§ 26. Атмосфера — воздушный океан

Состав атмосферы. Атмосфера — одно из важнейших условий существования жизни на Земле. Каков ее состав, какие природные явления наблюдаются в ней?

Вам уже известно, что атмосфера состоит из смеси газов. Миллиарды лет назад, когда Земля еще не приобрела современного облика, из ее раскаленных недр на поверхность вырывались газы. Земное притяжение не позволяло им улететь в космическое пространство. Они образовали первичную газовую оболочку. Ее состав существенно изменили организмы, которые позднее появились на Земле.

Больше всего в атмосфере азота (0,78) и кислорода (0,21) (рис. 26.1). В воздухе постоянно присутствует водяной пар. Углекислый газ тоже входит в состав воздуха. Его выделяет при дыхании большинство организмов, он поступает в воздух при гниении и горении, им «снабжают» атмосферу многочисленные автомобили. Увеличение содержания углекислого газа в воздухе опасно для организмов.

Атмосфера — воздушный «щит», который оберегает планету от вредных космических излучений, ударов метеоритов, больших перепадов температур.

Как измерить давление атмосферы? Вы уже знакомы с атмосферным давлением (вспомните § 12), вам также известно, что с высотой оно изменяется.

Атмосферное давление можно измерить. Прибор, с помощью которого измеряют атмосферное давление, называется барометром.

Чтобы понять, как действует барометр, вспомним опыт, который мы проводили в § 12. Конструкция барометра напоминает «экспериментальную установку» (рис. 12.5) из этого опыта, только вместо воды в барометре используют ртуть. Ртутный барометр — это запаянная с одного конца стеклянная трубка, наполненная ртутью. Открытый конец трубки погружен в чашку с ртутью (рис. 26.2). При изменении атмосферного давления изменяется высота ртутного столба. На трубку нанесена шкала с ценой деления 1 мм. Поэтому единица измерения давления называется мили-метр ртутного столба (мм рт. ст.). Таким барометром свыше 300 лет тому назад давление атмосферы было измерено впервые. Сегодня существуют барометры и других конструкций (рис. 26.3).

Если мы отметим показания барометра на уровне моря, а потом поднимемся с барометром высоко в горы, то увидим, что столбик ртути прибора значительно опустится. На высоте около 6 км давление воздуха составляет меньше половины значения давления на уровне моря, а на высоте 10 км — всего лишь четверть этого значения (рис. 26.4).

Давление и погода. Чтобы увидеть, как изменяются показания барометра, не обязатель-

Рис. 26.4 Давление атмосферы зависит от высоты и над уровнем моря

но подниматься в горы. Достаточно на протяжении нескольких дней внимательно наблюдать за ним дома. Хотя барометр находится на одном и том же йёсте — стоит на столе в комнате, положение его стрелки время от времени меняется, свидетельствуя об изменении давления.

Представим: стоит ясная солнечная погода. Поверхность земли прогревается. Воздух над ней теплее, чем тот, что расположен сверху. Более холодный воздух плотнее и поэтому опускается, пытаясь вытеснить теплый приземный слой. Создается зона высокого атмосферного давления. Часть приземного теплого воздуха постоянно «всплывает», покидая эту зону, а на его место опускается воздух, находившийся выше, — высокое давление сохраняется.

Но бывает иначе. Стрелка барометра отклоняется влево, показывая, что атмосферное давление понижается. Следует ожидать перемены погоды. И действительно, через некоторое время поднимается ветер, затем на небе появляются тучи. Погода портится, может пойти дождь или снег.

Барометр — важный «предсказатель» погоды. Если он показывает, что давление повышается, значит, дни будут ясными, солнечными. Если же давление падает — небо затянут тучи, выпадут осадки.

Давление и ветер. Как вы думаете, как называется горизонтальное перемещение слоев воздуха из области более высокого давления в область более низкого? Конечно, это ветер!

Представим себе морское побережье. Днем суша нагревается сильнее, чем море. Воздух над ней теплее и легче. Он поднимается, создавая постоянный поток, направленный вверх. Давление воздуха на берегу немного снижается. Над морем воздух прохладнее и тяжелее. Он стремится занять место поднимающегося теплого воздуха. Появляется ветер: с моря веет прохладой (рис. 26.5).

Стоит давлению над какой-то частью земной поверхности уменьшиться, как туда устремляется более плотный воздух, занимая освобо-

Рис. 26.5 Давление атмосферы зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем ниже атмосферное давление. Ветер возникает вследствие разницы давлений в соседних областях

лившееся место. Поэтому ветер и является таким привычным для нас атмосферным явлением.

•    Атмосфера — газовая оболочка Земли. Кислород и углекислый газ, входящие в ее состав, — газы, важнейшие для жизни организмов.

•    Атмосферное давление измеряют с помощью барометра.

•    Если атмосферное давление у поверхности повышается, следует ожидать солнечной, ясной погоды, если понижается — будет облачно, могут начаться осадки.

•    Ветер — это движение воздуха в горизонтальном направлении из области высокого давления в область низкого давления.

Наша лаборатория _

Читаем научный текст.

Изменение атмосферного давления над поверхностью земли, появление облаков, осадки — сложные природные явления. Чтобы в них разобраться, нужно понимать и помнить следующее:

1.    При нагревании воздуха молекулы газов начинают двигаться быстрее. Поэтому расстояния между ними увеличиваются: они как бы разлетаются. Воздух расширяется и занимает больший объем. Плотность воздуха уменьшается.

При охлаждении воздуха скорость движения молекул газов и расстояния между ними уменьшаются. Воздух сжимается, занимает меньший объем. Плотность воздуха увеличивается.

2.    Плотный холодный воздух опускается к поверхности земли, а теплый воздух, плотность которого меньше, поднимается — «всплывает».

3.    Количество молекул пара в атмосфере постоянно меняется, оно зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше расстояние между молекулами газов. А значит, больше молекул испаряющейся воды «поместится» в воздухе.

Один литр теплого воздуха может вместить больше молекул пара, чем один литр холодного.

Как и почему изменяется давление атмосферы?

Представим ясный солнечный день (рис. 26.6). На высоте примерно 2~3 км находится холодный воздух. Его температура в несколько раз ниже, чем температура воздуха у поверхности. Холодный воздух более плотный, чем теплый. Он устремляется вниз 1. Такой поток воздуха называется нисходящим. Постоянный нисходящий поток

действует подобно насосу: непрерывно закачивая воздух и удерживая его, он создает у поверхности высокое давление. Держится сухая безоблачная погода.

При приближении к поверхности земли воздух из нисходящего потока нагревается. Его объем увеличивается, плотность уменьшается. Однако всплыть вертикально он не может. Ему мешает постоянное давление нисходящего потока.

Поэтому приземный воздух устремляется к краям зоны повышенного давления 2. Там он начинает подниматься 3, чтобы, охладившись на большой высоте, снова опуститься на землю.

Не все участки земной поверхности нагреваются одинаково. Там, где поверхность земли нагрета меньше, ниже температура приземного воздуха. Поэтому теплый воздух, поднимающийся из зоны высокого давления, сталкивается на своем пути со слоем воздуха, температура которого значительно ниже 4. Теплый легкий воздух «взбирается» по холодному слою, как по пологому холму. Над холодным слоем оказывается теплый воздух значительно меньшей плотности. Он постоянно поднимается 5, создавая восходящий поток воздуха 6. Поэтому уменьшается давление на холодный слой воздуха и на поверхность земли, над которой он расположен.

На границе столкновения воздуха разной температуры возникает густая облачность 7. Это теплый воздух, охлаждаясь, «теряет» часть водяного пара, который переходит в жидкое состояние. Появляются дождевые облака. В зоне низкого давления идут дожди или снег. Облака не позволяют поверхности земли нагреваться, поэтому приземный слой воздуха становится еще холоднее. Погода в зоне пониженного давления пасмурная и дождливая.

Проверьте себя

1.    Какого газа в атмосфере Земли больше всего?

2.    На какой высоте атмосферное давление выше — 3000 м или 5000 м?

3.    С помощью какого прибора измеряют атмосферное давление?

4.    Прочитайте показания барометров (рис. 26.7).

5.    Дополните предложение.

«Барометр показывает, что атмосферное давление выросло. Установилась ... погода.

Барометр показывает, что атмосферное давление упало. Установилась ... погода.»

6.    Температура воздуха в лесу 20 °С, а в поле, находящемся неподалеку, 28 °С. Откуда дует ветер? Почему?

7.    Представьте себе, что из атмосферы Земли исчез кислород. Изменится ли атмосферное давление?

8.    Какой воздух содержит большее количество водяного пара — теплый или холодный?

9.    Какое атмосферное явление наблюдается в месте столкновения теплого и холодного слоев воздуха? Ответ обоснуйте.

Это материал из учебника Природоведение 5 клас Т.И. Базанова