Атмосфера — это газовая оболочка планеты. Газы, которые составляют атмосферу Земли, называются воздухом. Воздух повсюду окружает нас. Для человека воздух невидим и часто мы его даже не ощущаем. Но если, к примеру, мы помахаем рукой, то мы почувствуем, что что-то соприкасается с рукой. Еще один пример: высуньте руку из окна мчащегося автомобиля, и сразу покажется что воздух стал плотным и упругим. Те, кто имел несчастье попасть в ураган, подтвердят, что воздух может валить с ног, срывать крыши с домов, переворачивать вверх дном машины и с корнем вырывать даже толстые деревья.

Воздух состоит из мельчайших частиц — молекул. Их не разглядеть даже в самый мощный микроскоп. Да и расстояния между молекулами в воздухе гораздо больше, чем размеры самих молекул. Поэтому не удивительно, что увидеть воздух нам никак не удается.
Молекулы воздуха находятся в непрерывном беспорядочном движении. Но почему они не улетают с Земли? Ведь со стороны космоса нет никаких препятствий, которые могли бы их остановить. Дело в том, что Земля притягивает к себе молекулы воздуха точно так же, как и все другие тела. Поэтому большая часть молекул атмосферы находится у поверхности Земли.

Барометр-анероид — компактный прибор для измерения атмосферного давления. Долгое время он служил также основным предсказателем погоды, указывая на «великую сушь» или «дожди и грозы».

Чем выше над Землёй, тем меньше молекул остаётся в воздухе — он становится разреженным. В горах, на высоте 3000 м над уровнем моря, уже трудно дышать. На высочайшую вершину планеты Эверест (8848 м) даже тренированные альпинисты поднимаются с кислородными масками. Если же пассажир самолета, летящего на высоте 10 км, подышит воздухом, находящимся за бортом, он потеряет сознание. Поэтому в салоне самолетов всегда есть кислородные маски. Ведь появись в фюзеляже самолета даже крохотная дырочка, воздух из салона устремится наружу, где молекулы располагаются гораздо менее плотно. (Точно так же поступят, например, пассажиры электрички, если в час пик к битком заполненному вагону подсоединят пустой). В результате воздух в самолете станет почти непригодным для дыхания. Чем дальше от поверхности Земли, тем меньше остается молекул в воздухе. Нельзя определенно сказать, где кончается атмосфера. Принято считать, что толщина атмосферы Земли достигает нескольких тысяч километров.

На высочайшей вершине мира Эвересте (8848 м) воздух настолько разрежен, что почти все альпинисты, которым удалось достичь этой рекордной точки, пользовались кислородными масками.

Вся жизнь на нашей планете сосредоточена в нижних, наиболее плотных слоях атмосферы — тропосфере. Толщина ее изменяется от 8 км у полюсов до 17 км у экватора. Конечно, тропосфера не отделена от верхних слоев пограничными столбами. Но в тропосфере температура воздуха температура воздуха понижается с высотой — чем выше, тем холоднее, а в верхних слоях атмосферы температура меняется несколько иначе.

Когда мы читаем об освоении человеком Луны и планет, мы часто сталкиваемся с вопросами, касающимися атмосферы. Есть ли атмосфера и на других планетах? Насколько известно ученым, ни одна планета или звезда не имеет атмосферы, похожей на нашу.

Что такое атмосфера? Мы можем представить ее в виде океана воздуха, окружающего Землю и имеющего высоту в несколько сотен миль. Океан воздуха имеет один и тот же состав по всей Земле. В основном он состоит из определенных газов, которые всегда остаются в одной и той же пропорции. Около 78 процентов составляет азот, 21 процент - кислород, и оставшийся один процент составляют газы, которые называются редкими - аргон, неон, гелий, криптон и ксенон.

Воздух, окутывающий Землю, имеет одинаковый химический состав до высоты 18 миль, хотя эта цифра может доходить и до 44 миль. Когда вы достигаете верхнего слоя атмосферы, вы оказываетесь в верхней точке того, что называется тропосферой. Это ближайший к поверхности Земли слой. На высоте от 18 до 31 мили от поверхности Земли находится слой горячего воздуха, температурой около 42 градусов по Цельсию. Причиной нагрева этого слоя является поглощение тепла солнечных лучей имеющимся здесь озоном.

Озон - это особая форма кислорода, где молекула состоит из трех атомов кислорода вместо обычных двух. Горячий озоновый слой служит для того, чтобы защитить нас от наиболее активных солнечных лучей - ультрафиолетовых. Без него мы не выдержали бы солнечного света. Еще выше находится слой, или несколько слоев, которые называются ионосферой, находящейся на высоте от 44 до 310 миль над землей. Ионосфера состоит из частиц, наэлектризованных Солнцем. Молекулы воздуха находятся в постоянном движении. Атмосфера может удерживаться лишь в том случае, когда молекулы все время сталкиваются друг с другом и не могут улететь. Но чем выше, тем воздух становится все более разреженным.

Очень мала вероятность того, что молекула снизу отскочит обратно после столкновения с молекулой сверху. Поэтому молекулы выходят в открытое пространство, и атмосфера разрежается полностью. Существует зона, которая называется экзосфера, где оторвавшиеся молекулы движутся почти свободно, и эта зона начинается с высоты 400 миль и простирается до 1500 миль.

Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.

Химический состав атмосферы Земли

Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.

Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.

Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).

В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.

Формирование погоды и климата

Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.

Рассмотрим факторы по порядку.

1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.

2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) - это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.

Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.

3. Атмосферное давление - еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.

Всего выделено 7 зон. Экватор - зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт - область высокого давления. От 30° до 60° - опять низкое давление. А от 60° до полюсов - зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов - ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.

Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление - 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. - это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление - 748 мм рт.ст.

Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.

Строение атмосферы

Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.

. Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.

Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.

. Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.

. Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.

. Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.

. Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.

В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.

. Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.

. Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.

. Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.

Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.

Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.

. Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".

Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.

Что такое атмосфера?

Вся наша планета окутана плотным слоем воздуха. Называется этот слой атмосферой Земли. Чем ближе воздух к поверхности, тем он плотнее. Поднимаясь выше, можно почувствовать, как плотность воздуха уменьшается, он становится разреженным. А там, где кончается атмосфера и начинается космос,- безвоздушное пространство.

Без атмосферы на Земле не было бы жизни, потому что живым существам нечем было бы дышать. Воздушная оболочка влияет на климат на планете, защищает Землю от испепеляющего солнечного жара и космического холода.

Если бы Земля не была покрыта воздушной оболочкой, человечество страдало бы от небесных снарядов - метеоритов . Прежде чем упасть на землю, метеориты сталкиваются со слоями атмосферы, их полет замедляется, они раскаляются и сгорают, не причиняя землянам вреда.

Вес воздуха впервые измерил Галилео Галилей. А произошло это 300 лет назад. Взял великий ученый металлический шар, проделал в нем дырочку, взвесил, вес записал. Затем откачал воздух из шара, отверстие плотно запечатал и снова на весы поставил. И тут все увидели, что шар стал заметно легче.