Строение атмосферы планеты Земля и его изучение

Строение атмосферы планеты Земля

Еще в 1930 году советский ученый профессор Молчанов изобрел замечательный аппарат-радиозонд, предназначенный для автоматической передачи с большой высоты на Землю показаний приборов, измеряющих температуру, давление и влажность воздуха нашей  атмосферы. В настоящее время более современные устройства в автоматическом режиме передают на Землю показания приборов, которые позволяют установить постоянное наблюдение за состоянием верхних слоев атмосферы. Каким же образом ракеты и спутник, поднимаясь без человека, позволяют изучать строение воздушного океана? Здесь на помощь ученым по изучению атмосферы пришли радиотехника и электроника.

На дне воздушного океана

Атмосфера Земли (снимок с МКС, 2006). На больших высотах атмосфера становится очень разрежённой, так что её присутствием можно пренебречь. Автор: NASA Earth Observatory [Public domain]
Атмосфера Земли (снимок с МКС, 2006). На больших высотах атмосфера становится очень разрежённой, так что её присутствием можно пренебречь.
Автор: NASA Earth Observatory [Public domain]
Значительная часть поверхности земного шара покрыта водой. Множество морей и четыре океана омывают берега материков. Но все мы в то же время находимся на дне пятого, воздушного, океана, окружающего нашу планету со всех сторон.

Выйдите на улицу и взгляните вверх. Вы увидите над собою сияющий голубой свод, то, что люди с древних времен называют небом. Почему же небо голубое, почему оно представляется нам прозрачным сводом, опрокинутым над Землей?

Воздушная оболочка Земли простирается на высоту тысячи километров, а затем без резкой границы, постепенно, переходит в межпланетное безвоздушное пространство. Лучи Солнца освещают и обогревают нашу Землю, но, прежде чем достичь ее поверхности, они должны пройти сквозь толщу воздуха. Солнечный свет, который мы обычно называем белым, в действительности представляет собою смесь различных цветных лучей. Лучи разного цвета проходят сквозь воздух не одинаково: лучше всего красные и оранжевые, хуже всего синие и фиолетовые. Недаром красный свет применяется в качестве сигнала, предупреждающего об опасности: он хорошо виден на большом расстоянии.

Частицы воздуха, водяные пары и мельчайшая пыль, плавающая в атмосфере, рассеивают во все стороны сине-голубые лучи солнечного света. Поэтому небо и представляется нам в дневное время голубым сводом. Ночью, когда Солнце перестает освещать Землю, сквозь прозрачную атмосферу мы видим сияние далеких звезд.

Что же представляет собой воздух? Это сложная смесь различных газов, основу которой составляет азот — 78 процентов и кислород — 21 процент. Кроме того, в атмосфере имеется небольшое количество водяного пара, углекислого и других газов.

Воздух необходим для жизни на Земле. Если бы у нашей планеты не было атмосферы, жизнь на ней никогда не могла бы возникнуть. Воздух нужен для дыхания животных и питания растений.

Хотя воздух прозрачен и бесцветен и мы обычно не замечаем его присутствия, он имеет вес. У поверхности Земли в каждом кубическом метре содержится 1,3 килограмма воздуха. Но если воздух весит, он должен давить на Землю и на все предметы, на ней находящиеся. Это давление называется атмосферным.

Подавляющая часть массы воздуха расположена вблизи земной поверхности, в слое толщиною около 12 километров, называемом тропосферой. С увеличением высоты плотность воздуха сильно понижается. На высоте 12 километров его кубический метр весит уже 319 граммов, а на высоте 40 километров — всего 4 грамма. Поэтому в общей сложности на каждый квадратный сантиметр земной поверхности давит столб воздуха весом около 1 килограмма. Это значит, что ваш обеденный стол, например, выдерживает давление около 10—15 тонн воздуха. Но в газе давление передается равномерно по всем направлениям. Поэтому атмосферное давление на любой предмет с одной его стороны всегда уравновешивается атмосферным же давлением — с другой.

Жизнь атмосферы

Слои атмосферы до высоты 120 км Автор: Автор: I, RedAndr, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2236006
Слои атмосферы до высоты 120 км
Автор: Автор: I, RedAndr, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2236006

Итак, мы с вами живем в тропосфере, самом нижнем слое воздушного океана. Толщина ее не везде одинакова: над полюсами — всего 7—9 километров, над экватором — до 15—17. Тропосфера — это кухня погоды, здесь развиваются и протекают все ее явления.

Проходя сквозь прозрачную атмосферу, солнечные лучи нагревают ее очень мало. В значительно большей степени нагревается земная поверхность, а воздух нагревается уже от нее. Поэтому в тропосфере, чем выше, тем холоднее, а не теплее, как может показаться на первый взгляд. С другой стороны, различные участки земной поверхности нагреты не одинаково. Не одинаково нагрет и воздух над ними. Благодаря этому в движение приходят массы теплого и холодного воздуха, возникает ветер, происходит перемещение воздушных масс, несущих с собой погоду.

Выше тропосферы идет более разреженный слой воздуха — стратосфера, простирающаяся на 85—90 километров. В нижних ее слоях температура близка к 50—60 градусам ниже нуля. Затем она даже повышается до 40—50 градусов тепла, а начиная с высоты 50 километров, вновь падает, достигая у верхней границы стратосферы 70—80 градусов холода.

Водяного пара и облаков в стратосфере почти нет, они появляются только на верхней ее границе.

Исследования показали, что в стратосфере дуют сильные ветры, меняющие направление.

Еще выше, чем стратосфера, расположена так называемая ионосфера. Ион — это атом, несущий электрический заряд. В обычном состоянии атомы электрически нейтральны. Однако под действием определенных причин они могут превращаться в ионы.

В воздухе такая «ионизация» происходит под влиянием солнечных лучей. В ионосфере имеется множество заряженных частиц. Благодаря этому она хорошо отражает короткие радиоволны, что дает им возможность огибать земной шар. Иногда под действием солнечного излучения ионосфера начинает отражать и ультракороткие волны (УКВ), на которых ведутся телевизионные передачи. Тогда удается принимать работу отдаленных телевизионных центров.

В ионосфере происходят также полярные сияния — одно из красивейших явлений природы.

Надежная броня

Каждый знает, что воздух необходим нам для дыхания, но этим далеко не ограничивается роль атмосферы для жизни на Земле.

Прежде всего, атмосфера — это гигантское воздушное одеяло, обогревающее нашу планету. Она задерживает тепло, которое излучает нагретая солнцем Земля, и не дает ему улетучиться в мировое пространство.

Кроме того, перемещаясь над Землей, воздушные массы выравнивают температуру между более и менее нагретыми метками поверхности земного шара. С другой стороны, атмосфера надежной броней прикрывает нашу планету.

Кто из вас не видел «падающих звезд»? Это метеориты. Они с колоссальной скоростью врываются в воздух и от сопротивления его раскаляются и распыляются. Ежедневно на Землю оседает около 100 тонн метеоритного вещества. А если бы не было воздушной защиты? Эти космические пули могли бы пронизать нас насквозь. Наряду с пылевыми частицами из мировых глубин к нам прилетают еще более мощные снаряды — ядра атомов водорода, гелия и других химических элементов — химические лучи. Они мчатся с колоссальными скоростями и могут проникать сквозь броневые и бетонные плиты, почву, толщи металла. Но и они не могут беспрепятственно пронизать атмосферу. Сталкиваясь с атомами воздуха, они постепенно растрачивают свою энергию, порождая потоки вторичных космических лучей, безвредных для человека.

Но и это еще не все. Кто из вас не загорал в летнее время? И кому не случалось, дождавшись, наконец, первого погожего дня, как следует «пожариться» на солнце, затем ходить с обожженной спиной и плечами?

Кроме видимого света, Солнце излучает еще и невидимые, ультрафиолетовые лучи, способные производить химическое действие. Именно они и вызывают загар. В определенной дозе ультрафиолетовые лучи полезны и даже необходимы человеку, но в большом количестве они могут оказаться губительными.

До Земли доходит лишь незначительное количество ультрафиолетовых лучей. Большей частью они поглощается еще в стратосфере. Так защищает нас воздушная броня.

Все выше и выше

Свою зависимость от прихотей воздушного океана человек почувствовал с древних времен. Грозные явления погоды властвовали над людьми, от состояния атмосферы зависели их благополучие и сама жизнь. Опустошительные бури и ураганы, смерчи и градобития были страшнее любых других бедствий и казались человеку проявлением грозных, сверхъестественных сил. С тех пор прошло много времени. Человек постепенно проникал в тайны атмосферы, выясняя причины происходящих в ней явлений.

Изучение атмосферы имеет особое значение. Атмосфера — это, прежде всего погода. А умение точно предсказывать погоду очень важно. От этого зависит нормальная работа многих отраслей народного хозяйства. Но изучить атмосферу, оставаясь на поверхности Земли, нельзя: для этого надо подниматься все выше и выше.

Первым летательным аппаратом были воздушные шары — аэростаты. И хотя полеты в аэростатах с открытой гондолой представляют серьезные трудности, уже в 1903 году воздушный шар достиг высоты около 10 тысяч метров, а в 1927 году — более 12 тысяч.

В 1933 году советский стратостат с герметической шарообразной гондолой поднялся на высоту около 19 километров, а в 1934 году этот рекорд был увеличен до 22 километров.

В то время эти высоты казались пределом возможностей. А сейчас каждый из нас, купив билет на очередной рейс пассажирского реактивного самолета, может подняться к границам тропосферы — на высоту до 12 тысяч метров. Современные самолеты с герметическими кабинами и мощными реактивными двигателями способны достигать высоты до 40 километров.

Ракеты поднимаются еще выше. В первые годы после второй мировой войны они достигли высоты около 200 километров.

Дальнейший штурм атмосферы потребовал создания особых, многоступенчатых ракет, состоящих из нескольких ракет, соединенных между собой и они сразу завоевали высоту около 450 километров. Потом 1300 километров. А теперь границ высоты уже не существует. Преодолев земное тяготение, современные ракеты достигают других планет.

Однако изучение атмосферы с помощью ракет тогда обладало серьезным недостатком: на больших высотах они находились всего лишь несколько секунд.

Следующим этапом изучения атмосферы явилось создание искусственных спутников Земли. Они запускаются с помощью трехступенчатых ракет и при скорости около 29 тысяч километров в час начинают свободное обращение вокруг Земли. Спутники двигаются вокруг Земли по вытянутым орбитам, приближаясь к ней на 320 километров и удаляясь от нее на 2 700 километров.

Text.ru - 100.00%

Поделиться ссылкой:

А Вы смотрели:  Ураган, который смыл целый остров
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector