Атмосфера Земли: строение и свойства¶

Атмосфера Земли — газовая оболочка, удерживаемая гравитацией планеты и вращающаяся вместе с ней. Верхняя граница выражена нечётко и условно проводится на высоте 100—130 км (линия Кармана) либо выше, вплоть до экзосферы. Атмосфера состоит преимущественно из азота и кислорода, имеет слоистое строение и играет ключевую роль в поддержании жизни, климате и защите от солнечного излучения.

¶Состав

У поверхности воздух содержит (по объёму):

Остальное — неон, гелий, метан, криптон, водород, озон и переменные примеси: водяной пар (от 0,1 до 4 %), пыль, аэрозоли. С высотой доля лёгких газов растёт.

¶Строение

Атмосферу делят на слои по характеру изменения температуры.

¶Тропосфера

Простирается от поверхности до 8—10 км у полюсов и 16—18 км у экватора. Здесь сосредоточено около 80 % массы воздуха и почти весь водяной пар. Температура падает примерно на 6,5 °C на километр. Происходят погодные явления: облака, осадки, ветры. Переходный слой — тропопауза.

¶Стратосфера

От тропопаузы до 50—55 км. Температура растёт с высотой из-за поглощения ультрафиолета озоном. На высоте 20—30 км расположен озоновый слой, защищающий биосферу от жёсткого УФ-излучения. Верхняя граница — стратопауза.

¶Мезосфера

До 80—90 км. Температура вновь снижается, достигая минимума около −90 °C у мезопаузы — самой холодной части атмосферы. Здесь сгорают метеорные тела.

¶Термосфера

До 500—800 км. Температура растёт до 1500 °C и выше, но из-за крайней разрежённости воздуха понятие температуры условно. Здесь находится ионосфера — область ионизированного газа, отражающая радиоволны и вызывающая полярные сияния.

¶Экзосфера

Внешняя, сильно разрежённая часть, где частицы почти не сталкиваются и могут покидать атмосферу. Простирается на тысячи километров.

¶Свойства

• Масса — около 5,15·10¹⁸ кг, примерно миллионная доля массы Земли.
• Давление — на уровне моря в среднем 101 325 Па (1 атмосфера); с высотой убывает примерно вдвое каждые 5,5 км.
• Плотность — у поверхности около 1,2 кг/м³, быстро уменьшается с высотой.
• Температура — меняется по слоям немонотонно (см. выше).
• Подвижность — воздух постоянно перемещается, образуя ветры, циклоны и антициклоны.

¶Значение

Атмосфера обеспечивает дыхание живых организмов, участвует в круговороте воды и углерода, переносит тепло и влагу, формирует климат. Озоновый слой и магнитосфера ослабляют солнечную радиацию и поток заряженных частиц. Атмосфера защищает поверхность от метеоритов, сгорающих при входе, и создаёт парниковый эффект, поддерживающий среднюю температуру около +15 °C.

¶Изменения и воздействие

Состав атмосферы менялся на протяжении геологической истории: около 2,4 млрд лет назад в результате фотосинтеза произошло накопление кислорода. В современную эпоху рост концентрации парниковых газов, прежде всего CO₂ и метана, усиливает парниковый эффект и вызывает глобальное потепление. К другим проблемам относят загрязнение воздуха, кислотные осадки и истощение озонового слоя.