3.Принципи розподілу атмосфери на шари.

Будова атмосфери.

 Атмосфера це повітряна оболонка Землі розміри якої залежать від висоти поширення повітря. Верхньої чіткої межі немає і вона постійно змінюється, як в просторі, так і в часі.

Вся атмосфера умовно поділяється на шари, які різняться між собою по температурним і іншим умовам. Нижня частина атмосфери, до висоти 10-15 км, де зосереджено 4/5 всієї маси повітря називається – тропосферою. Для неї характерно зменшення температури з висотою в середньому на 0,6^о на кожні 100м висоти. В тропосфері знаходиться майже вся водяна пара атмосфери і виникають майже всі хмари. В ній сильно розвинута турбулентність, особливо поблизу земної поверхні.

Висота до якої простягається тропосфера, в кожному конкретному місці, постійно змінюється. Крім того, висота поширення тропосфери різна, в залежності від географічного положення. В середньому за рік, висота тропосфери над полюсами становить 9 км, в середніх широтах 10 – 12 км, а над екватором 15 – 17 км. Тиск повітря на верхній межі тропосфери в 5 – 8 разів менший ніж у земної поверхні, що підтверджує зосередження основної маси повітря в тропосфері. Процеси , які протікають в тропосфері, мають безпосереднє і вирішальне значення для погоди і клімату у земної поверхні.

Самий нижній шар тропосфери, в декілька метрів, який безпосередньо примикає до земної поверхні, називається приземним шаром. В цьому шарі виявляється більш різка зміна температури на протязі доби, тут температура особливо стрімко падає з висотою.

Шар від земної поверхні до висоти близько 1000 м носить назву – шар тертя. В цьому шарі швидкість вітру послаблена в порівняні з вище розташованими шарами.

Над тропосферою до висоти 50 – 55 км розташовується стратосфера. Для цього шару атмосфери характерний ріст температури з висотою. Нижня частина стратосфери, до висоти 25 км, більш менш ізотермічна, тобто температура постійна, літом близько – 45^ос, а взимку – 65 - 70^ос. Починаючи з висоти 25 км температура швидко росте і досягає +10+30^ос. Внаслідок зростання температури з висотою турбулентність в стратосфері мала. Водяної пари тут дуже мало, хоча інколи на висотах 20-25 км спостерігаються так звані перламутрові хмари. Вони складаються з переохолоджених водяних крапель. Вдень їх не видно, а в ночі мов світяться, так як підсвічуються Сонцем, яке знаходиться за горизонтом.

В стратосфері зосереджена основна маса озону. Максимальний вміст озону спостерігається на висоті 25-30 км. Вище його кількість зменшується і на висоті близько 60 км він практично відсутній. Процес утворення озону з кисню відбувається в шарах від 15 до 60 км при поглинанні киснем ультрафіолетової радіації. Частина двохатомних молекул кисню розкладається на атоми, а атоми приєднуються до молекул, що збереглися, утворюючи молекули озону (О₃). Одночасно відбувається зворотній процес. Загальний об’єм озону незначний. Якби можливо було зібрати весь атмосферний озон під нормальним тиском, він утворив би шар товщиною біля 3 мм (приведена товщина шару озону). Незважаючи на малу кількість озон виконує важливу функцію, а саме застерігає живі організми і людину від згубної дії ультрафіолетової радіації. Він повністю поглинає радіацію Сонця з довжинами хвиль 0,15-0,29 мк (1мікрон = 0,001 мм) і підвищує температуру тих шарів де він знаходиться. Цим пояснюється ріст температури в стратосфері з висотою. Стратосферу ще називають озоносферою.

Над стратосферою, приблизно до 80 км розташована мезосфера. В цьому шарі температура з висотою падає (до-80-85^ос). Внаслідок швидкого падіння температури у мезосфері розвинута турбулентність. На верхній межі мезосфери тиск повітря в 200 разів менше ніж у земної поверхні. Інколи на висотах близько 75км спостерігаються так звані сріблясті хмари, які підсвічуються Сонцем в нічні години. Ці хмари складаються з льодяних кристалів.

Верхня частина атмосфери над мезосферою характеризується високими температурами і носить назву термосфера. В ній виділяють дві частини. Нижня частина, яка поширюється до висот порядку 1000 км називається іоносфера, а над нею розташована зовнішня частина – екзосфера. Повітря в іоносфері дуже розріджене. На висотах 300-750 км його щільність становить 10^-8 – 10^-10 г/м³. Це значно менше щільності у земної поверхні, але значно більше щільності речовини в міжпланетному просторі. Іоносфера, як говорить сама назва, характеризується сильною іонізацією повітря. Частина молекул атмосферних газів несе електричні заряди, які називаються іонами. Іонів тут в багато разів більше ніж у нижчих шарах атмосфери. Ці іони являють собою заряджені атоми кисню, молекули окислу азоту (NO₂) і вільні електрони. В іоносфері спостерігаються полярні сяйва. Температура в іоносфері підвищуються з висотою і на висоті близько 800 км вона досягає +1000^о

В екзосфері внаслідок сильної розрідженості повітря, швидкості частинок газів досить значні. Окремі частинки можуть досягати швидкості достатньої для подолання сили тяжіння Землі і вилітають з атмосфери в світовий простір. Тому екзосферу ще називають сферою розсіювання. Раніше рахували, що екзосфера закінчується на висоті 2000-3000 км. Останні спостереження за допомогою супутників довели, що до висот 20000 км поширюється водень, який є складовою повітря. Таким чином межа атмосфери досягає до 20000 км.