Будова атмосфери. Пояси сонячного освітлення (конспект)

Повітряна оболонка, яка оточує Землю і обертається разом із нею, називається атмосферою. Земна атмосфера – це суміш багатьох газів, у яких у завислому стані містяться тверді і рідкі частки: пил, попіл, сажа. Приземний шар повітря складається з 78% азоту, 21% кисню, та 1% інших газів.

Межі атмосфери точно встановити важко. Нижньою межею є земна поверхня, але слід враховувати, що повітря проникає в усі тріщини та пори гірських порід. Верхня межа проходить приблизно на висоті 3000 км, але повітря тут настільки розріджене, що говорити про суцільну оболонку вже не можна. Атмосфера складається з п'ятьох шарів. У нижньому шарі – тропосфері зосереджено 90 % усієї маси повітря і практично вся водяна пара. В ній утворюються хмари і випадають опади. Верхня межа тропосфери знаходиться на висоті 8 км у полярних широтах та 18 км – поблизу екватора. Над тропосферою – стратосфера, яка простягається до 50 км над земною поверхнею. У стратосфері повітря має значно меншу густину, порівняно з тропосферою. Тут знаходиться озоновий шар, який захищає Землю від згубного впливу космічного випромінювання. Мезосфера, термосфера та екзосфера є верхніми шарами атмосфери із дуже розрідженим повітрям та значними коливаннями температури. У тропосфері температура знижується на 0,6 градуса на кожні 100 м підйому вгору. У стратосфері відбувається зворотній процес, і температура підвищується на 1-2 градуси з кожним кілометром. У мезосфері температура знову знижується аж до позначки – 100°С. Далі йде постійне підвищення температури.

Фізичний стан нижнього шару атмосфери в певний час на певній території називається погодою. Погода визначається шістьма основними показниками: температурою та вологістю повітря, атмосферним тиском, швидкістю, силою і напрямом вітру, хмарністю і опадами.

Основним джерелом життя на Землі є енергія Сонця. На Землю надходить одна двомільярдна частина цієї енергії, інша – розсіюється в космічному просторі. Падаючи на земну поверхню, сонячні промені нагрівають її, а вже від поверхні нагрівається повітря тропосфери. Саме тому температура повітря знижується з висотою. Змінюється вона і протягом доби. Найвищою вона буває о 14 годині, а найнижчою перед сходом Сонця. Температура повітря залежить також від широти місцевості, оскільки чим більший кут падіння сонячних променів і чим вище сонце, тим температура вища. Різниця між найвищою та найнижчою температурами називається амплітудою коливань температур. Річна амплітуда температури збільшується від екватора до полюсів. На екваторі вона становить усього 1°С, а в наших широтах 25-30 °С.

Атмосферне повітря легке. Один кубічний метр повітря важить 1 кг 300 г. Однак повітря чинить тиск на всі предмети і організми на земній поверхні. Такий тиск прийнято називати атмосферним. На кожного з нас тисне повітряний стовп масою біля 15 т. Атмосферний тиск вимірюють за допомогою барометра. Перший барометр був ртутним, і являв собою запаяну з одного боку метрову скляну трубку, заповнену ртуттю і занурену в посудину з цією рідиною. На широті 45°, на рівні моря, при температурі 0°С висота стовпчика ртутного барометра становить 760 мм. Такий тиск прийнято за нормальний атмосферний. Значно зручнішим у використанні за ртутний є барометр-анероїд, який являє собою металеву коробку з викачаним повітрям. При збільшенні тиску дно коробки здавлюється, при зменшенні – навпаки. Ці зміни фіксує стрілка, вказуючи на шкалі величину атмосферного тиску в мм ртутного стовпчика. На кожні 100 м підйому атмосферний тиск знижується на 10 мм ртутного стовпчика.

Нагріваючись, повітря розширюється, стає легшим і підіймається вгору. При цьому тиск на поверхню зменшується. Коли повітря охолоджується, воно, стискаючись, стає важчим, опускається і більше тисне на поверхню. Повітряні маси постійно переміщуються з областей високого тиску в області низького тиску. Такий горизонтальний рух повітря називається вітром. На узбережжі великих водоймищ спостерігається бриз – вітер, який двічі на добу змінює свій напрям. Удень він дме з моря на суходіл, оскільки суходіл під дією сонячних променів нагрівається швидше і тиск над ним падає. Вночі – навпаки. Є сезонні вітри – мусони. Мусони дмуть із моря на суходіл улітку і приносять багато дощів, тому що над морем повітря вологе. Взимку мусони дмуть із суходолу на море і приносять суху погоду. Причина утворення мусонів та ж, що й при утворенні бризів – неоднакова швидкість нагрівання моря та суходолу.

Сила вітру залежить від його швидкості, яка визначається за допомогою спеціального приладу – анемометра. Швидкість вітру визначають у м/с, а силу – у балах. Відсутність вітру називають штилем, а вітер силою 12 балів, коли швидкість перевищує 29 м/с, – ураганом. Напрям вітру можна визначити за допомогою флюгера. Флюгерка (стрілка флюгера) завжди вказує туди звідки дме вітер. Цей напрямок і називають напрямком вітру.

У тропосфері міститься багато водяної пари. Вологість повітря вимірюється в грамах на 1 кубічний метр. Вона залежить від температури. Чим тепліше повітря, тим більше вологи воно може містити. Розрізняють абсолютну та відносну вологість. Абсолютна вологість – максимальна кількість водяної пари, яка може міститись в одиниці об'єму повітря за певної температури. Найменшою вона є в Антарктиді – соті долі грама в 1 кубічному метрі повітря, найбільшою в екваторіальному поясі – понад 23 г/м куб. В Україні цей показник становить у середньому в січні – 3 г/м куб., у липні –12 г/м куб. Відносна вологість – це відношення фактичного вмісту водяної пари в повітрі до максимально можливого при даній температурі, виражене у відсотках. Найвища відносна вологість уранці, найнижча – після полудня. Вимірюють відносну вологість гігрометром.

Температура в тропосфері знижується. Настає момент, коли насичене вологою повітря не може утримувати водяну пару в собі і вона конденсується, перетворюючись на крапельки води, які зависають у повітрі. Якщо температура повітря нижча за 0°С, то крапельки перетворюються в дрібні кристалики льоду. Скупчення завислих у атмосфері дрібних крапель води або кристалів льоду називаються хмарами, а ступінь покриття небосхилу хмарами називають хмарністю. Розрізняють багато видів хмар, однак найчастіше трапляються шаруваті, купчасті та перисті хмари. Шаруваті хмари низько висять над землею, щільно покриваючи небо. Туман також є звичайною шаруватою хмарою. Купчасті хмари знаходяться на висоті 2-3 км. Вони нагадують шматки вати. Велика їх кількість свідчить про можливі опади. Перисті хмари утворюються на висоті понад 6 км. Вони напівпрозорі і нагадують пташине пір'я. Їх наявність вказує на зміни в погоді. Хмарність визначають у балах, від 0 при ясній погоді до 10 при суцільно затягнутому хмарами небі.

Вода, що випадає з хмар чи безпосередньо з повітря в рідкому чи твердому стані, називається атмосферними опадами. До рідких опадів належать дощ, роса, туман, до твердих – град, сніг, паморозь. Вимірюється кількість опадів шаром води (у мм), який утвориться, якщо вода не стікає і не випаровується. Для цього використовується прилад – опадомір. Для визначення товщини снігу застосовують снігомірну рейку.

Багаторічний режим погоди в даній місцевості називається кліматом. Через нерівномірне нагрівання земної поверхні клімат у різних частинах планети досить різний. Куляста форма Землі, нахил осі обертання та річний рух навколо Сонця спричиняють нерівномірне надходження тепла в різні частини земної кулі. Найбільше тепла отримує екваторіальна частина, найменше – приполярна. У залежності від кількості тепла, що надходить на Землю, всю поверхню розділяють на теплові пояси, або пояси сонячного освітлення. Виділяють тропічний, два помірні (Північний та Південний) та два полярні (Північний та Південний) пояси. Вся територія України знаходиться в межах Північного помірного теплового поясу (поясу освітлення).