атмосфера Землі

1. Основні властивості атмосфери Землі
2. Склад атмосфери Землі. Історія розвитку
3. структура атмосфери
4. тропосфера
5. стратосфера
6. Життя і людина в стратосфері
7. Озоновий шар
8. мезосфера
9. термосфера
10. Термосфера і космонавтика
11. полярні сяйва
12. екзосфера
13. вивітрювання атмосфери
14. хмари
15. Хмари нижнього ярусу
16. Хмари вертикального розвитку
17. Хмари середнього ярусу
18. Хмари верхнього ярусу
19. сріблясті хмари
20. Атмосфера Землі в астрономії

Атмосфера Землі - це газова оболонка нашої планети, що тягнеться до тисячі кілометрів вгору над поверхнею планети. Вона характеризується високою динамічністю, фізичної неоднорідністю і вразливістю до біологічних факторів. Протягом мільярдів років історії атмосфери Землі, саме живі істоти найсильніше змінювали її складу.

Основні властивості атмосфери Землі

Атмосфера - це наш захисний купол від усілякого роду погроз з космосу. У ній згорає велика частина метеоритів, які падають на планету, а її озоновий шар служить фільтром проти ультрафіолетового випромінювання Сонця , Енергія якого смертельна для живих істот. Крім того, саме атмосфера підтримує комфортну температуру біля поверхні Землі - якби не парниковий ефект, який досягається за рахунок багаторазового відбиття сонячних променів від хмар, Земля була б в середньому на 20-30 градусів холодніше. Кругообіг води в атмосфері і рух повітряних мас не тільки врівноважують температуру і вологість, а й створюють земне різноманітність ландшафтних форм і мінералів - такого багатства не зустріти ніде в Сонячній системі.

Горіння метеорів - один з подарунків нашої атмосфери

Маса атмосфери становить 5,2 × 1018 кілограм. Хоча газові оболонки поширюються на багато тисяч кілометрів від Землі, її атмосферою вважаються лише ті, які обертаються навколо осі зі швидкістю, що дорівнює швидкості обертання планети. Таким чином, висота атмосфери Землі становить близько 1000 кілометрів, плавно переходячи в космічний простір в верхньому шарі, екзосфері (від ін. Грецького «зовнішній шар»).

Склад атмосфери Землі. Історія розвитку

Хоча повітря і здається однорідним, він являє собою суміш різноманітних газів. Якщо брати тільки ті, які займають хоча б тисячну частку обсягу атмосфери, їх вже буде 12. Якщо ж дивитися на загальну картину, то в повітрі одночасно перебуває вся таблиця Менделєєва!

Однак домогтися такого розмаїття Землі вдалося не відразу. Тільки завдяки унікальним збігів хімічних елементів і наявності життя атмосфера Землі стала настільки складною. Наша планета зберегла геологічні сліди цих процесів, що дозволяє нам зазирнути на мільярди років тому:

Молода Земля значно відрізнялася від свого сучасного вигляду. Круглі «озера» - це кратери від ударів численних метеоритів, які без праці проникали крізь тонку атмосферу.

• Першими газами, які огорнули молоду Землю 4,3 мільярда років тому, були водень і гелій - фундаментальні складові атмосфери газових гігантів на зразок Юпітера . Це найелементарніші речовини - з них складалися залишки туманності, яка народила Сонце й планети, і вони рясно осідали навколо гравітаційних центрів-планет. Їх концентрація була не дуже висока, а низька атомна маса дозволяла їм випаровуватися в космос, що вони роблять до сих пір. На сьогоднішній день їх загальна питома маса становить 0,00052% від загальної маси атмосфери Землі (0,00002% водню і 0,0005% гелію), що зовсім мало.
• Однак усередині самої Землі крилася сила-силенна речовин, які прагнули вирватися з розпечених надр. З вулканів було викинуто величезну кількість газів - в першу чергу аміак, метан і вуглекислий газ, а також сірка. Аміак і метан згодом розклалися на азот, який нині займає левову частку маси атмосфери Землі - 78%.

Вулкани - одні з головних учасників формування атмосфери

• Але справжня революція в складі атмосфери Землі сталася разом з приходом кисню. Він з'являвся і природним шляхом - розпечена мантія молодої планети активно позбавлялася від газів, замкнених під земною корою. Крім того, водяні пари, які викидають вулканами, розщеплювалися під впливом сонячного ультрафіолету на водень і кисень.

Однак такий кисень не міг довго затримуватися в атмосфері. Він вступав у реакцію з чадним газом, вільним залізом, сірої та безліччю інших елементів на поверхні планети - а високі температури і сонячне випромінювання каталізувало хімічні процеси. Змінило цю ситуацію тільки поява живих організмів.

• По-перше, вони почали виділяти стільки кисню, що він не тільки окислив все речовини на поверхні, але і почав накопичуватися - за пару мільярдів років його кількість зросла з нуля до 21% відсотка всієї маси атмосфери.
• По-друге, живі організми активно використовували вуглець атмосфери для побудови власних скелетів. В результаті їх діяльності земна кора поповнилася цілими геологічними пластами органічних матеріалів і копалин, а вуглекислого газу стало куди менше

Вапняк з останками древніх безхребетних організмів

• І, нарешті, надлишок кисню сформував озоновий шар, який став захищати живі організми від ультрафіолету. Життя стала еволюціонувати активніше і купувати нові, більш складні форми - серед бактерій і водоростей стали з'являтися високоорганізовані істоти. Сьогодні в озон займає всього 0,00001% всієї маси Землі.

Вам вже напевно відомо, що синій колір неба на Землі теж створюється киснем - з усього райдужного спектра Сонця він найкраще розсіює короткі хвилі світла, що відповідають за синій колір. Цей же ефект діє в космосі - на відстані Земля ніби огортається блакитним серпанком, а видали і зовсім перетворюється в синю точку.

Крім того, в атмосфері в значній кількості присутні благородні гази. Серед них найбільше аргону, частка якого в атмосфері становить 0,9-1%. Його джерело - ядерні процеси в глибинах Землі, а потрапляє на поверхню він через мікротріщини в літосферних плитах і вулканічні виверження (таким же чином з'являється гелій в атмосфері). Через своїх фізичних особливостей благородні гази піднімаються у верхні шари атмосфери, де випаровуються в космічний простір.

Смог над Китаєм, вид з космосу

Як ми можемо бачити, склад атмосфери Землі змінювався вже не раз, і до того ж дуже сильно - але на це знадобилися мільйони років. З іншого боку, життєво важливі явища дуже стійкі - озоновий шар буде існувати і функціонувати, навіть якщо на Землі буде в 100 разів менше кисню. На тлі загальної історії планети, діяльність людини не залишила серйозних слідів. Однак в локальних масштабах цивілізація здатна створювати проблеми - по крайней мере, для себе. Забруднювачі повітря вже зробили життя жителів китайського Пекіна небезпечною - а величезні хмари брудного туману над великими містами видно навіть з космосу.

структура атмосфери

Однак екзосфера - це не єдиний особливий шар нашої атмосфери. Їх існує чимало, і кожен з них має свої унікальні характеристики. Давайте розглянемо декілька основних:

тропосфера

Найнижчий і найбільш щільний шар атмосфери називається тропосферою. Читач статті зараз знаходиться саме в його «придонному» частини - якщо, звичайно, він не є одним з 500 тисяч чоловік, які летять прямо Зараз в літаку . Верхня межа тропосфери залежить від широти (пам'ятаєте про відцентрової силі обертання Землі, через яку планета ширше на екваторі?) І коливається від 7 кілометрів на полюсах до 20 кілометрів на екваторі. Також розміри тропосфери залежить від сезону - чим тепліше повітря, тим вище піднімається верхня межа.

Назва «тропосфера» походить від давньогрецького слова «tropos», яке перекладається як «поворот, зміна». Це досить точно відображає властивості шару атмосфери - він найбільш динамічний і продуктивний. Саме в тропосфері збираються хмари і циркулює вода, створюються циклони і антициклони і генеруються вітру - відбуваються всі ті процеси, які ми називаємо «погода» і «клімат». Крім того, це найпотужніший і щільний шар - на нього припадає 80% маси атмосфери і майже весь зміст води в ній. Тут же мешкає велика частина живих організмів.

Шари атмосфери з космосу. Найнижчий, помаранчевий шар - тропосфера.

Всім відомо, що чим вище підніматися, тим холодніше стає. Це дійсно так - кожні 100 метрів вгору температура повітря падає на 0,5-0,7 градуса. Проте принцип працює тільки в тропосфері - далі температура з ростом висоти починає підвищуватися. Зона між тропосферою і стратосферой, де температура залишається незмінною, називається тропопаузою. А ще з висотою прискорюється протягом вітру - на 2-3 км / с на кілометр вгору. Тому пара- і дельтапланеристи воліють для польотів піднесені плато і гори - там завжди вдасться «зловити хвилю».

Кругообіг води в природі

Вже згадане повітряне дно, де атмосфера контактує з літосферою, називається приземним прикордонним шаром. Його роль в циркуляції атмосфери неймовірно велика - віддача тепла і випромінювання від поверхні створює вітри і перепади тиску, а гори і інші нерівності рельєфу направляють і розділяють їх. Тут же відбувається водообмін - за 8-12 днів вся вода, взята з океанів і поверхні, повертається назад, перетворюючи тропосферу в своєрідний водний фільтр.

• Цікавий факт - на водообмене з атмосферою зав'язаний важливий процес в життєдіяльності рослин - транспірація. З її допомогою флора планети активно впливає на клімат - так, великі зелені масиви пом'якшують погоду і перепади температури. Рослини в насичених водою місцях випаровують 99% води, взятої з грунту. Наприклад, гектар пшениці за літо викидає в атмосферу 2-3 тисячі тонн води - це значно більше, ніж могла б віддати млява грунт.

Нормальний тиск у поверхні Землі - близько 1000 миллибар. Еталоном вважається тиск 1013 мбар, яке становить одну «атмосферу» - з цією одиницею виміру ви вже напевно стикалися. З ростом висоти тиск стрімко падає: у кордонів тропосфери (на висоті 12 кілометрів) воно становить вже 200 мбар, а на висоті 45 кілометрів і зовсім падає до 1 мбар. Тому не дивно, що саме в насиченій тропосфері зібрано 80% все маси атмосфери Землі.

стратосфера

Шар атмосфери, розташований в діапазоні між 8 км висоти (на полюсі) і 50 км (на екваторі), називається стратосферой. Назва походить від ін. Грецького слова «stratos», яке означає «настил, шар». Це вкрай розріджена зона атмосфери Землі, в якій майже немає водяної пари. Тиск повітря в нижній частині стратосфери в 10 разів менше приповерхневого, а у верхній частині - в 100 разів.

У розмові про тропосферу ми вже дізналися, що температура в ній знижується в залежності від висоти. У стратосфері все відбувається з точністю до навпаки - з набором висоти температура зростає від -56 ° C до 0-1 ° С. Припиняється нагрів в стратопаузі, кордоні між страто- і мезосфері.

Вид на Землю зі стратосфери. Хмари зверху виглядають навіть меншими, ніж знизу

Життя і людина в стратосфері

Пасажирські лайнери і надзвукові літаки зазвичай літають в нижніх шарах стратосфери - це не тільки захищає їх від нестабільності повітряних потоків тропосфери, але і спрощує їх рух за рахунок малого аеродинамічного опору. А низькі температури і розрідженість повітря дозволяють оптимізувати споживання палива, що особливо важливо для далеких перельотів.

Однак існує технічна межа висоти для літака - приплив повітря, якого в стратосфері так мало, необхідний для роботи реактивних двигунів. Відповідно, для досягнення потрібного тиску повітря в турбіні літаку доводиться рухатися швидше за швидкість звуку. Тому високо в стратосфері (на висоті 18-30 кілометрів) можуть пересуватися тільки бойові машини і надзвукові літаки на кшталт «Конкордов». Так що основними «мешканцями» стратосфери є метеорологічні зонди, прикріплені до повітряних куль - там вони можуть залишатися тривалий час, збираючи інформацію про динаміку нижележащей тропосфери.

Конкорд - пасажирський надзвуковий літак

Читачеві вже напевно відомо, що аж до самого озонового шару в атмосфері зустрічаються мікроорганізми - так званий аеропланктон. Однак не одні бактерії здатні виживати в стратосфері. Так, одного разу в двигун літака на висоті 11,5 тисячі кілометрів потрапив африканський сип - особливий різновид грифа. А деякі качки під час міграцій спокійно пролітають над Еверестом.

Але найбільшим істотою, котрі побували в стратосфері, залишається людина. Поточний рекорд по висоті був встановлений Аланом Юстасом - віце-президентом компанії Google. У день стрибка йому було 57 років! На спеціальному повітряній кулі він піднявся на висоту 41 кілометр над рівнем моря, а потім зістрибнув вниз з парашутом. Швидкість, яку він розвинув в піковий момент падіння, склала 1342 км / год - більше швидкості звуку! Одночасно Юстас став першою людиною, самостійно подолав звуковий поріг швидкості (не рахуючи скафандра для підтримки життєдіяльності і парашутів для приземлення в цілому вигляді).

• Цікавий факт - для того щоб від'єднатися від повітряної кулі, Юстасу знадобився вибуховий пристрій - на кшталт того, що використовується космічними ракетами при від'єднанні ступенів.

Алан Юстас в скафандрі. Стрибок був здійснений тільки в захисному костюмі - без герметичних капсул і інших захисних заходів.

Озоновий шар

А ще на кордоні між стратосферой і мезоферой знаходиться знаменитий озоновий шар. Він захищає поверхню Землі від дії ультрафіолетових променів, а заодно служить верхньою межею поширення життя на планеті - вище нього температура, тиск і космічне випромінювання швидко покладуть край навіть найстійкішим бактеріям.

Звідки ж узявся цей щит? Відповідь неймовірний - він був створений живими організмами, точніше - киснем, які різноманітні бактерії, водорості і рослини виділяли з незапам'ятних часів. Піднімаючись високо по атмосфері, кисень контактує з ультрафіолетовим випромінюванням і вступає в фотохимическую реакцію. В результаті зі звичайного кисню, яким ми дихаємо, O2, виходить озон - O3.

Парадоксально, але створений випромінюванням Сонця озон захищає нас від цього ж випромінювання! А ще озон не відображає, а поглинає ультрафіолет - тим самим він нагріває атмосферу навколо себе.

Фіолетовий рідкий озон і синій кисень при температурі нижче -180 ° C

мезосфера

Ми вже згадували, що над стратосферой - точніше, над стратопаузой, прикордонної прошарком стабільної температури - знаходиться мезосфера. Цей відносно невеликий шар розташовується між 40-45 і 90 кілометрів висоти і є найхолоднішим місцем у нашій планеті - в мезопаузі, верхньому шарі мезосфери, повітря охолоджується до -143 ° C.

Мезосфера є найменш вивченої частиною атмосфери Землі. Екстремально малий тиск газів, яке від тисячі до десяти тисяч разів нижче поверхневого, обмежує рух повітряних куль - їх підйомна сила доходить до нуля, і вони просто зависають на місці. Те ж відбувається з реактивними літаками - аеродинаміка крила і корпусу літака втрачають свій сенс. Тому літати в мезосфері можуть або ракети, або літаки з ракетними двигунами - ракетоплани. До таких належить ракетоплан X-15, який утримує позицію найшвидшого літака в світі: він досяг висоти в 108 кілометрів і швидкістю 7200 км / год - в 6,72 рази більше швидкості звуку.

X-15 в польоті

Однак рекордний політ X-15 склав всього 15 хвилин. Це символізує загальну проблему рухомих в мезосфері апаратів - вони занадто швидкі, щоб провести будь-які ґрунтовні дослідження, і знаходяться на заданій висоті недовго, відлітаючи вище або падаючи вниз. Також мезосферу не можна досліджувати за допомогою супутників або суборбітальних зондів - нехай тиск в цьому шарі атмосфери і низька, воно гальмує (а часом і спалює) космічні апарати. Через ці складнощів вчені часто називають мезосферу «незнайкосферой» (від англ. «Ignorosphere», де «ignorance» - невігластво, незнання).

А ще саме в мезосфері згорає більшість метеорів, що падають на Землю - саме там спалахує метеоритний потік Персеїди , Відомий як «серпневий зорепад». Світловий ефект відбувається тоді, коли космічне тіло входить в атмосферу Землі під гострим кутом зі швидкістю більше 11 км / год - від сили тертя метеорит загоряється.

Персеїди. Знято в 2015 році

Втративши свою масу в мезосфері, залишки «прибульців» осідають на Землю у вигляді космічного пилу - кожен день на планету потрапляє від 100 до 10 тисяч тонн метеоритного речовини. Оскільки окремі порошинки дуже легкі, на шлях до поверхні Землі у них йде до одного місяця! Потрапляючи в хмари, вони обтяжують їх і навіть іноді викликають дощі - як викликає їх вулканічний попіл або частки від ядерних вибухів. Однак сила впливу космічного пилу на дождеобразованіе вважається невеликий - навіть 10 тисяч тонн замало, щоб серйозно змінити природну циркуляцію атмосфери Землі.

термосфера

Над мезосфері, на вісоті 100 кілометрів над рівнем моря, проходити лінія Кармана - умовна межа между Землею и космосом. Хоча там и Присутні гази, Які обертаються разом Із Землею и технічно входять в атмосферу, їх Кількість вищє Лінії Кармана незримо мало. Тому будь-який політ, який виходить за висоту 100 кілометрів, вже вважається космічним.

З лінією Кармана збігається нижня межа найдовшого шару атмосфери - термосфери. Вона піднімається до висоти 800 кілометрів і відрізняється надзвичайно високою температурою - на висоті 400 кілометрів вона досягає максимуму в 1800 ° C!

Шаттл на лінії Кармана. На фото чітко видно всі шари атмосфери

Гаряче, чи не так? При температурі в 1538 ° C починає плавитися залізо - як же тоді космічні апарати залишаються цілими в термосфере? Вся справа в надзвичайно низькій концентрації газів у верхній атмосфері - тиск посередині термосфери в 1000000 менше концентрації повітря біля поверхні Землі! Енергія окремо взятих частинок висока - але відстань між ними величезна, і космічні апарати фактично знаходяться в вакуумі. Це, втім, не допомагає їм позбуватися від тепла, яке виділяють механізми - для тепловиділення всі космічні апарати оснащені радіаторами, які випромінюють надлишкову енергію.

• На замітку. Коли мова йде про високі температури, завжди варто враховувати щільність розпеченій матерії - так, вчені на андронний коллайдер дійсно можуть нагріти речовину до температури Сонця. Але очевидно, що це будуть окремі молекули - одного грама речовини зірки вистачило б для наймогутнішого вибуху. Тому не варто вірити жовтій пресі, яка обіцяє нам швидкий кінець світу від «рук» Коллайдера, як і не варто боятися спека в термосфере.

Термосфера і космонавтика

Термосфера фактично є відкритим космосом - саме в її межах пролягала орбіта першого радянського «Супутника». Там же був апоцентр - найвища точка над Землею - польоту корабля «Восток-1» з Юрієм Гагаріним на борту. Багато штучні супутники для вивчення поверхні Землі, океану і атмосфери, на зразок супутників Google Maps , Теж запускаються на цю висоту. Тому якщо мова йде про НГО (Низькою Опорною орбіті, поширений термін в космонавтиці), в 99% випадків вона знаходиться в термосфере.

Корабель Схід-1 на орбіті в поданні художника

Орбітальні польоти людей і тварин не просто так відбуваються в термосфере. Справа в тому, що в її верхній частині, на висоті від 500 кілометрів, простягаються радіаційні пояси Землі. Саме там заряджені частинки сонячного вітру ловляться і накопичуються магнітосферою. Тривале знаходження в радіаційних поясах приносить непоправної шкоди живим організмам і навіть електроніці - тому все високоорбітальних апарати володіють захистом від радіації.

полярні сяйва

У полярних широтах часто з'являється видовищне і грандіозне видовище - полярні сяйва. Вони виглядають як довгі світяться дуги різноманітних кольорів і форм, які переливаються в небі. Їхній появі Земля зобов'язана своєю магнітосферою - а, точніше, дірами в ній біля полюсів. Заряджені частинки сонячного вітру прориваються всередину, змушуючи атмосферу світитися. помилуватися на самі видовищні сяйва і дізнатися докладніше їх походження можна тут .

Зараз сяйва є буденністю для жителів приполярних країн, таких як Канада або Норвегія, а також обов'язковим пунктом в програмі будь-якого туриста - проте раніше їм приписувалися надприродні властивості. У різнокольорових вогнях людям давнини бачилися врата в рай, міфічні істоти і багаття духів, а їх поведінка вважали проріканнями. І наших предків можна зрозуміти - навіть освіту і віра у власний розум часом не можуть стримати благоговіння перед силами природи.

Полярне сяйво з МКС

екзосфера

Останній шар атмосфери Землі, нижня межа якого проходить на висоті 700 кілометрів - це екзосфера (від ін. Грецького картаючи «екзо» - поза, зовні). Вона неймовірно розсіяна і складається переважно з атомів найлегшого елементу - водню; також трапляються окремі атоми кисню та азоту, які сильно іонізовані усепроникаючим випромінюванням Сонця.

Розміри екзосфери Землі неймовірно великі - вона переростає в корону Землі, геокороной, яка розтягнута до 100 тисяч кілометрів від планети. Вона дуже розріджена - концентрація частинок в мільйони разів менше щільності звичайного повітря. Але якщо Місяць затулить Землю для віддаленого космічного корабля, то корона нашої планети буде видно, як видно нам корона Сонця при його затемненні. Однак спостерігати це явище поки не вдавалося.

Супутник Google Maps. Апарати для великомасштабної зйомки зазвичай знаходяться на орбітах всередині екзосфери

вивітрювання атмосфери

А ще саме в екзосфері відбувається вивітрювання атмосфери Землі - через велику відстань від гравітаційного центру планети частинки легко відриваються від загальної газової маси і виходять на власні орбіти. Це явище називається диссипацией атмосфери. Наша планета щомиті втрачає 3 кілограми водню і 50 грам гелію з атмосфери. Тільки ці частинки досить легкі, щоб залишити загальну газову масу.

Нескладні розрахунки показують, що Земля щороку втрачає близько 110 тисяч тонн маси атмосфери. Чи небезпечна це? Насправді немає - потужності нашої планети по «виробництву» водню і гелію перевищують темпи втрат. Крім того, частину втраченого речовини з часом повертається назад в атмосферу. А важливі гази на кшталт кисню або вуглекислого газу просто занадто важкі, щоб масово покидати Землю - тому не варто боятися, що атмосфера нашої Землі випарується.

• Цікавий факт - «пророки» кінця світу часто говорять, що якщо ядро ​​Землі перестане обертатися, атмосфера швидко вивітриться під напором Сонячна вітру . Однак наш читач знає, що утримують атмосферу біля Землі сили гравітації, які будуть діяти незалежно від обертання ядра. Яскравим доказом цього служить Венера , У якій нерухоме ядро ​​і слабке магнітне поле, але зате атмосфера в 93 рази щільніше і важче земної. Однак це не означає, що припинення динаміки земного ядра безпечно - тоді зникне магнітне поле планети. Його роль важлива не стільки в стримуванні атмосфери, скільки в захисті від заряджених частинок сонячного вітру, які легко перетворять нашу планету в радіоактивну пустелю.

хмари

Вода на Землі існує не тільки в неосяжному океані і численних річках. Близько 5,2 × 1015 кілограм води знаходиться в атмосфері. Вона присутня практично скрізь - частка пара в повітрі коливається від 0,1% до 2,5% обсягу в залежності від температури і місця розташування. Однак найбільше води зібрано в хмарах, де вона зберігається не тільки у вигляді газу, але і в маленьких крапельках і крижаних кристалах. Концентрація води в хмарах досягає 10г / м3 - а так як хмари досягають обсягу в кілька кубічних кілометрів, маса води в них обчислюється десятками і сотнями тонн.

Різноманітні класи хмар

Хмари - це саме помітне утворення нашої Землі; їх видно навіть з Місяця, де обриси континентів розмиваються перед неозброєним оком. І це не дивно - адже хмарами постійно покрито більше 50% Землі!

У теплообміні Землі хмари грають неймовірно важливу роль. Взимку вони захоплюють сонячні промені, підвищуючи температуру під собою за рахунок парникового ефекту, а влітку екранують величезну енергію Сонця . Також хмари врівноважують перепади температури між днем ​​і вночі. До слова, саме через їх відсутність пустелі так сильно остигають вночі - все накопичене піском і скелями тепло безперешкодно летить вгору, коли в інших регіонах його утримують хмари.

Переважна більшість хмар формуються у поверхні Землі, в тропосфері, проте в своєму подальшому розвитку вони приймають найрізноманітніші форми і властивості. Їх поділ вельми корисно - поява хмар різних видів може не тільки допомогти передбачати погоду, але і визначати наявність домішок в повітрі! Давайте розглянемо основні типи хмар докладніше.

Хмара з космосу

Хмари нижнього ярусу

Хмари, які опускаються нижче за все над землею, відносять до хмар нижнього ярусу. Їм характерна висока однорідність і низька маса - коли вони опускаються на землю, вчені-метеорологи не відокремлюють їх від звичайного туману. Проте різниця між ними є - одні просто затуляють небо, а інші можуть вибухнути великими дощами і снігопадами.

• До хмарам, здатним дати сильні опади, відносяться шарувато-дощові хмари. Вони найбільші серед хмар нижнього ярусу: їх товщина сягає кількох кілометрів, а лінійні вимірювання перевищують тисячі кілометрів. Вони являють собою однорідну сіру масу - погляньте на небо під час тривалого дощу, і ви напевно побачите шарувато-дощові хмари.
• Інший вид хмар нижнього ярусу - це шарувато-купчасті хмари, що піднімаються над землею на 600-1500 метрів. Вони являють собою групи з сотень сіро-білих хмар, розділених невеликими прорізами. Такі хмари ми зазвичай бачимо в дні мінливій хмарності. З них рідко йде дощ або сніг.
• Останній вид нижніх хмар - це звичайні шаруваті хмари; саме вони застеляють небо в похмурі дні, коли з неба пускається дрібна мжичка. Вони дуже тонкі і низькі - висота шаруватих хмар в максимумі досягає 400-500 метрів. Їх структура дуже нагадує будову туману - опускаючись вночі до самої землі, вони часто створюють густу ранковий серпанок.

Шарувато-купчасті хмари

Хмари вертикального розвитку

У хмар нижнього ярусу є старші брати - хмари вертикального розвитку. Хоча їх нижня межа пролягає на невеликій висоті в 800-2000 кілометрів, хмари вертикального розвитку серйозно спрямовуються вгору - їх товщина може досягати 12-14 кілометрів, що підштовхує їх верхня межа до кордонів тропосфери. Ще такі хмари називають конвективними: через великі розмірів вода в них набуває різну температуру, що породжує конвекцію - процес переміщення гарячих мас наверх, і холодних - вниз. Тому в хмарах вертикального розвитку одночасно існують водяну пару, дрібні крапельки, сніжинки і навіть цілі кристали льоду.

• Основним типом вертикальних хмар є купчасті хмари - величезні білі хмари, що нагадують рвані шматки вати або айсберги. Для їх існування необхідна висока температура повітря - тому в середній смузі Росії вони з'являються тільки влітку і тануть до ночі. Їх товщина досягає декількох кілометрів.

• Однак коли купчасті хмари мають можливість зібратися разом, вони створюють куди більш грандіозну форму - купчасто-дощові хмари. Саме з них йдуть сильні зливи, град та грози влітку. Існують вони тільки кілька годин, але при цьому розростаються вгору до 15 кілометрів - верхня їх частина досягає температури -10 ° C і складається з кристаликів льда.На верхівках найбільших купчасто-дощових хмар формуються «ковадла» - плоскі області, що нагадують гриб або перевернутий праска. Це відбувається на тих ділянках, де хмара досягає межі стратосфери - фізика не дозволяє поширюватися далі, через що купчасто-дощова хмара розповзається уздовж межі висоти.

Велике купчасто-дощова хмара

• Цікавий факт - потужні купчасто-дощові хмари формуються в місцях вивержень вулканів, ударів метеоритів і ядерних вибухів. Ці хмари є найбільшими - їх межі досягають навіть стратосфери, вибираючись на висоту 16 кілометрів. Будучи насиченими испаренной водою і мікрочастинками, вони вивергають потужні грозові зливи - в більшості випадків цього достатньо, щоб загасити пов'язані з катаклізмом загоряння. Вот такой вот природний пожежний :-)

Хмари середнього ярусу

У проміжній частині тропосфери (на висоті від 2-7 кілометрів в середніх широтах) знаходяться хмари середнього ярусу. Їм властиві великі площі - на них менше впливають висхідні потоки від земної поверхні і нерівності ландшафту - і невелика товщина в кілька сот метрів. Це ті хмари, які «намотуються» навколо гострих піків гір і зависають біля них.

Самі хмари середнього ярусу діляться на два основних типи - високо-шаруваті і високо.

• Високо хмари - це одна зі складових складних атмосферних мас. Вони являють собою однорідну, сірувато-синю пелену, через яку видно Сонце і Місяць - хоча протяжність високо хмар становить тисячі кілометрів, їх товщина становить всього кілька кілометрів. Сіра щільна пелена, яку видно з ілюмінатора літака, що летить на великій висоті - це саме високо-шаруваті хмари. Часто з них йдуть тривалі дощі або сніг.

Високо і високо-шаруваті хмари

• Високо-купчасті хмари, що нагадують дрібні шматки рваною вати або тонкі паралельні лінії, зустрічаються в теплу пору року - вони утворюються при піднятті теплих повітряних мас на висоту 2-6 кілометрів. Високо-купчасті хмари служать вірним індикатором майбутньої зміни погоди і наближення дощу - створити їх може не тільки природна конвекція атмосфери, але і настання холодних повітряних мас. З них рідко йде дощ - проте хмари можуть збитися докупи і створити одну велику дощова хмара.

До слова про хмари біля гір - на фотографіях (а, може, і вживу) ви напевно не раз бачили круглі хмари, що нагадують ватяні диски, які зависають шарами над гірською вершиною. Справа в тому, що хмари середнього ярусу часто бувають лентікулярнимі або лінзоподібними - розділеними на кілька паралельних шарів. Їх створюють повітряні хвилі, які утворюються при обтіканні вітром крутих піків. Лінзовидні хмари також особливі тим, що висять на місці навіть при дуже сильному вітрі. Це робить можливим їх природа - оскільки такі хмари створюються в місцях контакту кількох повітряних потоків, вони знаходяться у відносно стабільній позиції.

Лентікулярние хмари над горою Фудзі, Японія

Хмари верхнього ярусу

Останній рівень звичайних хмар, які піднімаються до нижніх меж стратосфери, називається верхнім ярусом. Висота таких хмар сягає 6-13 кілометрів - там дуже холодно, і тому хмари на верхньому ярусі складаються з дрібних крижинок. Через їх волокнистої розтягнутої форми, що нагадує пір'я, високі хмари також називаються пір'ястими - хоча примхи атмосфери часто надають їм форму кігтів, пластівців і навіть риб'ячих кістяків. Опади, які утворюються з них, ніколи не досягають землі - але сама присутність перистих хмар служить древнім способом передбачати погоду.

• Чисто-перисті хмари є найбільш протяжними серед хмар верхнього ярусу - довжина окремого волокна може досягати десятка кілометрів. Так як кристали льоду в хмарах чималі, щоб відчувати на собі тяжіння Землі, перисті хмари «падають» цілими каскадами - відстань між верхньою і нижньою точкою окремо взятого хмари може досягати 3-4 кілометрів! По суті, перисті хмари - це величезні «льодопади». Саме відмінності в формі кристалів води створюють їх волокнисту, потокообразную форму.

• В цьому класі трапляються і практично невидимі хмари - перисто-шаруваті хмари. Вони утворюються тоді, коли великі маси приповерхневого повітря піднімаються вгору - на великій висоті їх вологості достатньо для формування хмари. Коли крізь них просвічує Сонце або Місяць, з'являється гало - сяючий райдужний диск з розсіяних променів.

перисті хмари

сріблясті хмари

В окремий клас варто виділити сріблясті хмари - найвищі хмари на Землі. Вони забираються на висоту 80 кілометрів, що навіть вище стратосфери! Крім того, вони мають незвичайний склад - на відміну від інших хмар, вони складаються з метеоритного пилу і метану, а не води. Ці хмари видно тільки після заходу сонця або перед світанком - промені Сонця, що проникають через горизонту, підсвічують сріблясті хмари, які протягом дня залишаються невидимими на висоті.

Сріблясті хмари представляють собою неймовірно красиве видовище - однак щоб побачити їх в Північній півкулі, потрібні особливі умови. А ще їх загадку було не так просто розгадати - вчені в безсиллі відмовлялися в них вірити, оголошуючи сріблясті хмари оптичною ілюзією. Подивитися на незвичайні хмари і дізнатися про їх секрети ви можете з нашої спеціальної статті .

сріблясті хмари

Атмосфера Землі в астрономії

В заголовної статті ми згадували про те, що Земля є основним інструментом пізнання інших світів. Не є винятком і її атмосфера - зіставляючи земні і інопланетні явища, астрономи дізнаються давню історію близьких і не дуже планет.

Наприклад, колір атмосфери інших планет відкриває нам таємниці її складу. атмосфера Марса має такий же червоний відтінок, як і його поверхню. Це пов'язано з тим, що домінуючий газ на Марсі - це вуглекислий газ. Те ж саме стосується екзопланет. Аналізуючи їх колірний спектр, ми можемо дізнатися про склад атмосфери - навіть не уявляючи, як планета виглядає.

А склад атмосфери, як ми знаємо, может много розповісті нам про планету. Если много вуглекислий газу - значить, на планеті вують вулкани и відбуваються активні геологічні процеси. Водні парі в атмосфері НЕ гарантують океанів на поверхні, но зато є Джерелом кисня. А існуючий надлишок кисню є майже стовідсотковою гарантією наявність життя. Адже ми з вами вже знаємо, що кисень з неживих джерел відразу ж витрачається на хімічні реакції, і для його накопичення потрібно биотический джерело.

На Марсі теж є атмосфера і навіть хмари

Крім того, всі гази і рідини циркулюють по схожим хімічним законам. Хоча вода і є унікальним за властивостями речовиною, вона не є незамінним компонентом атмосфери. на Титані , супутнику Сатурна , Існує газова оболонка, схожа за будовою з земної. У ній формуються всі ті ж класи хмар, так само циркулює рідина в атмосфері - але її температура на сотню градусів нижче, а замість води фігурує метан!

А ще атмосфера залишає яскраво виражені сліди на поверхні Землі. Ознаки вітрової ерозії залишаються навіть після того, як космічний об'єкт втратить свою атмосферу. Порівнюючи інопланетні і Земні ландшафти, можна з точністю визначити їх історію - так, теоретичні дослідження, зроблені за супутниковими знімками рельєфу Марса, знайшли своє підтвердження під час роботи марсоходів .

comments powered by HyperComments

Сподобалось Запис? Розкажи про неї друзям!

Переглядів запису: 21997