Исследование атмосферы

Исследование атмосферы это исследование того глубокого воздушного океана, на дне которого мы обитаем, и который составляет самую подвижную легкую оболочку Земли, (подробнее: Схемы внутреннего строения Земли).

Исследование и завоевание атмосфе­ры

Исследование и завоевание атмосфе­ры богато именами героев, заплативших своей жизнью за бес­предельную смелость полета.

Чем дальше от поверхности Земли, тем воздух становит­ся все реже и реже. На значительных высотах трудно дышать: появляется одышка, общая слабость, головокружение, кровоте­чение из носа.

Это — горная болезнь, возникающая у некото­рых людей уже на высоте 2500 метров. Объясняется она кисло­родным голоданием организма. Поэтому при высотных полетах  применяют кислородные приборы. Они обеспечивают нормальное дыхание человека.

Изучение высоких слоев атмосферы

Несмотря на те жертвы, которые нес человек при исследо­вании атмосферы, он все же неуклонно стремится ввысь, отодви­гая все дальше потолок своих достижений. Изучение высоких слоев атмосферы имеет исключительное практическое значение, так как позволяет самолетам значительно увеличивать в раз­реженном воздухе скорость — свыше 2000 километров в час.

Блестящие страницы в изучении атмосферы вписали исследователи, совершившие беспримерные полеты на летательных аппаратах — стратостатах.

Это огромные воздушные шары грушевидной формы, напол­няемые для полета водородом. Исследователи помещаются в шарообразной металлической гондоле, специально               оборудо­ванной и закрывающейся герметически.

Многолетние исследования атмосферы в районе Северного полюса, дающие очень ценные результаты, ведут самоотвержен­ные полярники на дрейфующих (иначе, в переводе с голландского языка — плавающих)  станциях Северный полюс.

Открытие первой дрейфующей научно-исследовательской станции состоялось 6 июня 1937 года, во главе с Папаниным, (подробнее: Деятельность ледников). За прошедшее время была организована 41 экспедиция полярных исследователей на дрейфующих льдинах Северного полюса.

Исследования атмосферы отмечают пониже­ние температуры воздуха на 5—7° на каждый километр. Однако только изучение высших слоев атмосферы при помощи специ­альных шаров-зондов, а также стратостатов позволило устано­вить, что понижение температуры продолжается приблизительно до 18 километров над экватором и до 7—8 километров у полю­сов.

На больших высотах, начиная с 30 до 60 километров, тем­пература повышается до +65°, а затем снова понижается до ~8° (на высоте 80 километров). На высоте же 200 километров она достигает нескольких сот градусов тепла. Ценные сведения в исследовании верхних слоев атмосфе­ры и межпланетного пространства вносят  искусствен­ные спутники Земли и данные космиче­ских полетов.

Воздушные зоны Земли

Нижняя зона с быстро понижающейся температурой носит название тропосферы (от древнегреческого слова «тропос» — поворот). Она содержит более трех четвертей всей массы атмо­сферы. Именно в ней происходят все те метеорологические яв­ления, которые создают погоду на Земле. Отсюда и название — «поворотная сфера».

Вышележащие слои атмосферы (до 80 километров) назыются стратосферой (от латинского слова «стратум» — настил).

Здесь уже нет ни облаков, ни туманов, остающихся значительно ниже в тропосфере. В область стратосферы и поднимаются стратостаты, отсюда и название аппарата: в переводе на русский язык с древнегреческого — «стоящий в стратосфере» (от слова «стратос» — стоящий).

Изучение стратосферы важно не только в отношении воздухо­плавания: оно дает ключ к пониманию тех метеорологических явлений, которые совершаются в тропосфере, и позволяет пра­вильно предсказывать погоду, что имеет исключительно важное значение для народного хозяйства.

Попытки определить толщу атмосферы делались уже очень давно. Арабские ученые около тысячи лет тому назад правильно поняли причину возгорания «падающих звезд» (метеоров) и при всем несовершенстве измерений довольно точно определили слой атмосферы в 200 километров.

Определение толщи атмо­сферы по высоте полярных сияний дает колебания в пределах 80 — 1200 километров.

Исходя из этого, в среднем высота атмосферы мо­жет быть определена в 1000 километров. 1000 километров — ве­личина, конечно, немалая и, как бы ни был легок воздух, давление, производимое столь мощным слоем, весьма значительно.

Атмосферное давление

Это давление  называется атмосферным. Оно заставляет воду подниматься в насосах и удерживает уровень ртути в барометрической трубке на высоте 760 миллиметров. Если же ртуть за­менить водой, которая в 13 раз легче ртути, то вода в барометрической трубке поднимается уже на 10,33 метра. Выше этого уровня не может подать воду и ручной насос.

Ученые подсчитали, что на тело человека воздух давит с си­лой 17 тонн. Такая тяжесть, равная грузоподъемной способности двухосного товарного вагона, кажется непомерной для слабого человеческого тела, однако мы совершенно не замечаем ее.

Это объясняется прежде всего тем, что воздух давит на нас со всех сторон. Кроме того, в теле человека тоже находится воздух, а также жидкости, которые в общем слабо поддаются давле­нию. По этой причине, когда человек пребывает в разреженном воздухе, у него начинает идти кровь из носа, ушей и горла, так как сильное внутреннее давление крови разрывает тончайшие кровеносные сосуды — капилляры.

Состав воздуха

По составу воздух представляет смесь газов, кроме того, в нем присутствуют водяные пары.

В таблице приведен состав воздуха

	Газы	Содержание по объему
Постоянные	Азот	78%
	Кислород	21%
	Инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон)	0,94%
Переменные	Углекислый газ (СО2)	0,02 -0,04%
	Водяной пар (Н2О)	до 3%
Случайные	Оксиды азота (NO, NO2)	<0,00001%
	Оксиды серы (SO2, SO3)
	Сероводород (H2S)

Количество водяных паров зависит от температуры воздуха: чем выше температура, тем больше может содержать­ся в воздухе водяных паров. Охлаждение, наоборот, вызывает сгущение водяных паров с образованием мельчайших капелек воды. Такова, например, природа пара, который можно наблюдать над кипящей водой в кастрюле или чайнике.

Туман, стелющийся над рекой или болотом, и облака в дале­ком небе — это тоже зримый водяной пар. Из сырого воздуха невидимые пары оседают каплями росы на траве, на садовых скамейках, камнях и других предметах.

Водяные пары и углекислый газ, свободно пропуская солнеч­ные лучи, задерживают в то же время тепловые лучи, отраженные Землей. Действуя наподобие клапана, который только впускает, а не выпускает тепло, они тем самым способствуют по­вышению температуры непосредственно прилегающего к Земле слоя атмосферы.

В результате неравномерного нагревания воздух в одном месте теплее, в другом — холоднее, более нагретый воздух, рас­ширяясь, поднимается вверх, а более холодный и плотный устремляется на его место. Так совершается движение воздуха, перемещение различно нагретых воздушных масс, что служит причиной образования ветра.