Рис. 11 Строение атмосферы

Верхняя граница атмосферы лежит на высоте более 2000 км. Граница эта выражена нечетко, так как с высотой газы разрежаются и переходят в космическое пространство постепенно, кроме того должен быть хвост с противоположной стороны от направления движения планеты по своей орбите. Суммарная масса воздуха в атмосфере – (5,1–5,3)·10^>18 кг. Атмосферное давление, принятое в качестве стандартного среднего значения, составляет Ро =1033,23 г/см^>2 = 760 мм рт. ст.= 1 атм. Плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м^>3. Половина массы атмосферы находится между уровнем моря и высотой 5–6 км, 90 % – в слое до 16 км, 99 % – в слое до 30 км. В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H_>2O) и углекислого газа (CO_>2). Химический состав атмосферы Земля приведены на рис. 12 и в таблице 4.

Рис. 12

Таблица 4

Кроме указанных в таблице 4 газов, в атмосфере содержатся SO_>2, NH_>3, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I_>2, а также NO, NO_>2 и многие другие газы в незначительных количествах. Кроме того, в воздухе постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц, образующих аэрозоль – пыль, дым, туман. Так как все газы имеют различную плотность, то они должны были бы разделиться на отдельные слои, но этому препятствуют непрерывное турбулентное, или хаотическое, движение воздуха и перемещения воздушных масс в виде ветра. Вследствие этого состав атмосферы в нижних слоях существенно не меняется. Однако, рассматривая весь слой атмосферы, приходится признать изменение состава и свойств ее с возрастанием расстояния от Земли – уменьшается давление, плотность и изменяется температура, что видно на диаграмме.

Рис. 13 Структура атмосферы

В зависимости от расстояния и температуры атмосферу Земли подразделяют на слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу, а между ними прослойки с добавлением к названию сферы «пауза». Указанные слои и прослойки необходимо считать элементами в структуре атмосферы, а рассматривая каждый из них в отдельности, можно их представить как уровни структурной организации атмосферы, определяющие взаимосвязь и зависимость слоев друг от друга.

Тропосфера (с греч. – поворот и сфера) – самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы, в котором температура быстро уменьшается с высотой. Он содержит до 80 % всей массы атмосферы и простирается в полярных и средних широтах до высот 8–10 км, а в тропиках до 16–18 км. Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5–8 раз меньше, чем у земной поверхности. Здесь развиваются практически все погодообразующие процессы, происходит тепло– и влагообмен между Землей и ее атмосферой, образуются облака, возникают различные метеорологические явления, возникают туманы и осадки. Динамика нижней части тропосферы сильно зависит от свойств поверхности Земли, определяющей горизонтальные и вертикальные перемещения воздуха (ветра), обусловленные передачей тепла от более нагретой суши, к менее нагретой. Распределение температуры с высотой устанавливается в результате турбулентного и конвективного перемешивания. В среднем оно соответствует падению температуры с высотой примерно на 6,5 К/км, или 0,6°C на 100 м.

Скорость ветра в приземном пограничном слое сначала быстро растет, а с высотой она продолжает еще больше увеличиваться. Иногда в тропосфере возникают узкие планетарные потоки, западные в средних широтах, а вблизи экватора – восточные. Их называют струйными течениями.