Тема: «Атмосфера, ее состав и вертикальное строение. Нагревание атмосферы. Вода в атмосфере»

Границы, состав и строение атмосферы

Атмосфера — воздушная оболочка, окружающая Землю и вращающаяся вместе с ней вокруг оси. Нижняя граница атмосферы — поверхность Земли. Четкой верхней границы атмосфера не имеет. Она условно проводится обычно на высоте 1000 км. Но и на высоте 20 000 км есть следы газов атмосферы.

Состав атмосферы (по объему). В сухом чистом воздухе у земной поверхности содержится 78% азота, 21% кислорода, около 1% составляют инертные газы (аргон, гелий, неон и др.). Углекислого газа — 0,03%. В небольших количествах в атмосфере присутствуют озон, водород, аммиак и другие газы, а так же пыль и микроорганизмы. В атмосфере содержится водяной пар и вода в жидком и твердом состояниях.

Каждый газ выполняет свою роль. Кислород расходуется на дыхание, горение, окислительные процессы. Азот химически малоактивен и играет роль разбавителя кислорода. Он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Углекислый газ пропускает солнечную энергию, но задерживает тепловое излучение Земли. Он используется зелеными растениями для построения органического вещества. Озон образуется из кислорода под действием солнечных лучей и электрических разрядов. В атмосфере этого газа немного. Если весь озон сжать до нормального атмосферного давления при температуре 0^оС, толщина его слоя у земной поверхности составила бы всего 3 мм. Максимальное содержание озона находится на высотах 20 — 30 км. Этот слой воздуха называют озоновым экраном. Озон поглощает большую часть ультрафиолетового солнечного излучения, которое в больших количествах губительно действует на живые организмы.

Строение атмосферы

По характеру изменения в вертикальном направлении плотности воздуха, температуры и другим физическим свойства атмосферу делят на пять концентрических оболочек: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.

Тропосфера — самый нижний и плотный слой, простирающийся до высоты 8 — 10 км над полюсами, 10 — 12 км в средних широтах и 16 — 18 км над экватором. Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается в среднем на 0,6^оС на каждые 100 м. И достигает у верхней границы -55^о С. В тропосфере происходит интенсивное вертикальное движение воздуха — конвекция и горизонтальное — ветры. В тропосфере находится почти 80% воздуха атмосферы и 99% водяного пара. Здесь образуются туманы, облака, выпадают осадки. Погода в основном формируется в тропосфере.

Стратосферапростирается до высоты 50 — 55 км. В ней понижение температуры воздуха сначала прекращается, а затем за счет поглощения солнечной радиации озоном возрастает, достигая у верхней границы в среднем 0^о С. В стратосфере дуют ураганные ветры со скоростью до 300 — 400 км /час. Здесь сосредоточено около 20% воздуха атмосферы. Водяного пара в стратосфере очень мало. Но на высоте 22 — 25 км в высоких широтах наблюдаются перламутровые облака.

Мезосфера простирается до высоты около 80 км. В ее верхних слоях образуются тонкие ледяные серебристые облака. Предполагают, что они состоят из воды, молекулы которой образовались из атомов О и Н под воздействием солнечной радиации. Температура воздуха в мезосфере понижается до – 80^о — 85^о С.

Термосфера (ионосфера) простирается до высоты 800 км. В этом слое много ионов, частиц несущих электрические заряды. Молекулы газов распадаются на заряженные частицы под воздействием солнечных лучей. Температура воздуха с высотой повышается до + 1500^о С. Но из- за малой плотности воздуха, она не производит такого же термического эффекта, как производила бы у земной поверхности. В сильно разреженном воздухе, температура характеризует лишь кинетическую энергию движения частиц.

Экзосфера (сфера рассеяния) находится выше 800 км. Здесь скорость движения атомов водорода и гелия такая, что часто позволяет им, преодолев силу земного притяжения, уходить в межпланетное пространство.

Значение атмосферы

1. Большинство процессов, происходящих в географической оболочке, были бы невозможны без атмосферы. Без нее не было бы ни ветра, ни звука, ни осадков.

2. Без атмосферы было бы невозможно возникновение и развитие жизни.

3. Защищает от ультрафиолетовой солнечной радиации, которая в больших количествах губительно действует на живые организмы.

4. Защищает от заряженных частиц и космических лучей различного происхождения.

5. Защищает земную поверхность от метеоров.

6. Защищает Землю от чрезмерного нагревания днем и охлаждения ночью. На Луне, где нет атмосферы, днем температура на поверхности поднимается до +130^о С, а ночью опускается до -170^о С.

Верно ли следующее утверждение?

В тропосфере температура воздуха с высотой понижается в среднем на 0,6^оС на каждые 100 м.

Утверждение верно.

Нагревание атмосферы

Лучистая энергия Солнца называется солнечной радиацией. Радиация бывает прямой и рассеянной. Прямая радиация непосредственно достигает земной поверхности в виде прямых лучей, исходящих от солнечного диска в ясный день. Если солнечные лучи, отражаясь и преломляясь в атмосфере, достигают земной поверхности, радиация называется рассеянной. Совокупность прямой и рассеянной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, называется суммарной радиацией. Она уменьшается от экватора к полюсам. Но максимальна она не на экваторе, а в тропических пустынях. В районе экватора солнечной радиации меньше из-за большей облачности и меньшей прозрачности воздуха. Часть солнечной радиации, поступившей на земную поверхность, поглощается, часть отражается. Соотношение поглощенной и отраженной радиации зависит от альбедо поверхности.

Альбедо — это отношение отраженной радиации к суммарной, выраженное в процентах. Альбедо характеризует способность поверхности отражать солнечную радиацию. В целом альбедо Земли — 30%. Это значит, что 30% поступающей на земную поверхность солнечной радиации отражается, а 70% поглощается. Наиболее высокое альбедо у сухого чистого снега — 80 — 95%. У песка альбедо - 25 — 35%, у чернозема — 5 - 10%. Альбедо водной поверхности зависит от угла падения солнечных лучей. При больших углах падения солнечные лучи проникают в воду глубоко, и она усваивает их тепло. При вертикальном падении лучей альбедо воды составляет 2 – 5%. При малых углах падения большая часть лучей отражается от водной поверхности и альбедо составляет – 70% и более.

Проходя через атмосферу, коротковолновая солнечная радиация ее почти не нагревает. Нижние слои воздуха нагреваются в основном от земной поверхности. Нагревшись, земная поверхность сама излучает длинноволновую тепловую радиацию. Свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию к земной поверхности, но задерживать ее тепловое излучение называется парниковым эффектом. Излучение земной поверхности задерживается главным образом благодаря водяному пару, углекислому газу и облачности.

Тепловой баланс. Наряду с приходом тепла от Солнца на Землю наблюдается и его расход в виде излучения. Около 43% солнечной энергии возвращается обратно в мировое пространство вследствие отражения и рассеивания, и только 57% используется земной поверхностью и атмосферой. Из этих 57% солнечной энергии 14% поглощается атмосферой непосредственно, а 43% достигает земной поверхности. Из них 27% доходит в виде прямой солнечной радиации и 16% в виде рассеянной.

Радиационный баланс (остаточная радиация) – это разница между поглощенной радиацией и излучением земной поверхности. Радиационный баланс всей земной поверхности положительный и составляет 29%. В целом за год всюду на Земле радиационный баланс положительный, за исключением ледяных пустынь Антарктиды и Гренландии. Радиационный баланс уменьшается от экватора (350 кДж/см в год) к полюсам, где он близок к нулю. От экватора до субтропических широт радиационный баланс положительный в течение всего года. Начиная с умеренных широт, летом, радиационный баланс положительный, а зимой отрицательный из-за малого угла падения солнечных лучей, короткого дня и большой отражательной способности снежного покрова. На всех широтах Земли радиационный баланс над океаном больше, чем над сушей.

Самые высокие температуры воздуха наблюдаются в тропических пустынях. Абсолютный максимум зарегистрирован на севере Сахары, вблизи г. Триполи - +58,1^о С. На Мексиканском нагорье, вблизи г. Сан-Луи - + 58^о С. В Южном полушарии самое жаркое место наблюдается в Австралии. Здесь в среднем течении р. Дарлинг отмечена самая высокая температура + 52^о С.

Самые низкие температуры воздуха наблюдаются в Восточной Антарктиде. А абсолютный минимум зарегистрирован в 1982 г. на станции «Восток», находящейся на высоте 3488 м над уровнем моря -89,2^о С. В Северном полушарии самые холодные места наблюдаются в Восточной Сибири. В поселке Оймякон, расположенном в котловине среди гор, куда стекает холодный воздух, отмечена температура — 71^о С. А в г. Верхоянск — 68^о С.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: