Конспект урока: Атмосфера: строение, значение, изучение

Рис. 5. Атмосфера Земли: вид с МКС

Атмосфера — это воздушная, газовая, самая верхняя оболочка Земли, которая проникает глубоко в литосферу и даже в гидросферу. Ведь в трещинах в земной коре, в горных породах есть воздух. Растворены газы и в воде. Нижней границей атмосферы считается поверхность Земли, а верхняя — нечёткая, проходит на высоте около 1 000–1 200 км. Дальше начинается космос (рис. 5).  

Рис. 6. Метеорит сгорает в атмосфере Земли

Атмосфера удерживается гравитацией Земли и не улетает в космос. Она вращается вместе с нашей планетой. Атмосфера есть и у некоторых планет Солнечной системы, например, у Венеры и Марса. Но только земная атмосфера пригодна для жизни. Атмосфера защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца, космических лучей. В атмосфере сгорают метеориты (рис. 6). Атмосфера укутывает Землю тёплым воздушным одеялом: если бы его не было, то на освещённой поверхности Земли было бы невыносимо жарко, более 100 °С , а на ночной -200 °С,  космический холод. То есть как на Луне. Озоновый слой атмосферы очень тонкий, но без него жизнь была бы невозможна: ультрафиолетовое излучение Солнца губило бы всё живое. Благодаря атмосфере мы видим небо голубым, а не чёрным, как в космосе. 

Рис. 7. Состав атмосферы

Воздух атмосферы состоит из газов (рис. 7). Больше всего в воздухе азота. Мы не можем дышать азотом, но и чистый кислород не подходит для дыхания. Азота в воздухе около 78 %,  кислорода — 21 %, а на все остальные газы приходится около 1 %. Больше всего из них в воздухе газа аргона. На углекислый газ  приходится примерно 0,03 %. Увеличение содержания этого газа опасно, этот процесс связан с парниковым эффектом (если вы были в парнике на  даче, то представляете, насколько там душно и тепло). Углекислый газ сохраняет тепло и приводит к глобальному потеплению . Он попадает в атмосферу из разных источников. Чаще при сгорании топлива, например, в двигателях автомобилей и самолётов, при работе предприятий, например, теплоэлектростанций. 

Рис. 8. Вулкан Эйяфьядлайёкюдль

Углекислый газ необходим зелёным растениям. Он поступает в атмосферу из океана, от лесных пожаров и при извержениях вулканов. Извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии в 2010 году выбросило столько пепла, что было прекращено авиасообщение над северной частью Атлантического океана, а исландским овцам нечего было есть:  всю траву покрывал пепел (рис. 8). Для тренировки речи можете поучиться быстро произносить название вулкана! 

Атмосфера Земли не всегда была такой, она сформировалась за миллионы лет, в том числе благодаря зелёным растениям и океану. Таков состав воздуха на поверхности Земли и на небольшой высоте. В воздухе есть водяной пар, кристаллы льда, морская соль, пыль, пыльца и споры растений. 

Рис. 9. Строение атмосферы

Чем выше, тем газов меньше — воздух называют разреженным. Почти весь воздух находится в нижних слоях атмосферы: в тропосфере и стратосфере. Тропосфера — самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы (рис. 9). В тропосфере (от греч. «тропос» — изменение) сосредоточена почти вся жизнь на Земле. Атмосфера, как и Земля, тоже сплюснута  у полюсов, поэтому толщина  воздушного слоя над полюсами меньше, чем над  экватором. Верхняя граница  тропосферы проходит на высоте 16–18 км над экватором, 10–12 км в умеренных широтах и 8–9 км над полюсами.

Рис. 10. Гроза

В тропосфере находится 80 % всего воздуха, почти весь водяной  пар и примеси. Здесь движется воздух, есть ветер, находятся облака, выпадают атмосферные осадки. Тропосферу называют «фабрикой погоды» (рис. 10). Воздух тропосферы нагревается от поверхности Земли, при подъёме вверх температура воздуха понижается и у верхней границы тропосферы составляет всего −50 °С. В тропосфере летают самолёты. 

Рис. 11. Озоновая дыра над Антарктидой

Стратосфера (от греч. слова «стратос» — слоистый) — второй «этаж» атмосферы, она расположена до высоты 50–55 км. Воздух здесь разрежен (20 % массы атмосферы), им нельзя дышать. В стратосфере температура воздуха с подъёмом повышается и на верхней границе почти  равна 0 °С. На высоте 20–25 км находится озоновый слой . Этот слой служит волшебным щитом Земли, который защищает жизнь на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца. Его толщина всего 3 мм. Но под действием разрушающих веществ озон распадается, появляются  пространства без озонового  слоя, озоновые дыры (например над Антарктидой) (рис. 11). Они изменяют свою  форму, затягиваются и снова появляются. Озон — газ, родственный кислороду. Мы можем ощутить его запах после  грозы или там, где работает ксерокс. Озон возникает после  электрического разряда. 

Выше 50–55 км располагаются верхние слои атмосферы — мезосфера, ионосфера и экзосфера. Плотность воздуха в этих слоях очень низкая. Здесь происходят полярные сияния (свечение разреженных газов) и метеоры (вспышки при сгорании в атмосфере). В ионосферу входит термосфера, температура которой очень велика, до 2 000 °С.

Рис. 12. Серебристые облака над Москвой в ночь 7–8 июля 2014 г.

Серебристые облака — одно из редчайших явлений атмосферы. Они появляются на высоте в 80–90 км в мезосфере, там, где очень низкая температура. Мы можем их увидеть летней ночью (рис. 12). Это кристаллики льда, которые отражают свет Солнца. Похожие облака бывают на Марсе. 

Рис. 13. Зелёный луч над Чёрным морем

В атмосфере наблюдаются и другие удивительные  явления. Например, зелёный луч , который показали в «Пиратах Карибского моря», существует на самом деле. Это вспышка зелёного света — момент исчезновения солнечного диска за горизонтом (обычно морским) или появления  его из-за горизонта (рис. 13). Для наблюдения зелёного луча необходимы три условия: открытый горизонт (в степи, тундре, горах или на море в отсутствие волнения), чистый воздух и сторона горизонта, свободная от облаков, где происходит заход или восход Солнца. продолжительность зелёного луча всего несколько секунд. 

Рис. 14. Огни святого Эльма

На высоких точках во время грозы возникают огни святого Эльма — оптическое явление в атмосфере, выглядящее, как разряд в форме светящихся пучков или кисточек, возникающий на острых концах высоких предметов (башни, мачты, одиноко стоящие деревья, острые вершины скал и т. п.) (рис. 14). Моряки считали святого Эльма своим покровителем и верили, что это добрый знак.  

Это не все загадки атмосферы. Главное — сохранить воздух чистым, сберечь воздушное покрывало Земли. 

Рис. 15. Метеорологи за работой

Метеорологи ведут наблюдения за атмосферой в самых разных уголках Земли. Метеоролог — это специалист, который осуществляет метеорологические наблюдения, обрабатывает и систематизирует метеорологическую информацию (рис. 15). 

Рис. 16. Запуск метеозонда

Они работают на метеостанциях и в метеоцентрах, исследовательских институтах и в небольших лабораториях. Метеорологи изучают атмосферу. Синоптики (от лат. «син» — все,  «оптик» — видеть) создают прогнозы погоды. Метеоролог занимается метеорологией вообще. Он может разрабатывать радиолокаторы для изучения атмосферных явлений, например, синоптик занимается изучением атмосферных явлений с целью получения краткосрочного прогноза погоды и создания синоптической карты — карты погоды. Для работы в метеорологии необходимо владеть современной техникой, уметь быстро и оперативно обрабатывать информацию, быть терпеливым и ответственным человеком (рис. 16). 

Рис. 17. Спутник погоды

Работа метеоролога на Севере — это подвиг. А мы можем воспользоваться плодами их труда, заглянув в прогноз погоды. Огромное количество информации метеорологи и синоптики получают из космоса, со спутников погоды (рис. 17).

Рис. 18. Полярное сияние: вид с МКС

Сегодня их на орбите Земли очень много. Есть подвижные, облетающие Землю, а есть и геостационарные, «висящие» над одной и той же частью Земли. Хотя метеорологические спутники и космические аппараты в основном используются для обнаружения развития и движения штормовых систем и других моделей облачности, они также могут помочь в исследовании и других явлений, например, границ городов, полярных сияний (рис. 18), песчаных и пыльных бурь, снежного покрова, ледников, океанских течений и извержений вулканов, лесных пожаров и районов экологических бедствий.