Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Основные характеристики атмосферы

Основные характеристики атмосферы

План

1. Озон и аэрозоли

2. Роль углекислого газа

3. Влияние атмосферы на радиационный баланс Земли

4. Гидросфера

5. Взаимодействие океана и атмосферы

6. Влагооборот

Рассматривая атмосферу как составную часть биосферы, Владимир Иванович Вернадский выделил в ней две части: тропосферу (нижний слой атмосферы, который имеет мощность от 6-10 км на полюсах до 14-18 км в тропических широтах) и нижний слой стратосферы (останниии расположенный над тропосферой на высотах от 16-18 до 40-50 км).

Основной составной частью атмосферы является воздух, состоящее из азота N, (78%), кислорода О, (21%), аргона Аг (1%). Средняя молекулярная масса воздуха 28,8 г / моль. Как и все газы, воздух может сильно сжиматься, удельный объем воздуха прямо пропорционален абсолютной температуре и обратно пропорционален давлению.

Удельная теплоемкость воздуха зависит от вида изопроцессам неодинакова при постоянном давлении и постоянного объема.

Плотность воздуха прямо пропорциональна давлению ии обратно пропорциональна абсолютной температуре. Давление в изотермическом атмосфере с увеличением высоты уменьшается по показательному закону (в среднем 10% на 1 километр). Давление продолжает снижаться с увеличением высоты, но никогда не равна нулю, таким образом, атмосфера постепенно переходит в вакуум внешнего пространства. На высоте 34 км давление составляет 1% приземного давления.

До сих пор мы рассматривали свойства сухого воздуха, однако воздух содержит водяной пар. Водяной пар значительно изменяет прозрачность атмосферы для инфракрасной радиации, а присутствие облаков, капель сконденсированной воды изменяет тепловой баланс Земли.

По данной температуры и определенного давления водяной пар находится в равновесии с жидкой водой или льдом. Воздух, находясь в равновесии с жидкой водой, является насыщенным и имеет относительную влажность 100%. При 100 ° С давление водяного пара равно 1 атм при каждом снижении температуры на 10 С он уменьшается вдвое.

Наличие водяного пара в воздухе существенно влияет на поднятие и опускание воздушных масс. Вблизи океана воздуха будет почти насыщенным водяным паром. Как только такой воздух начинает подниматься, оно расширяется и, таким образом "охлаждается. Однако охлажденный воздух содержит то же количество водяного пара на единицу масс и воздуха, поэтому в результате оно становится перенасыщенным водяным паром. Перенасыщение приводит к фазового превращения водяного пара на капли жидкой воды. Одновременно фазовое превращение пары в жидкость освобождает тепло испарения, нагревая таким образом воздуха. Это нагрева вследствие конденсации будет противодействовать охлаждению, вызванном расширением воздуха, пи днимаеться вверх. Этим объясняется меньшее падение температуры с высотой, чем этого можно было 6 ожидать при подъеме сухого воздуха.

Водяной пар изменяет также удельный объем воздуха. Средняя молекулярная масса воздуха равна 28,8, в то время как молекулярная масса воды только 18. Таким образом, влажный воздух при тех же самых значениях давления и температуры будет иметь несколько меньшую плотность, поскольку более легкие молекулы воды заменят молекулы воздуха. Поэтому при тех же значениях температуры и давления влажный воздух поднимается над сухим. Если бы влажный воздух и сухой воздух поднимались вместе, то влажный воздух охлаждалось бы медленнее и его плотность была бы меньше по сравнению с сухим воздухом.

Движение воздуха, с которым мы все хорошо знакомы, ветер имеет в основном горизонтальное направление перемещения. Ветры зависят от распределения давлений ее вращения Земли. Но распределение давлений является следствием поступления солнечной радиации и излучения. Земли в космос. Ветер, собственно говоря, является следствием неодинакового нагрева и охлаждения атмосферы. Простую теорию, объясняющую возникновение ветров, выдвинул Хэдли в 1735 Он считал, что поскольку Земля получает больше тепла вблизи экватора, чем у полюсов, то воздух, нагретый в тропиках,поднимается, затем направляется к полюсам и, охлаждаясь там, опускается и возвращается снова к экватору вдоль поверхности. Если бы Земля не вращалась, это вызывало бы ветры, дующие от полюсов к экватору вдоль поверхности Земли. Вследствие вращения Земли воздуха движется к экватору, отклоняется так, что в результате возникают ветры, которые дуют с востока на запад. Они называются пассатами. Пассаты, постоянные ветры, имеющие скорость 5-7,5 м / с, занимают пояса между широтами 25 и 5 в каждом полушарии. В северном полушарии они дуют с северо-востока, в южном полушарии с юго-востока. Хотя теория Хедли объясняет возникновение пассатов, однако, рассуждая так и дальше, мы должны были бы надеяться, чтобы ветры на всех широтах должны иметь тот же направление, и пассаты. Общая циркуляция атмосферы не соответствует простой модели Хэдли. Между пассатами и ветрами околополюсных зон расположен широкий пояс с преимущественно западными ветрами. Ошибка модели Хедли возникла из предположения, что нагрев и охлаждение атмосферы ограничивается земной поверхностью. На самом деле верхние шарп атмосферы охлаждаются через излучение во внешнее пространство. Величина этого охлаждения лежит в пределах от 1 до 2 С по лбу. Воздух, движется к полюсу в верхних слоях, достигнув примерно ЗО широты, начинает опускаться вниз к земной поверхности. Опускаясь, он нагревается вследствие сжатия. Достигнув поверхности, воздух растекается как на север, так и на юг. Таким образом формируется область высокого давления на этих широтах. Воздух, который поднимается на экваторе, не достигает полюса, а образует замкнутый циркуляционный центр между экватором и ЗО. Воздух, опустилось на широте ЗО и далее движется к полюсу, будет вызывать ветры с западной составляющей вследствие вращения Земли. Вблизи полюсов происходит быстрое охлаждение воздуха в верхних слоях, что приводит к его опускания. Поскольку этот воздух направляется у поверхности Земли до экватора, то оно отклоняется таким образом, что ветер уземной поверхности имеет восточную составляющую. Субполярный район низкого давления образуется там, где встречаются холодные восточные ветры с теплыми западными ветрами. Здесь происходит подъем воздушного потока. В результате распада простой циркуляции на вихри зона западных ветров умеренных широт становится ареной взаимодействия циклонов и антициклонов. В районах преобладания восходящих движений наблюдается превышение осадков над испарением, в зонах нисходящих движений воздушных масс превышение испарения. Фактически циркуляция осложняется распределением суши и водной поверхности на Земле. Наибольшие годовые колебания температуры над материками вызывают годовой ход муссонов над северной частью Индийского океана.

Озон и аэрозоли

Озон бесцветный газ с характерным запахом, образуется в стратосфере в результате воздействия ультрафиолетовой радиации на молекулярный кислород. Двухатомная молекула O2 расщепляется на атомарный кислород, который впоследствии, в свою очередь, вступает в реакцию с другими молекулами O2. В результате образуется трехатомная соединение кислорода O3 озон. Суммарное содержание озона в атмосфере невелик. Если привести весь озон к нормальной давления и температуры, то его давление составит примерно 3 с 760 мм. Максимум концентрации озона по объему наблюдается на высотах около 35 км, максимальная плотность на высоте 25 км. Значение озона для нашей планеты двойственное Прежде всего он определяет тепловой режим стратосферы и оказывает определенное влияние на тепловой режим тропосферы.

Второй особенностью озона является то, что он поглощает практически все вредное ультрафиолетовое излучение и тем самым защищает биосферу от пагубного воздействия ультрафиолетовой радиации.

Колебания концентрации озона происходили и происходят под влиянием природных процессов. Однако в последние годы возникла угроза антропогенного воздействия на озоновый слой, что связано с полетами реактивных самолетов в стратосфере и озоновом слое, выбросами в атмосферу соединений, содержащих хлор и фтор.

Особую опасность представляют молекулы CFCL3 и СF2СL3, которые получили название фреон-11 и фреон-12. Эти газы обычно инертны и никакой опасности для тропосферы не представляют. Однако проникая в стратосферу, эти молекулы под влиянием ультрафиолетовой солнечной радиации вступают в активные фотохимические реакции, образуя атомарный хлор. Атомарный хлор вступает в реакцию с озоном и разрушает его.

В значительной степени влияет на атмосферу природный аэрозоль, который поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности. Выбросы вулканического пыли через стратосферу попадают даже в космос. Таким образом, аэрозольный эффект является основным механизмом, и to вызывает климатические изменения. Повышенное содержание природного аэрозоля приводит к ухудшению прозрачности атмосферы, следовательно, к снижению температуры и уменьшения прямой солнечной радиации. Это дает основания полагать, что в течение периодов потепления атмосфера Земли была значительно более прозрачной, а количество радиации, поступающей на поверхность, была больше, чем в другие периоды.

Роль углекислого газа

Углекислый газ относится к незначительных по количеству, но важных по значению примесей атмосферного воздуха. Его содержание составляет в среднем 0,03% общего объема воздуха. Интенсивность поглощения углекислым газом солнечной радиации как в инфракрасной части спектра солнечного излучения, так и в ультрафиолетовой очень мала, практически можно считать, что СО2 прозрачен для солнечных лучей. Совсем другая картина наблюдается в инфракрасной части спектра, то есть излучения длинноволновой радиации. Здесь есть несколько полос поглощения СО2, из которых наиболее существенная находится в интервале 12,9-17,1 мкм. Это поглощение существенно зависит от температуры и давления.

CO2, таким образом, приводит прохождения солнечной ультрафиолетовой радиации к поверхности планеты и задерживает длинноволновое излучение, которое идет наружу. В связи с этим действие СО2 у земной поверхности напоминает эффект парника, который пропускает коротковолновую солнечную радиацию к поверхностии и задерживает длинноволновое тепловое излучение, идущее от нее. В результате увеличения содержания СО2 в атмосфере происходит повышение температуры у поверхности. Однако с высотой влияние парникового эффекта ослабевает, а в верхней тропосфере и особенно в нижней стратосфере углекислый газ способствует охлаждению атмосферы. Однако средняя температура атмосферы с увеличением CO2, растет. Основным источником увеличения концентрации СО2 является промышленное загрязнение и добыча известняков.

Влияние атмосферы на радиационный баланс Земли

В результате наличия атмосферы солнечная радиация на земной поверхности распределяется неравномерно.

Атмосфера состоит из азота, кислорода и аргона, которые почти на 100% являются прозрачными для радиации от коротковолновой ультрафиолетовой до длинноволновой инфракрасной. Кислород, взаимодействуя с коротковолновым ультрафиолетовым светом, превращается в озон. Молекула озона поглощает ультрафиолетовый свет. В результате на высоте примерно 20 км от земной поверхности образуется слой озона, который адсорбирует ультрафиолетовый свет, приходящий от Солнца; таким образом озоновый слой защищает поверхность Земли от этих лучей. Без этого фильтра жизни на земной поверхности, как известно, было бы невозможным. Если бы наша атмосфера состояла только из основных газов: азота, кислорода и аргона, то она 6 была прозрачной для инфракрасной радиации. Поэтому отраженная от поверхности Земли радиация могла бы беспрепятственно пройти через атмосферу. Однако воздух, кроме трех основных газов, содержит небольшое количество углекислого газа (0,03%) и водяного пара. И углекислый газ, и водяной пар в атмосфере в значительной степени адсорбирует инфракрасную радиацию. Кроме того, в процессе конденсации водяного пара образуются облака, которые отражают и рассеивают часть солнечной радиации, поступающей из космоса. Атмосфера прозрачна в диапазоне от 0,3 до 0,7 мкм. В инфракрасном спектре остается несколько зон для волн с длинами менее 13 мкм, так называемых инфракрасных окон, в которых атмосфера прозрачна. В то время какатмосфера прозрачна для большей части прямой солнечной радиации, она почти непрозрачна для теплового радиационного излучения Земли при температуре 300 К. Отражается в околоземное пространство 35% всей солнечной радиации. Земля поглощает 47% ее количе и сушу, и океаны), верхние слои атмосферы 3%, нижние слои атмосферы 15%.

Передача тепла от земной поверхности в атмосферу происходит тремя способами. Часть энергии передается благодаря тепловому излучению. Часть путем нагревания воздуха, контактирует с поверхностью. Однако большая часть перелается благодаря испарению воды. Водяной пар, поднимаясь в атмосферу, конденсируется, при этом образуются различные виды облаков и осадков, выпадающих на земную поверхность (дождь, снег и др.), & Mdash; таким образом атмосфера получает тепло благодаря испарению.

поглощена атмосферой инфракрасная радиация и теплота конденсации водяного пара задерживают тепло у земной поверхности. Вода на Земле играет важную роль как аккумулятор тепла, потому что она поглощает инфракрасную радиацию. Важная роль воды как механизма испарения и конденсации. Над засушливыми районами эти влияния уменьшаются и поэтому именно здесь мы наблюдаем наибольшие суточные и годовые амплитуды температуры. С другой стороны, во влажных океанических районах наблюдаются наименьшие колебания температуры. Количество солнечного излучения, поступающего на земную поверхность, уменьшается от экватора к полюсам. Кроме того, на Земле воздушные и океанические течения могут переносить тепло из одних районов в другие. Течения в океане и атмосфере переносят тепло из низких широт в высокие. На Земле неодинаковое нагревание поверхности в районе экватора и в полярных областях обуславливает перенос тепла в направлении к полюсам, в результате чего возникают течения в атмосфере и океанах. По направлению к полюсу потоки нагретого воздуха или океанические течения переносят тепло, а направлены к экватору воздушные массы и течения несут холод. В среднем за год переноса энергии через экватор очень незначительно. Перенос тепла в направлении полюса достигает максимума примерно на широте 40 ° и равна нулю у полюсов.

Гидросфера

По современным представлениям, гидросфера это прерывистая волна оболочка Земли, которая находится между атмосферой и твердой земной корой литосферой. Она представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, болот, а также подземных вод. Гидросфера покрывает около 71% земной поверхности; ее объем составляет примерно 1370 мглы км3 (1/800 общего объема планеты); масса 1,4-1018 кг, из которых 98,3% сосредоточено в океанах и морях. Химический состав гидросферы примерно такой же, как и состав морской воды. Кроме того, вода является составной частью атмосферы, в которой она находится в виде пара, водяных капелек и ледяных кристаллов. Вола также является основной составной частью растений и животных.

Вода (Н2О) является продуктом сочетание легкого элемента водорода с кислородом. На поверхности Земли вода существует в трех состояниях твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (водяной пар). Давление и температура определяют состояние, в котором находится вода. Точка на диаграмме температура давление, в которой вода сосуществует в трех состояниях, жидком, твердом и газообразном называется тройной точкой. Это явление можно наблюдать при температуре 0,01 С и давлении 105 Паскаль. Вода обладает большой теплоемкостью, то есть требуется большое количество тепла для того, чтобы превратить ее в водяной пар или чтобы растопить лед.

При вертикальном перемещении воды в озерах и морях ее удельный объем меняется в зависимости от температуры и давления. Лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода. В результате лед плавает на поверхности воды. Когда вода замерзает, проникая в трещины горных пород, то объем воды увеличивается и породы со временем разрушаются. Лед, плавает ЮЧ и на воде, защищает жизнь в озерах и морях. Слой льда изолирует воду от холодного воздуха над ней и тем самым замедляет дальнейшее замерзание. Если бы лед был плотнее воды, то, образовавшись на поверхности водоема, он опускался бы на дно, способствуя образованию новых порций льда на поверхности. В конечном итоге озеро промерзло бы до дна. Для жизни в озерах и других водоемах очень важно, что пресная вода с температурой 4 ° С при давлении 1 атм. имеет минимальный удельный объем, следовательно, максимальную плотность. Как только температура верхних слоев на поверхности озера снизится, холодная вода станет более плотной, чем слои, лежащие ниже, и она опускается вниз, на дно. Однако, если температура в озере составит 4 ° С, дальнейшее охлаждение не приведет к опусканию воды. Температура воды на дне водоема зимой будет около 4 С, хотя на поверхности озера может быть более холодная вода и даже лед.

Другим важным свойством воды является то, что она прекрасный растворитель. Большинство веществ какой-то степени растворяются в воде, а многие вещества растворяются очень хорошо.

Морская вода представляет собой раствор сложной смеси солей в воде. В морской воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения основных солей всегда примерно одинаковы. Когда содержание солей увеличивается, плотность воды возрастает, а температура замерзания и максимальная плотность снижаются. Соленость морской воды определяется по содержанию хлоридов или ее электропроводностью. Наличие солей всегда несколько снижает теплоемкость воды. Поэтому рост содержания солей способствует быстрому нагреву воды.

Когда морская вода

Загрузка...

Страницы: 1 2