Атмасфэра Зямлі

Атмасфэра — паветраная абалонка, якая акружае плянэту Зямля. Унутраная паверхня атмасфэры пакрывае гідрасфэру і літасфэру, вонкавая мяжуе з калязямной часткай касьмічнай прасторы. Рэзкай верхняй мяжы атмасфэра ня мае і паступова пераходзіць у касьмічную прастору на вышыні больш за 1000 км.

Склад атмасфэры

Атмасфэра Зямлі складаецца ў асноўным з газаў і розных дамешкаў (пыл, кроплі вады, крышталі лёду, марская соль, сажа).

Склад атмасфэры паводле аб’ёму: азот — 78,08%, кісларод — 20,95%, аргон — 0,93%, вуглякіслы газ — 0,03%.

На долю трох асноўных газаў (азот, кісларод і аргон) прыходзіцца 99,96% паветра, а на долю ўсіх астатніх ў пастаянных суадносінах прыкладна да вышыні 100 км, паколькі да гэтых вышынь яна добра перемешена вертыкальнымі і гарызантальнымі рухамі. У складзе атмасфэры можна выдзеліць пастаяныя і зьменныя газы. Канцэнтрацыя першых не зьмяняецца да вышынь 90-100 км, у другой групы газаў канцэнтрацыя зьмяняецца ў часе і ў прасторы.

Самы распаўсюджаны ў атмасфэры газ — азот (N₂). Ён паступае ў атмасфэру пераважна пры раскладаньні расьліннасьці і пры вывяржэньні вулканаў. Азот мае важную ролю ў абмене рэчываў у расьлінным і жывёльным сьвеце. Вялікая яго частка выдаляецца з паветра за кошт біялягічных працэсаў, зьвязаных з жыцьцём у моры і ростам расьлін. Акрамя таго, азот ператвараецца ў вокіслы азоту пры высокатэмпэратурных працэсах спальваньня паліва ў рухавіках унутранага згараньня і самалётных рухавіках. Канцэнтрацыя азоту ў атмасфэры застаецца прыблізна пастаяннай.

Тое ж самае можна сказаць і аб атмасфэрным кіслародзе (O₂), які ўтворыцца ў асноўным пры фотасінтэзе пад час росту расьлін. Пры фармаваньні зялёнай масы лісьце расьлін паглынае вуглякіслы газ і выдзяляе кісларод, які ў сваю чаргу выдаляецца з паветра людзьмі і жывёламі, чые лёгкія пры дыханьні паглынаюць кісларод і выдзяляюць вуглякіслы газ. Кісларод утрымоўваецца таксама ў вадзе акіянаў і азёр; ён паглынаецца пры распадзе арганічнай матэрыі, уступаючы ў рэакцыю зь іншымі элемэнтамі, а таксама пры іржаўленьні жалеза.

Астатнія газы, якія зьмяшчаюцца ў вельмі малых колькасьцях, тым ня менш адыгрываюць у нашым жыцьці вельмі важную ролю (асабліва, напрыклад, вуглякіслы газ і азон).

Утрыманьне вуглякіслага газу (CO₂) ў атмасфэры непастаяннае. У ХХ ст. яно значна павялічылася ў сувязі са спальваньнем вугалю, прыроднага газу, нафтапрадуктаў. Гэта прывяло да ўзмацненьня парніковага эфэкту і спрыяла глябальнаму пацяпленьню клімату.

Азону (O₃) у зямной атмасфэры вельмі мала, але з прычыны фотахімічных рэакцый на вышыні 20—30 км утворыцца слой падвышанага ўтрыманьня азону — так званы азонавы экран, які затрымлівае гібельнае для жывых арганізмаў ультрафіялетавае выпраменьваньне Сонца.

Колькасьць вадзяной пары ў прызямным слоі моцна зьмяняецца і з аддаленьнем ад паверхні хутка падае. На вышыні 2 км яго ўжо ў два разы менш, чым ля паверхні, а вышэй 70-80 км вадзяная пара ў атмасфэры практычна адсутнічае.

Цьвёрдыя і вадкія дамешкі (аэразолі) — пыл, сажа, попел, крышталікі лёду і марской солі, кропелькі вады, мікраарганізмы, пылок расьлін і інш. Утрыманьне іх моцна зьмяняецца ў залежнасьці ад умоў. Напрыклад, над пустынямі шмат пылу, над прамысловымі цэнтрамі — сажы. Аэразолі служаць ядрамі неабходнымі для кандэнсацыі вадзяной пары ў атмасфэры.

Склад атмасфэры зьмяняецца з вышынёй пад дзеяньнем ультрафіялетавага сонечнага выпраменьваньня, сонечнага ветру (струменя выкінутых ім часьцінак) і памяншэньня сілы зямнога прыцягненьня.

Будова атмасфэры

Атмасфэра мае слаістую будову. У адпаведнасьці са зьмяненьнем тэмпэратуры з вышынёй звычайна выдзяляюць 5 слаёў: трапасфэру, стратасфэру, мезасфэру, тэрмасфэру (іёнасфэру), экзасфэру.

Трапасфэра — ніжні, найбольш вывучаны слой атмасфэры, вышынёй у палярных абласьцях 8-10 км, ва ўмераных шыротах да 10—12 км, на экватары — 16—18 км. У трапасфэры знаходзіцца прыкладна 80—90% усёй масы атмасфэры і амаль уся вадзяная пара. Пры пад’ёме праз кожныя 100 м тэмпэратура ў трапасфэры паніжаецца ў сярэднім на 0,65 °С і дасягае 220 К (-53 °C) у верхняй частцы. Гэты верхні слой трапасфэры называецца трапапаўзай.

Стратасфэра — слой атмасфэры, які разьмяшчаецца на вышыні ад 11 да 50 км. Характэрна малаважная зьмена тэмпэратуры на вышыні 11—25 км (ніжняя частка стратасфэры) і павышэньне яе ў слоі 25-40 км ад −56,5 да 0,8 °С (верхняя частка стратасфэры або вобласьць інвэрсіі). Дасягнуўшы на вышыні каля 40 км значэньні каля 273 К (каля 0 °С), тэмпэратура застаецца пастаяннай да вышыні каля 55 км. Гэтая вобласьць называецца стратапаузай і зьяўляецца мяжой паміж стратасфэрай і мезасфэрай.

У стратасфэры на вышыні ад 15—20 да 55—60 км разьмяшчаецца азонасфэра (азонавы слой), які вызначае верхнюю мяжу біясфэры. Гэты важны кампанент стратасфэры ўтвараецца ў выніку фотахімічных рэакцый найбольш інтэнсіўна на вышыні прыкладна 30 км. Агульная маса азону склала бы пры нармальным ціску слой таўшчынёй 1,7-4,0 мм, але і гэтага дастаткова для паглынаньня гібельнага для жыцьця ультрафіялетавага выпраменьваньня Сонца.

У стратасфэры затрымліваецца вялікая частка караткахвалевай часткі ультрафіялетавага выпраменьваньня (180—200 нм) і адбываецца трансфармацыя энэргіі кароткіх хваль. Пад уплывам гэтых прамянёў зьмяняюцца магнітныя палі, распадаюцца малекулы, адбываецца іянізацыя, новаўтварэньне газаў і іншых хімічных злучэньняў. Гэтыя працэсы можна назіраць у выглядзе паўночных зьзяньняў, паланіц і інш. У стратасфэры амаль няма вадзяной пары.

Мезасфэра пачынаецца на вышыні 50 км і распасьціраецца да 80-90 км. У мезасфэры тэмпэратура бесьперапынна памяншаецца з вышынёй (2—3 °C/км). Тэмпэратура паветра на вышыні 75-85 км паніжаецца да −88 °С. Верхняй мяжой мезасфэры зьяўляецца мезапаўза.

Тэрмасфэра (іншая назва — іёнасфэра) — слой атмасфэры, наступны за мезасфэрай, — пачынаецца на вышыні 80—90 км і распасьціраецца да 800 км. Тэмпэратура паветра ў тэрмасфэры хутка і няўхільна ўзрастае і дасягае некалькіх сотняў і нават тысяч градусаў. Рост тэмпэратуры абумоўлены паглынаньнем караткахвалевай ультрафіялетавай сонечнай радыяцыі малекулярным кіслародам, што суправаджаецца яго дысацыяцыяй.

Экзасфэра — зона расьсейваньня, вонкавая частка тэрмасфэры, разьмешчаная вышэй за 800 км. Газ у экзасфэры моцна разрэджаны, і адгэтуль ідзе ўцечка яго часьціц у міжпланетную прастору (дысіпацыя).

Да вышыні 100 км атмасфэра ўяўляе сабой гамагенную добра перамяшаную сумесь газаў. У больш высокіх слаях разьмеркаваньне газаў па вышыні залежыць ад іх малекулярных мас, канцэнтрацыя цяжэйшых газаў меншае хутчэй па меры выдаленьня ад паверхні Зямлі. З прычыны памяншэньня шчыльнасьці газаў тэмпэратура паніжаецца ад 0 °C у стратасфэры да −110 °C у мезасфэры. Аднак кінэтычная энэргія асобных часьцінак на вышынях 200—250 км адпавядае тэмпэратуры каля 1500 °С. Вышэй 200 км назіраюцца значныя флуктуацыі тэмпэратуры і шчыльнасьці газаў у часе і прасторы.

На вышыні каля 2000—3000 км экзасфэра паступова пераходзіць у так званы касьмічны вакуўм, які запоўнены моцна разрэджанымі часьціцамі міжплянэтнага газу, галоўным чынам атамамі вадароду. Але гэты газ уяўляе сабой толькі частку міжплянэтнага рэчыва. Іншую частку складаюць пылападобныя часьцінкі камэтнага і мэтэорнага паходжаньня. Акрамя надзвычай разрэджаных пылавых часьцінак, у гэтую прастору пранікае электрамагнітная і карпускулярная радыяцыя сонечнага і галактычнага паходжаньня.

На долю трапасфэры прыходзіцца каля 80% масы атмасфэры, на долю стратасфэры — каля 20%; маса мезасфэры — ня больш за 0,3%, тэрмасфэры — меней за 0,05% ад агульнай масы атмасфэры. На падставе электрычных уласьцівасьцей у атмасфэры вылучаюць нэўтрасфэру і іёнасфэру. У цяперашні час лічаць, што атмасфэра распасьціраецца да вышыні 2000—3000 км.