Раздел 2. Физика атмосферы. Влияние атмосферы Земли на геодезические измерения

Общие сведения

Физика атмосферы – область науки, включающая экспериментальное и теоретическое изучение феноменологии (по Канту, учение о феноменах, явлениях) и физики процессов, происходящих в земной атмосфере, а также разработку методов прогноза явлений в атмосфере с различной степенью заблаговременности. Кроме того, она включает экспериментальное и теоретическое изучение строения и физики средней и верхней атмосферы Земли от стратосферы до экзосферы, а также ионосферы и магнитосферы, и взаимодействие солнечного ветра с околоземным космическим пространством.

Для планет земного типа (Земля, Венера, Марс, некоторые спутники планет-гигантов) атмосфера – это газовая оболочка планеты. Для газово-жидких планет (планеты-гиганты Юпитер, Сатурн и т.п.) атмосферой называется доступная наблюдениям внешняя часть планеты.

Толщина атмосферы составляет примерно 1500км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха равна (5,1-5,3)×10¹⁵т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966. Давление при 0°С на уровне моря равно 1013,25 гПа. Критическая температура -140,7°С, критическое давление -3,7МПа. Растворимость воздуха в воде при 0°С - 0,036%, при 25°С – 0,22%.

Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в четырёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера. На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами (углеродом, аммиаком, водяным паром), кроме водорода. Так образовалась вторичная атмосфера. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

· постоянная утечка водорода в межпланетное пространство;

· химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся меньшим содержанием водорода и большим – азота и углекислого газа.

С появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа, состав атмосферы начал меняться. Состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали весьма значительные изменения. Снижение содержания кислорода в атмосфере и установление его равновесия стало результатом появления гетеротрофных организмов и вулканической деятельности. Так образовалась современная четвертичная атмосфера, обладающая окислительными свойствами.

В последнее время на эволюцию атмосферы оказывает влияние человеческая деятельность. Результатом этой деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи.

Внешняя граница атмосферы, т.е. граница области, в которой газовая среда гравитационно и генетически связана с Землёй, находится на расстоянии 8-12 средних радиусов Земли.

Земная атмосфера прозрачна для электромагнитного излучения, приходящего извне, в сравнительно узких интервалах длин волн: оптическом – в диапазоне от 0,3мк до 5,2мк и радиодиапазоне – от 1мм до 30м. Непрозрачность атмосферы для волн другой длины определяется поглощением излучения молекулами, атомами и заряженными частицами, входящими в состав атмосферы.