Взаимодействие атмосферы с другими оболочками Земли и космическим пространством. Значение атмосферы. Радиационные пояса Земли.

Взаимосвязь атмосферы с другими геосферами. Между атмосферой и другими оболочками Земли существует тесная связь и сложная взаимозависимость. В результате этого происходит непрерывный взаимный обмен элементами, вследствие чего между оболочками Земли создается подвижное равновесие. Особую роль в этих процессах играют организмы биосферы: бактерии, растения и животные. Благодаря их жизнедеятельности многие элементы из литосферы, гидросферы и биосферы переходят в атмосферу и, наоборот, из атмосферы переходят в другие оболочки Земли.Углекислый газ поступает в атмосферу из вулканов, многочисленных: минеральных источников, при горении, гниении и дыхании.Кислород атмосферы необходим для жизни организмов биосферы; он также поглощается водной оболочкой и расходуется на различные окислительные процессы в литосфере.Молекулярный азот атмосферы в результате жизнедеятельности почвенных азотфиксирующих бактерий переходит в большом количестве из воздушной оболочки в биосферу. Важным фактором во взаимодействии между атмосферой, литосферой и гидросферой является теплообмен. Нижние слои атмосферы нагреваются не прямо от солнечных лучей, а главным образом от подстилающей поверхности суши или воды. Если же подстилающая поверхность окажется холоднее нижних слоев атмосферы, то происходит передача тепла от атмосферы к поверхности Земли. Атмосфера участвует в круговороте воды на Земле. В атмосфере происходит образование облаков и осадков. Выпадение осадков дает начало текучим водам и обеспечивает пополнение грунтовых вод суши; за счет атмосферных осадков пополняется вода морей и океанов. Текучие воды суши производят эрозионную работу и тем самым видоизменяют земную поверхность. Ветер на суше производит в одних местах разрушительную работу, а в других, наоборот, созидательную работу, образуя эоловые формы рельефа (барханы и др.). В свою очередь и рельеф суши оказывает влияние на перемещение воздушных масс атмосферы. Так, например, высокие горы препятствуют движению ветра, а равнины способствуют быстрому передвижению воздуха на большие расстояния. Значение атмосферы в природе и жизни человека: — благодаря газообразной оболочке поверхность Земли не нагревается днем и не остывает ночью так сильно, как, например, поверхность Луны, лишенная атмосферы; — атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большая часть которых сгорает и не долетает до поверхности планеты; — озоновый экран (озоносфера) защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений, большая доза которых губительна для организма; — кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания. Радиационный пояс — область магнитосфер планет, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны).Радиационный пояс Земли (внутренний) был открыт американским учёным (Джеймсом ван Алленом) после полета Эксплорер-1 и советскими учёными (С. Н. Вернов и А. Е. Чудаков) после полёта Спутник-3 в 1958 году и представляет собой, в первом приближении, тороид, в котором выделяется две области:

внутренний радиационный пояс на высоте ~ 4000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ; внешний радиационный пояс на высоте ~ 17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ. Зависимость положения нижней границы радиационного пояса — долготная. Над Атлантикой возрастание интенсивности начинается на высоте 500 км, а над Индонезией на высоте 1300 км. Если те же графики построить в зависимости от магнитной индукции, то все измерения уложатся на одну кривую, что ещё раз подтверждает магнитную природу захвата. Между внутренним и внешним радиационными поясами имеется щель, расположенная в интервале от 2 до 3 радиусов Земли. Потоки частиц во внешнем поясе больше, чем во внутреннем. Различен и состав частиц: во внутреннем поясе протоны и электроны, во внешнем — электроны. Применение неэкранированных детекторов существенно расширило сведения о радиационных поясах. Были обнаружены электроны и протоны с энергией несколько десятков и сотен килоэлектронвольт соответственно. Эти частицы имеют существенно иное, по сравнению с проникающими, пространственное распределение. Максимум интенсивности протонов низких энергий расположен на расстояниях L~3 от центра Земли. Малоэнергичные электроны заполняют всю область захвата. Для них нет разделения на внутренний и внешний пояса. Частицы с энергией десятки кэВ непривычно относить к космическим лучам, однако радиационные пояса представляют собой единое явление и должны изучаться в комплексе с частицами всех энергий. Поток протонов во внутреннем поясе довольно устойчив во времени. Первые эксперименты показали, что электроны высокой энергии (E> 1-5 МэВ) сосредоточены во внешнем поясе. Электроны с энергией меньше 1 МэВ заполняют почти всю магнитосферу. Внутренний пояс очень стабилен, тогда как внешний испытывает резкие колебания.