Структура и состав атмосферы

Масса атмосферы составляет около 5,9·10¹⁵т. Она имеет слоистое строение (рис 3.1) и состоит из нескольких сфер, между которыми располагаются переходные слои – паузы. Верхняя её граница, где происходит рассеивание газов в межпланетное пространство, лежит на высоте примерно 1000км над уровнем моря. В приземном слое толщиной около 5,5км сосредоточено 50%, а в слое толщиной 40кмболее99%массы атмосферы.

Прилегающий к земной поверхности наиболее плотный слой воздуха называется тропосферой. Протяжённость её по высоте в средних широтах 10-12 км над уровнем моря, на полюсах 7-10, над экватором – 16-18км. В тропосфере сосредоточено более 4/5 массы земной атмосферы, основное количество водяного пара и мельчайших частиц примесей, способствующих образованию облаков. Температура воздуха в тропосфере уменьшается с высотой (~6ºС/км) и колеблется от 20-40^оС до -50°С. Верхней границей тропосферы (на высоте около 11км) является тропопауза – область, в которой температура перестаёт понижаться.

Выше тропопаузы примерно до 50км простирается стратосфера. Для неё характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и постоянство температуры (-50-55ºС) до высоты примерно 25 км. Выше температура начинает повышаться и на уровне стратопаузы (45-54км) достигает +5°С. В стратосфере под воздействием космического излучения и коротковолновой части УФ-излучения Солнца молекулы воздуха ионизируются, в результате чего образуется озон.

Лежащая выше мезосфера простирается до отметки 80км.Главная её особенность – резкое понижение температуры (-75-90°С) у её верхней границы. Здесь фиксируются серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов. Под воздействием солнечной радиации в мезосфере и более высоких слоях происходит диссоциация молекул газов на ионы.

Небольшая мезопауза отделяет мезосферу от ионосферы (термосферы), которая располагается до высоты 800 км. Для неё характерное равномерное повышение температуры с увеличением высоты: на отметке 150 км температура достигает 200-240ºС, на уровне 200 км – 500ºС, на высоте 500-600 км – более 1500ºС. Под действием УФ–лучей выше 80 км диссоциируют СО₂и Н₂, на уровне 120-150 км - О₂, выше 300 км – N_2. При этом фиксируются отрицательные (N ^– ,O ^– , CO^-₃, NO^-₂) и положительные ( N ⁺, O ⁺, H ⁺ и др.) ионы. На высоте 100-400 км происходит также ионизация газов: О₂⁺, О₂^-, N₂⁺. Эти ионы образуют различные комплексы: О₂⁺·(H₂O), NO⁺·H₂, NO⁺·N₂, NO⁺·CO₂. В верхних слоях ионосферы присутствуют свободные радикалы – OH^•, HO^•₂ и др.

На высоте 120-150 км кислород почти весь становиться атомарным, а азот переходит в такое состояние выше 400-500 км. Кислородно-азотный состав сохраняется примерно до 400-600 км.

С ионизацией связано свечение и газов и возникновение полярных сияний. Ионосфера обладает способностью многократного отражения волн, что обеспечивает дальнюю связь на Земле.

Экзосфера находится выше 800 км и простирается до 2000-3000 км. Скорость, движения газов очень велика (11,2 км/с), но из-за сильного разрежения молекулы газов редко сталкиваются между собой. Выше 600 км начинает преобладать гелий, корона которого простирается примерно до высоты 1600 км.

Геокорона продолжается условно до 20 тыс км и состоит из гелия и водорода, которые медленно рассеиваются в мировое космическое пространство.