Благодаря подогреву снизу в приземном слое атмосферы температура с увеличением высоты падает. Например, на высоте 10–12 километров царит жестокий мороз в 40–50 градусов ниже нуля. Объясняется это тем, что на такую высоту от Земли доходит очень мало тепла, а прозрачный воздух практически не прогревается Солнцем.
Для тропосферы характерны увеличение скорости ветра с возрастанием высоты, значительные вертикальные перемещения воздуха. Все эти процессы и определяют погоду на Земле.
Граница между тропосферой и расположенной над ней стратосферой называется тропопаузой. В верхних слоях стратосферы, начиная с высоты 25 километров, температура начинает увеличиваться. Она достигает максимума в стратопаузе, на высотах 75–85 километров. На таких высотах вновь царит тропическая жара.
Над этим уровнем расположена термосфера, где температура возрастает еще сильнее, и на высоте 400 километров она уже превышает 1 000 °C. Эта граница называется термопаузой.
За термопаузой, там, где начинается экзосфера и давление падает практически до нуля, температура также понижается и начинается область космического холода.
Знание температурного режима различных слоев атмосферы очень важно, поскольку без него невозможно сконструировать космический корабль, рассчитанный на работу на околоземной орбите.
Много веков тому назад в местечке Дельфы в Греции один пастух заметил, что из земли что-то выделялось такое, что заставляло овец вести себя странно, а люди от этого пьянели, речь их путалась. Греки решили, что это был дух какого-то бога, и построили на этом месте храм. «Дух» этот был природным газом.
Сегодня известны три вида газов: природный газ, каменноугольный газ и водяной газ. Месторождения газа расположены во многих районах Земли. Он концентрируется в подземных хранилищах, которые образовались в результате формирования земной коры. Длинные газопроводы переносят газ под давлением в города на расстояния в тысячи километров, где он в основном используется, на металлургических заводах и электростанциях.
Каменноугольный газ получают из измельченного угля, который разогревают в больших вакуумных установках. Когда температура разогрева достигает определенного уровня, уголь начинает плавиться, и выделяется газ, который выводится по трубам.
Газ собирается в большую емкость, где он очищается от примесей. Затем его пропускают по охлаждающим трубам и направляют в «очиститель», где удаляются оставшиеся примеси. И, наконец, очищенный газ через счетчик, который определяет его количество, поступает в емкости-хранилища, а оттуда – в жилые дома и на предприятия.
Густой черный битум, образующийся при очистке газа, содержит много ценных продуктов, которые используются в производстве духов, красителей, лекарств и масел. Вещество, которое остается в газовой печи, называется «кокс».
В настоящее время газ практически не используют для освещения. Более 80 % получаемого газа используется при приготовлении пищи и отопления жилых помещений и промышленных предприятий. Газ относится к чистым видам топлива, поэтому он очень широко используется. Он легко управляем, не требует расходов на складирование и уничтожение отходов сгорания.
Сейчас при приготовлении пищи, выпечке хлеба мы пользуемся газом. Есть даже холодильники, работающие на газовом топливе. В современных прачечных для получения пара также применяется газ. Использование газового топлива – это один из способов обеспечения относительной чистоты воздуха в городах.
Воздух – это смесь газов, которая нас окружает. Слой воздуха, который окружает Землю, называется атмосферой. Он необходим для дыхания всем живым существам. Кроме того, атмосфера защищает Землю от перегрева Солнцем и воздействия вредных излучений.
Воздух обладает рядом интересных свойств. Прежде всего запомним, что он бесцветен и не имеет запаха. Поэтому мы легче всего ощущаем его температуру. Когда дует ветер, мы чувствуем его дыхание и говорим, что сегодня, например, очень холодный или пронзительный ветер.
Однако на самом деле воздух представляет собой смесь множества разных газов. Известно также, что воздух имеет вес. Воздух помогает распространению звуков: без него мы не смогли бы ничего услышать, потому что звук не может перемещаться в вакууме.
Воздух достаточно сложен по своему составу, основную его часть, примерно три четвертых от всего количества, занимает азот. Примерно одну пятую составляет кислород. Воздух также содержит определенное количество воды, которая присутствует в виде мельчайших частиц, называемых паром. Кроме того, в воздухе есть и другие газы, но их очень мало.
Когда мы ведем речь о степени влажности воздуха, мы как раз и говорим о том количестве воды, которое можем измерить в воздухе. Если воды мало, то она существует в виде невидимого глазом пара, но если ее количество возрастает, то пар превращается в туман, который мы можем видеть.
Если вы будете постепенно подниматься над Землей, слой воздуха постепенно начнет уменьшаться, становится тоньше. Кислорода в нем становится все меньше. Поэтому все реактивные самолеты, летящие на очень большой высоте, должны иметь в своих кабинах запасы воздуха, с тем чтобы подавать его для обеспечения нормального дыхания пассажиров.
Вот почему и те, кто совершает высокогорные подъемы, также должны нести с собой запасы воздуха. Наверху воздух слишком разрежен, чтобы им можно было нормально дышать.
Если воздух начать подогревать, он становится легче и поднимается вверх. Его замещает холодный воздух. Как только он нагреется, он также поднимется вверх, и на его место придет новый холодный воздух. Так постепенно прогревается вся комната. Такое явление называется конвекцией.
В природе конвекция обеспечивает движение воздуха, которое мы ощущаем в виде ветра. Ближе к земле воздух нагревается сильнее и начинает подниматься вверх, а на смену ему приходит более холодный воздух с высоты.
Ничто другое не является столь важным для жизни на Земле и в то же время так редко замечается, как окружающий нас атмосферный воздух. Жизнь человека и большинства других живых существ невозможна без дыхания. Прекращение дыхания даже на несколько минут влечет за собой прекращение жизнедеятельности. Что же такое воздух, которым мы дышим?
Воздух представляет собой смесь разных газов: азота, кислорода, водяного пара, аргона, двуокиси углерода и многих других. Из каждых 100 частей сухого воздуха 78 приходится на азот, и 21 часть – на кислород и оставшаяся 1 часть – на все прочие газы.
Важнейшая составляющая атмосферного воздуха – кислород. Именно он поглощается в легких человека из вдыхаемого воздуха. Взамен выделяется углекислый газ (двуокись углерода). Другая очень важная часть – это озон. Хотя его содержание очень мало (одна часть на сто тысяч частей воздуха), он выполняет жизненно важную роль, являясь преградой губительному для жизни ультрафиолетовому излучению Солнца. Без озона жизнь на Земле была бы совершенно иной, чем она есть сейчас: до поверхности Земли доходило бы гораздо более сильное ультрафиолетовое излучение. А последствия воздействия даже его малой части хорошо знают те, кто получал солнечные ожоги.
Благодаря присутствию в воздухе углекислого газа и водяного пара температура воздуха у земли оказывается существенно выше, чем если бы их не было.
Кроме естественных составляющих в воздухе всегда присутствуют в большей или меньшей степени всевозможные загрязняющие вещества, которые делают его засоренным, нечистым. В городах этих веществ больше (воздух грязнее), на удалении от городов их меньше (воздух чище, прозрачнее). Источником загрязняющих веществ являются выхлопные газы автомобилей, продукты сгорания угля, нефти, дров, вулканические выбросы, поднимаемая ветром пыль.
