пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

32. Состав и строение атмосферы.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, удерживаемая силой притяжения и участвующая во вращении планеты. Сила земного притяжения удерживает атмосферу вблизи поверхности Земли. Наибольшее давление и плотность атмосферы наблюдаются у земной поверхности, по мере поднятия вверх давление и плотность уменьшаются. На высоте 18 км давление убывает в 10 раз, на высоте 80 км — в 75 ООО раз. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли. Верхней границей условно принята высота 1000— 1200 км.

Состав газов: Атмосферный воздух — механическая смесь газов, в которой во взвешенном состоянии содержатся пыль и вода. Чистый сухой воздух состоит из 78,09% азота и 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03 % углекислого газа. Остальные газы: неон, гелий, криптон, водород — составляют менее 0,1 %. Процентное соотношение газов сохраняется неизменным до высоты 80—100 км, здесь простирается гомосфера. Выше происходит диссоциация (расщепление) молекул газа на атомы под действием ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца; атмосфера выше 100 км называется гетеросферой. До высоты 200 — 250 км преобладают атомарные азот и кислород, до 700 км — атомарный кислород, выше — атомарный водород. В верхних слоях атмосферы обнаружено новое соединение — гидроксил ОН. Наличие этого соединения объясняет образование водяного пара на больших высотах в атмосфере.

Каждый газ в атмосфере выполняет свою функцию. Основная роль кислорода — вдыхании живых организмов, горении, окислении. Кислорода в атмосфере 1015 т, 70 % приходится на долю тяжелого кислорода (изотоп с атомной массой 18), 30 % — на долю легкого (изотоп-16). По мнению В. Бгатова, именно легкий кислород участвует в фотосинтезе и имеет биогенное происхождение, тяжелый кислород выделяется при дегазации мантии.

Азот — важный элемент, он входит в состав белков, его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Азот определяет скорость биохимических реакций, он играет роль «разбавителя кислорода». Считается, что если бы азота в атмосфере было меньше, а кислорода больше, живая материя окислялась бы энергичнее.

Азота в атмосфере 4 • 1015 т. В атмосферу азот поступает при вулканических извержениях, а также как продукт деятельности денитрифицирующих бактерий.

В земной атмосфере содержатся инертные газы, аргон, неон, гелий, криптон, ксенон. Гелий — один из наиболее легких газов атмосферы; он выделяется из почвы, горных пород, морской воды при распаде содержащихся в них радиоактивных веществ. В при земном слое воздуха содержание гелия практически постоянно, с высотой его количество возрастает. Гелий постоянно покидает атмосферу и уходит в космическое пространство.

Углекислого газа (С02) в атмосфере немного — 0,03 %, его содержание сильно колеблется. В промышленных центрах, где сжигается много нефтепродуктов, содержание С02 в атмосфере возрастает. Увеличивается его содержание и при вырубке лесов, осушении болот, а также во время активной вулканической деятельности. Отмечено изменение содержания углекислого газа по сезонам года: зимой количество С02 возрастает, летом — уменьшается. Очевидно, летнее уменьшение содержания С02 объясняется деятельностью растений. Углекислый газ — основной материал для построения органического вещества.

Углекислый газ вместе с водяным паром вызывает парниковый эффект атмосферы. Парниковый эффект — нагрев внутренних слоев атмосферы, объясняющийся способностью атмосферы пропускать коротковолновое излучение Солнца и не выпускать длинноволновое излучение Земли. Если бы углекислого газа в атмосфере было в два раза больше, средняя температура Земли достигла бы 18 °С, сейчас она равна 14— 15 °С.

Озон (03) играет важную роль в атмосфере. Общее количество 03 невелико: при нормальном давлении на уровне моря весь озон занимал бы слой толщиной всего 3 мм. Основная его концентрация наблюдается на высоте 22 — 25 км, там он образует так называемый озоновый экран — ультрафиолетовый щит Земли. Озон поглощает ультрафиолетовое излучение, которое относится к биологически активному излучению, и смягчает мутации живых организмов. Согласно фотохимической теории, сформулированной английским физиком Сидни Чепменом (1888—1970), при поглощении ультрафиолетовых лучей наблюдается распад молекулы кислорода на атомы. Затем один атом кислорода присоединяется к его молекуле, образуя озон. Следовательно, озон — результат распада молекул кислорода и последующего образования молекул озона. Содержание 03 изменяется в течение года и по широтам. Над экватором концентрация 03 меньше без заметных колебаний в течение года. В полярных широтах наблюдается максимальная концентрация 03, наибольшее его количество отмечается зимой, меньшее — летом. В 80-е годы XX в. ученые зафиксировали уменьшение озона в Антарктиде. Снижение концентрации 03 над определенными районами получило название «озоновых дыр». В отдельные годы размеры «озоновой дыры» над Антарктидой увеличивались, границы ее примерно совпадали с территорией, занятой полярной ночью. Затем подобное явление было отмечено и над Арктикой. В последнее время установлено снижение концентрации озона и в других районах земного шара.

В воздухе много твердых частиц, диаметр которых составляет доли микрона. Они являются ядрами конденсации. Без них было бы невозможно образование туманов, облаков, выпадение осадков. С твердыми частицами в атмосфере связаны многие оптические и атмосферные явления. Пути поступления их в атмосферу различны: вулканический пепел, дым при сжигании топлива, пыльца растений, микроорганизмы. Космическая пыль приходит из мирового пространства, а также образуется за счет сгорания метеоритов. В последнее время ядрами конденсации служат промышленные выбросы, продукты радиоактивного распада.

Важной составной частью воздуха является водяной пар, количество его во влажных экваториальных лесах достигает 4 %, в полярных районах снижается до 0,2 %. Водяной пар поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхности почвы и водоемов, а также транспирации влаги растениями. Он является звеном влагооборота, поскольку при определенных условиях конденсируется, образуя облака и осадки. Водяной пар является парниковым газом, вместе с углекислым газом он удерживает большую часть длинноволнового излучения Земли, предохраняя планету от охлаждения. Испарение и конденсация влаги влияют на температурный режим Земли. При испарении теплота поглощается и температура испаряющей поверхности понижается. При конденсации, наоборот, теплота выделяется, нагревая воздух. Пары воды уменьшают прозрачность атмосферы и снижают поступление солнечной радиации.

Строение: По температурному режиму и другим свойствам атмосферу подразделяют на несколько слоев: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Два нижних слоя активно участвуют в круговоротах, взаимодействуя с другими геосферами географической оболочки, именно здесь формируются воздушные массы.

Тропосфера простирается до высоты 18 км на экваторе, 10 — 12 км в умеренных широтах, 8 — 9 км в полярных широтах. Она отделяется от стратосферы узким переходным слоем мощностью 1 — 2 км — тропопаузой. Температура в тропосфере уменьшается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. Если на поверхности Земли температура равна + 15°С, на верхней границе тропосферы она равна от - 55 °С до - 50 °С. В тропосфере происходят интенсивные горизонтальные (адвекция) и вертикальные (конвекция) перемещения воздуха. Нижний слой тропосферы, примыкающий не-посредственно к земной поверхности, называют приземным слоем. Физические процессы в этом слое весьма своеобразны: резко выражены суточные и сезонные колебания всех метеоэлементов: температуры, влажности, осадков, ветров. В пятикилометровом слое тропосферы заключено 90% всего водяного пара, 50% всего воздуха.

Влияние земной поверхности простирается приблизительно до высоты 20 км, а далее нагревание воздуха происходит непосредственно Солнцем. Таким образом, граница географической оболочки, лежащая на высоте 20 — 25 км, определяется в том числе и тепловым воздействием земной поверхности. На этой высоте исчезают широтные различия в температуре воздуха и географическая зональность размывается.

Стратосфера простирается до высот 50 — 55 км, отделяется от мезосферы стратопаузой. В нижней части стратосферы температура воздуха постоянна, здесь располагается изотермический слой. Начиная с высоты 22 км температура воздуха начинает повышаться, на верхней границе стратосферы она достигает 0 °С. Повышение температуры объясняется наличием здесь озона, поглощающего солнечную радиацию. В стратосфере происходят интенсивные горизонтальные перемещения воздуха, скорость воздушных потоков достигает 300 — 400 км/ч. Воды в стратосфере мало, только на высоте 22 — 25 км образуются перламутровые облака, состоящие из переохлажденных ледяных капель. В стратосфере содержится менее 20 % воздуха атмосферы.

Мезосфера располагается на высотах от 55 до 80 км, в этом слое температура воздуха с высотой уменьшается и вблизи верхней границы падает до -80 °С. В верхней мезосфере на высоте 80 км в сумерки видны серебристые облака. Природа их еще не изучена, предполагают, что они состоят из смерзшихся газов.

В термосфере температура воздуха быстро растет с высотой и достигает 1000 °С на высоте 800 км. Рост температуры объясняется поглощением солнечной радиации, вызывающей увеличение скорости движения молекул.

Выше на высотах от 800 до 1200 км располагается сфера рассеяния — экзосфера. Как показывают расчеты, вследствие поглощения корпускулярного излучения Солнца температура экзосферы может увеличиться до 15 000 °С. При такой температуре молекулы легких газов развивают скорость до 11 200 м/с и покидают сферу притяжения Земли.

Сравнительный анализ атмосфер планет земной группы, планет-гигантов и атмосферы Земли позволяет сделать следующие выводы. Атмосфера Земли прошла в своем развитии три этапа. Первичная атмосфера планеты состояла из водорода и гелия — газов первичного протопланетного облака. Такая атмосфера наблюдается у планет-гигантов. Очевидно, из-за большого притяжения планет и удаленности от Солнца они сохранили первичные атмосферы. Планеты земной группы первичные атмосферы поте-ряли.

На втором этапе благодаря разогреву недр, вулканической активности и дегазации мантии началось выделение углекислого газа, аммиака, метана, паров воды — сформировалась вторичная атмосфера. Сейчас подобные атмосферы наблюдаются у Марса и Венеры, они на 95 % состоят из углекислого газа. Вероятно, подобная атмосфера была у Земли. И в настоящее время водяной пар и углекислый газ составляют основную часть вулканических газов современных извержений, количество воды достигает 20 % от объема изливающихся базальтов. Понадобилось длительное время, прежде чем произошло связывание большого количества уг-лекислого газа и накопление свободного азота и кислорода в атмосфере.

Третий этап — формирование азотно-кислородной атмосферы Земли. Предполагается, что решающее влияние на эволюцию земной атмосферы оказали процессы фотосинтеза под воздействием солнечной радиации. Фотосинтез обусловил уменьшение содержания углекислого газа и появление свободного кислорода в атмосфере. В свою очередь, свободный кислород обеспечил окисление аммиака вулканических газов и накопление азота — химически неактивного газа. Биологическая эволюция атмосферы Земли началась около 3 млрд лет назад, когда появились автотрофы. Кислород мог высвобождаться за счет расщепления молекулы воды в реакции фотосинтеза и постепенно стимулировать переход от примитивных автотрофов к более развитым формам фотосинтеза.

В жизни географической оболочки атмосфера имеет огромное значение. Она является защитным экраном, не пропуская к Земле метеоры и жесткое солнечное излучение. Благодаря атмосфере амплитуда температур на планете невелика, ночная сторона сильно не остывает, а дневная — не нагревается. Без атмосферы не было бы звука, полярных сияний, облаков и осадков. Воздух нужен всему живому.


23.01.2014; 16:02
хиты: 137
рейтинг:0
Естественные науки
науки о земле
наука об окружающей среде
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь