Атмосфера Земли — газовая оболочка нашей планеты Земля, который еще называют воздух — защитный слой, который покрывает гидросферу, земную кору и граничит в космическим пространством в экзосфере, начинающейся на высоте около 1000 км от поверхности Земли, также вместе с гидросферой является местом жительства живых организмов, и в которой формируется погода.

Атмосфера Земли с МКС

Атмосфера Земли с МКС во время заката. Можно различить разные слои атмосферы.

Роль атмосферы в обеспечении жизни на Земле трудно недооценить, так как она защищает нас от различного рода космического излучения, которое неблагоприятно, а иногда и смертельно действует на биосферу, при падении на Землю космических тел большинство из них сгорает в атмосфере не долетев до поверхности, и самое важное — в атмосфере присутствует кислород, которым дышат живые организмы. В космонавтике границей атмосферы принято считать отметку в 122 км над Землей по так называемой линии Кармана, это определение предложено Международной Авиационной Федерацией. На этой высоте полностью невозможна аэродинамическая авиация, или как её еще называют — аэронавтика, и движение аппаратов реализуется только с помощью реактивных двигателей, и по баллистической траектории.

Тонкая линия земной атмосферы

Тонкая линия земной атмосферы

Воздух — не однородный газ, а смесь большого количества различных веществ. Их содержание в атмосфере показано в таблице ниже. Масса воздуха составляет порядка 5,1—5,3 х 1018 кг.

Состав атмосферы:

Вещество

Обозначение

По объему,%

По массе,%

Азот

N2

78,084

75,5

Кислород

O2

20,9476

23,15

Аргон

Ar

0,934

1,292

Углекислый газ

CO2

0,0314

0,046

Неон

Ne

0,001818

0,0014

Метан

CH4

0,0002

0,000084

Гелий

He

0,000524

0,000073

Криптон

Kr

0,000114

0,003

Водород

H2

0,00005

0,00008

Ксенон

Xe

0,0000087

0,00004

Но атмосфера не всегда была такой. В первый период истории Земли (около 4,3 миллиарда лет назад) основными газами был водород и гелий (большинство из этого газа в следствии небольшой молекулярной массы улетучилось в космос, или в результате химических реакций превратилось в другие вещества). Но постепенно происходила дегазация земной мантии в следствии извержения вулканов, а также на Землю в обилии падали многочисленные космические тела, такие как астероиды и кометы, которые обогатили атмосферу другими элементами. Большинство этих веществ содержали в себе азот, и впоследствии разложения их в ходе химических реакций он освобождался, и на сегодняшний день это основной газ нашего воздуха (75,5% от массы всего воздуха). Также на Земле присутствовала вода, которая при расщеплении, а также при других химических реакциях других веществ образовала кислород, которым мы дышим (23,15% от массы всего воздуха). После возникновения жизни на Земле, организмы начали кардинально изменять состав атмосферы в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа.

Атмосфера не однородна по высоте и состоит из следующих слоев, которые плавно переходят друг в друга, и не имеют резких границ:

Тропосфера — самый нижний слой. Именно в нем обитают живые организмы. Верхняя граница находится на высоте от 8 до 18 км над поверхностью (она зависит от широты и меняется от 8 км на полюсах до 18 км над экватором. В тропиках в зависимости от времени года высота также меняется.) и содержит в себе около 80% всей массы атмосферы. Здесь находится почти весь водяной пар (сюда входят и облака), формируются атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. С высотой сильно меняется температура воздуха — около 0,6 - 1 °С до верхней границы тропосферы, и дальше уже начинает повышаться. Это так называемая тропопауза — граница перехода тропосферы в стратосферу.

Тропосфера

Тропосфера - самый нижний слой атмосферы

Часто самый нижний слой тропосферы до высоты от 1 до 2 км., называют пограничный слой атмосферы, где именно и происходит вся погодная динамика. Для дыхания нетренированного человека возможна высота до 5 км, на этой высоте появляется кислородное голодание, а на высоте более 9 км дыхание для любого человека становится невозможным.

Стратосфера — разреженный слой атмосферы который находится над тропосферой на высоте от 8 до 18 км от Земли и достигает высоты до 50 км. Именно в этом слое находится важнейший щит от опасного ультрафиолетового излучения Солнца — озоновый слой, который образуется в фотохимическими реакциями в результате воздействия ультрафиолета на молекулярный кислород на высоте ~30 км. Также этот слой служит границей распространения жизни, здесь присутствует аэропланктон.

Стратосфера

Вид из стратосферы на Землю

Плотность воздуха в стратосфере в десятки раз меньше в нижних слоях и сотни раз в верхних, чем на уровне моря. Как упоминалось выше — температура на границе тропосферы и стратосферы с высотой перестает уменьшатся, но продолжает даже повышаться , достигнув на высоте около 40 км значения около 0 °C, температура остается постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Алан Юстас

Алан Юстас готовится к прыжку из стратосферы

В стратосфере обычно нет нестабильных воздушных потоков, и в сравнении с тропосферой — здесь слабое давление и сопротивление воздуха, именно по этому в нижних слоях стратосферы обычно летает авиация. В слоях выше могут передвигаться только реактивные самолеты и аэростаты. На одном из таких аэростатов вице-президент компании Google Алан Юстас побил мировой рекорд, спрыгнув с него с парашютом в 2012 году. Высота прыжка была 41 километр, а максимальная скорость падения превышала скорость звука и достигала более 1300 км/час

Прыжок Алана Юстаса из стратосферы

Мезосфера — наименее изученный слой атмосферы на высоте от 50 км. до 90 км., и находится над стратосферой, её состав около 80 % азота и 20 % кислорода. Температура сильно падает с 0°С в нижних слоях до — 80°С в верхних. Именно здесь как правило начинают светится и полностью сгорают мелкие метеориты, которые входят в земную атмосферу, и именно здесь образуются серебристые облака.

мезосфера

Мезосфера

С точки зрения полетов летательных аппаратов, она является наименее пригодной, так как для самолетов и стратостатов очень низкая плотность воздуха, для их поддержания в полете, а для космических аппаратов — наоборот очень высокая плотность.

след ракеты

След ракеты оставленный в мезосфере

Отдельно хочется сказать о серебристых облаках. Это самые высокие облака на Земле и находятся они на высоте около 80 км над поверхностью Земли — сравнительно редкое атмосферное явление, крайне разреженные облака, и видимые в глубоких сумерках, когда на этой высоте Солнце еще не успело зайти за горизонт, в то время, как на поверхности Земли уже достаточно темно и они видны на вечернем небе, как светящиеся.

серебристые облака

Серебристые облака

Плотность этих облаков очень низкая, и сквозь их без труда можно разглядеть звезды.

Термосфера - слой атмосферы на высоте более 90 км и фактически является границей космического пространства. Здесь проходит линия Кармана — область атмосферы, где летательные аппараты могут летать только по баллистической траектории с реактивными двигателями. Именно здесь летают большинство орбитальных космических аппаратов таких как спутники, и МКС.

термосфера

Термосфера

Самая комфортная высота для орбитального полета человека является от 200 км. до 500км.. На высоте ниже 200 км сильно сказываются силы трения атмосферы, и аппарату необходимо периодически включать двигатели для корректировки орбиты. На высотах более 500 км простираются радиационные пояса, оказывающие на людей вредное действие. В истории человечества пилотируемые космические полеты за пределы термосферы проводились только в рамках миссии «Аполлон» при полетах на Луну.

Полярное сияние МКС

Полярное сияние вид из МКС

Здесь также возникают полярные сияния - свечение (люминесценция) верхних слоев атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. Наблюдать это явление можно только в приполярных регионах.

Экзосфера — самая внешняя оболочка земной атмосферы, и находится она на высоте выше 700 км. от поверхности Земли, и постепенно переходит в межпланетное космическое пространство. В основном она состоит из легких газов, таких как водород и гелий, и при достаточных энергия и скоростях молекулы газа могут покинуть земную атмосферу и улетучится в космическое пространство, для этого частица должна иметь скорость не менее 11,22 км/сек. Толщина этого слоя зависит от Солнечной активности.

земля аполлон

Вид Земли с расстояния 30 000 км. Фото миссии "Аполлон"

Как видите, земная атмосфера не просто смесь газов, а довольно сложная система. Здесь происходит множество физических процессов, и самое главное она защищает нас от губительных космических факторов, и дает нам возможность дышать. В последнее время человечество сильно продвинулось в развитии техники, и индустриализации, но какие бы блага не давала нам цивилизация, она губительно влияет на окружающий нас мир, в том числе загрязняя атмосферу. Думаю в будущем человечество осознает свою ошибку и начнет принимать меры, но увы, когда это произойдет может быть уже слишком поздно...

Автор: Дмитрий Новоселецкий



Наши партнёры

Яндекс.Метрика Портал о космосе
Рейтинг астрономических ресурсов от ASTROLAB.ru Каталог сайтов «ua24.biz»
galSpace.spb.ru. Исследование Солнечной системы

Помощь сайту

Сайт существует на личные средства автора

Если Вам не безразлична популяризация астрономии и науки в целом, или Вам понравился сайт, можете отблагодарить нас небольшим денежным вознаграждением, мы будем во много признательными. Деньги пойдут на оплату серверов и обслуживание сайта.

Яндекс деньги  410012805014526

Webmoney руб. R525025832630

Webmoney грн. U394365417305