Что такое атмосфера и зачем она нужна человеку

Земля – единственная на данный момент планета, на которой есть жизнь. Сохранность всех живущих организмов обеспечивает такая тонкая, невидимая человеческому глазу воздушная прослойка – атмосфера.

Что такое атмосфера

Вокруг нашей планеты есть газовая оболочка с уникальным химическим составом. Это атмосфера. Она удерживается на месте (вокруг звездного тела) за счет силы тяжести вместе со своим «подопечным».

Также стоит отметить, что атмосфера – это своеобразный щит для всех живых организмов. Так как она защищает от вредоносного космического излучения, распределяет свет главного светила Вселенной более – менее равномерно по поверхности.

Атмосфера Земли в астрономии

Как ранее говорилось, атмосфера – защита Земли от космоса. И даже с учетом того, что она располагается на много тысяч километров от поверхности, – ее слои, химический состав в каждом из них помогает стабилизировать жизненные процессы на планете. Именно она принимает на себя «удары» из космического пространства, которые мы можем даже не видеть! Например, в ее слоях сгорают мелкие метеориты или теряется основная масса этих «космических пришельцев», что приводит к меньшим повреждениям при падении «звездного камня».

Так же стоит отметить, что кроме указанной роли щита, «газовая прослойка» — уникальный природный фильтр, которого больше нет ни на одной известной планете! «Фильтр» нейтрализует радиоактивное излучение со стороны Солнца, которое может уничтожить все живое в течение нескольких минут (по другим сведениям – секунд).

Важнейшее значение атмосферы в астрономии это то, что атмосфера поддерживает оптимальную температуру на планете. Другими словами – делает ее пригодной для жизни. Да, есть места, где этот параметр оспорим, так как температура значительно превышает нормы для комфортного существования. Но таких «мертвых зон» все – таки не так много. Основная часть заселена, активно используется в жизнедеятельности человека или иных организмов.

Дополнительно стоит отметить, что уравновешивание влажности и зноя приводит к разнообразию климатических зон (планета освещается неравномерно, что приводит к разному распределению температур), ландшафтных форм (пустынь, ледников, степей, густых лесов и так далее), минералов, форм жизни. Такого разнообразия, представленного на нашем «звездном объекте», пока ученые нигде больше не встретили. Но точно можно сказать, что в пределах видимой Вселенной похвастаться таким разнообразием может только Земля.

Структура и состав земной атмосферы

Ошибочно считать, что атмосфера – это просто единая воздушная прослойка, отделяющая Землю от космоса. На самом деле строение атмосферы состоит из нескольких слоев (термосферу, тропосферу, мезосферу, стратосферу, экзосферу).

 

И чтобы указанный «слоеный пирог» сформировался, потребовались многие миллионы лет. Нижняя граница атмосферы начинается примерно в 1 тысяче километров от поверхности планеты.

Масса составляет – 5,158 т. Толщина атмосферы считается небольшой, так как весь «щит» сосредотачивается в крайней близости от планеты. Но стоит отметить, что чем выше подниматься, тем быстрее рассеиваются составляющие.

Состав атмосферы Земли богат и разнообразен. В него входят газы (кислород, азот, аргон, метан, неон, гелий и так далее) и примеси. Отдельно стоит сказать про примеси. К ним астрономы относят:

• Продукты горения. Это касается и жизнедеятельности человека (производство, костры), и попавших в атмосферу мелких космических тел. Некоторые остатки не опадают на поверхность, а остаются в слоях атмосферы, что влияет на состав в лучшую или в худшую сторону, в зависимости от химической реакции с другими компонентами.
• Морские соли, попадающие в атмосферу вместе с другими испарениями или водным паром.
• Пыли. Также, как и продукты горения, могут попасть в «слоеный пирог» с поверхности планеты и из космоса. Например, когда рядом с планетой пролетает комета или астероид.

Отдельно стоит отметить вулканическую пыль в те периоды, когда активность вулканов достигает пика. Или «просыпаются» крупные вулканы, которые могут одним выбросом вулканического пепла устроить небольшую климатическую катастрофу в отдельно взятой стране или регионе. Именно такая пыль наиболее опасна, так как может перекрыть кислород, увеличить углекислый газ в конкретной точке.

• Капли воды.
• Водяной пар.
• Кристаллы льда.

Указанные примеси, хоть и в небольшом количестве представлены в атмосфере, но любое незначительное «нарушение равновесия» в виде химического состава того или иного компонента может вызвать необратимую химическую реакцию в слоях атмосферы. В результате может быть или увеличение количества вредоносных для человека газов, или защитные свойства атмосферы еще больше окрепнут.

Химический состав атмосферы

Как ранее говорилось, в состав «воздушного щита» входят различные газы. Сразу стоит сказать, что общая масса остается неизменной.

Газовая оболочка Земли, или химический состав «щита»:

• Азот – 78,1%
• Кислород – 20,95%
• Водяной пар. Его часть варьируется от 1% до 5% в зависимости от высоты. Чем выше, тем меньше его в слоях.
• Озон. Его количество тоже меняется от 0 до 0,02%. В основном его количество увеличивается в грозу, осенью во время дождей.
• Углекислый газ – 0,03%. Один из самых спорных газов в последнее время. С одной стороны – он пропускает солнечный свет на поверхность планеты, не давая при этом выхода наружу тепла. То есть, он помогает сохранить на планете жизнь, приемлемую температуру. Но вместе с этим, увеличение углекислого газа приводит к таким нежелательным последствиям, как «парниковый эффект». То есть, резкое повышение температуры (всем живым организмам будет трудно выживать), недостаток воды, практически повсеместная засуха, уничтожение всех растений, которые не смогут приспособиться к изменению температуры.

Отдельно стоит отметить, что указанная цифра углекислого газа тоже не постоянна. Около деревень, небольших научных станций, лесов  — его меньше всего. А вот в больших городах, особенно, где есть крупные промышленные предприятия любого направления – указанного химического вещества намного больше. При переезде из города в деревню современный человек может физически ощутить эту разницу, даже без проведения специального анализа воздуха.

Газовый состав атмосферы в деревне:

• Аргон – 0,94%
• Диоксид углерода – 0,05%
• Неон – 0,0019%
• Гелий – 0,0006%
• Метан – 0,0002%

Также есть и другие составляющие, но их в составе еще меньше, чем даже метана.

Деятельность человека, продукты горения космических объектов – все это постепенно оказывает влияние на некоторые компоненты в слоях атмосферы (углекислый газ, озон). Эффект проявляется не сразу, мгновенно. Он накапливается, давая возможность вовремя предпринять действия по нейтрализации негативных последствий и приспособиться к новой реальности. Но если «перегнуть палку», то рано или поздно произойдут кардинальные изменения, которые заставят человечество заново вспомнить, как бороться за свою жизнь.

Отдельно стоит сказать, что «воздушный щит» работает не только на внешнюю сторону (космос), оберегая от угроз с той стороны, но и охраняя звездное пространство. То есть, защищая космические просторы от длинноволнового излучения со стороны самой Земли!

Газы, что ранее были указаны в качестве составляющих частей, поглощают указанный тип излучения, не давая ему «вырваться». Во – первых, это помогает сохранить тепло на самой планете. Эту «работу выполняет углекислый газ, как ранее было это сказано. Поэтому человечество может пока не опасаться нового ледникового периода. А существующие отрицательные температуры можно нивелировать при помощи одежды, питания и теплого помещения. Во – вторых, регулируется излучение планеты в космосе, что позволяет астрономам спокойно проводить все исследования.

Слои атмосферы в порядке возрастания

Как ранее говорилось – атмосфера не однородный единый воздушный слой. Он делится на пять частей. Каждый из них имеет весьма условную границу, так как они плавно перетекают один в другой.

Тропосфера

Первый, самый нижний слой атмосферы. Именно он «принимает» на себя все «удары» с поверхности планеты: выхлопы машин, вредные выделения при горении отходов, выбросы предприятий, последствия изготовления или применения взрывчатых веществ и так далее.

Толщина  нижнего слоя варьируется в зависимости от точки измерения от 7 до 19 км. Самый тонкий участок располагается на обоих полюсах. Самый толстый – на экваторе.

Важно отметить: в состав тропосферы дополнительно входит еще один небольшой слой – хионосфера. Он отвечает за образование, поддерживание существования ледников на планете.

Но стоит отметить, что тропосфера – этот тот слой атмосферы, который позволяет существовать жизни на планете. Это возможно благодаря составу: в ней содержится большое количество водяного пара, кислорода, углекислого газа. Все это позволяет осуществлять следующие действия:

• Возникновение различных погодных явлений: от дождя до урагана.
• Движение воздушных масс (ветров) в различных направлениях.
• Поддержка оптимального температурного режима без резких колебаний, в ходе которых все живое могло бы быть просто уничтожено.
• Поддержание жизни всех живых существ.
• При нарушении «химического равновесия» по средством увеличения выделения углекислого газа в атмосферу, именно тропосфера послужит своеобразным «куполом», который является основой для парникового эффекта.

Интересный момент: именно указанный слой – самый неудобный для астрономов, так как природные явления сильно мешают наблюдению за космическими объектами с земной поверхности.

Стратосфера

Второй слой «воздушного щита». Считается более однородным в отличие от первого. Располагается в 10 – 51 км, между тропосферой и третьим слоем – мезосферой.

Важно: именно в стратосфере располагается знаменитый озоновый слой. Возникновение этой «прослойки» связано с фотохимическими процессами, возникающих на высоте. Она активно поглощает ультрафиолетовое излучение со стороны Солнца. Это способствует тому, что все живые организмы могут проживать без риска получить смертельную дозу солнечной радиации.

Мезосфера

О ней данных не так много, так как все существующие на данный момент приборы могут летать или в нижних слоях, или в верхних. Поэтому этот промежуток остается наименее изученным.

Важно отметить: даже использование специальных приборов на ракетах – не помогают разрешить ситуацию. Так как такие полеты, во – первых, редки. Во — вторых, кратковременны. В – третьих, сама ракета во время полета выделяет массу вредных веществ, которые нарушают чистоту сбора образцов.

Но можно выделить несколько фактов:

• Мезосфера составляет всего 1% от общей массы всей атмосферы.
• На ее «территории» лучше всего видно попадающие во владения «воздушного щита» метеориты. При помощи мощных приборов даже можно отследить процесс сгорания. Без них видно только общий путь горящей «звезды».
• Химический состав постоянен. В нем есть только два элемента: кислород и азот в соотношении 20% и 80%.

Термосфера

Предпоследний слой «воздушного щита». Второе его название – ионосфера.

Она – второй важный «фильтр», помогающий защитить все живое от ультрафиолетового излучения главного светила нашей Вселенной. При сильной активности горячей звезды, в термосфере наблюдается повышение температуры и увеличение ее в размерах (расширении границ). Это помогает «мобилизовать» больше сил, чтобы выполнить защитные функции.

Также на указанном участке можно наблюдать следующие природные явления:

• Сильную ионизацию.
• Образование атомарного кислорода. То есть, появление одиночных свободных атомов кислорода, которые через небольшое количество времени опять соединяются друг с другом.
• Низкую плотность воздуха.
• Высокую температуру в период солнечной активности.

Экзосфера

Самый верхний слой атмосферы, плавно переходящий в космос. Даже астрономы не могут четко сказать, где именно заканчивается этот слой.  Но стоит отметить, что на него сильно влияет гравитация нашей планеты, что приводит к образованию самой толстой «прослойки».  Высота атмосферы данного слоя достигает около 190000 км.

В этом слое астрономы выделяют важные особенности:

• Самостоятельный температурный режим. На него минимально воздействует космическая среда. Только у «внешних границ» можно ощутить разницу температур.
• Высокая разреженность воздуха, низкое давление (0 бар)
• Даже самые легкие частицы здесь легко достигают второй космической скорости.

Все это делает пятый слой «воздушного щита» самой оптимальной средой для размещения спутников, малых космических станций, а в перспективе – небольших носителей с космическим оружием.

Атмосферное давление

«Атмосферное давление» — такое словосочетание часто можно услышать при изучении погоды или климата. Но мало кто обращает на него внимание. Так как ошибочно считается, что этот параметр необходимо учитывать или тем, кто работает на высоте (например, спасатели в горах), или метеозависимым людям.

Если брать с научной точки зрения, то атмосферное давление – это своеобразная сила воздуха, оказывающая воздействие на единицу площади. Она очень переменчива из-за погодных явлений (дождя, снега, сильного ветра), температуры (например, после внезапной жары стало резко холодно), высоты, широты, степени облачности на небе.

Виды облачности

Метеорологам известно около 100 видов облаков. Но, все они «собираются» в небольшие группы. Вот некоторые из них:

• Кучевые облака – самые распространенные. Они не приносят никаких осадков, так же минимально влияют на изменение давления.
• Слоистые облака – по внешнему виду напоминают серый плотный туман. Их чаще всего можно наблюдать в пасмурные дни, когда в любой момент может начаться дождь.
• Высококучевые облака – предвестники скорого наступления похолодания. Если же они появляются в компании других типов облаков, то стоит ждать шторма или сильных осадков.
• Кучево – дождевые облака – единственный тип облаков, располагающийся на всех трех уровнях, в отличии от выше написанных. Такой тип – верный признак того, что скоро пойдет дождь или грянет гроза.

Облака большого вертикального развития

Это тип облаков, которые распространяются от нижнего слоя до верхнего, где царствует сильный ветер. Также их второе название – кучево – дождевые облака. Как ранее говорилось, это верные предвестники непогоды, сильно влияющие на изменение атмосферного давления. Так как заставляют атмосферу оказывать большее давление на поверхность.

Облака нижнего яруса

К этой группе метеорологи относят все типы облаков, которые возникают на расстоянии от 25 м до 2,5 км. Среди них: слоисто – дождевые, слоистые, слоисто – кучевые и так далее.

Облака среднего яруса

Они формируются на расстоянии от 2, 5 км до 7 км. При этом стоит отметить, что на их высоту сильно влияет климатическая зона. Например, в холодных и умеренных регионах облака данной группы будут формироваться в указанных показателях. Но в экваториальных широтах высота увеличивается с 7 до 8 – 9 км.

Состав таких облаков – смешанный: водяные капли, мелкие кристаллы льда. Так же стоит внимательно смотреть на регион и погоду. Так как если тепло, то больший процент в облаке будут занимать водяные капли, а если холодно, то ледяные кристаллы.

Представителями этой группы можно назвать кучевые и слоистые облака.

Облака верхнего яруса все они белого цвета днем почти не дают тени

Образуются на самом верхнем уровне. Среди них можно выделить:

• Перистые облака – тонкие отдельные объекты с волокнистой структурой.
• Перисто – кучевые облака – также не дают тени, спокойно пропускают свет. По виду состоят как бы из отдельных шариков или хлопьев.
• Перисто – слоистые облака – тонкий слой, через который можно спокойно рассмотреть все небесные объекты: Солнце, Луну, яркие звезды. Важно: если звезды обладают слабым светом, то их через облака разглядеть будет проблематично.

Оптические, акустические и электрические явления в атмосфере

Оптические явления в атмосфере стали настолько привычными, что мало кто задумывается о месте или природе их появления. Например, радуга возникает из-за содержания в воздухе большого количества воды и проходящих через них солнечных лучей.

А вот мираж получается строго наоборот – воздух должен быть не просто сухой, а сильно раскаленный. В таком случае из-за колебаний воздуха, света и практически полного отсутствия воды возникает мираж.

Отдельный оптический феномен – сумерки, при которых меняется атмосферное давление, температура воздуха и частично даже состав в нижних слоях «воздушного щита»! Они служат отличным временем для того, чтобы ученые проводили исследования в верхних слоях атмосферы при помощи электромагнитного излучения.

Акустические явления больше связаны с научными исследованиями, которые проводятся при помощи взрывов специальных ракет в верхних слоях атмосферы. Таким образом, ученые получают данные о распределении температуры, движении и силе ветров.

Электрические явления в атмосфере чаще всего мы видим в виде гроз разной силы. Такое явление получается из-за того, что сама планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера и магнитосфера – практически полностью разряжены. Таким образом, образовалась естественным путем электрическая цепь, которая проявляется в грозовой период или при формировании некоторых видов тяжелых облаков, способных нести электрический заряд.

Влияние человека на атмосферу

По этому вопросу за последние 50 – 60 лет написано большое количество статей (учеными или просто любителями природы), книг; создано огромное количество фондов в поддержку или для восстановления природы, создаются проекты законов, которые могли бы помочь сохранить окружающую среду и так далее.

Из всего количества можно выделить следующие моменты, согласно которым человек оказывает не самое лучшее воздействие на состояние атмосферы:

• Резкое увеличение производственных мощностей. Это касается строительства новых заводов, их запуска и выпуска продукции, добычи полезных ископаемых в качестве сырья для изготовления продукции.
• Вырубка лесов, большое количество сухих и больных деревьев, которые становятся «топливом» для распространения природных или искусственных (созданных самим человеком) пожаров.
• Принудительное осушение болот, небольших прудов, рек и озер.
• Увеличение количества машин на дорогах, что приводит к увеличению выхлопных газов.
• «Гибель» водных источников (ключей, ручьев) из-за неправильной технологии строительства домов. Это в итоге дополнительно приводит к обмелению, а затем полному осушению какого – либо водоема!
• Гибель растений из-за вредных выбросов, нехватки воды или принудительного уничтожения из-за строительства дорог (домов, стоянок для машин).

Это небольшое количество поступков человека, которые постепенно приводят к уничтожению озонового слоя, увеличению количества углекислого газа в атмосфере. Другими словами – сам человек, вместо ликвидации негативных последствий, создает себе гигантскую теплицу с необратимым эффектом.