Атмосфера Земли - Atmosphere of Earth


Из Википедии, свободной энциклопедии

Синий свет рассеивается больше , чем другие длины волн газов в атмосфере, окружающих Землю в явно синий слой , если смотреть из космоса на борту МКС на высоте 335 км (208 миль).
Состав атмосферы Земли по объему. Нижний пирог представляет следовые газы , которые вместе составляющие около 0,038% атмосферы (0,043% с СО 2 в концентрации 2014). Номера в основном с 1987 года, с СО 2 и метана с 2009 года, и не представляют собой какого - либо одного источника.

Атмосфера Земли представляет собой слой газов , обычно известный как воздух , который окружает Землю и удерживается действием силы тяжести Земли . Атмосфера Земли защищает жизнь на Земле путем создания давления , позволяя для жидкой воды существовать на земной поверхности , поглощающие ультрафиолетовое солнечное излучение , нагревая поверхность путем удержания тепла ( парниковый эффект ), а также снижение перепады температур между днем и ночьюдневной температурой вариации ).

По объему, сухой воздух содержит 78,09% азота , 20,95% кислорода , 0,93% аргона , 0,04% углекислого газа , а также небольшие количества других газов. Воздух также содержит переменное количество водяного пара , в среднем около 1% на уровне моря, и 0,4% по всей атмосфере. Содержание воздуха и атмосферное давление изменяются на различные слоях, и воздух , пригодный для использования в процессе фотосинтеза с помощью наземных растений и дыхания из наземных животных обнаруживаются только в земной тропосфере и в искусственной атмосфере .

Атмосфера имеет массу около 5,15 × 10 18  кг, три четверти из которых находится в пределах около 11 км (6,8 миль; 36000 футов) от поверхности. Атмосфера становится все тоньше и тоньше , с увеличением высоты, без определенной границы между атмосферой и космическим пространством . Линия Карманы , со скоростью 100 км (62 миль), или 1,57% от радиуса Земли, часто используются в качестве границы между атмосферой и космическим пространством. Атмосферные эффекты становятся заметными во время атмосферных спускаемого космического аппарата на высоту около 120 км (75 миль). Несколько слоев могут быть выделены в атмосфере, на основе характеристик , таких как температура и состав.

Исследование атмосферы Земли и ее процессов называется наука об атмосфере (аэрологии). Пионеры в области включают Léon Тейсеран де Борт и Ричард Aßmann .

Состав

Среднее значение атмосферного водяного пара

Три основные составляющие атмосферы Земли являются азот , кислород и аргон . Водяной пар составляет примерно 0,25% от массы атмосферы. Концентрация водяного пара (парниковый газ) значительно варьируется от примерно 10 частей на миллион по объему в самых холодных участках атмосферы до целых 5% по объему в жарких, влажных воздушных масс, а также концентрации других атмосферных газов , как правило , указаны в условия сухого воздуха (без водяного пара). Остальные газы часто называют следовых газов, среди которых являются парниковые газы , в основном двуокись углерода, метан, закись азота и озон. Отфильтрованный воздух содержит следовые количества многих других химических соединений . Многие вещества природного происхождения могут присутствовать в местном , так и сезонных переменных небольших количествах в качестве аэрозолей в нефильтрованной пробе воздуха, в том числе пыли минерального и органического состава, пыльцы и спор , морских брызг , и вулканического пепла . Различные промышленные загрязняющие вещества могут также присутствовать в виде газов или аэрозолей, такие как хлор (элементарный или в соединениях), фтор соединения и элементарные ртуть пары. Соединения серы , такие как сероводород и диоксид серы (SO 2 ) могут быть получены из природных источников или от промышленного загрязнения воздуха.

Основные компоненты сухого воздуха, по объему
газ Объем (А)
название формула в промилле по объему (В) в %
азот N 2 780840 78,084
кислород O 2 209460 20,946
аргон Арканзас 9340 0,9340
Углекислый газ СО 2 400 0.04
неон Небраска 18,18 0.001818
гелий Он 5,24 0.000524
метан СН 4 1,79 0.000179
Не входит в сухой атмосфере выше:
Водяной пар (С) Н 2 О 10-50,000 (D) 0,001% -5% (D) ,
заметки:

(А) объемная доля равна мольной доли для идеального газа только,
    также увидеть количество (термодинамика)
(B) млн.: частей на миллион по объему
(С) паров воды составляет около 0,25% по массе над полный атмосферы
(D) водяного пара сильно меняется локально

Относительная концентрация газов остается постоянной до около 10000 м (33000 футов).

Объемная доля основных составляющих атмосферы Земли в зависимости от высоты в соответствии с атмосферной модели УСИС-Е-90.

стратификация

Атмосфера Земли Нижняя 4 слоя атмосферы в 3 -х измерениях , как видно по диагонали сверху exobase. Слои в масштабе, объекты в пределах слоев не в масштабе. Aurorae показано здесь в нижней части термосферы может фактически образуют на любой высоте в этом слое атмосферы.

В общем, давление воздуха и снижение плотности с высотой в атмосфере. Тем не менее, температура имеет более сложный профиль с высотой, и может оставаться относительно постоянной или даже увеличиваться с высотой в некоторых регионах (см температурный раздел ниже). Так как общий характер профиля температуры / высоты постоянен и измеримый с помощью инструментальных баллонных зондирований , температурное поведение обеспечивает полезный показатель , чтобы различать слои атмосферы. Таким образом, атмосфера Земли может быть разделена ( так называемый стратификации атмосферы) на пять основных слоев. За исключением экзосфере, атмосфера имеет четыре основных слоев, которые являются тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы. От высшего к низшему, пять основных слоев:

  • Exosphere: 700 до 10 000 км (440 до 6200 миль)
  • Термосфера: от 80 до 700 км (от 50 до 440 миль)
  • Мезосферы: 50 до 80 км (от 31 до 50 миль)
  • Стратосфера: 12 до 50 км (от 7 до 31 миль)
  • Тропосферы: 0 до 12 км (от 0 до 7 миль)

экзосфера

Экзосфера внешний слой атмосферы Земли (т.е. верхней границе атмосферы). Он простирается от exobase , который расположен в верхней части термосферы на высоте около 700 км над уровнем моря, около 10000 км (6200 миль; 33,000,000 футов) , где она сливается в солнечном ветре .

Этот слой в основном состоит из чрезвычайно низких плотностей водорода, гелия и несколько более тяжелых молекул , включая азот, кислород и двуокись углерода ближе к exobase. Атомы и молекулы настолько далеки друг от друга , что они могут путешествовать на сотни километров , не сталкиваясь друг с другом. Таким образом , нет, экзосферы больше не ведет себя как газ и частицы постоянно бежать в космос. Эти свободные движущиеся частицы следуют баллистические траектории и может мигрировать в и из магнитосферы или солнечного ветра.

Экзосферы расположена слишком высоко над Землей для любых метеорологических явлений , как это возможно. Тем не менее, Aurora Borealis и полярное Аустралис иногда возникает в нижней части экзосферы, где они перекрываются в термосферу. Экзосферы содержит большинство спутников на орбите Земли.

термосфера

Термосфера является вторым по величине слоя атмосферы Земли. Он простирается от мезопаузы (который отделяет его от мезосфере) на высоте около 80 км (50 миль; 260000 футов) до термопауза в диапазоне высот 500-1000 км (310-620 миль; 1,600,000-3,300,000 футов ). Высота термопаузы значительно изменяется в связи с изменением солнечной активности. Поскольку термопауза лежит на нижней границе экзосферы, он также упоминается как exobase . Нижняя часть термосферы, от 80 до 550 км ( от 50 до 342 миль) над поверхностью Земли, содержит ионосферу .

Температура термосферы постепенно увеличивается с высотой. В отличии от стратосферы под ним, в котором температура инверсия происходит из - за поглощение излучения озона, инверсия в термосфере происходит из - за чрезвычайно низкую плотность его молекул. Температура этого слоя может вырасти до 1500 ° C (2700 ° F), при том , что молекулы газа настолько далеко друг от друга , что ее температура в обычном смысле не очень значимая. Воздух настолько разрежен , что индивидуальная молекула (из кислорода , например) путешествует в среднем на 1 километр (0,62 мили; 3300 фут) между столкновениями с другими молекулами. Хотя термосфера имеет высокую долю молекул с высокой энергией, он не будет чувствовать себя горячим человек в непосредственном контакте, так как ее плотность слишком мала , чтобы провести значительное количество энергии , или из кожи.

Этот слой полностью безоблачный и свободный от паров воды. Однако, не гидрометеорологические явления , такие , как северное сияние и Aurora Australis иногда видели в термосфере. Международная космическая станция орбита в этом слое, между 350 и 420 км (220 и 260 миль).

мезосфера

Мезосфера третий самый высокий слой атмосферы Земли, занимая область выше стратосферы и ниже термосферы. Он простирается от стратопаузы на высоту около 50 км (31 миль; 160000 футов) до мезопаузы в 80-85 км (50-53 миль; 260,000-280,000 футов) над уровнем моря.

Температура падает с увеличением высоты до мезопаузы , который отмечает в верхней части этого среднего слоя атмосферы. Это самое холодное место на Земле , и имеет среднюю температуру около -85  ° С (-120  ° F ; 190  K ).

Чуть ниже мезопаузы, воздух так холодно , что даже очень мало водяного пара на этой высоте может быть сублимируется в полярных мезосферных серебристых облаков . Это самые высокие облака в атмосфере и могут быть видны невооруженным глазом , если солнечный свет отражается от них примерно через час или два после захода солнца или аналогичного отрезка времени до восхода солнца. Они наиболее хорошо видны , когда Солнце находится около 4 до 16 градусов ниже горизонта. Молния-индуцированные разряды , известные как переходные светящиеся события (Тлес) иногда образуют в мезосфере выше тропосферы грозовыхов . Мезосфера также слой , где большинство метеоров сгорают при атмосферном входе. Это слишком высоко над Землей , чтобы быть доступными для самолетов и аэростатов реактивного двигателя, и слишком низко , чтобы разрешить орбитальный космический корабль. Мезосфера в основном доступ зондирующих ракет и ракетоплан.

стратосфера

Стратосфера является вторым нижним слоем атмосферы Земли. Он находится выше тропосферы и отделен от него в тропопаузы . Этот слой проходит от верхней части тропосферы примерно в 12 км (7,5 миль; 39000 футов) над поверхностью Земли к стратопаузам на высоту приблизительно от 50 до 55 км ( от 31 до 34 миль; 164000 до 180000 футов).

Атмосферное давление в верхней части стратосферы примерно 1/1000 давление на уровне моря . Она содержит озоновый слой, который является частью атмосферы Земли , которая содержит относительно высокие концентрации этого газа. Стратосферы определяет слой , в котором повышение температуры с увеличением высоты. Это повышение температуры обусловлено поглощением ультрафиолетового излучения (УФ) излучение от Солнца по озоновому слою , который ограничивает турбулентность и перемешивание. Хотя температура может быть от -60 ° С (-76 ° F, 210 К) в тропопаузе, в верхней части стратосферы намного теплее, и может быть около 0 ° С.

Стратосферного температурный профиль создает очень стабильные атмосферные условия, поэтому стратосферы не хватает погоды продуцирующих турбулентности воздуха, которое настолько распространено в тропосфере. Следовательно, стратосфера почти полностью свободна от облаков и других форм погоды. Тем не менее, полярные стратосферные или перламутровые облака иногда видели в нижней части этого слоя атмосферы , где воздух холодный. Стратосферы самый высокий уровень , который можно получить с помощью реактивных воздушных судов.

тропосфера

Тропосфера нижний слой атмосферы Земли. Она простирается от поверхности Земли до средней высоты около 12 км (7,5 миль; 39000 футов), хотя эта высота варьируется от примерно 9 км (5,6 мили; 30 000 фута) в географических полюсах до 17 км (11 миль; 56000 футов) на экваторе , с некоторыми изменениями из - за погодных условий . Тропосферы ограничена сверху тропопаузе , граница отмечена в большинстве мест с помощью инверсии температуры (т.е. слой относительно теплого воздуха над более холодной один), а в других зоной , которая является изотермическим с высотой.

Хотя варианты имеют место, температура обычно снижается с увеличением высоты в тропосфере , поскольку тропосферы в основном нагревается за счет передачи энергии от поверхности. Таким образом, нижняя часть тропосферы (поверхность т.е. Земли) , как правило , самый теплый участок тропосферы. Это способствует вертикальному перемешиванию (следовательно, происхождение его имени в греческом слове τρόπος, тропос , что означает «поворот»). Тропосфера содержит примерно 80% от массы атмосферы Земли. Тропосфера плотнее , чем все его вышележащие слои атмосферы , так как большее атмосферное вес находится в верхней части тропосферы и заставляет его быть наиболее сильно сжат. Пятьдесят процентов от общей массы атмосферы находятся в нижних 5,6 км (3,5 мили; 18 000 футов) тропосферы.

Почти весь атмосферный водяной пар или влаги находится в тропосфере, так что слой , где большая часть погоды Земли происходит. Она имеет в основном все погодные связанные тип рода облака , генерируемые активной циркуляция ветра, хотя и очень высокие кучево грозовые облака могут проникать тропопаузы снизу и подниматься в нижнюю часть стратосферы. Наиболее обычная авиационная деятельность происходит в тропосфере, и это единственный слой , который может быть доступен на винтовых самолетах.

Шаттл Индевор орбитальный в термосфере. Из - за угла фотографии, по- видимому оседлать стратосферы и мезосфере , что на самом деле лежат более чем на 250 км ниже. Оранжевый слой является тропосфере , которая дает путь к беловатым стратосфере , а затем синим мезосфере .

Другие слои

В пяти основных слоях выше, которые в значительной степени определяются температурой, несколько вторичных слоев могут быть выделены другими свойствами:

  • Озоновый слой содержится в стратосфере. В этом слое озона концентрации примерно от 2 до 8 частей на миллион, что значительно выше , чем в нижнем слое атмосферы , но все еще очень малы по сравнению с основными компонентами атмосферы. Оно главным образом расположено в нижней части стратосферы от примерно 15-35 км (9.3-21.7 миль; 49,000-115,000 футов), хотя толщина варьируется от времени года и географически. Около 90% озона в атмосфере Земли содержится в стратосфере.
  • Ионосфера представляет собой область атмосферы , которая ионизируется солнечным излучением. Он отвечает за полярные сияния . В дневное время, она простирается от 50 до 1000 км ( от 31 до 621 миль; 160000 до 3280000 футов) и включает в себя мезосферу, термосферы, и часть экзосферы. Однако, ионизация в мезосфере в основном прекращается в течение ночи, так что полярные сияния обычно видны только в термосфере и нижней экзосфере. Ионосфера образует внутренний край магнитосферы . Она имеет практическое значение , поскольку она влияет на , например, радио распространения на Земле.
  • Гомосфера и гетеросфера определяются ли хорошо смешивают атмосферные газы. Поверхность на основе гомосфера включает в тропосферу, стратосферу, мезосферу и самую нижнюю часть термосферы, где химический состав атмосферы не зависит от молекулярной массы , так как газа смешивается турбулентностью. Это относительно однородный слой заканчивается на турбопаузах найденных около 100 км (62 миль; 330000 футов), сам край пространства самого , как принято FAI , который помещает его примерно в 20 км (12 миль; 66000 футов) над мезопаузой.
Над этой высоте находится гетеросфере, который включает в себя экзосферу и большую часть термосферы. Здесь, химический состав изменяется с высотой. Это происходит потому , что расстояние , которое частицы могут перемещаться , не сталкиваясь друг с другом , велика по сравнению с размером движений , которые вызывают смешивания. Это позволяет газы стратифицировать по молекулярной массе, причем более тяжелыми, такие как кислород и азот, присутствуют только в нижней части гетеросферы. Верхняя часть гетеросфере состоит почти полностью из водорода, самого легкого элемента.
  • Планетарный пограничный слой является частью тропосферы , которая находится ближе всего к поверхности Земли и непосредственно пострадавших от него, в основном за счет турбулентной диффузии . В течение дня планетарный пограничный слой , как правило , хорошо смешан, в то время как в ночное время становится устойчиво стратифицированной со слабым или периодическим перемешиванием. Глубина планетарного пограничного слоя колеблется от всего лишь около 100 метров (330 футов) в ясные, спокойные ночи до 3000 м (9,800 футов) или больше в течение дня в засушливых регионах.

Средняя температура атмосферы на поверхности Земли составляет 14 ° С (57 ° F, 287 К) или 15 ° С (59 ° F, 288 К), в зависимости от ссылки.

Физические свойства

Сравнение 1962 Стандарт США Atmosphere график геометрической высоты от плотности воздуха , давления , от скорости звука и температуры с приближенными высотами различных объектов.

Давление и толщина

Среднее атмосферное давление на уровне моря определяется международной стандартной атмосферы как 101325 Па (760.00  торр ; 14.6959  фунтов на квадратный дюйм ; 760,00  мм рт.ст. ). Это иногда называют в качестве единицы стандартных атмосфер (атм) . Общая масса атмосферного 5.1480 × 10 18 кг (1,135 × 10 19 фунтов), около 2,5% меньше , чем можно было бы вывести из среднего давления на уровне моря и площади Земли из 51007.2 megahectares, эта часть вытесняется горной местностью Земли. Атмосферное давление общий вес воздуха выше на единицу площади в точке , где измеряется давление. Таким образом , давление воздуха изменяется в зависимости от местоположения и погодных условий .

Если вся масса атмосферы имела однородную плотность , равную плотности уровня моря (около 1,2 кг на м 3 ) от уровня моря вверх, она прекращает внезапно на высоту 8,50 км (27,900 футов). Это на самом деле экспоненциально убывает с увеличением высоты, снижается наполовину каждые 5,6 км (18000 футов) или с коэффициентом 1 / е каждый 7,64 км (25,100 футов), среднее шкала высоту атмосферы ниже 70 км (43 миль; 230000 футов) , Тем не менее, атмосфера более точно смоделирована с настраиваемым уравнением для каждого слоя , который принимает градиенты температуры, молекулярного состава, солнечной радиации и силы тяжести во внимание.

Таким образом, масса атмосферы Земли распределяется примерно следующим образом:

  • 50% ниже 5,6 км (18000 футов).
  • 90% ниже 16 км (52000 футов).
  • 99,99997% ниже 100 км (62 миль; 330000 футов), на линии Кармана . По международной конвенции, это означает начало пространства , где человеческие путешественники считаются астронавтами .

По сравнению, на вершине горы Эверест в 8848 м (29,029 футов); коммерческие авиалайнеры , как правило , круиз между 10 и 13 км (33000 и 43000 футов) , где воздух тоньше улучшает экономию топлива; метеозонды достигают 30,4 км (100.000 футов) и выше; и самый высокий X-15 полет в 1963 году достиг 108,0 км (354,300 футов).

Даже выше линии Карманы, значительные атмосферные эффекты , такие как сияния все еще имеют место. Метеоры начинают светиться в этой области, хотя более крупные могут не гореть , пока они не проникают глубже. Различные слои земной ионосферы , важные для ВЧ радио распространения, начинают ниже 100 км и выходят за пределы 500 км. Для сравнения, Международной космической станции и космического челнока обычно вращаются на 350-400 км, в F-слое ионосферы , где они сталкиваются достаточно атмосферного сопротивления требует reboosts каждые несколько месяцев. В зависимости от солнечной активности, спутники могут испытывать заметное сопротивление атмосферы на высоту до 700-800 км.

Температура и скорость звука

Тенденции температуры в двух толстых слоях атмосферы, измеренной в период с января 1979 по декабрь 2005 года СВЧ Звучащей Units и Advanced СВЧ звучащих единиц на NOAA метеорологических спутников. Приборы записи микроволновые печи , излучаемый из молекул кислорода в атмосфере. Источник:

Деление атмосферы на слои в основном применительно к температуре обсуждалось выше. Температура падает с высоты , начиная с уровня моря, но вариации в этой тенденции начинаются выше 11 км, где температура стабилизируется через большое расстояние по вертикали через остальную часть тропосферы. В стратосфере , начиная выше примерно 20 км, температура возрастает с увеличением высоты, за счет нагрева в пределах озонового слоя , вызванном захватом значительного ультрафиолетового излучения от Солнца по молекулярному кислороду и озон газа в этом регионе. Еще одна область повышения температуры с высотой происходит на очень больших высотах, в метко названной термосфере выше 90 км.

Поскольку в идеальном газе постоянной композиции скорость звука зависит только от температуры и не зависят от давления газа или плотность, скорость звука в атмосфере с высотой принимает форму сложного температурного профиля (смотрите рисунок справа) и не отражает изменения в плотности высотных или давления.

Плотность и масса

Температура и плотность массы на высоте от NRLMSISE-00 стандартной атмосфере модели (восемь пунктирные линии в каждой «десятилетие» находятся в восьми кубов 8, 27, 64, ..., 729)

Плотность воздуха на уровне моря составляет около 1,2 кг / м 3 (1,2 г / л, 0,0012 г / см 3 ). Плотность не измеряется непосредственно , а рассчитывается на основе измерений температуры, давления и влажности с использованием уравнения состояния для воздуха (форма из закона идеального газа ). Атмосферное плотность уменьшается по мере увеличения высоты. Это изменение может быть приближенно моделируются с помощью барометрической формулы . Более сложные модели используются для прогнозирования орбитального распада спутников.

Средняя масса атмосферы составляет около 5 квадриллионов (5 × 10 15 ) тонн или 1/1200000 массы Земли. По данному Американскому Национальному центру атмосферных исследований , «Общая средняя масса атмосферы составляет 5.1480 × 10 18  кг с годовым диапазоном из - за водяной пар от 1,2 или 1,5 × 10 15  кг, в зависимости от того , данные поверхностного давления или водяного пара используются, несколько меньше предыдущей оценки средней массы водяного пара оценивается как 1,27. × 10 16  кг и сухой массы воздуха , как 5.1352 ± 0,0003 × 10 18  кг «.

Оптические свойства

Солнечное излучение (или солнечный свет) энергия Земля получает от Солнца . Земля также испускает излучение обратно в космос, но на более длинных волнах , которые мы не можем видеть. Часть входящего и испускаемого излучения поглощается или отражается атмосферой. В мае 2017 г., отблески света, рассматриваются как мерцающие от орбитального спутника миллиона миль, были найдено, что отраженным свет от кристаллов льда в атмосфере.

рассеивающий

Когда свет проходит через атмосферу Земли, фотоны взаимодействуют с ним через рассеяние . Если свет не взаимодействует с атмосферой, это называется прямым излучением и является то , что вы видите , если вы должны были смотреть прямо на Солнце Косвенное излучение является свет , который рассеян в атмосфере. Например, на пасмурный день , когда вы не можете увидеть свою тень нет прямого излучения достигает вас, это все было рассеянно. В качестве другого примера, из - за явления , называемых рэлеевским рассеянием , более короткие (синие) длины волны рассеивают более легко , чем дольше (красные) длины волн. Вот почему небо выглядит синим; Вы видите рассеянный синий свет. Это также объясняет , почему закаты красны. Поскольку Солнце находится близко к горизонту, солнечные лучи проходят через большее количество атмосферы , чем обычно , чтобы достичь глаза. Большая часть синего света было рассыпались, оставив красный свет в закате.

абсорбция

Грубый участок земного атмосферы коэффициента пропускания (или непрозрачности) в различные длины волн электромагнитного излучения, включая видимый свет .

Различные молекулы поглощают различные длины волн излучения. Так , например, О 2 и О 3 поглощают почти все длины волн короче 300 нм . Вода (H 2 O) поглощает много длин волн выше 700 нм. Когда молекула поглощает фотон, он увеличивает энергию молекулы. Это нагревает атмосферу, но атмосфера также охлаждает испуская излучение, как описано ниже.

В сочетании спектров поглощения газов в атмосфере оставить «окно» с низкой непрозрачностью , что позволяет передавать только в определенных диапазонах света. Оптическое окно проходит от около 300 нм ( ультрафиолетовый -C) вверх в организме человека диапазон может видеть, видимый спектр (обычно называемый свет), при примерно 400-700 нм и продолжается до инфракрасного до приблизительно 1100 нм. Есть также инфракрасное и радио окна , которые передают некоторые инфракрасные и радиоволны на более длинных волнах. Например, окно радио работает примерно один сантиметр до примерно одиннадцать-метровых волн.

излучение

Излучение противоположно поглощения, то , когда объект испускает излучение. Объекты , как правило, излучают количества и длины волн излучения в зависимости от их « черного тела кривых выбросов», следовательно , более горячие объекты , как правило, излучают больше радиации, с более короткими длинами волн. Более холодные объекты излучают меньше радиации, с большими длинами волн. Например, Солнце приблизительно 6000  К (5730  ° С ; 10340  ° F ), его излучения пики около 500 нм, и виден человеческим глазом. Земли составляет около 290 К (17 ° С; 62 ° F), так что его излучения пики около 10000 нм, и слишком долго , чтобы быть видимыми для человека.

Из - за его температуру, атмосфера излучает инфракрасное излучение. Например, в ясные ночи поверхность Земли остывает быстрее , чем в пасмурные ночи. Это потому , что облака (Н 2 О) являются сильными абсорберы и эмиттеры инфракрасного излучения. Это также объясняет , почему он становится холоднее ночью на возвышенностях.

Парниковый эффект непосредственно связан с этим поглощением и испусканием эффекта. Некоторые газы в атмосфере поглощают и испускают инфракрасное излучение, но не взаимодействуют с солнечным светом в видимой области спектра. Типичными примерами этого являются СО 2 и Н 2 О.

Показатель преломления

Показатель преломления воздуха близок к, но как раз больше , чем 1. Систематические изменения показателя преломления может привести к изгибу световых лучей более длинных оптических путей. Одним из примеров является то, что при некоторых обстоятельствах, наблюдатели на борту судов могут видеть другие суда как раз над горизонтом , потому что свет преломляется в том же направлении, что и кривизна поверхности Земли.

Показатель преломления воздуха зависит от температуры, что приводит к рефракции эффектов , когда градиент температуры велик. Примером таких эффектов является миражом .

циркуляция

Идеализированный вид трех крупных циркуляционных ячеек.

Атмосферная циркуляция является крупномасштабным движением воздуха через тропосферу, а средство (с циркуляцией океана ) , с помощью которого тепло распространяется вокруг Земли. Крупномасштабная структура атмосферной циркуляции изменяется из года в год, но основная структура остается практически неизменной , поскольку она определяется скоростью вращения Земли , а разница в солнечной радиации между экватором и полюсами.

Эволюция атмосферы Земли

Самая ранняя атмосфера

Первая атмосфера состояла из газов в солнечной туманности , в первую очередь водорода . Были , вероятно , простые гидриды , такие как те , которые в настоящее время найдены в газовых гигантов ( Юпитер и Сатурн ), в частности паров воды, метана и аммиака .

Вторая атмосфера

Обезгаживание из вулканизма , дополненные газов , образующихся во время поздней тяжелой бомбардировки Земли с помощью огромных астероидов , произвел следующую атмосферу, состоящую в основном из азота плюс двуокиси углерода и инертных газов. Большая часть выбросов двуокиси углерода , растворенного в воде и подвергают взаимодействию с металлами , такими как кальций и магний при выветривании пород земной коры с образованием карбонатов , которые были помещены в качестве осадков. Связанные с водой отложения было обнаружено , что даты уже 3,8 млрд лет назад.

Около 3,4 млрд лет назад, азот сформировал основную часть , то стабильной «второй атмосфера». Влияние жизни должно быть принято во внимание , а вскоре в истории атмосферы, потому что намеки на ранних форм жизни появляются уже в 3,5 миллиарда лет назад. Как Земля в это время поддерживается климат достаточно теплый для жидкой воды и жизни, если рано ВС потушить 30% меньше солнечное сияние , чем сегодня, это головоломка , известная как « слабый молодым Sun парадокс ».

Геологическая летопись , однако , показывает непрерывную относительно теплую поверхности во время полной ранней температуры записи Земли - за исключением одной холодной ледяной фазы около 2,4 миллиарда лет назад. В конце архейской Eon кислородсодержащая атмосфера начала развиваться, по- видимому , производится фотосинтезирующими цианобактерий (см Great оксигенация Event ), которые были найдены в строматолитовых окаменелостях 2,7 миллиарда лет назад. Ранняя основная углеродная изотопия ( соотношение изотопов пропорция) сильно предлагает условие , аналогичного течения, и что основные черты цикла углерода утвердились еще в 4 миллиарда лет назад.

Древние отложения в Габоне , датируемые между примерно 2150 и 2080 млн лет назад обеспечивают запись эволюции динамической оксигенации Земли. Эти колебания оксигенации были , вероятно , обусловлено Lomagundi изотопов углерода экскурсии .

Третья атмосфера

Содержание кислорода в атмосфере в течение последних миллиардов лет

Постоянная перестановка континентов по тектонике плит влияет на долгосрочную эволюцию атмосферы путем переноса углекислого газа в и из крупных континентальных карбонатных магазинов. Свободный кислород не существовал в атмосфере до около 2,4 миллиарда лет назад во время Великой оксигенации события и его внешний вид обозначается концом железистых образований .

До этого времени, любой кислород , производимый в процессе фотосинтеза потребляется за счет окисления восстановленных материалов, в частности железа. Молекулы свободного кислорода не начинают накапливаться в атмосфере , пока скорость производства кислорода не стала превышать наличие восстанавливающих веществ , которые удаляют кислород. Эта точка означает переход от восстановительной атмосферы к окислительной атмосфере. O 2 показали значительные изменения до достижения устойчивого состояния более чем на 15% к концу докембрия. Следующий отрезок времени от 541 миллионов лет назад на сегодняшний день является фанерозойским Eon, в самом ранний период из чего, кембрия , кислородная требующий многоклеточные формы жизни стали появляться.

Количество кислорода в атмосфере колебалась в течение последних 600 миллионов лет, достигнув пик около 30% около 280 миллионов лет назад, что значительно выше , чем сегодняшнего 21%. Два основных процесса регулируют изменения в атмосфере: Растения используют углекислый газ из атмосферы , высвобождая кислород. Структура пирита и извержений вулканов выпустить серы в атмосферу, который окисляет и , следовательно , уменьшает количество кислорода в атмосфере. Тем не менее, вулканические извержения также выделяют углекислый газ, который растения могут преобразовывать в кислород. Точная причина изменения количества кислорода в атмосфере, не известна. Периоды с большим количеством кислорода в атмосфере связаны с быстрым развитием животных. Сегодня атмосфера содержит 21% кислорода, который является достаточно большим для этого быстрого развития животных.

Загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха является введение в атмосферу химических веществ , твердых частиц или биологических материалов , причиняющих вред или дискомфорт организмов. Стратосферного истощение озонового слоя вызвано загрязнением воздуха, главным образом из хлорфторуглеродов и других разрушающих озоновый слой веществ.

Научный консенсус в том , что антропогенные парниковые газы в настоящее время накапливающиеся в атмосфере являются основной причиной глобального потепления .

Анимация показывает нарастание тропосферного CO 2 в северном полушарии с максимумом около мая. Максимум цикла вегетации следует в конце лета. После пика в растительности, просадки атмосферного СО 2 в результате фотосинтеза очевидно, в частности , за бореальных лесов .

Фотографии из космоса

19 октября 2015 NASA начал сайт , содержащий ежедневные образами полной дневной стороны Земли на http://epic.gsfc.nasa.gov/ . Изображения взяты из Deep Space климатической обсерватории (DSCOVR) и показать Землю , как она вращается в течение дня.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка