Чем выше взлетел, тем холоднее стало? Вовсе нет!
0
На самом деле температура в атмосфере Земли изменяется неравномерно
Первые сведения о том, что чем выше человек поднимается над поверхностью Земли, тем ниже становится температура воздуха, люди получили еще в древние времена, когда взбирались на высокие горы. Со временем эта информация подтвердилась: первые аэронавты, совершавшие полеты на воздушных шарах, тоже отмечали линейную зависимость между ростом высоты и падением температуры. Наверное, именно поэтому у многих из нас сложилось представление о том, что чем дальше от поверхности планеты находится наблюдатель, тем холоднее воздушное пространство вокруг него, и это длится до тех пор, пока наблюдатель не достигнет открытого космоса, в котором царит вечный холод. Тем не менее это представление – не более чем миф.
Для того чтобы убедится в этом, я предлагаю вам совершить воображаемое путешествие от поверхности Земли до самых верхних границ ее воздушной оболочки. Представьте, что вы сели в корзину воздушного шара жарким летним днем, когда температура воздуха у поверхности Земли достигала отметки 30 °С, проверили все оборудование и отправились в воздушное путешествие. При этом вы как настоящий ученый не забываете поглядывать на имеющийся в гондоле термометр, который измеряет температуру воздуха. Каковы же будут его показания?
Напомню, что первый слой атмосферы, который вам предстоит пересечь, называется…
Тропосфера
В этом слое воздушная оболочка нашей планеты имеет максимальную плотность возле самой поверхности Земли, которая убывает по мере удаления объекта от таковой. В связи с этим температура действительно начинает падать. Если вы через каждые сто метров будете смотреть на показания термометра, то, наверное, сразу обнаружите интересную закономерность – температура уменьшается ровно на 0,65 °С. Таким образом, уже около верхней границы тропосферы, то есть на высоте в 10 км, она может упасть до –56 °С. И это только в умеренных широтах, на экваторе, где тропосфера простирается до высоты в 18 км, путешественник может наблюдать падение температуры до –70°С. Это весьма близко к абсолютному минимуму температуры на земной поверхности, зарегистрированному в 1983 году в Антарктиде, – тогда термометр показал –89,6 °С.
Тем не менее вы уже приблизились к тропопаузе – слою в 2–3 км, который является верхней границей тропосферы. Здесь падение температуры останавливается: при путешествии через тропопаузу термометр все время показывает те самые –56 или –70 °С. То есть на протяжении трех километров температура не падает и не повышается. Ну а дальше вам нужно пересесть на стратостат и продолжить свое путешествие. Перед вами открывается новый слой воздушной оболочки нашей планеты, который называется…
Стратосфера
В этом слое воздух уже настолько разреженный, что им практически невозможно дышать. А вот с температурой происходят интересные вещи. Первые 20–25 км она не изменяется, оставаясь такой же, какой была при достижении верхней границы предыдущего слоя. А вот дальше следует резкий скачок, и к высоте в 40 км становится достаточно тепло – термометр показывает 0 °С. Таковой температура остается и следующие 10 км, до верхней границы этого слоя, который называется стратопаузой.
Чем можно объяснить этот неожиданный температурный скачок? Дело в том, что на указанном участке газы, составляющие воздух, подвергаются постоянным атакам ультрафиолетового излучения, которые запускают различные химические реакции. Одна из них нам хорошо известна – это превращение кислорода в озон, благодаря чему формируется озоновый слой, защищающий Землю от того самого ультрафиолетового излучения. Все эти реакции экзотермические, то есть при их протекании в окружающее пространство выделяется энергия в виде тепла. Это тепло и согревает верхние слои стратосферы.
Однако ваш стратостат стремится все выше и выше, и вот на высоте в 50 км вы достигли уже следующего атмосферного слоя, который называется…
Мезосфера
Первые 10 км она незначительно растет и может достигать значений от 0,5 до 1 °С. Это все еще сказывается эффект от экзотермических реакций, происходящих в предшествующем слое.
А вот дальше, на высоте в 60 км, действие данного эффекта заканчивается, и происходит резкое падение температуры – термометр показывает –90 °С. Но это еще не предел, на высоте в 90 км, то есть в районе верхней границы мезосферы, температура может упасть до –100 °С, а то и ниже. Именно здесь был зарегистрирован абсолютный атмосферный минимум –225 градусов ниже нуля.
А вот дальше, на высоте в 60 км, действие данного эффекта заканчивается, и происходит резкое падение температуры – термометр показывает –90 °С. Но это еще не предел, на высоте в 90 км, то есть в районе верхней границы мезосферы, температура может упасть до –100 °С, а то и ниже. Именно здесь был зарегистрирован абсолютный атмосферный минимум –225 градусов ниже нуля.
Подобное падение температуры объясняется тем, что воздух в мезосфере уже настолько разрежен, что солнечные лучи, проходя через эту область, просто не успевают передавать свою энергию достаточно редким молекулам газов. А расположенный ниже озоновый слой, весьма интенсивно поглощает солнечную радиацию, но при этом совсем не отражает ее. Так что нагреваться в мезосфере просто нечему – отсюда и такие низкие температуры.
Однако на высоте в 90 км мезосфера заканчивается. Дальше ваше путешествие может быть продолжено только на космическом корабле. На нем вы попадете в последний слой атмосферы, где температуры еще отличаются от таковых в открытом космосе. И называется он…
Однако на высоте в 90 км мезосфера заканчивается. Дальше ваше путешествие может быть продолжено только на космическом корабле. На нем вы попадете в последний слой атмосферы, где температуры еще отличаются от таковых в открытом космосе. И называется он…
Термосфера
Такое название эта область нашей воздушной оболочки носит не зря – здесь температура начинает резко повышаться. На высоте в 300 км термометр показывает уже 1700 °С. Дальше, до самой верхней границы этого слоя, который лежит на высоте в 800 км, температура увеличивается уже незначительно, однако, согласитесь, путешествовать через термосферу достаточно жарко! Причиной столь резкого повышение температуры является ионизация атомов атмосферных газов, при которой выделяется энергия, а также так называемое джоулево тепло, создаваемое электрическими токами магнитосферы. Кстати, именно вышеупомянутая ионизация газов приводит к таким красивым и величественным явлениям природы, как полярные сияния.
Собственно говоря, у верхней границы термосферы ваше путешествие завершается – дальше идет слой под названием экзосфера, в котором происходит утечка частиц в межпланетное пространство, поэтому температура там практически не отличается от таковой в открытом космосе. Можно возвращаться обратно на Землю – больше никаких интересных явлений, связанных с изменением температуры, вы не увидите.
Таким образом, каждый, кто совершит подобное путешествие, сможет сам убедиться в том, что представление о линейном падении температуры при росте высоты справедливо только для самого нижнего слоя атмосферы. Дальше температура меняется зигзагообразно – сначала резко повышается, потом также резко падает, после снова растет и затем опять падает. Конечно, сейчас подобные путешествия невозможны, однако со временем, когда будет создано, например, такое устройство, как космический лифт, любой желающий сможет на собственном опыте убедиться в том, что при росте высоты температура в атмосфере изменяется весьма неравномерно.
4548
