Тропосфера: строение, состав, характеристики, свойства
Contents
- 1 Что такое тропосфера
- 2 Особенности тропосферы
- 3 Характеристика тропосферы
- 4 Толщина тропосферы
- 5 Верхняя граница тропосферы
- 6 Состав тропосферы
- 7 Строение тропосферы
- 8 Свойства тропосферы
- 9 Температура тропосферы
- 10 Процессы, происходящие в тропосфере
- 11 Движение воздуха в тропосфере
- 12 Верхний слой тропосферы
- 13 Почему в верхних слоях тропосферы высокое давление
- 14 Большие объемы воздуха тропосферы, обладающие однородными свойствами
- 15 Почему тропосфера это кухня погоды
- 16 Тропосфера над полюсами
- 17 Какие животные и растительные организмы есть в тропосфере
- 18 Значение тропосферы
Что такое тропосфера
Тропосфера – самый первый и наиболее низкий слой атмосферы нашей планеты (10-19 км от ее поверхности). Именно в этом слое происходит большинство погодных явлений, в нем обитают все растения, животные и люди, развивается жизнь.
Сам термин появился в 20 веке благодаря работам французского метеоролога и ученого Леона Тейсерена де Бора. За основу он позаимствовал греческие слова означающие поворот, изменение и сферу.
Особенности тропосферы
Чем выше от земли, тем воздух в тропосфере становится холоднее, а атмосферное давлении ниже. Почти вся масса атмосферного воздуха находится в тропосфере (от 75% на возвышенностях до 90% в низинах). Она отвечает за образование тумана и облаков, за формирование осадков (в ней содержится почти 99% водяного пара планеты), гроз, атмосферных фронтов. Эти процессы обусловлены конвекцией, то есть вертикальным перемещением воздуха.
Метеорологи отслеживают погоду, изменение климата, различные циклоны и антициклоны именно через тропосферу. Воздухом тропосферы дышит все живое на Земле, а ее осадками пользуется в качестве питьевой воды. Самые высокие вершины гор – не выходят за ее пределы, а воздушные суда лишь частично задевают ее верхнюю стратосферную границу. Тропосфера не задерживает коротковолновую солнечную радиацию.
Характеристика тропосферы
Это самый динамичный слой атмосферы, он охватывает всю планету и непосредственно контактирует с ее поверхностью. Тем самым оказывает как отрицательные, там и положительные эффекты на ее обитателей. Зато этот слой регулирует температуру поверхности благодаря циркуляции газов и распределяет влажность. А также разносит загрязненный воздух промышленных предприятий и автомобильных выхлопов по всему земному шару.
Потоки воздуха вертикально перемещаются по поверхности планеты, появляются облака и дожди, происходит конденсация водяного пара. Это случается из-за нагревания тропосферы. А нагреваясь, она поглощает космическое излучение.
Воздух в тропосфере по своим характеристикам отличается от того чем мы дышим. Чем дальше от поверхности Земли, тем воздух становится холоднее (1 градус на 150 м) и разреженнее. Уже на высоте выше 5 километров становится труднее дышать, особенно равнинному жителю. А после 9 км – дышать и вовсе невозможно.
Толщина тропосферы
За счет того, что земля имеет неоднородную сплюснутую форму, в зоне экватора тропосфера становится выше и достигает 19 км, а на обоих ее полюсах всего 8-10 км. Прямо над ней располагается следующий слой стратосфера, их разделяет очень тонкая, едва заметная прослойка тропопауза.
Верхняя граница тропосферы
В ее верхней границе тропопаузе наблюдается прекращение снижения температуры, которая изменяется с высотой. Этот слой растягивается в зависимости от времени года. Зимой, например, он выше, чем в летнее время. От приземного слоя до тропопаузы скорость ветра возрастает в 2-3 раза.
Зато постоянно меняется подвижная толщина тропопаузы — от нескольких сотен метров до трех километров. При циклонах тропопауза снижается, а возрастает ее высота только при антициклонах.
В жарком субтропическом климате тропопаузу разрывают сильные потоки воздуха, это приводит к разрушению слоя, который к счастью умеет восстанавливаться.
Состав тропосферы
Ее состав всегда стабилен и относительно неизменен. Благодаря тому, что воздушные массы в ней постоянно двигаются вверх или вниз, они безостановочно перемешивают и нормализуют ее состав. На него влияют газы, высвобожденные из разломов земной коры и жизнедеятельность живых организмов. Например, фотосинтез растений и морского планктона вырабатывает кислород.
Основной газовый состав:
- Азот – 78% (необходим для питания растений).
- Кислород – 21% (используется для дыхания).
- Аргон, углекислый газ, неон и другие примеси – менее 1%.
Последнее время в ее составе наблюдается появление различных примесей и загрязнений. Чаще всего это результат человеческой деятельности: сжигание нефти, угля и газа, промышленные выбросы. Так, в тропосфере оказываются оксиды азота и серы, газ СО2.
Хотя загрязнители могут быть и естественного происхождения. Например, извержение вулкана выбрасывает в воздух двуокись углерода, сульфиты и водяной пар, а болота в процессе разложения органики выделяют много метана. Все это грозит Земле кислотными дождями и общим перегревом.
Строение тропосферы
Тропосфера состоит из трех слоев:
- Верхняя прослойка – тропопауза. Инверсионный слой, в нем температура перестает понижаться.
- Нижний планетарный пограничный слой. Это слой приземного трения. Его толщина варьируется от 100 м до 3 км, она зависит от рельефа местности и времени суток на конкретном участке Земли.
- Хионосфера, снеговая линия. В ее пределах на Земле собираются твердые осадки, зарождаются ледники и айсберги.
Свойства тропосферы
В тропосфере содержится практически весь водяной пар земли. Это связано с процессом суммарного испарения (эвапотранспирацией) – когда влага переходит в атмосферу в виде пара и испарения, например с поверхности океана или при активности живых существ.
Ее основные свойства:
- колебание температуры в зависимости от сезона и времени суток,
- хаотичное перемещение воздуха (отчего появляются облака и ветер),
- наличие огромных масс водяного пара (образуются дожди),
- наличие посторонних примесей.
Температура тропосферы
В среднем ее температура на поверхности планеты (в самых нижних слоях) составляет около 15 °C, а в пограничных слоях может, снижается до – 65 °C. Таким образом, каждые 100 метров вверх ее температура понижается приблизительно на 0,63 градуса, наблюдается вертикальное распределение температуры.
Это происходит из-за особенностей поглощения космического и земного излучений. С высотой уменьшается содержание водяного пара (СО2 и О3 — главные поглотители излучения) в атмосфере, температура воздуха тоже постепенно падает. Горячий земной воздух перемещается в атмосферу, вызывая конвекцию, она-то и изменяет вертикальное распределение температуры. Солнечные лучи нагревают землю, проходя через тропосферу, а Земля в свою очередь отдает тепло назад атмосфере. Так тропосфера накапливает тепло, черпая его из Земли. А сам этот процесс называется «парниковым эффектом», он действует наподобие прозрачного покрова в теплице, сохраняя тепло. Без него средняя температура Земли была бы – 17 °C.
Процессы, происходящие в тропосфере
В этой воздушной оболочке сосредоточен практически весь атмосферный воздух, которым мы все дышим. Земля отдает атмосфере свою тепловую энергию, влагу, различные взвеси в виде морской соли, пыли и пыльцы растений.
Ветер – самое частое явление, возникающее в тропосфере. Его источником служит неравномерное распределение атмосферного давления. Значительное увеличение скорости ветра грозит появлением ураганов, торнадо и смерчей (в том числе на поверхности воды). Туманы, метели, пылевые бури – тоже привычные для тропосферы процессы. Аномалиями считаются наводнения и цунами, вызывающие стихийные бедствия.
При ее прямом контакте с другими сферами планеты (геосферой, гидросферой и биосферой) происходит газообмен и обеспечиваются комфортные условия для жизни.
Движение воздуха в тропосфере
Воздух в тропосфере постоянно взволнован, что приводит к его хаотичному движению и возникновению метеорологических возмущений. К примеру, ветра начинают дуть из областей планеты с высоким атмосферным давлением из антициклонов в сторону с низким атмосферным давлением, так возникают атмосферные возмущения.
Движение воздуха здесь вертикальное — менее плотный теплый воздух поднимается вверх за счет тепловой конвекции, но по мере его продвижения к стратосфере он значительно охлаждается, образовывая капли воды. Опускание плотного холодного воздуха назад называется проседанием. Так регулируется планетарная температура.
Верхний слой тропосферы
Слой, находящийся на границе с тропосферой по направлению к Солнцу называется стратосферой. Прослойка воздуха здесь в десятки, а то и в сотни раз тоньше, чем у уровня моря. Зато именно в ней находится знаменитый «озоновый слой», он определяет верхний предел жизни в оболочке Земли – биосфере.
Задержанная здесь коротковолновая часть ультрафиолетового излучения изменяет магнитные поля, приводит к распаду молекул и ионизации. Все это можно наблюдать на небе в виде зарниц, северных сияний и оптических явлений (гало). Чего здесь нет совсем, так это водяного пара.
Почему в верхних слоях тропосферы высокое давление
На земной поверхности в экваториальной области всегда пониженное атмосферное давление потому, что воздух здесь сильно прогревается, расширяется и устремляется вверх. За счет восходящего движения он охлаждается и тяжелеет. Поэтому на границе со стратосферой атмосферное давление повышенное.
Большие объемы воздуха тропосферы, обладающие однородными свойствами
Земная поверхность – неоднородна. На ней расположены горные области и равнины, водные поверхности и суша, ледяные и песчаные пустыни, много лесного покрова. У всех этих поверхностей разная степень нагрева. Соответственно и воздух над ними имеет неодинаковую температуру и уровень влажности. Разные потоки вступают во взаимную реакцию. Эти большие объемы тропосферного воздуха с одинаковыми свойствами называются воздушными массами.
Воздушная масса расходится на 2-3 тысячи километров вширь и на несколько километров в высоту. Она может пребывать на территории целого континента или океана и устанавливать там нужную ей погоду. Также она часто мигрирует, меняет погоду в соседних областях или может замереть и превратиться в шторм, например. Бывают морские и континентальные воздушные массы.
Почему тропосфера это кухня погоды
Теплые и холодные воздушные массы непрерывно перемещаются и смешиваются друг с другом. Благодаря этому появляются облака, которые начинают собираться в тучи, дальше льет дождь или сыплется снег, в зависимости от температуры воздуха. Все это погодное разнообразие разносят ветер и подводные течения, а положение Земли по отношению к Солнцу завершает определение годового сезона. Таким образом, тропосфера управляет погодой и климатом на нашей планете на свое усмотрение, починяясь только законам природы и космоса.
Тропосфера над полюсами
Тропосфера имеет неодинаковую толщину. У экватора она равна примерно 18-20 км, а на снежных шапках – 8-10 км. Температура воздуха здесь в среднем опускается до — 55 °C, а у экватора — 80 °C. Даже летом на полюсах никогда не наблюдается плюсовая температура воздуха.
Здесь на нее влияют 3 фактора:
- Сила притяжения. В области полюсов она больше из-за эллипсоидной формы планеты. Газ из атмосферы здесь притягивается сильнее.
- Центробежная сила. Атмосферные газы притягиваются сильнее к полюсам, чем к экватору.
- На полюсах холоднее. Молекулы атмосферных газов имеют здесь меньшую кинетическую энергию и не долетают до больших высот.
Вследствие этого толщина тропосферы меньше у полюсов.
Какие животные и растительные организмы есть в тропосфере
До отдаленных и высоких слоев тропосферы добираются только организмы воздушной экосистемы способные летать: птицы, насекомые, споры микроорганизмов и растений. В местах соприкосновения с водой обитают планктон и водоросли.
Ниже в гидросфере находится – огромное разнообразие морских живностей (рыб, млекопитающих и т.д.). Энергия, поставляемая тропосферой, распределяет через систему океанических течений питательные вещества, регулирует соленость вод и их температуру, тем самым оказывая положительное влияние на морскую экологию.
На суше (в приземном слое) живут все остальные виды растений, насекомых и животных, в том числе человек. Ниже в литосфере – мелкие млекопитающие (кроты), черви, микроорганизмы почвы, грибы.
Значение тропосферы
Тропосфера – основная среда обитания для развития жизни (ее фундаментальный элемент), она формирует погоду, устанавливает климат и потоки морских течений. Плотные воздушные слои (ее и стратосферы) укрывают нас от губительного действия космической радиации. Ведь физиологически для человека «космос» начинается уже на расстоянии 20 км от Земли. Этот слой нередко называют главным слоем планеты, генерирующим переносы тепла и поглощающим электромагнитное излучение. Плотность здешнего воздуха позволяет людям развивать воздушный транспорт, а ветра вызывающие поверхностные водные течения позволяют двигаться под парусом.