Атмосфера. Атмосферой, или воздушной оболочкой 3., называют газовую среду, окружающую твёрдую 3

Атмосферой, или воздушной оболочкой 3., называют газовую среду, окружающую " твёрдую" 3. и вращающуюся вместе с ней. Масса атмосферы составляет ~5, 15*10¹⁸ кг. Ср. давление атмосферы на поверхность 3. на ур. м. равно 101 325 н/м ² (это соответствует 1 атмосфере или 760 мм рт. ст.). Плотность и давление атмосферы быстро убывают с высотой (см. Барометрическая формула): у поверхности 3. ср. плотность воздуха р = 1, 22 кг/м³ (число молекул в 1 м³ п = 2, 55*10²⁵), на высоте 10 км р = 0, 41 кг/м³ (п = 8, 6*10²⁴), а на высоте 100 км р=8, 8*10^-7 кг/м³ (n =1, 8*10¹⁸). Атмосфера имеет слоистое строение, слои различаются своими физич. и химич. свойствами (темп-рой, химич. составом, ионизацией молекул и др.).

Принятое деление атмосферы на слои основано гл. обр. на изменении в ней темп-ры с высотой, поскольку оно отражает баланс основных энергетич. процессов в атмосфере (см. Тепловой баланс атмосферы).

Нижняя часть атмосферы, содержащая ок. 80% всей её массы, наз. тропосферой. Она распространяется до высоты 16-18 км в экваториальном поясе и до 8-10 км в полярных широтах. Темп-pa тропосферы понижается с высотой в ср. на 0, 6 К на каждые 100 м. Над тропосферой до выс. 55 км расположена стратосфера, в к-рой заключено почти 20% массы атмосферы. От тропосферы она отделена переходным слоем - тропопаузой, с температурой 190-220 К. До высоты ~25 км темп-pa стратосферы несколько падает, но дальше начинает расти, достигая максимума (~270К) на высоте 50- 55 км. Этот рост связан гл. обр. с увеличением в верхних слоях стратосферы концентрации озона, интенсивно поглощающего ультрафиолетовое излучение Солнца.

Над стратосферой расположены мезосфера (до 80 км), термосфера (от 80 км до 800 -1000 км) и экзосфера (выше 800 -1000 км). Общая масса всех этих слоев не превышает 0, 5% массы атмосферы. В мезосфере, отделённой от стратосферы стратопаузой, озон исчезает, темп-pa вновь падает до 180-200К вблизи её верхней границы (мезопаузы). В термосфере происходит быстрый рост темп-ры, связанный гл. обр. с поглощением в ней солнечного коротковолнового излучения. Рост темп-ры наблюдается до выс. 200- 300 км. Выше, примерно до 800- 1000 км, темп-pa остаётся постоянной (~1000К), т. к. здесь разреженная атмосфера слабо поглощает солнечное излучение.

Верхний слой атмосферы - экзосфера - крайне разрежен (у его нижней границы число протонов в 1 м³ составляет ~ 10¹¹) и столкновения частиц в нём происходят редко. Скорости отдельных частиц экзосферы могут превышать критич. скорость ускользания (вторую космическую скорость). Эти частицы, если им не помешают столкновения, могут, преодолев притяжение 3., покинуть атмосферу и уйти в межпланетное пространство. Так происходит рассеяние (диссипация) атмосферы. Поэтому экзосферу наз. также сферой рассеяния. Ускользают из атмосферы в межпланетное пространство гл. обр. атомы водорода и гелия.

Приведённые характеристики слоев атмосферы следует рассматривать как усреднённые. В зависимости от географич. широты, времени года, суток и др. они могут заметно меняться.

Хим. состав земной атмосферы неоднороден. Сухой атмосферный воздух у поверхности 3. содержит по объёму 78, 08% азота, 20, 95% кислорода (~10^-6 % озона), 0, 93% аргона и ок. 0, 03% углекислого газа. Не более 0, 1% составляют вместе водород, неон, гелий, метан, криптон и др. газы. В слое атмосферы до высот 90-100 км, в к-ром происходит интенсивное перемешивание атмосферы, относит. состав её основных компонентов не меняется (этот слой наз. гомосферой). В атмосфере содержится (1, 3- 1, 5)*10¹⁶ кг воды (см. Вода). Главная масса атмосферной воды (в виде пара, взвешенных капель и кристалликов льда) сосредоточена в тропосфере, причём с высотой её содержание резко убывает. Во влажном воздухе содержание водяного пара у земной поверхности колеблется от 3-4% в тропиках до 2*10^-5 % в Антарктиде. Очень изменчивы аэрозольные компоненты воздуха, включающие пыль почвенного, органич. и космич. происхождения, частички сажи, пепла и минеральных солей.

У верхней границы тропосферы и в стратосфере наблюдается повышенное содержание озона. Слой макс. концентрации озона расположен на высотах ~21 - 25 км. Начиная с высоты ~ 40 км увеличивается содержание атомарного кислорода. Диссоциация молекулярного азота начинается на высоте ок. 200 км. Нарядус диссоциацией молекул под действием коротковолнового и корпускулярного излучений Солнца на высотах от 50 до 400 км происходит ионизация атмосферных газов. От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. На высоте 250-300 км, где расположен максимум ионизации, электропроводность атмосферы в 10¹² раз больше, чем у земной поверхности.

Для верхних слоев атмосферы характерен также процесс диффузионного разделения газов под действием силы тяжести (гравитац. разделение): газы распределяются с высотой в соответствии с их молекулярной массой. Верхние слои атмосферы в результате оказываются обогащёнными более лёгкими газами. Совокупность процессов диссоциации, ионизации и гравитац. разделения определяет химич. неоднородность верхних слоев атмосферы. Примерно до 200 км основным компонентом воздуха является азот N₂. Выше начинает превалировать атомарный кислород. На высоте более 600 км преобладающим компонентом становится гелий, а в слое от 2 тыс. км и выше - водород, к-рый образует вокруг 3. т. н. водородную корону.

Через атмосферу к поверхности 3. поступает электромагнитное излучение Солнца - главный источник энергии физич., химич. и биологич. процессов в географич. оболочке 3. Атмосфера прозрачна для электромагнитного излучения в диапазоне длин волн [ris] от 0, 3 мкм (3000) до 5, 2 мкм (в к-ром заключено ок. 88 % всей энергии солнечного излучения) и радиодиапазоне - от 1 мм до 30 м. Излучение инфракрасного диапазона ([ris] > 5, 2 мкм) поглощается в основном парами воды и углекислым газом тропосферы и стратосферы. Непрозрачность атмосферы в радиодиапазоне обусловлена отражением радиоволн от её ионизованных слоев (ионосферы). Излучение ультрафиолетового диапазона ([ris] от 3000 до 1800 А) поглощается озоном на высотах 15-60 км, а волны длиной 1800-1000А и короче- азотом, молекулярным и атомарным кислородом (на высоте от неск. десятков до неск. сот км над поверхностью 3.). Жёсткое коротковолновое излучение (рентгеновское и гамма-излучение) поглощается всей толщей атмосферы, до поверхности 3. оно не доходит. Т. о., биосфера оказывается защищённой от губительного воздействия коротковолнового излучения Солнца. В виде прямой и рассеянной радиации поверхности 3. достигает лишь 48% энергии солнечного излучения, падающего на внешнюю границу атмосферы. В то же время атмосфера почти непрозрачна для теплового излучения 3. (за счёт присутствия в атмосфере углекислого газа и паров воды, см. Парниковый эффект). Если бы 3. была лишена атмосферы, то ср. темп-pa её поверхности была бы -23°С, в действительности ср. годовая темп-pa поверхности 3. составляет 14, 8 °С. Атмосфера задерживает также часть космич. лучей и служит бронёй против разрушительного действия метеоритов. Насколько велико защитное значение земной атмосферы, показывает испещрённая метеоритными кратерами поверхность Луны, лишённая атмосферной защиты.

Между атмосферой и подстилающей поверхностью происходит непрерывный обмен энергией (теплооборот) и веществом (влагооборот, обмен кислородом и др. газами). Теплооборот включаетперенос теплоты излучением (лучистый теплообмен), передачу теплоты за счёт теплопроводности, конвекции и фазовых переходов воды (испарения, конденсации, кристаллизации).

Неравномерный нагрев атмосферы над сушей, морем на разных высотах и в разных широтах приводит к неравномерному распределению атмосферного давления. Возникающие в атмосфере устойчивые перепады давления вызывают общую циркуляцию атмосферы, с к-рой связан влагооборот, включающий процессы испарения воды с поверхности гидросферы, переноса водяного пара воздушными потоками, выпадение осадков и их сток. Теплооборот, влагооборот и циркуляция атмосферы являются основными климатообразующими процессами. Атмосфера является активным агентом в различных процессах, происходящих на поверхности суши и в верхних слоях водоёмов. Важнейшую роль играет атмосфера в развитии жизни на 3.