Какая часть воздуха атмосферы содержится в тропосфере

Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + σφαῖρα «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км[1][2].

Благодаря своим свойствам, приповерхностные слои тропосферы высотой до нескольких десятков метров являются основной средой обитания многих живых организмов: растений, животных и человека[3].

Термин «тропосфера», как обозначение нижней части земной атмосферы, возник в 1908 году благодаря французскому метеорологу Леону Тейсерену де Бору[4].

Составляющие элементы[править | править код]

Слой тропосферы, непосредственно прилегающий к земной поверхности, называется пограничным слоем атмосферы. Его толщина варьируется от нескольких сотен метров до двух-трёх километров. Эта часть тропосферы находится под постоянным воздействием условий текущего состояния земной поверхности[5]. Над пограничным слоем атмосферы расположена так называемая свободная атмосфера, на которую термическое и аэродинамическое влияние подстилающего ландшафта обычно пренебрежимо мало. Однако, в экваториальных районах влияние земной поверхности может простираться на всю толщу тропосферы[1].

Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера[6].

Свойства тропосферы[править | править код]

Тропосфера неоднородна в вертикальном направлении вдоль земной поверхности. Ее электрические параметры меняются при изменении метеорологических условий. В тропосфере происходит рефракция радиоволн, поэтому распространение земных радиоволн зависит от состояния тропосферы. Тропосфера обуславливает распространение тропосферных радиоволн, которое связано с рассеянием и отражением радиоволн от неоднородностей тропосферы.

Средняя по планете температура в нижних слоях тропосферы (на поверхности Земли) составляет примерно 15°, а в верхней части тропосферы она снижается до —63°. При подъёме в тропосфере на 100 метров давление воздуха падает примерно на 10 миллибар[4], а температура понижается в среднем на 0,65 градуса. Верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой[1].

В тропосфере сосредоточено более 80 % всей массы всех атмосферных газов, включая практически весь атмосферный водяной пар и большую часть атмосферных примесей. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, благодаря так называемой бароклинной неустойчивости развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат[1].
Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.

В тропосфере часто встречаются так называемые температурные инверсии, которые могут наблюдаться как в приземном слое, так и в свободной атмосфере[2].

Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.

Примечания[править | править код]

↑ 1 2 3 4 Курганский, 2016, с. 433.
↑ 1 2 Хромов, Мамонтова, 1974, Тропосфера, с. 494.
↑ БСЭ, 1977, с. 247.
↑ 1 2 Philander, 2008, Troposphere, p. 983.
↑ Philander, 2008, Troposphere, p. 984.
↑ Хионосфера — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)

Литература[править | править код]

С. П. Хромов, Л. И. Мамонтова. Метеорологический словарь. — 3-e. — Л. : «Гидрометеоиздат», 1974. — УДК 551.5(03)(G).
Тропосфера / М. В. Курганский // Телевизионная башня — Улан-Батор [Электронный ресурс]. — 2016. — С. 433. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 32). — ISBN 978-5-85270-369-9.
Тропосфера // Тихоходки — Ульяново. — М. : Советская энциклопедия, 1977. — С. 247. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 26).
Тропосфера — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
Encyclopedia of Global Warming and Climate Change : [англ.] / S. G. Philander. — Los Angeles, London, New Delhi, Singapore : SAGE, 2008. — P. 983. — ISBN 978-1-4129-5878-3.

Ссылки[править | править код]

Структура атмосферы (в том числе тропосферы) и особенности проявления её элементов.

Источник

Земная атмосфера сформирована несколькими слоями газов, которые окружают Землю из-за эффектов гравитационного поля.

Каждый слой имеет определённый состав газов и все организованы в соответствии с их плотностью. Более плотные газы притягиваются ближе к поверхности Земли, в то время как другие (менее плотные) находятся на более дальнем расстоянии от планеты.

Из-за различных характеристик, которыми обладают газы, слои атмосферы имеют свои особенности и играют определённую роль в своих взаимодействиях с Землёй.

Пять слоёв, которые составляют атмосферу Земли:

Тропосфера;
Стратосфера;
Мезосфера;
Термосфера;
Экзосфера.

Изображение расстояний каждого слоя от Земли

Тропосфера

Тропосфера — это самый плотный слой атмосферы и, следовательно, самый близкий к Земной поверхности. Общая масса атмосферы оценивается в 5х1018 кг, и 75% этого количества находится в тропосфере.

Толщина тропосферы колеблется от 8 км до 14 км, в зависимости от региона Земли. Самые тонкие места (где толщина достигает 8 км) находятся на северном и южном полюсах.

Поскольку это самый нижний слой атмосферы, тропосфера ответственна за жизнь на планете, а также там, где происходят почти все климатические явления. Термин “тропосфера” происходит от греческого “tropos” (означает “изменение”), чтобы отразить динамический характер изменений климата и поведение этого слоя атмосферы.

Область тропосферы, которая ограничивает её конец и начало стратосферы, называется тропопаузой. Тропопауза легко идентифицируется по различным картинам распределения давления и температурам каждого слоя.

Состав тропосферы

По объёму тропосфера состоит из 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона и 0,04% углекислого газа. Воздух также состоит из меняющихся процентных показателей водяного пара, который попадает в тропосферу через явление испарения.

Температура тропосферы

Как и давление, температура в тропосфере также уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что почва поглощает бóльшую часть солнечной энергии и нагревает нижние уровни тропосферы. Принимая во внимание, что испарение выше в более тёплых областях, водяные пары присутствуют чаще на уровне моря и реже на больших высотах.

Что встречается в тропосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в тропосфере:

климат;
осадки, такие как: дождь, снег и град;
газы, такие как: азот, кислород, аргон и углекислый газ;
облака;
птицы.

Стратосфера

Стратосфера является вторым по величине слоём атмосферы, а также вторым, ближайшим к Земной поверхности. По оценкам, он содержит около 15% от общей массы атмосферы Земли.

Толщина стратосферы составляет 35 км от тропопаузы, что означает, что она расположена между тропосферой и мезосферой. Термин “стратосфера” происходит от греческого strato (значит “слой”) для обозначения того факта, что сама стратосфера подразделяется на другие более тонкие слои.

Слои стратосферы образуются из-за отсутствия климатических явлений, которые смешивают воздух. Таким образом, существует чёткое разделение между холодным и тяжёлым воздухом внизу и тёплым, лёгким воздухом сверху. Таким образом, с точки зрения температуры стратосфера работает точно противоположно тропосфере.

Поскольку эта зона более высокой вертикальной стабильности (без перемещений воздуха), пилоты самолётов, как правило, остаются в начале стратосферы, чтобы избежать турбулентности. Именно на этой высоте самолёты и воздушные шары достигают максимальной эффективности.

Некоторые самолёты, особенно реактивные, влетают в стратосферу, чтобы избежать воздухообмен.

Стратосфера также содержит хорошо известный озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца. Без озонового слоя жизнь на Земле, какой мы её знаем, была бы невозможна.

Подобно тропосфере, стратосфера также имеет область, которая ограничивает её конец и показывает начало мезосферы, которая называется стратопауза.

Состав стратосферы

Большинство элементов, найденных на поверхности Земли и в тропосфере, не достигают стратосферы. Вместо этого они обычно:

разлагаются в тропосфере;
могут быть устранены солнечным светом;
могут переноситься на поверхность Земли через дождь или другие осадки.

Из-за инверсии в динамике температуры между тропосферой и стратосферой воздух практически не обменивается между двумя слоями, в результате чего испарения воды существуют в стратосфере только в незначительных количествах. По этой причине в этом слое чрезвычайно редко образование облаков.

Что касается газов, стратосфера образована преимущественно озоном, присутствующим в озоновом слое. Считается, что 90% всего озона в атмосфере находится в этой области. Кроме того, стратосфера содержит элементы, переносимые извержениями вулканов, такие, как оксиды азота, азотная кислота, галогены и т. д.

Температура стратосферы

Температура в стратосфере увеличивается с увеличением высоты, варьируя от -51 ° C в самой низкой точке (тропопауза) до -3 ° C в самой высокой точке (стратопауза).

Что встречается в стратосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в стратосфере:

озоновый слой;
самолёты и метеозонды;
некоторые птицы.

Мезосфера

Мезосфера — это последний атмосферный слой, в котором газы всё ещё смешиваются в воздухе и не организованы их массой. Этот слой считается наукой самым сложным для изучения, поэтому о нём мало подтверждённой информации.

Толщина мезосферы также составляет 35 км от стратопаузы, что означает, что она расположена между стратосферой и термосферой. Термин “мезосфера” происходит от греческого mesos (означает “центр”), так как является третьим среди пяти слоёв Земной атмосферы.

Метеозонды и самолёты не могут достичь так высоко, чтобы достичь мезосферы. В то же время спутники могут вращаться только над ним, таким образом получается, что они не могут должным образом измерять характеристики этого слоя.

Единственный способ изучения мезосферы в наши дни — это использование ракет, которые собирают довольно мало информации в каждой миссии.

Именно в мезосфере происходит сгорание небесных тел, попадающих в Земную атмосферу, что приводит к таким явлениям, как звездопад (метеорные потоки).

Метеорный поток (звёздный дождь) происходит, когда небесное тело входит в Земную атмосферу.
Из-за очень высокой температуры небесное тело начинает гореть и обычно распадается на несколько более мелких фрагментов.

Состав мезосферы

Процентное содержание кислорода, азота и углекислого газа в мезосфере, по существу, такое же, как и в слоях ниже. Испарения воды там реже, чем в стратосфере, что, в свою очередь, переносит часть озона в мезосферу.

В мезосфере также есть материал из метеоров, которые испаряются при попадании в атмосферу. Таким образом, мезосфера также состоит из относительно высокой доли железа и других металлов.

Температура мезосферы

Температура в мезосфере уменьшается с увеличением высоты, варьируя от -3° C в самой низкой точке (стратопауза) до -143° C в самой высокой точке (мезопауза — самая холодная область всей Земной атмосферы).

Что встречается в мезосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в стратосфере:

метеоры в сгорании;
серебристые облака (особый вид облаков, которые светятся ночью).

Термосфера

Термосфера расположена над мезосферой и ниже экзосферы. Толщина этого слоя составляет около 513 км, что намного больше, чем у всех нижних слоёв вместе взятых.

Хотя термосфера считается частью Земной атмосферы, плотность воздуха настолько низкая, что бóльшую часть слоя ошибочно рассматривают как космическое пространство. Эта идея подкрепляется тем фактом, что в слое недостаточно молекул для перемещения звуковых волн.

В термосфере ультрафиолетовое излучение вызывает явления фотоионизации молекул, т. е. образование ионов в результате контакта фотона с атомом. Это явление ответственно за создание ионосферы, расположенной внутри термосферы. Ионосфера играет важную роль в распространении радиоволн в отдалённые районы Земли.

Именно в термосфере спутники вращаются вокруг Международной космической станции (МКС). Кроме того, именно в термосфере происходит северное сияние.

Северное сияние происходит при столкновении солнечных частиц с плотностью Земной атмосферы.

Читайте подробнее про Северное сияние.

Слово “термосфера” происходит от греческого thermos (что значит “тепло”), что отражает тот факт, что температура в этом слое чрезвычайно высока.

Граница между термосферой и экзосферой называется термопаузой.

Состав термосферы

В отличие от слоёв ниже, где смешиваются газы, в термосфере частицы редко сталкиваются, что приводит к равномерному разделению элементов. Кроме этого, большинство молекул в термосфере разрушаются солнечным светом.

Верхние части термосферы состоят из атомарного кислорода, атомарного азота и гелия.

Температура термосферы

Температура в термосфере может варьироваться от 500º C до 2000º C. Это происходит потому, что большая часть солнечного света поглощается в этом слое.

Что встречается в термосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в термосфере:

спутники;
раньше, многоразовый транспортный космический корабль Спейс шаттл;
МКС;
северное сияние;
ионосфера.

Экзосфера

Экзосфера — это самый большой и крайний внешний слой Земной атмосферы. Он простирается на 600 км, пока плавно не перейдёт в межпланетное пространство. Это делает его толщиной в 10.000 км. Самая дальняя граница экзосферы достигает половины пути до Луны.

Термин “экзосфера” происходит от греческого exo (что значит “внешний”), обозначает тот факт, что это последний атмосферный слой перед космическим вакуумом.

Состав экзосферы

Частицы в экзосфере чрезвычайно далеки друг от друга и поэтому не классифицируются как газы, потому что плотность слишком низкая. Одна частица может пройти сотни километров до столкновения с другой. Они также не считаются плазмой, так как электрически они не заряжены.

В нижних областях экзосферы можно найти водород, гелий, углекислый газ и атомарный кислород, которые остаются минимально притянутыми к Земле гравитационным полем.

Температура экзосферы

Из-за того, что экзосфера находится почти в вакууме (из-за отсутствия взаимодействия между молекулами), температура в слое постоянная и холодная.

Что встречается в экзосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в экзосфере:

космический телескоп Хаббл;
спутники.

Атмосферы других планет

В Солнечной системе 8 планет и более 160 спутников. Из них, имеют значимые атмосферы:

Земля;
Венера;
Сатурн;
Марс;
Уран;
Юпитер;
Нептун;
Титан (спутник Сатурна);
Плутон (карликовая планета).

Атмосфера Венеры

Атмосфера Венеры составляет около 96% углекислого газа, а температура поверхности около 464° C. Облака из серной кислоты движутся со скоростью примерно 100 метров в секунду.

Атмосфера Марса

На Марсе есть тонкая атмосфера, состоящая примерно на 95% из углекислого газа, а остальная часть из азота и аргона. Средняя температура приземного воздуха на Марсе -63° C. На Марсе наблюдаются облака как из воды, так и из углекислого газа. Ещё там чётко определены времена года.

Смотрите также, что такое Сингулярность и Космология.

Источник

Самой нижней частью атмосферы Земли является тропосфера, которая составляет около 75 % массы атмосферы и 99 % ее водного пара и аэрозолей. В этом слое атмосферы температура понижается с высотой. Название «тропосфера» происходит от греческого «trоpos», что означает поворот, изменение, сфера. Большинство явлений, происходящих в тропосфере, оказывают огромное влияние на ежедневную погоду на Земле.

В умеренных широтах средняя глубина тропосферы составляет 17 км, в тропических районах – до 20 км, а около полюсов – 7-10 км. Нижняя часть тропосферы является планетарным пограничным слоем глубиной от нескольких сот метров до 2 км, на который очень влияют воздушные потоки Земли, а также очертания ее суши и время суток. В тропосфере при подъёме через каждые 100 м температура уменьшается, в среднем, на 0,65 градуса. Тропосфера Над тропосферой расположена стратосфера, и отделяются они друг от друга тропопаузой – тонким переходным слоем, в котором с увеличением высоты прекращается снижение температуры. Большая часть атмосферного воздуха и значительная часть биосферы находится в тропосфере, в этой зоне образуются все типы облаков, образуются воздушные массы и фронты, формируются циклоны и антициклоны. Именно в тропосфере существует система воздушных течений, или так называемая общая циркуляция атмосферы.

Тропосфера характеризуется постоянно меняющимся горизонтальным разделением на воздушные массы, которые зависят от широты и той поверхности, над которой они образуются. На границах воздушных масс — атмосферных фронтах – формируются циклоны и антициклоны, способствующие перемещению воздушных масс и фронтов, которые вызывают периодические изменения погоды у земной поверхности и в слоях, расположенных выше.

Основная часть водяного пара атмосферы содержится в тропосфере, где сильно развита турбулентность, особенно над земной поверхностью. Содержание водяного пара в тропосфере изменяется при взаимодействии процессов конденсации, испарения и горизонтального переноса. Результатами конденсации водяного пара является образование облаков и выпадение атмосферных осадков в виде дождя, снега и града, следовательно, процессы фазовых переходов воды осуществляются в тропосфере. Давление воздуха у поверхности земли выше, чем на верхней границе тропосферы. Процессы, которые происходят в тропосфере, влияют на погоду и климат у поверхности Земли. Тропосфера Нижний слой тропосферы называется приземным, он содержит много пыли и летучих микроорганизмов. В этом слое суточная температура и влажность воздуха хорошо выражены, скорость ветра возрастает с поднятием на высоту. От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра увеличивается примерно в 3 раза. В приземном слое атмосферы наблюдается слабый ветер, повышенная влажность, вертикальное распределение температуры. Эта зона является средой обитания человека, животных и растений.

Вертикальное распределение температуры наблюдается, благодаря особенностям поглощения земного и солнечного излучений в тропосфере и конвективной передачи тепла. Водяной пар является основным поглотителем излучения в атмосфере, содержание его с высотой уменьшается, температура воздуха также уменьшается. Нагретый воздух от земли перемещается в атмосферу, возникает конвекция, которая и меняет вертикальное распределение температуры. Солнечные лучи, проходя через тропосферу, нагревают землю, которая отдает тепло назад в атмосферу, где оно накапливается. Этот процесс называется парниковый эффект. Следовательно, Земля является источником тепла для атмосферы.

Состав и строение

На состав и строение тропосферы влияет выход газов из разломов земной коры и существование жизни на Земле. Приземный слой, слой обитания живых организмов, состоит из двух важных газообразных компонента: азота (N2) и кислород (О2) – соответственно 78 и 21% объема воздушной оболочки Земли. Первостепенную роль для живых организмов играют вода, кислород и углекислый газ. Круговорот азота в природе играет значимую роль в питании растений. В процессе фотосинтеза растения образуется кислород, который используется при дыхании микро- и макроорганизмов, и выделяется углекислый газ. Водяной пар является необходимым компонентом жизни на Земле и способствует поддержанию температуры на ее поверхности. Он, в основном, поступает в атмосферу при испарении воды с океанической поверхности.

Похожие материалы:

Источник