Текст книги "Единая картина мира. Системно структурным методом"

Гидросфера

Следующим элементом, наряду с геологической частью Земли (литосферой), рассмотренной в предыдущем разделе, является гидросфера – совокупность вод земного шара, водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и «твердой» земной корой. Включает в себя всю химически не связанную воду вне зависимости от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную. Гидросфера – водная оболочка Земли покрывает 70,3% земной поверхности. Объем гидросферы. – 1370,3 млн. км³, что составляет примерно 1/800 объема планеты. Гидросфера включает океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере и воду, содержащуюся в живых организмах.

Вода является важной составной частью всех компонентов Земли, объем, и доля всех видов воды приведена в таблице 2.

Табл. 2. Распределение водных масс в гидросфере Земли

Каждая из групп вод делится на подгруппы более низких рангов, например, в атмосфере можно выделить воды в тропосфере и стратосфере, на поверхности Земли – воды океанов и морей, а также рек, озёр и ледников; в литосфере – воды фундамента и осадочного чехла (в т. ч. воды артезианских бассейнов и гидрогеологических массивов).

Происхождение гидросферы не известно, ее связывают с длительной эволюцией планеты и дифференциацией ее вещества, она формировалась в связи с развитием литосферы, выделившей за геологическую историю земли значительный объём водяного пара и подземных магматических вод и метеоритного льда. Гидросфера – незамкнутая система, между водами которой существует тесная взаимосвязь, обусловливающая единство гидросферы как природной системы и взаимодействие гидросферы с другими геосферами.

Мировой океан продуцирует половину всего кислорода атмосферы и является регулятором климата на нашей планете: холодные воды на полюсах поглощают углекислый газ из воздуха и отдают его в нагретых тропических и экваториальных водах.

Мировой океан является самым сильным поглотителем солнечной энергии (поглощает в 23 раза больше, чем суша); от поверхности океана отражается всего 8% падающей энергии. Как следствие, средняя температура поверхности океана на 3,6° С больше температуры поверхности земли. Круговорот воды на Земле является гидрологическим циклом. Он включает поступление воды в атмосферу при её испарении и возвращение её назад в результате конденсации и выпадения осадков, благодаря чему производится обмен всех видов воды на Земле, скорость возобновления воды приведена в таблице 3.

Табл. 3. Скорость возобновления (обмена) различных категорий вод гидросферы

Количество осадков определяет тип экосистемы на данной территории (от 0 до 3 м³ в год). Круговорот воды в природе включает три основные петли:

1. поверхностный сток – вода становится частью поверхностных вод;

2. испарение – впитываемая почвой вода удерживается в качестве капиллярной, а затем возвращается в атмосферу, испаряясь с поверхности или поглощаясь растениями;

3. грунтовые воды – вода попадает под землю и движется сквозь неё, питая колодцы и родники, т. е. вновь попадает в систему поверхностных вод.

Океан – непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава. По существу Земля – это водная планета, так как Мировой океан занимает 70,8% ее территории. В Северном полушарии на долю водной поверхности приходится 60,6%, а в Южном – 81%.

Мировой океан делится материками на четыре океана. Самый крупный и глубокий из них – Тихий океан. По площади – 178,62 млн. км²– он занимает половину всей водной поверхности Земли. Средняя его глубина (3980 м) больше средней глубины Мирового океана (3700 м). В его пределах находится и самая глубоководная впадина – Марианская (11022 м). В Тихом океане сосредоточено более половины объема воды Мирового океана (710,4 из 1341 млн. км³).

Второй по размерам – Атлантический океан. Его площадь 91,6 млн. км², средняя глубина 3600 м, наибольшая – 8742 м (возле Пуэрто-Рико), объем 329,7 млн. км³. Далее по размерам идет Индийский океан, который имеет площадь 76,2 млн. км², среднюю глубину 3710 м, наибольшую – 7729 м (возле Зондских островов), объем воды 282,6 млн. км³. Самый маленький и самый холодный – Северный Ледовитый океан, с площадью всего 14,8 млн. км² (4% Мирового океана), средней глубиной 1220 м (наибольшая – 5527 м), объемом воды 18,1 млн. км³. Иногда выделяют Южный океан – условное название южных частей Атлантического, Индийского и Тихого океанов, прилегающих к Антарктическому материку. В составе океанов выделяются моря.

Особенности строения океана. По геоморфологическим и геологическим признакам в океанах выделяют: подводную окраину материков (шельф, материковый склон и материковое подножие), переходные зоны от океана к материку, в частности системы островных дуг со свойственным им интенсивным вулканизмом и сейсмичностью; ложе океана и срединно-океанические хребты. Дно океана образует земная кора океанического типа с малой мощностью (8-10 км) и отсутствием гранитно-метаморфического слоя. Ложе океана сложено базальтами; на них залегает чехол глубоководных осадков, мощность которых уменьшается, а подошва омолаживается по направлению к срединно-океаническим хребтам.

Мировой океан – это раствор 44 химических элементов и является богатейшим источником минеральных ресурсов: он содержит 5 × 10¹⁶ т минерального сырья, в том числе: урана – 2 × 10¹¹, серебра – 5 × 10¹⁰, меди – 1,5 × 10¹¹, золота – 5,1 × 10⁸ т. Общее количество солей в Мировом океане измеряется астрономической цифрой 49,2·10¹⁵ т.

Средняя соленость воды Мирового океана 35 промилле (то есть в каждом килограмме воды содержится 35 г соли), в тропических морях соленость может достигать 42 промилле. Сильно распреснены воды в устьях крупных рек. Например, при сравнительно небольшом объеме вод Северного Ледовитого океана в него впадает несколько крупных рек – Енисей, Обь, Лена, Маккензи и другие. Он наиболее распреснен, особенно у поверхности, где средняя годовая температура чуть выше —1° С (при средней для всего Мирового океана 17,5°С). Зимой 9/10 площади Северного Ледовитого океана покрыто дрейфующими льдами толщиной до 4,5 м. От Гренландского ледникового щита постоянно откалываются айсберги, один из которых стал причиной крупнейшей морской катастрофы и гибели в 1912 пассажирского судна "Титаник". Но гораздо более крупные айсберги встречаются близ Антарктиды.

Океан – регулятор тепла. Самая высокая температура у поверхности воды в Тихом океане – 19,4°С; Индийский океан имеет 17,3°С; Атлантический – 16,5°С. При таких средних температурах вода в Персидском заливе регулярно нагревается до 35°С. С глубиной температура воды, как правило, падает. Хотя бывают исключения, обусловленные поднятием глубинных теплых вод. Примером может служить западная часть Ледовитого океана, куда вторгается Гольфстрим. На глубине 2 км на всей акватории Мирового океана обычно температура не превышает 2–3°С; в Северном Ледовитом океане она еще ниже.

Мировой океан – мощный накопитель тепла и регулятор теплового режима Земли. Если бы океана не было, средняя температура поверхности Земли составила бы -21°С, то есть была бы на 36° ниже той, которая имеется в действительности.

Воды океана находятся в постоянном движении под воздействием различных сил: космических, атмосферных, тектонических и др. Наиболее выражены поверхностные морские течения, преимущественно ветрового происхождения. Но весьма распространены 3 течения, возникающие из-за разной плотности масс. Течения в Мировом океане подразделяются по преобладающему в них направлению на зональные (идущие на запад и восток) и меридиональные (несущие воды на север и юг). Течения, идущие навстречу соседним, более мощным течениям, называются противотечениями. Специально выделяют экваториальные течения (вдоль экватора). Течения, изменяющие свою силу от сезона к сезону, в зависимости от направления прибрежных муссонов, называются муссонными.

Самое мощное во всем Мировом океане – Циркумполярное, или Антарктическое, круговое течение, обусловленное сильными и устойчивыми западными ветрами. Оно охватывает зону в 2500 км по ширине и километровые толщи по глубине, пронося каждую секунду около 200 млн. т воды. Для сравнения – крупнейшая река мира Амазонка несет лишь около 220 тыс. т воды в секунду.

В Тихом океане наиболее сильно Южное пассатное течение, направляющееся с востока на запад, со скоростью 80-100 миль в сутки. К северу от него находится противотечение, а еще северней – Северное пассатное течение с востока на запад. Зная направление течений, местные жители издавна использовали их для своих передвижений. Вслед за ними воспользовался этим знанием и Т. Хейердал для своего знаменитого путешествия на "Кон-Тики". Аналоги пассатных (буквально "благоприятствующих переезду") течений и противотечений имеются в Индийском и в Атлантическом океанах.

Из меридиональных течений наиболее известны Гольфстрим и Куросио, которые переносят соответственно 75 и 65 млн. т воды в секунду.

Для многих районов Мирового океана (западные берега Северной и Южной Америки, Азии, Африки, Австралии) характерен сгон поверхностных вод от берега, который может быть вызван ветром.

Приливы и отливы. Изменение взаимного расположения Земли и Луны вызывает в Мировом океане приливы и отливы. В открытом океане высота прилива невелика – порядка 1 м, но в воронкообразных заливах, в их самой узкой части высота может превышать 10 м. В Атлантическом океане, в заливе Фанди, прилив достигает высоты 16–17 м, в Охотском море, в Гижигинской губе, высота прилива-12-13 м. Океан практически всегда находится в движении. При шторме высота ветровых волн в открытом океане может превышать 10 м. Максимальная зафиксированная высота волн составила 25 м. На протяжении веков истории о гигантских одиноких 30-метровых (и более) волн, неожиданно вырастающих среди спокойного океана, воспринимались обществом и учеными, скорее, как морские легенды. Точную причину появления гигантских волн так и не смогли установить. Предполагалось, что они как бы вбирают в себя подводную энергию и рождают единственного великана, крушащего все на своем пути. Другое предположение – происходит наложение небольших волн в одну громадную, названную "волной-убийцей".

В числе самых штормовых мест в Мировом океане – северная часть Атлантики в зимнее время. В Атлантическом океане находится знаменитый "Бермудский треугольник" – место гибели многих судов и самолетов, в том числе из-за необычайно трудных условий навигации. Название Тихого океана не соответствует его нраву. "Тихим" он назван Магелланом, экспедиции которого сопутствовала удивительно тихая погода. На самом деле он самый бурный и непредсказуемый из океанов, в значительной мере из-за частых тайфунов. Другая характерная черта Тихого океана – цунами, вызванные подводными землетрясениями. Высота цунами у побережья может достигать 30–50 м. Обрушиваясь на берег, они приводят к массовой гибели людей и катастрофическим разрушениям.

Таким образом, большая часть вод Земли сосредоточена в океанах. Все океаны соединяются между собой, образуя единый Мировой океан. Имеет смысл выделение уровней глубины Мирового океана, т. к. с возрастанием глубины растет давление и плотность воды, уменьшается освещенность, изменяется температура, а следовательно меняются жизненные условия организмов, которые еще мало изучены.

Реки – естественные водные потоки, текущие в выработанном ими русле и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов. Всякая река имеет истоки устье, или дельту. Реки с притоками образуют речную систему, характер и развитие которой обусловлены главным образом климатом, рельефом, геологическим строением и размерами бассейна, то есть той прилегающей местности, откуда идет сток. Реки разделяются на горные реки с быстрым течением, текущие в узких долинах, и равнинные – с характерным медленным течением и широкими террасированными долинами. Наиболее употребимо деление рек по размерам. К малым относятся реки длиной до 200 км и площадью водосбора до 3000 кв. км. Часто отдельно выделяют ручьи, относят к ним небольшие водотоки, длиной менее 10 км. К большим рекам относятся равнинные реки, имеющие площадь водосбора больше 50 тыс. км². На малые реки длиной менее 100 км приходится около 99% общего числа рек России (всего более 2 млн.).

Самая водоносная река мира – Амазонка, за ней следуют Конго, Ганг с Брахмапутрой, Янцзы и Енисей. Самые длинные реки мира – Нил (хотя он не входит в число самых водоносных, поскольку значительную часть своего пути протекает через Сахару), Миссисипи с Миссури. К большим рекам России относятся Енисей, Лена, Обь, Волга, Дон.

Озёра – природные водоемы в углублениях суши (котловинах), заполненные в пределах озерной чаши разнородными водными массами. Для озер характерно отсутствие непосредственной связи с Мировым океаном. Озера занимают около 2,1 млн. км² или почти 1,4% площади суши.

Распределены озера неравномерно. Особенно много их на севере – в тундре и в лесной зоне. К югу, в степи и в пустыне озера встречаются реже. В числе крупнейших и наиболее известных: относятся Верхнее озеро, Гурон, Мичиган, Эри и Онтарио – в Северной Америке, Виктория и Танганьика – в Африке. В России крупными озерами являются Каспийское и Аральское моря, озеро Байкал, Ладожское озеро, Онежское озеро, Таймыр, Ханка и Чудско-Псковское.

Озеро Восток расположено в районе антарктической станции «Восток» под ледяной шапкой толщиной около 4 км. и имеет размеры приблизительно 250 × 50 км. Предполагаемая площадь 15,5 тыс. км². Глубина более 1200 м. Уникальность этого озера в том, что, возможно, находилось в изоляции от земной поверхности на протяжении нескольких миллионов лет. Естественным изолятором озера служил и служит четырёхкилометровый ледяной панцирь над ним. В 2013 г. было закончено бурение льда, и были взяты пробы воды. Исследования будет продолжены.

Атмосфера

Еще один элемент геологического уровня структурной организации материи наряду с литосферой и гидросферой является атмосфера (с греч. – «паровая сфера») – газовое образование, окружающее планету Земля сплошной оболочкой и удерживаемое гравитацией. Атмосфера «разграничивает» планету и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая резкие колебания температуры. Космические частицы при прохождении через атмосферу рассеиваются, и лишь их небольшая часть достигает поверхности Земли. Без атмосферы солнечные лучи раскаляли бы освещенную сторону Земли, а на неосвещенной был бы ледяной холод, и наша планета была бы совсем другой.

Атмосфера земли

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)·10¹⁸ кг. Атмосферное давление, принятое в качестве стандартного среднего значения, составляет Ро = 1033,23 г/см² = 760 мм рт. ст. = 1 атм. Плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м³. 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 (H₂O) и углекислого газа (CO₂). 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 SO₂, NH₃, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I₂, а также NO, NO₂ 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°С 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.

Рис. 14. Глобальные зоны ветров

Общая циркуляция атмосферы – это совокупность воздушных течений крупного масштаба в тропо– и стратосферах. В результате происходит обмен воздушными массами в пространстве, что способствует перераспределению тепла и влаги.

Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы:

Неравномерное распределение солнечной энергии по земной поверхности и как следствие, неравномерное распределение температуры и атмосферного давления.

Силы Кориолиса и трения, под влиянием которых воздушные потоки приобретают широтное направление.

Влияние подстилающей поверхности: наличие материков и океанов, неоднородность рельефа и др.

Распределение воздушных течений в земной поверхности имеет зональный характер.

В действительности система ветров над земной поверхностью гораздо сложнее. В субтропическом поясе во многих районах пассатный перенос нарушается летними муссонами. В умеренных и субполярных широтах огромное влияние на характер воздушных течений оказывают циклоны и антициклоны, а на восточных и северных побережьях – муссоны. Кроме этого, во многих районах образуются местные ветры, обусловленные особенностями территории.

Для атмосферы характерны вихревые движения, крупнейшими из которых являются циклоны и антициклоны. Циклон – это восходящий атмосферный вихрь с пониженным давлением в центре и системой ветров от периферии к центру, направленных в северном полушарии против, в южном – по часовой стрелке. Циклоны делят на тропические и внетропические. Рассмотрим внетропические циклоны. Диаметр внетропических циклонов в среднем около 1000 км, но бывают и более 3000 км. Глубина (давление в центре) – 1000-970 гПа и менее. В циклоне дуют сильные ветры, обычно до 10–15 м/сек, но могут достигать 30 м/сек и более. Средняя скорость перемещения циклона – 30–50 км/час. Чаще всего циклоны перемещаются с запада на восток, но иногда идут с севера, юга и даже востока. Зона наибольшей повторяемости циклонов – 80-е широты северного полушария. Циклоны приносят пасмурную, дождливую, ветреную погоду, летом – похолодание, зимой – потепление. Для антициклонов характерна малооблачная, без осадков погода, со слабыми ветрами в центре, зимой – сильные морозы, летом – жара.

Горно-долинные ветры обладают суточной периодичностью: днем ветер дует вверх по долине и по горным склонам, ночью– наоборот охлажденный воздух спускается вниз. Дневной подъем воздуха приводит к образованию кучевых облаков над склонами гор, ночью при опускании и адиабатическом нагревании воздуха облачность исчезает.

Ледниковые ветры – это холодные ветры, постоянно дующие со стороны горных ледников вниз по склонам и долинам. Они обусловлены выхолаживанием воздуха надо льдом. Их скорость 5–7 м/с, мощность несколько десятков метров. Они интенсивнее ночью, так как усиливаются ветрами склонов.

Важнейшей особенностью атмосферы земли является наличие значительного количества влаги, которая концентрируется в виде облачных структур. Облачность – степень покрытия неба облаками, выраженная в процентах или в 10-бальной шкале. Форма облаков определяется международной классификацией. Влага попадает в атмосферу вследствие испарений с поверхности Земли. Около 90% ее сосредоточено в нижнем пятикилометровом слое. С высотой количество влаги быстро уменьшается, т. к. понижается температура, так при температуре +30°С в 1 м³ может находиться максимум 0,03 кг водяного пара, а при температуре -30°С на порядок меньше. При насыщении воздуха водяным паром и при понижении температуры, происходит конденсация пара, образуются капельки воды или ее кристаллы, а при их укрупнении, выпадающие в виде осадков.

Облака – скопления взвешенных в атмосфере водяных капель (водяные облака), ледяных кристаллов (ледяные облака) или – тех и других вместе (смешанные облака). При укрупнении капель и кристаллов они выпадают из облаков в виде осадков. Облака образуются, главным образом, в тропосфере. Они возникают в результате конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе. Диаметр облачных капель порядка нескольких мкм. Содержание жидкой воды в облаках – от долей до нескольких граммов на м³. Облака различают по высоте: Согласно международной классификации существует 10 родов облаков: перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые, высококучевые, высокослоистые, слоисто-дождевые, слоистые, слоисто-кучевые, кучево-дождевые, кучевые.

В стратосфере наблюдаются также перламутровые облака, а в мезосфере – серебристые облака.

Перистые облака – прозрачные облака в виде тонких белых нитей или пелены с шелковистым блеском, не дающие тени. Перистые облака состоят из ледяных кристаллов, образуются в верхних слоях тропосферы при очень низких температурах. Некоторые виды перистых облаков служат предвестниками смены погоды.

Перисто-кучевые облака – гряды или слои тонких белых облаков верхней тропосферы. Перисто-кучевые облака построены из мелких элементов, имеющих вид хлопьев, ряби, маленьких шариков без теней и состоят преимущественно из ледяных кристаллов.

Перисто-слоистые облака – белесоватая полупрозрачная пелена в верхней тропосфере, обычно волокнистая, иногда размытая, состоящая из мелких игольчатых или столбчатых ледяных кристаллов.

Высококучевые облака – белые, серые или бело-серые облака нижних и средних слоев тропосферы. Высококучевые облака имеют вид слоев и гряд, как бы построенных из лежащих друг над другом пластинок, округлых масс, валов, хлопьев. Высококучевые облака образуются при интенсивной конвективной деятельности и обычно состоят из переохлажденных капелек воды.

Высокослоистые облака – сероватые или синеватые облака волокнистой или однородной структуры. Высокослоистые облака наблюдаются в средней тропосфере, простираются на несколько км в высоту и иногда на тысячи км в горизонтальном направлении. Обычно высокослоистые облака входят в состав фронтальных облачных систем, связанных с восходящими движениями воздушных масс.

Слоисто-дождевые облака – низкий (от 2 и выше км) аморфный слой облаков однообразно-серого цвета, дающий начало обложному дождю или снегу. Слоисто-дождевые облака – сильно развиты по вертикали (до нескольких км) и горизонтали (несколько тысяч км), состоят из переохлажденных капель воды в смеси со снежинками обычно связаны с атмосферными фронтами.

Слоистые облака – облака нижнего яруса в виде однородного слоя без определенных очертаний, серого цвета. Высота слоистых облаков над земной поверхностью составляет 0,52 км. Изредка из слоистых облаков выпадает морось.

Кучевые облака – плотные, днем ярко-белые облака со значительным вертикальным развитием (до 5 км и более). Верхние части кучевых облаков имеют вид куполов или башен с округлыми очертаниями. Обычно кучевые облака возникают как облака конвекции в холодных воздушных массах.

Слоисто-кучевые облака – низкие (ниже 2 км) облака в виде серых или белых не волокнистых слоев или гряд из круглых крупных глыб. Вертикальная мощность слоисто-кучевых облаков невелика. Изредка слоисто-кучевых облака дают небольшие осадки.

Кучево-дождевые облака – мощные и плотные облака с сильным вертикальным развитием (до высоты 14 км), дающие обильные ливневые осадки с грозовыми явлениями, градом, шквалами. Кучево-дождевые облака развиваются из мощных кучевых облаков, отличаясь от них верхней частью, состоящей из кристаллов льда.

Тропопауза – переходный слой между тропосферой и расположенной над нею стратосферой, где температура достигает минимального значения для нижней части атмосферы и с ростом высоты перестает уменьшаться, является стабильной. Температура и высота тропопаузы в зависимости от географической широты и сезона в пределах от 190 до 220 К и от 8 до 18 км. В умеренных и высоких широтах зимой она ниже, чем летом на 1–2 км и на 8 – 15 К теплее. В тропиках сезонные изменения значительно меньше: высота 16–18 км, температура 180–200 К. Над струйными течениями возможны разрывы тропопаузы.

Стратосфера (с лат. – слой и сфера) – слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 км в высоких широтах и от 16–18 км около экватора до 50–55 км. Стратосфера характеризуется повышением температуры с —40°С (—80°С) до температур, близких к 0°С, с малой турбулентностью, ничтожным содержанием водяного пара, повышенным содержанием по сравнению с ниже– и вышележащими слоями озона. В нижней части стратосферы, до высоты 25 км температура растет медленно, в верхних широтах температура растет довольно быстро.

Озон (с греч. – пахнущий) – модификация кислорода, образуется из О₂ при электрическом разряде (например во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца). Основная масса О₃ в атмосфере расположена в виде слоя – озоносферы – на высоте от 10 до 50 км с максимумом концентрации на высоте 20–25 км. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. под действием солнечной ультрафиолетовой радиации молекулы кислорода здесь расщеплены на атомы (О₂ = О + О) и О₂ превращается в озон (О₂ + О = О₃) – одну из форм существования кислорода. Если весь озоновый слой поместить в нормальные условия (температура 0°С и давление 1 атм), то его толщина составила бы несколько миллиметров. На большой высоте давление газов очень мало и концентрация озона в слое толщиной несколько километров очень низка, но даже настолько разреженный озон поглощает около 97% ультрафиолетового излучения Солнца, опасного для живых существ. Без озонового слоя существование жизни на поверхности Земли было бы невозможно.

ИОНОСФЕРА – верхние слои атмосферы, начиная от 50–85 км до 600 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Перемещение заряженных частиц по магнитным силовым линиям к полярным областям на широтах от 60 до 75° приводит к появлению полярных сияний. Верхняя граница ионосферы – внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере – разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Состоит ионосфера из мезосферы и термосферы.

ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ – быстро изменяющиеся разноцветные картины свечения, наблюдаемые время от времени на ночном или вечернем небе, обычно в высокоширотных областях Земли (как на севере, так и на юге). Зеленый и красный цвета соответствуют эмиссионным линиям атомов кислорода и молекул азота, которые возбуждаются энергичными частицами, приходящими от Солнца. Полярные сияния происходят на высотах порядка 100 км. Во время полярных сияний в ионосфере протекают многочисленные процессы, такие как возмущения геомагнитного поля, электрические ионосферные токи и рентгеновское излучение. В невидимых частях спектра излучается гораздо больше энергии, чем в видимом диапазоне. Появление полярных сияний связано с солнечным циклом, вращением Солнца, сезонными изменениями и магнитной активностью. Полярные сияния принимают несколько основных форм. Спокойные дуги или полосы шириной в несколько десятков километров простираются с востока на запад на расстояния до 1000 км. Полосы могут сворачиваться, принимая спиральную или S-образную форму. Можно увидеть и лучи, идущие вдоль магнитного поля. Пятна полярных сияний – это отдельные светящиеся области неба без образования каких-либо форм.

МЕЗОСФЕРА находится примерно до 80–85 км, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Здесь температура с высотой уменьшается, достигая -90°C у верхней границы (мезопаузы).

СЕРЕБРИСТЫЕ облака очень тонки и рассеивают лишь малую часть падающего на них солнечного света, так что с Земли днем или в начале сумерек их нельзя заметить. Так как они появляются только в летнее время, их невозможно наблюдать в самых высоких широтах, где небо никогда не становится достаточно темным. В то же время серебристые облака – явление высокоширотное, т. к. диапазон широт, в которых они практически наблюдаются, весьма узок (от 50°до 65°). Облака образуются в присутствие ядер конденсации, на которых вода превращается в лед. Точно не известно, каковы эти ядра (ионы, возникающие под действием солнечного ультрафиолета, или микрометеоритные частицы). Главное условие возникновения серебристых облаков – достаточно низкая температура, которая на высотах 80–90 км должна быть около 120 K (-150°C). Облака возникают в результате воздушных течений от одного полюса к другому и не зависят от уровня солнечной радиации. Имеются наблюдения, позволяющие предположить, что в течение последних десятилетий серебристые облака возникают чаще. Это связано с возрастанием концентрации водяных паров в верхней атмосфере из-за увеличения количества метана. Частота возникновения серебристых облаков изменяется с циклом солнечной активности.