§ 42. Атмосферное давление

Сила гидростатического и гравитационного давления, с которой столб вышележащего атмосферного воздуха давит под действием силы земного притяжения на земную поверхность и на все находящиеся на ней тела и живые организмы.

• 1. Величина давления и норма — средняя масса воздушного столба над каждым квадратным сантиметром поверхности на уровне моря составляет 1,03 кг; нормальным атмосферным давлением принято считать давление на уровне моря в средних широтах (на широте 45°) при температуре воздуха 0 °C, равное 760 миллиметрам ртутного столба (мм рт. ст.), или 1013 гектопаскалям (гПа) / миллибарам.
• 2. Зависимость от высоты местности — с увеличением абсолютной высоты масса и плотность вышележащего столба воздуха закономерно снижаются: в нижних слоях тропосферы (до высоты 2000 м) атмосферное давление понижается в среднем на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 метров подъёма (барометрическая ступень), поэтому в горах воздух разрежен и дыхание учащается.
• 3. Зависимость от температуры воздуха — при нагревании воздух расширяется, плотность его уменьшается, он становится легче и поднимается вверх (формируя восходящие потоки), создавая у земной поверхности область пониженного давления; при охлаждении воздух сжимается, уплотняется, тяжелеет и опускается вниз (нисходящие потоки), формируя область повышенного давления.
• 4. Географические рекорды и влияние на организм — самое высокое давление на планете зарегистрировано в России в сибирском городе Туруханске (816 мм рт. ст.), самое низкое на уровне моря — в районе Японии во время прохождения свирепого тайфуна «Нэнси» (641 мм рт. ст.); резкие колебания давления нарушают внутреннее бародинамическое равновесие человеческого организма, вызывая у метеочувствительных людей слабость, головокружение и тошноту.

Специализированный метеорологический и физический прибор, предназначенный для измерения численного значения атмосферного давления воздуха.

• 1. Происхождение термина и шкалы — название прибора образовано от греческих слов «барос» (тяжесть) и «метро» (мера, измерение); шкалы современных приборов градуируются как в традиционных миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), так и в единицах международной системы СИ — гектопаскалях (гПа).
• 2. Ртутный барометр — эталонный жидкостный прибор, в котором давление воздуха уравновешивается весом столбика жидкой ртути в запаянной сверху вертикальной стеклянной трубке, опущенной открытым концом в чашу со ртутью; над мениском ртути в трубке образуется безвоздушное пространство — Торричеллиева пустота.
• 3. Барометр-анероид (металлический) — портативный безжидкостный прибор, чувствительным элементом которого служит упругая тонкостенная металлическая коробочка с гофрированными стенками, из которой частично откачан воздух; при изменении атмосферного давления коробочка сжимается или расширяется, передавая микроперемещения через систему рычагов на стрелку, движущуюся по шкале циферблата.
• 4. Практическое значение — барометр незаменим для прогнозирования синоптической ситуации и погоды (падение давления указывает на приближение циклона и осадков, рост — на установление ясной сухой погоды), а также применяется в качестве высотомера (альтиметра) в авиации и альпинизме.

Итальянский физик и математик, ученик Галилео Галилея, впервые экспериментально доказавший существование давления атмосферного воздуха на земную поверхность и сконструировавший первый ртутный барометр.

• В 1643 году впервые измерил атмосферное давление с помощью ртутного барометра, доказав, что столб воздуха в атмосфере уравновешивается столбиком ртути высотой 760 миллиметров.
• В ходе опыта использовал запаянную с одного конца метровую стеклянную трубку со ртутью, опущенную в открытую чашу, и открыл безвоздушное пространство над столбиком ртути — «торричеллиеву пустоту».
• Его изобретение легло в основу современных метеорологических наблюдений за погодой, а высота ртутного столба стала традиционной единицей измерения давления в географии и физике.

Атмосферное давление — это сила, с которой столб окружающего земной шар воздуха давит под воздействием силы земного притяжения на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы и живые организмы:

• Физическая сущность: воздух невидим и кажется невесомым, однако вся толща земной атмосферы обладает колоссальной массой (более 5 квадриллионов тонн). Столб атмосферного воздуха давит на каждый квадратный сантиметр земной поверхности со средней силой 1,03 кг;
• Норма атмосферного давления: за международную норму принято давление столба воздуха на уровне моря на широте 45° при температуре 0 °C, которое составляет 760 мм ртутного столба (или 1013 гПа); если давление выше 760 мм рт. ст., оно классифицируется как повышенное, если ниже — как пониженное;
• Биологическое равновесие: человек не раздавливается этой огромной силой (на тело взрослого человека давит около 15 тонн воздуха), так как давление внутренних жидкостей и газов внутри наших тканей и кровеносных сосудов в точности равно внешнему атмосферному давлению.

Величина атмосферного давления в любой географической точке зависит от двух фундаментальных факторов:

• Абсолютная высота местности над уровнем моря: чем выше мы поднимаемся над уровнем океана, тем меньше становится толщина вышележащего слоя атмосферы и тем более разреженным оказывается воздух. В пределах нижних 2000 метров тропосферы атмосферное давление закономерно падает на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 метров подъёма;
• Температура воздуха:
• тёплый воздух при нагревании расширяется, расстояние между его молекулами увеличивается, плотность падает, и он становится легче холодного воздуха. Тёплый воздух поднимается вверх (восходящее движение), и его давление на земную поверхность уменьшается (формируется область низкого давления);
• холодный воздух при охлаждении сжимается, молекулы сближаются, плотность растёт, он становится тяжёлым и опускается к поверхности Земли (нисходящее движение), оказывая более мощное давление на земную кору (формируется область высокого давления).

Атмосферное давление — это сила, с которой воздух атмосферы давит на поверхность Земли и на все находящиеся на ней тела (сила тяжести столба воздуха массой 1,03 кг на каждый 1 см² поверхности на уровне моря).

Приборы, используемые для измерения атмосферного давления:

• Барометр — специализированный измерительный прибор (название происходит от греч. «барос» — тяжесть, «метро» — мера);
• Ртутный барометр — жидкостный прибор, изобретённый Э. Торричелли, в котором давление воздуха измеряется по высоте ртутного столбика в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.);
• Барометр-анероид — безжидкостный механический прибор, в котором давление фиксируется по деформации гофрированной металлической вакуумной коробочки, передающей движение на стрелку шкалы;
• Барограф — регистрирующий прибор, непрерывно записывающий изменения атмосферного давления чернильным пером на вращающейся бумажной ленте.

Поведение атмосферного давления при температурных изменениях строго обусловлено изменением плотности воздушной массы:

• При нагревании воздуха давление понижается:
• при повышении температуры воздух расширяется, его объём увеличивается, а плотность (масса единицы объёма) падает;
• лёгкий прогретый воздух устремляется вверх, образуя восходящие конвективные потоки;
• масса воздушного столба, опирающегося на поверхность Земли, уменьшается, и давление воздуха на земную поверхность падает (создаётся область пониженного давления);
• При охлаждении воздуха давление повышается:
• при падении температуры воздух сжимается, уплотняется, а его масса в том же объёме становится больше;
• плотный и тяжёлый охлаждённый воздух опускается вниз к земной поверхности, формируя нисходящее движение воздушных масс;
• общая масса воздушного столба над поверхностью увеличивается, в результате чего атмосферное давление на земную поверхность закономерно возрастает (создаётся область повышенного давления).

Правильный ответ: а) уменьшилось.

Физико-географическое обоснование:

• Закон падения давления с высотой: атмосфера удерживается земным притяжением, поэтому при подъёме на любую высоту столб вышележащего воздуха над человеком становится короче и тоньше. Кроме того, верхние слои воздуха обладают значительно меньшей плотностью, чем приземные. Поэтому при любом подъёме в гору атмосферное давление всегда строго уменьшается;
• Определение высоты подъёма: поскольку в тропосфере давление падает в среднем на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 метров подъёма, изменение давления на 25 мм рт. ст. указывает на то, что путешественники поднялись на высоту:

25 × 10,5 м = 262,5 метра над исходной точкой маршрута.