Атмосфера
Атмосфера — воздушная оболочка Земли, связанная с планетой силой тяжести. Она обеспечивает жизнь, участвует в круговороте воды, формирует погоду и климат, защищает поверхность от опасного излучения и резких перепадов температуры.
Что такое атмосфера и зачем она нужна
Атмосфера — газовая оболочка Земли, окружающая планету и вращающаяся вместе с ней. Её верхняя граница постепенно переходит в космическое пространство, поэтому имеет условный характер.
Атмосфера не является однородной: с высотой меняются температура, плотность, давление и состав воздуха. Основная масса воздуха сосредоточена в нижних слоях: около половины всей массы атмосферы находится ниже высоты примерно 5,5 км, а около 99% — ниже 30–35 км.
- Жизненная функция: кислород необходим для дыхания, а углекислый газ — для фотосинтеза растений.
- Защитная функция: атмосфера ослабляет ультрафиолетовое излучение, задерживает часть космического излучения и сгорающих метеорных тел.
- Терморегулирующая функция: водяной пар и углекислый газ участвуют в удержании тепла, поэтому поверхность Земли не остывает мгновенно ночью.
- Погодообразующая функция: движение воздуха, образование облаков и осадков происходят в атмосфере.
- Хозяйственное значение: атмосферные условия влияют на сельское хозяйство, транспорт, строительство и здоровье людей.
Атмосфера — не просто смесь газов. Это подвижная оболочка, в которой непрерывно происходят теплообмен, перемещение воздуха и круговорот воды.
Состав атмосферного воздуха
Подробно процентное соотношение газов разобрано на странице состав атмосферы. В сухом воздухе у земной поверхности примерно 78% занимает азот, 21% — кислород, около 0,93% — аргон и около 0,04% — углекислый газ. Кроме постоянных компонентов, в воздухе присутствуют водяной пар, пыль, аэрозоли и примеси.
| Компонент | Примерная доля | Значение |
|---|---|---|
| Азот | 78% | Входит в состав белков; участвует в круговороте азота. |
| Кислород | 21% | Необходим для дыхания и горения. |
| Аргон и другие инертные газы | Около 0,93% | Почти не вступают в химические реакции. |
| Углекислый газ | Около 0,04% | Используется растениями при фотосинтезе; влияет на парниковый эффект. |
| Водяной пар | Переменная доля | Связан с облаками, осадками и переносом тепла. |
Важно различать постоянные и переменные компоненты. Количество азота и кислорода в обычном сухом воздухе меняется мало, а содержание водяного пара зависит от температуры, близости водоёмов, времени года и характера поверхности. Влажный воздух обычно легче сухого при одинаковых температуре и давлении, потому что молекулы водяного пара в среднем легче молекул азота и кислорода.
Какой газ составляет примерно пятую часть сухого атмосферного воздуха?
Строение атмосферы по высоте
Слои атмосферы выделяют прежде всего по изменению температуры с высотой. Подробная схема приведена на странице строение атмосферы. Для школьных заданий важно знать последовательность слоёв и характерные явления в каждом из них.
| Слой | Примерная высота | Главные особенности |
|---|---|---|
| Тропосфера | От поверхности до 8–18 км | Содержит большую часть водяного пара; здесь формируются облака, осадки и погода; температура обычно понижается с высотой. |
| Стратосфера | Примерно 10–50 км | Воздух сравнительно устойчив; располагается озоновый слой; температура в верхней части повышается. |
| Мезосфера | Примерно 50–80 км | Температура снова понижается; здесь сгорает много метеорных тел. |
| Термосфера | Выше 80 км | Газ сильно разрежен; температура может быть высокой; наблюдаются полярные сияния. |
| Экзосфера | Самый внешний слой | Постепенный переход к космическому пространству. |
Тропосфера особенно важна для географии: в ней сосредоточено около 80% массы атмосферного воздуха и почти весь водяной пар. Поэтому именно здесь происходят основные явления погоды. В стратосфере находится озоновый слой, который поглощает значительную часть опасного ультрафиолетового излучения.
Атмосферное давление и изменения с высотой
Воздух имеет массу и поэтому давит на земную поверхность и все тела. Атмосферное давление — сила, с которой столб воздуха действует на единицу площади. У поверхности Земли среднее давление принято равным 760 мм рт. ст., или 1013,25 гПа.
В формуле \(p\) — давление, \(F\) — сила давления, \(S\) — площадь поверхности. При подъёме вверх давление уменьшается: над точкой становится меньше воздуха, а значит, уменьшается масса воздушного столба. В первых километрах высоты давление убывает особенно быстро.
Чем выше место над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. При одинаковой высоте давление обычно выше в холодном плотном воздухе и ниже в тёплом разреженном.
Давление измеряют в разных единицах, а прибор для его измерения называется барометром. В типовых задачах могут потребоваться сведения об изменении давления с высотой или расчёт давления по условию.
Разбор типового задания
У подножия горы давление равно 760 мм рт. ст. Известно, что при подъёме на каждые 10,5 м давление уменьшается примерно на 1 мм рт. ст. Каково давление на высоте 1050 м?
На высоте 1050 м давление примерно 660 мм рт. ст. В реальной атмосфере зависимость давления от высоты не строго линейна, но для учебных задач используется указанное в условии приближение.
1. Путать атмосферное давление с температурой: при подъёме давление уменьшается, а температура в тропосфере тоже обычно уменьшается, но это разные величины. 2. Прибавлять изменение давления при подъёме вместо вычитания. 3. Смешивать мм рт. ст. и гПа без перевода единиц. 4. Считать, что границы слоёв атмосферы одинаковы повсюду: высота тропосферы меняется с широтой и временем года.
Как решать задания по теме
- Если спрашивают состав воздуха, ищите компонент с крупнейшей долей: азот — около 78%, кислород — около 21%.
- Если требуется определить слой по явлению, связывайте погоду и осадки с тропосферой, озон — со стратосферой, метеоры — с мезосферой, полярные сияния — с верхними слоями.
- В задаче о давлении внимательно определите направление изменения: подъём — уменьшение, спуск — увеличение.
- Проверяйте единицы измерения и разумность ответа: давление на вершине горы не должно быть больше давления у подножия.
Быстрая проверка
Главное
- Атмосфера — газовая оболочка Земли, необходимая для жизни, защиты планеты и формирования погоды.
- Основу сухого воздуха составляют азот и кислород; водяной пар относится к переменным компонентам.
- Слои атмосферы снизу вверх: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.
- Погода формируется главным образом в тропосфере, а озоновый слой расположен в стратосфере.
- Атмосферное давление уменьшается с высотой; в задачах подъём обычно означает вычитание заданного изменения давления.