Атмосферні процеси в природі, види, сутність, значення - деякі питання сучасного

Атмосфера Землі (від грец. Atmos - пар і sphaira - куля), газова оболонка, що оточує Землю. Атмосферою прийнято вважати ту область навколо Землі, в якій газове середовище обертається разом з Землею як єдине ціле. Маса атмосфери становить близько 5,15-10 15 т. Атмосфера забезпечує можливість життя на Землі і має великий вплив на різні сторони життя людства.

Розвиток атмосфери було тісно пов'язане з геологічними і геохімічними процесами, а також з діяльністю живих організмів. Атмосферні гази, в свою чергу, робили великий вплив на еволюцію літосфери. Наприклад, величезна кількість вуглекислоти, що надійшла в атмосферу з літосфери, було потім закумульовано в карбонатних породах. Атмосферний кисень і надходить з атмосфери вода з'явилися найважливішими чинниками, які впливали на гірські породи. Протягом всієї історії Землі атмосфера відігравала велику роль в процесі вивітрювання. У цьому процесі брали участь атмосферні опади, які утворювали річки, що змінювали земну поверхню. Не менше значення мала діяльність вітру, що переносив дрібні фракції гірських порід на великі відстані. Істотно впливали на руйнування гірських порід коливання температури і інші атмосферні фактори. Поряд з цим атмосфера захищає поверхню Землі від руйнівної дії падаючих метеоритів, велика частина яких згорає при входженні в щільні шари атмосфери.

Атмосфера затримує велику частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, яке згубно діє на багато організмів. Атмосферний кисень використовується в процесі дихання тваринами і рослинами, атмосферна вуглекислота - в процесі живлення рослин. Кліматичні чинники, особливо термічний режим і режим зволоження, впливають на стан здоров'я і на діяльність людини. Особливо сильно залежить від кліматичних умов сільське господарство.

Атмосферні процеси поблизу земної поверхні і в нижніх 10-20 км атмосфери особливо важливі з практичної точки зору і найбільш вивчені.

Їх можна звести до трьох основних груп: 1) рух повітря; 2) теплові процеси (Термика); 3) процеси, пов'язані з водою в атмосфері.

Головним двигуном атмосферних процесів, що визначають погоду і клімат, є сонячна енергія, що досягає поверхні Землі безпосередньо або в розсіяному вигляді.

Джерелом енергії атмосферних процесів в основному є сонячна радіація (сонячне випромінювання), що приходить до Землі з світового простору. Саме промениста енергія Сонця перетворюється в атмосфері і на земній поверхні в теплоту, енергію руху та інші види енергії. Але сонячні промені більше нагрівають земну поверхню, ніж безпосередньо повітря, а вже між земною поверхнею і атмосферою відбувається жвавий обмін тепла, а також і води. Будова земної поверхні, її рельєф мають значення і для рухів повітря. З впливами земної поверхні (нагрівання, запилення) певною мірою пов'язані і оптичні властивості атмосфери, і її електричний стан.

Те, що відбувається в атмосфері в даний момент, сукупність атмосферних процесів, що відбуваються в атмосфері протягом короткого часу, називається погодою. Характеристики погоди, такі, як температура повітря, хмарність, атмосферні опади, вітер.

Сучасна кліматологія прагне показати саме атмосферні процеси в їх зв'язку з географічною обстановкою. При цьому доводиться для їх ілюстрації користуватися прикладами, накопиченими старої кліматологією, яка розглядала такі - основні метеорологічні елементи:

1) атмосферний тиск;

2) температуру повітря, що характеризує його тепловий стан;

3) вологість повітря;

4) повітряні течії, що розглядаються за величиною швидкості повітря і за напрямком; 5) видимість, або прозорість, атмосфери;

6) хмарність та опади у твердому і рідкому стані.

Існує три основних цикли атмосферних процесів, що визначають клімат. Це так звані климатообразующие процеси - теплооборот, влагооборот і атмосферна циркуляція.

Крізь атмосферу проходить потік сонячної радіаціі.Атмосфера частково поглинає сонячні промені, перетворюючи їх енергію в теплоту; частково розсіює їх, змінюючи за якістю (спектрального складу); частково вони відображаються назад хмарами.

Радіація, що пройшла крізь атмосферу (почасти й розсіяна атмосферою), падаючи на земну поверхню, частково від неї відбивається, але в більшій частині поглинається нею і нагріває верхні шари грунту і водойм. Земна поверхня сама випускає невидиму інфрачервону радіацію, яка в більшій частині поглинається атмосферою і нагріває її. Атмосфера, в свою чергу, випромінює інфрачервону радіацію, велика частина якої поглинається земною поверхнею. У той же час земна і атмосферна радіація безперервно йде за межі атмосфери разом з відбитої сонячної радіацією, врівноважуючи приплив сонячної радіації до Землі.

Крім обміну тепла шляхом випромінювання, між земною поверхнею і атмосферою відбувається обмін тепла шляхом теплопровідності. У передачі тепла всередині атмосфери особливо важливу роль відіграє перемішування повітря в вертикальному напрямку. Значна частина тепла, що надходить на земну поверхню, витрачається ще на випаровування води, переходячи в приховану форму. Потім, при згущенні водяної пари в атмосфері, це тепло, виділяючись, йде на нагрівання повітря.

Температура повітря, постійно відчувається як тепло або холод, має найважливіше значення для життя на Землі взагалі, для життя і господарської діяльності людей зокрема. Температура повітря змінюється протягом доби і протягом року в залежності від обертання Землі і пов'язаних з ним змін у надходженні сонячної радіації. Але вона змінюється і нерегулярно, неперіодично, в зв'язку з повітряними течіями, спрямованими з одних місць Землі в інші. Розподіл температури повітря по Земній кулі в основному залежить від загальних умов припливу сонячної радіації по широкій, від розподілу суші і моря, які по-різному поглинають радіацію і по-різному нагріваються, і, нарешті, від повітряних течій, що переносять повітря з одних областей Землі в інші.

Між атмосферою і земною поверхнею відбувається постійний оборот води, або влагооборот. З поверхні океанів і інших водойм, вологого грунту і рослинності в атмосферу випаровується вода, на що витрачається велика кількість тепла з грунту і верхніх шарів води. Водяна пара - вода в газоподібному стані - є важливою складовою частиною атмосферного повітря.

При існуючих в атмосфері умовах водяна пара може відчувати і зворотне перетворення: він конденсується, згущається, внаслідок чого виникають хмари і тумани, В процесі конденсації в атмосфері звільняються великі кількості прихованого тепла. З хмар при певних умовах випадають опади. Повертаючись на земну поверхню, опади тим самим врівноважують випаровування в цілому для всієї Земної кулі.

Кількість опадів, що випадають і його розподіл по сезонах впливають на рослинний покрив і землеробство. Від розподілу і коливання кількості опадів залежать також умови стоку, режим річок, рівень озер та інші гідрологічні явища. Від більшої або меншої висоти снігового покриву залежать промерзання грунту і режим вічної мерзлоти.

Нерівномірний розподіл тепла в атмосфері призводить до нерівномірного розподілу атмосферного тиску, а від розподілу тиску залежить рух повітря, або повітряні течії.

На характер руху повітря відносно земної поверхні важливий вплив робить той факт, що рух це відбувається на обертається Землі. У нижніх шарах атмосфери на рух повітря також впливає тертя. Рух повітря відносно земної поверхні називають вітром, всю систему повітряних течій на Землі - загальною циркуляцією атмосфери. Вихрові руху великого масштабу - циклони і антициклони, що постійно виникають в атмосфері, роблять цю систему особливо складною.

З переміщеннями повітря в процесі загальної циркуляції пов'язані основні зміни погоди: повітряні маси, переміщаючись з одних областей Землі в інші, приносять з собою нові умови температури, вологості, хмарності та ін.

Крім загальної циркуляції атмосфери, існують місцеві циркуляції: бризи, гірсько-долинні вітри і ін .; виникають також сильні вихори малого масштабу - смерчі, тромби.

Вітер викликає хвилювання водних поверхонь, багато океанічні течії, дрейф льодів; він є важливим фактором ерозії і рельефообразования.

Активні дії на атмосферні процеси. Велике наукове і практичне значення має проблема активних дій на атмосферні процеси з метою зміни погоди і клімату. Роботи в цьому напрямку, вперше (в 50-х рр.) Розпочаті в Радянському Союзі, вже призвели до створення методів впливу на деякі атмосферні процеси. Так, зокрема, розсіювання в хмарах деяких реагентів змінює розвиток грозових хмар і запобігає випаданню граду, який приносить великі збитки сільському господарству. Розроблено методи розсіювання туманів, захисту рослин від заморозків, ведуться експериментальні роботи по впливу на хмари для збільшення кількості опадів. Більшість застосовуваних зараз методів впливу на атмосферні процеси засновано на можливостях управління нестійкими процесами, динаміка яких може бути змінена при витратах порівняно невеликих кількостей енергії і реагентів.

Води земної кулі знаходяться в постійній взаємодії і в процесі кругообігу пов'язані воєдино. Під впливом сонячної радіації з поверхні океанів, морів, річок, озер, льодовиків, снігового покриву і льоду, ґрунту і рослинності щорічно випаровується 525 тисяч кубічних кілометрів води. Великий кругообіг включає в себе ряд місцевих, внутрішніх влагооборота і являє собою багатогранний процес переміщення, витрачання та відновлення вологи на земній поверхні, в надрах землі і в атмосфері.

Волога, що надійшла в атмосферу в результаті випаровування з поверхні суші і її водойм, доповнює ту кількість її, яке надходить з океану. Повітряними течіями вона переноситься вглиб материка і, випадаючи у вигляді дощу і снігу, зрошує території, більш-менш віддалені від океану. Випали опади знову випаровуються, просочуються, стікають по земній поверхні. Стік води річок, що впадають в океан, завершує великий круговорот води на земній кулі.

В атмосферному ланці кругообігу відбувається перенос вологи в процесі атмосферної циркуляції і освіту атмосферних опадів. Одноразовий запас вологи в атмосфері невеликий, всього 14 тисяч кубічних кілометрів, але при постійному відновленні цієї вологи в процесі випаровування з поверхні Землі обсяг опадів, що випадають на цю поверхню, дорівнює 525 тиссяч кубічних кілометрів. Таким чином, в середньому кожні 10 діб волога атмосфери поновлюється.

Решта (електричні, оптичні, акустичні та ін.) Зазвичай грають при цьому другорядну роль.

Оптичні, акустичні та електричні явища в атмосфері.

Поширення електромагнітного випромінювання в атмосфері пов'язано з виникненням різних явищ, обумовлених поглинанням і розсіюванням світла і рефракцією (викривленням траєкторії світлового променя). Добре відомі явища веселки і вінців, що виникають в результаті розсіювання сонячного світла на краплях води. Гало вінці спостерігаються при розсіянні сонячної радіації кристалами льоду. Розсіюванням світла обумовлені видима сплюснутістю небесного зводу і блакитний колір неба. Явище рефракції світла приводить до утворення міражів. Оптична нестабільність атмосфери - важливий фактор, що обмежує можливість астрономічних спостережень. Умови поширення світла в атмосфері визначають видимість предметів. Прозорість атмосфери на різних довжинах хвиль визначає дальність поширення випромінювання лазерів, що важливо з точки зору застосування лазерів для зв'язку. Ослаблення атмосферних інфрачервоного випромінювання впливає на функціонування різних пристроїв і приладів інфрачервоної техніки.