Какими свойствами можно охарактеризовать стратосферу

В число составных частей строения земной атмосферы входит стратосфера. На нее приходится 20% от общего объема воздушного запаса. Стратосфера по высоте в км от Земли является вторым атмосферным слоем от поверхности планеты из 5 основных.

Расположение и высота от Земли

Эта атмосферная область размещается между нижележащей тропосферой и вышележащей мезосферой. Она начинается сразу после тропопаузы. Такая переходная часть отделяет тропосферу от стратосферы. Тропопауза размещается примерно в 10 км над полюсами Земли, постепенно повышаясь к экватору.

Контур нижней границы стратосферы напрямую зависит от расположенной под ней переходной части атмосферы. Тропопауза имеет неровные очертания. Это обусловлено зависимостью ее высоты от местонахождения сильных климатических явлений: над антициклонами она находится выше, а над циклонами — ниже. За тропопаузой, повторяя ее ломаные очертания, располагается слой стратосферы.

Эта часть строения атмосферы по высоте охватывает пространство между 11 км и 50 км от поверхности земного шара. Ее нижняя граница проходит в 11 км над Землей возле полюсов. По направлению к экватору она становится все выше и на 0° широты доходит до 18 км над поверхностью планеты. Верхняя граница слоя размещается на высоте 50-55 км над Землей.

Строение стратосферы

По своему устройству эта часть атмосферы включает 4 слоя. К ним относятся:

• нижняя часть;
• озоносфера;
• верхняя часть;
• стратопауза.

Общая высота этой области составляет около 40 километров. Нижняя часть занимает пространство от 11 до 25 км, а верхняя (она же — область инверсии) — от 25 до 50 км. Такое разделение напрямую связано с расположением озонового щита.

Слой из этого вещества распространяется на всю стратосферу и даже выходит за ее верхнюю границу. Озоносфера начинается на высоте 15-20 км. Заканчивается она в 55-60 км над Землей, т.е. уже в мезосфере. Образование озона осуществляется через фотохимические реакции или процесс взаимодействия кислорода с ультрафиолетом. Их наибольшая интенсивность зафиксирована на высоте 30 км. Но максимальная концентрация вещества размещается в 25 км над земным шаром. По этой причине стратосфера делится на 2 части на этом уровне.

Верхняя часть описываемого атмосферного слоя оканчивается стратопаузой. Она является границей, отделяющей стратосферу от мезосферы. Для стратопаузы характерна постоянная температура воздуха около 0°C.

Свойства и особенности

В состав стратосферы входит 90% озона от его общего содержания в атмосфере планеты Земля. Кроме этого вещества и кислорода она включает различные загрязнения. Но разреженных пылевидных частиц в ней вдвое меньше, чем сульфатных аэрозольных. По плотности воздух в этой части атмосферы в сотни раз уступает тому, который находится на уровне моря.

Озоновый слой, расположенный внутри этой области, служит щитом, защищающим планету от опасного радиоактивного излучения Солнца — ультрафиолета (УФ). Также этот своеобразный барьер является предельной границей биосферы, т.е. зоны обитания живых организмов. Условия выше него не подходят для чьего-либо существования. Поэтому жизнь есть только под озоносферой. Это значит, что по обитаемости стратосфера состоит из 2 частей. Нижняя (под озоновым щитом) населена живыми организмами. Верхняя, над ним — необитаема.

Несмотря на большое пространство, занимаемое озоносферой, общего количества вещества, собранного в отдельный сплошной слой вокруг планеты, при нормальном давлении хватило бы на создание щита толщиной 1,7-4 мм.

Стратосфера по своей структуре является более однородной, чем нижележащая тропосфера. Из-за характерного для газа снижения плотности с увеличением высоты коэффициент диэлектрической проницаемости в ней равняется 1. Поэтому стратосфера слабо влияет на радиоволновое распространение.

В этой области атмосферы задерживается преимущественная часть УФ-излучения. Там же преобразуется энергия его составляющих — коротких волн. Эти лучи обусловливают такие явления и реакции, как:

• ионизация;
• распад молекул (солнечная радиация запускает процесс их диссоциации на атомы);
• изменение магнитных полей;
• новообразование газов;
• возникновение химических соединений.

Такие процессы отражаются в форме различных небесных свечений — зарниц, северных сияний и т.д.

Для стратосферы свойственно мизерное содержание водяного пара. Как следствие, в ней практически полностью отсутствует облачность. Эта характеристика делает стратосферу подходящей областью атмосферы для совершения полетов, т.к. в ней стабильные условия. Большинство современных сверхзвуковых самолетов коммерческого и военного назначения летают в этой зоне на уровне 20 км над планетой.

В этой же атмосферной области, но уже в 40 км от Земли, собирают необходимые сведения высотные беспилотные аэростаты — метеозонды. Максимальный подъем такого аппарата равен 51,8 км. Это означает, что аэростат пересекает всю стратосферу и добирается до ее верхней границы.

Температурные колебания

В отличие от тропосферы, в стратосфере температура воздуха возрастает. В предшествующей ей тропопаузе этот показатель перестает снижаться с повышением высоты. Эта особенность сохраняется и в нижней части слоя стратосферы, размещающейся на высоте от 11 до 25 км. В этой области температура имеет практически неизменные значения.

В верхней части на высоте от 25 до 40 км происходит инверсия показателей. Там температура повышается от -56,5°C до +0,8°C. Воздух в этой атмосферной области прогревается только за счет того, что озон поглощает ультрафиолет.

На высоте 40 км температурные показатели воздуха доходят до 0°C (если точнее, то до +273 К). Это значение остается неизменным до 55 км над Землей, где кончается стратопауза, служащая границей, отделяющей стратосферу от мезосферы.

Стратосфера — это один из верхних слоев воздушной оболочки нашей планеты. Она начинается на высоте примерно 11 км над землей. Здесь уже не летают самолеты пассажирской авиации и крайне редко образуются облака. В стратосфере располагается озоновый слой Земли – тонкая оболочка, защищающая планету от проникновения губительного ультрафиолета.

Воздушная оболочка планеты

Атмосфера представляет собой газовую оболочку Земли, прилегающую внутренней поверхностью к гидросфере и земной коре. Внешняя граница ее постепенно переходит в космическое пространство. Состав атмосферы включает газы: азот, кислород, аргон, углекислый газ и так далее, — а также примеси в виде пыли, капель воды, кристаллов льда, продуктов горения. Соотношение основных элементов воздушной оболочки сохраняется постоянным. Исключение составляют углекислый газ и вода — их количество в атмосфере нередко меняется.

Слои газовой оболочки

Атмосферу подразделяют на несколько слоев, располагающихся друг над другом и имеющих особенности в составе:

• пограничный слой — непосредственно прилегает к поверхности планеты, простирается до высоты в 1-2 км;

• тропосфера — второй слой, внешняя граница в среднем располагается на высоте 11 км, здесь сконцентрирован практически весь водяной пар атмосферы, образуются облака, возникают циклоны и антициклоны, по мере увеличения высоты подает температура;

• тропопауза — переходный слой, характеризующийся прекращением снижения температуры;

• стратосфера — это слой, простирающийся до высоты 50 км и делящийся на три зоны: с 11 до 25 км температура меняется незначительно, с 25 до 40 — температура повышается, с 40 до 50 — температура остается постоянной (стратопауза);

• мезосфера простирается на высоту до 80-90 км;

• термосфера достигает отметки 700-800 км над уровнем моря, здесь на высоте 100 км располагается линия Кармана, которую принимают за границу между атмосферой Земли и космосом;

• экзосфера также называется зоной рассеяния, здесь сильно разреженный газ теряет частицы вещества, и они улетают в космос.

Изменения температуры в стратосфере

Итак, стратосфера — это часть газовой оболочки планеты, следующая за тропосферой. Здесь температура воздуха, постоянная на протяжении тропопаузы, начинает изменяться. Высота стратосферы составляет примерно 40 км. Нижняя граница — 11 км над уровнем моря. Начиная с этой отметки, температура претерпевает небольшие изменения. На высоте 25 км показатель нагрева начинает медленно расти. К отметке 40 км над уровнем моря температура повышается от -56,5º до +0,8ºС. Далее она остается близкой к нулю градусов вплоть до высоты 50-55 км. Зона между 40 и 55 километрами называется стратопаузой, поскольку температура здесь не меняется. Она является переходной зоной от стратосферы к мезосфере.

Особенности стратосферы

Стратосфера Земли содержит около 20% массы всей атмосферы. Воздух здесь настолько разрежен, что пребывание человека без специального скафандра невозможно. Этот факт — одна из причин, по которой полеты в стратосферу стали осуществляться лишь сравнительно недавно.

Другая особенность газовой оболочки планеты на высоте 11-50 км заключается в очень небольшом количестве водяного пара. В стратосфере по этой причине практически никогда не образуются облака. Для них просто нет строительного материала. Однако редко все же можно наблюдать так называемые перламутровые облака, которыми «украшается» стратосфера (фото представлено ниже) на высоте 20-30 км над уровнем моря. Тонкие, как бы светящиеся изнутри образования можно наблюдать после заката или перед восходом. Формой перламутровые облака похожи на перистые или перисто-кучевые.

Озоновый слой Земли

Главная отличительная черта стратосферы — это максимальная во всей атмосфере концентрация озона. Он формируется под действием солнечных лучей и защищает все живое на планете от их губительного излучения. Озоновый слой Земли располагается на высоте 20-25 км над уровнем моря. Молекулы О3 распределены во всей стратосфере и даже есть у поверхности планеты, однако на этом уровне наблюдается их наибольшая концентрация.

Нужно заметить, что озоновый слой Земли составляет всего 3-4 мм. Такой будет его толщина, если разместить частицы этого газа в условиях нормального давления, например, у поверхности планеты. Озон образуется в результате распада молекулы кислорода под действием ультрафиолета на два атома. Один из них соединяется с «полноценной» молекулой и образуется озон — О3.

Опасный защитник

Молекулы озона поглощают ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 0,1–0,2 мкм. В этом заключается его защитная роль. Тонкий слой голубоватого газа предотвращает попадание на Землю солнечной радиации, губительной для живых организмов.

С потоком ветра озон попадает близко к поверхности планеты. Образуется он и на Земле во время грозы, работы копировальной техники или рентгена. Интересно, что большая концентрация озона губительна для человека. Он образуется под действие солнечных лучей в сильно загазованных областях. Прибывание в условиях так называемого озонового смога опасно для жизни. Голубоватый газ способен разрушить легкие. Сказывается его присутствие и на растениях — они перестают нормально развиваться.

Разрушение озонового слоя

Проблема озоновых дыр начала активно обсуждаться в научном сообществе примерно с 70-х годов прошлого века. Сейчас известно, что к разрушению защитного экрана приводит загрязнение атмосферы, промышленное использование фреонов и некоторых других соединений, уничтожение лесов, запуск космических ракет и высотная авиация. Международное сообщество приняло ряд соглашений, предполагающих сокращение производства вредных веществ. В первую очередь речь идет о фреонах, использующихся при создании аэрозолей, холодильных установок, огнетушителей, одноразовой посуды и так далее.

При этом есть данные, позволяющие предполагать, что образование озоновых дыр происходит в силу естественных причин. Вредные вещества попадают в атмосферу в результате извержений вулканов и землетрясений, из разломов в океанической коре. Сегодня вопрос о главной роли человека в деле разрушения озонового слоя для ряда ученых остается спорным.

Полеты в стратосфере

Освоение стратосферы началось в 30-х годах прошлого столетия. Сегодня до высоты 20 км поднимаются боевые и сверхзвуковые коммерческие самолеты. Отметки в 40 км над уровнем моря достигают метеозонды. Рекордная высота, которой достиг беспилотный аэростат — 51,8 км.

Постепенно осваивают эту часть воздушной оболочки и любители экстремального спорта. В 2012 году австрийский парашютист Феликс Баумгартнер совершил прыжок со стратосферы с высоты почти 39 км. Преодолев во время полета звуковой барьер, он благополучно приземлился. Рекорд Баумгартнера побил вице-президент компании Google Алан Юстас. За 15 минут он пролетел, также достигнув скорости звука, 40 км.

Таким образом, сегодня стратосфера — это более изведанный слой атмосферы, нежели в начале прошлого века. Однако по-прежнему не очень понятным остается будущее озонового слоя, без которого не возникла бы жизнь на Земле. Пока страны сокращают производство фреона, одни ученые говорят, что это не принесет особой пользы, по крайней мере, такими темпами, а другие, что это и вовсе не нужно, поскольку основная часть вредных веществ образуется естественным путем. Кто прав — рассудит время.