Строение Атмосферы : Геология

Опубликовано: 02.09.2018

видео Строение Атмосферы : Геология

Внутреннее строение Земли

В нижней части атмосферы — тропосфере — сосредоточено более 0,8 массы атмосферы и почти весь содержащийся в ней водяной пар. Характеризуется тропосфера понижением температуры с высотой. Верхняя граница тропосферы в экваториальной и тропической зонах лежит на высоте 16—18 км и сравнительно мало подвергается суточным и сезонным изменениям, а над приполюсными и смежными областями — на уровне 8—10 км. В связи с изменением температуры воздуха и другими атмосферными процессами верхняя граница тропосферы в различных участках может опускаться или подниматься на несколько километров.


Изучение земной коры (рассказывает геолог Павел Плечов)

Средняя температура воздуха у земной поверхности на экваторе достигает +26° С, а над полярными областями зимой — минус 34—минус 36° С, летом — около 0° С. С этим связана энергия циркуляции атмосферы: преобладающие в тропосфере западные ветры зимой имеют большие скорости, чем летом. Скорость ветра возрастает с высотой и достигает максимума на верхней границе тропосферы. Горизонтальные потоки воздуха сопровождаются вертикальными турбулентными движениями, с которыми связаны образование и рассеивание облаков, выпадение и прекращение осадков.

Переходный слой между тропосферой и лежащей выше стратосферой называется тропопаузой . Выше тропопаузы находится изотермическая зона — нижняя стратосфера , характеризующаяся неизменной температурой. Прекращение падения температуры в нижней стратосфере связано с нагреванием воздуха, вызванным поглощением инфракрасного излучения молекулами CO2, H2O и O3. Инфракрасное излучение поступает с поверхности Земли и из слоев атмосферы, расположенных выше стратосферы. Верхняя граница нижней стратосферы меняет положение в зависимости от времени и места. На низких широтах над тропопаузой часто почти нет изотермического слоя, и нижняя стратосфера почти отсутствует. В умеренных широтах на высоте 25—32 км температура начинает довольно быстро подниматься и достигает максимума (около 0° С) на высоте 50 км. Повышение температуры связано с поглощением ультрафиолетового излучения озоном. Зона с повышенной температурой называется верхней стратосферой *. Ее верхняя граница — стратопауза — совпадает с первым максимумом температуры на высоте 50—55 км.

Стратосфера в целом очень бедна водяным паром. В ней отсутствует облакообразование и не выпадают осадки. Почти по всей стратосфере (в интервале высот 10—60 км) под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца образуется озон (03), максимум содержания которого падает на высоту 22—25 км. Озона больше в высоких широтах и меньше в средних и низких. Его количество меняется в зависимости 6т сезонов: весной озона больше, осенью меньше. Кроме того, происходят непериодические его колебания в зависимости от циркуляции атмосферы.

Выше стратопаузы расположена мезосфера . В ней температура постепенно снижается (5—9° С/км) и на высоте 85—95 км достигает минимума (минус 100 — минус 130° С). К этому уровню приурочена граница мезосферы— мезопауза . Перенос тепла в мезосфере, как и в тропосфере, происходит путем конвекции. С мезопаузой примерно совпадает гомопауза — верхняя граница гомосферы — области однородного химического состава. Выше гомопаузы расположена гетеросфера , в которой химический состав атмосферы меняется с высотой под воздействием перемешивания, диффузии, фото диссоциации и рекомбинации.

Над мезопаузой лежит область возрастания температуры — термосфера. В ней температура быстро увеличивается, достигая на высотах 200—300 км значений около 1000° С **.

* Некоторые авторы относят верхнюю стратосферу к мезосфере и стратопаузу помещают соответственно на верхней границе нижней стратосферы.

** На таких высотах температура определяет лишь среднюю скорость движения частиц газов и не отвечает обычным представлениям: тело не нагревается от соприкосновения с воздухом, который там очень разрежен, и число частиц газов, ударяющихся об это тело, ничтожно. Обычный (жидкостный — ртутный, спиртовой) термометр пригоден лишь на небольших высотах, где плотность воздуха достаточна, чтобы поддерживать тепловое равновесие с жидкостью. Выше, примерно до высоты 80 км, применяются термометры сопротивления, действие которых основано на зависимости электрического сопротивления тонкой платиновой пластинки от температуры окружающего газа. Еще выше температура измеряется спектроскопическими и различными косвенными методами.

Термосфера на уровне 550 км ограничена термопаузой. Над термосферой находится экзосфера , и можно считать, что так называемый «критический уровень», или основание экзосферы, совпадает с термопаузой. .

Область атмосферы со значительным содержанием электронов и ионов, образованных за счет диссоциации молекул газов под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, называется ионосферой . Она начинается примерно на высоте 60 км и простирается до самых верхних слоев атмосферы. Как видно из изложенного, перечисленные области атмосферы необязательно - взаимно исключают друг друга.

На высоте около 40 км начинается процесс диссоциации молекул кислорода. С высотой этот процесс усиливается и почти весь кислород переходит в атомарную форму. С этим связано образование озона (освобождающиеся атомы кислорода являются активными окислителями; при встрече с двухатомными молекулами кислорода они образуют трехатомные молекулы озона). Над уровнем 200 км (в слое F2, см. рис. 7) кислород ионизируется и О+ становится основной ионной составляющей атмосферы. На уровне, близком 120 км, происходит переход от полного перемешивания к диффузному равновесию атмосферы. В интервале высот 120—550 км каждая из составляющих атмосферы имеет свою собственную шкалу высот (см. рис. 7).

Над критическим уровнем (550 км) лежит экзосфера. В ее верхних слоях главными составляющими атмосферы являются нейтральный водород, протоны и электроны. Свободный водород в земной атмосфере образуется близ уровня 80 км в результате фотодиссоциации метана и водяных паров и диффундирует в экзосферу. Протоны также образуются на более низких уровнях в результате обмена зарядами между нейтральными водородом и атомами ионизированного кислорода: Н + O+ -> O + Н+.

Электроны и протоны встречаются в больших количествах вплоть до высот в несколько земных радиусов и образуют область свистов (радиоволны, образующиеся при разряде молнии, распространяются вдоль силовых линий земного магнитного поля между северным и южным полушариями. Эти волны вызывают в радиоприемниках свистящие звуки, за что они и названы «свистящими атмосфериками» или «свистами»). На высотах 500—1000 км, а при максимуме солнечной активности на высотах 1000—2 000 км преобладает гелий (X. П. Погосян, 1970 г.).

Ранее атмосфера считалась симметричной по отношению к центру Земли. Однако В. Г. Фесенков установил, что в плоскости эклиптики Земля имеет чрезвычайно разреженный газовый хвост, протягивающийся на сотни тысяч километров в направлении, противоположном Солнцу. Газовый хвост» Земли представляет собой образование, родственное хвостам комет. Через него атмосфера «утекает» в межпланетное пространство.

Движение атмосферы и ее взаимодействие с литосферой и гидросферой рассматривается в гл. VII.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."

rss