Воздух представляет собою газ. Однороден ли он или состоит из нескольких составных частей? Мы знаем, что человек для дыхания извлекает из воздуха кислород. Знаем также то, что растения дышат углекислотой. Следовательно, оба эти газа находятся в атмосфере. Но исследования показали, что в атмосфере имеются и некоторые другие газы. Больше всего в воздухе азота (78 процентов), затем кислорода (21 процент). Оставшийся один процент приходится на остальные газы.
Такой состав воздуха был определён в нижних слоях. Остаётся ли он таким же для всего воздушного океана, на всех высотах?
Каждый газ в атмосфере сохраняет свои свойства и не соединяется с другим. Так как при этом газы отличаются друг от друга по весу — одни из них тяжелее, другие легче, — то это дало повод ряду учёных высказать предположение о значительном изменении состава атмосферы с высотой. По их мнению, наиболее тяжёлые газы должны располагаться внизу, более лёгкие — занимать верхние слои атмосферы. К первым принадлежат азот, кислород, ко вторым — водород и гелий. Таким образом, привычная нам внизу атмосфера, которую по преобладанию в ней азота можно назвать «азотной», в верхних слоях должна превратиться в водородную или состоящую из другого лёгкого газа.
Это могло бы быть справедливым при условии, что на больших высотах нет сильного перемешивания воздуха.
Предполагалось, что выше 15 — 17 километров перемешивание не происходит и именно с этой высоты начинается расслоение газов по их весу. Однако первый же подъём стратостата решительно опроверг эти предположения. На всех достигнутых высотах (т. е. до 22 километров), состав атмосферы оказался совершенно однородным и сходным с составом воздуха у поверхности Земли. Это заставило предположить, что перемешивание газов происходит до значительно большей высоты. Однако узнать состав воздуха на очень больших высотах (сотни и тысячи километров от Земли), откуда до сих пор не были получены прямые сведения, пока не удалось.
Говоря о составе атмосферы, мы имели до сих пор в виду сухой воздух. Но в атмосфере всегда присутствует водяной пар, попадающий в неё при испарении воды с поверхности океанов, морей, озёр и рек. Испаряют воду также и растения. Количество водяного пара в воздухе сильно меняется — от почти полного его отсутствия до четырёх процентов по объёму. Это изменение количества водяного пара оказывает решающее влияние на все явления погоды, совершающиеся в атмосфере. Водяной пар в указанных количествах присутствует до высоты 10 — 17 километров. В пределах этого слоя и образуются туман, облачность, дожди — всё то, что связано с изменениями количеств и свойств водяного пара.
Мы уже упоминали, что солнечные лучи легко проникают сквозь атмосферу, почти не нагревая её, и прямо нагревают земную поверхность. Зато лучи, идущие от земной поверхности, почти полностью поглощаются атмосферой. Оказывается, что такие тепловые лучи задерживаются в атмосфере именно водяным паром. Благодаря этому воздух служит как бы одеялом, укутывающим Землю и предохраняющим её от охлаждения. А так как почти весь водяной пар, поглощающий и задерживающий тепло, идущее от Земли, остаётся в пределах нижних 10 — 17 километров, то этим и объясняется то, что внизу теплее, а при подъёме вверх становится холоднее.
Выше, где водяного пара нет или где он находится в ничтожных количествах, температура сильно понижается. Это явление было открыто в 1904 г. французским учёным Тейссеран де-Бором. Выпустив шары-зонды, Тейссеран де-Бор установил, что на определённой высоте равномерное понижение температуры прекращается и дальше она остаётся почти постоянной.
Таким образом был выделен нижний слой атмосферы, где температура и количество водяного пара меняются, где образуются облака и происходят все другие явления погоды. Этот слой был назван тропосферой (по-гречески тропос — поворот; сфайра — оболочка). Лежащий выше слой назван стратосферой (по-латински стратус — покрывало, слой, слоистый).
Граница, разделяющая эти слои, находится на различной высоте над полюсом и экватором; её высота изменяется также зимою и летом. Над экватором высота тропосферы достигает 15 — 17 километров, а над полюсами — 9 — 11 километров.
Стратосферу долгое время рассматривали как слой, где не наблюдается никаких заметных изменений температуры и где нет ветра. Но наблюдения последних лет показали ошибочность этих представлений, а дальнейшее накопление фактов и изучение более высоких слоёв, вероятно, ещё более изменят наши представления о стратосфере.
Стратосфера простирается до высоты около 80 километров. Выше начинается новый слой, названный ионосферой.
О ней мы расскажем немного позже. Сейчас же мы должны запомнить, что хотя погода и разыгрывается в тропосфере, но она связана со всей толщей воздушного океана в целом.
Источник:
