Земна атмосфера

 

   Атмосферата на Земята е нейната газова обвивка, която е свързана с планетата чрез силата на тежестта и взема участие в денонощните и годишните й движения. Долната й граница се определя сравнително ясно от мястото на допир със земната повърхност. По-трудно се прокарва горната граница на атмосферата, поради факта, че въздухът се свива, изменя обема си. Във височина плътността му намалява. Чрез измервания от космоса се установява, че макар и в много разредено състояние, атмосферата достига до около 20 000 км височина.

Състав и  физични свойства на атмосферния въздух

Съставът на газовата обвивка на всяко небесно тяло може да се мени съществено в зависимост от температурата, големината и масата на тялото.

Състав на земната атмосфера

 

Газ

Химична формула

Концентрация

Постоянни съставки

Азот

(N2)

78.08 %

Кислород

(O2)

20.95 %

Аргон

(Ar)

0.93 %

Неон

(Ne)

0,001818 %

Хелий

(He)

0,000524 %

Криптон

(Kr)

0,000114 %

Ксенон

(Xe)

0,000009 %

Водород

(H2)

0,000055 %

Метан

(CH4)

0,000179 %

Азотен оксид

(N2O)

0,000002 %

Променливи съставки

Водна пара

(H2O)

0-4 %

Въглероден диоксид

(CO2)

0,039445 %

Озон

(O3)

0 - 0,000007 %

Серен диоксид

(SO2)

0,00003 %

Азотен диоксид

(NO2)

0,000002 %

       

 

    Главни компоненти на атмосферния въздух, които оказват съществено влияние върху физичните и химичните процеси в атмосферата и въздействат върху живите организми са азотът, кислородът, въглеродния диоксид и водната пара.

   Азотът е химически най-слабо активния газ в атмосферата. Той има най-голяма маса в сравнение с другите газове и определя плътността на атмосферния въздух и на атмосферното налягане на различни височини. По този начин азотът оказва косвено, но достатъчно съществено влияние върху едромащабните движения на въздуха.  Кислородът е химически много активен. Той и съединенията му изграждат хидросферата, голяма част от литосферата и атмосферата. Освен кислород в атмосферата в незначителни количества се съдържа и озон, който се образува в слоя от 10 до 50 км височина (с максимална концентрация 20-25 км)под въздействието на ултравиолетовата радиация върху молекулите на кислорода. Максимумът в съдържанието на озон е през пролетта, а минимумът през есента. За живите организми озонът е от съществено значение. През последните години озоновия слой изстънява. Учените свързват “озоновата дупка”с разрушителното действие на съединенията на хлора, азота и водорода. Въпреки малкото си количество, въглеродният диоксид оказва силно въздействие върху климата. Той е прозрачен за по-голямата част от слънчевата радиация, но поглъща радиацията, която затоплената земна повърхнина излъчва по посока на космическото пространство. Така въглеродния диоксид съдейства активно за създаването на парниковия ефект, вследствие на който се повишава температурата на въздуха в близост до земната повърхност. Благородните газове (аргон, неон, хелий, криптон и ксенон)са почти химически неактивни в земната атмосфера. Освен съставките на сухия въздух в атмосферата има и водна пара, чието съдържание във влажен въздух при земната повърхнина е средно 0.2 % в полярните ширини и 2.5 % в екваториалните ширини, с крайни отклонения от 0 до 4 %. От възникналите водни капчици или ледени кристали се образуват облаци или мъгли. При определени условия от някои облаци падат валежи, а други облаци се изпаряват. Наред с изброените газови съставки в атмосферата са пръснати твърди и течни частици (аерозоли). Заедно с тези примеси земната атмосфера може да се разглежда като колоиден разтвор. Голяма част от аерозолите попадат във въздуха в следствие дейността на човека, която води до силно замърсяване на атмосферата. От промишлените предприятия се изхвърлят значителни количества каменовъглени смоли, органични киселини, въглеводороди и др. Аерозолите оказват силно влияние върху потоците на късовълновата и дълговълновата радиация преминаващи през земната атмосфера и върху протичането на процесите кондензация и сублимация.

    Установено е, че докъм 90-100 км височина процентното съдържание на основните газове на земната атмосфера не се мени (това дава основание тази част да се нарича хомосфера). На около 200 км височина преобладава атомен кислород. На по-голяма височина азотът е частично дислоциран, Над 1000 км преобладават атомния водород и хелия.

Вертикален строеж на атмосферата

В атмосферата се очертават няколко концентрични слоя, които се различават по температурните си условия и по някои други характеристики. Тези слоеве са тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера с йоносфера и екзосфера.

     Най-ниската част от атмосферата, в която е съсредоточена 4/5от цялата й маса, се нарича тропосфера. В нея главно се формират времето и климатът. В тропосферата се съдържа почти цялата водна пара. Височината й се мени от 17-18 км над екватора, 10-12 км над умерените ширини до около 9 км над полярните области. Границата търпи и сезонни изменения- през зимата се снижава, а през лятото се повишава. Тя се отличава и с това, че температурата се повишава средно с 0.6˚С/100 м. При състояние наречено инверсия е възможно в по-високите слоеве температурата да се повишава. Средната годишна температура на въздуха при земята е около 26˚С за екваториалните области и около -23˚С за Северния полюс. Над горната граница на тропосферата над екватора температурата е около -70˚, над умерените ширини -50˚, -60˚, на Северния полюс през зимата е около -65˚С, а през лятото е около -45˚С. Атмосферното налягане е от 5 до 8 пъти по-малко отколкото при земната повърхност.

     Тънък слой с дебелина 1-2 км разделя тропосферата от следващия атмосферен слой-стратосферата.  Разделителния слой се нарича тропопауза и се отличава с това, че температурата на въздуха не се променя във височина (изотермия). Стратосферата се простира до 50-60 км височина. Понякога на 20-25 км се образуват тънки прозрачни облаци, наречени седефени. В стратосферата е съсредоточен озоновия слой. Температурата на 50 км височина е 10-30˚С.

      Над стратосферата, до около 80 км височина, се простира мезосферата. В нея температурата отново започва да се понижава и на горната й граница (мезопаузата)е -70, -80˚ С. Скоростта на вятъра достига 150 m/s. В мезопаузата се наблюдават най-високите облаци в атмосферата, наречени сребристи. От земната повърхност до горния край на мезосферата се съдържа повече от 99.5 % от общатна маса на атмосферата.

     Над мезосферата следва слой с много високи температури, който се нарича термосфера. Към 800 км височина температурата му достига около 1000 К. Ултравиолетовата радиация на Слънцето предизвиква дисоциация на молекулите на кислорода и другите газове. Онази част от термосферата, където се съдържа значително количество свободни електрони, се нарича йоносфера.

     За разлика от йоносферата слоят от атмосферата до към 60 км височина се състои предимно от електрически неутрални молекули или атоми, поради което се нарича неутросфера.

      Най-голяма концентрация от свободни електрони има в слоя около 120 км височина и в слоя около 300 км височина.

      Над 800-1000 км се простира екзосферата. В слоя се предполагат температури до 2000 К. Въздухът е извънредно разреден, а скоростта на движение на отделните му частици е голяма. Някои от тях могат да продолеят земната гравитация и да се разсеят в космоса. Оттам екзосферата е позната още и като сфера на дисипация. Разсейват се главно водородните атоми. Водородът образува земна корона до около 20 000 км височина.