Атмосфера Землі 

Атмосфера Землі — повітряна оболонка, що оточує Землю й обертається разом із нею. Маса атмосфери становить 5,15 · 1015 т. Нижня межа атмосфери — поверхня Землі; верхня — висоти 2000—3000 км, хоч вона поширюється до 20 000 км і поступово переходить у міжпланетний простір.

Основними складовими повітря (за об’ємом) є азот і кисень.

Атмосфера відіграє важливу роль у поглинанні, розсіюванні та відбиванні сонячної енергії. Вона одержує тепло від суходолу та океанів і охолоджується зверху, випромінюючи тепло у міжпланетний простір. Проте переважно вона затримує тепло і таким чином відіграє роль отеплювача Землі.

Атмосфера перебуває в постійному русі, унаслідок чого здійснюється обмін теплом і холодом між різними зонами й ділянками, які по-різному нагріваються. Атмосфера є також джерелом мінеральної сировини. Із неї добувають азот, кисень, аргон та інші гази для потреб народного господарства.

Атмосфера підтримує різні форми життя на Землі, регулює теплообмін планети з космічним простором, впливає на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів.

Будова атмосфери

Атмосфера має п’ять основних шарів (оболонок): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) й екзосферу.

Тропосфера — нижній шар атмосфери, що прилягає до Землі. Тому її фізичні властивості визначаються впливом Землі. Над полюсами її висота становить близько 8 км, над помірними широтами — 11—12 км, над екватором до 17—18 км. У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара й розвиваються всі явища погоди — утворюються хмари, випадають опади тощо. У цьому полягає одне з найважливіших значень тропосфери для процесів, що відбуваються в ландшафтній оболонці Землі.

Стратосфера — безхмарний або малохмарний шар повітря, який лежить над тропосферою й простягається в середньому від 11—12 до 55 км. У нижній частині стратосфери температура продовжує знижуватись і на висоті 25 км становить приблизно –40 °С. Потім вона починає підвищуватись, бо саме тут починається озо­новий шар — частина атмосфери з під­вищеним вмістом газу озону. Най­біль­ша його кількість — на висоті 27—28 км. Озон поглинає коротке ультрафіолетове проміння і цим захищає від його згубної дії живі істоти. У верхній частині страто­сфе­ри температура повітря досягає +10 °С.

Мезосфера — шар повітря на висотах 55—80 км. Це — найхолодніша частина атмо­сфери. Озону тут вже немає, і тому у верхній її частині температура знижується до –80 °С. За такої низької температури рештки водяної пари утворюють дуже тонкі хмари — найвищі хмари атмосфери.

Термосфера (іоносфера) простягається на висоті від 80 до 800—1000 км. Там гази дуже розріджені, тиск низький. Під впливом космічної радіації молекули газів утрачають або приймають електрони, тобто іонізуються. Саме в іоносфері виникає полярне сяйво.

Екзосфера розташована на висоті понад 800—1000 км. Це верхній шар атмосфери, який межує з міжпланетним простором.

Здатність Землі утримувати атмосферу залежить від земного тяжіння та швидкості руху молекул повітря. Кожне тіло, яке віддаляється від Землі зі швидкістю, меншою, ніж 8 км/с, повертається на неї під дією сили тяжіння. За швидкості 8—11 км/с тіло потрапляє на навколоземну орбіту, а понад 11 км/с — переборює земну гравітацію.

Частинки верхніх шарів атмосфери, які мають високу енергію, утримуються завдяки магнітному полю Землі (магнітосфері). Магнітосфера захищає життя на Землі від шкідливого впливу космічного випромінювання.

Температура повітря та її вимірювання

Однією з важливих ознак повітря є його температура. Вимірюється вона за допомогою ртутних або спиртових термометрів.

Сонячні промені, вільно проходячи крізь шари повітря, майже не нагрівають його. Нагрівання тропосфери відбувається від поверхні Землі, тому з підняттям угору температура повітря знижується (на кожний кілометр підйому на 5—6 °С).

Атмосферний тиск та його вимірювання

Тепле повітря легше за холодне, тому воно піднімається вгору, а його тиск на поверхню Землі стає слабкішим. Так виникають області низького (зниженого) тиску. Важке холодне повітря, навпаки, опускається, і виникають області високого (підвищеного) тиску.

Атмосферний тиск визначають барометром. 

Барометри бувають двох типів — ртутні та анероїди. 

Вимірюється атмосферний тиск у міліметрах ртутного стовпчика або мілібарах.

За нормальних умов атмосферний тиск на рівні моря становить 760 мм рт. ст. Із висотою він знижується (приблизно на 1 мм рт. ст. на 10 м підйому).

Вітер

Унаслідок виникнення областей з під­ви­щеним і зниженим атмосферним тиском повіт­ря починає переміщатися з перших до других. Так виникає вітер — горизонтальне переміщення повітря. 

Повітря може переміщуватися з різною швидкістю. Вона є тим більшою, чим більшою є різниця тиску між ділянками. Швидкість вітру залежить також від близькості розташування ділянок атмосфери з різним тиском.

Від швидкості вітру залежить його сила. Вимірюється вона в балах за допомогою спеціального інструмента — флюгера.

Водяна пара в повітрі

Під дією сонячних променів нагріваються й водойми. При цьому частина води випаровується, тобто переходить у газоподібний стан. Кількість водяної пари у певному об’ємі повіт­ря називається абсолютною вологістю і вимірюється в грамах на кубічний метр (г/м3).

Повітря може поглинати й утримувати водяну пару лише до певної межі. Чим тепліше повітря, тим більше водяної пари воно може містити. Так, за температури +10 °С кіль­кість водяної пари в 1 м3 повітря може досягати 9 г, а за температури +17 °С — вже 17 г. Але, як правило, у повітрі міститься менше водяної пари, ніж воно може утримувати. Відношен­ня кіль­кості водяної пари, яка міститься в повітрі, до максимально можливої її кількості за даної температури, виражене у відсотках, називається відносною вологістю. Вимірюють її за допомогою гігрометра або психрометра.

Якщо відносна вологість повітря досягне 100 %, то частина водяної пари знову перетвориться на рідину. Скупчення дрібних крапель води чи кристаликів льоду високо над поверхнею Землі називається хмарою, а біля поверхні Землі — туманом.

Хмари бувають різні — перисті, шаруваті, купчасті, дощові та їх різновиди. З деяких із них (купчасто-дощових і шарувато-дощових) можуть випадати опади (так називається волога, яка по­трапила з атмосфери на землю). Вони можуть бути рідкими (дощ) і твердими (сніг, град).

Опади можуть випадати і не з хмар (роса, іній). Їхню кількість вимірюють за допомогою опадоміра в міліметрах.