Глава IVАтмосфера: наш «воздушный щит»
Не знаю, доказал ли я это всем, но я точно доказал это себе:
мы не прикованы к этой планете.
В школе нам говорили, что атмосфера – это воздушная оболочка Земли. Это не совсем так. На самом деле атмосфера есть не только на нашей планете. У других небесных тел тоже есть газовая оболочка, которую удерживает на поверхности гравитация. Благодаря силе притяжения атмосфера вращается вместе с космическим телом как единое целое.
Слой за слоем: из чего состоит атмосфера
Земная атмосфера – один из главных факторов, позволяющий всему живому существовать на этой планете. По своей структуре газовая оболочка Земли напоминает слоеный пирог: она окутывает ее слой за слоем. Давайте мысленно оторвемся от Земли и «полетаем» по слоям атмосферы: от самого ближнего – к самому далекому. Не забудьте захватить воображаемый плед, ведь чем дальше от Земли, тем холоднее!
Атмосфера Земли. Атмосферные газы рассеивают синие волны, поэтому если смотреть на нашу планету из космоса, то вокруг видна голубая дымка, если с Земли – голубое небо
Пограничный слой атмосферы – это самый нижний, прилегающий к Земле слой. В нем мы живем, а еще им же и дышим
Тропосфера. В этом слое сосредоточено 80 % атмосферного воздуха и 90 % всего водяного пара, что есть в атмосфере. Из воздуха и пара здесь рождаются облака, развиваются циклоны и антициклоны. Дождь, снег, град, туманы – все погодные явления происходят в тропосфере
Тропопауза – как и все слои с «-пауза» – это переходный слой между тропосферой и стратосферой. Здесь температура временно перестает падать в процессе отдаления от поверхности Земли
Стратосфера. Здесь температура не падает, а наоборот, растет. Если в нижней области стратосферы дико холодно – минус 56,5 градуса по Цельсию, то в верхней – уже плюс 0,8 градуса. Именно здесь, в стратосфере, располагается озоновый слой, который защищает нас от ультрафиолетового излучения. В середине XIX века считалось, что на высоте 12 км атмосфера Земли заканчивается. Но оказалось, что нет, и мы движемся дальше
Стратопауза – пограничный слой между стратосферой и мезосферой. Здесь, достигнув почти нуля градусов, температура остается постоянной до высоты около 55 км
Мезосфера простирается на высотах 50–100 километров. Температура снова начинает плавно снижаться. Здесь происходит энергетический процесс с теплым названием – лучистый теплообмен. За счет сложных фотохимических процессов, которые он запускает, атмосфера излучает голубоватое свечение
Мезопауза – переходный слой между мезосферой и термосферой. Минимальная температура здесь – минус 90 градусов по Цельсию
Линия Кармана – это высота в 100 километров над уровнем моря, которая условно считается границей между атмосферой Земли и открытым космосом
Термосфера. Это самая теплая часть атмосферы, хотя из-за чрезвычайно низкой плотности воздуха её температура представляет собой несколько условную величину. В термосфере солнечная радиация и космическое излучение создают удивительное атмосферное явление – северное сияние
Термопауза окутывает термосферу. В этой области температура практически не меняется с высотой
Экзосфера – это внешняя часть термосферы и самая крайняя оболочка земной атмосферы. Газ в экзосфере сильно разрежен, и его частицы «дезертируют» в межпланетное пространство. Этот процесс называется диссипацией
Основные слои атмосферы
• Пограничный слой атмосферы – 1–2 км
• Тропосфера – 0–12 км
• Стратосфера – 12–50 км
• Мезосфера – 50–100 км
• Линия Кармана – 100 км
• Термосфера – 80–800 км
• Экзосфера – 800–10 000 км
Без атмосферы, а точнее, без ее газов, Земля была бы слишком холодной для существования высших форм жизни. А еще водяной пар, углекислый и другие газы «распределяют» солнечное тепло по поверхности планеты, создавая тем самым климат, пригодный для нашего с вами обитания.
Белая полоса
А вы знаете, почему на небе за самолетом тянется белая полоса? Эти белые следы образуются, когда горячие, влажные выхлопы из двигателя самолета смешиваются с холодным наружным воздухом. Водяной пар из выхлопных газов застывает и становится видимым. Выходит, белые «самолетные» полосы – не что иное как лед
Какова роль атмосферы в жизни Земли?
Без атмосферы Земля была бы безжизненным космическим телом. Не верите? Убедитесь сами!
Мы ею дышим. Это очевидно, но воздух необходим для дыхания всему живому на нашей планете. Кислород насыщает каждую клеточку в организме животных и человека. Не будь его, мы все бы задохнулись.
Озоновый «щит». Озон в стратосфере поглощает солнечную радиацию, создавая так называемый озоновый экран. Он защищает планету и всех ее обитателей от губительных ультрафиолетовых лучей.
Защитный барьер от метеоритов. Большая часть метеорных тел, которые долетают до нас, не успевают достигнуть поверхности и сгорают в слоях атмосферы. Даже самые крупные «счастливчики», которым все же удается достигнуть Земли, обгорая, становятся меньше. Атмосфера не только уменьшает их объемы, но и смягчает удар от падения.
Регулятор перепадов температур. Атмосферные газы берегут Землю от чрезмерного нагревания и охлаждения. Если бы не они, по ночам планета бы промерзала, а днем ее поверхность выжигали бы солнечные лучи. Для сравнения: на Луне, где нет атмосферы, суточные колебания температур составляют 300 градусов по Цельсию.
«Фабрика погоды». В тропосфере создается погода: меняется температура воздуха, образуются облака, выпадают осадки. Если бы не атмосфера, с чем бы мы столкнулись? С неустойчивым климатом, вечными засухами и, вероятно, отсутствием сезонов.
Полярное сияние зимой. Аляска, США
Круговорот воды в природе. Как мы уже говорили выше, большинство погодных явлений происходит в атмосфере. Без воздушной оболочки Земли был бы невозможен влагообмен – круговорот воды в природе. Этот процесс снабжает влагой внутренние области материков, далекие от морей и океанов.
И в качестве бонуса атмосфера радует нас невероятной красотой: огненными закатами, разноцветной радугой, переливами полярного сияния. И это еще не все!
Необычные атмосферные явления
Атмосфера может не только радовать земных наблюдателей своими красотами, но и удивлять. Вот несколько невероятных явлений, которые случаются в слоях воздушного «купола» Земли.
Аврора – полярное сияние. Полярное (или северное) сияние – невероятно зрелищное явление. На самом же деле небесные переливы – не что иное, как взаимодействие частиц верхних слоев атмосферы с заряженными частицами солнечного ветра. Этот феномен, как правило, наблюдают в высоких широтах обоих полушарий.
«Небо – совершенное творение; кто бы и где бы ни стал на земле, он всегда ощущает себя в центре, в середине земли, и купол небес простирается на равное расстояние от него во все четыре стороны»
Свечение может длиться от десятков минут до нескольких суток. Обычно наблюдатель видит зеленоватый свет, но в 2016 году обнаружили новый вид полярных сияний фиолетового цвета. Находка получила имя Стив.
Лентикулярные облака. Над пиками горных вершин можно наблюдать застывшие облака, похожие не то на зависшую в воздухе летающую тарелку, не то на выпукло-вогнутую линзу. Это явление – лентикулярные облака. Они образуются между двумя слоями воздуха, и их не сдувает даже сильный ветер. Такие облака могут быть окрашены в яркие цвета: от огненно-красного до ядовито-зеленого.
Лентикулярные облака
Мираж. Замечали, как в летний зной над самой поверхностью асфальта струятся «водянистые» потоки? На самом деле это простейшая форма миража. А видим мы его, потому что свет распространяется равномерно только в однородной среде. А если слой воздуха у самой поверхности горячее, чем немного выше, он становится неоднородным. В таком воздухе солнечные лучи преломляются, и мы, наблюдатели, видим мираж.
Глория. Глория (с латинского gloria – «украшение, ореол») – оптическое явление в облаках. Оно происходит, когда соблюдены три условия:
• наблюдатель стоит на возвышенности, например, на горе;
• за его спиной есть источник света;
• ниже уровня наблюдателя – облака.
Тогда на облачной поверхности появляются цветные кольца света вокруг тени наблюдателя. Создается ощущение, что там, внизу, стоит человеческая фигура, излучающая разноцветное свечение. Китайцы глорию называют «светом Будды» и считают, что свечение есть степень просветления наблюдателя.
А как на других планетах?
Ученые знают, что и на других небесных телах есть атмосфера. Да, пока человечеству удалось вживую побывать только на Луне, но зонды и беспилотники уже облетели большую часть Солнечной системы, изучили грунт и взяли пробы газов. Именно они помогли составить представление об атмосферных оболочках других космических объектов. Давайте рассмотрим наиболее интересные атмосферы небесных тел Солнечной системы.
Лунная атмосфера в десять триллионов (!) раз менее плотная по сравнению с земной. Она состоит в основном из водорода, гелия, неона и аргона. Источниками атмосферы здесь являются внутренние процессы (например, вулканизм и выделение газов из коры Луны), а также и внешние (процессы падения микрометеоритов и солнечный ветер). У Луны очень слабая гравитация, и ей трудно удержать все образовавшиеся газы вокруг себя. Поэтому они поднимаются и улетучиваются в открытый космос.
Особенный Меркурий
В Солнечной системе газовая оболочка отсутствует лишь у Меркурия, у всех остальных планет есть атмосфера