В этой статье расскажем, какие существуют слои атмосферы и что происходит на каждом «этаже» воздушной оболочки Земли.
Главное о слоях атмосферы
Атмосфера — это защитная воздушная оболочка Земли, она состоит из смеси газов (азота, кислорода, аргона, углекислого газа и других газов) и слоев. У каждого из них свои функции.
- В тропосфере формируются погодные явления.
- Стратосфера содержит озоновый слой, защищающий от УФ-лучей.
- Мезосфера имеет низкую температуру, там сгорают метеориты.
- В термосфере формируется ионосфера. Она позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь за счет отражения радиоволн. Также в этом слое работают МКС и спутники.
- Из-за разряженного воздуха экзосфера позволяет спутникам перемещаться практически без помех.
Что такое атмосфера и чем она важна для жизни на Земле
Атмосфера — это газовая оболочка вокруг Земли, которая удерживается силой земного притяжения. Она вращается вместе с ней и состоит из смеси газов, аэрозолей и водяного пара. Без нее жизнь на планете была бы невозможна.
Воздушная сфера обеспечивает все живое кислородом, регулирует температуру и защищает от ультрафиолета. Также она формирует погоду и климат и предотвращает метеоритные угрозы из космоса.
Если бы ее не было, перепады температур на Земле достигали бы 300°C, солнечная радиация стерилизовала поверхность, а небо было черным даже днем.
Состав атмосферы Земли
В составе атмосферы — не однородный воздух, а смесь газов в разных пропорциях. Основные компоненты:
- 78% составляет азот (N₂) — инертный газ, разбавляющий кислород;
- 21% ― кислород (O₂), который необходим для дыхания и горения;
- 0,93% отведено аргону (Ar) — инертному газу, который не участвует в биохимических процессах;
- 0,04% принадлежит углекислому газу (CO₂), он важен для фотосинтеза, но его избыток усиливает парниковый эффект;
- менее 0,1% занимают другие газы ― неон, гелий, метан, озон, водород.
Также в атмосфере содержатся:
- водяной пар (0−4%) как основа облаков и осадков;
- аэрозоли (пыль, вулканический пепел, морская соль), влияющие на климат и образование облаков.
Структура атмосферы: из каких слоев она состоит
Воздушная оболочка делится на пять основных слоев, каждый из которых имеет свою температуру, плотность и функции.
1. Тропосфера (до 8−18 км)
Самый нижний слой атмосферы, где разворачиваются основные погодные процессы. Тропосферу можно назвать настоящей «метеорологической лабораторией» благодаря водяному пару и интенсивной конвекции, когда воздушные массы перемешиваются из-за разницы температур у поверхности и на высоте.
Тропосфера состоит преимущественно из азота, кислорода, аргона и углекислого газа. В ней содержится около 80% всей массы атмосферных газов. Температура в этом слое понижается с высотой в среднем на 6 каждые 1000 метров. Заканчивается тропосфера на границе, называемой тропопаузой.
2. Стратосфера (до 50−55 км)
Слой состоит преимущественно из азота, кислорода и аргона. Важнейшей ее особенностью является озоновый слой, который поглощает опасное ультрафиолетовое излучение; его разрушение приводит к образованию озоновых дыр и увеличению потока УФ-радиации к поверхности Земли.
В отличие от нижних слоев атмосферы, температура в стратосфере растет с высотой из-за поглощения солнечного излучения озоном. Этот слой служит зоной полета для стратостатов и некоторых типов самолетов. Также там перемещаются высотные разведывательные самолеты и метеорологические зонды. Верхняя граница стратосферы называется стратопаузой.
3. Мезосфера (до 80−85 км)
Мезосфера состоит из тех же газов, что и другие слои атмосферы, но имеет экстремально низкую температуру (до −90°C) и разряженный воздух. Ее верхняя граница — мезопауза. Этот слой изучен слабо, так как недоступен для самолетов и аэростатов. Мезосфера служит природным щитом Земли: метеоры сгорают в ней из-за трения о молекулы воздуха, создавая «падающие звезды» и предотвращая их обрушение на поверхность.
4. Термосфера (до 600 км)
Термосфера характеризуется экстремально высокой температурой, достигающей +150°C, однако из-за крайне разреженного воздуха это тепло не ощущается. Именно в этом слое атмосферы летают Международная космическая станция (МКС) и многие спутники. Здесь происходят полярные сияния — удивительное явление, которое рождается, когда потоки заряженных частиц от Солнца сталкиваются с газами в ионосфере. Также ионосфера этого слоя играет ключевую роль в радиосвязи — отражает короткие радиоволны, позволяя осуществлять дальнюю передачу сигналов.
5. Экзосфера (свыше 600 км)
Это самый высокий слой атмосферы Земли, который считается границей с космическим пространством. Он состоит преимущественно из чрезвычайно разреженных легких газов — водорода и гелия. Воздух здесь настолько разрежен, что почти не оказывает сопротивления, позволяя спутникам перемещаться без серьезных помех. Атомы этих газов, особенно водорода и гелия, движутся с такими высокими скоростями, что могут преодолевать земное притяжение и улетать в космос. Этот слой не имеет резкой верхней границы и плавно перетекает в межпланетное пространство.
Влияние человека на атмосферу
Деятельность человека оказывает большое негативное воздействие на атмосферу Земли. Промышленные выбросы, транспорт и сжигание ископаемого топлива приводят к загрязнению воздуха вредными веществами — оксидами азота, диоксидами серы и углекислым газом.
Вырубка лесов сокращает естественные «фильтры атмосферы», способные поглощать CO₂. Использование хлорфторуглеродов разрушает озоновый слой, защищающий планету от ультрафиолетового излучения, а увеличение концентрации парниковых газов вызывает глобальное потепление и изменение климата.
Эти антропогенные факторы создают серьезную угрозу для экологического баланса и здоровья всех живых организмов на планете.
Повышение концентрации углекислого газа
Сегодня атмосфера меняется с огромной скоростью из-за деятельности человека. Впервые в 2024 году средняя глобальная температура поднялась до отметки 1,5°C по сравнению с доиндустриальным этапом, а концентрация углекислого газа (CO₂) в воздухе достигла уровня, которого не было последние 3 миллиона лет.
Сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов и промышленные выбросы превратили воздушную оболочку в гигантский «тепловой аккумулятор», усиливая парниковый эффект и разогревая планету.
По словам председателя правления общероссийского экологического движения ЭКА Татьяны Честиной, чтобы предотвратить негативные последствия выбросов углекислого газа, нужны комплексные действия на уровне всего общества, на государственном и корпоративном уровнях.
Ключевыми действиями являются переход на возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая и т.д.) и повышение энергоэффективности, чтобы снизить зависимость от ископаемого топлива.
Также, со слов эксперта Науки Mail, необходимо развитие общественного транспорта, велосипедов, электромобилей и уменьшение использования личных автомобилей. Важную роль играет сокращение потребления и снижение образования отходов, выбор местных продуктов.
На экономическом уровне важны меры по стимулированию бизнеса к снижению выбросов (платежи за выбросы, субсидирование чистых технологий
Ядовитый смог над городами
Промышленные выбросы диоксида серы (SO₂) и оксидов азота (NOₓ) не только создают ядовитый смог над мегаполисами, но и превращают дождь в кислотный, убивающий леса и водоемы.
«Негативное воздействие на атмосферу оказывают озоноразрушающие химические вещества, содержащие хлор и бром (хлорфторуглероды, тетрахлорметан, бромистый метил и др.). В 1987 году был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (Россия является стороной этого международного соглашения), который предусматривает поэтапный отказ от производства и потребления таких веществ. Истощение озонового слоя приводит к увеличению уровня ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, что, в свою очередь, может вызвать рост заболеваемости раком кожи, ухудшение зрения и ослабление иммунной системы у людей, а также нанести вред экосистемам и сельскому хозяйству», ― резюмирует Татьяна Честина.