Земната атмосфера — слоеве, част I

Земната атмосфера - слоеве

Земната атмосфера е комплексна, изградена от няколко атмосферни слоя обвивка. В тази статия ще разгледаме тропосферата, стратосферата и мезосферата. Въпреки, че земната атмосфера обгражда нашата планета и със своите особености я прави годна за живот, като такава не е особено популярна. Много хора не могат дори да назоват нейния състав, с изключение на кислорода, който обаче не представлява и една четвърт по процентното ѝ съдържание. А какво остава за атмосферните слоеве, които я съставляват. Така че, за да опознаем планетата си по-добре, можем да поговорим за нейната газова обвивка.

Тропосфера

Земната атмосфера е разделена на пет основни атмосферни слоя, като поради газовия ѝ състав, границите помежду им не са строго дефинирани. Те варират според сезона и най-вече географската ширина. Първият и най-близък до повърхността на Земята атмосферен слой, се нарича тропосфера. Тъй като тропосферата е в непосредствен контакт с повърхността, в нейните граници се случват по-голямата част от метеорологичните явления. Освен това най-долните ѝ части се нагряват от самата земя, тъй като тя силно абсорбира слънчевата енергия. Така се получава градиент на температурата в тропосферата. Този градиент енаречен environmental lapse rate — температурата спада линейно с издигане по височина, което става с около 6 градуса на всеки 1000 метра.

В тропосферата се съдържат 75% от масата на цялата земна атмосфера и 99% от масата на всичката водна пара и аерозоли в атмосферата. Тъй като това е атмосферният слой най-близък до Земята, може би тук е удачно да споменем и химичният състав на въздуха, а именно: 78% азот, 21% кислород, 0.93% аргон, 0.04% въглероден диоксид, както и малки количества други газове и водна пара. Концентрацията на въпросните газове е хомогенно разпределена из цялата тропосфера, което обаче не важи за водната пара. Тя е най-силно концентрирана близо до повърхността, където циркулира чрез изпарения.

Дебелината на тропосферата варира според географската ширина, като средната ѝ дебелина е около 12 километра (най-тънка е на полюсите — приблизително 6 км; най-дебела над екватора — 18 км). Около 10 км е и границата, до която се издигат пътническите самолети.

Между тропосферата и следващият атмосферен слой – стратосферата, лежи границата между двете. Тя се нарича тропопауза и представлява тънък слой непосредствено над тропосферата. Идентифицираме я с това, че в нейното протежение температурата спира да намалява и остава константна до момента на навлизане в стратосферата.

Стратосфера

Стратосферата е вторият слой от земната атмосфера, който започва веднага след тропосферата и тропопаузата и продължава до около 50 км над морското равнище. Това е и границата, до която достигат метеорологичните ни балони. Рекордът за издигане на метеорологичен балон е на Японската агенция за аерокосмически изследвания (JAXA) — 53 км. Един от двата свръхзвукови пътнически самолета, Concorde, също е летял в стратосферата, като рекордната му достигната височина е 20.7 км.

Тук се намира може би най-важният елемент от земната атмосфера, поне от гледна точка животът на нашата планета, а именно — озоновият атмосферен слой. Той е изграден от озон (O3), който поглъща голяма част от вредните ултравиолетови лъчи на Слънцето и по този начин ни предпазва от тях. В резултат на това, противно на очакванията, температурата в стратосферата се увеличава колкото по-високо се издигаме. Всъщност това се случва защото озоновият слой се нагрява от ултравиолетовата светлина. В най-ниските части на стратосферата, температурата е около −50 градуса по Целзий, докато с издигане тя може да достигне до −15 градуса.

Макар да казахме, че в стратосферата се намира озоновият слой, този газ не е разпространен само там. Просто тук е основната негова концентрация, която все пак е изключително ниска спрямо други газове в атмосферата — само около 10 частици на милион. За сравнение, средната концентрация на озон в атмосферата е около 0.3 частици на милион. Повече за озона можете да прочетете в сайта на Националната агенция на океанските и атмосферни изследвания на САЩ (NOAA).

Още нещо интересно за стратосферата е, че там ветровете са значително по-бързи от тези близо до земната повърхност. Според наблюдения на NASA, в зоната около южния полюс те достигат скорости от порядъка на 60 метра в секунда.

Мезосфера

Границата между стратосферата и мезосферата е белязан от стратопаузата — друг тънък атмосферен слой, който се отличава с пик на температурата. Тук тя е най-висока за цялата стратосфера (около −15 градуса по Целзий, както споменахме по-рано) и в рамките на мезосферата отново започва да намалява с височината. Самата мезосфера се простира от 55 км до около 85 км над морското равнище.

Самата мезосфера е може би най-слабо изследвания слой от земната атмосфера  и все още крие много тайни. Причината за това е, че тя лежи над възможностите на самолетите и под слоевете, в които летят космическите апарати. Тук се наблюдават редките явления, познати като спрайтове и джетове (мълнии във високата атмосфера), както и т.нар. noctilucent clouds. Това са светещи облаци, видими през нощта и най-вече през лятото на високи географски ширини. Освен това, в мезосферата изгарят метеорите, познати още като падащи звезди.

Мезопаузата разделя мезосферата от термосферата. Тя се простира между 85 и 100 км над земната повърхност и е най-студената част от земната атмосфера. Тук температурата може да достигне до −115 градуса по Целзий. (Xu, J. et al. 2007. Journal of Geophysical Research, 112, D09102).

Автор: Венцислав В. Димитров

* Материалът продължава в Земна атмосфера — слоеве, част II , където можете да прочетете повече за останалите слоеве от земната атмосфера — термосфера и екзосфера, както и за линията на Карман, от която започва космосът.

Астрономия

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *