1.Атмосфера - газова оболонка Землі з містяться в ній аерозольними частками, що рухається разом з Землею в світовому просторі як єдине ціле і одночасно бере участь в обертанні Землі.На дні атмосфери в основному протікає все наше життя.
Сукупність розділів фізики і хімії, які вивчають атмосферу, прийнято називати фізикою атмосфери. Атмосфера визначає погоду на поверхні Землі, вивченням погоди займається метеорологія, а тривалими варіаціями клімату - кліматологія.
Атмосфера постачає нас необхідним для дихання киснем. Однак внаслідок падіння загального тиску атмосфери в міру підйому на висоту відповідно знижується і парціальний тиск кисню.
Влёгкіх человекапостоянно міститься близько 3 л альвеолярного воздуха.Парціальное давленіекіслорода в альвеолярному повітрі при нормальному атмосферному тиску становить 110мм рт. ст., тиск вуглекислого газу - 40 мм рт. ст. а парів води - 47 мм рт. ст. Зі збільшенням висоти тиск кисню падає, а сумарне тиск парів води і вуглекислоти в легенях залишається майже постійним - близько 87 мм рт. ст. Надходження кисню в легені повністю припиниться, коли тиск навколишнього повітря стане рівним цій величині.
На висоті близько 19-20 км тиск атмосфери знижується до 47 мм рт. ст. Тому на даній висоті починається кипіння води і міжтканинної рідини в організмі людини. Поза герметичній кабіни на цих висотах смерть настає майже миттєво. Таким чином, з точки зору фізіології людини, «космос» починається вже на висоті 15-19 км.
Щільні шари повітря - тропосфера і стратосфера - захищають нас від вражаючої дії радіації. При достатньому розрідженні повітря, на висотах більше 36 км, інтенсивна дія на організм надає іонізірующаярадіація- первинні космічні промені; на висотах більше 40 км діє небезпечна для людини ультрафіолетова частина сонячного спектра.
У міру підйому на все більшу висоту над поверхнею Землі, поступово послаблюються, а потім і повністю зникають, такі звичні для нас явища, які спостерігаються в нижніх шарах атмосфери, як поширення звуку, виникнення аеродінаміческойпод'ёмной сили опору, передача теплаконвекціейі ін.
У розріджених шарах повітря распространеніезвукаоказивается неможливим. До висот 60-90 км ще можливе використання опору і підйомної сили повітря для керованого аеродинамічного польоту. Але починаючи з висот 100-130 км знайомі кожному льотчику понятіячісла Мізвукового барьератеряют свій сенс, там проходить условнаяЛінія Карманаза якої починається сфера чисто балістичного польоту, управляти яким можна, лише використовуючи реактивні сили.
На висотах вище 100 км атмосфера позбавлена й іншого чудового властивості - здатності поглинати, проводити і передавати теплову енергію шляхом конвекції (т. Е. З допомогою перемішування повітря). Це означає, що різні елементи обладнання, апаратури орбітальної космічної станції не зможуть охолоджуватися зовні так, як це робиться зазвичай на літаку, - за допомогою повітряних струменів і повітряних радіаторів. На такій висоті, як і взагалі в космосі, єдиним способом передачі тепла являетсятепловое випромінювання.
2.Атмосферу поділяють на наступні шари:
2.1. Тропосфера (грец. # 964; # 961; # 959; π # 942; - «поворот», «зміна» і # 963; # 966; # 945; # 8150; # 961; # 945; - «куля ») - нижній, найбільш вивчений слойатмосфери, висотою вполярних областях8-10 км, в помірних широтах до 10-12 км, наекваторе- 16-18 км.
При підйомі в тропосферетемпературапоніжается в середньому на 0,65 До через кожні 100 м і досягає 180 ÷ 220К (-90 ÷ -53 ° C) у верхній частині. Цей верхній шар тропосфери, в якому зниження температури з висотою припиняється, називаюттропопаузой. Наступний, розташований вище тропосфери, шар атмосфери називаетсястратосфера.
У тропосфері зосереджено понад 80% всієї маси атмосферного повітря, сильно развітитурбулентностьіконвекція, зосереджена переважна частьводяного пара, вознікаютоблака, формуються іатмосферние фронти, развіваютсяціклониіантіціклони, а також інші процеси, определяющіепогодуіклімат. Що відбуваються в тропосфері процеси обумовлені, перш за все, конвекцією.
Частина тропосфери, в межах якої на земній поверхні можливо зарожденіеледніков, називаетсяхіоносфера.
2.2.Тропопауза (отгреч. # 964; # 961; # 959; π # 959; # 962; - поворот, зміна іπ # 945; # 965; # 963; # 953; # 962; - зупинка, припинення) - слойатмосфери, в якому припиняється зниження температури з висотою; перехідний шар оттропосферикстратосфере.
У земній атмосфері тропопауза розташована, на висотах від 8-12 км (над рівнем моря) в полярних районах до 16-18 км - надекватором. Висота тропопаузи залежить також від пори року (влітку тропопауза розташована вище, ніж взимку) і циклонічної діяльності (в циклонах вона нижче, а в антициклонах - вище) Товщина тропопаузи становить від кількох сотень метрів до 2-3кілометров. У субтропіках спостерігаються розриви тропопаузи, обумовлені потужними струминними течіями. Тропопауза над окремими районами часто руйнується і формується заново.
2.3.Стратосфера (отдр.-греч. # 963; # 964; # 961; # 945; # 964; # 972; # 962; - «шар» і # 963; # 966; # 945; # 8150; # 961; # 945; - «куля», «сфера») - слойатмосфери, що розташовується на висоті від 11 до 50 км. Характерно незначна зміна температури в шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) і підвищення її в шарі 25-40 км від -56,5 до 0,8 ° С (верхній шар стратосфери або областьінверсіі). Досягнувши на висоті близько 40 км значення близько 273 К (майже 0 ° C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км. Ця область постійної температури називаетсястратопаузойі є кордоном між стратосферой імезосферой.Іменно в стратосфері розташовується слойозоносфери ( «озоновий шар») (на висоті від 15-20 до 55-60 км), який визначає верхня межа життя в біосфере.Озон (О3) утворюється в унаслідок фотохімічних реакцій найбільш інтенсивно на висоті
30 км. Загальна маса О3 склала б при нормальному тиску шар товщиною 1,7-4,0 мм, а й цього досить для поглинання згубного для жізніультрафіолетовогоізлученія Сонця. Руйнування О3 відбувається при його взаємодії з вільними радикалами, NO, галогенсодержащімісоедіненіямі (в т. Ч. «Фреонами»). У стратосфері затримується велика частина короткохвильового частини ультрафіолетового випромінювання (180-200 нм) і відбувається трансформація енергії коротких хвиль. Під впливом цих променів змінюються магнітні поля, розпадаються молекули, проісходітіонізація, новоутворення газів і інших хімічних сполук. Ці процеси можна спостерігати в відесеверних сяйв, Зірниця інших свеченій.В стратосфері і більш високих шарах під воздействіемсолнечной радіаціімолекули газовдіссоцііруют- на атоми (вище 80 км діссоцііруютСО2іН2, вище 150 км -О2, вище 300 км -Н2). На висоті 200-500 км в іоносфері відбувається також іонізація газів, на висоті 320 км концентрація заряджених частинок (Про + 2. Про - 2. N + 2) становить
1/300 від концентрації нейтральних частинок. У верхніх шарах атмосфери прісутствуютсвободние радікали- ОН •, АЛЕ • 2 і ДРВ стратосфері майже немає водяного пара.Полёти в стратосфереПолёти в стратосферу почалися в 1930-роках. Широко відомий політ на первомстратостате (FNRS-1), який совершіліОгюст ПікаріПауль Кіпфер27 травня 1931 року на висоту 16,2 км. Сучасні бойові і надзвукові комерційні літаки літають в стратосфері на висотах в основному до 20 км (хотядінаміческій потолокможет бути значно вище). Висотниеметеозондиподнімаются до 40 км; рекорд для безпілотного аеростата становить 51,8 км.В останнім часом у військових колах США велику увагу приділяють освоєнню шарів стратосфери вище 20 км, часто званих «предкосмосом» (англ. «near space»). Передбачається, що безпілотні дирижаблі та літаки на сонячній енергії (наподобіеNASA Pathfinder) зможуть тривалий час перебувати на висоті близько 30 км і забезпечувати наглядом і зв'язком дуже великі території, залишаючись при цьому малоуязвімая для средствПВО; такі апарати будуть у багато разів дешевлеспутніков.
2.4. Стратопауза - слойатмосфери, що є прикордонним між двома шарами, стратосферойімезосферой. У стратосферетемператураповишается зі збільшенням висоти, а стратопауза є шаром, де температура досягає максимуму. Температура стратопауза - близько 0 ° C.
Дане явище спостерігається не тільки на Землі, але і на інших планетах, що мають атмосферу.
На Землі стратопауза знаходиться на висоті 50 - 55 км надуровнем моря. Атмосферний тиск становить близько 1/1000 від тиску на рівні моря.
2.5. Мезосфера (отгреч. # 956; # 949; # 963; # 959; - «середній» і # 963; # 966; # 945; # 8150; # 961; # 945; - «куля», «сфера») - слойатмосферина висотах від 40-50 до 80-90 км. Характеризується підвищенням температури з висотою; максимум (близько + 50 ° C) температури розташований на висоті близько 60 км, після чого температура починає спадати до -70 ° або -80 ° C. Таке зниження температури пов'язано з енергійним поглинанням сонячної радіації (випромінювання) озоном. Термін прінятГеографіческім і геофізичних союзомв1951 році.
Газовий склад мезосфери, як і розташованих нижче атмосферних шарів, постійний і містить близько 80% азотаі 20% кисню.
Мезосфера відділяється від ніжележащейстратосферистратопаузой, а від вишележащейтермосфери-мезопауза. Мезопауза в основному збігається стурбопаузой.
Метеориначінают світитися і, як правило, повністю згоряють в мезосфері.
У мезосфері можуть появлятьсясеребрістие облака.Мезосфера з точки зору літальних апаратів
Для польотів мезосфера являє собою свого роду «мертву зону» - повітря тут дуже розріджене, щоб підтримувати літаки або аеростати (на висоті 50 км щільність повітря в 1000 разів менше, ніж на рівні моря), і в той же час дуже щільний для полётовіскусственних спутніковна такою низькою орбіті. Прямі дослідження мезосфери проводяться в основному за допомогою суборбітальнихметеорологіческіх ракет; в цілому мезосфера вивчена гірше інших шарів атмосфери, в зв'язку з чим вчені прозвали її «ігноросферой»
2.6. Мезопауза - слойатмосфери, що є прикордонним між двома шарами, мезосферойітермосферой. НаЗемлерасполагается на висоті 80 - 90 км надуровнем моря. У мезопаузі знаходиться температурний мінімум, який становить близько -225 ° C (температура постійна або повільно підвищується), вище неї (до висоти близько 400 км) температура знову починає рости. Мезопауза збігається з нижньою межею області активного поглощеніярентгеновскогоі найбільш коротковолновогоультрафіолетового ізлученіяСолнца. На цій висоті наблюдаютсясеребрістие хмари.
Мезопауза є не тільки на Землі, але і на інших планетах, що мають атмосферу.
2.7. Лінія Кармана - висота надуровнем моря, яка умовно приймається в якості кордону междуатмосферой Земліікосмосом.
Відповідно до определеніемФАІ, лінія Кармана знаходиться на висоті 100 км надуровнем моря.
Назва висота отримала по іменіТеодора фон Кармана, американського вченого угорського походження. Він перший визначив, що приблизно на цій висоті атмосфера стає настільки розрідженої, чтоаеронавтікастановітся неможливою, тому що скоростьлетательного апарату, необхідна для створення достаточнойпод'ёмной сили, стає большепервой космічної швидкості. Тому, для досягнення великих висот необхідно користуватися средствамікосмонавтікі.
Визначення межі умовно, так як в дійсності не існує будь-якої межі, за якою закінчується атмосфера і починається космос. Так, зовнішня частина земної атмосфери, екзосфера, простягається до висоти 100 тис. Км і більше, на такій висоті атмосфера складається в основному з атомів водню, здатних залишати атмосферу.
Досягнення Лінії Кармана було першою умовою для отримання прізаAnsari X Prize, так як це є підставою для визнання полётакосміческім.
Через крайню розрідженості повітря польоти вишелініі Карманавозможни тільки побаллістіческойтраекторіі. Всепілотіруемие орбітальні польоти (за винятком польотів американських астронавтів на Місяць) проходять в термосфере, переважно на висотах від 200 до 500 км - нижче 200 км сильно позначається гальмівну дію повітря, а вище 500 км простіраютсярадіаціонние пояса, шкідливо впливають на людей.
Безпілотні супутники також здебільшого літають в термосфере - з одного боку, виведення супутника на більш високу орбіту вимагає великих витрат енергії, а з іншого, для багатьох цілей (наприклад, длядістанціонного зондування Землі) мала висота краще.
Дослідження термосфери проводяться також з помощьюсуборбітальнихгеофізіческіх ракет
2.9.Екзосфера- зона розсіювання, зовнішня частина термосфери, розташована вище 700 км. Газ в екзосфері сильно розріджене, і звідси йде витік його частинок в міжпланетний простір (диссипация).
До висоти 100 км атмосфера являє собою гомогенну добре перемішану суміш газів. У більш високих шарах розподіл газів по висоті залежить від їх молекулярних мас, концентрація більш важких газів зменшується швидше в міру віддалення від поверхні Землі. Внаслідок зменшення щільності газів температура знижується від 0 ° C в стратосфері до -110 ° C в мезосфері. Однак кінетична енергія окремих частинок на висотах 200-250 км відповідає температурі
1500 ° C. Вище 200 км спостерігаються значні флуктуації температури і щільності газів в часі і просторі.
Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферу і гетеросферу.Гетеросфера- це область, де гравітація впливає на поділ газів, так як їх перемішування на такій висоті незначно. Звідси випливає змінний склад гетеросферу. Нижче її лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери, називаемаягомосфера. Кордон між цими шарами називаетсятурбопаузой, вона лежить на висоті близько 120 км.