Атмосфера (від грец. atmos – пар) – зовнішня повітряна оболонка Землі, що складається з суміші різних газів:
- азоту (78,08%);
- кисню (20,95%);
- аргону (0,93%);
- вуглекислого газу (0,03%).
До складу повітря також входять в невеликій кількості інертні гази: гелій, неон, ксенон, криптон, водень, озон та інші, які в цілому складають близько 0,01%. Крім того, в повітрі містяться водяні пари і деяка кількість пилу.
Атмосфера включає п’ять основних оболонок.
- Нижній шар атмосфери – тропосфера – має товщину над полюсами Землі 8-10 км, в помірних широтах – 10-12, а на екваторі – 16-18 км.у тропосфері зосереджено близько 80% маси атмосфери. Тут знаходиться майже весь водяна пара атмосфери, формуються опади, і відбувається горизонтальне і вертикальне переміщення повітря.
- Стратосфера поширюється від 8-16 до 45-55 км.вона включає близько 20% маси атмосфери, а водяна пара в ній майже відсутня. У стратосфері є шар озону, який поглинає ультрафіолетове випромінювання Сонця, захищаючи живі організми на Землі.
- Мезосфера – середній шар атмосфери, що тягнеться до висоти 80 км.щільність повітря в цьому шарі в 200 разів менше, ніж у земної поверхні.
- Іоносфера – верхній шар атмосфери, розташований на висоті від 80 до 800-1000 км, складається в основному із заряджених (іонізованих) атомів кисню, заряджених молекул оксиду азоту і вільних електронів. В іоносфері виникають полярні сяйва, спостерігаються різкі коливання магнітного поля.
Зовнішній шар атмосфери – екзосфера – починається з висоти 800-1000 км від поверхні Землі. Цей шар ще називають сферою розсіювання, оскільки тут частинки газів рухаються з великою швидкістю і можуть вислизати в космічний простір.
Клімат будь-якій місцевості залежить, перш за все, від її географічної широти.
Чим ближче до екватора, тим більше кут падіння сонячних променів, тим сильніше нагрівається земна поверхня і вище температура повітря. Спостереження за температурою повітря виявили існування добових і річних її коливань. Різниця між найбільшими і найменшими значеннями температури повітря протягом доби називається добовою амплітудою; протягом року – річною амплітудою.
Амплітуда добових коливань залежить від ряду факторів:
- характеру підстильної поверхні: над океанами і морями вона дорівнює всього 1-2°, а над степами і пустелями досягає 15-20°.
- рельєфу місцевості: внаслідок опускання в долину холодного повітря зі схилів.
- хмарності: зі збільшенням хмарності добова амплітуда зменшується.
Річні коливання температури залежать, головним чином, від широти місця і близькості океану. У зоні екватора над морями річна амплітуда дорівнює всього 1°, над континентами – 5-10°. У більш високих широтах амплітуда зростає. У районі Москви вона вже становить 29°. Слід мати на увазі, що на одній і тій же широті річна амплітуда температур збільшується з віддаленням від океану.
Теплові пояси (температурні, термічні) – широтні пояси Землі з певними умовами температури повітря. Тропічний (жаркий) пояс розташований між річними ізотермами +20°C; помірні пояси Північної і Південної півкуль – між річними ізотермами +20°C і ізотермою найтеплішого місяця +10°C. Полярні (холодні) пояси обох півкуль розташовані між ізотермами найтеплішого місяця +10°C і 0°C.
Сонячна радіація. Сонячне випромінювання, сонячна радіація – єдине джерело енергії для екзогенних процесів на земній поверхні і в атмосфері. Випромінюванням називається процес тепловіддачі одним і поглинання іншим тілом невидимих теплових (інфрачервоних) променів. Чим вище температура тіла, тим інтенсивніше воно випромінює.
Поверхня землі отримує тепло за рахунок сонячного випромінювання, а вночі вона остигає, випускаючи теплові промені в атмосферу. Сонячна радіація зазвичай виражається в калоріях за одиницю часу на одиницю поверхні. Всього Земля отримує від сонця 2,4 * 10 калорій променистої енергії в 1 хвилину.
Тепловий баланс системи Земля-атмосфера складається з радіації, одержуваної від сонця (100 ум. од.), радіації, відбитої в світовий простір хмарами, атмосферою і земною поверхнею (37 ум. ОД.), з випромінювання поверхні Землі, що йде в світовий простір (8 ум. ОД.) і випромінювання самої атмосфери (55 ум. од.). Він відображає прихід і витрата потоків тепла в системі Земля – атмосфера і закон збереження енергії.
Сонячні промені віддають атмосфері безпосередньо від 1/12 до 1/6 частини своєї енергії. Ця енергія розподіляється по всій товщі атмосфери, а тому викликається нею нагрівання повітря відносно невелика. Сонце в основному нагріває поверхню Землі, від якої тепло передається атмосферному повітрю різними шляхами:
- за рахунок конвекції, тобто вертикального переміщення нагрівається у земної поверхні повітря, замість якого з вищерозміщеного шару опускається більш холодне повітря, в свою чергу нагрівається і піднімається вгору;
- шляхом випромінювання;
- за рахунок теплопровідності, тобто передачі тепла земної поверхні частинкам стикається з нею атмосферного повітря.
Саме так земна атмосфера отримує більшу частину тепла: в середньому в 3 рази більше, ніж безпосередньо від сонця. Присутність в атмосфері Землі вуглекислого газу і водяної пари не дозволяє тепла, відбитого від земної поверхні, безперешкодно йти в космічний простір.
Вони створюють так званий парниковий ефект, завдяки якому перепад температури на Землі протягом доби не перевищує 15°С. якби парниковий ефект був відсутній, земна поверхня остигала б за ніч в середньому на 30-40 °С.
Розподіл сонячної радіації по земній поверхні залежить від географічної широти місця. Від полюсів до екватора радіація збільшується, бо чим більше кут, під яким сонячні промені падають на поверхню Землі, тим більше тепла вона отримує на одиницю площі. Від широти місця залежить і тривалість дня в різні пори року, що також визначає величину сонячної радіації, що надходить на земну поверхню.
Однак прихід сонячної радіації на земну поверхню в певному місці залежить не тільки від географічної широти. Тепло і світло в атмосфері Землі відбиваються, поглинаються, розсіюються містяться в ній водяною парою, пилом, а також хмарами. В атмосфері утворюється розсіяна радіація.
Сумарна радіація. Крім прямих сонячних променів (прямої радіації), до земної поверхні приходить і частина радіації, розсіяної в атмосфері. У районах, де часто буває хмарність, річна величина розсіяної радіації більше величини прямої радіації.
Приходить на земну поверхню радіацію, пряму і розсіяну, називають сумарною радіацією. По поверхні планети сумарна радіація розподіляється не строго зонально: в різних місцях під однією і тією ж широтою вона буває неоднакова.
Сумарна радіація частково поглинається земною поверхнею, нагріваючи її, а частково відбивається від неї. Відбита земною поверхнею радіація називається відбитої, а поглинена земною поверхнею – поглиненої радіацією.
Особливо сильно відображає радіацію сніг (до 90%), слабкіше – пісок (35%), трава (20%), ще слабкіше – чорнозем (4%). Здатність поверхні відбивати сонячні промені називається альбедо.
Поглинена радіація нагріває грунт, рослинний покрив, верхні шари води. На території нашої країни річна сумарна радіація змінюється від 60 ккал/см2 на півночі до 160 ккал/см2 на півдні.
