Атмосфера з точки зору теорії клімату

З точки зору теорії клімату атмосфера характеризується головним чином масою і хімічним складом. В даний час земна атмосфера містить 5,3-103 трильйонів т повітря – близько однієї мільйонної частки маси всієї Землі. З висотою щільність повітря швидко убуває, так що три чверті маси атмосфери знаходяться нижче 10 км, 90 % – нижче 15 км, 99 % – нижче 30 км, 99,9 % – нижче 50 км.

Сухе повітря складається з 78,08 % азоту, 20,95 % кисню, 0,93 % аргону, близько 0,03 % вуглекислого газу і малих кількостей благородних газів і водню. Важливу роль у формуванні погоди і клімату відіграють так звані земні термодинамічно активні домішки (ТАП) – змінні складові частини атмосфери, здатні впливати на стан повітря і розподіл по атмосфері приток тепла.

Найважливішою ТАП в атмосфері Землі є вода, зміст якої, головним чином у вигляді водяної пари, в середньому дорівнює 12,4 трильйона т (що еквівалентно шару обложеної води в 24 мм, так що при середньому річному кількості випаровування та опадів в 780 мм водяна пара в атмосфері оновлюється 32 рази на рік, або кожні 11 днів). Водяна пара здатний конденсуватися або сублімуватися на наявних в атмосфері частинках, утворюючи хмари і тумани (з виділенням великих кількостей прихованого тепла). Насичує концентрація пари зростає з температурою і назад пропорційна тиску; при нормальному тиску на рівні моря вона змінюється від 0,0236 % при -30 ° С до 0,611 % при 0 ° С і 4,24 % при 30 ° С.

Водяна пара і особливо хмарність різко впливають на потоки короткохвильового і довгохвильового випромінювання в атмосфері, вносячи, зокрема, великий внесок у парниковий ефект, тобто в здатність атмосфери пропускати сонячну радіацію до підстильної поверхні, але поглинати власне теплове випромінювання підстильної поверхні і нижележащих атмосферних шарів (завдяки цьому ефекту температура в атмосфері зростає з глибиною і її нижні шари виявляються теплими).

Нарешті, хмари здатні до нестійкості зі злипанням хмарних частинок і випаданням опадів (ці процеси відбуваються швидше, ніж випаровування вологи з підстильної поверхні, внаслідок чого атмосфера в цілому далека від насичення водяною парою, незважаючи на те, що дві третини її нижньої межі утворені поверхнею води). Водяні хмари і опади є специфічною особливістю погоди на Землі.

Іншими ТАП в атмосфері є вуглекислий газ (що вносить вклад у парниковий ефект), озон і зважені частинки (аерозоль). Озон в атмосфері міститься в змінному кількості, порядку однієї мільйонної частки, в основному на висотах 10-30 км, де він утворюється з молекулярного кисню в результаті фотохімічних процесів під дією ультрафіолетової радіації Сонця. Майже вся ультрафіолетова радіація, згубна для живих організмів, при цьому поглинається, так що озон забезпечує існування життя на суші. Аерозоль може розсіювати сонячну радіацію, зменшуючи пряму радіацію на підстильної поверхні, але зате збільшуючи розсіяну і, мабуть, мало змінюючи їх суму. Однак він може і поглинати сонячну радіацію і, перевипромінюючи інфрачервону, збільшити парниковий ефект. Ці процеси вивчені ще недостатньо.

Середня температура повітря в земної поверхні в наш час дорівнює 15 ° С. У нижніх 10 км атмосфери вона зменшується з висотою на 6,5 ° С за кожен кілометр, вище (у стратосфері) залишається приблизно постійною, близько -50 ° С, а ще вище, де атмосфера стає надзвичайно розрідженій, температура зростає. До 105 – 120 км завдяки перемішуванню атмосфера однорідна за складом, а вище стає помітним поділ газів – важкі залишаються внизу, а легкі піднімаються вгору. Вище 600 км можливий витік газів в космічний простір. Вона зростає зі збільшенням температури і зі зменшенням ваги молекул. Згідно з теоретичними оцінками при температурі 2000 ° С час повної витоку водню становить 1800 років, а гелію – 24 млн. років. Температури такого порядку на висотах у декілька сот кілометрів в атмосфері, мабуть, можливі, і цим може пояснюватися майже повна відсутність водню і гелію в атмосфері Землі.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 5.00 out of 5)

Атмосфера з точки зору теорії клімату