Определение массы атмосферы земли реферат

Обновлено: 02.07.2024

Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах, в первую очередь она имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200°С. Атмосфера регулирует общие климатические условия.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

экология.docx

Состав атмосферы……………………………………………………… ……………..4

Строение атмосферы……………………………………………………… …………..5

Тропосфера…………………………………….…………… ……………………. 5
Стратосфера……………………………………..……… ………………………….5
Мезосфера……………………………………………………… …………………..5
Термосфера…………………………………………………… ……………………6
Экзосфера……………………………………………………… …………………. 7

Список использованной литературы…………………………………………………… .9

Атмосфера - это внешняя газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. Она имеет слоистое строение, представляющее собой ряд сфер и расположенные между ними паузы. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались. Масса атмосферы – 5,9*10 15 т, объем – 13,2*10 20 м 3 .

Строение и состав атмосферы

Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.

В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H₂O) и углекислого газа (CO₂).

Основные газовые компоненты атмосферы:

азот (78%)
кислород (21%)
аргон (0,9%)
углекислый газ (0,03%)
другие газы (0,07%)

Газовый состав атмосферы меняется с высотой 1 . В приземном слое из-за антропогенных воздействий количество углекислого газа возрастает, а кислорода снижается. В отдельных регионах в результате хозяйственной деятельности в атмосфере увеличивается количество метана, оксидов азота и других газов, вызывающих такие неблагоприятные явления, как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог. Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвеннорастительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования 2 . И, наконец, воздух- необходимое условие жизни на Земле.

Тропосфера - наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности. Толщина ее составляет в средних широтах 10-12 км над уровнем моря, на полюсах 7-12 км, на экваторе 16-18 км. Из-за неравномерности нагрева в атмосфере образуются мощные вертикальные потоки воздуха, а в приземном слое отмечается неустойчивость его температур, относительной влажности, давления и др. но при этом температура в тропосфере по высоте является стабильной по слоям, но уменьшается на 0,6°С на каждые 100 метров в диапазоне от +40 до -50°С .

В тропосфере содержится до 80% всей влаги, имеющейся в атмосфере, в ней образуются облака и формируются все виды осадков, которые являются очистителями воздуха от примесей.

Переходный слой от тропосферы к стратосфере называется тропопаузой. В этом слое прекращается снижение температуры с увеличением высоты.

Толщина стратосферы составляет около 40 км 3 , воздух в ней разряжен, влажность невысока, при этом температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км над уровнем моря постоянна (около -50°С), а затем она постепенно повышается до +10°С на высоте 50 км.

Под воздействие космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца, молекулы газов в стратосфере ионизируются и в результате образуется озон. Озоновый слой, распространяющийся до высоты 40 км, играет очень большую роль, оберегая все живое на Земле от ультрафиолетового излучения.

Стратопауза отделяет стратосферу от вышележащей мезосферы.

В мезосфере количество азота уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Резкий перепад температур между стратосферой и мезосферой характеризуется наличием озонового слоя.

Мезопауза - переходный слой между мезосферой и термосферой.

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров 4 . Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термопауза- область атмосферы прилегающая сверху к термосфере.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Таким образом можно сделать вывод, что атмосфера играет очень важную роль во всех природных процессах, в первую очередь она регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает Землю от ультрафиолетовго излучения.

Состоит атмосфера из 3 основных слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы.

Основные газовые компоненты атмосферы: азот, кислород, аргон, углекислый газ и другие газы.

Показатели температуры и давления меняются с высотой. Также как и газовый состав, в следствии антропогенных воздействий.

Не бережное обращение человека с атмосферой приводит к тому, что нам следует опасаться таких природных явлений как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог.

Масса атмосферы составляет 5-10 15 т. Однако основное количество вещества сосредоточено в тропосфере и нижней части стратосферы.[ . ]

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая Землю и состоящая в основном из азота и кислорода. Она простирается на большую высоту с постепенным падением давления — на высоте 100 км давление равно одной миллионной доли от давления атмосферы у поверхности Земли. Масса атмосферы составляет около 5-1018т, 50% всей атмосферы сосредоточено в слое до высоты 5,5 км и 99% в слое до высоты 40 км.[ . ]

Атмосфера - это газовая оболочка Земли с содержащимися в ней аэрозольными частицами. Она движется вместе с твердой Землей как единое целое и одновременно принимает участие во вращении Земли. Газы сжимаемы, и потому плотность воздуха наибольшая у земной поверхности, убывая кверху. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, а три четверти -в нижних 10 км.[ . ]

Атмосфера - газовая оболочка Земли. Состав сухого атмосферного воздуха: азот - 78,08 %, кислород - 20,94 %, диоксид углерода - 0,033 %, аргон - 0,93 %. Остальное - примеси: неон, гелий, водород и др. Пары воды составляют 3-4 % от объема воздуха. Плотность атмосферы на уровне моря 0,001 г/см ’. Атмосфера защищает живые организмы от вредного воздействия космических лучей и ультрафиолетового спектра солнца, а также предотвращает резкое колебание температуры планеты. На высоте 20-50 км основная часть энергии ультрафиолетовых лучей поглощается за счет превращения кислорода в озон, образуя озоновый слой. Суммарное содержание озона не более 0,5 % массы атмосферы, составляющей 5,15-1013 т. Максимум концентрации озона на высоте 20-25 км . Озоновый экран - важнейший фактор сохранения жизни на Земле. Давление в тропосфере (приземный слой атмосферы) уменьшается на 1 мм рт. столба при подъеме на каждые 100 метров.[ . ]

Атмосфера - газовая оболочка планеты. В атмосфере по высоте выделяют 5 слоев: тропосфера, стратосфера, мезоофера, термосфера (ионосфера) и экэоофера. Полагают, что ва высоте 60-100 тыс. км земная атмосфера переходит в солнечную. Общая масса атмосферы составляет 5,15 Ю 5 т, из которой 80-90 % размещается в тропоофере.[ . ]

Атмосфера Земли — это газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой называют ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с ней как единое целое. Масса атмосферы составляет 5,15 — 5,9 х 1015 тонн. Атмосфера как компонент биогеоценоза представляет собой слой воздуха в почве и над ее поверхностью, в пределах которого наблюдается взаимодействие компонентов биосферы.[ . ]

Атмосфера - газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся (условно) на высоту 100 км. Она имеет слоистое строение, представляющее собой ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы - 5,9-1015 т, объем -13,210м м3.[ . ]

Общая масса атмосферы — воздушной оболочки Земли — 5,157 • 1015 т. Атмосфера простирается от поверхности Земли до высоты около 400 км. Однако наибольшее значение для существования озона имеет ее нижняя часть, до высоты примерно 80 км.[ . ]

Общая масса атмосферы Земли примерно 5,3 квадрильона (53X10 ) т. Такую массу имел бы медный шар диаметром 10 км.[ . ]

Общая масса атмосферы над планетой выражается величиной порядка 5-1015 т, или 0,025% массы исследованной части земной коры.[ . ]

Общая масса атмосферы равна 5,2 1021 г, что соответствует 103г/см2 земной поверхности. Масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы самого Земного шара.[ . ]

ЕДИНИЧНАЯ МАССА АТМОСФЕРЫ. Масса атмосферы, которую солнечная радиация проходит при высоте солнца 90° и нормальном атмосферном давлении; условно принимается за единицу.[ . ]

Суммарная масса атмосферы составляет примерно 5,2 • 1015 т (10 6 от массы Земли). Основная масса воды сосредоточена в Мировом океане, общий объем воды в котором превышает 1300 млн. км3. До 30 млн. км3 воды содержится в твердой форме (льды) и примерно столько же — в недрах суши. Запас пресной воды, в основном используемый человеком, ничтожен: в реках и озерах он составляет лишь около 4 млн. км3. Содержание паров воды в атмосфере равно 0,013 млн. км3.[ . ]

ОПТИЧЕСКАЯ МАССА АТМОСФЕРЫ. Синоним оптической толщины атмосферы. См. еще масса атмосферы во втором значении.[ . ]

Осредненный коэффициент прозрачности атмосферы р, приведенный к стандартной массе атмосферы (напр., пг = 1) для исключения его виртуального дневного хода. Приведение производится с помощью эмпирических формул и применяется только к величинам, осредненным за некоторый интервал времени.[ . ]

Наиболее просто число масс атмосферы можно определить из геометрических соотношений (рис. 2.3). В этом случае атмосфера рассматривается как плоский слой однородной атмосферы, бесконечный по горизонтали и касающийся земной поверхности в точке М. Высота однородной атмосферы МС принимается за единицу (т = 1). Солнечный луч проходит атмосферу в направлении А М. Высота Солнца Ла, зенитный угол Z0. Масса атмосферы для солнечного луча А М= т = cosec йэ= = sec Z0. Следующим приближением является расчет т для сферической однородной атмосферы, где путь луча А2М. Этот путь короче, чем А М. Абсолютная длина А2М может быть выражена через длину земного радиуса г = ОМ и высоту однородной атмосферы Н = МС. ОМ = г в треугольнике ОМА2 и ОАг = г + Hv Достроив его до прямоугольника, проведя АгВ NNV имеем MB = M42sin/2e.[ . ]

Оценки величин К, /, Р и I для атмосферы были сделаны в [602] для каждого месяца года, а также подсчитаны потоки энергии через широтные круги. Наибольший вклад в полную среднюю энергию дают / (73 %), согласно определениям (4.7.6) и (3.2.7), и Р (25%), согласно определению (4.7.7). Однако, согласно упомянутым определениям, / + Р представляет энергию, которая получается, если понизить температуру атмосферы до абсолютного нуля и отнести массу атмосферы к уровню моря. Так как небольшая часть этой энергии может быть получена от процессов, действительно происходящих, то Лоренц (1955) [483] ввел понятие доступной потенциальной энергии как той части энергии, которая может быть получена от некоторых определенных процессов. Согласно этому определению, доступная потенциальная энергия атмосферы оценивается [645] в 23 X Ю20 Дж, чт® в среднем при делении на площадь поверхности Земли дает 4,5 X Ю6 Дж/м2.[ . ]

Ослабление солнечного потока в атмосфере зависит от высоты Солнца над горизонтом Земли и прозрачности атмосферы. Чем меньше высота его над горизонтом, тем большее число оптических масс атмосферы проходит солнечный луч. За одну оптическую массу атмосферы принимают массу, которую проходят лучи при положении Солнца в зените (рис. 3.1).[ . ]

Длина пути солнечного луча через атмосферу выражается через оптическую массу атмосферы т = 1/зт9, где 9 — угловая высота солнца. Для большинства практических целей эта формула достаточно точна при 0 > 10°. На уровне моря зависимость между оптической массой атмосферы и высотой солнца определена следующим образом: для т= 1 0 = 90°, т — 2 0 = 30° и т=4 0=14°. Для сравнительных вычислений радиации на различных высотах используется абсолютная оптическая масса атмосферы М = т(р/ро), где р — давление на станции, р0=Ю00 гПа, используется для учета влияния плотности атмосферы на пропускание. Таким образом, на уровне 500 гПа значению М, равному 2, соответствует т —4 и 0 = 14°. Для идеальной (сухой и чистой) атмосферы прямая солнечная радиация на изобарической поверхности 500 гПа (приблизительно 5,5 км) на 5—12 % (в зависимости от высоты солнца) больше, чем на уровне моря (табл. 2.2). Это соответствует увеличению в среднем на 1—2 % на 1 км.[ . ]

ПРИВЕДЕННАЯ ИНТЕНСИВНОСТЬ РАДИАЦИИ. 1. К определенной массе атмосферы. Среднее (в данном месте) значение интенсивности прямой радиации при произвольно взятой массе атмосферы (высоте солнца). Может быть определена из величины солнечной постоянной /о по эмпирической формуле, построенной на основе многолетних наблюдений. П. И. Р. имеет большое значение при климатических характеристиках радиационных условий данного места.[ . ]

В ряде работ предлагается при использовании оптических масс на разных высотах над уровнем моря умножать их на отношение р/роу где р и ро — давление на уровне прибора и уровне моря соответственно. Из формулы (2.26) следует, что в действительности отношение р/ро входит в виде сомножителя в величину оптической плотности (3 , а не в величину т. Поскольку в атмосфере при подъеме вверх одновременно уменьшаются оптические плотности в наклонном и вертикальном направлениях, оптическая масса атмосферы га, являющаяся отношением этих величин, будет уменьшаться весьма мало, значительно меньше, чем отношение р/ро. В работе [55] были рассчитаны оптические массы атмосферы т как на уровне моря, так и на высоте 3 км. В результате было получено, что значения га на разных уровнях при одних и тех же 0 близки друг к другу, и при 9° < 0 < 90° различаются между собой менее, чем на 1 %.[ . ]

Расчеты на основании приведенной схемы показывают, что время, за которое воздушная масса атмосферы перемещается на расстояние земного радиуса, составляет около недели. Неделя — характерное время изменения погоды. Она является границей между краткосрочной переменой погоды и долгосрочной, связанной с изменениями условий нагревания Земли. По тем же расчетам средняя скорость воздуха у поверхности Земли составляет около 10 м/с или 36 км/ч.[ . ]

Такое большое количество выбросов уже не может быть нейтрализовано процессом самоочищения атмосферы. Несмотря на то что масса атмосферы составляет — 6 10 -®т, вносимые загрязнения начинают составлять ощутимые количества, особенно в районах промышленных центров и крупных городах.[ . ]

Размеры воздушного океана нашей планеты огромны, и может показаться, что сотни миллионов тонн загрязнений, поступающих ежегодно в атмосферу и составляющих менее одной десятитысячной доли процента от массы атмосферы, являются лишь каплей в море. Однако это далеко не так, потому что с течением времени количество загрязняющих атмосферу веществ накапливается. Загрязняющие атмосферу вещества распределены неравномерно, и в некоторых местах их концентрация уже теперь является недопустимо высокой. И, наконец, даже весьма малые концентрации некоторых веществ являются опасными.[ . ]

Фактор мутности, предложенный Линке (2.55), имеет существенно меньший виртуальный ход, поскольку исключает влияние на него сухой и чистой атмосферы. Виртуальный ход фактора мутности Линке обусловлен лишь селективностью поглощения водяным паром и аэрозольного рассеяния. Для полного исключения виртуального хода Линке предложил еще один фактор мутности, в котором за единицу фактической плотности атмосферы принимается не идеальная атмосфера (сухая и чистая), а содержащая кроме перманентных составляющих водяной пар в количестве 1 г в столбе единичного сечения. Его зависимость от массы атмосферы существенно меньше, чем (2.55), и лучше характеризует фактические изменения прозрачности атмосферы.[ . ]

Нижний слой называют тропосферой. Ее верхняя граница проходит на высоте 8—10 км на полюсах и 16—18 км — на экваторе. В тропосфере содержится до 80 % всей массы атмосферы и почти весь водяной пар.[ . ]

Состав чистого атмосферного воздуха, %: азот — 78,08, кислород — 20,95, углекислый газ — 0,03, аргон — 0,9, водород, неон, гелий, криптон, ксенон — остальное. Общая масса атмосферы равна 5,15 10 п.[ . ]

Долгое время люди считали воздух простым веществом, и только в XVIII в. французский ученый Антуан Лоран Лавуазье установил, что воздух является механической смесью различных газов. Атмосфера имеет сложное строение. Непосредственно к земной поверхности примыкает тропосфера. Она простирается до высоты 8—10 км над полюсами и 18 км — над экватором. В этом слое идет непрерывное перемешивание воздуха как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к понижению температуры по мере приближения к Земле примерно на 6,5°С на каждый километр. В тропосфере сконцентрировано 75% всей массы атмосферы, основное количество водяного пара и мельчайших частиц примесей, способствующих образованию облаков.[ . ]

Результаты исследований, проведенных в Альпах, в частности О. Экелем, указывают, что прямая УФ-В радиация на высотах от 200 и до 3500 м возрастает на 100 % летом и на 280 % зимой, тогда как соответствующий рост суммарной УФ-В радиации составляет только 34 и 72% соответственно (см. [90, с. 99—100]). Значения оптических масс атмосферы для этих данных не приведены, хотя в общем они находятся в соответствии с данными Колдуэлла. Вессели [102] использовал интерференционный фильтр и фотоэлементы в диапазоне 0,32—0,34 мкм и пришел к выводу, что в конце апреля 1964 г. на высоте 2700 м прямая ультрафиолетовая радиация составляла 90 % от соответствующего значения на Зоннблике (3106 м), а на высоте 1600 м — всего 73% (рис. 2.9).[ . ]

В целом функциональная взаимосвязь составных частей биосферы превращает ее в генеральную саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую устойчивый глобальный круговорот веществ. Особое положение в этой планетарной функции имеют многочисленные и разнообразные живые организмы, сумму которых акад. В.И. Вернадский называл живым веществом. Масса живого вещества в биосфере, по некоторым подсчетам, составляет около 2400 млрд. т., что соответствует всего лишь примерно 1/2100 массы атмосферы Земли. Общая толщина биосферы—порядка 1/320 радиуса Земли (1/325 с учетом атмосферы) —характеризует ее как тонкую пленку на поверхности планеты. Тем не менее именно биосфера превращает ее в уникальное по своим свойствам небесное тело.[ . ]

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Доклад на тему: Сколько весит атмосфера Земли? (в день астрофизики)

Нашу планету Земля окружает газовый слой - атмосфера. Она содержит почти 20 газов, основные из которых - азот и кислород. Кроме того, в атмосфере содержатся частички пыли и водяные пары. Благодаря атмосфере возможна жизнь на Земле. Ведь это воздух, которым мы дышим. Атмосфера защищает земную жизнь от избытка солнечного тепла и радиации.

Сколько же весит воздух? Прежде чем ответить на этот вопрос, нужно уточнить один важный момент: не путайте понятия веса и массы. Вес - это величина силы тяжести, действующей на предмет. Он измеряется в ньютонах, а не в килограммах. Тело всегда имеет массу, но может не иметь веса, как это происходит в космосе, вдали от крупных небесных тел, когда на предметы не действует сила притяжения этих тел. Такое состояние мы называем невесомостью.

Если шкала весов, на которые положен камень, показывает 10 килограммов, это означает, что его вес, то есть сила тяжести, воздействующая на камень, равен 100 ньютонам.

Воздух - это не пустота, это материя. Поэтому, как и любой другой вид материи, воздух имеет вес. Ведь сила притяжения Земли действует на каждую частичку газа и пыли в атмосфере, какой бы микроскопической она ни была. Так как земная атмосфера - это гигантский воздушный океан, её вес огромен. Если бы весь воздух можно было сжать и положить на весы, они показали бы около 5,171 х 10 15 (5 171 000 000 000 000) тонн!

Воздушный океан давит на нас со всех сторон. Но мы не ощущаем этого давления.

Атмосферное давление самое большое в низких слоях атмосферы, то есть на уровне моря. Здесь давление атмосферного столба достигает 1 килограмма на квадратный сантиметр. С увеличением высоты давление уменьшается. Кабины самолетов, летающих на большой высоте, и космические скафандры проектируют так, чтобы внутри них поддерживалось давление, к которому привык человеческий организм.

История происхождения атмосферы (воздушная оболочка между земной корой и космосом). Анализ состава (азота, углекислого газа) и строения атмосферы. Значение углекислого газа атмосферы для географической оболочки. Общая характеристика загрязнений атмосферы.

Рубрика	География и экономическая география
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	09.05.2018
Размер файла	22,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат на тему:

Строение и состав атмосферы

1. Происхождение атмосферы

2. Состав атмосферы

3. Строение атмосферы

4. Общая характеристика загрязнений атмосферы

Введение

атмосфера воздушный углекислый загрязнение

Возможность жизни на любой планете зависит, прежде всего, от того, есть ли там атмосфера, т. е. воздушная оболочка. Только благодаря наличию атмосферы возникла и могла развиться жизнь на Земле. Это она словно куполом прикрыла Землю, с её растительным и животным миром, защищая от пагубного действия ультрафиолетовой и космической радиации, щедро посылаемых Солнцем и Вселенной, а также от всевозможных заряженных частиц, излучаемых космическим пространством. Пропуская лучи Солнца, атмосфера задерживает часть радиации, отражаемой земной поверхностью, а также излучаемой последней, как всяким нагретым телом. Это предохраняет Землю от охлаждения и резких колебаний температуры в течение суток.

Без атмосферы наша планета была бы такой же мертвой, как и её спутница Луна. Освещённая Солнцем поверхность Земли раскалялась бы до губительного зноя, в то время как на затемнённой её части господствовал бы леденящий холод. Вместо великолепной гаммы красок неба, рождаемой солнечным светом, проходящим через атмосферу, Землю окутывал бы бездонный мрак. На черном фоне такого неба Солнце и звезды сверкали бы одновременно немигающим светом. Солнце выглядело бы необычайно ярким шаром с резко очерченными краями, из которых вздымаются огненные языки протуберанцев.

Не было бы утренних зорь и вечерних закатов, радуги и полярных сияний, как и других многочисленных световых явлений. Великое множество их создаётся лучами Солнца, которые проходят через различные по плотности слои атмосферы и многократно преломляются в плавающих в ней кристаллах льда и водяных капель. Это из них состоят разнообразные по форме облака, вечно меняющиеся, от тонких нежно-белых до мощных мрачных громад, из которых выпадают обильные осадки в виде дождя, снега, крупы и града.

Неравномерное прогревание земной поверхности приводит к возникновению движения воздуха, развитию вихрей большого и малого масштабов, а также сложных атмосферных процессов, определяющих изменения погоды в различных районах Земли.

Атмосфера - воздушная оболочка между земной корой и космосом, является внешней по отношению к главному источнику энергии (солнечной). Атмосфера составляет по массе одну миллионную часть Земли, т. е. масса атмосферы примерно равна 5,15 * 1015т. Атмосфера представляет собой физическую смесь газов, жидкости (капли воды), твёрдых веществ (пыль, снег, град), аэрозолей.

1. Происхождение атмосферы

Так как водород и гелий, - наиболее распространённые элементы в космосе, то они, несомненно, входили и в состав протопланетного газово-пылевого облака, из которого возникла Земля. Вследствие очень низкой температуры этого облака (10-20К) самая первая земная атмосфера (если для её удержания масса Земли была достаточна) только и могла состоять из водорода и гелия, так как все другие вещества, из которых слагалось облако, могли быть только в твёрдом состоянии.

Затем последовал разогрев Земли: тепло порождалось гравитационным сжатием планеты и распадом внутри неё радиоактивных элементов. Это послужило стимулом двух процессов: постепенной диссипации водорода и гелия и дегазации мантии Земли. Земля потеряла водородно-гелиевую атмосферу и создала свою собственную первичную атмосферу из газов, выделившихся из её недр. По мнению А.П.Виноградова (1959), в этой атмосфере больше всего было Н2О, затем СО2, СО, НCl, HF, Н2S, N2,

NH4Cl и CH4 (примерно таков же состав и современных вулканических газов). В.А.Соколов полагает, что здесь был также Н2 и NH3 (как и прочие соединения водорода, наследие водородной атмосферы самого первого этапа). Кислород отсутствовал. В атмосфере господствовали восстановительные условия.

Следующий этап развития атмосферы был переходным - от абиогенного к биогенному, от восстановительных условий к окислительным. Главными составными частями газовой оболочки Земли стали N2, CO2, CO, в качестве побочных примесей - СН4, О2. Кислород возникал, по-видимому, в результате диссоциации молекул воды в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей Солнца; мог он выделяться и из тех окислов, из каких состояла земная кора. Но подавляющая часть его уходила вновь на окисление минералов земной коры (в докембрийских отложениях есть окислы железа и сульфатов кальция) или на окисление водорода и его соединений в атмосфере. Оттого свободного кислорода в атмосфере было мало.

Последний этап развития атмосферы связан с появлением жизни на Земле и, стало быть, с возникновением механизма фотосинтеза. Постепенно содержание свободного кислорода - на этот раз биогенного - стало возрастать. Параллельно с этим атмосфера почти полностью потеряла двуокись углерода. Часть последнего вошла в огромные залежи угля и карбонатов; в карбонатных породах содержание СО2 в 15000 раз больше, чем в нынешней атмосфере (Рухин, 1959, с.277); если бы вернуть весь СО2 из карбонатов в атмосферу, то давление воздуха на поверхность Земли повысилось бы примерно в 40 раз.

Таков путь от водородно-гелиевой атмосферы до современной, главную роль в которой играют теперь N2 и О2, а в качестве примесей присутствуют Ar и CO2. Современный азот тоже биогенного происхождения. Возраст образования кислородной атмосферы - 1,5 - 2,0 млрд. лет.

Отсутствие кислорода в первичной атмосфере одно время считали условием, неблагоприятным для возникновения жизни, так как ультрафиолетовые лучи, не поглощаемые молекулами кислорода, беспрепятственно достигали земной поверхности. Но, как теперь выяснилось, именно под действием ультрафиолетовых лучей (опыты А.Н.Теренина и других учёных) мог весьма успешно происходить фотосинтез альдегидов и аминокислот из газов первобытной атмосферы (NH3, H2O, CH4, CO2); в дальнейшем, попав в воду, эти соединения защищались от жёсткой радиации слоем воды.

2. Состав атмосферы

Воздух - смесь газов, отличающаяся, за исключением водяных паров, постоянством химического состава. В сухом воздухе у земной поверхности содержится (% по объёму): азот - 78,08; кислород - 20,96; аргон - 0,93; углекислый газ - 0,03. Есть в воз- духе и другие газы (криптон, ксенон, неон, гелий, водород, йод, радон, метан и некоторые другие), но их содержание ничтожно - тысячные и миллионные доли процента. Таким образом, химический состав воздуха, состоящего более чем на 3/4 из азота, резко отличен от земной коры, бедной азотом.

Пять основных компонентов воздушной тропосферы - азот, кислород, аргон, углекислый газ, водяной пар - различны по своим свойствам, а отсюда и функциональной роли в географической оболочке. Один из них аргон принадлежит к группе инертных газов и не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на процессы, протекающие в географической оболочке.

Азот, самый распространённый газ в воздушной тропосфере, химически мало активен. Являясь составной частью белков и их производных, он, тем не менее, усваивается большинством живых организмов не непосредственно из воздуха, а посредством азот-фиксирующих бактерий и водорослей.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный эле- мент. И наличие большой массы свободного (несвязанного) кислорода в современной атмосфере представляется парадоксальным явлением. Парадокс этот находит объяснение в захоронении органического углерода в процессе фотосинтеза растений. Атмосфера питает кислородом воды океанов, озёр и рек. Специфическая функция кислорода - окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокислённых газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мёртвого органического вещества.

Подсчёты показывают, что в результате фотосинтеза в атмосферу ежегодно поступает 20 * 1016г. кислорода. При общем его содержании в атмосфере 1,2 * 1021 г. время одного оборота массы О2 в атмосфере равно примерно 6 тыс. лет.

Углекислого газа в атмосфере немного, но его роль в функционировании географической оболочки исключительно велика. Он представляет основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе:

6СО2 + 6Н2О + Энергия = С6Н12О6 + О2.

В процессе фотосинтеза используется углекислый газ не только атмосферы, но и океана. При деструкции органического вещества большая часть углекислого газа, затраченного на его создание, возвращается обратно в атмосферу и гидросферу. Меньшая часть его захороняется в земной коре в виде каменного угля, нефти, горючих газов и рассеянного органического вещества. Возникающий дисбаланс углекислого газа в атмосфере исправляется выносом его из недр Земли вулканами.

Значение углекислого газа атмосферы для географической оболочки не ограничивается его участием в создании органического вещества. Важные последствия имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаёт так называемый парниковый эффект, выраженный в повышении температуры воздуха вблизи поверхности земли. В нижних 20 км. содержится водяной пар. В отличие от других газов содержание водяного пара во влажном воздухе не постоянно и зависит от температуры воздуха и характера подстилающей поверхности. Его содержание у земной поверхности колеблется в среднем от 0,2% в полярных широтах до 2,5% в экваториальных.

При оценке водяного пара следует иметь в виду, что он:

1. поддерживает парниковый эффект, так как задерживает длинно- волновое тепловое излучение земной поверхности;

2. представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги;

3. влияет на климат, повышая температуру воздуха при конденсации водяных паров. Соотношение газов в сухом воздухе в тропосфере почти не изменяется с высотой. Что касается водяного пара, то его процентное содержание с высотой уменьшается.

3. Строение атмосферы

Атмосфера простирается вверх на много сотен километров. Верхняя её граница, на высоте около 2000 - 3000 км, в известной мере условна, так как газы, её составляющие, постепенно разрежаясь, переходят в мировое пространство. С высотой меняются химический состав атмосферы, давление, плотность, температура и другие её физические свойства. Химический состав воздуха до высоты 100 км. существенно не меняется. Несколько выше атмосфера также состоит главным образом из азота и кислорода. Но на высотах 100 - 110 км., под действием ультрафиолетовой радиации солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы и появляется атомарный кислород. Выше 110 - 120 км. кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400 - 500 км. газы, составляющие атмосферу, также находится в атомарном состоянии.

Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Хотя атмосфера простирается вверх на сотни километров, основная масса её размещается в довольно тонком слое, прилегающем к поверхности земли в самых нижних её частях. Так, в слое между уровнем моря и высотами 5 - 6 км. сосредоточена половина массы атмосферы, в слое 0 - 16 км. - 90%, а в слое 0 - 30 км. - 99%. Такое же быстрое уменьшение массы воздуха происходит выше 30 км. Если вес 1 м3воздуха у поверхности земли равен 1033 г., то на высоте 20 км. он равен 43 г., а на высоте 40 км. лишь 4 г.

На высоте 300 - 400 км. и выше воздух настолько разрежён, что в течение суток плотность его изменяется во много раз. Исследования показали, что это изменение плотности связано с положением Солнца. Наибольшая плотность воздуха около полудня, наименьшая - ночью. Объясняется это отчасти тем, что верхние слои атмосферы реагируют на изменение электромагнитного излучения Солнца.

Изменение температуры воздуха с высотой происходит также неодинаково. По характеру изменения температуры с высотой атмосфера делится на несколько сфер, между которыми располагаются переходные слои, так называемые паузы, где температура с высотой мало изменяется.

4. Общая характеристика загрязнений атмосферы

Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей , поступающих от естественных и антропогенных источников .К числу примесей , выделяемых естественными источниками , относят: пыль (растительного , вулканического , космического происхождения , возникающая при эрозии почвы , частицы морской соли ); туман , дымы и газы от лесных и степных пожаров ; газы вулканического происхождения ; различные продукты растительного , животного и микробиологического происхождения и др.

Естественные источники загрязнений бывают либо распределёнными, например выпадение космической пыли , либо кратковременными стихийными , например лесные и степные пожары , извержения вулканов и т.п. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени .

Более устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека . Антропогенной загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников . Если в начале 20 века в промышлености применялось 19 химических элементов , то в середине века промышленное производство стало использовать около 50 элементов , а в 70 -х годах - прозаически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы , в частности , аэрозолями тяжелых и редких металлов , синтетическими соединениями , не существующими и не образующимися в природе , радиоактивными , канцерогенными , бактериологическими и другими веществами .

Загрязнение атмосферы при испытании и эксплуатации энергетических установок. Наибольшие загрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин , дизельное топливо, мазут , уголь , природный газ и др.) .Количество загрязнений определяется составом , объёмом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электрические станции (ТЭС) . Доля загрязнений атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительно поскольку их применение в городах и крупных промышленных центров ограниченно . В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы , испытательные станции , стартовые площадки ) загрязнения поступающие в атмосферу от этих источников , сопоставимый с загрязнениями от ДВС и ТЭС ,обслуживающих эти объекты . Основные компоненты вбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топливо в энергоустановках , - не токсичные диоксид углеродаСО2 и водяной Пар Н2О . Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества , такие , как оксид углерода , оксиды серы , азота , соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен С20Н12 и , несгоревшие частицы твердого топлива и т.п.

При сжигании твердого топлива в котлах ТЭС образуется большое количество золы , диоксида серы , оксида азота . Так , например , подмосковные угли имеют в своём составе 2,5 6,0 % серы и до 30 -50 % золы. Дымовые газы образуются при сжигании мазута , содержат оксиды азота , соединения ванадия и натрия , газообразные и твердые продукты не полного сгорания .

Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование , но практически не влияет на выбросы SO2 так как мазуты , применяемые в качестве топлива , содержат 2 и более % серы . При сжигании природного (неочищенного ) газа в домовых выбросах также содержаться оксид серы и оксиды азота . Следует отметить ,что наибольшее количество азота образуется при сжигании жидкого топлива. Выброс оксидов азота зависит от вида и сорта сжигаемого горючего, качества и способа его подачи, состава топлива в камере сгорания и т.д., а также от тонкостей распыления горючего форсуночным устройством и от суммарного коэффициента избытка воздуха а на выходе из камеры сгорания. Уменьшение диаметра капель и роста сопровождается снижением содержания оксидов азота в единице массы выхлопных газов.

Заключение

Погода и климат оказывают непосредственное влияние на жизнь и деятельность человека. Неисчислимы бедствия, наносимые разбушевавшейся стихией. Снежные заносы, метели, ураганные ветры, ливни, грозы, градобития, засухи, суховеи, пыльные бури и много других опасных явлении погоды порой надолго выводят из строя большие хозяйственные объекты, нарушают установившийся порядок и ритм жизни целых городов и сёл. Поэтому понятен тот возрастающий интерес и внимание, которое уделяется изучению и познанию причин, определяющих развитие различных атмосферных процессов, и особенно опасных явлений погоды. При этом человек стремится не только познать, но и научиться правильно предвидеть ожидаемый характер погоды в течение различных промежутков времени и с различной заблаговременностью.

Изучение и правильное объяснение развивающихся в атмосфере процессов потребовало длительных и напряжённых усилий человечества. Прошло много времени с тех пор, как люди, избавившись от суеверного страха, перестали видеть в грозных явлениях погоды проявление могущества сверхъестественных сил и начали пытливо следить за её изменениями. Постепенно овладевая тайнами природы и выявляя зависимости между различными явлениями погоды, они стремились определить причины, порождающие эти явления, и установить связь их с физическими законами, т.е. создать науку об атмосфере и процессах, в ней происходящих. Эта наука получила название метеорология или физика атмосферы.

Литература

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 10 15 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура 140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом. Основные параметры атмосферы : плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои : тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т.д.

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и других свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Структура атмосферы

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную (однофазную), хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °С в стратосфере до -110 °С в мезосфере.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, т.к. их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже ее лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Читайте также: