Какая часть всего воздуха содержится в тропосфере
Тропосфера – это один из слоев атмосферы Земли. Она имеет наибольшее влияние на планету и лучше всего изучена человеком. Какой состав имеет тропосфера? Какими свойствами она обладает?
Слои атмосферы
Газовая оболочка нашей планеты называется атмосферой. Она словно обволакивает Землю. В нижней части она соприкасается с земной корой и поверхностью гидросферы, в верхней части – соединяется с космическим пространством.
Атмосфера движется вместе с планетой и удерживается около неё благодаря силам гравитации. Её свойства, такие как плотность, состав, температура, влажность, неодинаковы на разных уровнях. В зависимости от их характера газовую оболочку разделяют на несколько зон – слоев. Какими слоями обладает атмосфера?
Тропосфера является самым нижним. Здесь формируется погода, возникают облака. Дальше следует стратосфера. В ней содержится много озона, который задерживает часть ультрафиолетового излучения, делая его менее опасным для нас. Самым холодным слоем является мезосфера. Температура в нем опускается ниже -90 градусов.
Примерно с высоты 90 и до 500 километров находится термосфера. Именно в этом слое происходит полярное сияние. Из-за большого количества ионизированных атомов мезосфера и термосфера объединяются под названием «ионосфера». Последний слой – экзосфера. Он сильно разрежен и не имеет четкой внешней границы, плавно сливаясь с межпланетным пространством.
Тропосфера
Тропосфера – это слой атмосферы, который начинается от самой поверхности Земли. Он оказывает на планету наибольшее влияние. Высота тропосферы зависит от географической широты. В полярных регионах она заканчивается на высоте 10 километров, в экваториальных областях её верхняя граница достигает 18 километров.
Нижняя часть тропосферы называется планетарным пограничным уровнем. Его толщина составляет от одного до двух километров. Здесь происходит наиболее активное взаимодействие воздушной оболочки с гидросферой и твердой земной поверхностью.
К стратосфере тропосфера не примыкает напрямую. Между ними есть промежуточный слой – тропопауза, толщина которого составляет от нескольких сотен метров до двух километров. Температура в нем не изменяется с высотой, в отличие от тропосферы. Высота слоя может изменяться: с циклонами она уменьшается, с антициклонами – увеличивается.
Состав
Тропосфера – это наиболее весомая часть атмосферы. На неё приходится больше 75 % массы газовой оболочки. Тропосфера содержит почти все количество водяного пара атмосферы (98 %). Остальные слои практически лишены этой составляющей.
На нижнем, приземном уровне слоя находится 99 % аэрозолей, присутствующих в газовой оболочке. Они представляют собой мелкие частицы, поднятые с поверхности земли воздушными массами: пыль, молекулы дыма, споры растений, морская соль.
Воздух тропосферы сильно насыщен кислородом и азотом. Они участвуют в круговороте веществ в природе и являются основными компонентами, которые необходимы для поддержания жизни на Земле. Всего в атмосфере на кислород приходится 21 % массы, а на азот — 78 %.
В тропосфере большое содержание аргона и углекислого газа, по сравнению с другими слоями. Кроме того, в ней содержатся и остальные составляющие атмосферы (неон, аммиак, ксенон, радон, гелий, водород, озон и т. д.), но в незначительных количествах.
Физические свойства
Основными физическими параметрами слоя являются плотность, влажность, температура и давление. Эти свойства являются важным фактором для формирования климата и погоды на Земле. В различных местностях и разных широтах их показатели неодинаковы.
Поверхность планеты, в особенности Мировой океан, аккумулирует солнечное тепло и отдает его воздуху. Поэтому внизу температура в тропосфере больше. Влажность также повышена в нижних участках слоя и уменьшается с высотой. Это влияет и на температуру — на каждые сто метров подъема в высоту она уменьшается на 0,65 градуса, пока не достигнет тропопаузы.
Плотность и давление также уменьшаются с высотой. Например, давление в верхней части слоя в 6-7 раз меньше, чем на уровне моря. Плотность уменьшается чуть медленнее, но её изменения тоже заметны.
Воздух становится разреженным и содержит меньше кислорода и азота на единицу объема. Из-за этого в горах, как правило, дышать труднее, а долгое пребывание на больших высотах проявляется кислородным голоданием.
Формирование погоды
Тропосфера – это слой атмосферы, который активнее всего взаимодействует с поверхностью Земли. Её физические свойства влияют на погоду на планете.
Разница в давлении, плотности и температуре создает движения воздуха. Более холодные и плотные воздушные массы стремятся к области с меньшей плотностью и температурой. За счет этого формируются фронты, циклоны и антициклоны, определяющие погоду.
Ветер в тропосфере усиливается с высотой. На границе с тропопаузой он в три раза выше, чем у земной поверхности. Он обеспечивает циркуляцию атмосферы, двигаясь как в меридианном, так и в широтном направлении.
Ветер участвует также в переносе влаги и аэрозолей. В тропосфере их удерживают парниковые газы (метан, озон, углекислый газ), не позволяя подниматься выше. Они накапливаются в атмосфере, способствуя формированию различных типов облаков. А их конденсация приводит к выпадению осадков.
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.
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. 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:
Общее
Земная атмосфера являет собой газовою оболочку планеты. Нижняя граница атмосферы проходит возле поверхности земли (гидросфера и земная кора), а верхняя граница является область соприкасающеюся космического пространства (122 км). В себе атмосфера содержит много разных элементов. Основные из них: 78% азот, 20% кислород, 1% аргон, углекислый газ, галий неона, водород и тд. Интересные факты можно посмотреть в конце статьи или перейдя по ссылке.
Атмосфера имеет четко выраженные слои воздуха. Слои воздуха отличаются между собой температурой, разностью газов и их плотностью и давлением. Нужно отметить, что слои стратосфера и тропосфера защищают Землю от солнечной радиации. В высших слоях живой организм может получить смертельную дозу ультрафиолетового солнечного спектра. Для быстрого перехода к нужному слою атмосферы, нажмите на соответствующий слой:
Тропосфера и тропопауза
Тропосфера — температура, давление, высота
Верхняя граница держится на отметке 8 — 10 км примерно. В умеренных широтах 16 — 18 км, а в полярных 10 — 12 км. Тропосфера — это нижний главный слой атмосферы. В этом слое находится более 80% всей массы атмосферного воздуха и близко 90% всей водяной пары. Именно в тропосфере возникают конвекция и турбулентность, образуются облака, происходят циклоны. Температура понижается с ростом высоты. Градиент: 0,65 °/100 м. Нагретая земля и вода нагревают прилагающий воздух. Нагретый воздух поднимается в верх, охлаждается и образует облака. Температура в верхних границах слоя может достигать — 50/70 °C.
Именно в этом слое происходят изменения климатических погодных условий. В нижнюю границу тропосферы называют приземным, так как он имеет много летучих микроорганизмов и пыли. Скорость ветра увеличивается с увеличением высоты в этом слое.
Тропопауза
Это переходной слой тропосферы к стратосфере. Здесь прекращается зависимость снижения температуры с повышением высоты. Тропопауза — минимальная высота, где вертикальный градиент температуры падает до 0,2°C/100 м. Высота тропопаузы зависит от сильных климатических проявлений, таких как циклоны. Над циклонами высота тропопаузы понижается, а над антициклонами повышается.
Стратосфера и Стратопауза
Высота слоя стратосферы примерно от 11 до 50 км. Присутствует незначительное изменение температуры на высоте 11 — 25 км. На высоте 25 — 40 км наблюдается инверсия температуры, от 56,5 поднимается до 0,8°C. От 40 км до 55 температура держится на отметке 0°C. Эту область называют — Стратопаузой.
В Стратосфере наблюдают воздействие солнечной радиации на молекулы газа, они диссоциируют на атомы. В этом слое нету почти водяного пара. Современные сверхзвуковые коммерческие самолёты летают на высоте до 20 км из-за стабильных полетных условий. Высотные метеозонды поднимаются на высоту 40 км. Здесь присутствуют устойчивые воздушные течения, скорость их достигает 300 км/ч. Также в этом слое сосредоточен озон, слой который поглощает ультрафиолетовые лучи.
Мезосфера и Мезопауза — состав, реакции, температура
Слой мезосферы начинается примерно на высоте 50 км и заканчивается на отметке 80 — 90 км. Температуры понижается с повышением высоты примерно 0,25-0,3°C/100 м. Основным энергетическим действием здесь является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов (имеет 1 или 2 непарных электронная) т.к. они реализуют свечение атмосферы.
Почти все метеоры сгорают в мезосфере. Ученые назвали эту зону — Игноросферой. Эту зону тяжело исследовать, так как аэродинамическая авиация здесь очень плохая из-за плотности воздуха, которая здесь в 1000 раз меньше чем на Земле. А для запуска искусственных спутников плотность еще очень высокая. Исследования проводят с помощью метеорологических ракет, но это извращенность. Мезопауза переходной слой между мезосферой и термосферой. Имеет температуру минимум -90°C.
Линия Кармана
Линию кармана называют границей между атмосферой Земли и космосом. Согласно международной авиационной федерацией (ФАИ) высота этой границы — 100 км. Такое определения дали в честь американского ученого Теодора Фон Кармана. Он определил, что примерно на этой высоте плотность атмосферы настолько мала, что аэродинамическая авиация здесь становится невозможная, так как скорость летательного устройства должна быть большей первой космической скорости. На такой высоте теряет смысл понятие звуковой барьер. Здесь управлять летательным аппаратом можно лишь за счет реактивных сил.
Термосфера и Термопауза
Верхняя граница этого слоя примерно 800 км. Температура растёт примерно до высоты 300 км где достигает порядка 1500 К. Выше температура остается неизменной. В этом слое происходит полярное сияние — происходит в следствии воздействия солнечной радиации на воздуха. Также этот процесс называют ионизацией атмосферного кислорода.
Из-за малой разряженности воздуха полёты выше линии Кармана реализуемы только по баллистических траекториях. Все пилотируемые орбитальные полеты (кроме полетов на Луну) происходят в этом слое атмосферы.
Экзосфера — плотность, температура, высота
Высота экзосферы выше 700 км. Здесь газ сильно разрежён,и происходит процесс диссипации — утечка частиц в межпланетное пространство. Скорость таких частиц может достигать 11,2 км/сек. Рост солнечной активности приводит к расширению толщины этого слоя.
Интересные факты
- Газовая оболочка не улетает в космос из-за земного притяжения. Воздух состоит из частиц, которые имеют свою массу. Из закона тяготения можно вынести то, что каждый объект обладающий массой притягивается к Земли.
- Закон Буйс-Баллота гласит, что если находиться в Северном полушарии и встать спиной к ветру, то справа будет располагаться зона высокого давления, а слева — низкого. В Южном же полушарии все будет наоборот.
Тропосфера — нижний, преобладающий по массе и наиболее изученный слой земной атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе — 16-18 км. Под влиянием центробежных сил вращения Земли атмосфера смещается к экватору, в результате чего мощность тропосферы на экваторе больше.
При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 градуса через каждые 100 м. Верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера. От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра возрастает примерно в 3 раза. В верхней тропосферы, вблизи тропопаузы, наблюдаются очень сильные так называемые струйные течения. Вертикальное распределение температуры в тропосфере зависит от особенностей поглощения в ней солнечного и земного излучений, а также от конвективной передачи тепла. Основной поглотитель излучения в атмосфере — водяной пар, содержание которого с высотой быстро убывает, в связи с чем должна убывать и температура воздуха. Это способствует возникновению конвекции, которая переносит нагретый воздух от земной поверхности в атмосферу, чем меняет вертикальное распределение температуры (cтратификация атмосферы). В тропосфере сильно развита турбулентность, особенно вблизи земной поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части тропосферы. Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно её высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Изменчивость содержания водяного пара в тропосфере определяется взаимодействием процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные садки в виде дождя, града и снега, а процессы фазовых переходов воды протекают преимущественно в тропосфере. Именно поэтому облака в стратосфере (на высотах 20-30 км) и мезосфере (вблизи мезопаузы), получившие название перламутровых и наблюдаются сравнительно редко, тогда как тропосферные облака обычно закрывают около 50% всей земной поверхности. Система воздушных течений в тропосфере и нижней стратосфере называется общей циркуляцией атмосферы. Для тропосферы характерно всё время меняющееся горизонтальное расчленение на воздушные массы, различные по свойствам в зависимости от влияния широты и той подстилающей поверхности, над которой они формируются.
В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Вся деятельность человека проходит в тропосфере, в её пределах остаются даже самые высокие горы. В тропосфере содержится также и основная масса атмосферных аэрозолей (пыли, дыма и прочих гадостей), поступающих с земной поверхности.
Нижний слой тропосферы в несколько десятков метров непосредственно над земной поверхностью (приземный слой атмосферы) является средой обитания растений, животных и человека. Ветер здесь особенно ослаблен, а влажность повышена; над сушей вертикальные градиенты температуры в дневные часы очень велики, а ночью, наоборот, нередки приземные инверсии температуры. Солнечные лучи легко проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере: такие газы, как углекислый газ, метан а также пары воды удерживают тепло. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, называется парниковый эффект. С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений, некоторые из них сравнительно устойчивы, а другие постоянно изменяются в пространстве и во времени. К устойчивым воздушным течениям относятся пассаты, которые направлены от субтропических широт обоих полушарий к экватору. Сравнительно устойчивы также муссоны, возникающие между океаном и материком и имеющие сезонный характер. В умеренных широтах преобладают воздушные течения западных направлений.
Литература
- Хромов С.П. Метеорология и климатология для географических факультетов, 2 изд., Л., 1968.
- Хргиан А.Х. Физика атмосферы. — Л., 1969.
- Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. — 2 изд., Л., 1970.