Розділ «Глава 6. АТМОСФЕРА»

У стратосфері дуже мало завислих частинок. Інколи на висоті 20—30 км утворюються перламутрові хмари, що складаються з кристаликів льоду. Крізь стратосферу безперервно проходить метеоритний пил, а час від часу сюди потрапляє вулканічний попіл. Дуже дрібні частинки вулканічного пилу, що надзвичайно повільно осідають, поступово розносяться вітрами над усією планетою, забарвлюючи в яскраві кольори сходи і заходи Сонця протягом кількох місяців після виверження. Наявність великої маси вулканічного попелу в атмосфері знижує кількість сонячної радіації, що досягає поверхні Землі. Вважають, що надлишок вулканічного попелу в повітрі може бути причиною похолодання клімату і навіть сприяти утворенню льодовиків.

Важливою специфічною ознакою стратосфери є наявність в ній шару озону. Найбільша концентрація цього газу виявлена на висотах 23—27 км. Озон поглинає ультрафіолетові промені: на межі атмосфери вони становлять близько 7 % загального потоку сонячної радіації, а до земної поверхні доходять лише соті долі відсотка.

Мезосфера знаходиться на висоті від 50—55 км до 80— 85 км. Для неї характерне дуже швидке зниження температури з висотою. За допомогою метеорологічних супутників і ракет в мезосфері зареєстровано абсолютний мінімум для атмосфери -143 °С. Поблизу верхньої межі температура знижується до -70—90 °С. Внаслідок швидкого падіння температури з висотою тут дуже розвинена турбулентність. Вітер у мезосфері відзначається частою змінністю. Взимку переважають західні вітри з максимальними швидкостями близько 100 м/с, а влітку – східні.

На висотах, які близькі до верхньої межі (82—85 км) мезосфери, утворюються видимі з Землі в присмерки продовгуваті, блискучі, тонкі сріблясті хмари, природу яких ще не вивчено; можливо, вони складаються з дуже дрібних і розсіяних льодових кристаликів.

Термосфера (іоносфера) — величезна за об'ємом, хоч і мізерна за масою (0,5 %) та складна за будовою частина атмосфери.

Вона охоплює простір у межах від 80—85 до 800—1000 км. Складається переважно з азоту і кисню, які знаходяться в іонізованому стані. Під впливом ультрафіолетового і рентгенівського випромінювань Сонця порушується будова їх молекул та атомів. З електронних оболонок атомів відриваються деякі електрони. При втраті одного з електронів атом набуває позитивного заряду. Самі ж електрони є носіями від'ємних зарядів. Так в іоносфері утворюються шари заряджених частинок. Найщільніший з них знаходиться на висотах від 300 до 400 км. З висотою відбувається істотна зміна в процентному співвідношенні азоту і кисню на користь останнього. Так, на висоті 200 км вміст азоту близько 45 %, кисню — 55 %. Вище за 600 км термосфера складається переважно з атомарного кисню.

В термосфері на висоті 80—90 км є холодний (-107°С) ізотермічний шар. Далі до 250 км температура зростає" а ще вище залишається практично незмінною.

Іонізоване повітря термосфери відіграє значну роль у природі та має велике практичне значення. Іоносфера поглинає рентгенівське проміння Сонця, що згубно впливає на все живе на Землі. Вона відбиває радіохвилі, чим забезпечується навколоземний радіозв'язок. У термосфері виникають полярні сяйва і близькі до них за природою світіння нічного неба — постійна люмінесценція атмосферного повітря, а також різкі коливання магнітного поля — іоносферні магнітні бурі.

Над термосферою розташована екзосфера — зовнішня частина земної атмосфери. Цю оболонку ще називають шаром розсіювання газів, бо окремі легкі елементи, які його складають — водень і гелій, долаючи сили земного тяжіння і магнітного поля, назавжди відлітають у космос. Температура в екзосфері з висотою зростає, мабуть, до 2000 °С. Гази тут настільки розріджені, що частинки їх рухаються з величезними швидкостями, пролітають сотні кілометрів без зіткнень. Екзосфера поступово і непомітно переходить у міжпланетний простір.

Між кожними двома сусідніми оболонками виділяють перехідні зони або паузи. Так, тропосфера відокремлена від стратосфери тропопаузою, стратосфера від мезосфери — стратопаузою, а мезосфера від термосфери — мезопаузою. Це дуже тонкі перехідні шари з ознаками властивостей суміжних газових оболонок.

Не так давно вважалося, що атмосфера закінчується на висотах порядку 2000—3000 км. Але нові дані досліджень, одержані за допомогою супутників та ракет, дають підстави твердити, що навколо Землі існує ще так звана земна корона, яка складається з водню. Вона простягається більше ніж на 20 000 км.

Отже, атмосфера має шарувату будову. Нижні шари — головні для живих організмів. Але для біосфери Землі важливе значення мають і ті процеси, що відбуваються на верхніх "поверхах" повітряної оболонки.

6.3. Радіація в атмосфері

Радіація в атмосфері — це електромагнітне випромінювання Сонця, яке поширюється зі швидкістю 300 000 км/с. її складовими є видиме світло і невидимі оком гамма-промені, рентгенівські, ультрафіолетові, інфрачервоні промені, радіохвилі. Сонце є для Землі основним джерелом тепла і світла.

Променева енергія Сонця перетворюється в тепло частково у самій атмосфері, але головним чином на земній поверхні. Вона нагріває верхні шари ґрунту і води, а від них і повітря. Нагріта земна поверхня і нагріта атмосфера самі випромінюють невидиму інфрачервону радіацію в космічний простір і охолоджуються.

Випромінювання Сонця, яке отримує поверхня Землі, може бути поділене на пряме, розсіяне і поглинуте. Це пов'язано з його змінами при проходженні через атмосферу.

Пряме сонячне випромінювання приходить до земної поверхні безпосередньо від сонячного диску у вигляді пучка паралельних променів. Притік прямого випромінювання характеризується інтенсивністю — кількістю променевої енергії, що надходить на поверхню, перпендикулярну до сонячних променів. Інтенсивність потоку сонячного випромінювання на верхній межі атмосфери при середній віддалі Землі від Сонця називається сонячною постійною. За останніми даними вона дорівнює 1,353 кВт/м2.

У середньому на кожний квадратний кілометр земної поверхні припадає за рік 4,27·1016 Дж сонячного випромінювання.

Щоб одержати таку кількість тепла штучно, треба було б спалити більше 400 тис. т кам'яного вугілля. За рік земна поверхня отримує від Сонця майже в 250 разів більше енергії, ніж її виробляють всі електростанції світу. При цьому сонячне випромінювання, що досягає Землі, становить менше двох мільярдних відсотка всього випромінювання Сонця. Наскільки значна ця кількість енергії розуміємо, коли стаємо свідками стрімкого танення снігу в теплий день, швидкого випаровування вологи після дощу, сили вітру під час бурі або шаленості морського шторму. Всі ці процеси відбуваються під впливом Сонця.

На шляху до Землі невелика частина сонячного випромінювання поглинається атмосферою. Поглинання це носить вибірковий характер, бо різні гази поглинають випромінювання неоднаково. Азот і кисень поглинають тільки ультрафіолетові хвилі. Більш сильним поглиначем є озон. Інтенсивно поглинає випромінювання в інфрачервоній області вуглекислий газ. Основним же поглиначем в атмосфері є водяна пара, зосереджена головним чином у нижній частині тропосфери. Сонячне випромінювання поглинають також хмари й атмосферні домішки. Завдяки явищам поглинання середня температура повітря становить +14 °С, тоді як у разі відсутності атмосфери вона дорівнювала 6-22 °С. А це значить, що Земля перетворилася б у мертву льодово-кам'яну пустелю.