Студопедия
Контакти
 


Тлумачний словник

Реклама: Настойка восковой моли




Атмосфера.

Структура природного середовища.

До складу географічної оболонки входять цілком гідросфера, велика частина атмосфери, частина літосфери, біосфера.

Атмосфера є зовнішньою газовою оболонкою Землі, що простирається від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 км. Вона оточує Землю й обертається разом з нею під дією сили ваги.

Розрізняють постійний газовий склад атмосфери, в якому існує стабільне співвідношення вмісту різних газів, і змінну складову частину повітря, вміст окремих ком­понентів якої може змінюватись у широких межах.

Постійними компонентами, що входять до складу атмосфери є:

азот (78 %); кисень (21 %); аргон (0,93 %); гелій (0,0005 %); криптон (0,0001 %) та ін.

До змінних складових атмосферного повітря належать:

водяна пара (0,1- 4 %); озон (0,00004 %); вуглекислий газ (0,033 %).

Таким чином, повітря на 99,96 % складається лише з трьох газів - азоту, кисню і аргону. Значно менше в повітрі оксиду вуглецю (IV) (0,33 %), а решти газів усіх разом менше 0,001 %. Однак значення того чи іншого газу для життя людини, біо­сфери, формування клімату не визначається його кількістю в атмосфері. Наприклад, оксид вуглецю (IV) і озон, яких в атмосфері значно менше, ніж азоту, мають істотно більше значення для існування життя на Землі. До­сить нагадати, що практично єдиним первинним механізмом утво­рення біомаси є реакція фотосинтезу, яка відбувається під дією со­нячного проміння в зелених рослинах з використанням атмосфер­ного оксиду вуглецю (IV) та води. Атмосферний кисень, необхід­ний для дихання людей, тварин, переважної більшості рослин і мік­роорганізмів. Атмосферна циркуляція і процеси утворення хмар та опадів у кінцевому підрахунку - єдине джерело зволоження ґрунту, головне за рахунок випаровування води з поверхні океанів і морів. Наявні в атмосфері водяна пара Н2О і оксид вуглецю (IV) захищають земну поверхню від надмірного радіаційного охолод­ження, створюючи так званий „парниковий ефект": якби не було атмосфери, то середня температура поверхні земної кулі була б не +15, а -23 °С. (Цікаво, що парниковий ефект над­звичайно потужної атмосфери Венери, яка складається переважно з СО2, піднімає середню температуру твердої поверхні планети і нижнього шару атмосфери більше як на 300 °С!) Атмосферний озон захищає життя на Землі від згубного впливу ультрафіоле­тового випромінювання Сонця з довжиною хвилі < 0,33 мкм. Атмосфера захищає життя на Землі і від згубних для нього косміч­них променів.



Интернет реклама УБС

Маса атмосфери (5,3 . 1015 т) становить менше однієї мільйонної частини загальної маси Землі (6 . 1021 т).

Атмосферний тиск і щільність повітря змен­шуються зі збільшенням висоти. У шарі атмосфери нижче 5,5 км зосереджена половина усієї маси атмосфери. Нижче 16 км зосереджено 90 %, а нижче 30 км - 99 % атмос­фери. На висоті 95 км щільність атмосфери вже в мільйон разів мен­ша, ніж на рівні моря. Але все більш розріджена атмосфера про­стягається значно вище і лише на висотах у кілька десятків тисяч кілометрів концентрація атомів і молекул стає приблизно такою ж, як і в міжпланетарному просторі.

З висотою в атмосфері змінюються не лише атмосферний тиск і густина повітря, але також температура повітря, його склад й деякі інші характеристики.

За характером зміни різ­них параметрів атмосферу розділяють на кілька шарів. Найбільш поширене розділення атмосфери на такі шаривідповідно до харак­теру зміни в них температури повітря з висотою: тропосфера, стратосфера, мезосфера і термосфера, що розділені тоншими про­шарками, в яких температура повітря майже не змінюється з ви­сотою: тропопауза, стратопауза і мезопауза.

У тропосфері, яка простягається від земної поверхні до висоти 9-18 км (залежно від географічної широти і пори року), температу­ра повітря з висотою зменшується, досягаючи першого мінімуму 200-230оК (-43-73оС). Над тропосферою - у тропопаузі 5-7 км завтовшки тем­пература мало змінюється з висотою.

В стра­тосфері температура зростає з висотою і досягає максимуму 260-290о К (-13-(+17)о С) у стратопаузі на висотах 50-55 км.

В мезосфері температура зменшується з висотою і досягає най­глибшого мінімуму 160-220 К (-53-113оС) в мезопаузі на висотах 80-90 км.

В термосфері температура повітря зростає з висо­тою, досягаючи на висотах 200-300 км 1000-2000о К (+700-1700 о С) (залежно від рівня сонячної активності), і далі мало змінюється з висотою.

Такі зміни температури з висотою зумовлені різними фізичними механізмами нагрівання повітря на різних висотах: тропосфера нагрівається в основному від земної поверхні, стратосфера і мезосфера - за рахунок поглинання ультрафіолетового сонячного випромінювання з довжиною хвилі 0,25-0,33 мкм озоном, а термосфера - за рахунок поглинання випромінювання Сонця з довжиною хвилі

< 0,25 мкм і „сонячного вітру" (потоком протонів і електронів від Сонця, які рухаються зі швидкостями 300-1000 км/с). Основні фізичні механізми охолодження атмосфери - теплове випроміню­вання повітря в інфрачервоному діапазоні 10-30 мкм, а також тур­булентний перенос тепла від тепліших до холодніших шарів атмос­фери.

За основним хімічним складом сухого чистого повітря атмос­феру розділяють на гомосферу і гетеросферу. В гомосфері (нижче 100 км) - основний склад повітря майже не залежить від висоти, а в гетеросфері (вище 100 км) він змінюється з висотою внаслідок дисоціації атмосферних молекул і гравітаційно-дифузійного розді­лення легших і важчих молекул і атомів. Нижче 100 км гравітаційно-ди­фузійному розділенню атмосферних газів заважає інтенсивне турбулентне перемішування атмосфери, роль якого стає менш істот­ною вище 100 км.

На висотах близько 100 км починається інтенсивна фотодисоціація молекул кисню 02. Оскільки атомна маса кисню (16) майже вдвоє менша за молекулярну масу азоту (28), то вище 100 км від­ношення концентрації атомарного кисню [О] до концентрації моле­кулярного азоту [N2] з висотою збільшується, і вже на висоті близь­ко 200 км [О] > [N2]. Дисоціація молекул азоту відбувається досить інтенсивно лише на висотах 200-400 км, де азоту вже менше, ніж кисню. Вище 1000 км домінуючими газами в атмосфері стає спо­чатку гелій, а далі атомарний водень.

Шар атмосфери приблизно від 500 до 2000 км називають екзо­сферою, або сферою розсіювання. Починаючи з висоти 500 км, атом, який рухається вертикально вгору зі швидкістю більше 11 км/с (тобто більше другої космічної швидкості для Землі), може назавжди вилетіти з атмосфери в космічний простір, не зазнаючи зіткнень з іншими атмосферними атомами і молекулами. Вище 2000 км з атмосфери в космічний простір можуть вилітати атоми зі швидкостями більше 11 км/с, навіть якщо вони рухаються під кутом 90° до вертикалі. Реально з атмосфери Землі вилітають у ве­ликій кількості лише атоми й Іони водню, в значно меншій кількос­ті - атоми й іони гелію. Решта атомів і молекул надто важкі, і тому навіть при температурах 1000-2000 К надзвичайно рідко мають теплову швидкість більше 11 км/с.

На висотах 2000-20000 км розташована так звана воднева геокорона, в якій домінують іони водню (тобто протони), які вже ви­літають з космічними швидкостями з атмосфери Землі. Вище 20000 км - урадіаційних поясах Землі домінують протони і елект­рони з високими енергіями, що рухаються від Сонця або навіть з між­зоряного простору і захоплюються магнітним полем Землі на тимчасові навколоземні орбіти. У напрямку від Сонця атмосфера (так званий газовий хвіст Землі) може простягатись більше як на 100 000 км.

За складом повітря виділяють також озоносферу, яка приблизно співпадає зі стратосферою і має максимум концентрації озону О3 на висотах 20-25 км. Основна маса озону в атмосфері сконцент­рована на висотах 10-50 км, але озон присутній також у призем­ному шарі повітря (де він відіграє важливу роль у фотохімічних пе­ретвореннях продуктів антропогенних забруднень атмосфери) і на висотах 50-80 км, де відбуваються основні процеси природно­го утворення і руйнування озону. Хоча відносна концентрація озо­ну навіть у максимумі становить лише тисячні долі відсотка від концентрації азоту, озоносфера відіграє надзвичайно важливу роль в існуванні життя на Землі.

За ступенем іонізації повітрярозрізняють нейтросферу (тобто нейтральну сферу), яка знаходиться нижче 60-70 км, та іоносферу - вище 60-70 км. За складом іонів, концентрацією електронів і її добовим ходом в іоносфері розрізняють різні області.

Крім газів в атмосфері завжди присутні також тверді або рідкі частинки, що плавають в повітрі - аерозолі. Без урахування хмар найбільша абсолютна і відносна концен­трація аерозолів спостерігається в нижній частині тропосфери - до висот 1-2 км. Значну частину цих аерозолів складають пилинки, які піднімаються вітром з поверхні ґрунту. Під час штормів з по­верхні морів і океанів в атмосферу піднімається величезна кількість дуже дрібних краплин солоної води. Після їхнього висихання в повітрі залишаються дуже дрібні кришталики солі, які відіграють роль ядер конденсації при утворенні хмар.

Оптичне зондування атмосфери виявляє кілька світлорозсіюючих аерозольних шарів:

1) шар Юнге в тропопаузі на висотах 15-20 км (складається в основному з дрібних краплин сірчаної кислоти Н2S04, змішаної з водою, відіграє важливу роль у радіаційному балансі Землі, відбиваючи якусь кількість прямої сонячної радіа­ції в космічний простір; якби густина цього шару істотно збільши­лась, то клімат деяких регіонів земної кулі став би помітно холод­нішим);

2) постійно іс­нуючий слабко виражений шар в стратопаузі на висотах 50-55 км (питання природи цього аеро­зольного шару, що розсіює світло, в стратопаузі є дискусійним);

3) сріблясті хмари, які лише інколи з'являються в нижній частині мезопаузи на висотах 80-85 км (утворюються внаслідок конденсації водяної пари, коли температу­ра в мезопаузі опускається нижче 170 К);

4) хмара космічного пилу на висотах 100-20 000 км (дискусійним є питання про густину хмари космічного пилу навколо Землі, а також питання про фізичний меха­нізм її утворення і природу більшості пилинок в ній; пилова хмара навколо Землі створює певну небезпеку для космічних апаратів, що рухаються навколо Землі, а також поступово погіршує якість різних оптичних поверхонь на них і панелей електроживлення).

Атмосфера Землі підтримується в стані динамічної рівноваги внаслідок дії багатьох процесів притоку газів і аерозолів в атмо­сферу і їхньої втрати.

Джерелами притоку речовин в атмосферу є : 1) виділення газів і аерозолів з твердого тіла Землі і земної по­верхні внаслідок дії геологічних процесів; 2) випаровування і розбризкування води з поверхні морів, оке­анів і суходолу; 3) біогенні гази і аерозолі; 4) приток речовини з космосу; 5) техногенні гази і аерозолі.

Процесами втрати речовин атмосферою є: 1) поглинання атмосферних газів рослинами, тваринами і мік­роорганізмами; 2) поглинання атмосферних газів поверхнею океанів і суходолу; 3) конденсація водяної пари й інших газів в атмосфері, коагуля­ція атмосферних аерозолів і осідання на земну поверхню переваж­но з дощем і снігом; 4) дисипація водню в міжпланетний простір; 5) технічне використання атмосферних газів.


Читайте також:

  1. Атмосфера. ЇЇ хімічний склад та будова
  2. Рудникова атмосфера. Способи провітрювання гірничих виробок

Загрузка...



<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Поняття про геогра­фічну оболонку. | Літосфера.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.001 сек.