Окружающий мир образован из трех очень разных частей: земли, воды и воздуха. Каждая из них по-своему уникальна и интересна. Сейчас речь пойдет только о последней из них. Что такое атмосфера? Как она возникла? Из чего состоит и на какие части делится? Все эти вопросы чрезвычайно интересны.

Само название «атмосфера» образовано из двух слов греческого происхождения, в переводе на русский они означают «пар» и «шар». А если посмотреть точное определение, то можно прочитать следующее: «Атмосфера - это воздушная оболочка планеты Земля, которая несется вместе с ней в космическом пространстве». Она развивалась параллельно геологическим и геохимическим процессам, которые происходили на планете. И сегодня от нее зависят все процессы, протекающие в живых организмах. Без атмосферы планета стала бы безжизненной пустыней, подобной Луне.

Из чего она состоит?

Вопросом о том, что такое атмосфера и какие элементы в нее входят, заинтересовал людей уже давно. Основные составляющие этой оболочки были известны уже в 1774 году. Их установил Антуан Лавуазье. Он обнаружил, что состав атмосферы большей частью образован из азота и кислорода. С течением времени ее составляющие уточнялись. И теперь известно, что в ней находятся еще многие другие газы, а также вода и пыль.

Рассмотрим более подробно то, из чего состоит атмосфера Земли возле ее поверхности. Самый распространенный газ - азот. Его содержится немного больше 78 процентов. Но, несмотря на такое большое количество, в воздухе азот практически не активен.

Следующий по количеству и очень важный по значению элемент - кислород. Этого газа содержится почти 21%, и он как раз проявляет очень высокую активность. Его специфическая функция состоит в окислении мертвого органического вещества, которое в результате этой реакции разлагается.

Газы с низким содержанием, но важным значением

Третий газ, который входит в состав атмосферы, - аргон. Его чуть-чуть меньше, чем один процент. После него идут углекислый газ с неоном, гелий с метаном, криптон с водородом, ксенон, озон и даже аммиак. Но их содержится настолько мало, что процентное содержание таких компонентов равняется сотым, тысячным и миллионным частям. Из них только углекислый газ играет существенную роль, поскольку он является строительным материалом, который необходим растениям для фотосинтеза. Другая его важная функция состоит в том, чтобы не пропускать радиацию и поглощать часть солнечного тепла.

Еще один малочисленный, но важный газ - озон существует для удержания ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца. Благодаря этому свойству все живое на планете надежно защищено. С другой стороны, озон влияет на температуру стратосферы. Из-за того, что он поглощает это излучение, происходит нагревание воздуха.

Постоянство количественного состава атмосферы поддерживается безостановочным перемешиванием. Ее слои перемещаются как по горизонтали, так и по вертикали. Поэтому в любом месте земного шара достаточно кислорода и нет избытка углекислого газа.

Что еще присутствует в воздухе?

Следует отметить, что в воздушном пространстве можно обнаружить пар и пыль. Последняя состоит из пыльцы и частичек почвы, в городе к ним присоединяются примеси твердых выбросов из выхлопных газов.

А вот воды в атмосфере много. При определенных условиях она конденсируется, и появляются облака и туман. По сути это одно и то же, только первые появляются высоко над поверхностью Земли, а последний стелется по ней. Облака принимают разнообразную форму. Этот процесс зависит от высоты над Землей.

Если они образовались в 2 км над сушей, то их называют слоистыми. Именно из них проливается на землю дождь или падает снег. Над ними до высоты 8 км формируются кучевые облака. Они всегда самые красивые и живописные. Именно их рассматривают и гадают, на что они похожи. Если такие образования появятся на следующих 10 км, они будут очень легкими и воздушными. Их название перистые.

На какие слои делится атмосфера?

Хотя они и имеют сильно отличающиеся друг от друга температуры, очень сложно сказать, на какой конкретной высоте начинается один слой и заканчивается другой. Это деление весьма условное и носит приблизительный характер. Однако слои атмосферы все же существуют и выполняют свои функции.

Самая нижняя часть воздушной оболочки названа тропосферой. Ее толщина увеличивается при перемещении от полюсов к экватору с 8 до18 км. Это самая теплая часть атмосферы, поскольку воздух в ней нагревается от земной поверхности. Большая часть водяного пара сосредоточена в тропосфере, поэтому в ней образуются тучи, выпадают осадки, гремят грозы и дуют ветра.

Следующий слой имеет толщину около 40 км и называется стратосферой. Если наблюдатель переместится в эту часть воздуха, то обнаружит, что небо стало фиолетовым. Это объясняется малой плотностью вещества, которое практически не рассеивает солнечные лучи. Именно в этом слое летают реактивные самолеты. Для них там открыты все просторы, поскольку практически нет облаков. Внутри стратосферы имеется слой, состоящий из большого количества озона.

После нее идут стратопауза и мезосфера. Последняя имеет толщину около 30 км. Она характеризуется резким понижением плотности воздуха и его температуры. Небо для наблюдателя видится в черном цвете. Здесь можно даже днем наблюдать звезды.

Слои, в которых практически нет воздуха

Продолжает строение атмосферы слой под названием термосфера - самая протяженная из всех остальных, ее толщина достигает 400 км. Этот слой отличается огромной температурой, которая может достигать 1700 °C.

Последние две сферы часто объединяют в одну и называют его ионосферой. Это связано с тем, что в них протекают реакции с выделением ионов. Именно эти слои позволяют наблюдать такое явление природы, как северное сияние.

Следующие 50 км от Земли отведены экзосфере. Это внешняя оболочка атмосферы. В ней происходит рассеивание частиц воздуха в космос. В этом слое обычно перемещаются спутники погоды.

Атмосфера Земли заканчивается магнитосферой. Именно она приютила большинство искусственных спутников планеты.

После всего сказанного, не должно остаться вопросов о том, что такое атмосфера. Если возникли сомнения в ее необходимости, то их легко развеять.

Значение атмосферы

Главная функция атмосферы заключается в защите поверхности планеты от перегрева в дневное время и чрезмерного остывания ночью. Следующее важное значение этой оболочки, которое никто не будет оспаривать, в том, чтобы снабжать кислородом всех живых существ. Без этого они задохнулись бы.

Большинство метеоритов сгорают в верхних слоях, так и не долетев до поверхности Земли. И люди могут любоваться летящими огнями, принимая их за падающие звезды. Без атмосферы вся Земля была бы усеяна кратерами. А о защите от солнечного излучения уже говорилось выше.

Как влияет человек на атмосферу?

Очень негативно. Это связано с разрастающейся деятельностью людей. Основная доля всех отрицательных моментов приходится на промышленность и транспорт. Кстати, именно автомобили выделяют почти 60% всех загрязняющих веществ, которые проникают в слои атмосферы. Оставшиеся сорок делят между собой энергетика и промышленность, а также отрасли по уничтожению отходов.

Список вредных веществ, которые ежедневно пополняют состав воздуха, очень длинный. Из-за транспорта в атмосфере оказываются: азот и сера, углерод, синец и сажа, а также сильный канцероген, вызывающий рак кожи - бензопирен.

На долю промышленности приходятся такие химические элементы: сернистый газ, углеводород и сероводород, аммиак и фенол, хлор и фтор. Если процесс будет продолжаться, то скоро ответы на вопросы: «Что такое атмосфера? Из чего она состоит?» будут совсем другими.

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.

Нет повода задумываться над вопросом: Что случиться на Земле если пропадет атмосфера. И все же, если планета будет постепенно терять атмосферу по литрам стравливая воздух в космос, как все будет дальше?

Когда-то и Марс был полон атмосферой

А если атмосфера мгновенно исчезнет, то всё умрет? Сможет ли планета после этого восстановиться? Да, у нас нет видимых причин для беспокойства, но вопрос занимателен.

Для звука требуется среда для передачи волн – в безвоздушном пространстве наступит тишина. Мы еще сможем чувствовать вибрации по земле, но ничего не услышим. Птицы и самолеты больше не смогут подняться в небо.

Хотя мы не можем непосредственно видеть воздух (кроме облаков), он имеет определенную массу, которая поддерживает летающие объекты. Без атмосферы небо станет по космически черным. Это атмосфера придает небу синеву. Вам наверняка встречались фотографии небесной сферы, сделанные с Луны — небо на Земле станет таким же угрюмо-черным.

Земля без атмосферы.

Вся незащищенная растительная и животная жизнь на поверхности Земли умрет. Мы не сможем выжить в вакууме, что воцариться на планете, если атмосфера внезапно исчезнет.

Изменится температура и давление. Даже надев кислородную маску, дышать не получится. Ведь диафрагма использует перепад давления между воздухом внутри легких и снаружи тела, чтобы вдохнуть.

Предположим, у вас есть костюм (скафандр трудно найти) под давлением и воздух. Ну пожить – недолго и мучительно можно – выйдет, однако на коже вы получите массивный солнечный ожог, поскольку атмосфера Земли фильтрует солнечную радиацию.

Трудно сказать, сколько проблем выпадет на темной стороне планеты, но находиться под прямыми солнечными лучами крайне плохо.

Реки, озера и океаны будут кипеть. Кипячение происходит, когда давление паров жидкости превышает внешнее давление. В вакууме вода легко кипит, даже если температура невысока. И хотя вода кипит, водяной пар не будет восполнять атмосферное давление. Будет достигнута точка равновесия, когда достаточно водяного пара, чтобы предотвратить опустошение океанов. Оставшаяся вода скорее всего раньше замерзнет.

В конце концов (спустя долгое время после того, как поверхностная жизнь умерла), солнечная радиация разорвет атмосферную воду на кислород, который будет реагировать с углеродом планеты с образованием углекислого газа. Атмосфера будет слишком «тонкой», чтобы дышать.

Отсутствие атмосферы охладит поверхность Земли.

Мы не говорим об абсолютном холоде, но температура опустится ниже нуля. Водный пар из океанов будет действовать как парниковый газ, повышая температуру.

К сожалению, повышенная температура выжмет больше воды из моря в воздух – это вероятно сдержит парниковый эффект и сделает планету более похожей на Венеру, чем на Марс. К слову добавить, в своем прошлом Марс имел атмосферу, а затем в силу чрезвычайно плохих причин утерял.

Растения и наземные животные умрут. Рыба и птица умрет. Большинство водных организмов умрет. В общем-то все организмы, нуждающиеся в воздухе для дыхания, погибнут.

Однако можно ожидать, что некоторые бактерии выживут, поэтому потеря атмосферы не убьет всю жизнь на Земле. Например, хемосинтетические бактерии даже не замечают потери атмосферы, и еще ряд экстремофилов может выжить.

Вулканы и геотермальные вентиляционные каналы будут продолжать откачивать углекислый газ и другие газы, чтобы добавить их в воду. Наибольшая разница между исходной и новой атмосферой будет заключаться в гораздо более низком содержании азота. Земля могла бы пополнить азот от метеорных ударов, но большая часть его будет потеряна навсегда.

Смогут ли люди пережить потерю атмосферы?

Очень интересный вопрос, не так ли? Рассмотрим два варианта, возможно дающим шанс людям выжить на Земле, потерявшей атмосферу. Можно построить радиационно-экранированные купола на поверхности Земли (готовимся к апокалипсису заблаговременно). Как известно, живой скептик (параноик) – это лучше, чем неживой оптимист.

Куполам нужна атмосфера под давлением, там будет воздух, и возможность поддерживать жизнь растений. Правда требуется время, чтобы построить биодом, но конечный результат не будет сильно отличаться от попыток выжить на другой планете в чуждой среде. – В любом случае, лучше заранее подготовиться выживать.

Более простым решением было бы построить . Таким образом, вода может обеспечить давление, а также может отфильтровать солнечную радиацию.

Вероятно, не стоит фильтровать всю радиацию, поскольку будем выращивать растения. Кстати, пережившие «конец света» узнают вкусные способы приготовления бактерий в качестве пищи, — о чем пишут фантасты жанра постапокалипсис.

Может ли Земля потерять атмосферу?

Магнитное поле Земли защищает атмосферу от потерь плазменных облаков и солнечной радиации. Возможно, может сжечь атмосферу. Иным вероятным сценарием являются атмосферные потери из-за массивного воздействия метеоров.

Большие удары случались несколько раз на внутренних планетах системы, включая Землю. Молекулы газа набирают достаточную энергию, чтобы убежать от силы тяжести, но теряется только часть атмосферы. А то и вовсе атмосфера воспламениться под влиянием техногенной химической реакции, напрочь выгорев.

Но в целом, повода для беспокойства нет, мы же рассмотрели всего лишь гипотетический сценарий апокалипсиса.

Во время сильной солнечной бури Земля теряет около 100 тонн атмосферы .

Факты космической погоды

1. Солнечные вспышки, могут иногда нагревать солнечную поверхность до температуры 80 миллионов F, что горячее ядра ​​солнца!
2. Самый быстрый выброс корональной массы был зарегистрирован 4 августа 1972 года и он путешествовал от Солнца до Земли 14,6 часа - скорость около 10 миллионов километров в час или 2778 км/сек.
3. 8 апреля 1947 года зафиксировано крупнейшие пятно в новейшей истории, с максимальным размером, превышающим в 330 раз площадь Земли.
4. Самая мощная солнечная вспышка за последние 500 лет произошло 2 сентября 1859 г. и была обнаружена двумя астрономами, которым повезло, глянуть на солнце в нужное время!
5. В период с 10 по 12 мая 1999 года, давление солнечного ветра практически исчезло, в результате чего магнитосфера Земли расширилась в объеме более чем в 100 раз!
6. Типичные выбросы корональной массы могут иметь размеры в миллионы километров, но масса соответствует небольшой горе!
7. Некоторые пятна на Солнце настолько прохладны, что водяные пары могут образовываться при температуре 1550 С.
8. Самые мощные полярные сияния могут генерировать более 1 трлн ватт, что сравнимо с землетрясением средней мощности.
9. 13 марта 1989 в Квебеке(Канада) в результате крупной геомагнитной бури произошла крупная авария в электросетях, вызвавшая отключение энергии в течении 6 часов. Ущерб для экономики Канады составил 6 миллиардов долларов
10. Во время интенсивных солнечных вспышек космонавты могут видеть яркие мигающие полосы света от воздействия частиц высокой энергии на глазные яблоки.
11. Самой большой проблемой путешествия космонавтов на Марс будет преодоление воздействия солнечных бурь и радиации.
12. Прогнозирования космической погоды стоит всего $ 5 млн в год, но сохраняет более 500 миллиардов долларов ежегодного дохода от спутников и электротехнической промышленности.
13. В течение последнего цикла солнечной активности было повреждено или уничтожено спутниковых технологий на 2 млрд $.
14. Повторение кэррингтоновского события, как в 1859 году, может стоить 30 миллиардов долларов в день для электросетей США и до 70 млрд. $ для спутниковой индустрии.
15. 4 августа 1972 солнечная вспышка была настолько сильна, что, по некоторым оценкам, космонавт во время полета получил бы смертельную дозу излучения.
16. В течение минимума Маундера (1645-1715), сопровождавшегося наступлением малого ледникового периода , 11-летний цикл солнечных пятен не был обнаружен.
17. За одну секунду солнце превращает 4 миллиона тонн материи в чистую энергию.
18. Ядро Солнца, почти столь же плотное, как свинец и имеет температуру 15 млн. градусов C.
19. Во время сильной солнечной бури Земля теряет около 100 тонн атмосферы.
20. Магнитные игрушки на редкоземельные элементах могут иметь магнитное поле в 5 раз сильнее, чем магнитное поле солнечных пятен.

Одна из ярких особенностей Солнечной системы - разнообразие планетных атмосфер. Земля и Венера схожи по размеру и массе, однако поверхность Венеры раскалена до 460° C под океаном из диоксида углерода, который давит на поверхность как километровый слой воды. Каллисто и Титан - крупные спутники, соответственно, Юпитера и Сатурна; они почти одного размера, но Титан имеет обширную азотную атмосферу, гораздо большую, чем у Земли, а Каллисто практически лишена атмосферы.

Откуда берутся такие крайности? Если бы мы это знали, то смогли бы объяснить, почему Земля полна жизни, тогда как другие планеты рядом с ней выглядят безжизненными. Поняв, как эволюционируют атмосферы, мы могли бы определить, какие планеты вне Солнечной системы могут быть обитаемы.

Планета приобретает газовый покров разными путями. Она может извергать пар из своих недр, может захватить летучие вещества у комет и астероидов при столкновении с ними, или же ее гравитация может притянуть газы из межпланетного пространства. К тому же планетологи приходят к выводу, что потеря газа играет столь же важную роль, как и его приобретение. Даже земная атмосфера, которая выглядит незыблемой, постепенно утекает в космическое пространство. Темп утечки в настоящее время очень мал: около 3 кг водорода и 50 г гелия (два легчайших газа) в секунду; но даже такая струйка может стать существенной за геологический период, а темп потери мог быть когда-то значительно выше. Как писал Бенджамин Франклин, "маленькая течь может потопить большой корабль". Нынешние атмосферы планет земной группы и спутников планет-гигантов напоминают руины средневековых замков - это остатки былой роскоши, ставшей жертвой грабежа и обветшания. Атмосферы же еще меньших тел похожи на разрушенные форты - беззащитные и легко ранимые.

Осознав важность утечки атмосфер, мы меняем свое представление о будущем Солнечной системы. Десятилетиями ученые пытались понять, почему у Марса столь тонкая атмосфера, но теперь мы удивлены, что у него вообще сохранилась хоть какая-то атмосфера. Не обусловлено ли различие между Титаном и Каллисто тем, что Каллисто потеряла свою атмосферу прежде,чем на Титане появился воздух? Была ли раньше атмосфера Титана более плотной, чем сегодня? Как Венера сохранила азот и диоксид углерода, но полностью потеряла воду? Способствовала ли утечка водорода зарождению жизни на Земле? Превратится ли когда-нибудь наша планета во вторую Венеру?

Когда становится жарко

Если ракета набрала вторую космическую скорость, то она движется так быстро, что способна преодолеть притяжение планеты. То же самое можно сказать об атомах и молекулах, хотя обычно они достигают скорости убегания, не имея определенной цели. При тепловом испарении газы становятся настолько горячими, что их невозможно удержать. В нетепловых процессах атомы и молекулы выбрасываются в результате химических реакций или взаимодействия заряженных частиц. Наконец, при столкновении с астероидами и кометами отрываются целые куски атмосферы.

Самый распространенный процесс из этих трех - тепловое испарение. Все тела в Солнечной системе нагреваются солнечным светом. Избавляются от этого тепла они двумя путями: испусканием инфракрасного излучения и испарением вещества. У долгоживущих объектов, таких как Земля, доминирует первый процесс, а, например, у комет - второй. Если нарушится баланс между нагревом и охлаждением, то даже крупное тело размером с Землю может довольно быстро нагреться, и при этом его атмосфера, обычно содержащая малую долю массы планеты, может весьма быстро испариться. Наша Солнечная система заполнена телами, лишенными воздуха, по-видимому, в основном по причине теплового испарения. Тело становится безвоздушным, если солнечный нагрев превосходит определенный порог, зависящий от силы гравитации тела.
Тепловое испарение происходит двумя путями. Первый называют испарением Джинса в честь английского астрофизика Джеймса Джинса (James Jeans), описавшего это явление в начале XX в. При этом воздух из верхнего слоя атмосферы испаряется буквально атом за атомом, молекула за молекулой. В более низких слоях взаимные соударения удерживают частицы, но выше уровня, называемого экзобазой (у Земли он лежит на высоте 500 км от поверхности), воздух настолько разрежен, что частицы газа почти никогда не сталкиваются. Выше экзобазы уже ничто не может остановить атом или молекулу, имеющие достаточную скорость для вылета в космос.

Водород как самый легкий газ проще других преодолевает притяжение планеты. Но сначала он должен добраться до экзобазы, а на Земле это долгий процесс. Молекулы с водородом обычно не поднимаются выше нижних слоев атмосферы: водяной пар (H2O) конденсируется и падает вниз в виде дождя, а метан (CH4) окисляется и превращается в диоксид углерода (CO2). Некоторые молекулы воды и метана добираются до стратосферы и разрушаются, выделяя водород, который медленно диффундирует вверх, пока не доберется до экзобазы. Некоторая часть водорода утекает, о чем свидетельствуют ультрафиолетовые снимки, демонстрирующие гало из атомов водорода вокруг нашей планеты.

Температура на высоте экзобазы Земли колеблется вблизи 1000 К, что соответствует средней скорости атомов водорода около 5 км/с. Это меньше второй космической скорости для Земли на этой высоте (10,8 км/с); но скорости атомов вокруг среднего значения распределены широко, поэтому некоторые атомы водорода имеют шанс преодолеть притяжение планеты. Утечка частиц из высокоскоростного "хвоста" в их распределении по скоростям объясняет от 10 до 40 % потерь Землей водорода. Испарением Джинса частично объясняется и отсутствие атмосферы у Луны: газы, выходящие из-под поверхности Луны, легко испаряются в космос.

Второй путь теплового испарения более эффектен. В то время как при испарении Джинса газ улетает молекула за молекулой, нагретый газ может улетать целиком. Верхние слои атмосферы могут поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца, нагреваться и, расширяясь, выталкивать воздух вверх. Поднимаясь, воздух ускоряется, преодолевает скорость звука и достигает скорости убегания. Эта форма теплового испарения называется гидродинамическим оттоком, или планетным ветром (по аналогии с солнечным ветром - потоком заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем в космос).

Основные положения

Многие газы, составляющие атмосферу Земли и других планет, медленно утекают в космос. Горячие газы, в особенности легкие, испаряются, химические реакции и столкновения частиц приводят к выбросу атомов и молекул, а кометы и астероиды иногда отрывают большие куски атмосферы.
Утечкой объясняются многие загадки Солнечной системы. Например, Марс красный из-за того, что его водяной пар расщепился на водород и кислород; водород улетел в космос, а кислород окислил (покрыл ржавчиной) грунт. Подобный процесс на Венере привел к появлению плотной атмосферы из диоксида углерода. Удивительно, но могучая атмосфера Венеры - результат утечки газа.

Дэвид Кетлинг и Кевин Цанле
Журнал «В мире науки»

Земля теряет атмосферу! Грозит ли нам кислородное голодание?

Исследователи были поражены недавним открытием: оказалось, что наша планета теряет свою атмосферу быстрее, чем Венера и Марс из-за того, что обладает гораздо более значительным и мощным магнитным полем.

Это может означать, что магнитное поле Земли – не такой уж и хороший защитный экран, как это предполагалось ранее. Ученые были уверены в том, что именно благодаря действию магнитного поля Земли атмосфера хорошо защищена от губительного воздействия Солнца. А оказалось, что магнитосфера Земли способствует истончению земной атмосферы за счет ускоренной потери кислорода.

По словам Кристофера Рассела, профессора геофизики и специалиста по космической физике университета Калифорнии, ученые привыкли считать, что человечеству крайне повезло с земной "пропиской": замечательное магнитное поле Земли, мол, отлично защищает нас от солнечных "атак" – космических лучей, вспышек на Солнце и солнечного ветра. Теперь же выясняется, что магнитное поле земли – не только защитник, но и враг.

Группа специалистов во главе с Расселом пришли к этому выводу во время совместной работы на Конференции сравнительной планетологии.

СТРАННОСТИ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ ПЛАНЕТЫ: ВЗГЛЯД В АТМОСФЕРУ

Впервые удалось наблюдать процессы, протекающие в атмосфере планеты далеко за пределами Солнечной системы.

Судя по всему, процессы эти вызваны яркой вспышкой на материнской звезде планеты – впрочем, обо всем по порядку.

Экзопланета HD 189733b является газовым гигантом наподобие Юпитера, хотя примерно на 14% крупнее и несколько тяжелее него. Планета вращается вокруг звезды HD 189733, на расстоянии от нее порядка 4,8 млн км (и 63 световых лет от нас), то есть примерно в 30 раз ближе, чем Земля к Солнцу. Полный оборот вокруг своей материнской звезды она совершает за 2,2 земных дня, температура на ее поверхности достигает свыше 1000 О С. Сама же звезда относится к солнечному типу, имея в размерах и весе примерно 80% солнечных.

Время от времени HD 189733b проходит между звездой и нами, что и позволило по изменению светимости звезды не только обнаружить присутствие планеты, но и показать наличие у нее атмосферы, а в атмосфере – водяного пара (читайте: «Есть вода »). Обнаружилось также, что она постоянно теряет водород, фактически, являясь «испаряющейся» планетой. С этим «испарением» получилась довольно запутанная история.

Весной 2010 г. за одним из транзитов – прохождений планеты между своей звездой и нами –наблюдал космический телескоп Hubble , который не обнаружил признаков ни атмосферы, ни ее испарения. А осенью 2011 г. он же, наблюдая за транзитом той же HD 189733b, наоборот, предоставил весьма красноречивые свидетельства и того, и другого, зафиксировав целый газовый «хвост», покидающий планету: подсчитанная на этой основе скорость «испарения» составила не менее 1 тыс. т вещества в секунду. К тому же, поток развивал миллионы километров в час.

Чтобы разобраться в этом, к делу подключили рентгеновский телескоп Swift . Именно их совместная работа позволила впервые зафиксировать взаимодействия между далекой звездой и ее планетой. Swift наблюдал за тем же транзитом сентября 2011 г., и примерно за восемь часов до начала работы Hubble зафиксировал на поверхности звезды HD 189733 мощнейшую вспышку. В рентгеновском диапазоне излучение звезды подскочило в 3,6 раза.

Выводы ученых логичны: расположенная весьма близко к звезде, газовая планета получила в результате вспышки изрядный удар – в рентгеновском диапазоне он был в десятки тысяч раз мощнее всего того, что получает Земля даже при самых мощных (Х-класса) вспышках на Солнце. А если учесть огромные размеры HD 189733b, получается, что планета испытала воздействие рентгена в миллионы раз большее, чем это возможно при вспышке Х-класса на Солнце. Именно это воздействие привело к тому, что она начала стремительно терять вещество.

Испаряющаяся под действием близкой звезды атмосфера HD 189733b: взгляд художника Так выглядела HD 189733b 14 сентября 2011 г. в объективе зонда Swift (кобминированное изображение в видимом и рентгеновском диапазоне) То же изображение, но только в рентгеновских лучах

Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.

Химический состав атмосферы Земли

Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.

Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.

Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).

В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.

Формирование погоды и климата

Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.

Рассмотрим факторы по порядку.

1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.

2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) - это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.

Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.

3. Атмосферное давление - еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.

Всего выделено 7 зон. Экватор - зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт - область высокого давления. От 30° до 60° - опять низкое давление. А от 60° до полюсов - зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов - ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.

Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление - 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. - это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление - 748 мм рт.ст.

Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.

Строение атмосферы

Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.

. Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.

Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.

. Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.

. Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.

. Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.

. Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.

В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.

. Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.

. Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.

. Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.

Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.

Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.

. Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".

Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.