Внешние оболочки Земли. Атмосфера.

 

 

Атмосфера по объему во много раз превышает остальную часть планеты, хотя ее масса составляет всего около 0,000 001 массы Земли. Верхней границей атмосферы принято условно считать уровень, на котором сила земного притяжения компенсируется центробежной силой вращения планеты. На этом уровне связь атмосферы с Землей теряется. Расчеты показывают, что этот уровень представлен эллипсоидальной поверхностью, отстоящей от экватора на 42, а от полюсов на 28 тыс. км. Однако почти вся масса атмосферы (более 99%) сосредоточена в ее нижних слоях — тропосфере и стратосфере (см. ниже).

Средний состав атмосферы по массе на уровне моря представлен молекулярным азотом (78,09%), молекулярным кислородом (20,95%), аргоном (0,93%) и двуокисью углерода (0,03%). Кроме того, в атмосфере содержится пыль и в ничтожных количествах присутствуют водород, неон, гелий, криптон, ксенон, радон, закись азота, йод, водяной пар, озон, метан и др. Некоторые из этих веществ интересны не только теоретически (для изучения истории развития атмосферы), но и практически: например, гелий частично добывается из воздуха. Содержание водяного пара в воздухе зависит от температуры: так, при температуре +30° С в 1 м3 воздуха может содержаться до 30 г пара, при температуре +10° С — до 8 г, а при —30° — всего до 0,3 г. Так как в нижнем слое воздуха температура понижается с высотой, количество водяного пара при удалении от поверхности Земли быстро убывает. Как только количество водяного пара в воздухе достигает максимума, он при дальнейшем охлаждении начинает конденсироваться около ядер конденсации (пылинок, дыма, микроорганизмов и пр.) и образует облака разных типов и туманы. Конденсация пара, необходимая для образования облаков, обычно вызывается охлаждением воздуха при его подъеме к верхним горизонтам атмосферы.

Мельчайшие водяные капельки не замерзают даже при температуре минус 10—15° С, а иногда и ниже, однако при температуре минус 40° С замерзают не только все капли, но и водяной пар превращается в ледяные кристаллы, минуя фазу воды (этот процесс называется сублимацией водяного пара). Замерзшие капельки превращаются в центры роста снежинок. В смешанных облаках, состоящих из капель воды и льда, упругость пара над льдом меньше, чем над водой. Поэтому пар перегоняется с капелек на кристаллы льда, что приводит к их росту и выпадению снега. Снежинки могут увеличиваться в размерах вследствие намерзания на них переохлажденных облачных капелек. При частых столкновениях капель воды с кристаллами льда образуется град.

В атмосфере всегда содержится пыль, поступающая с поверхности Земли и из космоса и состоящая из мельчайших твердых и жидких частиц. Больше всего загрязнены нижние слои воздуха: даже после дождя в 1 см3 воздуха содержится около 30 тыс. пылинок, а в сухую погоду их число увеличивается в 4—5 раз. В верхние слои атмосферы пыль попадает из межпланетного пространства; зоны пыли были обнаружены с космических кораблей и искусственных спутников на высоте 100—150 км (X. П. Погосян, Э. Л. Туркетти, 1970 г.). На состав атмосферы до высоты 30 км влияет погода, биохимические процессы и взаимодействие воздуха с материками и океанами. До высоты 90 км (до гомопаузы, см. ниже) атмосфера однородна. Средняя молярная масса ее здесь незначительно отличается от ее величины на поверхности Земли и составляет 28,97 г/моль.

Атмосферное давление на уровне моря соответствует весу столба ртути высотой 760 мм, или 1033 кгс/см2= 1 кгс/см2. С высотой давление понижается, и тем быстрее, чем выше температура. Эта зависимость выражается формулой:

Р = Рое

где р и р0 — атмосферное давление на высотах Z и Zo; е — основание натуральных логарифмов; g—ускорение свободного падения; R — газовая постоянная; Т — средняя температура воздуха между высотами Z и Z0.

Эта формула применяется при барометрическом нивелировании для вычисления разности высот.

Концентрация атмосферных газов по мере удаления от Земли непрерывно снижается: растет разреженность воздуха и падает атмосферное давление. Если на поверхности Земли оно равно 760 мм. рт. ст., то на высоте 100 км — всего около 0,0001 мм. рт. ст.

Структура атмосферы при данных массе и химическом составе зависит от распределения в ней температуры. Масса атмосферы определяется взаимодействием ее с океаном и сушей и интенсивностью обмена с межпланетным пространством. Температура обусловлена количеством и способом накопления и потери энергии. В атмосферу тепло поставляется солнечным излучением как непосредственно от Солнца, так и от поверхности Земли. Энергия теряется через излучение атмосферы. Схема строения атмосферы представлена на рис. 7.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>