Что такое тропосфера? Нижний слой атмосферы и его значение. Тропосфера: нижний слой атмосферы

Тропосфера земли – нижний слой атмосферы.

Введение

Самым изученным слоем атмосферы является тропосфера, нижний шар Земли.

Его значение трудно оценить, поскольку от этого зависит функционирование ландшафтной оболочки.

В тропосфере происходит зарождение облаков, формируются атмосферные фронты, которые влияют на интенсивность выпадение осадков.

Кроме того, именно в этом слое воздушные массы двигаются вверх или вниз, благодаря чему происходит постоянное перемешивание воздуха, а состав тропосферы стабилен и не изменчив.

Что такое тропосфера

Еще древние греки, занимаясь изучением оболочек Земного шара, дали каждому из них название. Так до наших дней сохранилось название тропосфера, что в переводе с древнегреческого языка означает изменение или поворот шара.

Тропосфера - нижний слой атмосферы, который ближе всех располагается к земной поверхности. Одновременно и самый плотный слой, который постоянно находится в движении из-за воздушных масс.

тропосфера фото

Где находится тропосфера

Располагается этот слой атмосферы между земной поверхностью и стратосферой, средним шаром. Между тропосферой и стратосферой находится так называемая тропопауза, которая является переходным слоем. Здесь наблюдается падение температуры, изменяющаяся с высотой. Она зависит от конкретного времени года, например, зимой тропопауза выше, чем в зимнее время.

Также влияние имеет деятельность циклонов и антициклонов, благодаря чему во время циклонов тропопауза ниже, а при антициклонах выше. Толщина тропопауза также подвижна, как и тропосфера, и постоянно меняется. Минимальная толщина составляет несколько сот метров, а максимальная достигает 3 километров.

таблица строения атмосферы фото

В субтропическом климатическом поясе для тропопаузы характерны значительные разрывы, созданные потоками воздуха. Поэтому может происходить значительное разрушение слоя, а потом образование его снова.

Из чего состоит тропосфера

В состав нижнего слоя атмосферы, который плотно примыкает к земной поверхности, входят жизненно важные химические элементы. К ним относятся:

• Азот;
• Кислород;
• Арагон;
• Углекислый газ.

Этих веществ в тропосфере большое количество, которые вступают во взаимодействие с водородом, инертными газами, в частности, неоном, гелием, ксеноном, озоном, аммиаком, радоном. Общая масса тропосферы составляет почти 80% от общего объема атмосферы. Здесь сосредоточено 80% воздуха Земли и практически весь пар.

Границы тропосферы

Высота нижнего слоя Земли изменяется – от полярных регионов до экватора, колеблясь от 8 до 18 километров. Так, над полярным кругом высота тропосферы равна 8-10 километрам, в умеренных регионах – достигает 12 километров, а на экваторе колеблется от 16 до 18 километров.

тропосфера фото

В этом диапазоне происходит постоянное перемещение воздушных масс, потоки которых способны двигаться по горизонтали и вертикали. Температура также меняется, убывая вверх по вертикали от 0 до 6 градусов на каждые 100 метров. Поэтому средняя температура, возле самых широт, равна -55 градусов по Цельсию. В то время, как на экваторе – 80 градусов по Цельсию.

Функции тропосферы

В данном слое атмосферы наблюдается довольно сильная неустойчивость, поэтому тут происходит формирование теплых и холодных течений воздуха. Это оказывает влияние на земную поверхность, благодаря усилению скорости ветров. Именно они вызывают формирование антициклонов и циклонов.

Наличие водяного пара помогает регулировать процессы конденсации, способствовать испарению, горизонтальному перемещению воздуха. В результате конденсатов происходит формирование облаков, выпадают град, снег и дождь.

Переход от одной стадии осадков к другой происходит в тропосфере. В ее верхней границе давление самой высокое, чем у верхней границы. Тропосфера напрямую влияет на погоду и климатические особенности в различных регионах мира.

В самом нижнем слое тропосферы, который называется приземным, очень много пыли, организмов, способных летать. Здесь ярко выражены температура и влажность воздуха, которые стабильны в течение дня. Скорость ветра растет с высотой, максимально увеличиваясь в тропопаузе.

В приземном слое ветер очень слабый, влажность высокая, температура распределяется вертикально, поэтому тут способны жить люди, растения и животные. Такое распределение температуры позволяет поглощать излучение, идущее от Земли и Солнца. Водяной пар поглощает излучения в атмосфере.

Воздух, который нагревается от земли, переходит в атмосферу, где происходят процессы конвекции. Именно она и меняет температуру по вертикали. Лучи Солнца, идя через тропосферу, греют земную поверхность, а она возвращает тепло. Так происходит возникновение парникового эффекта.

Ученые предполагают, что в самом низком шаре тропосфер, который находится ближе всего к поверхности Земли, зарождаются ледники. Этот слой называется хионосфера, т.е. своеобразная снеговая линия, где собираются твердые осадки.

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25-40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80-90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25-0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около -90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Термосфера

Верхний предел - около 800 км. Температура растёт до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») - основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Атмосферные слои до высоты 120 км

Экзосфера - зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200-250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000-3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы - около 20 %; масса мезосферы - не более 0,3 %, термосферы - менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000-3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера - это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:

• Тропосфера;
• Стратосфера;
• Мезосфера;
• Термосфера;
• Экзосфера.

Схема основных слоев атмосферы Земли

В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.

Тропосфера: где происходит погода

Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне - поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.

Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.

На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера: дом озона

Стратосфера - следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.

Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O 3) - побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как "инверсия").

Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.

После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.

Мезосфера: средняя атмосфера

Мезосфера находится примерно на расстоянии 50-80 км от поверхности Земли. Верхняя область мезосферы является самым холодным естественным местом на Земле, где температура может опускаться ниже -143° C.

Термосфера: верхняя атмосфера

После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.

Экзосфера: граница атмосферы и космоса

На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера - внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.

Как насчет ионосферы?

Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на и . Это явления наблюдается с земли как северное сияние.

Для полноты общей картины распределения температуры воздуха в тропосфере приведем карты относительной топогра­фии, на которых изображены разности высот изобарических поверхностей 300 и 1000 мб (см. стр. 250-252). Разности про­порциональны средней температуре слоя воздуха между этими поверхностями, поэтому изолинии на картах по существу яв­ляются изотермами. Малым значениям изолиний соответствуют области холода, большим значениям - области тепла. Так как поверхность 300 мб расположена примерно на уровне 9 км, а поверхность 1000 мб находится вблизи уровня моря, то карты относительной топографии, приведенные на рис. 39 и 40, харак­теризуют среднюю температуру слоя воздуха толщиной около 9 км.

Рассмотрим некоторые особенности распределения средней температуры в тропосфере в январе и июле по картам относи­тельной топографии. Независимо от времени года в соответст­вии с условиями притока солнечной энергии в Арктике и Ан­тарктике воздух значительно холоднее, чем в низких широтах. Поэтому горизонтальные градиенты температуры во всей тро­посфере направлены от низких широт к высоким, а широкая область тепла окаймляет всю экваториальную зону. Северной зимой она несколько сдвинута в сторону южного полушария, а северным летом - в сторону северного полушария. Вместе с тем густота изогипс, характеризующая горизонтальный гра­диент температуры, указывает, что зимой как в северном, так и в южном полушарии величина градиента больше, чем летом. Это и понятно, если учесть, что в обоих полушариях зимой радиационный баланс во внетропических широтах отрицателен, а летом положителен.

Однако распределение средней январской и июльской тем­ператур в нижнем 9-километровом слое атмосферы существенно отличается от распределения средней температуры в те же ме­сяцы у поверхности земли. На картах относительной топогра­фии никак не отражена весьма сложная система изотерм, вы­званная влиянием подстилающей поверхности, как это мы видели на картах температуры у поверхности земли (см. рис. 18 и 19). Что же касается влияния материков и океанов, то оно четко проявляется в конфигурации изолиний темпера­туры даже столь мощного слоя воздуха. Как видно на рис. 39, изотермы в январе следуют не по параллелям, а значительно возмущены, что является результатом воздействия материков и океанов на массы воздуха, перемещающиеся с запада на во­сток. Действительно, над охлажденными материками Азия и Америка в январе располагаются ложбины холода, а над теп­лыми океанами - гребни тепла. Средняя температура слоя зи­мой в экваториальной зоне около 0°, а в Арктике и Антарктике -39 и -30° соответственно.
В июле вдоль параллелей температуры над материками и океанами в северном полушарии выравниваются. Это отра­жается на конфигурации средних изотерм 9-километрового слоя (рис. 40). Здесь небольшие ложбины холода можно обнару­жить лишь над северными, относительно холодными частями Атлантики и Тихого океана. В низких широтах над Северной Америкой и югом Азии вследствие интенсивного прогревания воздушных масс обособляются замкнутые области тепла.
Средняя температура слоя летом в тропиках превышает 0°, а в Арктике и Антарктике достигает -20 и -43° соответственно.
Те же особенности структуры поля температуры можно об­наружить на материках южного полушария с той лишь разни­цей, что они там выражены слабее ввиду малых размеров кон­тинентов.
В табл. 24 приведены средние значения температуры слоя воздуха между поверхностью земли и уровнем 5,0-5,5 км над различными пунктами северного полушария. Эти данные показывают, что в северных странах средняя температура в нижней половине тропосферы в течение всего года остается отрицательной (мыс Барроу). В Москве и Иркутске в июле и августе температуры одинаковы, хотя зимой в Иркутске холод­нее, чем в Москве. Интересно, что на одной и той же широте над Атлантическим океаном зимой значительно теплее, чем над Тихим океаном. Как видно, над Атлантикой существенно сказывается влияние Гольфстрима. В низких широтах в значи­тельную часть года средняя температура в нижней половине тропосферы не понижается до отрицательных значений.

Все мы, живущие на планете Земля, дышим воздухом. Еще со школьной скамьи мы помним, что воздух называется атмосферой.

Считается, что атмосфера – это газовый слой, который окружает нашу планету и вращается вместе с ней, как единое целое. Но атмосфера далеко не однородна, и он сильно отличается на высоте 1 метр и, например, 50 километров от поверхности Земли.

Атмосферу принято делить на несколько слоев:

1. тропосфера – высота от 0 до 8 – 16 километров от уровня моря;
2. стратосфера – высота до 50 километров;
3. мезосфера – от 50 до 100 километров;
4. линия Кармана – условная линия, принимаемая в практических расчетах (например, в космонавтике и авиации) за границу между атмосферой Земли и космосом, проходит на высоте 100 километров;
5. термосфера – от 100 до 700 километров;
6. экзосфера – слой, где воздух утекает в космическое пространство – так называемый процесс диссипации.

Для нас наиболее интересен первый слой, в котором мы непосредственно обитаем: тропосфера.

Особенности тропосферы

Тропосфера – слой атмосферы, в котором температура воздуха падает с увеличением высоты над поверхностью земли примерно на 0,6 градуса Цельсия на каждые 100 метров подъема. Выше этого слоя температура воздуха меняется по другим законам. В тропосфере сосредоточено около 80 % всего воздуха атмосферы Земли. Толщина тропосферы составляет около 8 километров над полюсами Земли, 10 – 12 километров над умеренными широтами, и порядка 16 километров над экватором.

Состав воздуха в тропосфере

Воздух в тропосфере состоит в основном из азота (78%) и кислорода (20%), но оставшиеся маленькие проценты играют важнейшую роль в поддержании жизни на Земле. Это, прежде всего, углекислый газ, благодаря которому существуют растения, и, кроме того, в состав воздуха входят метан, водород, гелий и другие газы. Также в тропосфере содержится большое количество водяного пара и пыли.

Процессы, происходящие в тропосфере

Углекислый газ, попадающий в воздух за счет деятельности вулканов, живых организмов, а также как продукт гниения, служит своеобразным одеялом Земли. Этот газ легко пропускает к поверхности Земли коротковолновое солнечное излучение, за счет чего земля нагревается. А вот более длинные тепловые волны, излучаемые нагретой землей, углекислый газ задерживает. Возникает так называемый «парниковый эффект».

Несколько десятилетий назад некоторые ученые доказывали, что деятельность человека, в основном промышленность, ведет к увеличению углекислого газа в атмосфере и грозит глобальным потеплением. Были очень красочно описаны всякие ужасы вроде таяния полярных ледников, затопления Европы и образования пустынь в Сибири. В 1997 году был принят так называемый Киотский протокол, по которому промышленно развитые страны взяли на себя ограничения (квоты) по выбросу парниковых газов (прежде всего углекислого) в атмосферу. На практике это привело не к уменьшению выбросов, а к торговле квотами. Сейчас научный мир довольно скептически относится к идее влияния человеческой деятельности на изменения климата. США так и не ратифицировали Киотский протокол, а Канада вообще из него вышла.

Пыль, попадающая в атмосферу за счет эрозии почвы, пыльцы растений и т.д. также играет существенную роль в атмосферных явлениях. Вокруг частичек пыли конденсируется водяной пар, благодаря чему образуются облака и идут дождь и снег.