Людина й середовище її існування

Таблиця 1.1

ПРИБЛИЗНИЙ СКЛАД АТМОСФЕРИ

ЕлементиВміст у нижніх шарах атмосфери, %

за обсягомза масою

Азот78,08475,5

Кисень20,94623,14

Аргон0,9341,28

Неон0,00180,0012

Гелій0,0005240,00007

Криптон0,0001140,0003

Водень0,000050,000005

Вуглекислий газ0,0340,0466

Водяна пара:

у полярних широтах0,2—

біля екватора2,6—

Озон:

у тропосфері0,000001—

у стратосфері0,001—0,0001—

Ксенон0,0000087—

Метан0,000160,00009

Окcид азоту0,0000010,0000003

Окcид вуглецю0,0000080,0000078

За видом взаємодії із земною поверхнею атмосферу поділяють на граничний шар (шар тертя) й вільну атмосферу. У граничному шарі, товщина якого становить 1000—1500 м, спостерігається вплив поверхні Землі на добові зміни метеорологічних елементів. У вільній атмосфері тертя немає й вплив земної поверхні майже відсутній.

За характером розподілу температури повітря за вертикаллю атмосфера поділяється на такі основні й перехідні шари (табл. 1.2).

Залежно від географічної широти, пори року й синоптичних процесів межі цих шарів можуть мати значні відхилення від наведених середніх їх значень.

Тропосфера, нижній, найщільніший шар атмосфери, безпосередньо прилягає до земної поверхні. Товщина його в полярних районах 7—10 км, у помірних широтах 10—12 км і в тропіках 16—18 км. Фізичні якості цього шару значною мірою залежать від властивостей підстилаючої поверхні. У тропосфері зосереджено 90 % усієї кількості водяної пари, що є в атмосфері.

Таблиця 1.2

РОЗПОДІЛ АТМОСФЕРИ НА ШАРИ

Основні шариСередня висота, кмПерехідні шари

Тропосфера0—11

Тропопауза

Стратосфера11—50

Стратопауза

Мезосфера50—80

Мезопауза

Термосфера80—800

Термопауза

ЕкзосфераВище 800

Температура в цьому шарі атмосфери зі зростанням висоти знижується в середньому на 0,65 0С через кожні 100 м. У тропосфері відбуваються найбільші зміни метеорологічних елементів як за горизонталлю, так і за вертикаллю.

Тропосферу умовно можна поділити на три шари. Нижня тропосфера (шар тертя) досягає висоти 1,5—2 км. Тут найбільш різко відчувається тепловий і механічний вплив підстилаючої поверхні Землі. У ньому добре виражений добовий рух усіх метеорологічних елементів. У нижній тропосфері створюються тумани та хмари нижнього ярусу. Вітер у шарі тертя збільшується з висотою пропорційно натуральному логарифму висоти й повертається праворуч.

Середня тропосфера розташована на висотах 2—6 км.

Верхня тропосфера у помірних широтах простягається в шарі 6—10 км.

Перехідний, вище тропосфери, шар називається тропопаузою. Він є потужним шаром, що затримує процеси, які протікають у тропосфері. Товщина тропопаузи 0,5—2 км. Його природу вивчено недостатньо. Тут уповільнюється зниження температури. Тропопауза захисною плівкою огортає земну кулю й відіграє позитивну роль у розвитку життя на Землі.

Стратосфера знаходиться на висотах 11—50 км над поверхнею Землі. У ній міститься основна маса озону, який затримує ультрафіолетове випромінювання Сонця, що згубно впливає на Землю. Знищення озонового шару призвело б до підвищення температури на Землі на десятки градусів, загибелі більшості живих організмів і рослин. Запуск космічних апаратів і господарська діяльність людини зумовлюють зміни в озоновому шарі, й ця проблема вимагає якнайшвидшого вирішення, адже озоновий шар (озоносфера) значно впливає на тепловий режим планети (шар між 20 і 45 км).

У стратосфері температура на висоті 11—30 км майже не змінюється й близька до температури тропопаузи (–50 — –60 0С). 

У подальшому вона підвищується до 0 0С. В стратосфері швидкість вітру досягає 6—10 м/с. і навіть більше, він переважно західного напрямку. Однак влітку на висоті понад 25 км відбувається поворот вітру із західного на східний. Тиск у стратосфері знижується від 170 до 1—2 мм рт. ст. У зв’язку з розрідженням повітря з висотою зменшується можливість застосування авіації.

Мезосфера характеризується тим, що на висотах 50—90 км спостерігається спад температури до –70 — –80 0С. Вітровий режим дуже складний і недостатньо вивчений. Тиск у мезосфері незначний і становить соті частки міліметра ртутного стовпчика, разом з тим політ штучних супутників неможливий. Відсотковий вміст сухого повітря залишається незмінним.

Термосфера — потужний за товщиною шар, який досягає 90—800 км. Для нього характерне підвищення температури з висотою, яка доходить на верхній межі до 10 0000С. Тиск надзвичайно низький. Тут бувають полярні сяйва. У цьому шарі найбільша кількість космічних апаратів, запущених людиною. Склад повітря змінюється. На висотах близько 200 км переважає молекулярний азот, а вище 200 км — кисень, який під дією короткохвильового випромінювання розпадається на атоми та іони. У шарі вище 600 км основним компонентом атмосфери є гелій. Тому термосферу ще називають іоносферою. Термосфера є фізичною межею атмосфери.

Екзосфера —верхній шар атмосфери завтовшки 800—20 000 км, де, згідно з розрахунковими даними, температура повітря коливається в межах від 750 до 2000—5000 0С. В екзосфері переважає атомарний водень, тиск майже відсутній.

Деякі вчені, які вивчають склад атмосфери, поділяють її на два шари: гемосферу й гетеросферу. У гемосфері, завтовшки близько 50 км, молекулярна маса та відносний склад постійних компонентів повітря з висотою не змінюються. У гетеросфері присутні, поряд з молекулами, атоми та іони, а відсотковий склад повітря та його молекулярна маса з висотою змінюються.

Якщо поділити атмосферу за характером дії на неї земної поверхні, то слід виділити граничний шар, висота якого становить 1—2 км,