Атмосфера Земли.

Атмосфера удерживается у земли силами гравитации. Хотя ее общая толщина превышает 800 км, большая часть воздуха находится у поверхности земли. Фактически, половина общего количества атмосферы весом более 5,6 квадриллиона (56 × 10 ¹⁴) тонн находится ниже 5500м! Атмосфера делится по высотам на слои в соответствии с определенными характеристиками.

Нижний пласт воздуха называется тропосферой (tropo – значит изменение). Ее состояние и изменения в ней мы называем погодой. В тропосфере мы живем и летаем. Тропосфера протянулась от поверхности земли до высоты 7-9 км над полюсом и 17-20 км над экватором. Эффект различной толщины объясняется вращением земли. Если посмотреть на толщину атмосферы относительно радиуса земли, то земной шар подобен апельсину, где толщина апельсиновой корки подобна толщине атмосферы и яблоку, если брать только тропосферу.

Выше тропосферы находится стратосфера, а слой атмосферы между тропосферой и стратосферой известен как тропопауза. Два нижних слоя отличаются от стратосферы тем, что в них температура постоянно понижается с высотой, а в стратосфере с набором высоты остается примерно постоянной. Тропосфера имеет облака и постоянно изменяющиеся условия. Стратосфера стабильна и чиста.

Если исходить из температуры воздуха, то атмосферу делят так. Самый нижний и плотный слой называется тропосферой. Здесь проживают облака. Метеоры зажигаются в мезосфере, а полярные сияния и множество орбит искусственных спутников - обитатели термосферы. Там же парят призрачные серебристые облака. С удалением от поверхности температура падает, но начиная с термосферы с высотою начинает расти. Излучение Солнца ионизирует атомы и молекулы атмосферы. Число ионизированных атомов делается ощутимым на высоте 60 километров и неуклонно растет с удалением от центра Земли. Слой атмосферы, лежащий выше 60-ти километров, принято называть ионосферой. Нижний слой при таком разделении атмосферы называют нейтросферой.

Состав. Атмосфера представляет собой смесь газов, водяного пара и аэрозолей, то есть твердых и жидких примесей (пыли, продуктов конденсации и кристаллизации, продуктов горения, частиц морской соли и т.д.). Объем основных газов составляет: азота 78%, кислорода 21%, аргона 0,93%, углекислого газа 0,03% на долю других (неона, гелия, криптона, ксенона, озона) приходится менее 0,01%.
Пары воды – сильно меняющийся по количеству компонент воздуха. Их может быть от 0 (сухой воздух) до 4-5% веса (насыщенный воздух). Пар – очень важная часть атмосферы, существенно влияющая на погодные процессы; без пара не может быть ни облаков, ни дождя. Все пары воды, которые находятся в атмосфере, концентрируются в тропосфере. В воздух пар попадает из земных водоемов. Он поднимается вверх вертикальными потоками воздуха, высота подъема которых ограничена тропосферой. 90% всех паров воды сосредоточено до высоты 5 500 м. Загрязняющие примеси, в том числе дым, пыль, частицы солей и промышленные выбросы, работают как конденсирующие частицы (ядра конденсации), благодаря которым образуются облака.

Давление. Мы все ежедневно находимся под некоторым давлением – атмосферным. Фактически на уровне моря каждый испытывает давление 1,03 кг/см, что составляет около 200 тонн на человека средних размеров. Конечно, воздействие воздуха одинаково со всех сторон, поэтому мы не замечаем давления, если оно не меняется очень быстро. Мы можем думать о давлении как о мере веса воздуха на нас. Этот вес возникает от действия гравитационных сил притяжения, действующих на воздушные массы. Чем больше высота, тем меньше давление и наоборот.

Температура. Нельзя однозначно сказать, что более холодный воздух имеет меньшую плотность, а более теплый большую. Однако однозначно, что при расширении или сжатии температура воздуха изменяется. Процесс, когда изменяется температура воздуха при расширении или сжатии без отдачи или поглощения тепла извне называется адиабатическим. С увеличением температуры возникают восходящие воздушные потоки. Возле земной поверхности, на освещенных солнцем участках, воздух нагревается. Это не адиабатический процесс, так как тепло поступает извне. Солнечный прогрев – это генератор движения в атмосфере, потому что нагретый воздух, имея меньшую плотность, поднимается от поверхности, а более холодный опускается к поверхности из-за большей плотности. В основном, воздух перетекает из областей более низкой температурой в области более высокой.

Солнечная радиация не нагревает воздух сама по себе, а нагревает землю, которая передает тепло нижним слоям воздуха. Мы измеряем этот прогрев термометром в единицах Цельсия (С) или Фаренгейта (Р). Абсолютная влажность измеряется как количество паров воды в данном объеме воздуха (г/м³). Может изменяться от 1/10000 до 1/40 в зависимости от испарений и температуры. Относительная влажность измеряется в процентах как отношение фактического количества водяных паров в воздухе к максимально возможному при данной температуре. Изменяется от нуля (для теплого, сухого воздуха) до 100% (для насыщенного воздуха).