загрузка...
загрузка...
На головну

Загальні відомості про атмосферу

  1. a. одиничні і загальні імена
  2. I. Загальні положення
  3. I. Відомості про заявника
  4. II ЗАГАЛЬНІ ПОЧАТКУ ПУБЛІЧНО-ПРАВОВОГО ПОРЯДКУ
  5. II. Загальні вимоги до відпустки лікарських засобів
  6. II.5.2) Порядок освіти і загальні риси магістратури.
  7. III.3.1) Мета покарання і загальні принципи відповідальності.

Атмосфера - газоподібна оболонка планети, що складається з суміші різних газів, водяної пари і пилу. Через атмосферу здійснюється обмін речовини Землі з Космосом. Земля одержує космічний пил і метеоритний матеріал, втрачає найлегші гази: водень і гелій. Атмосфера Землі наскрізь пронизує потужної радіацією Сонця, що визначає тепловий режим поверхні планети, викликає дисоціацію молекул атмосферних газів і іонізацію атомів. Нижній, найбільш щільний шар повітря - тропосфера. Залежно від широти Землі її висота 10-15 км. Тут міститься 80% маси атмосфери і до 80% водяної пари, розвиваються фізичні процеси, що формують погоду і впливають на клімат різних районів нашої планети. Над тропосферою до висоти 40 км розташована стратосфера. У ній знаходиться озоновий шар, який поглинає більшу частину ультрафіолетової радіації і оберігає життя на Землі. Вище знаходиться іоносфера, яка володіє підвищеною іонізацією молекул газу. Цей шар висотою до 1300 км також оберігає все живе від шкідливого впливу космічної радіації, впливає на відображення і поглинання радіохвиль. Далі до 10 000 км простягається екзосфера, де щільність повітря зі збільшенням висоти зменшується, наближаючись до розрідженості речовини в максимальному просторі.

Нижній, найбільш щільний шар повітря - тропосфера. Залежно від широти Землі її висота 10-15 км. Тут міститься 80% маси атмосфери і до 80% водяної пари, розвиваються фізичні процеси, що формують погоду і впливають на клімат різних районів нашої планети. Над тропосферою до висоти 40 км розташована стратосфера. У ній знаходиться озоновий шар, який поглинає більшу частину ультрафіолетової радіації і оберігає життя на Землі. Вище знаходиться іоносфера, яка володіє підвищеною іонізацією молекул газу. Цей шар висотою до 1300 км також оберігає все живе від шкідливого впливу космічної радіації, впливає на відображення і поглинання радіохвиль. Далі до 10 000 км простягається екзосфера, де щільність повітря зі збільшенням висоти зменшується, наближаючись до розрідженості речовини в максимальному просторі.

Фізичні процеси, що відбуваються в атмосфері, надзвичайно складні, і багато в її поведінці залишається таємницею. Однією з причин того, що ми недостатньо знаємо властивості атмосфери, є її розміри. Якщо хіміки і фізики мають справу з матеріалами, які можна вивчати в лабораторних умовах, то метеоролог змушений дослідити всю атмосферу в цілому - великий газовий океан

Інша проблема полягає в надзвичайній мінливості поведінки атмосфери: не буває двох днів, місяців, років або століть, в яких погодні умови були б однаковими.

Процеси в атмосфері надзвичайно складні, але її хімічний склад порівняно простий. Це суміш двох типів газів: постійні, серед яких азот і кисень складають 99%, а інші гази 1%, і змінних, з яких одні утворюються природним шляхом, а інші є результатом особливих місцевих умов. Найбільш важливими з змінних газів є озон і водяна пара. До висоти приблизно 65 кілометрів, відносний вміст інших змінних газів в повітрі залишається більш-менш постійним. Розподіл же озону і водяної пари залежить від пори року, географічної широти, висоти і багатьох інших умов.

Атмосфера має чітко виражене шарувату будову (див. Рис.4).

Малюнок 4 - Схема будови атмосфери:

1 - рівень моря; 2 - найвища точка Землі - г. Джомолунгма (Еверест), 8848 м; 3 - купчасті хмари гарної погоди; 4 - потужно-купчасті хмари; 5 - зливові (грозові) хмари; 6 - шарувато-дощові хмари; 7 - перисті хмари; 8 - літак; 9 - шар максимальної концентрації озону; 10 - перламутрові хмари; 11 - стратостат; 12 - радіозонд; 1З - метеори; 14 - сріблясті хмари; 15 - полярні сяйва; 16 - американський літак-ракета Х-15; 17, 18, 19 - радіохвилі, що відбиваються від іонізованих шарів і повертаються на Землю; 20 - звукова хвиля, що відбивається від теплого шару і повертається на Землю; 21 - перший радянський штучний супутник Землі; 22 - міжконтинентальна балістична ракета; 23 - геофізичні дослідні ракети; 24 - метеорологічні супутники; 25 - космічні кораблі «Союз-4» і «Союз-5»; 26 - космічні ракети, що йдуть за межі атмосфери, а також радіохвиля, що пронизує іонізованниє шари і йде з атмосфери; 27, 28 - диссипация (ускальзиваніе) атомів Ні Чи не; 29 - траєкторія сонячних протонів Р; 30 - проникнення ультрафіолетових променів (довжина хвилі ?> 2000 A і ? <900 A).

 Гази в атмосфері. Склад атмосфери знаходиться в стані динамічної рівноваги, підтримуваного такими кліматичними факторами, як переміщення повітряних мас і атмосферні опади, життєдіяльність тваринного і рослинного світу, особливо лісів і планктону Світового океану, а також в результаті космічних процесів, геохімічних явищ і господарської діяльності людини.

Атмосфера виконує наступні функції:

- Містить кисень, необхідний для дихання живих організмів;

- Є джерелом вуглекислого газу для фотосинтезу рослин;

- Захищає живі організми від космічних випромінювань;

- Зберігає тіло Землі і регулює клімат;

- Трансформує газоподібні продукти обміну речовин;

- Переносить водяні пари по планеті;

- Є середовищем життя літаючих форм організмів;

- Служить джерелом хімічної сировини і енергії.

Склад атмосферного повітря представлений в таблиці 2.

Таблиця 2 - Склад атмосферного повітря в тропосфері

2.2 Температурний режим системи "Земля-атмосфера". Зміна температурного режиму, "парниковий" ефект

Залежно від розподілу температури атмосферу Землі підрозділяють на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу і екзосферу (див. Рис.5).

Малюнок 5 - Розподіл температури атмосфері Землі

 Тропосфера. Нижня частина атмосфери, до висоти 10-15 км, в якій зосереджено 4/5 всієї маси атмосферного повітря, носить назву тропосфери. Для неї характерно, що температура тут з висотою падає в середньому на 0.6 ° / 100 м (в окремих випадках розподіл температури по вертикалі варіює в широких межах). У тропосфері міститься майже уся водяна пара атмосфери і виникають майже всі хмари. Сильно розвинена тут і турбулентність, особливо поблизу земної поверхні, а також в так званих струменевих течіях у верхній частині тропосфери. Газовий склад тропосфери (а в ній укладено понад 90% маси атмосфери) наступний: N2 - 78,09%; O2 - 20,96%; Ar - 0,93%, CO2 - 0,03%, а також невеликі кількості гелію, водню, криптону, ксенону, озону.

Висота, до якої тягнеться тропосфера, над кожним місцем Землі змінюється день у день. Крім того, навіть в середньому вона різна під різними широтами і в різні сезони року. В середньому річному тропосфера простирається над полюсами до висоти близько 9 км, над помірними широтами до 10-12 км і над екватором до 15-17 км. Середня річна температура повітря в земної поверхні близько + 26 ° на екваторі і близько -23 ° на північному полюсі. На верхній межі тропосфери над екватором середня температура близько -70 °, над північним полюсом взимку близько -65 °, а влітку близько -45 °.

Тиск повітря на верхній межі тропосфери відповідно її висоті в 5-8 разів менше, ніж у земної поверхні. Отже, основна маса атмосферного повітря знаходиться саме в тропосфері. Процеси, що відбуваються в тропосфері, мають безпосереднє і вирішальне значення для погоди і клімату біля земної поверхні.

У тропосфері зосереджено весь водяний пар і саме тому всі хмари утворюються в межах тропосфери. Температура зменшується з висотою.

Сонячні промені легко проходять через тропосферу, а тепло, яке випромінює нагріта сонячними променями Земля, накопичується в тропосфері: такі гази, як вуглекислий газ, метан а також пари води утримують тепло. Такий механізм прогрівання атмосфери від Землі, нагрітої сонячною радіацією, називається парниковий ефект (greenhouse effect). Саме тому, що джерелом тепла для атмосфери є Земля, температура повітря з висотою зменшується

Кордон між турбулентної тропосферой і спокійною стратосферой називається тропопауза. Тут утворюються швидко рухомі вітри, звані "реактивні потоки".

 стратосфера. Над тропосферою до висоти 50-55 км лежить стратосфера, що характеризується тим, що температура в ній в середньому зростає з висотою. Перехідний шар між тропосферою і стратосферою (товщиною 1-2 км) носить назву тропопаузи. Температура повітря у верхній і нижній стратосфері істотно розрізняються: над екватором завжди дуже низька; притому влітку багато нижче, ніж над полюсом.

Нижня стратосфера більш-менш ізотермічна. Але, починаючи з висоти близько 25 км, температура в стратосфері швидко зростає з висотою, досягаючи на висоті близько 50 км максимальних позитивних значень (від +10 до + 30 °). Внаслідок зростання температури з висотою турбулентність в стратосфері мала.

Водяної пари в стратосфері мізерно мало. Однак на висотах 20-25 км спостерігаються іноді у високих широтах дуже тонкі, так звані перламутрові хмари. Днем вони не видно, а вночі здаються світними, тому що висвітлюються сонцем, що знаходиться під обрієм. Ці хмари складаються з переохолоджених водяних крапельок. Стратосфера характеризується ще тим, що переважно в ній міститься атмосферне озон.

Мезосфера. Над стратосферою лежить шар мезосфери, приблизно до 80 км. Тут температура з висотою падає до декількох десятків градусів нижче нуля. Внаслідок швидкого падіння температури з висотою в мезосфері сильно розвинена турбулентність. На висотах, близьких до верхньої межі мезосфери (75-90 км), спостерігаються ще особливого роду хмари, також освітлені сонцем в нічні години, так звані сріблясті. Найбільш ймовірно, що вони складаються з крижаних кристалів.

На верхній межі мезосфери тиск повітря разів у 200 менше, ніж у земної поверхні. Таким чином, в тропосфері, стратосфері і мезосфері разом, до висоти 80 км, полягає більше ніж 99,5% всієї маси атмосфери. На вищележачі шари доводиться незначна кількість повітря

На висоті близько 50 км над Землею температура знову починає падати, позначаючи верхню межу стратосфери і початок наступного шару - мезосфери. Мезосфера має найхолоднішу температуру в атмосфері: від -2 до - 138 градусів Цельсія. Тут же знаходяться найвищі хмари: в ясну погоду їх можна бачити при заході. Вони називаються noctilucent (світяться вночі).

Термосфера. Верхня частину атмосфери, над мезосферою, характеризується дуже високими температурами і тому носить назву термосфери. У ній розрізняються, однак, дві частини: іоносфера, що простягається від мезосфери до висот близько тисячі кілометрів, і що лежить над нею зовнішня частина - екзосфера, що переходить у земну корону.

Повітря в іоносфері надзвичайно розріджене. Ми вже вказували, що на висотах 300-750 км його середня щільність порядку 10-8-10-10 г / м3. Але і при такій малій щільності кожен кубічний сантиметр повітря на висоті 300 км ще містить близько одного мільярда молекул або атомів, а на висоті 600 км - понад 10 мільйонів. Це на кілька порядків більше, ніж вміст газів в міжпланетному просторі.

Іоносфера, як говорить сама назва, характеризується дуже сильним ступенем іонізації повітря - вміст іонів тут у багато разів більше, ніж в нижчих шарах, незважаючи на сильну загальну розрідженість повітря. Ці іони являють собою в основному заряджені атоми кисню, заряджені молекули окису азоту і вільні електрони. Їх зміст на висотах 100-400 км - порядку 1015-106 на кубічний сантиметр.

У іоносфері виділяється декілька шарів, або областей, з максимальною іонізацією, особливо на висотах 100- 120 км (шар Е) і 200-400 км (шар F). Але і в проміжках між цими шарами ступінь іонізації атмосфери залишається дуже високою. Положення іоносферних шарів і концентрація іонів в них весь час змінюються. Спорадичні скупчення електронів з особливо великою концентрацією називаються електронними хмарами.

Від ступеня іонізації залежить електропровідність атмосфери. Тому в іоносфері електропровідність повітря в загальному в 1012 разів більше, ніж у земної поверхні. Радіохвилі випробовують в іоносфері поглинання, заломлення і віддзеркалення. Хвилі довжиною більш 20 м взагалі не можуть пройти крізь іоносферу: вони відбиваються вже шарами з невеликою концентрацією іонів у нижній частині іоносфери (на висотах 70- 80 км). Середні і короткі хвилі відбиваються вищерозташованими іоносферними шарами. Саме внаслідок відбитка від іоносфери можливий далекий зв'язок на коротких хвилях. Багаторазове відображення від іоносфери і земної поверхні дозволяє коротким хвилям зигзагоподібно поширюватися на великі відстані, огинаючи поверхню Земної кулі. Так як положення і концентрація іоносферних шарів безупинно змінюються, змінюються і умови поглинання, відображення і поширення радіохвиль. Тому для надійного радіозв'язку необхідне безупинне вивчення стану іоносфери. Спостереження над поширенням радіохвиль саме є засобом для такого дослідження.

У іоносфері спостерігаються полярні сяйва і близьке до них по ~ природі світіння нічного неба - постійна люмінесценція атмосферного повітря, а також різкі коливання магнітного поля - іоносферні магнітні бурі.

Іонізація в іоносфері зобов'язана своїм існуванням дії ультрафіолетової радіації Сонця. Її поглинання молекулами атмосферних газів приводить до виникнення заряджених атомів і вільних електронів, про що говорилося вище. Коливання магнітного поля в іоносфері і полярні сяйва залежать від коливань сонячної активності. Із змінами сонячної активності пов'язані зміни в потоці корпускулярної радіації, що йде від Сонця в земну атмосферу. А саме корпускулярна радіація має основне значення для зазначених іоносферних явищ.

Температура в іоносфері зростає з висотою до дуже великих значень. На висотах близько 800 км вона досягає 1000 °.

Говорячи про високі температури іоносфери, мають на увазі те, що частинки атмосферних газів рухаються там з дуже великими швидкостями. Однак щільність повітря в іоносфері так мала, що тіло, яке перебуває в іоносфері, наприклад супутник у космосі, не нагріватиметься шляхом теплообміну з повітрям. Температурний режим супутника буде залежати від безпосереднього поглинання ним сонячної радіації і від віддачі його власного випромінювання в навколишній простір. Термосфера знаходиться вище мезосфери на висоті від 90 до 500 км над поверхнею Землі. Молекули газу тут сильно розсіяні, поглинають рентгенівське випромінювання (X rays) і короткохвильові частини ультрафіолетового випромінювання. Через це температура може досягати 1000 градусів Цельсія.

 Екзосфера. Вище 800-1000 км атмосфера переходить в екзосферу і поступово в міжпланетний простір. Швидкості руху частинок газів, особливо легких, тут дуже великі, а внаслідок надзвичайної розрідженості повітря на цих висотах частки можуть облітати Землю по еліптичних орбітах, не стикаючись між собою. Окремі частки можуть при цьому мати швидкості, достатні для того, щоб подолати силу тяжіння. Для незаряджених частинок критичною швидкістю буде 11,2 км / сек. Такі особливо швидкі частки можуть, рухаючись по гіперболічних траєкторіях, вилітати з атмосфери в світовий простір, "вислизати", розсіюватися. Тому екзосферу називають ще сферою розсіювання.

Вислизання піддаються переважно атоми водню, який є панівним газом в найбільш високих шарах екзосфери.

Зі спостережень за допомогою ракет і супутників встановлено, що водень, що вислизає з екзосфери, утворює навколо Землі так звану земну корону, що простирається більш ніж до 20 000 км. Звичайно, щільність газу в земній короні мізерно мала. На кожен кубічний сантиметр тут доводиться в середньому всього близько тисячі частинок. Але в міжпланетному просторі концентрація часток (переважно протонів і електронів) принаймні в десять разів менше.

За допомогою супутників і геофізичних ракет встановлено існування у верхній частині атмосфери й у навколоземному космічному просторі радіаційного поясу Землі, що починається на висоті декількох сотень кілометрів і тягнеться на десятки тисяч кілометрів від земної поверхні. Цей пояс складається з електрично заряджених частинок - протонів і електронів, захоплених магнітним полем Землі і що рухаються з дуже великими швидкостями. Їх енергія - порядку сотень тисяч електрон-вольт. Радіаційний пояс постійно втрачає частки в земній атмосфері і поповнюється потоками сонячної корпускулярної радіації.

За складом повітря атмосфера ділиться на гомосферу і гетеросферу. У гомосфери - шарі атмосфери від підстильної поверхні до висоти 90 - 95 км - зміст основних газів (азоту, кисню, аргону) залишається постійним. У гетеросферу - шарі вище 95 км - склад атмосферного повітря значно змінюється з висотою.

Таким чином, потужність повітряної оболонки, що захищає життя на нашій планеті від неживого космосу, по земних масштабах, значітельна- 1,5 тис. Км, або близько 1/4 радіуса Землі, за масштабами космічним незначна - становить 1/100000 відстані від Землі до сонця. 3/4 повітря зосереджено в нижньому її шарі - тропосфері.

Щільність атмосфери істотно падає з висотою, але навіть у самого рівня моря - близько 0,001 г / см2, т. Е. Майже в 1000 разів менше щільності води - вона, по життєвим нашими мірками, взагалі не вкладається в засоби захисту. І тим не менше саме «невагомий» повітря - безвідмовна захист планети від згубних для живого впливу космосу. Пробити цю «броню» в стані лише великі, з вихідної масою в десятки і сотні тонн метеорити - явище надзвичайне.

Кількість пилу в атмосфері залежить від інтенсивності вулканізму, антропогенних викидів та швидкості осадження частинок, тому важко визначно.

Крім постійних компонентів, в атмосфері можуть бути присутні й інші складові, які необхідно брати до уваги. Серед них найбільше значення мають пари води, кількість яких змінюється від 0,02 до 4% за вагою. Вміст парів води залежить від цілого ряду чинників, з яких найбільш важливим є температура. Водяна пара в атмосфері відіграє велику роль, регулюючи кліматичні умови. Він поглинає теплове випромінювання, що призводить до вирівнювання температур повітря на різних широтах, чого б не було на планеті, позбавленій атмосфери. З тимчасових складових частин атмосфери особливо важливий хлорид натрію, значна кількість якого щорічно випадає на поверхню Землі з дощовими опадами. Найбільша кількість хлориду натрію в повітрі спостерігається поблизу морів і різко зменшується при видаленні від узбережжя, так як більша його частина надходить в атмосферу з водяною парою з океану. В атмосфері виявлено та інші галогени - фтор, бром і йод, основним джерелом яких також, найімовірніше, є океан. Постійно надходять в атмосферу гази техногенного походження називаються малими газовими складовими (МГС), так як їх загальна частка в складі кількісно невелика. Але їх накопичення в атмосфері супроводжується протилежною тенденцією до зниження частки вільного кисню, а це вже один з провідних газів в її складі. Кількість з'єднань сірки (сірчистий газ і сірководень) в атмосфері сильно варіює і їх скоріше варто розглядати як забруднення (в результаті вулканічної діяльності, життєдіяльності мікроорганізмів і розкладання органічних залишків, а також техногенного забруднення), ніж її нормальні складові частини.

На величину концентрацій шкідливих домішок в атмосфері впливають метеорологічні умови, що визначають перенос і розсіювання домішок в повітрі, - зміна напрямку і швидкості вітру та ін. Небажаної з точки зору забруднень приземного шару атмосфери є інверсія температури в атмосфері. Суть цього процесу полягає в підвищенні температури повітря з висотою замість звичайного для нижніх шарів атмосфери убування температури на величину 0,5-0,6 ° С на кожні 100 м висоти. Інверсія температури перешкоджає розвитку вертикальних рухів повітря і може сприяти утворенню зон з підвищеним вмістом домішок у приземному шарі атмосфери.

Шкідливі викиди промислових підприємств та інших джерел забруднення негативно впливають не тільки на навколишнє середовище, але і в ряді випадків значно впливають на процес експлуатації технічних засобів. Так, наприклад, обладнання електростанцій, розташоване поза приміщеннями, і повітряні лінії електропередач в значній мірі схильні до впливу викидів продуктів згорання органічного палива. Частинки пилу осідають на поверхні ізоляторів, при цьому кількість накопичених забруднень досягає кілька десятків міліграмів на 1 см2 поверхні, що призводить до утворення на поверхні ізоляторів електропровідного шару. В результаті розрядні напруги забрудненої ізоляції при зволоженні можуть знижуватися в кілька разів.

При розгляді комплексу питань, пов'язаних із захистом навколишнього середовища, часто забувають про несприятливий вплив шуму, інфразвуку і вібрацій на життєдіяльність людини. У містах промислові та транспортні шуми, побутові прилади і т. Д. Створюють сильну звукову атаку на організм людини. «Шумові забруднення» навколишнього середовища є серйозною проблемою. Рівні міських шумів зростають в середньому за кожні 5-10 років на 5-10 дБА. Велику небезпеку становить інфразвук. Навіть при відносно низьких рівнях енергії інфразвуку він може привести до досить серйозних захворювань. Багато нервові хвороби міських жителів викликаються саме інфразвуками, проникають крізь самі товсті стіни.

В окремих випадках можливе «забруднення» навколишнього середовища тепловими викидами, електромагнітними полями, ультрафіолетовими, інфрачервоними, світловими і іонізуючим випромінюванням. Обмін речовин і енергії сучасного промислового підприємства з навколишнім середовищем представлений на схемі:
У тропосфері налічуються сотні забруднювачів. Однак найбільше забруднення відкритого повітря викликають дев'ять основних класів забруднювачів:

1. Оксиди вуглецю. Оксид вуглецю (СО) і діоксид вуглецю (СО2).

2. Оксиди сірки. Діоксид сірки (SO2) і триоксид сірки (SO3).

3. Оксиди азоту. Оксид азоту (NO), діоксид азоту (NO2) і закис азоту (N2О).

4. Летючі органічні сполуки (ЛОС). Сотні складових, такі, як метан (СН4), бензин (С6Н6), хлорфторвуглеці (ХФВ) та Халонен, що містять бром.

5. Зважені частинки (ВЧ): тисячі різних типів твердих частинок, таких, як пил (грунту), сажа (вуглець), азбест, солі свинцю, миш'яку, кадмію, нітратні (NO3) і сульфатні (S042-) солі і рідкі крапельки хімічних речовин, такі, як сірчана кислота (H2SO3), нафта, поліхлоріро-ванні дифеніли (див. с. 158- 159), діоксини (див. с. 131-132) і різні пестициди.

Фотохімічні окислювачі. Озон (О3), пероксіацетілнітрати, перекис водню (Н2О2), радикал гідроксилу (ОН) і альдегіди, такі, як формальдегід (СН2О), що утворюється в атмосфері при взаємодії кисню, оксидів азоту і летких гідрокарбонатів під впливом сонячного світла.




сильне | ТИПИ класифікації РЕАКЦІЇ. | Основні хімічні закони. | Закон діючих мас | Техносфера і її склад | Вчення В. І. Вернадського про біосферу | Ноосфера | Поширеність хімічних речовин у навколишньому середовищі | Кларки хімічних елементів в біосфері, атмосфері, гідросфері, літосфері і космосі | Біофільность і Технофільность хімічного елемента. Тупиковий характер потоків Технофільность елементів в біосфері |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати