Состав и строение атмосферы. Характеристика тропосферы

Высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе - 16-18 км. Под влиянием центробежных сил вращения Земли атмосфера смещается к экватору , в результате чего мощность тропосферы на экваторе больше.

При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 градуса через каждые 100 м. Верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера . От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра возрастает примерно в 3 раза. В верхней тропосферы, вблизи тропопаузы, наблюдаются очень сильные так называемые струйные течения . Вертикальное распределение температуры в тропосфере зависит от особенностей поглощения в ней солнечного и земного излучений, а также от конвективной передачи тепла. Основной поглотитель излучения в атмосфере - водяной пар , содержание которого с высотой быстро убывает, в связи с чем должна убывать и температура воздуха. Это способствует возникновению конвекции, которая переносит нагретый воздух от земной поверхности в атмосферу, чем меняет вертикальное распределение температуры (cтратификация атмосферы). В тропосфере сильно развита турбулентность, особенно вблизи земной поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части тропосферы. Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно её высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Изменчивость содержания водяного пара в тропосфере определяется взаимодействием процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные садки в виде дождя, града и снега , а процессы фазовых переходов воды протекают преимущественно в тропосфере. Именно поэтому облака в стратосфере (на высотах 20-30 км) и мезосфере (вблизи мезопаузы), получившие название перламутровых и наблюдаются сравнительно редко, тогда как тропосферные облака обычно закрывают около 50% всей земной поверхности. Система воздушных течений в тропосфере и нижней стратосфере называется общей циркуляцией атмосферы. Для тропосферы характерно всё время меняющееся горизонтальное расчленение на воздушные массы, различные по свойствам в зависимости от влияния широты и той подстилающей поверхности, над которой они формируются.

В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака , формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны , а также другие процессы, определяющие погоду и климат . Вся деятельность человека проходит в тропосфере, в её пределах остаются даже самые высокие горы. В тропосфере содержится также и основная масса атмосферных аэрозолей (пыли, дыма и прочих гадостей), поступающих с земной поверхности.

Нижний слой тропосферы в несколько десятков метров непосредственно над земной поверхностью (приземный слой атмосферы) является средой обитания растений, животных и человека. Ветер здесь особенно ослаблен, а влажность повышена; над сушей вертикальные градиенты температуры в дневные часы очень велики, а ночью, наоборот, нередки приземные инверсии температуры. Солнечные лучи легко проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере: такие газы, как углекислый газ, метан а также пары воды удерживают тепло. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, называется парниковый эффект . С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений, некоторые из них сравнительно устойчивы, а другие постоянно изменяются в пространстве и во времени. К устойчивым воздушным течениям относятся

Атмосферу можно подразделить на несколько концентрических слоёв: тропосферу, стратосферу и ионосферу.

Тропосфера - это нижний слой, непосредственно примыкающий к поверхности Земли и в то же время самый плотный; он заключает в себе более 79% всей массы атмосферы (стратосфера около 20%, ионосфера менее 0,5%). Средняя высота его в умеренных широтах 10-11 км, над полюсами 8 км, над экватором 16 км.

Для тропосферы характерно убывание температуры по вертикали вверх (если не считать случаев инверсий); уменьшение это составляет в среднем 0°,6 на каждые 100 м подъёма. В умеренных широтах на верхней границе тропосферы, таким образом, средняя температура равняется -55°, а над экватором даже -80°.

Для ландшафтной оболочки значение тропосферы исключительно велико. Именно здесь зарождаются облака, выпадают осадки, происходят горизонтальные и вертикальные передвижения воздушных масс. Вследствие непрерывного перемешивания воздуха состав его во всей толще тропосферы остаётся практически постоянным в его главнейших частях.

В каждой единице объёма сухого и чистого воздуха находится (в процентах по объёму):

• Азота - 78,09
• Кислорода - 20,95
• Аргона - 0,93
• Углекислого газа - 0,03

Кроме того, в воздухе присутствуют ничтожные количества водорода и инертных газов (неона, гелия, криптона, ксенона), радона, озона, аммиака и т. п.

Полезно иметь в виду, что атмосферы других планет солнечной системы сильно отличаются по своему составу от земной атмосферы. Атмосфера Венеры состоит главным образом из углекислого газа, атмосфера Марса - из СО 2 и N 2 O, Юпитера и Сатурна - из метана (СН 4) и аммиака (NH 3), Урана и Нептуна - из метана. В лунной атмосфере, в несколько тысяч раз более разрежённой, чем земная, обнаружены SO 2 и O 3 .

Приведённый к нормальному давлению (1 атм) при 0°, весь азот земной атмосферы образовал бы слой толщиной 6,25 км, кислород 1,68 км, углекислота 2,2 м и озон 3 мм.

Особенно постоянны в тропосфере соотношения между кислородом и азотом. Кислорода в атмосфере около 10 15 г. Так как кислород очень активный элемент, роль его в природе весьма значительна. При его обязательном участии происходит дыхание у растений и животных, медленное окисление органических остатков (тление), ржавление металлов, горение и т. п.

Почти весь свободный кислород атмосферы есть продукт жизнедеятельности зелёных растений, результат разложения ими воды в процессе фотосинтеза (на водород, используемый растениями, и свободно выделяемый кислород).

Азот, которого в атмосфере 4 Х 10 15 т, служит нейтральной средой и «разбавителем» кислорода.

Содержание углекислого газа (CO 2) более изменчиво. В атмосферу он поступает из вулканов, минеральных источников, почвы, организмов, продуктов гниения, некоторых предприятий химической промышленности и т. п. Так как это тяжёлый газ, то на высотах более 3-4 км его меньше, чем в нижних слоях; впрочем, слой воздуха, непосредственно прилегающий к земле, несколько обеднён CO 2 в связи с фотосинтезирующей деятельностью растений. Не вполне равномерно распределение CO 2 и по земной поверхности: над океанами, в полярных странах и незаселённых или деревенских местностях его меньше, чем в городах, промышленных районах или вулканических областях; в городах содержание его может повышаться до 0,04 % и более.

Роль углекислого газа, несмотря на незначительное его содержание в воздухе, весьма велика, прежде всего потому, что он служит основным материалом для построения растениями (имеющими хлорофилл) органического вещества. Кроме того, CO 2 является своеобразным отеплителем земного шара, так как, легко пропуская к Земле коротковолновое (световое) излучение солнца, он с трудом пропускает от Земли обратно тепловые лучи с длиной волны 12,9-17,1 и (так как сильно поглощает их). Если бы CO 2 вовсе исчез из атмосферы, средняя годовая температура воздуха на Земле по сравнению с современной понизилась бы на 21°, т. е. была бы равной -7°. Если бы, напротив, количество CO 2 удвоилось по сравнению с современным, то средняя температура Земли поднялась бы на 4°, т. е. была бы равной +18°. Иными словами, различие между обоими гипотетическими случаями соответствовало бы реальному различию, какое имеется, например, между средними годовыми температурами Шпицбергена и Мадейры.

Выше был приведён анализ сухого и чистого воздуха, т. е. без учёта таких резко переменных составных частей, как водяной пар и пыль. Исключённые для того, чтобы сделать результаты анализа более определёнными и показательными, эти составные части, однако, не могут быть ни в какой степени оставлены без внимания.

О значении водяного пара, содержание которого в воздухе изменяется непрерывно и очень заметно в пространстве и во времени и может колебаться от 4 до 0,01 % по объёму, будет подробно сказано в другом месте. Здесь отметим лишь высокую поглотительную способность водяного пара по отношению к длинноволновому излучению Земли: волны длиннее 20 μ поглощаются почти полностью. В поглощении радиации атмосферой главная роль принадлежит именно водяному пару (водяной пар задерживает 60% земного излучения, CO 2 - 18%).

Пыль в атмосфере тоже имеет большое значение. В состав атмосферной пыли входят тончайшие минеральные частицы, поднятые ветром с поверхности суши, частички соли, оставшиеся в воздухе от испарившихся брызг морской воды, продукты сгорания метеоритов, вулканическая пыль, частицы дыма, споры, бактерии и пр. Поперечник этих частиц колеблется обычно от 10 -5 до 10 -3 см. Запылённость атмосферы с высотой ослабевает. Велика запылённость атмосферы над материками, являющимися основным источником пыли (в особенности над засушливыми областями Земли, слабо одетыми растительностью, и в густо заселённых местах). В полярных странах и высоко в горах воздух прозрачнее.

Степень помутнения атмосферы необходимо брать во внимание потому, что она в той или иной мере ослабляет солнечную радиацию. Кроме того, тончайшие частицы пыли во многих случаях представляют условие, без которого невозможно сгущение водяного пара в капельки воды, т. е. образование туманов, облаков, а стало быть и атмосферных осадков.

В отсутствии «ядер конденсации» (пылинок определённого состава и размера) сгущение водяного пара происходило бы лишь при 400-600% относительной влажности воздуха. Так как в действительности относительная влажность редко достигает 102-103%, то без ядер конденсации облака практически вовсе не могли бы возникать.

На основании изложенного легко заключить, что атмосфера - не чистая смесь газов. Наличие в воздухе огромного количества твёрдых и жидких частичек сообщает атмосфере свойства коллоидного раствора (аэрозоля).

Самой нижней частью атмосферы Земли является тропосфера, которая составляет около 75 % массы атмосферы и 99 % ее водного пара и аэрозолей. В этом слое атмосферы температура понижается с высотой. Название «тропосфера» происходит от греческого «trоpos», что означает поворот, изменение, сфера. Большинство явлений, происходящих в тропосфере, оказывают огромное влияние на ежедневную погоду на Земле.

В умеренных широтах средняя глубина тропосферы составляет 17 км, в тропических районах - до 20 км, а около полюсов - 7-10 км . Нижняя часть тропосферы является планетарным пограничным слоем глубиной от нескольких сот метров до 2 км, на который очень влияют воздушные потоки Земли, а также очертания ее суши и время суток. В тропосфере при подъёме через каждые 100 м температура уменьшается, в среднем, на 0,65 градуса.Над тропосферой расположена стратосфера, и отделяются они друг от друга тропопаузой - тонким переходным слоем, в котором с увеличением высоты прекращается снижение температуры. Большая часть атмосферного воздуха и значительная часть биосферы находится в тропосфере, в этой зоне образуются все типы облаков, образуются воздушные массы и фронты, формируются циклоны и антициклоны. Именно в тропосфере существует система воздушных течений, или так называемая общая циркуляция атмосферы.

Тропосфера характеризуется постоянно меняющимся горизонтальным разделением на воздушные массы, которые зависят от широты и той поверхности, над которой они образуются. На границах воздушных масс - атмосферных фронтах - формируются циклоны и антициклоны, способствующие перемещению воздушных масс и фронтов, которые вызывают периодические изменения погоды у земной поверхности и в слоях, расположенных выше.

Основная часть водяного пара атмосферы содержится в тропосфере, где сильно развита турбулентность, особенно над земной поверхностью. Содержание водяного пара в тропосфере изменяется при взаимодействии процессов конденсации, испарения и горизонтального переноса. Результатами конденсации водяного пара является образование облаков и выпадение атмосферных осадков в виде дождя, снега и града, следовательно, процессы фазовых переходов воды осуществляются в тропосфере. Давление воздуха у поверхности земли выше, чем на верхней границе тропосферы. Процессы, которые происходят в тропосфере, влияют на погоду и климат у поверхности Земли.
Нижний слой тропосферы называется приземным, он содержит много пыли и летучих микроорганизмов. В этом слое суточная температура и влажность воздуха хорошо выражены, скорость ветра возрастает с поднятием на высоту. От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра увеличивается примерно в 3 раза. В приземном слое атмосферы наблюдается слабый ветер, повышенная влажность, вертикальное распределение температуры. Эта зона является средой обитания человека, животных и растений.

Вертикальное распределение температуры наблюдается, благодаря особенностям поглощения земного и солнечного излучений в тропосфере и конвективной передачи тепла. Водяной пар является основным поглотителем излучения в атмосфере, содержание его с высотой уменьшается, температура воздуха также уменьшается. Нагретый воздух от земли перемещается в атмосферу, возникает конвекция, которая и меняет вертикальное распределение температуры. Солнечные лучи, проходя через тропосферу, нагревают землю, которая отдает тепло назад в атмосферу, где оно накапливается. Этот процесс называется парниковый эффект. Следовательно, Земля является источником тепла для атмосферы.

Состав и строение

На состав и строение тропосферы влияет выход газов из разломов земной коры и существование жизни на Земле. Приземный слой, слой обитания живых организмов, состоит из двух важных газообразных компонента: азота (N2) и кислород (О2) - соответственно 78 и 21% объема воздушной оболочки Земли. Первостепенную роль для живых организмов играют вода, кислород и углекислый газ. Круговорот азота в природе играет значимую роль в питании растений. В процессе фотосинтеза растения образуется кислород, который используется при дыхании микро- и макроорганизмов, и выделяется углекислый газ. Водяной пар является необходимым компонентом жизни на Земле и способствует поддержанию температуры на ее поверхности. Он, в основном, поступает в атмосферу при испарении воды с океанической поверхности.

Похожие материалы:

Одной из особенностей тропосферы является содержание в ней водяного пара. В результате испарения с земной поверхности водяной пар поступает в атмосферу и переносится восходящими воздушными течениями в более высокие ее слои. Каждый объем воздуха, поднимающийся вверх, т. е. попадающий в слои с меньшим давлением, охлаждается. Если это охлаждение оказывается достаточно сильным, то водяной пар начинает конденсироваться и возникают облака. Большая часть облаков формируется в тропосфере. Лишь в нижней стратосфере от случая к случаю появляются тонкие ледяные облака. Облака нижнего яруса лежат в слое до 2500 м, облака среднего яруса - на высотах от 2500 до 6000 м, а выше располагаются облака верхнего яруса. Облака вертикального развития могут простираться до высоты 10 000 м. Если не учитывать туманов, то самый нижний слой тропосферы большей частью бывает безоблачным. Это объясняется особенностями строения этого слоя. Поскольку нижняя и верхняя тропосфера значительно различается по физическим свойствам, то принято говорить о нижнем пограничном слое и лежащем над ним слое адвекции. Существуют различные типы пограничного слоя, отличающиеся друг от друга характером изменения температуры с высотой. Чем медленнее уменьшается в этом слое температура по вертикали, тем больше он отличается по влагосодержанию, запыленности, скорости и направлению ветра от слоя адвекции.
Стратосфера - слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25-40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0° С), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Стратосфера
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15-20 до 55-60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7-4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180-200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.

Атмосфера (от греч. atmos — пар и spharia — шар) — воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов.

Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде.

Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство.

Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.

Если бы не было атмосферы, на Земле была бы такая же тишина, как на Луне. Ведь звук — это колебание частиц воздуха. Голубой цвет неба объясняется тем, что солнечные лучи, проходя сквозь атмосферу, как через линзу, разлагаются на составляющие цвета. При этом рассеиваются больше всего лучи голубого и синего цветов.

Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живые организмы. Также она удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться.

Строение атмосферы

В атмосфере можно выделить несколько слоев, различающихся по и плотности (рис. 1).

Тропосфера

Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

Рис. 1. Строение атмосферы Земли

Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.

В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.

Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере.

Стратосфера

Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются.

В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч.

В этом слое сосредоточен озон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.

Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.

Мезосфера

Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

На высоте 80 км начинается термосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов. Для этого слоя характерна высокая наэлектризован- ность, и от него, как от зеркала, отражаются длинные и средние радиоволны.

В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

Экзосфера

Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Состав атмосферы

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно (табл. 1). Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО 2 примерно на 10-12 %.

Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Таблица 1. Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности

Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород , в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода — окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

Роль углекислого газа в атмосфере исключительно велика. Он поступает в атмосферу в результате процессов горения, дыхания живых организмов, гниения и представляет собой, прежде всего, основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе. Кроме этого, огромное значение имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаст так называемый парниковый эффект, о котором речь пойдет ниже.

Влияние на атмосферные процессы, особенно на тепловой режим стратосферы, оказывает и озон. Этот газ служит естественным поглотителем ультрафиолетового излучения Солнца, а поглощение солнечной радиации ведет к нагреванию воздуха. Средние месячные значения общего содержания озона в атмосфере изменяются в зависимости от широты местности и времени года в пределах 0,23-0,52 см (такова толщина слоя озона при наземных давлении и температуре). Наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсам и годовой ход с минимумом осенью и максимумом весной.

Характерным свойством атмосферы можно назвать то, что содержание основных газов (азота, кислорода, аргона) с высотой изменяется незначительно: на высоте 65 км в атмосфере содержание азота — 86 %, кислорода — 19, аргона — 0,91, на высоте же 95 км — азота 77, кислорода — 21,3, аргона — 0,82 %. Постоянство состава атмосферного воздуха по вертикали и по горизонтали поддерживается его перемешиванием.

Кроме газов, в воздухе содержатся водяной пар и твердые частицы. Последние могут иметь как естественное, так и искусственное (антропогенное) происхождение. Это цветочная пыльца, крохотные кристаллики соли, дорожная пыль, аэрозольные примеси. Когда в окно проникают солнечные лучи, их можно увидеть невооруженным глазом.

Особенно много твердых частиц в воздухе городов и крупных промышленных центров, где к аэрозолям добавляются выбросы вредных газов, их примесей, образующихся при сжигании топлива.

Концентрация аэрозолей в атмосфере определяет прозрачность воздуха, что сказывается на солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Наиболее крупные аэрозоли — ядра конденсации (от лат.condensatio — уплотнение, сгущение) — способствуют превращению водяного пара в водяные капли.

Значение водяного пара определяется прежде всего тем, что он задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности; представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги; повышает температуру воздуха при конденсации водяных наров.

Количество водяного пара в атмосфере изменяется во времени и пространстве. Так, концентрация водяного пара у земной поверхности колеблется от 3 % в тропиках до 2-10 (15) % в Антарктиде.

Среднее содержание водяного пара в вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах составляет около 1,6-1,7 см (такую толщину будет иметь слой сконденсированного водяного пара). Сведения относительно водяного пара в различных слоях атмосферы противоречивы. Предполагалось, например, что в диапазоне высот от 20 до 30 км удельная влажность сильно увеличивается с высотой. Однако последующие измерения указывают на большую сухость стратосферы. По-видимому, удельная влажность в стратосфере мало зависит от высоты и составляет 2-4 мг/кг.

Изменчивость содержания водяного пара в тропосфере определяется взаимодействием процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные осадки в виде дождя, града и снега.

Процессы фазовых переходов воды протекают преимущественно в тропосфере, именно поэтому облака в стратосфере (на высотах 20-30 км) и мезосфере (вблизи мезопаузы), получившие название перламутровых и серебристых, наблюдаются сравнительно редко, тогда как тропосферные облака нередко закрывают около 50 % всей земной поверхности.

Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, зависит от температуры воздуха.

В 1 м 3 воздуха при температуре -20 °С может содержаться не более 1 г воды; при 0 °С — не более 5 г; при +10 °С — не более 9 г; при +30 °С — не более 30 г воды.

Вывод: чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара может в нем содержаться.

Воздух может быть насыщенным и не насыщенным водяным паром. Так, если при температуре +30 °С в 1 м 3 воздуха содержится 15 г водяного пара, воздух не насыщен водяным паром; если же 30 г — насыщен.

Абсолютная влажность — это количество водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха. Оно выражается в граммах. Например, если говорят «абсолютная влажность равна 15», то это значит, что в 1 м Л содержится 15 г водяного пара.

Относительная влажность воздуха — это отношение (в процентах) фактического содержания водяного пара в 1 м 3 воздуха к тому количеству водяного пара, которое может содержаться в 1 м Л при данной температуре. Например, если по радио во время передачи сводки погоды сообщили, что относительная влажность равна 70 %, это значит, что воздух содержит 70 % того водяного пара, которое он может вместить при данной температуре.

Чем больше относительная влажность воздуха, т. с. чем ближе воздух к состоянию насыщения, тем вероятнее выпадение осадков.

Всегда высокая (до 90 %) относительная влажность воздуха наблюдается в экваториальной зоне, так как там в течение всего года держится высокая температура воздуха и происходит большое испарение с поверхности океанов. Такая же высокая относительная влажность и в полярных районах, но уже потому, что при низких температурах даже небольшое количество водяного пара делает воздух насыщенным или близким к насыщению. В умеренных широтах относительная влажность меняется по сезонам — зимой она выше, летом — ниже.

Особенно низкая относительная влажность воздуха в пустынях: 1 м 1 воздуха там содержит в два-три раза меньше возможного при данной температуре количество водяного пара.

Для измерения относительной влажности пользуются гигрометром (от греч. hygros — влажный и metreco — измеряю).

При охлаждении насыщенный воздух не может удержать в себе прежнего количества водяного пара, он сгущается (конденсируется), превращаясь в капельки тумана. Туман можно наблюдать летом в ясную прохладную ночь.

Облака — это тог же туман, только образуется он не у земной поверхности, а на некоторой высоте. Поднимаясь вверх, воздух охлаждается, и находящийся в нем водяной пар конденсируется. Образовавшиеся мельчайшие капельки воды и составляют облака.

В образовании облаков участвуют и твердые частицы , находящиеся в тропосфере во взвешенном состоянии.

Облака могут иметь различную форму, которая зависит от условий их образования (табл. 14).

Самые низкие и тяжелые облака — слоистые. Они располагаются на высоте 2 км от земной поверхности. На высоте от 2 до8 км можно наблюдать более живописные кучевые облака. Самые высокие и легкие — перистые облака. Они располагаются на высоте от 8 до 18 км над земной поверхностью.

Охрана атмосферы

Главным источником являются промышленные предприятия и автомобили. В больших городах проблема загазованности главных транспортных магистралей стоит очень остро. Именно поэтому во многих крупных городах мира, в том числе и в нашей стране, введен экологический контроль токсичности выхлопных газов автомобилей. Поданным специалистов, задымленность и запыленность воздуха может наполовину сократить поступление солнечной энергии к земной поверхности, что приведет к изменению природных условий.