Понятие об атмосфере. Состав и строение атмосферы. Значение атмосферы. Озоновый слой

Понятие атмосфера

Атмосфера (от греч. Atmos — «пар» и sphaira — «шар») — газовая, воздушная оболочка Земли. Атмосферой считают ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с планетой как единое целое.

Значение атмосферы:

• защищает поверхность Земли от метеоритов,
• задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца,
• состав атмосферного воздуха вблизи поверхности обеспечивает процесс дыхания человека, животных и растений

 

 

 

Состав атмосферы до высоты 100 км:

 

78% — азот
21% — кислород
1% — другие газы и примеси: аргон (0,934%), углекислый газ (0,0314%), неон (0,001818%), гелий (0,000524%), метан (0,0002), криптон, водород, ксенон, сера, озон, аммиак, йод. А также водяной пар, пыль, сажа и другие вещества

.

 

Строение атмосферы

Строение атмосферы обусловлено ​​особенностями вертикального распределения температуры. Каждый слой отличается плотностью, температурой воздуха, содержанием водяного пара. Нижняя граница атмосферы проходит по поверхности земного шара, верхняя — определена условно.

Тропосфера – самый низкий слой атмосферы. Верхняя граница тропосферы 8-10 км в полярных широтах, 16-18 км над экватором. Из-за турбулентного перемешивания воздуха температура в тропосфере по вертикали снижается в среднем на 6 °С на один километр. В данном слое сосредоточено 80% всей массы атмосферы. В тропосфере происходят все атмосферные явления, формируется погода.

Стратосфера

– слой атмосферы до высоты 50-55 км. В нижней стратосфере (до 25 км) температура воздуха постепенно снижается, выше — в верхней стратосфере (до 55 км) — температура воздуха начинает повышаться примерно до -3 °С. Это происходит благодаря поглощению озоном 0₃, который в скоплении образует озоновый слой (на высоте 21-29 км). Благодаря наличию озонового слоя поглощается основная часть ультрафиолетового солнечного излучения, которая поступает на земную поверхность. Облаков в стратосфере почти нет, именно здесь летают реактивные самолеты.

Выше стратосферы расположена мезосфера (от 50 до 80 км). Температура воздуха понижается с высотой. Именно в мезосфере сгорает большинство метеоритов (обломков космических пород), которые попадают в земную атмосферу.

Термосфера (от 80 до 450 км) – слой атмосферы с высокими температурами воздуха (до 1700 °С), связанный с поглощением ультрафиолетового излучения и образованием ионов и электронов из атомов и молекул газов, которые содержаться в атмосфере.

Слои атмосферы выше 50 км – мезосферу и термосферу – вместе называют ионосферой. Именно эти слои хорошо проводят электричество и радиоволны. Под действием солнечной радиации в них возникают сияния, самое эффектное из них – полярное.

Выше 500-1000 км, в экзосфере, частички газов (преимущественно водорода) развеиваются в околоземное пространство.

 

 

Каждый год в атмосферу Земли поступает значительное количество загрязняющих веществ, увеличивается количество углекислого газа и т.п. Эти проблемы способствуют возникновению парникового эффекта (процесса повышения температуры в атмосфере). Решить проблемы загрязнения атмосферы помогут комплексные меры, которые будут выполнять все страны мира: создание безотходных производств, очистительных сооружений, переход транспорта на более чистые, экологические виды топлива т.п.

А т м о с ф е р а состав и строение атмосферы

6

1. Понятие об атмосфере.

2. Газовый состав и аэрозольные примеси.

3. Строение атмосферы.

4. Значение атмосферы в развитии географической оболочки.

1.Атмосфера – воздушная газовая оболочка земли, которая принимает участие во вращении Земли и находится во взаимодействии с остальными оболочками нашей планеты.

Изучение атмосфер Марса, Венеры показали, что атмосфера находится в химическом равновесии с поверхностными породами. Равновесие определяется целым рядом факторов (плотность и температура пород). Если бы на Земле температура была бы как на Венере, то углерод выделился в виде углекислого газа в атмосферу и состав атмосферы был бы близок к составу ее на Венере.

Воздух проникает вглубь Земли и распространяется вверх до высоты 20000 км. Воздух, в отличие от воды сжимаем, поэтому с высотой плотность его убывает и атмосфера постепенно сходит на нет без резкой границы. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних пяти километрах. Атмосферные процессы наиболее изучены в нижних слоях атмосферы (в 10-20 км толще, прилегающей к земной поверхности). Изучением атмосферных процессов в этой толще занимаются науки метеорология и климатология. Изучением атмосферных процессов в высоких слоях атмосферы занимается аэрономия. В последние десятилетия здесь достигнуты определенные успехи (спутники, радиозонды и другие, более совершенные приборы). Сейчас ни у кого не вызывает сомнения, что процессы, происходящие в высоких слоях атмосферы, оказывают влияние на процессы в нижних слоях атмосферы. Но еще не все связи прослежены и потребуется много лет на установление всех закономерностей.

Все атмосферные процессы проходят под воздействием процессов, происходящих в космосе и на земной поверхности. Источником энергии атмосферных процессов в основном является солнечная радиация (солнечное излучение). Но солнечные лучи, проходя через атмосферу, больше нагревают непосредственно земную поверхность, чем воздух. Между земной поверхностью и атмосферой происходит обмен тепла (теплооборот) и воды (влагооборот).

Строение земной поверхности, ее рельеф (горы или равнины), характер растительности имеют значение и для движений воздуха (циркуляции атмосферы).

Наличие атмосферы является важным фактором для жизни на Земле и для разнообразных физических процессов, происходящих на земной поверхности (дефляция, абразия, морские течения).

2. Что же представляет собой качественная характеристика атмосферы?

Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом, в котором находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частицы (твердых частиц крайне мало, но они играют значительную роль).

У земной поверхности сухой воздух состоит из азота – 78%, кислорода — 21%, аргона – 0,93%,, углекислого газа – 0,03%. На оставшиеся газы приходится 0,04%: криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак и др.

Все выше перечисленные газы при наблюдающихся в атмосфере температуре и давлении сохраняют газообразное состояние. Процентный состав сухого воздуха у земной поверхности остается постоянным. Существенно меняется только содержание углекислого газа. Его объемное содержание в воздухе промышленных центров, закрытых помещений в результате процессов горения, дыхания может возрастать до 0,1 –0,2%. Соответственно уменьшается содержание кислорода.

В состав атмосферного воздуха у земной поверхности входит водяной пар, т.е. вода в газообразном состоянии. Содержание водяного пара в воздухе меняется в незначительных пределах (от сотых долей процента до 4 %). Водяной пара непрерывно поступает в атмосферу в результате испарения с водных поверхностей, с влажной почвы, путем транспирации растений. На различных участках суши или океана и в разное время года водяной пар поступает в различных количествах. С водяным паром в воздухе и с его переходами из газообразного состояния в жидкое, твердое, связаны важнейшие процессы формирования погоды и особенности климата.

С высотой процентное содержание водяного пара в воздухе меняется. Поступает водяной пар от земной поверхности, поднимаясь вверх он конденсируется. Содержание водяного пара на высоте в десять раз меньше, чем у земной поверхности, а выше, на высоте 10 – 15 км – ничтожно малые величины. С высотой интересные изменения происходят в газовом составе воздуха.

До 100 км процентное содержание составных частей воздуха почти не меняется. Воздух находится до этой высоты в постоянном движении, хорошо перемешиваются по вертикали. Поэтому атмосферные газы не расслаиваются по плотности, в условиях спокойной атмосферы происходит расслоение.

На высотах 100 – 200 км начинается расслоение, хотя и слабое, но по-прежнему преобладает азот.

На высотах 200 – 1000 км преобладает кислород, причем в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетовой радиации Солнца при столкновении двухатомные молекулы кислорода разлагаются на заряженные атомы и удерживаются уже не притяжением Земли, а притяжением магнитного поля.

На высотах 1000 –2000 км атмосфера состоит из гелия, водорода, но преобладает атомарный водород.

На высоте более 2000 км преобладает атомарный водород.

Интересные количественные изменения с высотой отмечаются с озоном. У земной поверхности озон содержится в ничтожных количествах. С высотой его содержание возрастает: максимальное – на высоте 22-30 км, затем – опять уменьшается и на высоте около 60 км сходит на нет. Роль озонового экрана для планеты велика:

1.поглощение солнечной радиации и повышение температуры тех слоев атмосферы, в которых он находится;

2.задержка теплового излучения Земли, что предохраняет ее поверхность от охлаждения;

3.поглощение ультрафиолетовой радиации Солнца с длинами волн 0,15 – 0,29 микрон (мкр = 1\1000мм), которая губительно сказывается на живых организмах на Земле.

Кроме перечисленных выше газов в воздух у земной поверхности, в основном в районе больших городов, проникают и другие газы (окислы серы, углерода, фосфора и др.). За последние годы поступление окислов серы составляет более 5 млн тонн в год. Поступление окиси углерода в городах в городах, насыщенных автотранспортом, может достигать критических величин (регулировщики движения в Токио стояли в противогазах, в Лос-Анжелесе нет деревьев и более 20 тыс. долларов израсходовано на пластиковые деревья, В радиусе 30 км от Мончегорского никелевого комбината погибли сосновые леса, но сейчас леса восстанавливаются).

В состав атмосферы входят также аэрозольные (взвешенные) примеси (аэрозоли). К ним относятся: твердые частицы дыма, сажи, пепла, капельки кислот, частички морской соли, микроорганизмы (бактерии), пыльца, споры, космическая пыль (образуется около 1 млн тонн в год из межпланетного пространства и при сгорании метеоров в атмосфере), продукты искусственного радиоактивного распада, заражающие воздух при испытательных взрывах. Радиусы этих частичек колеблются от сотых, тысячных долей микрона до 5 мк. Поэтому они могут длительное время удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Удаляются из атмосферы они главным образом при выпадении осадков, когда присоединяются к капелькам и снежинкам.

Все аэрозольные примеси содержатся в наибольшем количестве в самых нижних слоях атмосферы, вблизи земной поверхности, которая является их источником. Особенно загрязнен аэрозольными примесями воздух больших городов: в 1 см3 воздуха здесь находятся десятки тысяч аэрозольных частиц (в 1 см3 воздуха над открытыми частями океанов – сотни частиц аэрозолей). Аэрозольные примеси способствуют возникновению туманов, смогов, проникают в легкие, отрицательно воздействуют на сердечно-сосудистую систему. В Лондоне велика смертность от воздействия смогов.

Аэрозольные примеси могут легко переноситься воздушными течениями на большие расстояния. Песчаная пыль, попадающая в воздух над Сахарой, выпадала неоднократно в больших количествах на территории Южной и Средней Европы. Дым лесных пожаров в Канаде переносился сильными воздушными течениями на высоте 8 – 13 км к берегам Европы. Дым и пепел больших вулканических извержений неоднократно распространялся в высоких слоях атмосферы на огромные расстояния, окутывая весь земной шар. Запыленность воздуха наблюдалась в течение нескольких месяцев после извержений. Радиоактивные продукты, попадающие в атмосферу при взрывах, распространяются в высоких слоях атмосферы над огромными пространствами земного шара.

3. Атмосфера состоит из нескольких концентрических сфер, отличающихся друг от друга или по температурным условиям, или по составу, или по иным характеристикам. Сферы разделены переходными слоями – паузами.

Тропосфера – это нижняя часть атмосферы до высоты 10 – 15км, в которой сосредоточено 75% всей массы атмосферы (до 5 км – 50%). Самый нижний тонкий слой тропосферы в несколько метров или десятков метров, непосредственно примыкающий к земной поверхности, называется приземным слоем. Здесь резко выражены изменения температуры в течение суток, сезонов, года. Слой от земной поверхности до высоты около 1000 м называется слоем трения. Отличительная особенность тропосферы – падение температуры с высотой в среднем на 0,65⁰С на каждые 100 м. В тропосфере содержится почти весь водяной пар, возникают почти все облака, происходит непрерывное перемешивание воздуха. Верхняя граница тропосферы различная над разными широтами и меняется в течение года и дня. В среднем годовом значении тропосфера простирается над полюсами до высоты 9 км, над умеренными широтами – 10-12 км, над экватором – 15-17 км. Средняя годовая температура воздуха у земной поверхности +26⁰С на экваторе, -23⁰С – над северным полюсом. Температура на верхней границе тропосферы над экватором –70⁰С, над северным полюсом — -55⁰С. Давление воздуха на верхней границе тропосферы в 5 – 6 раз меньше, чем у земной поверхности.

Переходный слой от тропосферы к выше лежащей стратосфере называется тропопаузой, толщина ее 1 – 2 км.

Стратосфера располагается до высоты 50 – 55 км. Температура в ней в среднем растет с высотой. Начиная с высоты 22 – 25 км температура резко возрастает и достигает величин +10⁰С — +30⁰С, т.к. на этих высотах располагается озоновый горизонт. Водяного пара в стратосфере крайне мало. Однако на высоте 20 – 25 км в высоких широтах наблюдаются перламутровые облака. Днем они не видны, а ночью видны, так как освещаются Солнцем, находящимся за горизонтом. Эти облака состоят из переохлажденных водяных капелек. Стратосфера отделяется от вышележащей сферы стратопаузой.

Мезосфера простирается приблизительно до высоты 80 км. Здесь температура с высотой падает от положительных значений у основания до отрицательных (несколько десятков градусов ниже нуля) на верхней границе. В результате быстрого падения температуры с высотой частицы движутся с большой скоростью (от 60км\час до нескольких сотен км\час), часто меняют направление своего движения. На высоте 75 – 80 км падение температуры сменяется новым повышением. Здесь наблюдаются летом серебристые облака, освещаемые Солнцем в ночные часы и состоящие из переохлажденного водяного пара. На верхней границе мезосферы давление воздуха в 200 раз меньше, чем у земной поверхности.

Таким образом, до высоты 80 км заключается 99,5% всей массы атмосферы.

Термосфера характеризуется высокими температурами. В пределах термосферы выделяют ионосферу до высоты 1000 км, выше располагается экзосфера, переходящая в земную корону.

В ионосфере воздух чрезвычайно разрежен, она характеризуется очень сильной степенью ионизации воздуха. Содержание заряженных частиц здесь во много раз больше, чем в нижележащих слоях, несмотря на сильную разреженность воздуха. Процесс ионизации воздуха заключается в том, что под действием ультрафиолетовой радиации Солнца при столкновении, из нейтральных молекул и атомов происходит выбивание электронов, в результате чего нейтральные молекулы и атомы преобразуются в заряженные частицы.

В ионосфере выделяются слои с максимальной ионизацией (слой Е на высоте 100 – 120 км, слой F на высоте 200 – 400 км). Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в них все время меняется. Спорадические (временные) скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков.

В прямой зависимости от степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. В ионосфере электропроводность воздуха в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, преломление и отражение. Волны длиной более 20м вообще не могут пройти сквозь ионосферу: они отражаются электронными слоями небольшой концентрации в нижней части ионосферы. Средние и короткие волны отражаются вышележащими слоями. Отражение волн в пределах ионосферы способствует установлению дальней связи на коротких волнах, которые неоднократно отражаются от слоев ионосферы, от земной поверхности и зигзагообразно распространяются на большие расстояния. В ионосфере наблюдаются полярные сияния и магнитные бури.

Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высоте 800 км температура равна 1000⁰С. При высокой температуре частицы движутся с большой скоростью, но плотность воздуха так мала, что летящий спутник не нагревается путем теплообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от непосредственного поглощения им солнечной радиации и отдачи его собственного излучения в окружающее пространство.

Между нижней границей ионосферы и земной поверхностью постоянно существует огромная разность потенциалов – около 400000 вольт (сеть – 220 вольт). Мы живем внутри огромного конденсатора, заряженными пластинами которого являются земная поверхность (отрицательный потенциал) и верхние слои атмосферы (положительный потенциал). Так как во всей толще атмосферы всегда присутствуют ионы, от верхних слоев атмосферы к Земле все время течет ток мощностью 7 х 108 ватт. При таком токе конденсатор земля – ионосфера разрядился бы за несколько минут. Вероятно, постоянно существующая разность потенциалов поддерживается грозами. Они разделяют отрицательные и положительные заряды. Отрицательные – при ударах молнии стекают к Земле, а положительные – уносятся вверх и растекаются по ионосфере.

Экзосфера располагается выше 1000 км, до высоты около 3000 км, а выше выделяют земную корону с нечетко выраженной границей. Скорости движения частиц в экзосфере большие, значительная разреженность воздуха. Отдельные частицы достигают скорости 11,2 км\сек, преодолевают силу притяжения Земли и “ускользают» в мировое пространство. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния.

Водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, которая простирается до высоты 20000 км. Плотность газа в короне ничтожно мала: в 1 см3 около 1000 частиц, а в межпланетном пространстве, за пределами короны – около 100 частиц.

Значение атмосферы в развитии географической оболочки

1.Атмосфера сохраняет тепло, которое Земля получает от Солнца, при смене дня и ночи не бывает резких переходов в температурах, как на Луне.

2.Атмосфера предохраняет Землю от бомбардировки метеоритами, космическими частицами, спасает от ультрафиолетовой радиации все организмы на планете.

3.В атмосфере образуются облака, осадки, ветер. Рассеиваются солнечные лучи, в результате чего создается постепенный переход от света к тени (сумерки).

4.Атмосфера является средой развития и обитания организмов на планете и продуктом их жизнедеятельности. В течение года атмосфера проходит через живые организмы в процессе дыхания, фотосинтеза.

5.Благодаря способности воздуха распространять звук, существует радиосвязь

Раздел II атмосфера

Глава 5 Состав и строение атмосферы Атмосфера и ее границы. Состав воздуха

Атмосфера (греч. atmos – пар и sphaira – шар) – воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие во вращении планеты. Нижней границей атмосферы является земная поверхность, а верхняя граница размыта, так как с увеличением высоты воздух становится все разреженнее. Косвенными доказательствами существования атмосферы на больших высотах служат серебристые облака на уровне 70 – 80 км, метеоры, сгорающие из-за трения о воздух на высоте 100–300 км, полярные сияния на высотах до 1000 км. С помощью искусственных спутников и ракет установлено, что атмосфера простирается вплоть до 20 000 км, но близ верхней границы она весьма разрежена и постепенно переходит в межпланетное пространство. Условно за верхнюю границу атмосферы принимают высоту 1000 – 2000 км над поверхностью Земли, а более высокие слои считают земной короной.

Атмосферный воздух – смесь газов. В нем во взвешенном состоянии находятся жидкие и твердые частицы. По химическому составу в атмосфере различают два слоя: нижний – гомосферу (однородный слой) – примерно до 100 км и верхний – гетеросферу (неоднородный слой) – выше 100 км. В сухом (т. е. полностью обезвоженном) чистом воздухе у земной поверхности содержится по объему 78% азота, 21% кислорода, 0,93% аргона, а также есть диоксид углерода, озон и другие газы. Средняя молекулярная масса сухого воздуха равна 28,96.

Процентное соотношение основных газов в гомосфере почти не меняется при перемешивании воздуха как по горизонтали, так и по вертикали. В гетеросфере содержание легких газов возрастает, а тяжелых уменьшается: нет аргона, озона, диоксида углерода. К тому же сначала молекулы кислорода, а потом азота разлагаются на атомы. Выше 1000 км основными газами становятся атомарный водород и гелий.

Каждый газ воздуха выполняет в географической оболочке определенные функции.

Свободный кислород, который химически очень активен, играет огромную роль в жизни, без него невозможно дыхание, горение, окисление. Кислород атмосферы в основном биогенного происхождения, так как образовался в процессе фотосинтеза растений и других автотрофных организмов.

Азот химически весьма инертен и играет в атмосфере роль разбавителя кислорода, регулируя темп окисления. Азот тоже в основном имеет биогенное происхождение. Значение азота для живых организмов определяется тем, что он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, его соединения обеспечивают минеральное питание растений.

Диоксида углерода (углекислого газа) в атмосфере немного (0,03%). Его содержание в приземных слоях воздуха подвержено естественным колебаниям в течение года и суток. Диоксид углерода – своеобразный утеплитель Земли, поскольку в основном пропускает коротковолновую солнечную радиацию, но задерживает тепловое излучение земной поверхности, обусловливая так называемый парниковый эффект. По оценкам ученых, с середины прошлого века глобальное содержание диоксида углерода возросло на 12–15% за счет сжигания ископаемого органического топлива. Его увеличение способствовало повышению температуры воздуха на Земле. Диоксид углерода служит основным строительным материалом для создания органического вещества в процессе фотосинтеза.

Весьма важна роль озона (О₃), хотя его в атмосфере немного. Толщина слоя озона при нормальном давлении и температуре 0°С составила бы всего 3 мм. Количество его по абсолютному значению и в процентном отношении возрастает с высотой и достигает максимума на высотах 15–20 км в полярных широтах, 20 – 25 км в умеренных, 25–30 км в тропических и сходит на нет на высоте 70 км. Слой повышенной концентрации озона на высотах в среднем 25 – 30 км называют нередко озоновым экраном. Озон является своеобразным фильтром атмосферы, ибо он поглощает значительную долю (97%) ультрафиолетовой радиации (с длинами волн 0,15–0,29), которая губительно действует на живые организмы. Поглощая солнечную радиацию, озон повышает температуру воздуха в стратосфере.

Исследования показывают, что толщина слоя озона испытывает пространственные и временные колебания. Наибольшее колебание содержания озона в воздухе в течение года отмечается в полярных широтах. Здесь его меньше зимой, в условиях полярной ночи, из-за отсутствия солнечной радиации, под влиянием которой он образуется в результате фотодиссоциации молекул кислорода, больше – в период полярного дня. К тому же озон легче уничтожается при низких температурах. Эти колебания значительнее над Антарктидой, где количество озона зимой резко сокращается (так называемая озоновая дыра над Антарктидой). Метеорологическая гипотеза связывает это явление со спецификой динамического режима стратосферы в Антарктиде: образованием там зимой устойчивого высотного циклонического вихря и выносом вверх озона из антарктической стратосферы. В последние годы замечено глобальное сокращение озона, что некоторые исследователи связывают с выбросом в атмосферу фреонов и окислов азота. Уменьшение толщины озонового слоя вредно для всего живого. Поэтому нужна коллективная мудрость человечества для его сохранения.

Важной составной частью воздуха является невидимый газ – водяной пар. Это весьма переменный компонент атмосферы: его содержание в воздухе над земной поверхностью колеблется от 0,2% в ледяных пустынях до 3 – 4% вб влажных экваториальных лесах (по объему). Поскольку водяной пар поступает в воздух за счет испарения с водной поверхности, почвы и транспирации растений, его количество зависит от температуры: чем она выше, тем его больше. С высотой количество водяного пара уменьшается, около 90% его заключено в нижнем пятикилометровом слое воздуха. Значение водяного пара исключительно велико. Он представляет собой важное звено влагооборота, так как при определенных условиях происходит его конденсация или сублимация, образуются облака и осадки. Велика роль водяного пара (наряду с диоксидом углерода) и в создании парникового эффекта, так как именно он задерживает основную часть теплового излучения земной поверхности. В свою очередь, водяной пар сам излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой идет к земной поверхности, являясь для нее дополнительным источником тепла. В то же время облака, возникающие в результате конденсации и сублимации водяного пара, отражают и поглощают солнечную энергию на ее пути к земной поверхности. Надо учитывать и фазовые превращения водяного пара и воды, сопровождающиеся поглощением тепла (при испарении и таянии снега и льда) или выделением тепла (при конденсации и сублимации), что отражается на температуре окружающего воздуха. Такова роль водяного пара в тепло- и влагообороте на Земле. Он выполняет определенные функции и в жизнедеятельности организмов, влияя, например, на скорость транспирации, которая возрастает при понижении влажности воздуха.

В воздухе много твердых частиц, причем большинство их не видимо простым глазом. Мельчайшие твердые и жидкие частицы естественного и антропогенного происхождения, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, называют аэрозолями. Это космическая, вулканическая и минеральная пыль, дым, пыльца растений, микроорганизмы, частицы морской соли и т. д. Особо опасны среди аэрозолей продукты искусственного радиоактивного распада. Твердые частицы выполняют в атмосфере роль ядер конденсации и сублимации, их обилие ускоряет образование туманов и облаков. Аэрозоли уменьшают прозрачность атмосферы, ослабляя солнечную радиацию и ухудшая видимость. Аэрозоли обычно не задерживаются долго в тропосфере, где выпадают осадки. В стратосфере, куда иногда попадает вулканическая пыль, она остается там годами. Недаром после извержений вулканов, особенно таких интенсивных, как Кракатау в 1883 г. или Катмая в 1912 г., на протяжении нескольких лет отмечалось помутнение атмосферы и уменьшение солнечного тепла, особенно ощутимое летом. Самым катастрофическим взрывным извержением за последние 500 лет было извержение вулкана Тамбора (остров Сумбава в Зондском архипелаге) 10–11 апреля 1815 г. Выбросы вулканического материала при взрыве вулкана, в результате чего его высота уменьшилась с 4000 м до 2820 м, создали завесу в воздухе, ставшую экраном для солнечного излучения. Это привело к охлаждению атмосферы в течение нескольких последующих лет. В северном полушарии в тот и следующий годы сезонный снег лежал до середины июня, а в августе в Западной Европе были отмечены заморозки.

Газы, входящие в состав атмосферы, обладают определенной плотностью, а воздух – массой. Общая масса атмосферы достигает 5,27 x 10¹⁵ т, что составляет одну миллионную часть массы земного шара. При этом половина всей массы атмосферы находится в нижних 5 км, 75% – в нижних 10 км, 95% – в нижних 20 км.

Состав и строение атмосферы — Физическая география Казахстана

 

---

Какие оболочки окружают снаружи земной шар? Какие газы входят в состав воздуха? Каково значение воздуха для жизни на Земле? Какие меры принимаются по охране воздуха от загрязнения?

---

1. Атмосфера и ее состав. Воздушный слой, окружающий зем­ной шар со всех сторон, называется атмосферой.
Воздух — смесь различных газов. Среди них основное место зани­мают азот и кислород. Объем сухого воздуха составляют 78% азота, 21% кислорода.

 

---

Хотя в воздухе азота много, но для жизни более необходим кислород. Чело­век и животные дышат кислородом. Кислород поддерживает горение. Азот не участвует в дыхании. Но он является необходимым веществом и для жизнедея­тельности любого растительного организма. Азот попадает в растения через почву в результате круговорота веществ в природе. Бактерии, обитающие в кор­нях, клубнях растений, получая азот из воздуха, скапливают его в местах своего обитания. После гниения корней и клубней азот остается в почве.

---

Наиболее важным из других газов является углекислый газ. Он выделяется при дыхании и гниении организмов.

 

---

Хотя его очень мало в составе воздуха (0,03%), но он имеет важное значение для жизнедеятельности на Земле. Углекислый газ необходим для роста и жизни растений. Кроме того, он, пропуская солнечные лучи на Землю, препятствует их обратному рассеиванию в космическом пространстве, то есть участвует в про­цессе обогрева Земли.

---

В состав воздуха, кроме газов, входят водяной пар и различные примеси.
Нижняя граница атмосферы соответствует уровню земной по­верхности. Чем выше, тем воздух реже и постепенно переходит в вакуумное безвоздушное космическое пространство. Поэтому точ­но определить верхнюю границу атмосферы трудно. Ученые счи­тают, что она проходит приблизительно на высоте 2—3 тысяч км. Атмосферный слой такой толщины удерживается вокруг Земли за счет сил притяжения и вращается вместе с Землей.

2. Атмосферные слои. При переходе с одного места в другое и по высоте изменяются состав, температура, плотность и др. свойства атмосферного воздуха. Особенно сильно изменяются эти свойства по мере увеличения высоты.
С высотой в атмосфере изменяется температура и состав газов, поэтому она подразделяется на несколько оболочек (рис. 48).

 

Рис. 48. Слои атмосферы.

 

Самый нижний слой ат­мосферы — тропосфера (по-гречески тропос — пово­рот) — расположен вблизи земной поверхности. Темпе­ратура здесь по высоте рав­номерно понижается. При­чиной этого является то, что в тропосфере воздух нагре­вается теплом от поверхно­сти земли, а не от прямого падения солнечных лучей. В верхней границе тропо­сферы температура пони­жается до -55°С.

 

---

Толщина тропосферы в среднем 11 км (над экватором толще, к полюсам тоньше). На ее долю приходится около 80% всей массы воздуха. И водяной пар полностью нахо­дится в этом слое. В тропо­сфере образуются облака, ве­тер, выпадают осадки, проис­ходит изменение погоды.

---

В нижней части стратосферы (по-латыни стратум — слой) до некоторой высоты температура низкая, но выше она быст­ро повышается.
Повышение температуры здесь обусловлено накоплением озоно­вого газа, который поглощает солнечные лучи.

 

---

Озоновый слой стратосферы имеет большое значение в жизнедеятельности живых организмов. Он задерживает так называемые ультрафиолетовые лучи Солнца, которые опасны для жизни живых организмов, особенно человека. Если бы они проникали в большом количестве, то люди погибли бы от раковых болез­ней, погибли бы также многие полезные бактерии.

---

Воздух в стратосфере очень сухой. Высота этого слоя атмосферы достигает 50-55 км.
Температура воздуха в верхней части атмосферы сначала в со­ответствии с высотой до 80-90 км понижается, а затем повышается до 1000°С — 2000°С. Здесь распространяется особый заряд от Солн­ца, не достигающий нижних слоев атмосферы, который электролизует частицы газов. Они хорошо поглощают солнечные лучи и по­этому сильно нагреваются. Но поскольку воздух здесь сильно раз­режен, такую температуру человек даже и не заметил бы. Термо­сфера распространяется от 80 км до 800 км. Электрические заря­ды, исходящие от Солнца, в высоких слоях атмосферы вызывают полярное сияние. Частицы газа из внешней оболочки атмосферы рассеиваются в космическом пространстве.

3.Значение атмосферы. Жизнь и все происходящие на поверхнос­ти Земли явления, изменения связаны с воздухом. Если бы не было воздушной оболочки, то дневная и ночная температуры земной по­верхности отличались бы, как на Луне. Днем на земной поверхнос­ти от прямых солнечных лучей все бы сгорело. Вода не только в реках и озерах, но и в океанах, нагреваясь от дневной жары, полно­стью испарилась бы. А ночью, наоборот, температура понизилась бы до — 100°С. Такую жару и холод ни растения, ни животные не выдержали бы. И все вокруг превратилось бы в пустыню. Так как атмосфера рассеивает солнечные лучи, днем поверхность Земли на­гревается не так сильно. Ночью воздушный слой плотно удержива­ет тепло, не допуская сильного охлаждения поверхности Земли. В нижних слоях атмосферы образуются облака, которые затем выпа­дают на земную поверхность в виде осадков.
Атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большинство которых сгорает в верхних слоях, не долетев до поверхности Земли.
Жизнедеятельность на нашей планете тесно связана со слоем ат­мосферы. Кислород в составе воздуха необходим для дыхания лю­дей и животных. Без воздуха жизнь на Земле была бы невозможна, как на Луне.

4.Изучение атмосферы. Изучение нижних слоев атмосферы пу­тем непосредственных наблюдений велось издавна. Сведения о вер­хних слоях атмосферы черпались длительное время по косвенным признакам. Так, сгорание метеоритов указывало на высокую плот­ность воздуха на высоте 100 км и выше, серебристые облака — о наличии водяного пара на большой высоте. А также в связи с рас­пространением звука и наблюдением заката Солнца были сделаны некоторые выводы о составе и строении верхних слоев атмосферы.
В начале XIX века начались исследования атмосферы с аэроста­тов. Позже сведения о верхних слоях атмосферы на высоте десятков километров начали получать через шары-зонды.

 

---

Зонд в переводе с французского языка означает «щуп, наблюдать». По этому методу запускали шар с метеорологическими прибора­ми, который, поднявшись на некоторую высо­ту, падал вниз. Трудность нахождения этих приборов на поверхности Земли привела к за­мене шара-зонда на радиозонд.

---

Радиозонд используют для изучения верхних слоев атмосферы. По данному методу специальные аппараты с помо­щью воздушного шара, заполненного лег­кими газами, доставлялись на значи­тельную высоту примерно до середины атмосферы.
Поднимаясь вверх, они измеряют тем­пературу, влажность и давление на раз­личных высотах. Полученные данные ра­диопередатчики передают на Землю (рис.49). Высота полетов радиозондов — 35-40 км.

 

Рис. 49. Радиозонд.

А метеорологические ракеты поднима­ются в 3-4 раза выше. На определенной высоте часть ракеты с приборами отделя­ется и спускается на парашюте. Собран­ные сведения передаются на наземные станции и через телевидение.
В последнее время для изучения верх­них слоев атмосферы широко используют искусственные спутники Земли.
Они делают фотоснимки состояния ат­мосферных слоев, облачности близ земной поверхности и непрерывно передают све­дения по телевидению.
Такие сообщения дают возможность вовремя установить такие явления, как ураганы, смерчи, загрязнения атмосферы, лесные пожары и заранее предпринять не­обходимые меры.
После искусственных спутников, обле­тающих Землю по заданной орбите, в космос были запущены космические корабли. Они начали давать сведе­ния о самых верхних слоях атмосферы и межпланетном простран­стве (рис. 50).

 

Рис. 50. Космический корабль «Шаттл» (США).

---

1. Каково значение кислорода и азота для жизнедеятельности на Земле?

2. Как образуется углекислый газ? Каково его значение для Земли?

3. Как изменяет­ся температура в отдельных слоях атмосферы? Почему в тропосфере с увели­чением высоты температура падает?

4. Каково значение воздушного слоя для Земли?

5. Как изучают атмосферу?

6*. Знаете ли вы, в каких районах Казах­стана получены сведения о загрязнении атмосферы при помощи космических приборов?

Атмосфера

Атмосфера (греч. atmos — пар и sphaira — шар) — воздушная оболочка Земли. Атмосфера не имеет резкой верхней границы. Около 99,5% всей ее массы сосредоточено в нижних 80 км.

Атмосфера возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. На ее формирование впоследствии оказало влияние появление океанов и биосферы.

Строение атмосферы

Выделяют несколько основных ее слоев, отличающихся характеристиками температуры, плотности и т.д. Нижний слой — тропосфера. Он нагревается от Земли, которая в свою очередь нагревается от Солнца. Наиболее прогретые слои тропосферы прилегают к Земле. С высотой нагрев уменьшается, и это понижает температуру воздуха от +14°С на уровне моря до —55°С на верхней границе тропосферы. Ученые подсчитали, что температура здесь понижается в среднем на 0,6° на каждые 100 м. Эту величину называют вертикальным градиентом температуры. Толщина тропосферы различна: над экватором она равна 17 км, а над полярными широтами — 8-9 км. Только в тропосфере происходят такие явления, как образование облаков, выпадение осадков, грозы и другие погодные явления. Выше тропосферы располагается стратосфера (до 50-55 км), которая отделена от нижнего слоя атмосферы переходным слоем — тропопаузой. В стратосфере воздух находится в разреженном состоянии, здесь не образуются облака, так как практически отсутствует водяной экран. Снижение температуры с высотой продолжается, но выше 25 км она начинает возрастать на 1-2°С на каждый километр. Это вызвано, по-видимому, тем, что слой озона поглощает и рассеивает солнечное излучение, мешая ему пройти к поверхности Земли. Над стратосферой тоже есть переходная зона — стратопауза, после которой идет следующий слой атмосферы — мезосфера (до 80-85 км). Воздух здесь еще более разрежен, а температура продолжает расти. Еще выше располагается слой, называемый термосферой. Сложные химические реакции в этих слоях атмосферы (выше 50 км) делают ее электропроводной. Поскольку при реакциях выделяются ионы, верхнюю часть атмосферы, куда входят мезосфера и термосфера, называют ионосферой. Именно в этих слоях и происходит полярное сияние. Выше 800 км располагается экзосфера («экзо» — внешний), здесь частицы газов очень редки, а температура достигает +2000°С.Газовый состав атмосферы был изучен уже давно. В 1774 году французский ученый Антуан Лавуазье изучил основные части воздуха и установил присутствие там кислорода и азота. Впоследствии обнаружилось, что кроме этих газов в воздухе находятся еще и другие газы. Таким образом, воздух — это смесь газов, состоящая у земной поверхности из следующих компонентов:

• Азот — 78%
• Кислород — 21%
• Инертные газы — 0,94%
• Углекислый газ — 0,03%
• Пары воды и примеси — 0,03%.

Значение атмосферы в природе и жизни человека

• благодаря газообразной оболочке поверхность Земли не нагревается днем и не остывает ночью так сильно, как, например, поверхность Луны, лишенная атмосферы;
• атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большая часть которых сгорает и не долетает до поверхности планеты;
• озоновый экран (озоносфера) защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений, большая доза которых губительна для организма;
• кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания.

Изучение атмосферы

Человечество интересовалось воздушным океаном уже давно, но только 300-400 лет назад были изобретены первые приборы для изучения атмосферы: термометр, барометр, флюгер. В настоящее время изучение газовой оболочки Земли осуществляется под руководством Всемирной метеорологической организации (ВМО), в которую, кроме России, входят еще много стран. Разработана программа сбора и обработки материалов с применением новейших технических средств. Для наблюдения за состоянием атмосферы создана сеть наземных метеорологических станций, оборудованных различными приборами.

Температуру измеряют с помощью термометров, в Европе принято измерять ее в градусах «по Цельсию». Эта система основана на физических свойствах воды: при нуле градусов она переходит в твердое состояние — замерзает, при 100° — в газообразное. Количество выпавших осадков измеряют осадкомером — емкостью, на стенки которой нанесена специальная разметка. Скорость перемещения воздушных потоков измеряется ветромером (анемометром). Рядом с ним обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность, устанавливаются ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон. Атмосферное давление измеряется барометром.

На метеорологических станциях не менее 4-х раз в день снимают показания. В труднодоступных районах действуют автоматические радиометеорологические станции. А в океанах такие станции устанавливают на плавучих платформах. Свободную атмосферу изучают с помощью радиозондов — приборов, которые прикрепляются к выпущенным в свободный полет каучуковым шарам, наполненным водородом. Они собирают данные о состоянии атмосферы на высотах до 30-40 км. Еще выше, до 120 км, поднимаются метеорологические ракеты. На определенной высоте часть ракеты с приборами отделяется и на парашюте спускается на земную поверхность. Для уточнения состава воздуха и исследования слоев, расположенных на большой высоте, применяются ракеты, зондирующие атмосферу до 500 км. Очень важные сведения о состоянии атмосферы, о погодных процессах, происходящих над Земной поверхностью, доставляют искусственные спутники Земли. Большой ценностью обладают наблюдения за атмосферными явлениями, которые ведутся космонавтами с орбитальных станций в космосе.

Источник видео: AirPano.ru

Состав и строение атмосферы.

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 25Следующая ⇒

Атмосфера— газовая оболочка, окружающая планету Земля. 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.

Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде. Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство. Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями. Если бы не было атмосферы, на Земле была бы такая же тишина, как на Луне. Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живые организмы. Также она удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться.

Строение атмосферы

В атмосфере можно выделить несколько слоев, различающихся по температуре и плотности:

1. Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.

2. Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются. В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч. В этом слое сосредоточенозон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.

Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.

3. Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

На высоте 80 км начинаетсятермосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов. Для этого слоя характерна высокая наэлектризованность, и от него, как от зеркала, отражаются длинные и средние радиоволны. В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

4. Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Состав атмосферы

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %),углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно. Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО₂ примерно на 10-12 %. Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода — окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

Роль углекислого газа в атмосфере исключительно велика. Он поступает в атмосферу в результате процессов горения, дыхания живых организмов, гниения и представляет собой, прежде всего, основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе. Кроме этого, огромное значение имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаст так называемый парниковый эффект.

Влияние на атмосферные процессы, особенно на тепловой режим стратосферы, оказывает иозон. Этот газ служит естественным поглотителем ультрафиолетового излучения Солнца, а поглощение солнечной радиации ведет к нагреванию воздуха. Средние месячные значения общего содержания озона в атмосфере изменяются в зависимости от широты местности и времени года в пределах 0,23-0,52 см (такова толщина слоя озона при наземных давлении и температуре). Наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсам и годовой ход с минимумом осенью и максимумом весной.

Характерным свойством атмосферы можно назвать то, что содержание основных газов (азота, кислорода, аргона) с высотой изменяется незначительно: на высоте 65 км в атмосфере содержание азота — 86 %, кислорода — 19, аргона — 0,91, на высоте же 95 км — азота 77, кислорода — 21,3, аргона — 0,82 %. Постоянство состава атмосферного воздуха по вертикали и по горизонтали поддерживается его перемешиванием.

Кроме газов, в воздухе содержатсяводяной пар итвердые частицы. Последние могут иметь как естественное, так и искусственное (антропогенное) происхождение. Это цветочная пыльца, крохотные кристаллики соли, дорожная пыль, аэрозольные примеси. Когда в окно проникают солнечные лучи, их можно увидеть невооруженным глазом. Особенно много твердых частиц в воздухе городов и крупных промышленных центров, где к аэрозолям добавляются выбросы вредных газов, их примесей, образующихся при сжигании топлива. Концентрация аэрозолей в атмосфере определяет прозрачность воздуха, что сказывается на солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Наиболее крупные аэрозоли — ядра конденсации — способствуют превращению водяного пара в водяные капли. Значение водяного пара определяется прежде всего тем, что он задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности; представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги; повышает температуру воздуха при конденсации водяных наров. Количество водяного пара в атмосфере изменяется во времени и пространстве. Так, концентрация водяного пара у земной поверхности колеблется от 3 % в тропиках до 2-10 (15) % в Антарктиде.

Среднее содержание водяного пара в вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах составляет около 1,6-1,7 см (такую толщину будет иметь слой сконденсированного водяного пара). Сведения относительно водяного пара в различных слоях атмосферы противоречивы. Предполагалось, например, что в диапазоне высот от 20 до 30 км удельная влажность сильно увеличивается с высотой. Однако последующие измерения указывают на большую сухость стратосферы. По-видимому, удельная влажность в стратосфере мало зависит от высоты и составляет 2-4 мг/кг. Изменчивость содержания водяного пара в тропосфере определяется взаимодействием процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные осадки в виде дождя, града и снега.

Процессы фазовых переходов воды протекают преимущественно в тропосфере, именно поэтому облака в стратосфере (на высотах 20-30 км) и мезосфере (вблизи мезопаузы), получившие название перламутровых и серебристых, наблюдаются сравнительно редко, тогда как тропосферные облака нередко закрывают около 50 % всей земной поверхности.

Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, зависит от температуры воздуха. В 1 м³ воздуха при температуре -20 °С может содержаться не более 1 г воды; при 0 °С — не более 5 г; при +10 °С — не более 9 г; при +30 °С — не более 30 г воды.

Вывод: чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара может в нем содержаться.

Воздух может бытьнасыщенным ине насыщенным водяным паром. Так, если при температуре +30 °С в 1 м³ воздуха содержится 15 г водяного пара, воздух не насыщен водяным паром; если же 30 г — насыщен.

Абсолютная влажность — это количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха. Оно выражается в граммах. Например, если говорят «абсолютная влажность равна 15», то это значит, что в 1 м^Л содержится 15 г водяного пара.

Относительная влажность воздуха — это отношение (в процентах) фактического содержания водяного пара в 1 м³воздуха к тому количеству водяного пара, которое может содержаться в 1 м^Л при данной температуре. Например, если по радио во время передачи сводки погоды сообщили, что относительная влажность равна 70 %, это значит, что воздух содержит 70 % того водяного пара, которое он может вместить при данной температуре.

Чем больше относительная влажность воздуха, т. с. чем ближе воздух к состоянию насыщения, тем вероятнее выпадение осадков.

Всегда высокая (до 90 %) относительная влажность воздуха наблюдается в экваториальной зоне, так как там в течение всего года держится высокая температура воздуха и происходит большое испарение с поверхности океанов. Такая же высокая относительная влажность и в полярных районах, но уже потому, что при низких температурах даже небольшое количество водяного пара делает воздух насыщенным или близким к насыщению. В умеренных широтах относительная влажность меняется по сезонам — зимой она выше, летом — ниже.

Особенно низкая относительная влажность воздуха в пустынях: 1 м¹ воздуха там содержит в два-три раза меньше возможного при данной температуре количество водяного пара.

Для измерения относительной влажности пользуются гигрометром. При охлаждении насыщенный воздух не может удержать в себе прежнего количества водяного пара, он сгущается (конденсируется), превращаясь в капельки тумана. Туман можно наблюдать летом в ясную прохладную ночь.

Облака — это тог же туман, только образуется он не у земной поверхности, а на некоторой высоте. Поднимаясь вверх, воздух охлаждается, и находящийся в нем водяной пар конденсируется. Образовавшиеся мельчайшие капельки воды и составляют облака.

В образовании облаков участвуют итвердые частицы, находящиеся в тропосфере во взвешенном состоянии. Облака могут иметь различную форму, которая зависит от условий их образования. Самые низкие и тяжелые облака — слоистые. Они располагаются на высоте 2 км от земной поверхности. На высоте от 2 до 8 км можно наблюдать более живописные кучевые облака. Самые высокие и легкие — перистые облака. Они располагаются на высоте от 8 до 18 км над земной поверхностью.

Главным источником загрязнения атмосферы являются промышленные предприятия и автомобили. В больших городах проблема загазованности главных транспортных магистралей стоит очень остро. Именно поэтому во многих крупных городах мира, в том числе и в нашей стране, введен экологический контроль токсичности выхлопных газов автомобилей. Поданным специалистов, задымленность и запыленность воздуха может наполовину сократить поступление солнечной энергии к земной поверхности, что приведет к изменению природных условий



Конспект урока «Состав и строение атмосферы»

Тема: «Состав и строение атмосферы»

Тип урока: Урок изучения нового материала

1. Образовательные: изучение нового материала (атмосфера, свойства воздуха, состав атмосферы, её строение- представление о трёх основных слоях, особенностях тропосферы; о значении атмосферы)

2. Развивающие: развивать умение высчитывать температуру воздуха на разных высотах; способности анализировать, делать выводы.

3. Воспитательные : повышение интереса к изучению предмета, экологическое воспитание; формирование научного мировоззрения.

Ведущие понятия: атмосфера, тропосфера ,стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.

Оборудование: атлас, учебник, схема «строение атмосферы»,презентация к уроку.

Ход урока.

I Организационный момент.

II Изучение нового материала.

1.Какие оболочки мы уже изучили? ( слайд №1).

2.Итак, мы приступаем к изучению третьей оболочки нашей планеты- атмосферы.

Откройте учебник на стр. 129.

3.Как называется раздел учебника?

Учитель.Сегодня на уроке вы узнаете о свойствах воздуха, о составе, строении, значении атмосферы, будете решать задачи на определение температуры воздуха на высоте.

4.Запишем название темы урока в тетради. (слайд №1,2 )

От греческого «атмос» — воздух, «сфера» — шар.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли.

5.Сейчас мы познакомимся со свойствами воздуха. Проведём опыты.

Опыты проводит учитель.

1) Нагреваю пробирку, что мы видим?

Из пробирки по трубочке выходит воздух, нам видны пузырьки. Почему воздух выходит?

Воздух нагревается и расширяется.

2) Через небольшой промежуток времени, жидкость поднимается по трубочке, почему?

Пробирка остывает, воздух сжимается. Место, где был воздух, заполнилось водой.

3) Имеет воздух вес?Учитель ставит на стол весы с прикреплённой к одной их части колбой. Весы уравновешены. Колбу он нагревает. Через некоторое время весы выходят из равновесия.

На весах нарушено равновесие, колба стала легче, поднялась вверх. При нагревании воздух, находящийся в колбе расширился, и часть его вышла из сосуда.

4)Как вы думаете, что произойдёт, когда колба охладится?

В ней станет прежнее количество воздуха и весы придут в равновесие.

Вывод: воздух бесцветный, без запаха, имеет свойство упругости, плотности .Воздух очень лёгкий, но всё-таки имеет вес.

6. Состав воздуха (слайд №5)

Рассмотрим слайд «Газовый состав атмосферы»

1)В атмосфере больше всего, какого газа?

(78% азота)

2)Каково значение азота?

(азот входит в состав белков, его соединения обеспечивают минеральное питание растений)

3)Сколько процентов приходится на кислород? (21%)

4)Каково значение кислорода?

(без кислорода невозможно дыхание, горение, окислительные процессы)

5)1% приходится на другие газы. Невелико содержание углекислого газа, всего 0,1%,?

6)Каково значение углекислого газа?

(он важен для жизни на Земле: его используют зелёные растения для фотосинтеза, он и «утеплитель» Земли, он пропускает солнечную энергию, но задерживает тепловое излучение )

Учёные считают, что современная земная атмосфера появилась около 1 млрд. лет назад. Как появилась атмосфера?

Прочитаем об одной из гипотез происхождения атмосферы.

Атмосфера возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. На её формирование впоследствии оказало влияние появление океанов и биосферы.

Принято считать, что толщина атмосферы — воздушной оболочки Земли более 2000 км.

Нижнюю границу атмосферы трудно установить, потому что воздух проникает в горные породы земной коры. Мы с вами живём на дне воздушного океана. Но особенно трудно определить верхнюю границу атмосферы, так как на большой высоте – до 3000км – воздух настолько разрежен, что обнаружены только его следы.В вертикальном отношении атмосфера неоднородна. По характеру изменения температуры воздуха с высотой и другим физическим свойствам она делится на следующие слои-сферы: тропосфера, стратосфера, мезосфера, верхние слои атмосферы.

7.Строение атмосферы.(слайд № 6,7)

8.Тропосфера — самый нижний слой, в нём сосредоточено 80% воздуха всей атмосферы, 90% водяного пара.(слайд № 8,9).

Слой снегов, дождей и ветров –
Атмосферы слой живой,
Восемнадцать километров
Этот самый нижний слой.
Есть здесь всё, но в большей мере –
Кислород, азот,
В малых долях – йод и гелий,
Водород, неон, радон.

Нижний слой – тропосфера нагревается от Земли, которая в свою очередь нагревается от Солнца. Наиболее прогретые слои тропосферы прилегают к Земле. С высотой нагрев уменьшается, и это понижает температуру воздуха. Это связано с вертикальным градиентом температуры, на каждые 1000 м температура понижается на 6 градусов. Мощность тропосферы. Её верхняя граница проходит на экваторе на высоте 18 км, а над полюсами — на высоте 8- 9 км.

Тропосферу называют «фабрикой погоды», «кухней погоды».

Воздух нагревается от земной поверхности, явления погоды происходят только в тропосфере, только в ней есть водяной пар, образуются облака и выпадают осадки.

В тропосфере больше всего примесей природного происхождения, например пепла, выброшенного извергающимися вулканами, пыли, песчанок, поднятые ветром.

На приземном слое особенно много примесей, которые поступают в воздух в результате деятельности человека: копоти, газов, что чрезвычайно вредно для человека, растений, животных.

9.Стратосфера .(слайд№ 10)

По электрическому составу атмосфера делится на нейтросферу (три нижних слоя) и ионосферу (верхние слои).

10.Верхние слои атмосферы.(слайд № 11)

Ответить на вопросы и заполнить в тетради схему «строение атмосферы» (слайд №12)

Обратите внимание на слайд строение атмосферы и ответьте на вопросы:

1.Какие слои атмосферы относятся к нейтросфере? (Тропосфера, стратосфера, мезосфера)

2.До какой высоты простирается стратосфера? (До высоты 50 – 55км)

3.Воздух разрежен, что им нельзя дышать. В стратосфере с высоты 25 км температура начинает повышаться и на верхней границе достигает 0 градусов.

4.До какой высоты простирается мезосфера? (До высоты 50-80 км)

В мезосфере температура понижается с высотой до -90 градусов. Воздух разрежен, не поглощает солнечное тепло.

5.Как называют слой лежащий над мезосферой до 800 км? ( Термосферой).       

6.В термосфере температура растёт и на высоте 600 км достигает +1500 градусов.

7.На какой высоте сосредоточена основная масса озонового слоя? (На высоте 20-25 км)

8.Где наблюдаются полярные сияния? ( В ионосфере)

9.В каком слое летают пассажирские самолёты? (В тропосфере и в нижних слоях стратосферы)

10.Как изменяется давление? (давление с высотой уменьшается)

11.Полярное сияние (слайд № 13)

Полярное сияние — необыкновенно красивое явление. Оно наблюдается в ионосфере, в полярных широтах Северного и Южного полушарий. Под действием заряженных частиц, движущихся к Земле со стороны Солнца, разреженный воздух сам заряжается электричеством и начинает светиться. Полярное сияние, переливающее всеми цветами радуги, может продолжаться от нескольких минут до нескольких суток.

12.Озоновый слой. Образование и разрушение озона.(слайд № 14)

Образование озона.

Из атомов и молекул кислорода образуются молекулы озона.

Разрушение озона.

Озон распадается под влиянием хлора и веществ, которые содержит хлор. Хлор содержит фреоны.

Причиной разрушения озонового слоя являются фреоны. Фреоны – вещества в холодильниках, очищающие вещества, химические средства для тушения пожаров.

Значение озонового слоя.

Озоновый слой поглощает «жёсткие» ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для живых организмов. В 80-годы 20 века учёные заметили уменьшение озона, назвали это явление «озоновыми дырами».Они были обнаружены над Антарктидой, Арктикой и в некоторых других районах.Мы видим изменения размеров и местоположения озоновых дыр.

Сообщение учащегося.

Жизнь на Земле существует потому, что она защищена от губительных космических излучений. Эту защиту создаёт слой озона, разновидности кислорода. При электрических разрядах (например, во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения Солнца к двум атомам кислорода в молекуле присоединяется ещё один – О3. Его запах знаком всем — вспомните ощущение воздуха после грозы. По-гречески слово «озон» означает «пахнущий».

Основная масса озона в атмосфере располагается на высоте 20-25 км. Озон поглощает короткие волны солнечного спектра и практически не пропускает ультрафиолетовое излучение. Он не пропускает около 20% излучения, исходящего от Земли, а это препятствует охлаждению планеты. От содержания и перераспределения озона в атмосфере зависит жизнедеятельность всей биосферы.

В 80-е годы 20 века учёные заметили уменьшение озона. Было установлено, что наблюдаемое накопление газа фреона в атмосфере может быть причиной разрушения озона. В 1987 году в городе Монреаль, в Канаде состоялась Международная конференция, посвящённая угрозе озоновому слою. Страны договорились о сокращении производства фреонов, заменять эти вещества на менее безопасные.

13.Изменение температуры воздуха с высотой. Решение задач(слайд № 15)

Мы изучали по электронному приложению новый материал, а сейчас будем учиться решать задачи на определение температуры воздуха.

Вертикальный градиент температуры – это понижение температуры на 6 градусов на каждые 1000 м.

Пример решения задачи.

Будет ли лежать снег на вершине г. Памира, высота 7495 м, если температура воздуха в июле у подножия составляет +36 градусов?

Высоту 7495м округлим до 7500 м.

1) Узнаем, сколько раз по 1000 м содержится в 7500 м.

7500: 1000 = 7,5 раз

2) На сколько градусов понижается температура с высотой?

-6 .7,5 раз = — 45 градусов

3) Узнаем какая температура на вершине Памира?

— 45+36= -9 градусов

Снег на вершине Памира будет, так как даже при температуре +36 градусов на вершине -9 градусов.

14.Игра «Где я нахожусь» (слайд № 16).

Теперь мы полетаем на воздушном шаре над Землёй.

Учащийся прикрепляет контур воздушного шара на чертёж к тому слою атмосферы, о котором идёт речь в описании, называя высоту над уровнем моря, на которой, согласно описанию, должен находиться шар. Кто первым хочет начать полёт?

1) Сейчас мы находимся в том месте, где при температуре 0 градусов масса 1куб. метра воздуха равна 1кг 175г.

(Тропосфера у поверхности Земли, т. е. на уровне моря).

2) Теперь вы находитесь на высоте, где температура воздуха — 6 градусов при температуре у поверхности Земли 0 градусов.

(Тропосфера на высоте 1 км над уровнем моря)     

3) Вы успели достичь максимальной концентрации озона, где его плотность в 10 раз больше его плотности у земной поверхности. Не забудьте, что воздух здесь сильно разрежен. ( Стратосфера на высоте около 25 км над уровнем моря)

4) Мы снова опустились – на этот раз туда, где температура воздуха, при нулевой температуре у поверхности Земли, достигает -18 градусов. (Тропосфера на высоте 3 км над уровнем моря)

5) Мы достигли максимальной для воздушного шара высоты — 40 км. Здесь 1куб. метр воздуха весит всего 4 г. (Стратосфера)

Срочно спускаемся, здесь нельзя долго находиться.                                                              

Итак, мы успешно завершили полёт на воздушном шаре.

15.Значение атмосферы в природе и жизни человека.(слайд № 17)

1) Атмосфера рассеивает днём солнечные лучи, ночью не даёт Земле быстро охлаждаться.

Учитель. Благодаря газообразной оболочке, поверхность Земли не нагревается днём и не остывает ночью так сильно, как поверхность Луны. Если бы не было атмосферы, земная поверхность нагрелась бы более чем на+50 градусов, а ночью остывала бы до – 100 градусов. Как невидимое одеяло удерживает тепло

2) Атмосфера предохраняет Землю от метеоритов.

Учитель. Атмосферу называют бронёй планеты Земли, так как сотни метеоритов – небесных камней – не долетают до Земли, сгорая в атмосфере. Особенно хорошо это видно в летнюю звёздную ночь. В народе такие сгорания в воздухе метеоритов иногда называют «падающими звёздами». Луна испытывает целую метеоритную «бомбёжку».

3) Озоновый экран защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений.

Роль озона велика. Хотя его в атмосфере мало, а концентрация наблюдается на высоте 20 -25 км (озоновый экран), он поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, большая доза которых губительна для организмов.

4) Без атмосферы был бы невозможен круговорот воды.

5) Кислород необходим всем живым организмам для дыхания.

16 .Игра «Осколки».(слайд № 18).

Учащиеся получают запись в виде двух столбиков: первый – начало предложения, второй — конец предложения. Нужно собрать предложения.

Проверка теста.

Чем, прежде всего первичная атмосфера отличалась от современной атмосферы?

( Составом )

2. Распределите газы по мере уменьшения их доли в составе атмосферного воздуха.

(азот,кислород,аргон …)

3.Верхняя граница тропосферы над экватором проходит на высоте…18 км

4.В каком слое атмосферы наблюдается полярное сияние? В ионосфере

5. Пассажирские самолёты летают. В стратосфере.

8. Основная масса озонового слоя сосредоточена на высоте. .. 20 – 25 км

9.Основное значение озонового слоя. Поглощение ультрафиолетовой радиации

10. Выберите правильное утверждение.  (Атмосфера удерживает тепло у земной поверхности и предохраняет её от переохлаждения и перегрева.)

III Закрепление изученного материала(слайд №19)

1.Отгадайте загадку.(слайд №20)

Есть ли, дети, одеяло,
Чтоб всю Землю укрывало?
Чтоб его на всех хватило.
Да при том не видно было,
Ни сложить, ни развернуть,
Ни пощупать, ни взглянуть?
Пропускало б дождь и свет,
Есть, а вроде бы и нет?!

2.Выполните задание .(слайд№ 21,)

3.Ответьте на вопросы.(слайд № 22)

Что такое атмосфера?

Какие газы входят в состав атмосферного воздуха?

Какие свойства воздуха знаете?

Перечислите слои атмосферы.

Каково значение атмосферы?

5. Домашнее задание. (слайд №23)

Решить задачи.

На какую высоту поднялся самолёт? Если за его бортом температура – 30 градусов, а у поверхности Земли +12 градусов?

Какая высота горы, если у подножия температура + 26 градусов, а на вершине – 10 градусов?

Какова температура воздуха на Памире, если в июле у подножия она составляет + 36 градусов?

 

Приложение к игре «Осколки». (Распечатать и разрезать на части)

Атмосфера рассеивает днём солнечные лучи

Атмосфера предохраняет

Озоновый экран защищает человечество

Без атмосферы был бы невозможен

Кислород необходим всем живым организмам

ночью не даёт Земле быстро охлаждаться.
Землю от метеоритов.
от избыточных ультрафиолетовых излучений.
круговорот воды.