Погода интересует всех

Представление о слоистом строении земного шара мы получаем из наблюдений над распространением волн землетрясений, называемых в науке сейсмическими волнами. Время, в течение которого сейсмическая волна обходит вокруг земного шара, может быть весьма различным. Анализ времени пробега расстояний различными сейсмическими волнами показал, что распространению этих волн в толще земного шара можно дать разумное физическое объяснение, только если предположить, что Земля состоит из различных сфер. Ряд других геофизических явлений также подтвердил теорию слоистого строения земного шара; в настоящее время эта теория не вызывает никаких сомнений.

А как обстоит дело с воздушной оболочкой Земли? Имеет ли воздух в нижних слоях атмосферы такие же свойства, как на высотах, скажем, 500 или 1000 км? Присуще ли слоистое строение и воздушной оболочке Земли?

Когда мы в безоблачный день смотрим вверх, то видим, что небесный свод как бы затянут синей или голубой пеленой. Создается впечатление, будто вся атмосфера состоит из однородной массы воздуха.

Таким образом, непосредственные наши впечатления не позволяют сделать вывод о слоистом строении атмосферы. Однако косвенные методы исследования, как, например, наблюдения за распространением звука и радиоволн, а также измерения метеорологических величин с аэростатов и самолетов, показали, что в действительности атмосфера, как и земной шар, тоже имеет слоистое строение. При этом говорят о расчленении атмосферы на сферы.

Сведения о слоистом строении атмосферы получены сравнительно недавно. В XVII и XVIII вв., основываясь на принципах открытого Лейбницем дифференциального исчисления, мир со всеми происходящими в нем процессами считали непрерывным, а распределение материи в нем представляли всюду равномерным и гармоническим. Однако на примере земного шара мы уже видели, что распределение материи в действительности может быть и скачкообразным. Скачки же между различными сферами в атмосфере имеют очень важное значение для развития погодных процессов.

В настоящее время утвердилось представление о том, что атмосфера расчленяется по вертикали на четыре основные сферы[11]. В действительности же строение атмосферы значительно сложнее, чем это будет описано ниже.

Нижним «этажом» атмосферы является тропосфера, в которой и происходят основные погодные процессы. В полярных областях тропосфера имеет высоту около 8 км, а в тропических широтах — до 17 км. Характерным свойством тропосферы является уменьшение температуры воздуха с высотой. Над Центральной Европой оно составляет в среднем около 0,65° при подъеме на каждые 100 м. Весь водяной пар атмосферы почти целиком сосредоточен в тропосфере, так что только здесь образуются облака и выпадают осадки. Радиационный режим и движение воздуха в тропосфере в конечном счете обусловливают комплекс атмосферных явлений, который мы называем погодой. На верхней границе тропосферы, где температура воздуха изменяется от —35 до —90°, находится резко выраженный переходный слой, особенно отчетливо проявляющийся в скачке температуры, влажности и ветра. Этот слой называется тропопаузой.

Второй «этаж» атмосферы образует стратосфера. В этом слое температура воздуха увеличивается с высотой[12]. В стратосфере тоже расположена нагревательная поверхность (кроме земной). Ею является слой озона, или озоносфера. Если земная поверхность играет роль нагревателя нижних слоев атмосферы благодаря своему свойству поглощать солнечную радиацию и превращать ее в тепло, то в стратосфере происходят совершенно иные процессы. Здесь ультрафиолетовые лучи взаимодействуют с кислородом высоких слоев атмосферы, что приводит к образованию озона (О₃). При этом выделяется тепло, которое и способствует нагреванию верхней стратосферы. Стратосфера также принимает большое участие в формировании погоды у земной поверхности.

С высоты примерно 80 км начинается третий «этаж» атмосферы — ионосфера[13]. Это сильно ионизированный слой атмосферы. Ионом в физике называется молекула или атом, которые обладают положительным или отрицательным электрическим зарядом. В поле конденсатора ионы движутся в направлении к полюсам (электродам), имеющим знаки, противоположные знакам заряда ионов, т. е. положительно заряженные ионы движутся к отрицательному электроду, а отрицательно заряженные — к положительному. Воздух, в котором имеются ионы, приобретает электропроводность.