Строение газовой оболочки Земли

До высоты примерно 500 км плотность атмосферы еще достаточно велика. Поэтому молекулы, тепловая скорость которых в этом диапазоне высот будет равна или больше параболической, не смогут диссипировать из-за многочисленных столкновений. В результате такого хаотического движения происходит гашение их скоростей. Однако выше 500 км газ настолько разрежен, что вероятность столкновений резко уменьшается. Этот уровень мы можем рассматривать как уровень диссипации водорода и гелия в условиях современной Земли.

Атмосфера имеет стратифицированное строение. До высоты 100 – 120 км вследствие активных турбулентных процессов, вызванных температурными контрастами между экватором и полюсами, неравномерным нагреванием земной поверхности солнечным теплом, происходит интенсивное перемешивание воздушных масс. Выше указанной границы происходит гравитационное разделение газов по удельному весу. От 120 до 400 км преобладают молекулярный азот и атомарный кислород. Выше (до высоты 700 км) преобладает атомарный кислород. Внешняя часть атмосферы (до 1000 – 1500 км) имеет преимущественно гелиево-водородный состав. Легкие водород и гелий как бы всплывают над более тяжелой молекулярной оболочкой. Здесь они полностью ионизованы. Наблюдаемая структура земной атмосферы сложилась под воздействием трех основных факторов – гравитационного расслоения, турбулентного перемешивания и взаимо-действия газов с солнечной радиацией. Выделяются четыре основных слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера (ионосфера) (рис. 12).

Тропосфера. Это приземный слой атмосферы, простирающийся до высоты 12 – 18 км. В нем содержится до 80% массы всей атмосферы, водяной пар и частицы пыли антропогенного и естественного происхождения (вулканизм, пыльные бури и т.д.). На уровне моря атмосферное давление равно 760 мм ртутного столба, или 1013,32 гПа. С высотой давление падает и на верхней границе тропосферы не превышает 0,026 атм (26 гПа). Тропосфера пронизывается двумя видами солнечной энергии – световой и тепловой. Оптическое окно атмосферы находится в пределах длин световых волн 455 – 700 нм. Потоки света и тепла частично рассеиваются облаками и частицами пыли и газов тропосферы, но в основном достигают земной поверхности, нагревая ее до 20 – 40°С. Нагреваясь, Земля переизлучает тепло в атмосферу, но в более длинноволновом диапазоне – инфракрасном. Это тепло поглощается парами воды и углекислого газа. Происходит прогревание тропосферы снизу. Поэтому с высотой температура тропосферы падает в среднем на 6 градусов на километр. Благодаря наклону земной оси к плоскости орбиты и сферичности Земли, количество тепла, получаемое земной поверхностью по долготе – от экватора до полюсов, – сильно меняется. На его распределение оказывают влияние также рельеф, океанические и морские бассейны.

Стратосфера. От верхней границы тропосферы до высоты 50 – 55 км температура мало меняется и составляет около 220 К. Этот слой получил название «стратосфера». Вследствие вымерзания паров воды в верхних слоях тропосферы в стратосфере почти не происходит поглощения инфракрасного излучения, поступающего снизу. Лучистая теплопроводность стратосферы значительно выше, чем тропосферы. Этим объясняется наблюдаемая стабильность ее температуры. Давление на верхней границе снижается до 3·10-3 атм (3 гПа). Температура несколько повышается до 270 К (около 0°С). Это повышение температуры обусловлено фотохимической реакцией разложения молекулы озона О3, сопровождающейся выделением тепла. Реакция идет за счет поглощения озоном ультрафиолетового излучения с длиной волны 288,4 нм. Озоновый слой располагается на высоте 20 – 30 км и является последним щитом на пути губительного для биосферы ультрафиолетового излучения. Поэтому указанная высота может рассматриваться как верхняя граница географической оболочки.

Мезосфера. В промежутке высот 50 – 85 км располагается слой низких температур атмосферы, получивший название «мезосфера». Температура здесь падает до минус 100 – 130°С. В эту область газовой оболочки уже не поступает теплое инфракрасное излучение от земной поверхности. Давление здесь падает до 7·10-5 атм (7 Па).

Полезные статьи

Позитивное воздействие теневой экономики.
Обычно оценки теневой экономики бывают крайне негативными. Но если оценивать это явление объективно, исключив, естественно, криминальную его часть, ...

Месторождения кирпичных глин.
В Мурманской области геологами производственных и научных организаций обнаружено 8 месторождений и 17 проявлений легкоплавких глин, 5 из которых выя ...

Северная Америка общий обзор
Америка часть света, объединяющая два материка: Северную и Южную Америку. В составе Америки часто выделяют также Центральную Америку (располагающуюс ...