А т м о с ф е р а склад і будова атмосфери

Газовий склад і аерозольні домішки.

Значення атмосфери в розвитку географічної оболонки.

1.Атмосфера - повітряна газова оболонка землі, яка бере участь в обертанні Землі і знаходиться у взаємодії з іншими оболонками нашої планети.

Вивчення атмосфер Марса, Венери показали, що атмосфера знаходиться в хімічному рівновазі з поверхневими породами. Рівновага визначається цілою низкою чинників (щільність і температура порід). Якби на Землі температура була б як на Венері, то вуглець виділився у вигляді вуглекислого газу в атмосферу і склад атмосфери був би близький до складу її на Венері.

Все атмосферні процеси проходять під впливом процесів, що відбуваються в космосі і на земній поверхні. Джерелом енергії атмосферних процесів в основному є сонячна радіація (сонячне випромінювання). Але сонячні промені, проходячи через атмосферу, більше нагрівають безпосередньо земну поверхню, ніж повітря. Між земною поверхнею і атмосферою відбувається обмін тепла (теплооборот) і води (влагооборот).

Будова земної поверхні, її рельєф (гори або рівнини), характер рослинності мають значення і для рухів повітря (циркуляції атмосфери).

Наявність атмосфери є важливим фактором для життя на Землі і для різноманітних фізичних процесів, що відбуваються на земній поверхні (дефляція, абразія, морські течії).

2. Що ж являє собою якісна характеристика атмосфери?

Атмосфера складається з суміші газів, званої повітрям, в якому знаходяться в підвішеному стані рідкі і тверді частинки (твердих частинок вкрай мало, але вони відіграють значну роль).

У земної поверхні сухе повітря складається з азоту - 78%, кисню - 21%, аргону - 0,93%. вуглекислого газу - 0,03%. На решту гази доводиться 0,04%: криптон, ксенон, неон, гелій, водень, озон, йод, радон, метан, аміак та ін.

На висотах 100 - 200 км починається розшарування, хоча і слабке, але як і раніше переважає азот.

На висотах 200 - 1000 км переважає кисень, причому в атомарному стані. Під дією ультрафіолетової радіації Сонця при зіткненні двоатомних молекули кисню розкладаються на заряджені атоми і утримуються вже не тяжінням Землі, а тяжінням магнітного поля.

1.поглощеніе сонячної радіації і підвищення температури тих шарів атмосфери, в яких він знаходиться;

2.задержка теплового випромінювання Землі, що оберігає її поверхню від охолодження;

3.поглощеніе ультрафіолетової радіації Сонця з довжинами хвиль 0,15 - 0,29 мікрон (мкр = 1 \ 1000мм), яка згубно позначається на живих організмах на Землі.

Крім перерахованих вище газів в повітря біля земної поверхні, в основному в районі великих міст, проникають і інші гази (оксиди сірки, вуглецю, фосфору та ін.). За останні роки надходження окислів сірки становить понад 5 млн тонн на рік. Надходження окису вуглецю в містах в містах, насичених автотранспортом, може досягати критичних величин (регулювальники руху в Токіо стояли в протигазах, в Лос-Анжелесі немає дерев і більше 20 тис. Доларів витрачено на пластикові дерева, В радіусі 30 км від Мончегорськ нікелевого комбінату загинули соснові ліси, але зараз ліси відновлюються).

До складу атмосфери входять також аерозольні (зважені) домішки (аерозолі). До них відносяться: тверді частинки диму, сажі, попелу, крапельки кислот, частинки морської солі, мікроорганізми (бактерії), пилок, спори, космічний пил (утворюється близько 1 млн тонн на рік з міжпланетного простору і при згорянні метеорів в атмосфері), продукти штучного радіоактивного розпаду, що заражають повітря при випробувальних вибухів. Радіуси цих частинок коливаються від сотих, тисячних часток мікрона до 5 мк. Тому вони можуть тривалий час утримуватися в атмосфері в підвішеному стані. Видаляються з атмосфери вони головним чином при випаданні опадів, коли приєднуються до крапельок і сніжинкам.

Все аерозольні домішки містяться в найбільшій кількості в самих нижніх шарах атмосфери, поблизу земної поверхні, яка є їх джерелом. Особливо забруднений аерозольними домішками повітря великих міст: в 1 см3 повітря тут знаходяться десятки тисяч аерозольних часток (в 1 см3 повітря над відкритими частинами океанів - сотні частинок аерозолів). Аерозольні домішки сприяють виникненню туманів, смогов, проникають в легені, негативно впливають на серцево-судинну систему. У Лондоні велика смертність від впливу смогов.

Аерозольні домішки можуть легко переноситися повітряними течіями на великі відстані. Піщаний пил, що потрапляє в повітря над Сахарою, випадала неодноразово в великих кількостях на території Південної і Середньої Європи. Дим лісових пожеж в Канаді переносився сильними повітряними течіями на висоті 8 - 13 км до берегів Європи. Дим і попіл великих вулканічних вивержень неодноразово поширювався в високих шарах атмосфери на величезні відстані, огортаючи всю земну кулю. Запиленість повітря спостерігалася протягом декількох місяців після вивержень. Радіоактивні продукти, що потрапляють в атмосферу при вибухах, поширюються у високих шарах атмосфери над величезними просторами земної кулі.

3. Атмосфера складається з декількох концентричних сфер. відрізняються один від одного або по температурних умов, або за складом, або по іншим характеристикам. Сфери розділені перехідними шарами - паузами.

Тропосфера - це нижня частина атмосфери до висоти 10 - 15 км, в якій зосереджено 75% усієї маси атмосфери (до 5 км - 50%). Найнижчий тонкий шар тропосфери в кілька метрів або десятків метрів, що безпосередньо примикає до земної поверхні, називається приземним шаром. Тут різко виражені зміни температури протягом доби, сезонів, року. Шар від земної поверхні до висоти близько 1000 м називається шаром тертя. Відмітна особливість тропосфери - падіння температури з висотою в середньому на 0,65 0 С на кожні 100 м. У тропосфері міститься майже уся водяна пара, виникають майже всі хмари, відбувається безперервне перемішування повітря. Верхня межа тропосфери різна над різними широтами і змінюється протягом року і дня. В середньому річному значенні тропосфера простирається над полюсами до висоти 9 км, над помірними широтами - 10-12 км, над екватором - 15-17 км. Середня річна температура повітря в земної поверхні +26 0 С на екваторі, -23 0 С - над північним полюсом. Температура на верхній межі тропосфери над екватором -70 0 С, над північним полюсом - -55 0 С. Тиск повітря на верхній межі тропосфери в 5 - 6 разів менше, ніж у земної поверхні.

Перехідний шар від тропосфери до вище лежить стратосфері називається тропопаузою, товщина її 1 - 2 км.

Стратосфера розташовується до висоти 50 - 55 км. Температура в ній в середньому зростає з висотою. Починаючи з висоти 22 - 25 км температура різко зростає і досягає величин +10 0 С - +30 0 С, тому що на цих висотах розташовується озоновий горизонт. Водяної пари в стратосфері вкрай мало. Однак на висоті 20 - 25 км в високих широтах спостерігаються перламутрові хмари. Днем вони не видно, а вночі видно, так як висвітлюються Сонцем, що знаходяться за горизонтом. Ці хмари складаються з переохолоджених водяних крапельок. Стратосфера відділяється від вищерозміщеної сфери стратопаузой.

Мезосфера простягається приблизно до висоти 80 км. Тут температура з висотою падає від позитивних значень біля основи до негативних (кілька десятків градусів нижче нуля) на верхній межі. В результаті швидкого падіння температури з висотою частинки рухаються з великою швидкістю (від 60км \ год до декількох сотень км \ год), часто змінюють напрямок свого руху. На висоті 75 - 80 км падіння температури змінюється новим підвищенням. Тут спостерігаються влітку сріблясті хмари, що освітлюються Сонцем в нічні години і складаються з переохолодженого водяної пари. На верхній межі мезосфери тиск повітря в 200 разів менше, ніж у земної поверхні.

Таким чином, до висоти 80 км полягає 99,5% всієї маси атмосфери.

Термосфера характеризується високими температурами. В межах термосфери виділяють іоносферу до висоти 1000 км, вище розташовується екзосфера, що переходить у земну корону.

У іоносфері виділяються шари з максимальною іонізацією (шар Е на висоті 100 - 120 км, шар F на висоті 200 - 400 км). Положення іоносферних шарів і концентрація іонів в них весь час змінюється. Спорадичні (тимчасові) скупчення електронів з особливо великою концентрацією називаються електронними хмарами.

У прямій залежності від ступеня іонізації залежить електропровідність атмосфери. У іоносфері електропровідність повітря в 1012 разів більше, ніж у земної поверхні. Радіохвилі випробовують в іоносфері поглинання, заломлення і віддзеркалення. Хвилі довжиною понад 20 м взагалі не можуть пройти крізь іоносферу: вони відображаються електронними шарами невеликій концентрації в нижній частині іоносфери. Середні і короткі хвилі відбиваються вищерозташованими шарами. Відображення хвиль в межах іоносфери сприяє встановленню телекомунікації на коротких хвилях, які неодноразово відбиваються від шарів іоносфери, від земної поверхні і зигзагоподібно поширюються на великі відстані. У іоносфері спостерігаються полярні сяйва і магнітні бурі.

Температура в іоносфері зростає з висотою до дуже великих значень. На висоті 800 км температура дорівнює 1000 0 С. При високій температурі частинки рухаються з великою швидкістю, але щільність повітря так мала, що супутник у космосі не нагрівається шляхом теплообміну з повітрям. Температурний режим супутника буде залежати від безпосереднього поглинання ним сонячної радіації і віддачі його власного випромінювання в навколишній простір.

Між нижньою межею іоносфери і земною поверхнею постійно існує величезна різниця потенціалів - близько 400000 вольт (мережа - 220 вольт). Ми живемо всередині величезного конденсатора, зарядженими пластинами якого є земна поверхня (негативний потенціал) і верхні шари атмосфери (позитивний потенціал). Так як у всій товщі атмосфери завжди присутні іони, від верхніх шарів атмосфери до Землі весь час тече струм потужністю 7 х ​​108 ват. При такому струмі конденсатор земля - ​​іоносфера розрядився б за кілька хвилин. Ймовірно, постійно існуюча різниця потенціалів підтримується грозами. Вони поділяють негативні і позитивні заряди. Негативні - при ударах блискавки стікають до Землі, а позитивні - несуться вгору і розтікаються по іоносфері.

Екзосфера розташовується понад 1000 км, до висоти близько 3000 км, а вище виділяють земну корону з нечітко вираженою кордоном. Швидкості руху частинок в екзосфері великі, значна розрідженість повітря. Окремі частинки досягають швидкості 11,2 км \ сек, долають силу тяжіння Землі і "вислизають» в світовий простір. Тому екзосферу називають ще сферою розсіювання.

Значення атмосфери в розвитку географічної оболонки

1.Атмосфера зберігає тепло, яке Земля отримує від Сонця, при зміні дня і ночі не буває різких переходів в температурах, як на Місяці.

2.Атмосфера оберігає Землю від бомбардування метеоритами, космічними частинками, рятує від ультрафіолетової радіації все організми на планеті.

3.В атмосфері утворюються хмари, опади, вітер. Розсіюються сонячні промені, в результаті чого створюється поступовий перехід від світла до тіні (сутінки).

4.Атмосфера є середовищем розвитку і існування організмів на планеті і продуктом їх життєдіяльності. Протягом року атмосфера проходить через живі організми в процесі дихання, фотосинтезу.

5.Благодаря здатності повітря поширювати звук, існує радіозв'язок