород поддерживает горение. Азот не участвует в дыхании. Но он является необходимым веществом и для жизнедея­тельности любого растительного организма. Азот попадает в растения через почву в результате круговорота веществ в природе. Бактерии, обитающие в кор­нях, клубнях растений, получая азот из воздуха, скапливают его в местах своего обитания. После гниения корней и клубней азот остается в почве.

Наиболее важным из других газов является углекислый газ. Он выделяется при дыхании и гниении организмов.

Хотя его очень мало в составе воздуха (0,03%), но он имеет важное значение для жизнедеятельности на Земле. Углекислый газ необходим для роста и жизни растений. Кроме того, он, пропуская солнечные лучи на Землю, препятствует их обратному рассеиванию в космическом пространстве, то есть участвует в про­цессе обогрева Земли.

В состав воздуха, кроме газов, входят водяной пар и различные примеси.
Нижняя граница атмосферы соответствует уровню земной по­верхности. Чем выше, тем воздух реже и постепенно переходит в вакуумное безвоздушное космическое пространство. Поэтому точ­но определить верхнюю границу атмосферы трудно. Ученые счи­тают, что она проходит приблизительно на высоте 2—3 тысяч км. Атмосферный слой такой толщины удерживается вокруг Земли за счет сил притяжения и вращается вместе с Землей.

2. Атмосферные слои. При переходе с одного места в другое и по высоте изменяются состав, температура, плотность и др. свойства атмосферного воздуха. Особенно сильно изменяются эти свойства по мере увеличения высоты.
С высотой в атмосфере изменяется температура и состав газов, поэтому она подразделяется на несколько оболочек (рис. 48).

Рис. 48. Слои атмосферы.

Самый нижний слой ат­мосферы - тропосфера (по-гречески тропос - пово­рот) - расположен вблизи земной поверхности. Темпе­ратура здесь по высоте рав­номерно понижается. При­чиной этого является то, что в тропосфере воздух нагре­вается теплом от поверхно­сти земли, а не от прямого падения солнечных лучей. В верхней границе тропо­сферы температура пони­жается до -55°С.

Толщина тропосферы в среднем 11 км (над экватором толще, к полюсам тоньше). На ее долю приходится около 80% всей массы воздуха. И водяной пар полностью нахо­дится в этом слое. В тропо­сфере образуются облака, ве­тер, выпадают осадки, проис­ходит изменение погоды.

В нижней части стратосферы (по-латыни стратум - слой) до некоторой высоты температура низкая, но выше она быст­ро повышается.
Повышение температуры здесь обусловлено накоплением озоно­вого газа, который поглощает солнечные лучи.

Озоновый слой стратосферы имеет большое значение в жизнедеятельности живых организмов. Он задерживает так называемые ультрафиолетовые лучи Солнца, которые опасны для жизни живых организмов, особенно человека. Если бы они проникали в большом количестве, то люди погибли бы от раковых болез­ней, погибли бы также многие полезные бактерии.

Воздух в стратосфере очень сухой. Высота этого слоя атмосферы достигает 50-55 км.
Температура воздуха в верхней части атмосферы сначала в со­ответствии с высотой до 80-90 км понижается, а затем повышается до 1000°С - 2000°С. Здесь распространяется особый заряд от Солн­ца, не достигающий нижних слоев атмосферы, который электролизует частицы газов. Они хорошо поглощают солнечные лучи и по­этому сильно нагреваются. Но поскольку воздух здесь сильно раз­режен, такую температуру человек даже и не заметил бы. Термо­сфера распространяется от 80 км до 800 км. Электрические заря­ды, исходящие от Солнца, в высоких слоях атмосферы вызывают полярное сияние. Частицы газа из внешней оболочки атмосферы рассеиваются в космическом пространстве.

3.Значение атмосферы. Жизнь и все происходящие на поверхнос­ти Земли явления, изменения связаны с воздухом. Если бы не было воздушной оболочки, то дневная и ночная температуры земной по­верхности отличались бы, как на Луне. Днем на земной поверхнос­ти от прямых солнечных лучей все бы сгорело. Вода не только в реках и озерах, но и в океанах, нагреваясь от дневной жары, полно­стью испарилась бы. А ночью, наоборот, температура понизилась бы до - 100°С. Такую жару и холод ни растения, ни животные не выдержали бы. И все вокруг превратилось бы в пустыню. Так как атмосфера рассеивает солнечные лучи, днем поверхность Земли на­гревается не так сильно. Ночью воздушный слой плотно удержива­ет тепло, не допуская сильного охлаждения поверхности Земли. В нижних слоях атмосферы образуются облака, которые затем выпа­дают на земную поверхность в виде осадков.
Атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большинство которых сгорает в верхних слоях, не долетев до поверхности Земли.
Жизнедеятельность на нашей планете тесно связана со слоем ат­мосферы. Кислород в составе воздуха необходим для дыхания лю­дей и животных. Без воздуха жизнь на Земле была бы невозможна, как на Луне.

4.Изучение атмосферы. Изучение нижних слоев атмосферы пу­тем непосредственных наблюдений велось издавна. Сведения о вер­хних слоях атмосферы черпались длительное время по косвенным признакам. Так, сгорание метеоритов указывало на высокую плот­ность воздуха на высоте 100 км и выше, серебристые облака - о наличии водяного пара на большой высоте. А также в связи с рас­пространением звука и наблюдением заката Солнца были сделаны некоторые выводы о составе и строении верхних слоев атмосферы.
В начале XIX века начались исследования атмосферы с аэроста­тов. Позже сведения о верхних слоях атмосферы на высоте десятков километров начали получать через шары-зонды.

Зонд в переводе с французского языка означает «щуп, наблюдать». По этому методу запускали шар с метеорологическими прибора­ми, который, поднявшись на некоторую высо­ту, падал вниз. Трудность нахождения этих приборов на поверхности Земли привела к за­мене шара-зонда на радиозонд.

Радиозонд используют для изучения верхних слоев атмосферы. По данному методу специальные аппараты с помо­щью воздушного шара, заполненного лег­кими газами, доставлялись на значи­тельную высоту примерно до середины атмосферы.
Поднимаясь вверх, они измеряют тем­пературу, влажность и давление на раз­личных высотах. Полученные данные ра­диопередатчики передают на Землю (рис.49). Высота полетов радиозондов - 35-40 км.

Рис. 49. Радиозонд.

А метеорологические ракеты поднима­ются в 3-4 раза выше. На определенной высоте часть ракеты с приборами отделя­ется и спускается на парашюте. Собран­ные сведения передаются на наземные станции и через телевидение.
В последнее время для изучения верх­них слоев атмосферы широко используют искусственные спутники Земли.
Они делают фотоснимки состояния ат­мосферных слоев, облачности близ земной поверхности и непрерывно передают све­дения по телевидению.
Такие сообщения дают возможность вовремя установить такие явления, как ураганы, смерчи, загрязнения атмосферы, лесные пожары и заранее предпринять не­обходимые меры.
После искусственных спутников, обле­тающих Землю по заданной орбите, в космос были запущены космические корабли. Они начали давать сведе­ния о самых верхних слоях атмосферы и межпланетном простран­стве (рис. 50).

Рис. 50. Космический корабль «Шаттл» (США).

1. Каково значение кислорода и азота для жизнедеятельности на Земле?

2. Как образуется углекислый газ? Каково его значение для Земли?

3. Как изменяет­ся температура в отдельных слоях атмосферы? Почему в тропосфере с увели­чением высоты температура падает?

4. Каково значение воздушного слоя для Земли?

5. Как изучают атмосферу?

6*. Знаете ли вы, в каких районах Казах­стана получены сведения о загрязнении атмосферы при помощи космических приборов?