Розділ «5. АТМОСФЕРА»

За нижню межу атмосфери практично беруть поверхню Землі. Але й поверхня Землі — межа умовна, бо повітря проникає і в земну кору, й у воду.

Атмосфера неоднорідна. Вона має добре виражену шарувату будову. її шари, або концентричні оболонки, за фізичними особливостями відрізняються між собою. Атмосферу ділять на п'ять основних шарів (сфер): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) й екзосферу. Сфери не мають чітких меж вони поступово переходять одна водну, утворюючи перехідні межі.

Тропосфера — нижній шар атмосфери, що безпосередньо прилягає до Землі. Висота її над різними широтами різна: над полюсами близько 8 км, над помірними широтами 11—12 км, над екватором до 17—18 км. Такий розподіл висот зумовлений різним температурним станом полюсів і екватора та обертанням Землі навколо осі.

Тропосфера — найдіяльніший шар атмосфери. Велика активність тропосфери пояснюється тим, що вона безпосередньо прилягає до земної поверхні. Поверхня Землі — основне джерело нагрівання повітря. Отже, можна стверджувати, що фізичні властивості тропосфери повністю визначаються впливом Землі.

Для тропосфери характерні інтенсивне переміщування повітря по вертикалі та його горизонтальні рухи. Серед горизонтальних рухів переважають західні вітри. У верхній частині тропосфери спостерігаються струминні течії. Найбільш сталі з них спрямовані вздовж 30— 40-х паралелей.

Тропосфера — шар найактивнішого тепло-і вологообміну з поверхнею Землі. Для неї характерне зниження температури відповідно до висоти — в середньому на 6,5 °С на кожний кілометр. Це пояснюється тим, що тепло передається від Землі в основному через переміщування повітря. Через те що над екватором потужність тропосфери найбільша, там на межі тропосфери температури повітря найнижчі: —80 °С, тоді як над помірними широтами —55 °С, а над полярними -50 °С. У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара. В ній розвиваються всі явища погоди — утворюються хмари, випадають опади і т. ін. У цьому полягає одне з найважливіших значень тропосфери для процесів, що відбуваються в ландшафтній оболонці Землі.

Стратосфера — шар повітря, який лежить над тропосферою. Від тропосфери стратосфера відокремлюється перехідним шаром—тропопаузою, або субстратосферою, завтовшки близько 1—2 км. Стратосфера — безхмарний або малохмарний шар повітря, що простягається в середньому від 11—12 до 25 км.

Для стратосфери характерна в цілому однакова температура (ізотермія). В ній температура в середньому близька до тієї, яка властива верхній межі тропосфери, —55 °С. Стратосфера охоплена потужними горизонтальними рухами повітря типу струминних течій, алеє і вертикальні рухи, які сприяють перемішуванню повітря.

Мезосфера — шар повітря від 25 до 85 км. Він відділяється від стратосфери стратопаузою. Для мезосфери в інтервалі 25—52 км характерне підвищення температури від —55 до +10 °С (явище інверсії), а далі до верхньої межі — зниження до -107 °С. Інверсія температури в мезосфері пояснюється наявністю шару озону. Шар озону в мезосфері — важливе явище. Найбільша концентрація цього газу на висоті 27— 28 км. Озон поглинає коротке ультрафіолетове проміння і цим захищає від його згубної дії світ мікробів. Якби не було озону, зникли б мікроорганізми, а з ними й численні процеси (ґрунтоутворення та ін.) в географічній оболонці.

У мезосфері теж більше горизонтальних рухів повітря зі швидкістю 40—100 м/с.

Термосфера (коли йдеться про її електричні властивості, її називають іоносферою) простягається від 80 до 800— 1000 км. Там гази дуже розріджені, тиск дуже низький. З цих причин молекули там рухаються з такою швидкістю, як у газі, нагрітому до кількох сотень градусів. Термосфера — інверсійний іонізований шар повітря, розташований вище від низьких температур. За вимірами штучних супутників і геофізичних ракет, температура на висоті 150 км становить 600 °С, на висоті 200 км - і 000 °С, на висоті 500 км — до 2200-2750 °С.

Під впливом космічної радіації молекули газів іонізуються — утворюють додатні Й від'ємні іони й вільні електрони. В іоносфері виникають полярні сяйва, спостерігаються різні коливання магнітного поля.

Екзосфера, або сфера розсіювання, розташована на висоті понад 800— 1000 км. Вона характеризується найбільшою розрідженістю газів: окремі їхні частинки, рухаючись з великими швидкостями, майже не стикаються одна з одною. Це — верхній шар атмосфери, який межує з міжпланетними просторами. Він простягається до висоти, що вимірюється кількома десятками тисяч кілометрів, де густина повітря близька до густини міжпланетного простору (одна молекула, атом або іон на 1 куб. см). Це зона відтікання легких газів атмосфери в Космос, тому екзосферу називають ще сферою розсіювання.

Густина повітря з висотою зменшується, тому маса атмосфери навколо Землі розподіляється так: у шарі повітря до 5 км зосереджено близько 50 % усієї маси атмосфери, в товщі тропосфери — близько 79 % її маси, у стратосфері й мезосфері разом — близько 20 %, у термосфері — менш як 0,5 %. Маса атмосфери становить 1/1000 000 маси Землі.

5.3. Загальна циркуляція атмосфери

Загальна циркуляція атмосфери — складне і важливе явище природи, яке зумовлює щоденні зміни погоди й формування кліматів земної кулі. Під загальною циркуляцією атмосфери розуміють рух повітряних течій, який охоплює всю атмосферу і здійснює обмін теплом, вологою та зваженими в повітрі домішками між окремими поясами земної кулі.

Важливою рисою цього руху є безперервна мінливість, що створює враження хаотичності. Проте повітряні течії мають постійні напрями, які підпорядковуються певним закономірностям і складаються в систему повітряних течій.

Причиною повітряних течій є різниця атмосферного тиску в сусідніх ділянках. Повітря, як правило, переміщується з ділянок високого тиску в ділянки низького тиску. Сила і швидкість вітру залежать від баричного градієнта. За нормальний тиск взято тиск на рівні моря, який дорівнює 760 мм, або 1013,25 мб. Атмосферний тиск біля Землі змінюється від 887 до 1080 мб.

Першопричиною розподілу атмосферного тиску на Землі є різне нагрівання її у високих і низьких широтах. В екваторіальній смузі нагріте і насичене вологою повітря стає легким і піднімається. Над полюсами холодне і сухе повітря як важке опускається і наче притискується до Землі. Тому на однаковій висоті над екватором тиск вищий, ніж над полюсами. У вільній атмосфері він поступово зменшується від екватора до пол юсів.

У приземному шарі тропосфери тиск розподіляється інакше. У полярних регіонах він вищий, в екваторіальній смузі знижений і змінюється від полюсів до екватора нерівномірно. У приземному шарі його розподіл визначається неоднаковим нагріванням суші й моря, нерівностями рельєфу, які затримують рух повітря, тощо. В результаті в одні місця повітря надходить, з інших — відтікає. Так утворюються зони високого і низького тиску. Вони розташовуються так над поверхнею Землі, що утворюють уздовж паралелей смуги високого і низького тиску, які чергуються по широті.