Из чего состоит воздух?

Воздух невидим. Замечаем мы его, когда он приходит в движение, и мы ощущаем дуновение ветра. Но исчезни он, и это тут же почувствуется. В основном это смесь газов. В совершенно сухом воздухе содержится 78% азота и 21% кислорода, без которого жизнь человека и животного мира невозможна. Еще 1% приходится на смесь из углекислого и других газов.

Разумеется, воздух никогда не бывает совершенно сухим. В нем всегда присутствует еще и водяной пар. Содержание паров зависит от места и времени, но без них не было бы облаков, дождя и вообще жизни на Земле.

В воздушном океане плавают мириады микроскопических твердых частиц. Даже чистый воздух в открытом море содержит более тысячи пылинок на кубический сантиметр. А в больших городах их число может возрастать до нескольких миллионов. Сажа, песок, соль из брызг морской воды, споры растений и цветочная пыльца плавают в воздухе. При извержении вулкана в атмосферу могут выбрасываться тонны пепла. Даже метеорные частицы способствуют загрязнению воздуха. Продукты сгорания этих частиц медленно, но верно оседают на поверхности Земли.

Какова толщина земной атмосферы?

По сравнению с размерами нашей планеты окутывающий ее воздушный слой – лишь тонкая пленка. Хотя у атмосферы нет четко определенной верхней границы, ее толщина приближается к 500 км. На больших высотах разрежённая газовая атмосфера переходит в почти полный вакуум открытого космоса. Наша атмосфера неоднородна и состоит из четырех отчетливо выраженных слоев. Самый нижний из них, толщиной примерно 15 км, называется тропосферой. Здесь зарождается большинство бурь и ураганов, а циркуляция воздуха постоянно приводит в движение облака.

Следующий слой, названный стратосферой, имеет толщину 40 км и простирается примерно до высот 50-55 км. Там в отличие от тропосферы царит почти полное затишье, поэтому именно в стратосфере летают реактивные самолеты, избегая турбулентных потоков нижнего слоя.

Третий слой – холодная мезосфера – занимает следующие 30 км воздушного пространства, достигая уровня примерно 80 км. Здесь происходит сгорание метеорных частиц. Далее начинается термосфера и ионосфера – последний слой земной атмосферы, состоящий из чрезвычайно разреженного и электрически заряженного воздуха, где происходят в прямом смысле слова небесные явления – ”полярные сияния”.

Что такое озоновый слой?

От других слоев атмосферы стратосфера отличается повышенным содержанием озона. Он непрерывно образуется в этой области атмосферы, а затем снова переходит в кислород под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Количество озона даже в озоновом слое очень невелико, однако он играет важную роль в поддержании жизни на Земле. Поскольку на образование и распад озона идет много солнечной энергии, температура в стабильной стратосфере выше, чем у ее неспокойного нижнего соседа – тропосферы. Она выполняет роль крыши, защитного фильтра по поддержанию определенного климата в нижней атмосфере. Но главная функция озонового слоя в том, что он задерживает большую часть губительного для жизни ультрафиолетового излучения, пропуская столько ультрафиолета, сколько нужно для жизни на Земле.

Сколько весит воздух?

Как и вода в океане, воздух у нас над головой тоже имеет вес. На плечи каждого из нас давит в среднем 1 т воздуха, но мы этого не ощущаем, поскольку воздух оказывает на нас давление со всех сторон.
На уровне моря нормальное давление воздуха составляет приблизительно 1 кг/см², однако чем выше, тем атмосферное давление становится меньше. Так, на уровне 3500 м оно падает уже до 700 г/см², а на вершине Эвереста (8848 м) – до всего лишь 315 г/см². Воздух там так разрежен, что альпинисты берут с собой запас кислорода.

Вес воздушного океана не укладывается в сознании. Если атмосферное давление на уровне моря составляет всего 1 кг/см², то вся гигантская масса воздуха у нас над головой весит 5 х 10¹⁵ тонн!

Почему небо голубое?

Цвет неба обусловлен оптическими свойствами молекул газов, из которых состоит атмосферный воздух. Интенсивный белый свет Солнца представляет собой смесь всех цветов радуги, причем каждый цвет имеет определенную длину волны. Наибольшей длиной волны обладает излучение в красном и желтом диапазоне, а наименьшей – в сине-фиолетовом. Небо имеет голубой цвет, так как молекулы газа сильнее отклоняют короткие световые волны, рассеивающиеся во все стороны, многократно меняющие направление при прохождении через атмосферу. Длинные световые волны достигают глаз фактически по прямой от Солнца, короткие (голубые) идут отовсюду, окрашивая небо в различные оттенки голубого цвета.

Присутствующие в воздухе более крупные частицы рассеивают как коротковолновое, так и длинноволновое излучение. Когда таких частиц много, рассеиваемые ими волны большей длины снижают интенсивность голубого цвета и небо кажется бледно-голубым или даже молочно-белым.

Почему на закате небо приобретает такие красочные оттенки?

Вечером, когда Солнце склоняется к горизонту, его лучи проделывают значительно более длинный путь сквозь атмосферу, чем в дневные часы, когда оно располагается прямо у нас над головой. Крупные частицы в нижней части атмосферы столь сильно рассеивают свет, что наших глаз достигает лишь излучение красного и желтого диапазона. Солнце при этом нередко представляется взору малиновым шаром, а его лучи, идущие под малым углом к горизонту, окрашивают облака снизу в цвета самых фантастических оттенков.

Как возникает радуга?

Солнечным днем в любой момент можно увидеть радугу – достаточно взять шланг и начать поливать цветы в саду. Если при этом встать спиной к Солнцу, освещающему водяные брызги, то обязательно увидишь небольшую радугу. Так же возникает и настоящая радуга, только в этом случае солнечные лучи проходят не сквозь мелкие брызги воды, а сквозь завесу дождя, который идет где-то в отдалении. Радуга – это мириады отдельных дождевых капель, выполняющих роль крошечных призм и зеркал. Они сначала преломляют падающие на них солнечные лучи, разлагая свет на все цвета спектра, а затем отражают своей внутренней стороной, делая их доступными нашему взору. Поскольку разные лучи выходят из преломляющей призмы под несколько отличающимися друг от друга углами, мы видим аккуратные полоски разных цветов спектра – красного, зеленого и фиолетового, а иногда еще желтого и оранжевого.

Отчего дует ветер?

Землю опоясывают несколько зон, в которых преобладают ветры определенного типа. Горячий воздух у экватора расширяется и поднимается вверх, что приводит к возникновению устойчивых ветров пассатов. Попадая в зоны конских широт (пояса высокого давления в районе 30° с.ш. и 30° ю.ш.), теплый воздух опускается, способствуя усилению и пассатов, и западных ветров. Ближе к полюсам он снова поднимается в другой зоне низкого давления, где теплые западные ветры сталкиваются с холодными полярными воздушными массами. Описанная система воздушных течений достаточно стабильна, однако неравномерный нагрев земной поверхности и сезонные вариации иногда вносят в нее существенные коррективы.

Воздух в нижнем слое атмосферы находится в постоянном движении, которое может принимать самые разные формы – от легкого бриза до ураганного ветра.  Движущая сила всех этих процессов – энергия Солнца. При нагревании под действием солнечных лучей воздух расширяется и поднимается вверх, таким образом возникают области низкого давления. Туда устремляются более плотные и холодные воздушные массы.

Однако на циркуляцию атмосферы влияют и многие другие факторы, в частности существование гор и пустынь и различная теплоемкость больших пространств суши и моря. В результате помимо глобальных процессов атмосферной циркуляции есть и так называемые местные ветры, имеющие локальное значение.

Например, французский ветер ”мистраль” сухой, но холодный. Скорость его может достигать 140 км/ч, а дует он порой несколько дней подряд. Неудивительно, что мистраль наводил ужас на местных жителей еще во времена Римской империи.

В Америке на востоке Скалистых гор зимой дует ветер ”чинук” – это сухой горячий ветер, который периодически слетает по склонам гор и устремляется на равнины.
Сильные ветры рождаются и в пустынях. Так, например, в странах, которые прилегают к Средиземному морю, широко известен горячий южный ветер ”сирокко”, приходящий из Сахары и Аравийской пустыни. Продувает Сахару еще и восточный ветер, под названием ”гарматан”.