Будова і склад атмосфери. Загальна циркуляція атмосфери.

Атмосфера – безмежний повітряний океан планети Земля

Атмосфера – невід’ємна частина природного середовища планети Земля. Вона оточує всю земну кулю і постійно рухається відносно Землі. Ми живемо на дні цього повітряного океану, тому практична діяльність людей вимагала пояснення атмосферних явищ і їх передбачення. Однак процес пізнання був дуже повільним. Книга Аристотеля (IV ст. До н.е.) була великим досягненням у вивченні атмосфери і сприяла повороту від міфології до реальності. Руські літописи також містять чимало відомостей про надзвичайні метеорологічні явища. Багаторічний досвід узагальнювався людьми у вигляді народних прикмет, що дозволяють іноді «вгадати» погоду. Але прогрес був дуже повільним. Спроби науково обґрунтованого прогнозу почалися лише в XVIII в. після винаходу вимірювальних приладів і відкриття фізичних законів, що визначають поведінку газів. Адже атмосфера – газова оболонка Землі і, мабуть, найважливіша для життя. Досить затамувати на деякий момент дихання, щоб зрозуміти цю важливість. Через постійний рух повітря можна вважати «міжнародною власністю»!

 Склад атмосфери

У газовий склад атмосфери входять, головним чином, азот (≈78%) і кисень (≈21%). Частка інших газів (вуглекислий газ, аргон, неон, радон, гелій, криптон, водень, метан, закис азоту і озон) складають приблизно 1%. Є ще гази техногенного походження (фреон).

Важливу роль відіграють зважені частинки (пил, краплі води, кристали льоду і інші, звані аерозолями). Вони потрапляють в атмосферу як природним шляхом (вивітрювання), так і в результаті діяльності людини.

В останні 100 років під впливом господарської діяльності людини відбулася зміна в хімічній склад атмосфери: збільшилися викиди парникових газів – вуглекислого газу, метану, закису азоту і ін. Особливо великі викиди промислово розвинених країн. Справа в тому, що встановлено кореляційний зв’язок між вмістом в атмосфері цих газів (особливо СО 2 ) і збільшенням температури приземного повітря. Тому в світовому співтоваристві робляться спроби прийняти угоди про обмеження викидів парникових газів. Промислові аерозолі забруднюють атмосферне повітря шкідливими домішками, тому що різні хімічні елементи інтенсивно поглинаються при диханні.

Гази, що входять до складу атмосфери мають певну щільність і тому надають на кожен кв.см земної поверхні тиск, що дорівнює масі повітря. Тому повітря постійно рухається, це тиск часто змінюється, і людина фізично (особливо метеочутлива) відчуває на собі зміну тиску (погоди). Завдяки сжіжаемості повітря, зміна (зниження) тиску з висотою відбувається нерівномірно. Так, в шарі до висоти 5 км знаходиться приблизно половина маси атмосфери, а до висоти 10 км – близько ¾. Через зменшення щільності повітря з висотою у атмосфери немає чіткої верхньої межі, і вона постійно переходить в міжпланетний простір.

Будова атмосфери

Атмосфера термічно розшарована як по вертикалі, так і по горизонталі.

Основні шари атмосфери по вертикалі загальновідомі (тропосфера, стратосфера, мезосфера і термосферу).

Тропосфера формується завдяки нагріванню сонячними променями поверхні Землі, від якої і нагрівається повітря, подібно нагрівання води в каструлі від електричної плити. У тих місцях, де повітря нагрівається більше, він розширюється, стає легше навколишнього повітря і піднімається вгору, і на його місце опускається більш холодний. Таке круговий (по вертикалі) рух повітря отримало назву конвекції. Саме завдяки конвекції, температура повітря в тропосфері падає приблизно на 0,65 ° С на кожні 100 м висоти. На екваторі Земля отримує набагато більше тепла, ніж на полюсах, тому тепле повітря над екватором постійно піднімається, а на його місце приходить більш холодний з півночі і з півдня. Тому над екватором тропосфера завжди могутніша, ніж над полюсами.

Колись вчені вважали, що тропосфера (тонкий шар переходу від тропосфери до вищого прошарку – стратосфері) оперізує тропосферу суцільним шаром, постійно знижуючи від екватора до полюсів. Однак виявилося, що тропосфера в значній мірі розшарована по горизонталі, і між цими шарами тропосфера схильна до розривів. Уздовж таких розривів створюються великі контрасти температури, і утворюються струменеві течії (швидкість вітру> 30 м / с або> 100 км / ч). Товщина струменевих течій становить часто кілька кілометрів і довжина – тисячі кілометрів. Вони оперізують майже всю земну кулю.

Вище тропосфери, до висоти 50 км, розташована стратосфера. У ній є ще одна поверхню нагріву – шар озону. Озон концентрується в шарі 15-25 км і поглинає ультрафіолетове випромінювання Сонця, тому температура в стратосфері спочатку залишається майже незмінною, а потім навіть підвищується. Поглинаючи ультрафіолетове випромінювання, озоновий шар не тільки нагріває стратосферу, але і захищає людей і тварин від її шкідливого впливу (воно викликає важкі захворювання). У стратосфері через відсутність конвекції і сильних вертикальних рухів немає хмар, і завжди світить сонце. Немає і небезпечних явищ погоди, тому літаки воліють літати в стратосфері.

Вище стратосфери розташовані мезосфера і термосферу – шари майже не роблять впливу на погоду через невеликі маси повітря, що містяться в них.

Загальна циркуляція атмосфери

Сукупність основних повітряних течій в атмосфері називають загальною циркуляцією. Найважливішими її ланками є зональний і меридіональний перекоси в тропосфері, мусони, пасати, циклічна діяльність, струменеві течії, центри дії атмосфери та ін.

Схема проста двовимірної циркуляції свій початок бере ще з часів Гадлея (1735 г.). Сам Гадлей знав про деякі, пов’язаних з нею, протиріччях. Так, наприклад, відому посушливість субтропіків від постарався врахувати, ввівши часткове опускання повітря, спрямованого до полюса в південних широтах. Потім єдиний осередок циркуляції – екватор-полюс була помічена трьома колесами. Феррел зауважив, що в середніх широтах північної півкулі вітри в основному не північно-західні, а південно-західні. Таким чином, в середніх широтах з’явилася зворотна осередок. З’явилася класична теоретична модель глобальних механізмів найбільшого масштабу.

Сучасні спостереження показують, що повітряні руху здійснюються не в формі замкнутих між екватором і полюсів осередків циркуляції, а в вигляді невпорядкованого, турбулентного переміщення великих повітряних мас в напрямку меридіана. Одні повітряні маси, що сформувалися в низьких широтах, прориваються далеко до полюса. Інші, що виникли в високих широтах, припадають далеко в напрямку до екватора. Мікротурбулентність перемішування породжує потоки всіх фізичних величин, які прагнуть вирівняти їх градієнти.

Сподобалася стаття? Поділитися з друзями:
Знай все!
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: