Экзосфера высота над уровнем моря

Метеоролог и я

Научно-популярный метеорологический проект

Экзосфера и её особенности

Термосфера – не последний слой нашей планеты. Всё, что находится выше 800км, принято относить к экзосфере.

Экзосфера – это слой атмосферы, нижняя граница которого 800км, а верхняя – 3000км. Это внешний слой атмосферы Земли. «Экзо» с греческого переводится как «снаружи».

До определённого времени верхней границей считалась именно высоте примерно 3000км. Однако спутниковые наблюдения показали, что признаки экзосферы прослеживаются и на 20 000км. Всё, что выше 3000км носит название магнитосфера. Но на самом деле это почти та же экзосфера. Некоторые учёные даже считают, что верхняя граница слоя находится на высоте примерно 190 000км. Как и все предыдущие слои, она тоже имеет свои свойства, описанные ниже.

Особенности экзосферы:

1. Чрезвычайно высокая разрежённость воздуха;

2. Скорость движения некоторых частиц равна второй космической скорости (11 000 м/с);

3. Высокая температура частиц (1500-3000°С);

4. Очень слабое повышение температуры с высотой.

Содержание частиц в экзосфере очень мало, всего около 1000 на см 3 . Особо лёгкие частицы способы разгоняться до второй космической скорости. Преодолевая гравитацию планеты с этой скоростью, частицы покидают свой дом (нашу планету) и улетают в космическое пространство.

Атмосфера нашей планеты постепенно теряет свою массу, так как количество покинувших планету частиц значительно превышает количество вошедших в неё (атмосферу). Экзосферу ещё называют сферой ускользания газов.

Температура воздуха, как и в термосфере, здесь высока и прослеживается слабый рост температуры с высотой. Теплообмена с окружающими частицами в экзосфере нет, это вытекает из первой особенности. Весь нагрев происходит за счёт поглощения солнечной радиации.

Если говорить об упомянутой магнитосфере, то она отличается от экзосферы только тем, что через неё проходит магнитное поле Земли, которое оказывает влияние на движение частиц.

Вкратце мы разобрали все слои атмосферы, каждый из которых имеет свою «изюминку». На этом тема «Слои атмосферы» подошла к концу, но мы не раз ещё к ней вернёмся в других параграфах.

Теперь вы немного знаете о термосфере и её особенностях. Остаётся нам изучить последний слой — экзосферу.

Источник

Вертикальное строение атмосферы

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Мезосфера

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре

150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Источник

Основные слои атмосферы Земли в порядке возрастания

Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:

В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.

Тропосфера: где происходит погода

Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне — поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.

Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.

На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера: дом озона

Стратосфера — следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.

Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O₃) — побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как «инверсия»).

Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.

После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.

Мезосфера: средняя атмосфера

Мезосфера находится примерно на расстоянии 50-80 км от поверхности Земли. Верхняя область мезосферы является самым холодным естественным местом на Земле, где температура может опускаться ниже -143° C.

Термосфера: верхняя атмосфера

После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.

Экзосфера: граница атмосферы и космоса

На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера — внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.

Как насчет ионосферы?

Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на севере и юге. Это явления наблюдается с земли как северное сияние.

Источник

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

экзосфера

Экзосфера (до 1500—2000 (3000) км). Здесь происходит рассеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое пространство.[ . ]

Экзосфера находится на высоте от 800 до 2000-3000 км и имеет температуру свыше 2000°С. Скорость движения газов в ней приближается к критической (11,2 км/с). Они представлены в основном водородом и гелием, образующими вокруг Земли корону, простирающуюся до высоты 20 тыс. км.[ . ]

Экзосфера — располагается выше 800 км и простирается до 2000-3000 км. Здесь температура превышает 2000°С. Скорость движения газов приближается к критической величине 11,2 км/с. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли корону, простирающуюся до высот 20 тыс. км.[ . ]

Слои атмосферы, начиная от 450 км (по другим определениям от 700 км), из которых происходит утечка (ускользание) наиболее легких частиц (атомов водорода) в мировое пространство. Плотность воздуха в Э. так мала, а температура так высока, что длина среднего свободного пути частиц очень велика, и частицы, особенно движущиеся вертикально вверх, могут без столкновения с другими частицами вылетать из атмосферы со второй космической скоростью (см. еще конус ускользания). Нижняя граница экзосферы называется критическим уровнем ускользания. Некоторые авторы считают, что верхняя граница экзосферы совпадает с верхней границей атмосферы; другие называют верхнюю часть Э. земной короной. Э. совпадает с магнитосферой; поэтому часть ускользающих заряженных частиц задерживается магнитным полем Земли в земном радиационном поясе.[ . ]

В экзосфере отдельные частицы могут иметь скорости достаточные чтобы преодолеть притяжение земли и вылететь из атмосферы в мировое пространство. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния.[ . ]

Из области экзосферы, находящейся выше области термосферы, происходит рассеяние атомов атмосферы в мировое пространство за счет процессов диссоциации.[ . ]

В термосфере и экзосфере максимально влияние космических излучений, рентгеновской и коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. Здесь происходят интенсивные разнообразные реакции возбуждения, диссоциации, ионизации газовой среды и обратные им процессы рекомбинации. Это ведет к образованию молекулярных и атомарных ионов кислорода, азота и других газов, а также свободных электронов.[ . ]

Нижняя часть экзосферы, где преобладают положительные ионы гелия.[ . ]

Наиболее удалена от Земли экзосфера (от 800 до 1600 км), в ней еще обнаруживаются газы атмосферы, находящиеся в атомарном состоянии. Силы притяжения Земли здесь уже недостаточны для удержания материальных частиц, которые рассеиваются в космическом пространстве.[ . ]

Конус в экзосфере с осью, направленной от вершины по вертикали вверх, внутри которого для попавшей туда молекулы (или атома) вероятность встречи с другими частицами бесконечно мала. Длина свободного пробега частицы при этом становится бесконечной, и частица может выйти за пределы атмосферы.[ . ]

На высоте порядка 2000—3000 км экзосфера переходит в земную корону, прослеживающуюся до высоты более 20 000 км и образованную «ускользнувшими» из экзосферы частицами водорода.[ . ]

Верхняя часть экзосферы и земная корона, где преобладают протоны и электроны.[ . ]

За пределами этого уровня начинается экзосфера, или сфера рассеяния атмосферных газов. Верхнюю часть экзосферы называют земной короной. Вследствие влияния магнитосферы часть ускользающих из атмосферы заряженных частиц задерживается магнитным полем Земли в земном радиационном поясе.[ . ]

Выше ионосферы (до 10 тыс. км) располагается экзосфера, где плотность воздуха1 убывает, приближаясь к разреженности в межзвездном пространстве. Уже в ионосфере ионы кислорода отделены километрами пути. Скорость звука здесь практически равна нулю. Воздействие радиации в ионосфере на высоте более 1000 км и в экзосфере достаточно велико. Считается, что однократное прохождение этих слоев космонавтами без защиты от радиации может привести к потере 0,1% нейронов головного мозга.[ . ]

Ее высота — более 800 км от Земли.[ . ]

Выше 500 км располагается внешняя атмосфера, называемая экзосферой. В экзосфере происходит диссипация атмосферных газов. Экзосфера простирается до высот 2000-3000 км. На этих высотах еще обнаруживаются следы атмосферных газов.[ . ]

Скорость молекул или атомов атмосферных газов, вылетающих из экзосферы, рассчитывается по той же формуле с заменой Я на расстояние данной частицы от центра Земли. Траекторией движения со В. К- С. является парабола; отсюда синоним: параболическая скорость.[ . ]

ЗЕМНАЯ КОРОНА. Внешняя область земной атмосферы, расположенная над экзосферой или рассматриваемая как ее верхняя часть; простирается от 1—2 тыс. км более чем до 20 тыс. км. Она состоит преимущественно из ускользающего из экзосферы ионизированного водорода плотностью в среднем около 1000 ионов на 1 см2, а также из небольшого количества нейтрального водорода. Ниже 2000 км она, кроме водорода, содержит также ионизированный кислород и азот. В межпланетном пространстве средняя концентрация ионов не больше, а возможно, существенно меньше 100 ионов на 1 см2.[ . ]

ВЫСШИЕ СЛОИ АТМОСФЕРЫ. Обычно имеются в виду термосфера, ионосфера и экзосфера, в отличие от верхних слоев атмосферы и высоких слоев атмосферы.[ . ]

Почти вся приведенная терминология: мезосфера (средняя), термосфера, экзосфера (внешняя), магнитосфера и т.д. имеет греческое происхождение, кроме стратосферы. Strato по латыни обозначает слоистость.[ . ]

Потеря молекулами атомов атмосферных газов из верхней части атмосферы (из экзосферы) в космическое пространство. Таким образом рассеиваются (ускользают) отдельные наиболее быстро движущиеся частицы, скорость движения которых превышает вторую космическую скорость. Ускользание частиц начинается с высоты (уровня диссипации) у где вследствие уменьшения плотности воздуха создается возможность такого свободного пробега частиц, при котором они могут покинуть атмосферу без столкновения с другими частицами. В среднем это около 600 км над земной поверхностью, откуда и следует считать начало экзосферы. Вторая космическая скорость равна здесь 10,68 км/с. Рассеиваются в особенности нейтральные атомы водорода. Возможна также диссипация ионов и электронов при разогреве в полярных сияниях и под действием электрических полей; возможность такой диссипации ионов определяется отношением их заряда к массе.[ . ]

С помощью ракет и спутников удалось установить, что водород, ускользающий из экзосферы образует вокруг Земли земную корону, простирающуюся более чем до 20000 км. Плотность газа однако в ней ничтожно мала.[ . ]

Атмосфера подразделяется на несколько зон: тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу.[ . ]

Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, тер-мо- и экзосферу. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.[ . ]

В зависимости от изменения температуры с высотой атмосферу разделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Гравитационное поле Земли удерживает атмосферу. Электростатические силы, определяемые кулоновским взаимодействием между двумя неподвижными зарядами, во много раз больше гравитационного взаимодействия. Например, два заряда, каждый из которых равен одному кулону, действуют друг на друга при расстоянии в один метр с силой в несколько миллионов тонн. С другой стороны, две массы, каждая величиной в один килограмм, по закону тяготения Ньютона взаимодействует при расстоянии между ними в один метр с силой, примерно равной 6,7 10″14 т. Отсюда видно, насколько могущественнее силы кулоновского взаимодействия по сравнению с силами гравитационного взаимодействия. Закон взаимодействия двух электрических зарядов, открытый французским инженером Кулоном (1785) и названный его именем, удивительно гармонирует с законом всемирного тяготения И. Ньютона (1642 — 1727). Закон кулоновского взаимодействия находит чрезвычайно широкое применение в электростатике, теории плазмы, атомной и ядерной физике. При появлении в атмосфере одного рода электричества всегда появляется равное количество электричества другого рода. Нет ни одного явления, при котором создавался или исчезал заряд одного рода. Всегда происходит перераспределение заряда между телами. При ионизации атомов возникают свободные электроны, но при этом возникают и положительно заряженные ионы. Алгебраическая сумма зарядов остается неизменной. Существует и действует закон сохранения заряда, как и существует, и действует закон сохранения вещества.[ . ]

ВЕРХНИЕ СЛОИ АТМОСФЕРЫ. Слои атмосферы на больших высотах над земной поверхностью: стратосфера, мезосфера, термосфера, ионосфера, экзосфера.[ . ]

Ежегодно в атмосферу попадает несколько десятков миллионов м3 гелия как побочный продукт при радиоактивном распаде в земной коре. Из экзосферы Г. рассеивается в мировое пространство.[ . ]

ВНЕШНЯЯ АТМОСФЕРА. Наиболее высокие слои атмосферы, выше 1000 км над земной поверхностью, где еще содержится очень разреженный воздух. Это экзосфера и земная корона.[ . ]

Структура атмосферы складывается из двух частей: внутренней— тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, или ионосферы, и внешней — магнитосферы (экзосферы).[ . ]

Содержание молекулярного водорода в нижних слоях атмосферы 5-10—5 % по объему. В высоких слоях атмосферы обнаруживается атомарный водород, преобладающий в экзосфере, откуда он рассеивается в межпланетное пространство.[ . ]

АТМОСФЕРА — 1. Газообразная оболочка Земли и других небесных тел: планет, Солнца и звезд. В зависимости от распределения температуры А. подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу; в биосферу входит надземная и подземная тропосфера. 2. Как экологический компонент А. — слой воздуха в подпочве, в почве и над ее поверхностью, в пределах которого наблюдается взаимное влияние всех экологических компонентов (включая сам воздух). 3. Внесистемная единица давления воздуха (атм), равная давлению, которое производит столб ртути высотой 760 мм при температуре 0°С. По международной системе единиц (СИ) 1 атм = 101 325 Па.[ . ]

Атмосферой называют газовую, воздушную оболочку, окружающую земной шар и связанную с ним силой тяжести. Она подразделяется на нижний слой — тропосферу (до высоты 8-18 км) и вышележащие слои — стратосферу (до 40-55 км), мезосферу (до 80-85 км), ионосферу (до 500-800 км) и экзосферу (800-2000 км). Наиболее освоенными человеком являются тропосфера и стратосфера (последняя в значительно меньшей степени). Общая масса атмосферы составляет 1,15 1015т. Ее основные компоненты — азот (78,08%), кислород (20,95%), аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%), остальные элементы (водород, озон и др.) находятся в чрезвычайно малых количествах. Кроме газов в атмосфере присутствуют также различные аэрозоли и водяной пар.[ . ]

Атмосфера — это газовая (воздушная) оболочка Земли. Она является вторым по силе и возрасту компонентом ландшафта, влияющим на развитие и формирование ПТК. Атмосфера имеет слоистое строение. От поверхности земли до высоты 7-18 км простирается тропосфера, стратосфера простирается до высоты 50 км, мезосфера — до 85 км, термосфера — до 300 км и экзосфера — до 1000 км. В пределах 50-80 км прослеживается озоновый слой, защищающий живые организмы Земли от ультрафиолетового облучения.[ . ]

Рассмотрим распределение по высоте основных газов атмосферы. В области гомосферы общая концентрация меняется с высотой, но состав остается практически постоянным, т. е. все газы синхронно меняются по единой барометрической формуле, что иллюстрирует рис. 12.2, а. В гетеросфере начинает происходить физически очевидное изменение состава. На рис. 12.2, б сплошной кривой изображена в логарифмическом масштабе зависимость концентрации воздуха от высоты, а различными штриховыми кривыми изображены концентрации азота, кислорода, атомарного кислорода, аргона и гелия. Поскольку кислород тяжелее, его концентрация убывает несколько быстрее концентрации азота. На высоте около 120 км концентрация атомарного кислорода начинает превышать концентрацию молекулярного кислорода, а на высоте около 200 км и концентрацию азота. Иными словами, каждый газ меняется по своей отдельной формуле. Интересно, что атомарный кислород имеет даже локальный максимум концентрации, что связано с процессами ионизации, диссоциации, рекомбинации и соответствующего дрейфа. Таким образом, выше 80-100 км тяжелые газы «заканчиваются» быстрее, и относительная концентрация более легких газов возрастает. На больших высотах (рис. 12.2, в) преобладают атомарный кислород (200-600 км), гелий (600-1300 км), водород (выше 1300-1500 км). Приведенные кривые с рис. 12.2 представляют собой так называемые модели атмосферы: рис. 12.2, б— модель CIRA (COSPAR International Reference Atmosphere, 1972), рис. 12.2, в — та же модель распределения концентрации основных газов в термосфере на больших высотах при температуре экзосферы 800 К. Подобные модели неплохо описывают «усредненную» высотную структуру атмосферы, при этом концентрации газов зависят от температуры, особенно в термосфере, где температура определяется уровнем солнечной активности [8].[ . ]

Источник