Атмосфера

Атмосфера — це газова оболонка, що оточує Землю. Наявність атмосфери — одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води — тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин. 
Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми, виконує кілька основних функцій: 
– захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів; 
– регулює сезонні й добові коливання температури (якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливання температури досягали б ± 200 °С); 
– є носієм тепла й вологи; 
– є депо газів, які беруть участь у фотосинтезі й забезпечують дихання; 
– зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо). 
Основні компоненти атмосфери: азот (78,084 %), кисень (20,946 %) та аргон (0,934 %). Важливу роль відіграють і так звані малі домішки: вуглекислий газ, метан тощо. Крім того, атмосфера містить водяну пару: від 0,2 % у приполярних районах до 3 % поблизу екватора. Такий хімічний склад атмосфера Землі мала не завжди. Первісна атмосфера Землі була схожа з атмосферами деяких інших планет Сонячної системи, наприклад Венери, й складалася з вуглекислого газу, метану, аміаку тощо. Нинішня киснево-азотна атмосфера — результат життєдіяльності живих організмів. 
Маса атмосфери становить приблизно одну мільйонну маси Землі — 5,15 * 105 т. Та атмосферне повітря лише умовно можна вважати невичерпним природним ресурсом. Річ у тім, що людині необхідне повітря певної якості, а під впливом її ж діяльності хімічний склад і фізичні властивості повітря дедалі погіршуються. На Землі вже практично не залишилося місць, де повітря зберегло свої первозданні чистоту та якість, а в деяких промислових центрах стан атмосфери вже просто загрозливий для людського здоров'я. 
Щонайменше в 60 містах США десятки мільйонів людей дихають повітрям, яке не відповідає сучасним нормам і є шкідливим для їхнього здоров'я. 
На кожного жителя цих міст щорічно випадає близько тонни небезпечних для здоров'я речовин. 
Атмосфера складається з таких шарів (знизу вгору): тропосфера (до висоти 18 км), стратосфера (до 50), мезосфера (до 80), термосфера (1000), екзосфера (1900), геокорона (умовно до 20 тис. км); далі атмосфера поступово переходить у міжпланетний космічний вакуум. Основна маса повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі — тропосфері. Тут же відбуваються найінтенсивніші теплові процеси, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океанів і суходолу. Надзвичайно важливе екологічне значення для біосфери має озоновий шар у стратосфері, повітря якого збагачене триатомним киснем (О3). Він розташований на висоті 20—50 км і захищає все живе на Землі від згубної дії «жорсткого» ультрафіолетового випромінювання Сонця. 
Крім газів, у повітрі атмосфери містяться ще й домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих частинок як природного, так і штучного походження: сірчистих (краплі Н2SО4), мінеральних (пил із земної поверхні), вуглеводневих (сажа), морських (частинки морських солей) та ін. 
Парниковий ефект. 
Клімат Землі, що залежить в основному від стану її атмосфери, протягом геологічної історії періодично змінювався: чергувалися епохи істотного похолодання, коли значні території суші вкривалися льодовиками, й епохи потепління (до речі, ми живемо саме в епоху потепління, коли розтанули великі льодовикові щити в Євразії та Північній Америці). Та останнім часом учені-метеорологи б'ють на сполох: сьогодні атмосфера Землі розігрівається набагато швидше, ніж будь-коли в минулому. За даними ООН, із кінця XIX до початку XXI ст. глобальна температура на земній кулі підвищилася загалом на 0,6 °С. Середня швидкість підвищення глобальної температури до 1970 р. становила 0,05 °С за 10 років, а останніми десятиліттями вона подвоїлась. І це зумовлено діяльністю людини: 
– по-перше, людина підігріває атмосферу, спалюючи велику кількість вугілля, нафти, газу, а також уводячи в дію атомні електростанції; 
– по-друге, і це головне, в результаті спалювання органічного палива, а також унаслідок знищення лісів у атмосфері нагромаджується вуглекислий газ. 

Властивості повітря. 
   Повітря оточує Землю, воно є скрізь, але ми його не бачимо, не відчуваємо. Повітря прозоре, безбарвне, не має запаху. Це властивості повітря. Крім названих, повітря має ще й інші властивості. Дізнатися про них допоможуть досліди. 
 
Досліди 
1. У склянку з водою опустимо догори дном колбу так, щоб у неї не зайшла вода. Будемо нагрівати колбу руками. З неї виходять бульбашки повітря. Чому? 
2. Не виймаючи колби з води, покладемо на неї холодну вологу тканину. В колбу почне набиратися вода. Чому? 
 
При нагріванні повітря розширюється, а при охолодженні стискається. 
Тепле повітря легше, ніж холодне. Воно піднімається вгору, а холодне опускається вниз.

Повітря має ще одну цікаву властивість, дуже важливу для  людей, тварин, рослин. Дізнатися про неї допоможе дослід. 
 
3. Візьмемо дві склянки з гарячою водою. Виміряємо температуру води в них. Одну склянку залишимо відкритою. Другу накриємо більшою склянкою. Через деякий час знову виміряємо температуру води в обох склянках. Порівняй температуру води в обох склянках. Поміркуй, чому вона стала різною. 
 
   У накритій склянці вода залишилася гарячою тому, що між склянками було повітря. А повітря погано проводить тепло. 
   Цю властивість повітря можна часто спостерігати в природі. На зиму у звірів відростає густа шерсть, а в птахів з'являється пух. Між густими шерстинками і пушинками є багато повітря. Воно зберігає тепло тіла тварин. 
   Узимку деякі трав'янисті рослини — озима пшениця, жито, суниці, копитняк не відмирають і залишаються зеленими. Але не гинуть вони тільки тоді, коли вкриті товстим пухким шаром снігу. Чому? Якщо сніг пухкий, то між сніжинками багато повітря, яке погано проводить тепло. Тепло зберігається біля рослин і зігріває їх під час морозу.

Погода– стан атмосфери в даному місці Землі у визначений момент або інтервал часу. Цей стан визначається динамікою атмосфери, фізико-хімічними процесами в ній і її взаємодією з поверхнею Землі і з космічним простором, а також із процесами, обумовленими власною внутрішньою енергетикою атмосфери і поверхні Землі. Сукупність погод у даному місці прийнято називати кліматом.

Клімат. По-грецьки, клімат – означає нахил. У кліматології мається на увазі нахил земної поверхні до сонячних променів. Клімат – одна з основних географічних характеристик тієї або іншої місцевості, він визначає багаторічний статистичний режим погоди цього місця. Основні особливості клімату залежать від надходження енергії сонячного випромінювання, циркуляції повітряних мас в атмосфері і характеру поверхні, що підстилає, даного місця. Крім того, клімат окремого регіону визначається географічною широтою і висотою місця над рівнем моря, віддаленістю його від морських узбереж, особливостями орографії (рельєфу) і рослинного покриву, наявністю льодовиків і снігових покривів, ступенем забруднення атмосфери. Обертання Землі навколо своєї осі, нахиленої до площини екватора на 23,26°, і обертання Землі навколо Сонця приводять до добових і річних варіацій погоди, а також до визначених широтних(зональних) закономірностей клімату на Землі. Сонце, погода і клімат. Приплив сонячного світла і тепла, що приходять на обертову Землю, приводить до добової зміни температури майже на всіх широтах, крім полярних шапок, де ночі і дні можуть тривати аж до напівроку. Добові і річні зміни освітленості Землі сонячними променями приводять до складної періодичної мінливості нагрівання в різних районах Землі. Результатом неоднакового нагрівання в різних ділянках суші, океану й атмосфери є виникнення могутніх струминних плинів в океанах, а також до вітрів, циклонів й ураганів в тропосфері. Ці переміщення речовини згладжують перепади температури, при цьому вони впливають на погоду в кожній точці Землі і, тим самим, формують клімат на всій планеті. Можна чекати, що устояний протягом тисяч років тепловий режим на Землі повинний забезпечити дуже точну повторюваність погодних явищ у кожнім заданому регіоні. Однак у багатьох інших місцях, при збереженні загальних закономірностей, за багато років часто спостерігаються помітні відхилення від середнього. Усі ці аномалії хоча б частково, можуть бути зв'язані із сонячною активністю. На тлі порівняно стійкого клімату погода постійно міняється, в основному, за рахунок циркуляції атмосфери. Найбільш стійка погода в тропічних країнах і найбільш мінлива в середніх широтах і нвколополярних областях, зокрема, на півночі Атлантичного і Тихого океанів, де часто виникають і розвиваються циклони. Методи прогнозу погоди на добу спираються на побудову щоденних приземних і висотних синоптичних карт погоди, до аналізу яких застосовуються загальні фізичні закономірності атмосферних процесів. При прогнозуванні на 3–5 доби і більш застосовуються різні статистичні прийоми (див.МЕТЕОРОЛОГІЧНІ ЯВИЩА).

Основні типи клімату. Класифікація кліматов дає упорядковану систему для характеристики типів клімату, їхнього районування і картографування. Типи клімату, що переважають на великих територіях, називаються макрокліматами. Макрокліматичний район повинний мати більш-менш однорідні кліматичні умови, що відрізняють його від інших районів, хоча і являють собою лише узагальнену характеристику (оскільки не існує двох місць з ідентичним кліматом), що більше відповідає реаліям, чим виділення кліматичних районів тільки на основі приналежності до визначеного широтно-географічного пояса.

Клімат льодовикових покривів панує в Гренландії й Антарктиді, де середні місячні температури нижче 0° C. У темний зимовий час року ці регіони зовсім не одержують сонячної радіації, хоча там бувають сутінки і полярні сяйва. Навіть улітку сонячні промені падають на земну поверхню під невеликим кутом, що знижує ефективність прогріву. Велика частина сонячної радіації відбиває льодом. Як улітку, так і узимку в високогірних районах Антарктичного льодовикового покриву переважають низькі температури. Клімат внутрішніх районів Антарктиди набагато холодніше клімату Арктики, оскільки південний материк відрізняється великими розмірами і висотами, а Північний Льодовитий океан зм'якшує клімат, незважаючи на широке поширення пакових льодів. Улітку під час коротких потеплень дрейфуючий лід іноді тане. Опади на льодовикових покривах випадають у виді снігу або дрібних часточок крижаного тумана. Внутрішні райони щорічно одержують всего 50–125 мм опадів, але на узбережжя може випадати і більш 500 мм. Іноді циклони приносять у ці райони хмарність і сніг. Снігопади часто супроводжуються сильними вітрами, що переносять значні маси снігу, сдувая його зі скель. Сильні стокові вітри з заметілями дують з холодного льодовикового щита, виносячи сніг на узбережжя.

Субполярний клімат виявляється в тундрових районах на північних окраїнах Північної Америки і Євразії, а також на Антарктиді і прилягаючих до неї островах. У східній Канаді і Сибіру південна границя цього кліматичного пояса проходить значно південніше Полярного кола через сильно виражений вплив великих масивів суші. Це приводить до затяжних і вкрай холодних зим. Літо є коротким і прохолодне із середніми місячними температурами, що рідко перевищують +10° С. До деякої міри довгі дні компенсують нетривалість літа, однак на більшій частині території одержуваного тепла недостатньо для повного відтавання ґрунтів. Постійно мерзлий ґрунт, називаний багаторічною мерзлотою, стримує ріст рослин і фільтрацію талих вод у ґрунт. Тому влітку плоскі ділянки виявляються заболоченими. На узбережжя зимові температури трохи вище, а літні – трохи нижче, ніж у внутрішніх районах материка. Улітку, коли вологе повітря знаходиться над холодною водою або морським льодом, на арктичних узбережжях часто виникають тумани. Річна сума опадів звичайно не перевищує 380 мм. Велика їхня частина випадає у виді дощу або снігу влітку, при проходженні циклонів. На узбережжя основна маса опадів може бути принесена зимовими циклонами, але низькі температури і ясна погода холодного сезону, характерні для більшої частини областей із субполярним кліматом, несприятливі для значного снігонакопичення.

Субарктичний клімат відомий також за назвою «клімат тайги» (по переважному типу рослинності – хвойним лісам). Цей кліматичний пояс охоплює помірні широти Північної півкулі – північні області Північної Америки і Євразії, розташовані безпосередньо до півдня від субполярного кліматичного пояса. Тут виявляються різкі сезонні кліматичні розходження через положення цього кліматичного пояса в досить високих широтах у внутрішніх частинах материків. Зими затяжні і вкрай холодні, і чим північніше, тим дні коротше. Літо є коротким і прохолодне з довгими днями. Узимку період з негативним температурами дуже тривалий, а влітку температура часом може перевищувати +32° С. На більшій частині розглянутого кліматичного пояса випадає менш 500 мм опадів у рік, причому їхня кількість максимальна на навітряних узбережжях і мінімально у внутрішній частині Сибіру. Снігу узимку випадає дуже мало, снігопади сполучені з рідкими циклонами. Літо звичайне більш вологе, причому дощі йдуть, в основному, при проходженні атмосферних фронтів. На узбережжях часто бувають тумани і суцільна хмарність. Узимку в сильні морози над сніжним покривом висять крижані тумани.

Вологий континентальний клімат з коротким літом характерний для великої смуги помірних широт Північної півкулі. У Північній Америці вона простирається від прерій на півдні центральної Канади до узбережжя Атлантичного океану, а в Євразії охоплює велику частину Східної Європи і деякі райони Середнього Сибіру. Такий же тип клімату спостерігається на японському о.Хоккайдо і на півдні Далекого Сходу. Основні кліматичні особливості цих районів визначаються переважним західним переносом і частим проходженням атмосферних фронтів. У суворі зими середні температури повітря можуть знижуватися до –18° С. Літо коротке і прохолодне, безморозний період менш 150 днів. Річна амплітуда температур не настільки велика, як в умовах субарктичного клімату. У цьому кліматичному поясі постійну погрозу для сільського господарства представляють весняні заморозки. У приморських провінціях Канади, у Новій Англії і на о.Хоккайдо зими тепліше, ніж у внутріконтинентальних районах, тому що східні вітри часом приносять більш тепле океанічне повітря. Річна кількість опадів коливається від менш 500 мм у внутрішніх частинах материків до більш 1000 мм на узбережжях. На більшій частині району опади випадають переважно влітку, часто при грозових зливах. Зимові опади, в основному у виді снігу, зв'язані з проходженням фронтів у циклонах. Заметілі часто спостерігаються в тилу холодного фронту.

Вологий континентальний клімат з довгим літом. Температури повітря і тривалість літнього сезону збільшуються до півдня в районах вологого континентального клімату. Такий тип клімату виявляється в помірному широтному поясі Північної Америки від східної частини Великих Рівнин до атлантичного узбережжя, а в південно-східній Європі – у низов'ях Дунаю. Подібні кліматичні умови й у північно-східному Китаї і центральній Японії. Тут також переважає західний перенос. Середня температура найбільш теплого місяця +22° С (але температури можуть перевищувати +38° С), літні ночі теплі. Зими не такі холодні, як в областях вологого континентального клімату з коротким літом, але температура іноді опускається нижче 0° С. Річна амплітуда температур звичайно складає 28° С. Найчастіше в умовах вологого континентального клімату з довгим літом випадає від 500 до 1100 мм опадів у рік. Найбільша кількість опадів приносять літні грозові зливи під час вегетаційного сезону. Узимку дощі і снігопади, в основному, сполучені з проходженням циклонів і зв'язаних з ними фронтів.

Морський клімат помірних широт властивий західним узбережжям материків, насамперед, північно-західної Європи, центральної частини тихоокеанського узбережжя Північної Америки, півдню Чилі, південному сходу Австралії і Нової Зеландії. На хід температури повітря зм'якшуючий вплив роблять переважні західні вітри, що дують з океанів. Зими м'які із середніми температурами найбільш холодного місяця вище 0° С, але, коли узбереж досягають потоки арктичного повітря, бувають і морози. Літо в цілому досить тепле; при вторгненнях континентального повітря вдень температура може на короткий час підвищуватися до +38° С. Цей тип клімату з невеликою річною амплітудою температур є найбільш помірним серед климатов помірних широт. У районах помірного морського клімату середня річна сума опадів коливається від 500 до 2500 мм. Найбільш зволожені навітряні схили прибережних гір. Циклони, що рухаються з океанів, приносять багато опадів на західні материкові окраїни. Узимку, як правило, тримається хмарна погода зі слабкими дощами і рідкими короткочасними снігопадами. На узбережжях звичайні тумани, особливо влітку і восени.

Вологий субтропічний клімат характерний для східних узбереж материків до півночі і півдня від тропіків. Основні області поширення – південний схід США, деякі південно-східні райони Європи, північ Індії і Мянми, східний Китай і південна Японія, північно-східна Аргентина, Уругвай і південь Бразилії, узбережжя провінції Натал у ПАР і східне узбережжя Австралії. Літо у вологих субтропіках тривале і спека, з такими ж температурами, як і в тропіках. Середня температура самого теплого місяця перевищує +27° С, а максимальна – +38° С. Зими м'які, із середніми місячними температурами вище 0° С. В вологих субтропіках середні річні суми опадів коливаються від 750 до 2000 мм, розподіл опадів по сезонах досить рівномірне. Узимку дощі і рідкі снігопади приносяться головним чином циклонами. Влітку опади випадають в основному у виді грозових злив, зв'язаних з могутніми затоками теплого і вологого океанічного повітря, характерними для мусонної циркуляції східної Азії. Урагани (або тайфуни) виявляються наприкінці літа і восени, особливо в Північній півкулі.

Субтропічний клімат із сухим літом типовий для західних узбереж материків до півночі і півдня від тропіків. У Південній Європі і Північній Африці такі кліматичні умови характерні для узбереж Середземн моря, що послужило приводом називати цей клімат також средиземноморским. Такий же клімат у південній Каліфорнії, центральних районах Чилі, на крайньому півдні Африки й у ряді районів на півдні Австралії. В усіх цих районах жарке літо і м'яка зима. Як і у вологих субтропіках, узимку зрідка бувають морози. В внутрішніх районах улітку температури значно вище, ніж на узбережжях, і часто такі ж, як у тропічних пустелях. У цілому переважає ясна погода. Улітку на узбережжях, біля яких проходять океанічні течії, нерідко бувають тумани. Максимум опадів зв'язаний із проходженням циклонів узимку, коли переважні західні повітряні потоки зміщаються в напрямку до екватора. Вплив антициклонів і спадні потоки повітря під океанами обумовлюють сухість літнього сезону. Середня річна кількість опадів в умовах субтропічного клімату коливається від 380 до 900 мм і досягає максимальних величин на узбережжях і схилах гір. Улітку звичайно опадів не вистачає для нормального росту дерев, і тому там розвивається специфічний тип вічнозеленої чагарникової рослинності, відомий під назвами маквис, чапарраль, малі, маккия і финбош.