Воздушная одежда Земли

Наш земной шар окутан слоем воздуха толщиной в несколько десятков километров. Воздушную оболочку Земли называют атмосферой (от греческих слов «атмос» – пар, «сфера» – шар).

У всех планет Солнечной системы есть внешние газовые оболочки. И чем больше планета, тем больший слой она имеет. Небольшие космические тела не могут удержать газы вокруг себя. Поэтому, например, на Луне атмосферы нет. Земное притяжение удерживает воздушную оболочку очень сильно, поэтому она вращается вместе с самой Землёй.

Под действием силы земного притяжения более тяжёлые газы должны скапливаться у самой поверхности Земли. А более лёгкие – над ними. Однако этого не происходит, так как молекулы газов неупорядоченно движутся и перемешиваются между собой. Из этого можно сделать вывод, что атмосферный воздух – это смесь различных газов.

Откуда вообще появился воздух на Земле? Огромное количество газов выходило из недр Земли через её трещины. Прежде всего, углекислый газ и ядовитый сернистый газ. Затем атмосфера постепенно обогатилась водяными парами, азотом и другими газами.

Разберёмся как это было.

Древняя атмосфера была очень ядовитой. Лишь некоторые виды бактерий способны жить в подобной атмосфере. Однако за сотни миллионов лет газовый состав воздуха сильно изменился.

Углекислый газ растворялся в воде и превращался в угольную кислоту. Угольная кислота взаимодействовала с другими веществами. Образовывались горные породы, которые слоями оседали на поверхности планеты. Это известняки.

В них-то и можно найти большую часть углекислого газа древней атмосферы. А после появления на Земле первых растений его в воздухе стало ещё меньше. Потому что растения поглощают углекислый газ, выделяя взамен кислород. Водоросли, а затем наземные растения обогатили атмосферу кислородом. Это сделало её пригодной для жизни живых существ.

В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, сажа, споры бактерий). Атмосфера содержит 78 % азота и 21 % кислорода, остальные газы вместе взятые составляют 1 % (аргон, углекислый газ и другие).

В составе атмосферы выделяют несколько слоёв. У самой Земли простирается тропосфера, далее следуют: стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Затем атмосфера плавно переходит в космическое пространство.

Атмосфера чрезвычайно важна для нашей планеты. Она защищает организмы Земли от губительных солнечных и космических лучей (только небольшая часть космических частиц проникает через неё). Без атмосферы невозможна жизнь. Воздух необходим для дыхания живых организмов, в том числе и человека. Важное значение для всего живого на Земле имеет озоновый слой: он поглощает вредные ультрафиолетовые лучи Солнца, которые губительны для всего живого на Земле. Это настоящий щит, оберегающий Землю уже многие тысячи лет. Имеет незначительную мощность и находится на высоте от 15 до 30 км в зависимости от широты местности.

Озоновый слой

Воздушная оболочка ещё предохраняет поверхность Земли от сильного перегрева и переохлаждения. Без неё освещённая сторона Земли нагревалась бы свыше +100 °С. А на неосвещённой стороне Земли температура была бы около -100 °С.

Окутывая планету, как одеяло, атмосфера сохраняет тепло, полученное Землёй от Солнца. Кроме того, она, как щит, защищает Землю от падения твёрдых космических тел. Большинство таких тел сгорает в воздушной оболочке. В ночном небе за ними остаются огненные полосы.

Сжигая топливо, люди изменяют газовый состав атмосферы.

Интересный факт: при сжигании всего 1 тонны угля сгорает столько кислорода, сколько бы хватило 10 человекам для дыхания в течение года.

При этом увеличивается количество углекислого газа в воздухе. Ежегодно в атмосферу выбрасываются миллиарды тонн этого газа.

Чтобы сохранить атмосферу чистой, в странах мира приняты законы о защите воздуха. Подписаны международные соглашения об охране атмосферы. Учёные ищут новые источники энергии, которые бы заменили топливо. Конструкторы работают над созданием автомобилей, не загрязняющих воздух. На трубах теплоэлектростанций устанавливают специальные фильтры для очистки выбросов.

Воздух в атмосфере постоянно перемещается и перемешивается.

Из-за наклона земной орбиты, суточного и годового движения Земли Солнце неравномерно нагревает её поверхность: температура максимальна на экваторе и минимальна на полюсах. Также нельзя не учесть тот факт, что поверхность Земли неоднородна, из-за этого она по-разному удерживает тепло. Море нагревается и остывает медленнее, а суша, наоборот, делает это быстрее.

А что дальше происходит с воздухом? Более тёплый воздух поднимается вверх, где сталкивается с холодным. Это происходит потому, что нагретый воздух становится лёгким – и стремится вверх, а холодный наоборот, тяжелеет, и устремляется вниз. Перемещение воздуха вдоль поверхности Земли называют ветром. С ним мы встречаемся постоянно, хотя и не видим его. Замечаем только по колебаниям веток, листвы, ощущаем своим телом. Ветер может дуть в разных направлениях и с разной скоростью. Чем большую разницу имеют температуры холодного и тёплого потока, тем сильнее обычно дует ветер Средняя скорость ветра у земной поверхности 5-10 метров в секунду. Направление ветра определяется по стороне горизонта, откуда дует ветер. Например, если говорят, что ветер южный, это означает, что он дует с юга на север.

Температура в самом нижнем слое атмосферы с высотой понижается на 0,65 °С каждые 100 метров. Поэтому водяные пары с высотой охлаждаются и превращаются в мельчайшие водяные капельки или кристаллики льда. Из них образуются облака. Все их, конечно, видели. Но знаете ли вы, что облака различаются между собой. Бывают перистые, кучевые и слоистые облака.

Слоистые облака состоят и из капель воды и из ледяных кристаллов. Нижняя граница образования слоистых облаков находится у поверхности земли. Они образуют однородный слой, похожий на туман. Кучевые состоят из капель воды и образуются на высоте от 500 метров. Мощность (т.е. высота облака может достигать 4-6 км). Со слоистыми и кучевыми облаками связано выпадение осадков на поверхность Земли: дождя, снега и града. Перистые облака состоят из ледяных кристаллов и образуются на большой – более 6 км - высоте.

Ещё одно интересное явление, возникающее в атмосфере Земли - гроза. Это атмосферное явление, при котором возникают молнии, сопровождаемые громом. Каждый день на разных материках и водных поверхностях Земли происходит около полутора тысяч гроз, поэтому если смотреть на поверхность Земли из космоса можно наблюдать постоянные вспышки молний, ежесекундно возникающие в самых разных частях земного шара.

Люди с давних времён ведут наблюдения за состоянием атмосферы, чтобы предсказывать погоду. Необходимо это людям различных профессий (лётчикам, морякам, водителям). Да и каждого из нас интересует, какая погода, например, будет завтра. Погода – это состояние атмосферы над конкретной территорией в данные момент времени. Характерные особенности погоды: температура, влажность, облачность, направление и скорость ветра, осадки. Наблюдения за погодой проводятся Всемирной метеорологической организацией, имеющей сложную разветвлённую структуру во всех странах и на всех материках. Данные метеорологических станций поступают в центр обработки, где на их основании составляют карты погоды, или синоптические карты. На основании анализа этих карт составляется краткосрочный прогноз погоды.

Климат – многолетний режим погоды, характерный для данной территории. Определённые типы климата характерны для той или иной местности ввиду её особого географического положения. Например, на северном полуострове Таймыр в России зимы очень долгие и холодные, а на Аравийском полуострове круглый год жарко и очень сухо. Таким образом, для каждой местности характерен свой режим погоды, а значит, свой тип климата.

Для определения особенностей климата используют многолетние данные метеорологических наблюдений. Если климат - это многолетний режим погоды, значит он будет также характеризоваться температурой, влажностью, облачностью, осадками и преобладающими ветрами у поверхности. Климат влияет на состояние водных объектов, животный и растительный мир, здоровье людей. Знания о климате в первую очередь важны для сельского хозяйства конкретной территории. Ведь подбор культур, сроки их выращивания и особенности ухода – всё это зависит от климата.

В динамичной атмосфере часто возникают грозные явления природы – ураганы и смерчи.

Ветер, скорость которого более 30 м/с, называют ураганом. Ураганы всегда образуются в тропических широтах, над океаном. Чем дальше от экватора, тем меньше шансов встретиться с ураганом. Воздух из-за разницы давления и температуры начинает стремительно вращаться, захватывая обширные области. Диаметр таких вращающихся зон достигает от 500 до 1000 км, а скорость вращения по краю доходит до 400 км/ч. Обычно ураганы сопровождаются проливными дождями, приводящими к наводнениям. Всё это приносит большие разрушения и приводит к гибели людей. Наиболее часто ураганы возникают на Филиппинах, в Китае, Японии, в южных районах США, в северной части Австралии.

Смерч – это воронкообразный вихрь, который вращается с бешеной скоростью. Высота смерча может достигать 10 км. Диаметр самой широкой части воронки бывает больше 50 км. Приближаясь со скоростью 50-60 км/ч вихрь издаёт звук, напоминающий грохотание поезда. По пути своего движения он втягивает в себя все предметы – и мелкие, и крупные.

Интересный факт: если смерч попадает в водоём с лягушками, он подхватывает их в небо вместе с водой. Когда ветер стихает, лягушки сыплются с небес на землю. В 2007 году дождь из лягушек прошёл в испанском городке Эль-Ребольедо.

Особенно часто опасные смерчи возникают в США. Там их называют торнадо (от испанского слова «торнадос» – вращающийся). В год в США в среднем бывает до 700 торнадо.