Крок до ВНЗ. Географія. Довідник

Поділ атмосфери на шари

Дослідження показали, що атмосфера за своїми властивостями неоднорідна як по вертикалі, так і по горизонталі. Змінюються такі характеристики повітря, як температура, тиск, вологість, густина, його склад, вміст твердих та рідких домішок, швидкість руху повітря та ін. При цьому найбільш значна неоднорідність властивостей атмосфери виявляється у вертикальному напрямку. Внаслідок цього при поділі атмосфери на шари на першому місці виступає неоднорідність властивостей повітря по вертикалі. При цьому класифікують поділ атмосфери, ґрунтуючись на певних ознаках, а саме: за характером розподілу температури повітря з висотою, за складом атмосферного повітря, за характером фізико-хімічних процесів, за взаємодією атмосфери з підстиляючою поверхнею, за впливом атмосфери на літальні апарати.

Поділ атмосфери на шари:

• За характером зміни температури повітря з висотою. За цією ознакою атмосферу поділяють на п’ять шарів, або сфер: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, екзосферу. Між зазначеними сферами спостерігаються перехідні шари (паузи): тропопауза, стратопауза, мезопауза, термопауза. На малюнку показано стандартний розподіл температури повітря в атмосфері з висотою із зазначенням сфер і пауз.

Стандартний розподіл температури повітря з висотою

Через відсутність конкретних даних про температури в термосфері та екзосфері на поданому малюнку межі екзосфери та термопаузи не вказані.

Дослідження показали, що тропосферу можна поділити на декілька шарів: нижню — від земної поверхні до висоти 1—1,5 км; середню — від 1-1,5 до 6-8 км; верхню — від 6-8 км до тропопаузи. У тропосфері скупчена основна маса повітря, близько 90 % водяної пари, тому цей шар є найбільш діяльним усієї атмосфери. Саме в тропосфері відбуваються зміни метеорологічних величин, утворюються різні види хмар, формуються метеорологічні явища: тумани, опади, грози, хуртовини та ін., а також оптичні й акустичні явища. Тропопауза — шар, що перешкоджає розповсюдженню вгору аерозолів та водяної пари. А вниз зі стратосфери в тропосферу — озону. У стратосфері на висотах 23-28 км у деяких випадках утворюються перламутрові хмари, про які буде сказано далі, але їх присутність прямо вказує на наявність тут водяної пари. Ближче до верхньої межі мезосфери інколи утворюються сріблясті хмари.

• За складом повітря. На основі цієї ознаки атмосферу поділяють на гомосферу і гетеросферу. У гомосфері, яка простягається від поверхні Землі до висоти 95 км, відносний склад основних газів (азоту, кисню й аргону), а також відносна молекулярна маса повітря практично не змінюються з висотою. У гетеросфері — шарі, розташованому вище 95 км, — склад атмосферного повітря значно змінюється внаслідок дисоціації газових молекул ультрафіолетовим випромінюванням Сонця. З цієї причини молярна маса повітря в гетеросфері зменшується.

• За характером фізико-хімічних процесів.

У атмосфері Землі виділяють озоносферу, йоносферу, нейросферу, хемосферу. До озоносфери відносять шар атмосфери з підвищеною концентрацією озону (O₃), який відіграє важливу роль як у фізико-хімічних процесах в атмосфері й мезосфері, так і в біологічних процесах на Землі. Озон добре поглинає ультрафіолетову радіацію, яка б, якщо вся досягала земної поверхні, вкрай змінила б усі біологічні процеси та, можливо, і все органічне життя на планеті. Озоносфера — це захисний екран для всього живого на Землі. Йоносфера характеризується відносно великою концентрацією додатних молекулярних і атомарних йонів і вільних електронів, а також великою електропровідністю, яка у трильйон разів більша, ніж біля поверхні Землі. Найінтенсивніші збудження, які відбуваються в йоносферних шарах, називають магнітними бурями. Магнітні бурі особливо впливають на поширення радіохвиль та якість радіозв’язку на коротких хвилях. У йоносферних шарах атмосфери Землі спостерігаються найбільш вражаючі геофізичні явища — полярні сяйва. Вони відмічаються переважно в високих широтах, а найінтенсивніші — у помірних та навіть у низьких широтах. Більшість полярних сяйв кольорові, але якщо інтенсивність полярного сяйва менша від тієї, яка потрібна для кольорового зору, то воно здається незабарвленим. На відміну від йоносфери, у шарі атмосфери, який називають нейросферою, кількість незаряджених частинок значно переважає кількість заряджених (йонів). Нарешті, область верхньої атмосфери, де проходять активні фотохімічні реакції за участю кисню, озону, азоту, гідроксиду натрію та ін., виділяють у особливий шар за характером фізико-хімічних процесів під назвою хемосфера.

• За взаємодією з підстилаючою поверхнею. На основі цієї ознаки атмосферу поділяють на два шари: граничний шар, або шар тертя, та вільна атмосфера. У граничному шарі на характер руху повітря великий вплив справляє земна поверхня та сили турбулентного тертя. У цьому шарі яскраво виражаються добові зміни температури, тиску, вологості повітря, напрямку й швидкості вітру та інших метеорологічних параметрів. У вільній атмосфері силами турбулентного тертя можна знехтувати. Тут на характер руху повітря земна поверхня практично не впливає і добовий хід метеорологічних величин більш згладжений.

• За виявленим впливом на літальні апарати. Після запуску штучних супутників Землі особливо актуальним стало питання про вплив атмосфери на їх політ та на час їх існування. Виходячи з цього, атмосферу поділяють на щільні шари (власно атмосферу) та навколоземний космічний простір. Указаний поділ атмосфери зумовлений тим, що опір щільних шарів атмосфери настільки великий, що в їх межах літальний апарат при вимкнутому двигуні не може зробити навіть один оберт навколо Землі. У навколоземному космічному просторі за аналогічних умов існування штучний супутник Землі перевищує необхідний час для здійснення одного оберту навколо Землі. При цьому чим вища орбіта супутника, тим більший час існування його на орбіті.

Поняття «атмосферні явища», яке характеризується як видимий прояв складних фізико-хімічних процесів у повітряній оболонці Землі, широко розповсюджене в метеорології. Згідно з «Настановою гідрометеорологічним станціям і постам. Випуск 3, частина 1», атмосферні явища, за якими здійснюються спостереження на метеорологічних станціях, поділяють на такі групи:

• Гідрометеори, які є скупченням рідких і твердих частинок води, завислих у повітрі (хмари, тумани); що випадають у атмосфері (опади); що осідають на предметах біля земної поверхні або в атмосфері (роса, іній, ожеледь, паморозь); або піднятих вітром із поверхні землі (хуртовини).

• Літометеори, що є скупченням твердих (не водних) частинок, які піднімаються вітром із земної поверхні та переносяться на деяку відстань або зависають у повітрі (курний поземок, пилова буря та ін.).

• Електричні явища, до яких належать прояви дії атмосферної електрики, які ми бачимо або чуємо (блискавки, грім).

Гало

• Оптичні явища в атмосфері, що виникають у результаті відбиття, заломлення, розсіювання та дифракції сонячного або місячного світла (гало, міраж та ін.).

• Некласифіковані (різні) явища в атмосфері, які важко віднести до будь-якого виду, вказаного вище (шквал, вихор, смерч).