Читать книгу Природа Тунгусского и Челябинского тел и аномальных явлений - Михаил Стефанович Галисламов - Страница 8

Атмосфера это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается приблизительно на 3000 км в космическое пространство. С высотой у атмосферы меняются: давление, плотность, температура и другие физические свойства. Атмосфера содержит следующий химический состав (по объему): азот – 78,09%, кислород – 20,95%, аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%. На долю остальных газов приходятся тысячные доли процента и меньше. Химический состав воздуха до высоты 100 км существенно не меняется. Несколько выше атмосфера также состоит главным образом из азота и кислорода. На высотах 100–110 км, под действием ультрафиолетовой излучения Солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы, появляется атомарный кислород. Выше 110-120 км кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400–500 км газы, составляющие атмосферу, также находятся в атомарном состоянии.

В результате температурных изменений атмосфера Земли на разных высотах имеет слоистую структуру. По температурным и физическим условиям ее делят на пять слоев. Вверх от поверхности Земли расположены: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Основная масса атмосферы размещается в нижних слоях, прилегающих к поверхности земли. Быстрое уменьшение массы воздуха происходит на высоте выше 30 км. В слое между уровнем моря и высотами 5–6 км сосредоточена половина массы атмосферы, в слое 0–16 км – 90%, в слое 0-30 км – 99%. Вес воздуха у поверхности земли равен 1033 г/м³, на высоте 20 км он равен 43 г/м³, а на высоте 40 км лишь 4 г/м³. Высота слоя зависит от географической широты и времени года. Между слоями нет резких границ, некоторые из них частично перекрываются.

Тропосфера – нижний слой атмосферы Земли до высоты 10–15 км. Содержит около 80% массы всей атмосферы, взвешенную в атмосфере пыль и почти вся воду. Вертикальная мощность тропосферы значительно зависит от характера атмосферных процессов и достигает 16–18 км. Слой тропосферы не подвержен суточным и сезонным изменениям в экваториальной и тропической зоне. Над приполюсными и смежными областями верхняя граница тропосферы лежит на уровне 8–10 км. В средних широтах она колеблется от 8 до 16 км.

Переходный слой между тропосферой и вышележащей сферой (толщиной 1–2 км) носит название тропопаузы. Выше нее от высот 8–17 до 50–55 км простирается стратосфера. Начиная с высоты около 25 км, температура с высотой растет, достигая на высоте ~ 50 км (у границ слоя) максимальных положительных значений (+30 °С). Повышение температуры в этой сфере вызвано наличием озона. Под действием ультрафиолетовой радиации Солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы, появляется атомарный кислород. В процессе диссоциации молекулярного кислорода, ультрафиолетовое излучение поглощается. В слое возникают реакции, приводящие к образованию молекул озона (О₃) О₂ + О → О₃. Слой озона занимает часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км (в тропических и умеренных широтах), в полярных – 15–20 км. Наличие в атмосфере озона меняет ее свойства. Излучение с длиной волны короче 290 нм полностью поглощается слоем озона, находящимся на высотах от 18 до 50 км (максимум плотности на высоте около 25 км). Общая толщина слоя озона, приведенного к нормальным условиям (т. е. к давлению 760 мм ртутного столба и температуре 0 °С), составляет около 3 мм. Озон защищает живую природу от губительного действия ультрафиолетовых и других коротковолновых излучений. Он играет большую роль в создании режима температуры и воздушных течений в стратосфере. Температура воздуха в высоких широтах, в слое 10–40 км, зимой и летом резко различается. Зимой она опускается до –60 °С, –75 °С. Летом, вблизи тропопаузы, температура увеличивается до –45 °С. Выше тропопаузы температура растет. На высоте 30–35 км достигает –20 °С, что обусловлено прогреванием воздуха от слоя озона. В стратосфере не происходит процессов образования облаков, не выпадают осадки. Здесь очень мало водяного пара. Ранее считали: газы в стратосфере разделены по слоям, в соответствии со своими удельными весами. Предполагали, что при равенстве поглощенной и отраженной солнечной радиации, образуется равновесие температур в стратосфере и перемешивания воздуха не происходит. Данные, полученные с помощью радиозондов и метеорологических ракет, показали: температура изменяется в больших пределах, происходят интенсивная циркуляция воздуха ветром.

Количество озона неодинаково над различными частями Земли. В 1984 г. в слое над Антарктидой спектроскопическими методами была обнаружена «озоновая дыра» [79]. Спутниковые измерения позволили “оконтурить” озоновую дыру и следить за ее изменениями. Измерения носили эпизодический характер, делались и делаются спектроскопическими методами. Депрессия озона, или озоновая «дыра», развивается в Антарктике ежегодно в весенний период. Разрушение озона в  области, ограниченной стратосферным полярным вихрем, демонстрирует значительные межгодовые флуктуации, интенсивность которых сравнима с величиной многолетнего отрицательного тренда содержания озона, наблюдающегося с начала 80-х годов прошлого века [80]. Озоновая«дыра»надАнтарктикой с 2014 по 2019 гг. уменьшилась с 20,9 до 9,3 млн. км². По мнению ученых, межгодовые флуктуации, являясь следствием причин динамического характера, не позволяют однозначно определить многолетний тренд общего содержания озона.

Над стратосферой, примерно до высоты 80 км, лежит слой мезосферы. Наблюдениями с помощью метеорологических ракет установлено, что общее повышение температуры, наблюдающееся в стратосфере, заканчивается на высотах 50-55 км. Выше этого слоя температура понижается и у верхней границы мезосферы достигает –90 °С. Понижение температуры в мезосфере с высотой на различных широтах и в течение года происходит неодинаково. Снижение температуры в низких широтах происходит более медленно, чем в высоких. Средний для мезосферы вертикальный градиент температуры равен 0,23–0,31 °С на 100 м. Температура в мезосфере опускается до –138 °С. В верхней мезосфере (в слое мезопаузы) понижение температуры с высотой прекращается. Как показали новейшие исследования в высоких широтах, температура на верхней границе мезосферы летом на несколько десятков градусов ниже, чем зимой [81].

Атмосфера, лежащая выше 80 км, состоит главным образом из азота и кислорода. Выше мезосферы, на высоте от 80 до 800 км над поверхностью Земли, расположена термосфера, для которой характерно повышение температуры с высотой. Задаем вопрос: какие процессы создают температуру в высоких атмосферных слоях? По данным, полученным преимущественно с помощью ракет, установлено, что в термосфере уже на уровне 150 км температура воздуха достигает 220–240 °С, а на уровне 200 км более 500 °С. Выше температура продолжает повышаться и на уровне 500–600 км превышает 1500 °С. С помощью искусственных спутников Земли, было установлено: в течение суток температура в верхней термосфере значительно колеблется и достигает около 2000 °С. Температура газа – мера средней скорости движения молекул. В высоких слоях, где плотность воздуха очень мала, столкновения между молекулами, находящимися на больших расстояниях, очень редки. Чем вызван подъем температуры в высоких слоях атмосферы, ученые не знают. На высотах выше 110–120 км кислород почти весь становится атомарным. В сумерки, или перед восходом солнца, при ясной погоде, здесь наблюдаются тонкие облака серебристо-синего цвета, уходящие за горизонт. Природа серебристых облаков слабо изучена.

Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Воздух на высоте 300–400 км и выше – разреженный, в течение суток его плотность сильно изменяется. Исследования показывают, что изменение плотности согласуется с положением Солнца. Наибольшая плотность воздуха – около полудня, наименьшая – ночью. Объясняют тем, что верхние слои атмосферы реагируют на изменение электромагнитного излучения Солнца. Предполагается, что газы, составляющие атмосферу выше 400–500 км, находятся в атомарном состоянии.

Поверхность, разделяющая термосферу от экзосферы, испытывает колебания в зависимости от изменения солнечной активности и других факторов. Экзосфера (сфера рассеяния) – самая верхняя часть атмосферы, расположена выше 800 км. Она мало изучена. По данным наблюдений температура в экзосфере с высотой возрастает предположительно до 2000°. Частицы в экзосфере, двигаясь с огромными скоростями, почти не встречаются друг с другом.