5.2. Строение атмосферы

По характеру изменения температуры в вертикальном направлении и другим физическим свойствам атмосферу делят на пять концентрических оболочек: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу, которые разделены тонкими (1–2 км) переходными слоями: тропо-, страто-, мезо- и термопаузами (рис. 21).

Тропосфера (греч. tropos – поворот) простирается от земной поверхности до высоты 16–18 км в экваториально-тропических широтах и до 8–9 км над полюсами. В ней заключено почти 80% воздуха атмосферы. Физические свойства воздуха тропосферы и происходящие в ней процессы находятся в большой зависимости от земной поверхности. От нее воздух получает тепло, поэтому с подъемом вверх температура его понижается в среднем на 0,6° на каждые 100 м и достигает близ тропопаузы в умеренных широтах около – 55 °С (она неодинакова на разных широтах и в разные сезоны года). Величина 0,6 °С/100 м называется вертикальным температурным градиентом. Для тропосферы характерны интенсивные вертикальные и горизонтальные движения воздуха и его перемешивание. В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы (99%), количество которого быстро убывает с высотой. Здесь происходит образование облаков, выпадают осадки, наблюдаются оптические, световые и звуковые метеорологические явления.

Рис. 21. Строение атмосферы: 1 – уровень моря; 2 – перистые облака; 3 – кучевые облака: 4 – слоистые облака; 5 – свободный аэростат; 6 – стратостат; 7 – радиозонд; 8 – перламутровые облака; 9 – отражение звуковых волн; 10 – метеорологическая ракета; 11 – серебристые облака; 12 – отражение средних радиоволн; 13 – метеоры; 14 и 15 – полярные сияния; 16 – отражение коротких радиоволн; 17 – геофизическая ракета; 18 – искусственные спутники Земли; 19 – пилотируемые космические корабли

Стратосфера (лат. stratus – слоистый) простирается от тропопаузы до 50–55 км. Здесь сосредоточено около 20% воздуха, в котором много озона. В нижней стратосфере температура более или менее постоянна, но выше 30 км она быстро растет за счет поглощения озоном ультрафиолетовой солнечной радиации и достигает близ стратопаузы среднегодового значения около О °С с отклонением ±20 °С в зависимости от широты и времени года. Возрастание температуры с высотой приводит к большой устойчивости стратосферы. Водяного пара в стратосфере ничтожно мало. На высоте 22 – 25 км наблюдаются капельно-жидкие перламутровые облака. Раньше стратосферу считали спокойной средой, но оказалось, что в ней происходит интенсивная горизонтальная циркуляция и наблюдаются небольшие вертикальные перемещения типа подъема и оседания, захватывающие большие пространства.

Мезосфера (греч. mesos – средний) простирается от стратопаузы до 80 км. В ней температура понижается до – 80 °С... –85 °С, с чем связана турбулентность. Здесь образуются тонкие ледяные серебристые облака.

В целом в трех нижних слоях заключено 99,5% всей массы атмосферы.

Термосфера (греч. therme – тепло) – слой от мезопаузы до 800 км. Температура в нем возрастает до 1500°С, но в разреженном воздухе она характеризует лишь кинетическую энергию движения частиц и не ощущается, поэтому летающие здесь искусственные спутники от воздуха не нагреваются и не сгорают. В нижней термосфере сгорают метеоры.

Экзосфера (греч. ехо – снаружи) – внешний (800–1000 км) крайне разреженный слой атмосферы с температурой около 2000 °С. Здесь скорость движения атомов водорода и гелия более 11,2 км/с и они частично ускользают в межпланетное пространство, за что этот слой называют сферой рассеяния.

С точки зрения ионизации, т. е. по электрическому составу, атмосфера делится на нейтросферу (три нижних слоя) и ионосферу (два верхних слоя). В ионосфере наблюдаются полярные сияния, магнитные бури. Благодаря ей обеспечивается дальняя радиосвязь.