|
Роль и значение основных газов атмосферного воздуха
Лекция 2
Состав и строение атмосферы.
Атмосфера – газовая оболочка Земли. Вертикальная протяженность атмосферы более трех земных радиусов (средний радиус равен 6371 км) а масса - 5,157х1015 т, что составляет примерно миллионную от массы Земли.
В основу деления атмосферы на слои в вертикальном направлении положено следующее:
- состав атмосферного воздуха,
- физико-химические процессы;
- распределение температуры по высоте;
- взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью.
Атмосфера нашей планеты представляет собой механическую смесь различных газов, в том числе водяного пара, а также некоторого количества аэрозолей. Состав сухого воздуха в нижнем 100 км остается практически постоянным. Чистый и сухой воздух, в котором нет водяного пара, пыли и других примесей, представляет собой смесь газов, главным образом азота (78 % объема воздуха) и кислорода (21 %). Немного менее одного процента составляет аргон и в очень малых количествах находится множество других газов — ксенон, криптон, углекислый газ, водород, гелий и др. (табл. 1.1).
Азот, кислород и другие составляющие атмосферного воздуха находятся в атмосфере всегда в газообразном состоянии, так как критические температуры, то есть температуры, при которых они могут находиться в жидком состоянии, много ниже температур, наблюдаемых у поверхности Земли. Исключение составляет углекислый газ. Однако для перехода в жидкое состояние кроме температуры необходимо еще достижение состояния насыщения. В атмосфере углекислого газа немного (0,03 %) и он находится в виде отдельных молекул, равномерно распределенных среди молекул других атмосферных газов. За последние 60-70 лет его содержание увеличилось на 10-12%, под влиянием деятельности человека.
Больше других подвержено изменению содержание водяного пара, концентрация которого у поверхности Земли при высокой температуре может достигать 4%. С увеличением высоты и понижением температуры содержание водяного пара резко убывает ( на высоте 1,5-2,0 км – наполовину и в 10-15 раз от экватора к полюсу).
Масса твердых примесей за последние 70 лет в атмосфере северного полушария возросла примерно в 1,5 раза.
Постоянство газового состава воздуха обеспечивается интенсивным перемешиванием нижнего слоя воздуха.
Газовый состав нижних слоев сухого воздуха (без водяного пара)
Газ
| Содержание
| Относительная
| Критическая
|
в % объема воздуха
| молекулярная масса
| температура
| Азот N2
| 78,09
| 28,01
| -147 °С
| Кислород 02
| 20,95
| 31,99
| -119 °.С
| Аргон Аг
| 0,93
| 39,94
|
| У гл. газ С02
| 0,03
| 44,00
| 31 °С
| Гелий Не
| 5,24-Ю-4
| 4,00
| -268 °С
| Водород Н2
| 5,00-10"5
| 2,00
| -240 °С
| Озон 03
| 1,00-10"6
| 47,99
|
| Сухой воздух
|
| 28,96
|
|
Роль и значение основных газов атмосферного воздуха
КИСЛОРОД (О) жизненно необходим почти для всех обитателей планеты. Это активный газ. Он участвует в химических реакциях с другими газами атмосферы. Кислород активно поглощает лучистую энергию, особенно очень короткие волны длиной менее 2.4 мкм. Под действием солнечного ультрафиолетового излучения (X < 03 мкм), молекула кислорода распадается на атомы. Атомарный кислород, соединяясь с молекулой кислорода, образует новое вещество - трехатомный кислород или озон (Оз). Озон в основном находится на больших высотах. Там егороль для планеты исключительно благотворна. У поверхности Земли озон образуется при грозовых разрядах.
В отличие от всех других газов в атмосфере, которые не имеют ни вкуса, ни запаха, озон имеет характерный запах. В переводе с греческого языка слово «озон» означает «остро пахнущий». После грозы этот запах приятен, он воспринимается как запах свежести. В больших количествах озон является отравляющим веществом. В городах с большим количеством автомобилей, а значит и большими выбросами автомобильных газов, в безоблачную или малооблачную погоду под действием солнечных лучей образуется озон. Город окутывается желто-синим облаком, видимость ухудшается. Это фотохимический смог.
АЗОТ (N2) — нейтральный газ, он, не вступает в реакции с другими газами атмосферы, не участвует в поглощении лучистой энергии.
До высот 500 км атмосфера в основном состоит из кислорода и азота. При этом, если в нижнем слое атмосферы преобладает азот, то на больших высотах кислорода больше, чем азота.
АРГОН (Аг) — нейтральный газ, в реакции не вступает, в поглощении и излучении лучистой энергии не участвует. Аналогично — ксенон, криптон и многие другие газы. Аргон — тяжелое вещество, в высоких слоях атмосферы его очень мало.
УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА (С02) в атмосфере в среднем 0,03 %. Этот газ очень необходим растениям и активно ими поглощается. Фактическое количество его в воздухе может несколько изменяться. В индустриальных районах его количество может увеличиваться до 0.05 %. В сельской местности, над лесами, полями его меньше. Над Антарктидой примерно 0,02 % углекислого газа, т. е. почти на Уз меньше среднего его количества в атмосфере. Столько же и даже меньше его над морем — 0.01 - 0.02 %, так как углекислый газ интенсивно поглощается водой.
В слое воздуха, который непосредственно примыкает к земной поверхности, количество углекислого газа испытывает и суточные колебания.
Ночью его больше, днем меньше. Объясняется это тем, что в светлое время суток углекислый газ поглощается растениями, а ночью нет. Растения планеты на протяжении года берут из атмосферы около 550 млрд. т. и возвращают в нее около 400 млрд. т. кислорода.
Углекислый газ полностью прозрачен для солнечных коротковолновых лучей, но интенсивно поглощает тепловое инфракрасное излучение Земли. С этим связана проблема парникового эффекта, по поводу которого периодически разгораются дискуссии на страницах научной печати, а, главным образом, в массмедиа.
ГЕЛИЙ (Не) — очень легкий газ. Он поступает в атмосферу из земной коры в результате радиоактивного распада тория и урана. Гелий улетучивается в космическое пространство. Скорость убывания гелия соответствует скорости поступления его из недр Земли. От высоты 600 км до 16000 км наша атмосфера состоит главным образом из гелия. Это «гелиевая корона Земли» по выражению Вернадского. Гелий не вступает в реакции с другими газами атмосферы, не участвует в лучистом теплообмене.
ВОДОРОД (Нг) еще более легкий газ. У поверхности Земли его очень мало. Он поднимается в верхние слои атмосферы. В термосфере и экзосфере атомарный водород становится доминирующим компонентом. Водород — это самая верхняя, самая дальняя оболочка нашей планеты. Выше 16000 км до верхней границы атмосферы, то есть до высот 30 - 40 тыс. км, преобладает водород. Таким образом, химический состав нашей атмосферы с высотой приближается к химическому составу Вселенной, в которой водород и гелий — наиболее распространенные элементы. В самой внешней, крайне разряженной части верхней атмосферы, происходит убегание из атмосферы водорода и гелия. Отдельные их атомы имеют для этого достаточно большие скорости.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|