Земля (планета)

Земля (далее З) (от общеславянского зем - пол, низ), третья по порядку от Солнца планета Солнечной системы, астрономический знак Å или, ♀.

. Введение

З (планета) занимает пятое место по размеру и массе среди больших планет, но из планет т. н. земной группы, в которую входят Меркурий, Венера, З и Марс, она является самой крупной (см. Планеты). Важнейшим отличием З (планета) от др. планет Солнечной системы является существование на ней жизни, достигшей с появлением человека своей высшей, разумной формы. Условия для развития жизни на ближайших к З (планета) телах Солнечной системы неблагоприятны; обитаемые тела за пределами последней пока также не обнаружены (см. Внеземные цивилизации). Однако жизнь - естественный этап развития материи, поэтому З (планета) нельзя считать единственным обитаемым космическим телом Вселенной, а земные формы жизни - ее единственно возможными формами.

Согласно современным космогоническим представлениям, З (планета) образовалась ~4,5 млрд. лет назад путем гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газо-пылевого вещества, содержащего все известные в природе элементы (см. Космогония). Формирование З (планета) сопровождалось дифференциацией вещества, которой способствовал постепенный разогрев земных недр, в основном за счет теплоты, выделявшейся при распаде радиоактивных элементов ( тория, и др.). Результатом этой дифференциации явилось разделение З (планета) на концентрически расположенные слои - геосферы, различающиеся составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное т. н. мантией (см. Мантия Земли). Из наиболее легких и легкоплавких компонентов вещества, выделившихся из мантии в процессах выплавления (см. Зонное плавление), возникла расположенная над мантией земная кора. Совокупность этих внутренних геосфер, ограниченных твердой земной поверхностью, иногда называют "твердой" З (планета) (хотя это не совсем точно, поскольку установлено, что внешняя часть ядра обладает свойствами вязкой жидкости). "Твердая" З (планета) заключает почти всю массу планеты (см. табл. 1). За ее пределами находятся внешние геосферы - водная (гидросфера) и воздушная (атмосфера), которые сформировались из паров и газов, выделившихся из недр З (планета) при дегазации мантии. Дифференциация вещества мантий З (планета) и пополнение продуктами дифференциации земной коры, водной и воздушной оболочек происходили на протяжении всей геологической истории и продолжаются до сих пор.

Табл. 1. Схема строения Земли (без верхней атмосферы и

Геосферы	Расстояние нижней* границы от поверхности Земли, км	Объем, 10¹⁸ м³	Масса, 10²¹ кг	Доля массы геосферы от массы Земли, %
Атмосфера, до высоты	2000	1320	~0,005	~ 10 ^-6
Гидросфера	до 11	1,4	1,4	0,02
Земная кора	5-70	10,2	28	0,48
Мантия	до 2900	896,6	4013	67,2
Ядро	6371 (центр З (планета))	175,2	1934	32,3
Вся З (без атмосферы)		1083,4	5976	100,0

*Кроме атмосферы.

Атмосфера в целом простирается до высоты ~ 20 тыс. км.

Табл. 2. - Материки (с островами)

Название материка	Площадь, млн. км²	Средняя высота, м	Наибольшая высота гор на материке, м*
Евразия	53,45	840	8848
Африка	30.30	750	5895
Северная Америка	24,25	720	6194
Южная Америка	18,28	590	6960
Антарктида	13,97	2040	5140
Австралия (с Океанией)	8,89	340	2230

* Сверху вниз по колонке вершины: Джомолунгма (Эверест), Килиманджаро, Мак-Кинлн, Аконкагуа, массив Винсон, Косцюшко. Наиболее высокая вершина Океании - г. Джая, 5029 м (на острове Новая Гвинея).

Табл. 3. - Океаны

Название океана	Поверхность зеркала, млн. км²	Средняя глубина, м	Наибольшая глубина, м
Тихий	179,68	3984	11022
Атлантический	93,36*	3926	8428
	74,92	3897	7130
Северный Ледовитый	13,10	1205	5449

* По др. данным, 91,14 млн. км².

Большую часть поверхности З (планета) занимает Мировой океан (361,1 млн. км², или 70,8%), суша составляет 149,1 млн. км²(29,2%) и образует шесть крупных массивов - материков: Евразию, Африку, Северную Америку, Южную Америку, Антарктиду и Австралию (см. табл. 2), а также многочисленные острова. С делением суши на материки не совпадает деление на части света: Евразию делят на две части света - Европу и Азию, а оба американских материка считают за одну часть света - Америку, иногда за особую "океаническую" часть света принимают острова Тихого океана - Океанию, площадь которой обычно учитывается вместе с Австралией.

Мировой океан расчленяется материками на Тихий, Атлантический, и Северный Ледовитый (см. табл. 3); некоторые исследователи выделяют приантарктические части Атлантического, Тихого и океанов в особый, Южный, океан.

Северное полушарие З (планета) - материковое (суша здесь занимает 39% поверхности), а Южное - океаническое (суша составляет лишь 19% поверхности). В Западном полушарии преобладающая часть поверхности занята водой, в Восточном - сушей.

Обобщенный профиль суши и дна океанов образует две гигантские "ступени" - материковую и океаническую. Первая поднимается над второй в среднем на 4670 м (средняя высота суши 875 м; средняя глубина океана около 3800 м). Над равнинной поверхностью материковой "ступени" возвышаются горы, отдельные вершины которых имеют высоту 7-8 км и более. Высочайшая вершина мира - г. Джомолунгма в Гималаях - достигает 8848 м. Она возвышается над глубочайшим понижением дна океана (Марианский глубоководный желоб в Тихом океане 11 022 м) почти на 20 км. См. Гипсографическая кривая.

З. обладает гравитационным, и электрическим полями. Гравитационное притяжение З (планета) удерживает на околоземной орбите Луну и искусственные спутники. Действием гравитационного поля обусловлены сферическая форма З (планета), многие черты рельефа земной поверхности, течение рек, движение ледников и др. процессы.

поле создается в результате сложного движения вещества в ядре З (планета) (см. Земной магнетизм). В межпланетном пространстве оно занимает область, объем которой намного превосходит объем З (планета), а форма напоминает комету с хвостом, направленным от Солнца. Эту область называют
С полем З (планета) тесно связано ее электрическое поле. "Твердая" З (планета) несет отрицательный электрический заряд, который компенсируется объемным положительным зарядом атмосферы, так что в целом З (планета), по-видимому, электронейтральна (см. Атмосферное электричество).

В пространстве, ограниченном внешним пределом геофизических полей З (планета) (главным образом в и атмосфере), происходит последовательное и глубокое изменение первичных космических факторов - поглощение и преобразование солнечных и галактических космических лучей, солнечного ветра, рентгеновского, ультрафиолетового, оптического и радиоизлучений Солнца, что имеет важное значение для процессов, протекающих на земной поверхности. Задерживая большую часть жесткой электромагнитной и корпускулярной радиации, и особенно атмосфера защищают от их смертоносного воздействия живые организмы.

З (планета) получает 1,7-10¹⁷ г дж/сек (или 5,4 X 10²⁴ дж/год) лучистой энергии Солнца, но лишь около 50% этого количества достигает поверхности З (планета) и служит главным источником энергии большинства происходящих на ней процессов.

Поверхность З (планета), гидросферу, а также прилегающие слои атмосферы и земной коры объединяют под названием географической, или ландшафтной, оболочки. Географическая оболочка явилась ареной возникновения жизни, развитию которой способствовало наличие на З (планета) определенных физических и условий, необходимых для синтеза сложных органических молекул. Прямое или косвенное участие живых организмов во многих геохимических процессах со временем приобрело глобальные масштабы и качественно изменило географическую оболочку, преобразовав состав атмосферы, гидросферы и отчасти земной коры. Глобальный эффект в ход природных процессов вносит и деятельность человека. Ввиду громадного значения живого вещества как геологического агента вся сфера распространения жизни и биогенных продуктов была названа биосферой.

Современные знания о З (планета), ее форме, строении и месте во Вселенной формировались в процессе долгих исканий. Еще в глубокой древности делалось много попыток дать общее представление о форме З (планета) Индусы, например, верили, что З (планета) имеет форму лотоса. Вавилоняне, как и многие др. народы, считали З (планета) плоским диском, окруженным водой. Однако еще около 3 тыс. лет назад начали формироваться и правильные представления. Халдеи первыми заметили на основании наблюдений лунных затмений, что З (планета) - шарообразна. Пифагор, Парменид (6-5 вв. до н. э.) и Аристотель (4 в. до н. э.) пытались дать этому научное обоснование. Эратосфен (3 в. до н. э.) сделал первую попытку определить размеры З (планета) по длине дуги меридиана между городами Александрией и Сиеной (Африка). Большинство античных ученых считало З (планета) центром мира. Наиболее полно разработал эту геоцентрическую концепцию Птолемей во 2 в. Однако значительно раньше Аристарх Самосский (4-3 вв. до н. э.) развивал представления, считая центром мира Солнце. В средние века представления о шарообразности З (планета) и ее движении отрицались, как противоречащие священному писанию, и объявлялись ересью. Идея шарообразности З (планета) вновь завоевала признание лишь в эпоху Возрождения, с началом Великих географических открытий. В 1543 Коперник научно обосновал систему мира, согласно которой З (планета) и др. планеты обращаются вокруг Солнца. Но этому учению пришлось выдержать длительную жестокую борьбу с геоцентрической системой, которую продолжала поддерживать христианская церковь. С этой борьбой связаны такие трагические события, как сожжение Дж. Бруно и вынужденное отречение от представлений Г. Галилея. Окончательное утверждение системы обязано открытию в начале 17 в. И. Кеплером законов движения планет и обоснованием в 1687 И. Ньютоном закона всемирного тяготения.

Структура "твердой" З (планета) была выяснена главным образом в 20 в. благодаря достижениям сейсмологии.

Открытие радиоактивного распада элементов привело к коренному пересмотру многих фундаментальных концепций. В частности, представление о первоначально огненно-жидком состоянии З (планета) было заменено идеями о ее образовании из скоплений холодных твердых частиц (см. Шмидта гипотеза). На основе радиоактивного распада были разработаны также методы определения абсолютного возраста горных пород, позволившие объективно оценивать длительность истории З (планета) и скорость процессов, протекающих на ее поверхности и в недрах.

Во 2-й половине 20 в. в результате использования ракет и спутников сформировались представления о верхних слоях атмосферы и
З (планета) изучают многие науки. Фигурой и размерами З (планета) занимается геодезия, движениями З (планета) как небесного тела - астрономия, силовыми полями - геофизика (отчасти астрофизика), которая изучает также физическое состояние вещества З (планета) и физические процессы, протекающие во всех геосферах. Законы распределения элементов З (планета) и процессы их миграции исследует геохимия. Вещественный состав литосферы и историю се развития изучает комплекс геологических наук. Природные явления и процессы, происходящие в географической оболочке и биосфере, являются областью наук географических и биологических циклов. Земных проблем касаются также науки, изучающие законы взаимодействия природы и общества.

. З как планета.

З (планета) - третья по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы. Масса З (планета) равна 5976·10²¹кг, что составляет ¹/₄₄₈ долю массы больших планет и ¹/₃₃₀₀₀₀ массы Солнца. Под действием притяжения Солнца З (планета), как и др. тела Солнечной системы, обращается вокруг него по эллиптической (мало отличающейся от круговой) орбите. Солнце расположено в одном из фокусов эллиптической орбиты З (планета), вследствие чего расстояние между З (планета) и Солнцем в течение года меняется от 147,117 млн. км (в перигелии) до 152,083 млн. км (в афелии). Большая полуось орбиты З (планета), равная 149,6 млн. км, принимается за единицу при измерении расстояний в пределах Солнечной системы (см. Астрономическая единица). Скорость движения З (планета) по орбите, равная в среднем 29,765 км/сек, колеблется от 30,27 км/сек (в перигелии) до 29,27 км/сек (в афелии). Вместе с Солнцем З (планета) участвует также в движении вокруг центра Галактики, период галактического обращения составляет около 200 млн. лет, средняя скорость движения 250 км/сек. Относительно ближайших звезд Солнце вместе с З (планета) Движется со скоростью ~ 19,5 км/сек в направлении созвездия Геркулеса.

Период обращения З (планета) вокруг Солнца, называемый годом, имеет несколько различную величину в зависимости от того, по отношению к каким телам или точкам небесной сферы рассматривается движение З (планета) и связанное с ним кажущееся движение Солнца по небу. Период обращения, соответствующий промежутку времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия, называется тропическим годом. Тропический год положен в основу календаря, он равен 365,242 средних солнечных суток.

Плоскость земной орбиты (плоскость эклиптики) наклонена в современную эпоху под углом 1,6° к т. н. Лапласа неизменяемой плоскости, перпендикулярной главному вектору момента количества движения всей Солнечной системы. Под действием притяжения др. планет положение плоскости эклиптики, а также форма земной орбиты медленно изменяются на протяжении миллионов лет. Наклон эклиптики к плоскости Лапласа при этом меняется от 0° до 2,9°, а эксцентриситет земной орбиты от 0 до 0,067. В современную эпоху эксцентриситет равен 0,0167, убывая на 4·10^-7 в год. Если смотреть на З (планета), поднявшись над Северным полюсом, то орбитальное движение З (планета) Происходит против часовой стрелки, т. е. в том же направлении, что и ее осевое вращение, и обращение Луны вокруг З (планета)

Естественный спутник З (планета) - Луна обращается вокруг З (планета) по эллиптической орбите на среднем расстоянии 384 400 км (~60,3 среднего радиуса З (планета)). Масса Луны составляет 1:81,5 долю массы З (планета) (73,5·10²¹ кг). Центр масс системы З - Луна отстоит от центра З (планета) на ³/₄ ее радиуса. Оба тела - З (планета) и Луна - обращаются вокруг центра масс системы. Отношение массы Луны к массе З (планета) - наибольшее среди всех планет и их спутников в Солнечной системе, поэтому систему З (планета) - Луна часто рассматривают как двойную планету.

З (планета) имеет сложную форму, определяемую совместным действием гравитации, центробежных сил, вызванных осевым вращением З (планета), а также совокупностью внутренних и внешних рельефообразующих сил. Приближенно в качестве формы (фигуры) З (планета) принимают уровенную поверхность гравитационного потенциала (т. е. поверхность, во всех точках перпендикулярную к направлению отвеса), совпадающую с поверхностью воды в океанах (при отсутствии волн, приливов, течений и возмущений, вызванных изменением атмосферного давления). Эту поверхность называют геоидом. Объем, ограниченный этой поверхностью, считается объемом З (планета) (т. о., в него не входит объем той части материков, которая расположена выше уровня моря). Средним радиусом З (планета) называют радиус шара того же объема, что и объем геоида. Для решения многих научных и практических задач геодезии, картографии и др. в качестве формы З (планета) принимают земной эллипсоид. Знание параметров земного эллипсоида, его положения в теле З (планета), а также гравитационного поля Земли имеет большое значение в астродинамике, изучающей законы движения искусственных космических тел. Эти параметры изучаются путем наземных астрономо-геодезических и гравиметрических измерений (см. Геодезия, Гравиметрия) и методами спутниковой геодезии.

Вследствие вращения З (планета) точки экватора имеют скорость 465 м/сек, а точки, расположенные на широте j - скорость 465cosj (м/сек), если считать З (планета) шаром. Зависимость линейной скорости вращения, а следовательно, и центробежной силы от широты приводит к различию значений ускорения силы тяжести на разных широтах (см. табл. 4).

Вращение З (планета) вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи на ее поверхности. Период вращения З (планета) определяет единицу времени - сутки. Ось вращения З (планета) отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23° 26,5" (в середине 20 в.); в современную эпоху этот угол уменьшается на 0,47" за год. При движении З (планета) по орбите вокруг Солнца ее ось вращения сохраняет почти постоянное направление в пространстве. Это приводит к смене времен года. Гравитационное влияние Луны, Солнца, планет вызывает длительные периодические изменения эксцентриситета орбиты и наклона оси З (планета), что является одной из причин многовековых изменений климата.

Табл. 4. - Геометрические и физические характеристики Земли

Экваториальный радиус	6378,160 км
Полярный радиус	6356,777 км
Сжатие земного эллипсоида	1:298,25
Средний радиус	6371,032 км
Длина окружности экватора	40075,696 км
Поверхность	510,2 ×10⁶ км²
Объем	1,083 ×10¹² км³
Масса	5976 × 10²¹ кг
Средняя плотность	5518 кг/м³
Ускорение силы тяжести (на уровне моря)
а) на экваторе	9,78049 м/сек²
б) на полюсе	9,83235 м/сек²
в) стандартное	9,80665 м/сек²
Момент инерции относительно оси вращения	8,104 × 10³⁷ кг × м²

Период вращения З (планета) систематически увеличивается под воздействием лунных и в меньшей степени солнечных приливов (см. Вращение Земли). Притяжение Луны создает приливные деформации как атмосферы и водной оболочки, так и "твердой" З (планета) Они направлены к притягивающему телу и, следовательно, перемещаются по З (планета) при ее вращении. Приливы в земной коре имеют амплитуду до 43 см, в открытом океане - не более 1м, в атмосфере они вызывают изменение давления в несколько сот н/м²(несколько мм рт. ст.). Приливное трение, сопровождающее движение приливов, приводит к потере системой З - Луна энергии и передаче момента количества движения от З (планета) к Луне. В результате вращение З (планета) замедляется, а Луна удаляется от З (планета) Изучение месячных и годичных колец роста у ископаемых кораллов позволило оценить число суток в году в прошлые геологические эпохи (до 600 млн. лет назад). Результаты исследований говорят о том, что период вращения З (планета) вокруг оси увеличивается в среднем на несколько м/сек за столетие (500 млн. лет назад длительность суток составляла 20,8 ч). Фактическое замедление скорости вращения З (планета) несколько меньше того, которое соответствует передаче момента Луне. Это указывает на вековое уменьшение момента инерции З (планета), по-видимому, связанное с ростом плотного ядра З (планета) либо с перемещением масс при тектонических процессах. Скорость вращения З (планета) несколько меняется в течение года также вследствие сезонных перемещений воздушных масс и влаги. Наблюдения траекторий искусственных спутников З (планета) позволили с высокой точностью установить, что сплюснутость З (планета) несколько больше той, которая соответствует современной скорости ее вращения и распределению внутренних масс. По-видимому, это объясняется высокой вязкостью земных недр, приводящей к тому, что при замедлении вращения З (планета) ее фигура не сразу принимает форму, соответствующую увеличенному периоду вращения. Поскольку З (планета) имеет сплюснутую форму (избыток массы у экватора), а орбита Луны не лежит в плоскости земного экватора, притяжение Луны вызывает прецессию - медленный поворот земной оси в пространстве (полный оборот происходит за 26 тыс. лет). На это движение накладываются периодические колебания направления оси - нутация (основной период 18,6 года). Положение оси вращения по отношению к телу З (планета) испытывает как периодические изменения (полюсы при этом отклоняются от среднего положения на 10-15 м), так и вековые (среднее положение северного полюса смещается в сторону Северной Америки со скоростью ~11 см в год, см. Полюсы географические).

Б. Ю. Левин.

См. илл.

. Строение Земли

Самой внешней и протяженной оболочкой З (планета) является - область околоземного пространства, физические свойства которой определяются полем З (планета) и его взаимодействием с потоками заряженных частиц.

Исследования, проведенные при помощи космических зондов и искусственных спутников З (планета), показали, что З (планета) постоянно находится в потоке корпускулярного излучения Солнца (т. н. солнечный ветер). Он образуется благодаря непрерывному расширению (истечению) плазмы солнечной короны и состоит из заряженных частиц (протонов, ядер и ионов а также более тяжелых положительных ионов и электронов). У орбиты З (планета) скорость направленного движения частиц в потоке колеблется от 300 до 800 км/сек. Солнечная плазма несет с собой поле, напряженность которого в среднем равна 4,8-10^-За/м (6·10^-5 э).

При столкновении потока солнечной плазмы с препятствием - полем З (планета) - образуется распространяющаяся навстречу потоку ударная волна (рис.), фронт которой со стороны Солнца в среднем локализован на расстоянии 13-14 радиусов З (планета) (R_Å) от ее центра. За фронтом ударной волны следует переходная область толщиной ~ 20 тыс. км, где поле солнечной плазмы становится неупорядоченным, а движение ее частиц - хаотичным. температура плазмы в этой области повышается примерно с 200 тыс. градусов до ~ 10 млн. градусов.

Переходная область примыкает непосредственно к З (планета), граница которой - - проходит там, где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением поля З (планета); она расположена со стороны Солнца на расстоянии ~ 10-12 R (_Å) (70-80 тыс. км) от центра З (планета), ее толщина ~ 100 км. Напряженность поля З (планета) у ~ 8·10^-2а/м (10^-3э), т. е. значительно выше напряженности поля солнечной плазмы на уровне орбиты З (планета) Потоки частиц солнечной плазмы обтекают и резко искажают на значительных расстояниях от З (планета) структуру ее поля. Примерно до расстояния 3 R_Å от центра З (планета) поле еще достаточно близко к полю диполя (напряженность поля убывает с высотой ~¹/_R3_Å). Регулярность поля здесь нарушают лишь магнитные аномалии (влияние наиболее крупных аномалий сказывается до высот ~0,5R_Å) над поверхностью З (планета)). На расстояниях, превышающих 3 R_Å), поле ослабевает медленнее, чем поле диполя, а его силовые линии с солнечной стороны несколько прижаты к З (планета) Линии геомагнитного поля, выходящие из полярных областей З (планета), отклоняются солнечным ветром на ночную сторону З (планета) Там они образуют "хвост", или "шлейф", протяженностью более 5 млн. км. Пучки силовых линий противоположного направления разделены в хвосте областью очень слабого поля (нейтральным слоем), где концентрируется горячая плазма с температурой в млн. градусов.

реагирует на проявления солнечной активности, вызывающей заметные изменения в солнечном ветре и его поле. Возникает сложный комплекс явлений, получивший название магнитной бури. При бурях наблюдается непосредственное вторжение в частиц солнечного ветра, происходит нагрев и усиление ионизации верхних слоев атмосферы, ускорение заряженных частиц, увеличение яркости полярных сияний, возникновение электромагнитных шумов, нарушение радиосвязи на коротких волнах и т.д. В области замкнутых линий геомагнитного поля существует магнитная ловушка для заряженных частиц. Нижняя ее граница определяется поглощением захваченных в ловушку частиц атмосферой на высоте несколько сот км, верхняя практически совпадает с границей на дневной стороне З (планета), несколько снижаясь на ночной стороне. Потоки захваченных в ловушку частиц высоких энергий (главным образом протонов и электронов) образуют т. н. Радиационный пояс Земли. Частицы радиационного пояса представляют значительную радиационную опасность при полетах в космос.

Б. А. Тверской, Ю. Н. Дрожжин.

Атмосфера

Атмосферой, или воздушной оболочкой З (планета), называют газовую среду, окружающую "твердую" З (планета) и вращающуюся вместе с ней. Масса атмосферы составляет ~5,15·10¹⁸ кг. Среднее давление атмосферы на поверхность З (планета) на уровне моря. Равно 101 325 н/м² (это соответствует 1 атмосфере или 760 мм рт. ст.). Плотность и давление атмосферы быстро убывают с высотой (см. Барометрическая формула): у поверхности З (планета) средняя плотность воздуха r = 1,22 кг/м³ (число молекул в 1 м³ n = 2,55·10²⁵), на высоте 10 км (= 0,41 кг/м³ (n = 8,6·10²⁴), а на высоте 100 км r=8,8(10^-7 кг/м³ (n=1,8·10¹⁸). Атмосфера имеет слоистое строение, слои различаются своими физическими и свойствами (температурой, составом, ионизацией молекул и др.).

Принятое деление атмосферы на слои основано главным образом на изменении в ней температуры с высотой, поскольку оно отражает баланс основных энергетических процессов в атмосфере (см. Тепловой баланс атмосферы).

Нижняя часть атмосферы, содержащая около 80% всей ее массы, называется тропосферой. Она распространяется до высоты 16-18 км в экваториальном поясе и до 8-10 км в полярных широтах. Температура тропосферы понижается с высотой в среднем на 0,6 К на каждые 100 м. Над тропосферой до высоты 55 км расположена стратосфера, в которой заключено почти 20% массы атмосферы. От тропосферы она отделена переходным слоем - тропопаузой, с температурой 190-220 К. До высоты ~25 км температура стратосферы несколько падает, но дальше начинает расти, достигая максимума (~270К) на высоте 50-55 км. Этот рост связан главным образом с увеличением в верхних слоях стратосферы концентрации озона, интенсивно поглощающего ультрафиолетовое излучение Солнца. Над стратосферой расположены мезосфера (до 80 км), термосфера (от 80 км до 800-1000 км) и экзосфера (выше 800-1000 км). Общая масса всех этих слоев не превышает 0,5% массы атмосферы. В мезосфере, отделенной от стратосферы стратопаузой, озон исчезает, температура вновь падает до 180-200 К вблизи ее верхней границы (мезопаузы). В термосфере происходит быстрый рост температуры, связанный главным образом с поглощением в ней солнечного коротковолнового излучения. Рост температуры наблюдается до высоты 200-300 км. Выше, примерно до 800-1000 км, температура остается постоянной (~1000К), т.к. здесь разреженная атмосфера слабо поглощает солнечное излучение.

Верхний слой атмосферы - экзосфера - крайне разрежен (у его нижней границы число протонов в 1 м³составляет ~ 10¹¹) и столкновения частиц в нем происходят редко. Скорости отдельных частиц экзосферы могут превышать критическую скорость ускользания (вторую космическую скорость). Эти частицы, если им не помешают столкновения, могут, преодолев притяжение З (планета), покинуть атмосферу и уйти в межпланетное пространство. Так происходит рассеяние (диссипация) атмосферы. Поэтому экзосферу называют также сферой рассеяния. Ускользают из атмосферы в межпланетное пространство главным образом и
Приведенные характеристики слоев атмосферы следует рассматривать как усредненные. В зависимости от географической широты, времени года, суток и др. они могут заметно меняться.

состав земной атмосферы неоднороден. Сухой атмосферный воздух у поверхности З (планета) содержит по объему 78,08% (~ 10^-6% озона), 0,93% и около 0,03% углекислого газа. Не более 0,1% составляют вместе метан, криптон и др. газы. В слое атмосферы до высот 90-100 км, в котором происходит интенсивное перемешивание атмосферы, относит. состав ее основных компонентов не меняется (этот слой называется гомосферой). В атмосфере содержится (1,3-1,5)·10¹⁶ кг воды (см. Вода). Главная масса атмосферной воды (в виде пара, взвешенных капель и льда) сосредоточена в тропосфере, причем с высотой ее содержание резко убывает. Во влажном воздухе содержание водяного пара у земной поверхности колеблется от 3-4% в тропиках до 2·10^-5% в Антарктиде. Очень изменчивы аэрозольные компоненты воздуха, включающие пыль почвенного, органического и космического происхождения, частички сажи, пепла и минеральных солей.

У верхней границы тропосферы и в стратосфере наблюдается повышенное содержание озона. Слой максимальной концентрации озона расположен на высотах ~21-25 км. Начиная с высоты ~ 40 км увеличивается содержание Диссоциация молекулярного начинается на высоте около 200 км. Наряду с диссоциацией молекул под действием коротковолнового и корпускулярного излучений Солнца на высотах от 50 до 400 км происходит ионизация атмосферных газов. От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. На высоте 250-300 км, где расположен максимум ионизации, электропроводность атмосферы в 10¹² раз больше, чем у земной поверхности. Для верхних слоев атмосферы характерен также процесс диффузионного разделения газов под действием силы тяжести (гравитационное разделение): газы распределяются с высотой в соответствии с их молекулярной массой. Верхние слои атмосферы в результате оказываются обогащенными более легкими газами. Совокупность процессов диссоциации, ионизации и гравитационного разделения определяет неоднородность верхних слоев атмосферы. Примерно до 200 км основным компонентом воздуха является ₂. Выше начинает превалировать На высоте более 600 км преобладающим компонентом становится а в слое от 2 тыс. км и выше - который образует вокруг З (планета) т. н. корону.

Через атмосферу к поверхности З (планета) поступает электромагнитное излучение Солнца - главный источник энергии физических, и биологических процессов в географической оболочке З (планета) Атмосфера прозрачна для электромагнитного излучения в диапазоне длин волн l от 0,3 мкм (3000 Å) до 5,2 мкм (в котором заключено около 88% всей энергии солнечного излучения) и радиодиапазоне - от 1 мм до 30 м. Излучение инфракрасного диапазона (l>5,2мкм) поглощается в основном парами воды и углекислым газом тропосферы и стратосферы. Непрозрачность атмосферы в радиодиапазоне обусловлена отражением радиоволн от ее ионизованных слоев (ионосферы). Излучение ультрафиолетового диапазона (l от 3000 до 1800 Å) поглощается озоном на высотах 15-60 км, а волны длиной 1800-1000 Å и короче - молекулярным и (на высоте от нескольких десятков до нескольких сот км над поверхностью З (планета)). Жесткое коротковолновое излучение (рентгеновское и гамма-излучение) поглощается всей толщей атмосферы, до поверхности З (планета) оно не доходит. Т. о., биосфера оказывается защищенной от губительного воздействия коротковолнового излучения Солнца. В виде прямой и рассеянной радиации поверхности З (планета) достигает лишь 48% энергии солнечного излучения, падающего на внешнюю границу атмосферы. В то же время атмосфера почти непрозрачна для теплового излучения З (планета) (за счет присутствия в атмосфере углекислого газа и паров воды, см. Парниковый эффект). Если бы З (планета) Была лишена атмосферы, то средняя температура ее поверхности была бы -23°С, в действительности средняя годовая температура поверхности З (планета) составляет 14,8°С. Атмосфера задерживает также часть космических лучей и служит броней против разрушительного действия метеоритов. Насколько велико защитное значение земной атмосферы, показывает испещренная метеоритными кратерами поверхность Луны, лишенная атмосферной защиты.

Между атмосферой и подстилающей поверхностью происходит непрерывный обмен энергией (теплооборот) и веществом (влагооборот, обмен и др. газами). Теплооборот включает перенос теплоты излуч

		Новости 21.11.2024 11:44:41

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.

Земля (планета)

Геосферы

Тихий