Дарящая жизнь

Каждому известно, что атмосфера обеспечивают жизнь всем живым организмам, и представляет собой смесь воздуха, воды и ряда других компонентов. Больше всего в воздухе азота — 78,1 % от всего объема; кислород составляет 20,93%, и, наконец, аргон занимает совсем скромное место среди этой троицы — 0,93 %. В ничтожных количествах в воздухе присутствуют углекислый газ, водород, гелий, неон, криптон и другие газы. В атмосфере находятся многие механические примеси — пыль, микроорганизмы, жидкие и твердые частицы. Вода, испаряясь с поверхности океанов, морей, озер и рек, тоже поступает в воздух и присутствует в нем в виде бесцветного водяного пара.

Метеорологи подсчитали: в атмосфере одновременно находится около 14 тысяч кубических километров влаги, испаряющейся с поверхности земного шара; 86% этого количества дает Мировой океан, остальное — суша.

Масса содержащейся в атмосфере влаги очень велика, примерно 14000 миллиардов тонн.

Водяные пары — временные гости атмосферы. Путешествуя с ветрами, они охлаждаются и выпадают на землю в виде дождя, снега, росы, инея, града. В среднем за 9 дней происходит полное их обновление в атмосфере.

Значит, в течение года в атмосфере побывает в среднем 577 триллионов тонн воды. Поистине титаническую работу производят воздушные потоки — ветры, разнося по миру столь огромные грузы.

Состав трех основных газов в атмосфере неизменен, а примеси в ней случайные, количество их все время меняется. Например, во время извержения вулкана из земных недр в атмосферу выбрасывается огромное количество пепла, который потом долго в виде мельчайших пылинок держится в воздухе, пока ветры не разнесут его далеко от места извержения.

Как же высоко от поверхности Земли распространяется воздух? Каковы его свойства на высоте?

Арабский ученый-физик Альгазен, живший в XI веке, высказал предположение, что атмосфера распространяется на 52 тысяч шагов от поверхности Земли.

Шесть веков спустя Э. Торричелли сделал попытку подсчитать высоту атмосферного столба; по его расчетам, она оказалась равной 80 километрам.

Но после изобретения шаров-пилотов и радиозондов изучение атмосферы быстро продвинулось вперед.

Радиозонд впервые в мире был запушен в 1930 году недалеко от Ленинграда. Резиновый шар, наполненный водородом, поднял специальный прибор вверх до высоты 40 километров. Поднимаясь вверх, он передал условные радиосигналы, характеризующие температуру, давление и влажность воздуха на разных высотах.

Новые сведения о строении атмосферы получены в последние десятилетия, когда в воздушный океан стали запускать метеорологические ракеты и спутники.

Сегодня раскрыты уже многие тайны атмосферы. По новейшим данным, верхняя граница ее находится на высоте более 2 тысяч километров от поверхности Земли, а выше простирается межпланетное пространство. По мере удаления от Земли значительно меняются температура, давление и плотность воздуха. Так было выяснено, что атмосфера состоит из пяти основных слоев.

Нижний — самый плотный, теплый и жизненно важный для животного и растительного мира слой — называют тропосферой. В нем находится почти вся влага. Здесь формируются и движутся облака, посылающие на Землю дождь, снег, град; бушуют грозы, ураганы, бури, метели; возникают удивительные оптические явления — миражи, гало, радуга. Высота тропосферы над полюсами самая небольшая — 8-10 метров, над тропиками — 16-18 километров. По мере подъема от поверхности Земли становится все холоднее: температура понижается в среднем на 0,6° на каждые 100 метров.

Над тропосферой, до высоты почти 55 километров от Земли, располагается стратосфера — слой разреженного воздуха, температура которого достигает —50 -60°С.

Выше находится мезосфера, простирающаяся на 55-80 километров. Здесь значительно теплее: температура воздуха +20°С. У верхней границы мезосферы, где снова становится холодно, можно наблюдать серебристые облака.

Над мезосферой, примерно до высоты 1000 километров, расположена термосфера, или ионосфера, с очень разреженным и сильно наэлектризованным воздухом. В нижней половине этого слоя наблюдаются полярные сияния.

Самый верхний слой атмосферы называют экзосферой или сферой рассеивания. Разряжение воздуха здесь очень велико. Атомы воздуха движутся в разных направлениях с большой скоростью. Часть из них улетучивается в межпланетное пространство. Экзосфера еще мало изучена.

Мир атмосферы никогда не знает покоя. Если посмотреть на воздушную оболочку Земли со спутника, то можно увидеть, как в этом беспокойном мире зарождаются, перемещаются и затухают, чтобы появиться вновь, гигантские, глобальные вихри и множество порождаемых ими завихрений и воздушных течений.

На первый взгляд, движения воздуха кажутся хаотическими. Но, изучая перемещение воздушных масс, ученые установили, что они подчиняются определенным закономерностям.

В основе причин, заставляющих воздух перемещаться, лежит разность температур и атмосферного давления. Больше всего солнечного тепла получают тропические области, хорошо обогреваются зоны субтропиков, а совсем слабо — полярные районы. В зависимости от того, над каким участком Земли находится воздух, он нагревается или охлаждается.

Нагретый воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается вверх, а его место занимают менее теплые массы воздуха, притекающие со стороны. Этот процесс наблюдается повсюду, охватывает всю атмосферу.

В области тропиков с поверхности океанов и морей испаряется огромное количество воды. Отсюда поднимаются вверх массы теплого воздуха и уходят прочь, унося тепло и водяные пары; они образуют постоянные воздушные течения — антипассаты. На смену ушедшему воздуху из субтропических широт текут постоянные воздушные потоки — пассаты. Так и получается четко выраженное двухслойное течение: внизу пассаты, стремящиеся к экватору, а над ними в противоположном направлении, на высоте 4-15 км, двигаются антипассаты. Под влиянием вращения Земли оба гигантских воздушных потока отклоняются: пассаты в северном полушарии приобретают северо-восточное направление, а в южном полушарии — юго-восточное. Антипассаты дуют соответственно с юго-запада и северо-запада.

Удалившись в обе стороны от экватора на значительное расстояние, потеряв по пути тепло и потому став более плотными и тяжелыми, антипассаты начинают снижаться в области субтропиков. Здесь они образуют область высокого атмосферного давления.

Часть опустившегося воздуха вовлекается в систему пассатов и направляется к экватору, замыкая кольцо воздушных течений — их круговорот между экваториальной и субтропической зонами. Другая часть направляется в сторону полюса, давая начало западным ветрам умеренных широт; навстречу им из полярных областей двигаются холодные уплотненные массы водуха. Они преодолевают сопротивление встречных более теплых масс и, прорвавшись в умереные широты, приносят туда холодную погоду. В районе взаимодействия холодных и теплых воздушных масс возникают бурные процессы, порождающие целые системы гигантских и малых вихрей планеты.

Перемещение воздуха вдоль земной поверхности, происходящее из-за разности атмосферного давления, называют ветром. Кроме пассатов и антипассатов, действуют сезонные ветры муссоны (по-арабски «муссон» означает «сезонный»), возникающие от неравномерного нагревания воздуха над сушей и океаном. Летом муссоны дуют с моря на сушу, зимой — в обратном направлении.

У муссонов есть младшие «братья» — бризы — местные ветры, дующие на короткие расстояния и живущие менее суток. Они зарождаются на берегах морей, озер и некоторых больших рек. Днем суша нагревается сильнее, чем море, поэтому нагретый легкий воздух поднимается, а на смену ему притекает прохладный морской. Ночью суша охлаждается и направление воздушных потоков меняется на противоположное.

Действие ветра можно сравнить с рекой. Она течет из более высоких мест в низкие — из гор на равнину. Подобно реке воздух течет из районов с высоким атмосферным давлением туда, где оно ниже. И чем значительнее разность давления, тем большей скоростью обладает ветер.

Скорость — наиболее важная характеристика ветра. Обычно мы говорим: «слабый, сильный, очень сильный ветер». Когда эти определения не подходят, часто употребляем слова «ураган», «буря», а в других странах и иные термины — «багио», «вилли-вилли», т. е. очень сильный, ураганный ветер.

Для измерения скорости ветра пользуются анемометрами. На вертикальную ось анемометра вверху крепят лопасти-пропеллеры в виде полушарий; нижнюю часть оси соединяют со счетным механизмом. Ветер приводит в движение лопасти, а счетчик фиксирует обороты; в зависимости от их числа и определяют скорость ветра, обычно выражаемую в метрах за одну секунду. Зная эту величину, обращаются к шкале Бофорта и по ней оценивают ветер любой силы в зависимости от скорости и того воздействия, которое он оказывает на окружающие предметы, растения и др. Эта шкала проста и удобна, ею широко пользуются во всем мире.