При изучении строения нашей планеты часто возникает вопрос: стратосфера — это наиболее плотный слой атмосферы, да или нет? Ответ на этот вопрос однозначен: нет. Стратосфера не является самым плотным слоем. Самым плотным, массивным и насыщенным воздушными массами слоем атмосферы Земли является тропосфера, нижний слой, в котором мы живем и который формирует погоду.
Чтобы разобраться в этом вопросе подробно, давайте рассмотрим свойства стратосферы, сравним её с другими атмосферными слоями и выясним, как распределяется плотность и масса воздуха вокруг нашей планеты.
Что такое стратосфера и где она находится?
Стратосфера — это слой атмосферы, располагающийся над тропосферой. Её границы пролегают на высоте примерно от 11 до 50 км над поверхностью Земли. Состоит она из двух основных частей:
- Нижний слой стратосферы (11–25 км), характеризуется незначительным изменением температуры.
- Верхний слой стратосферы (25–50 км), или область инверсии — здесь температура повышается от -56,5 °C до +0,8 °C.
Повышение температуры в верхней части связано с наличием озонового слоя, который поглощает губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Именно в стратосфере располагается озоносфера (на высоте от 15-20 до 55-60 км), которая определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (O3) наиболее интенсивно образуется на высоте около 25-30 км.
Почему стратосфера не является самым плотным слоем?
Плотность атмосферы максимальна у поверхности Земли и постепенно уменьшается по мере удаления от неё. Это фундаментальный физический закон: нижние слои воздуха сдавливаются весом верхних слоёв.
По сравнению с тропосферой, стратосфера представляет собой более однородную среду, однако плотность газов в ней гораздо меньше. Воздух здесь разрежен:
- На долю тропосферы приходится около 80% массы всей атмосферы.
- На долю стратосферы — около 20% массы.
- Остальные слои (мезосфера, термосфера и экзосфера) содержат менее 0,3% массы атмосферы.
Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше, чем при нормальных условиях на уровне моря. Из-за такой низкой плотности относительная диэлектрическая проницаемость в стратосфере стремится к 1, и она оказывает значительно меньшее влияние на распространение радиоволн по сравнению с плотной тропосферой.
Сравнение стратосферы с другими слоями атмосферы
Атмосфера Земли состоит из пяти основных слоёв, которые различаются по толщине, плотности, составу и изменению температуры:
- Тропосфера (0–10/11 км), самый нижний и самый плотный слой. Содержит почти весь водяной пар, здесь формируются облака и погода.
- Стратосфера (11–50 км), менее плотная, но более однородная; Содержит максимум озона. Водяного пара ничтожно мало, поэтому облачность здесь практически не формируется (исключение, редкие перламутровые облака на закате).
- Мезосфера (до ~80-85 км) — плотность продолжает падать. Температура здесь понижается от 0 °C (в стратосфере) до -110 °C.
- Термосфера — плотность крайне низкая (менее 0,05% от массы атмосферы).
- Экзосфера — последний атмосферный слой перед космическим вакуумом. Частицы здесь настолько далеки друг от друга, что их плотность слишком низкая, чтобы классифицировать их как газ.
Особенности воздушных масс в стратосфере
Помимо низкой плотности, стратосфера имеет и другие отличительные черты:
- Малая турбулентность: воздушные массы здесь перемешиваются гораздо менее бурно, чем в тропосфере. (Хотя, если грозовое облако прорывается в стратосферу, по его бурной верхней части видно, что плотность энергии ещё очень велика и далека от равновесного состояния со стратосферой).
- Направление ветров: в стратосфере преобладают западные ветры, но выше 20 км при наступлении лета в соответствующем полушарии они меняются на восточные.
- Состав воздуха: состав внутри стратосферы более однородный по сравнению с тропосферой. В более высоких слоях распределение газов зависит от их молекулярных масс — концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности.