Содержание
Истощение атмосферы будет фатальным не только для людей, но и для большинства растений и животных на планете. Даже летающие существа не будут застрахованы от опасностей, исходящих от безатмосферной планеты.
Разговоры об атмосфере и о том, как безрассудная человеческая деятельность мешает ей, — обычная тема в Интернете. Подобные истории могут оказаться перед вами через различные каналы социальных сетей, дискуссии между коллегами или телевидение. Они могут появляться практически где угодно, что на самом деле хорошо.
Однако этот пост не о сохранении атмосферы, а о том, чтобы представить себе жизнь без нее! Что, если атмосфера на Земле внезапно исчезнет? Что, если какая-нибудь гигантская космическая рука снимет защитный слой с нашей планеты?
Зависимость температуры воздуха от географической широты
Мы уже отметили, что распределение солнечной радиации по территории Земли определяется многими факторами. Температура воздуха может меняться на протяжении суток и по сезонам года, а также она зависит от географической широты территории.
Рассмотреть изменение температуры с широтой мы можем с помощью ниже приведенной карты.
По карте хорошо видно, что температура на разных широтах различается. От полюсов к экватору наблюдается уменьшение среднегодовых температур. Изображенные среднегодовые изотермы не совмещаются с параллелями. Например, изотерма 0С достигает над сушей широты 40С, образуя «волны холода», а над океанами заходит за полярный круг, образуя «волны тепла». Почему же так получается, что на одной широте разные температуры?
Такое отклонение изотерм вызвано неодинаковыми условиями прогрева и охлаждения суши и моря, влияниями различных течений и господствующими ветрами.
В любом случае можно проследить определенную зависимость температуры от географической широты. В области экватора наблюдаются высочайшие температуры, для умеренных широт характерны средние значения от +10С до -10С. Температура на полюсах очень низкая от -10С до -40С.
Солнечная радиация неравномерно распределяется по территории Земли, что связано с ее вращением вокруг своей оси и вокруг Солнца. Следствием этого является различие температуры воздуха по широтам. Там где поступает большое количество тепла, например область экватора, характерны высокие температуры и наоборот. Поэтому принято выделять пояса освещенности.
Пояса освещенности Земли
Внимательно изучив карту, мы можем сказать – сколько поясов освещённости можно выделить.
Существует семь поясов освещенности: жаркий, два умеренных, два холодных и два вечного мороза. Границы поясов освещенности проходят по параллелям.
В области экватора простирается жаркий пояс освещенности, который захватывает и тропические широты. С обеих сторон проходят изотермы +20С.
Выделяют по обеим сторонам от экватора – умеренные пояса освещенности. По тропикам проходит изотерма +20С, а по полярным кругам +10С.
Холодными поясами принято считать области за полярным кругом, расположенные между изотермами +10С и 0С. На суше это зоны тундры.
Какие пояса освещенности считаются наиболее холодными? Это две области вечного мороза, расположенные на полюсах.
Для каждого пояса освещенности существует свой температурный режим. Все это определяет различие природных условий между поясами.
Состав воздуха
Воздух необходим для дыхания всем живым организмам. Он состоит из азота, кислорода, аргона, углекислого газа и ряда примесей. Состав атмосферного воздуха может меняться в зависимости от условий и местности. Так в городской среде уровень углекислого газа в воздухе по сравнению с лесной полосой повышается из-за обилия транспортных средств. В высокогорье концентрация кислорода снижается, так как молекулы азота легче, чем молекулы кислорода. Поэтому концентрация кислорода уменьшается быстрее.
Шотландский физик и химик Джозеф Блэк в 1754 году опытным путем доказал, что воздух – это не просто вещество, а именно газовая смесь
Рис. 1. Джозеф Блэк.
Если говорить о составе воздуха в процентах, то основным его компонентом является азот. Азот занимает 78% от всего объема воздуха. Процентное соотношение кислорода в молекуле воздухе составляет 20,9%. Азот и кислород – 2 основные элемента воздуха. Содержание остальных веществ значительно меньше и не превышает 1%. Так, аргон занимает объем 0,9%, а углекислый газ – 0,03%. Также воздух имеет такие примеси, как неон, криптон, метан, гелий, водород и ксенон.
Рис. 2. Состав воздуха.
В производственных помещениях большое значение предают аэроионному составу воздуха. Имеющиеся в воздухе отрицательно заряженные ионы благоприятно влияют на организм человека, заряжают его энергией, повышают настроение.
Слои атмосферы
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
Интересные факты
Удар астероида
В одной из наших статей мы обсуждали, как Земля за последние несколько столетий выдержала ряд разрушительных ударов астероидов. В той же статье мы также обсуждали, как огромное количество околоземных объектов представляет значительный риск для планеты. Некоторые из этих небольших объектов действительно летят к Земле каждый год, но благодаря нашей атмосфере-хранителю большинство из них сгорает, прежде чем фактически упадет на землю. Однако в отсутствие атмосферы все эти быстро летящие камни оторвались бы и безжалостно врезались в Землю без какого-либо защитного слоя, чтобы остановить их.
В общем, Земля невероятно зависит от своей атмосферы, поэтому наша собственная и почти все другие формы жизни (за исключением микроорганизмов, зависящих от анаэробного дыхания) заинтересованы в поддержании здоровья атмосферы и, что более важно, привязанности к нашей планете!
Газы в нашей атмосфере: состав
Молекулы азота и кислорода составляют примерно 99 процентов газов в нашей атмосфере. Газовый аргон является следующим наиболее распространенным элементом, составляющим почти 1 процент от общей атмосферы. Вода в газообразной форме также существует в атмосфере. Следы углекислого газа, метана и других газов, а также микроскопических молекул, таких как морская соль и силикатная пыль, также занимают место в атмосфере Земли.
В прошлом на Земле было мало кислорода, тогда как других газов, таких как водород и гелий, было больше, хотя теперь они встречаются только в следовых количествах.
Климат и погода Земли — объяснение для детей
Для самых маленьких нужно объяснить, что Земле удается удерживать множество живых видов благодаря региональному климату, который представлен экстремальным холодом на полюсах и тропическим теплом на экваторе. Дети должны знать, что региональный климат – это погода, которая в конкретном участке остается неизменной 30 лет. Конечно, иногда она может меняться на несколько часов, но по больше части остается стабильной.
Кроме того, выделяют и глобальный земной климат – средний показатель регионального. Он изменялся в течении всей человеческой истории. Сегодня наблюдается стремительное потепление. Ученые бьют тревогу, так как парниковые газы, вызванные человеческой деятельностью, удерживают тепло в атмосфере, рискуя превратить нашу планету в Венеру.
|
Рекомендуем ознакомиться: |
|
Двуокись углерода (0,04%)
Углекислый газ (СО2) — самый важный газ, на который влияет деятельность человека. В свою очередь, углерод, входящий в молекулу СО2 — самый важный элемент для построения молекул, необходимых для жизни живых существ.
Как видно из долгосрочного углеродного цикла, углерод принимает различные формы, такие как двуокись углерода (CO 2), метан (CH 4) и глюкозу (C 6 H 12 O 6).
Сейчас много говорят про парниковый эффект из за большого количества выбросов СО2, но на самом деле общая доля его во всем объёме воздуха совсем незначительная, всего около 0,04%.С 1900 года количество углекислого газа увеличилось в основном из-за деятельности человека. После добычи ископаемого топлива люди сжигают ископаемое топливо.
В свою очередь, такие газы, как метан и углекислый газ, загрязняют атмосферу . Фактически, с 1900 года количество углекислого газа увеличилось почти вдвое.
Нагревание воздуха и его температура
Источником тепла на планете считается энергия Солнца, которая поглощается землей, а та осуществляет нагревание воздуха.
Попав в воздушную оболочку, часть тепла поглощается ею, немного рассеивается, а другая отражается земной поверхностью и облаками.
Нагревание атмосферного воздуха происходит от поверхности планеты. Низкие облака уменьшают излучение Земли, они препятствуют ее остыванию и способствуют нагреванию воздуха. Безоблачное небо, наоборот, способствует сильному излучению, при котором происходит нагревание значительной массы воздуха. Температура воздуха определяется многими факторами, разберем основные.
На протяжении суток температура сильно колеблется, соответственно нагревание и охлаждение воздуха находятся в зависимости от угла падения солнечных лучей. Угол 90, предполагает значительное количество тепла, прибывающее на землю. Объясняется все это осевым вращением планеты. Вспомнить о нем можно в курсе 5 класса урок 3 «Земля во Вселенной».
Изменение температуры происходит также и по сезонам года, что является результатом вращения Земли вокруг Солнца.
Для характеристики климата некоторой местности важны средние месячные и годовые данные температуры воздуха за длительный период (30-50 лет). На метеостанциях измеряют температуру воздуха четыре раза в сутки: в 1 час, 7, 13 и 19. Показания термометра складывают и делят на четыре. Так получают среднюю суточную температуру.
Для получения средней месячной температуры складывают среднесуточные температуры и сумму делят на число дней в месяце.
Средняя годовая температура высчитывается путем нахождения суммы всех средних месячных температур и деления ее на 12.
Для характеристики сезонов особенно важны средние температуры января и июля, как самого холодного и самого теплого месяца в северном полушарии. Одним из существенных показателей является годовая амплитуда температуры воздуха, которая показывает разницу средней температуры двух месяцев. Давайте разберемся, как вычислить такую амплитуду температур. Для этого возьмем данные из предыдущей таблицы среднемесячных показателей Москвы в 2008 году. Холодным месяцем будет январь с показателем -10,3С, теплым – июль с 18,5С. Найдем разницу этих двух показателей.
18,5+(-10,3)= 8,2С
Таким образом, годовая амплитуда температур Москвы в 2008 году составила 8,2С.
Разница между высокой и низкой температурой суток дает суточную амплитуду.
Летом, в ясную погоду, суточная амплитуда бывает наибольшая, в пасмурную — наоборот. В местах, лишенных сплошного растительного покрова, суточная амплитуда температур больше, потому что почва без растительности лучше прогревается, но также быстро остывает.
Графическое изображение распределения тепла на Земле осуществляется изотермами температур. Изотермы – это линии, соединяющие места со схожей температурой за конкретный промежуток времени.
Например, на климатической карте Австралии показаны январские и июльские изотермы. Черным цветом обозначена январская изотерма, и составляет она в центре материка +30С, а ближе к побережью +20С. Июльские изотермы обозначены красным цветом и на юго-востоке составляют +10С, а на севере — +20С.
Азот
Азот – главная составляющая воздуха. Перевод названия элемента – «безжизненный» – может относится к азоту как простому веществу, но азот в связанном состоянии является одним из главных элементов жизни, входит в состав белков, нуклеиновых кислот, витаминов и т. д.
Азот – элемент второго периода, не имеет возбужденных состояний, так как атом не имеет свободных орбиталей. Однако азот способен проявлять в основном состоянии валентность не только III, но и IV за счет образования ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму с участием неподеленной электронной пары азота. Степень окисления, которую может проявлять азот, изменяется в широких пределах: от -3 до +5.
В природе азот встречается в виде простого вещества – газа N2 и в связанном состоянии. В молекуле азота атомы связаны прочной тройной связью (энергия связи 940 кДж/моль). При обычной температуре азот может взаимодействовать только с литием. После предварительной активизации молекул путем нагревания, облучения или действием катализаторов азот вступает в реакции с металлами и неметаллами.
Стратосфера — второй слой атмосферы
Стратосфера — это второй по счету слой земной атмосферы. Тропосфера, самый нижний слой, находится прямо под стратосферой. Следующим более высоким слоем над стратосферой является мезосфера.
Низ этого слоя находится в 10 км над землей в средних широтах. Верхняя граница стратосферы простираеся до высоты 50 км. Высота нижней границы стратосферы изменяется в зависимости от широты и времени года и может достигать 20 км вблизи экватора и всего 7 км у полюсов зимой. Нижняя граница стратосферы называется тропопаузой; верхняя граница называется стратопаузой.
Озон, особая форма молекулы кислорода, относительно распространенный в стратосфере, способствует нагреванию этого слоя, поскольку поглощает энергию поступающего ультрафиолетового излучения Солнца. Температура поднимается по мере продвижения вверх через стратосферу. Это прямо противоположно поведению в тропосфере, в которой мы живем, где температура падает с увеличением высоты. Из-за этой температурной вариации в стратосфере наблюдается очень небольшая конвекция и перемешивание, поэтому слои воздуха там довольно стабильны. Коммерческие самолеты летают в нижней стратосфере, чтобы избежать турбулентности, которая распространена в нижнем слое — тропосфере.
Стратосфера очень сухая; воздух там содержит мало водяного пара. Из-за этого в этом слое мало облаков; почти все облака встречаются в нижней, более влажной тропосфере. Полярные стратосферные облака (ПСО) являются исключением. ПСО появляются в нижней стратосфере вблизи полюсов зимой. Они обнаруживаются на высотах от 15 до 25 км и образуются только тогда, когда температура на этих высотах опускается ниже -78 °C. По-видимому, они способствуют образованию печально известных дыр в озоновом слое путем «поощрения» определенных химических реакций, которые разрушают озон. ПСО также называют перламутровыми облаками.
Полярные стратосферные облака
Воздух в верхней части стратосферы примерно в тысячу раз более разряжен, чем на уровне моря. Из-за этого реактивные самолеты и метеозонды достигают своих максимальных эксплуатационных высот именно в стратосфере.
Из-за отсутствия вертикальной конвекции в стратосфере материалы, которые попадают в этот слой, могут оставаться там в течение длительного времени. Так обстоит дело с озоноразрушающими химическими веществами, называемыми хлорфторуглеродами (фреонами).
Хлорфторуглероды (CFC) — это нетоксичные, негорючие химические вещества, содержащие атомы углерода, хлора и фтора. Они используются в производстве аэрозольных баллончиков, вспенивателей для различных веществ и упаковочных материалов, в качестве растворителей и хладагентов.
Сильные извержения вулканов и сильные воздействия метеоритов могут выбросить аэрозольные частицы в стратосферу, где они могут задерживаться на месяцы или годы, иногда изменяя глобальный климат Земли. Выхлопы ракетных двигателей также попадают в стратосферу, что приводит к неопределенным последствиям.
В стратосфере встречается редкий тип электрического разряда, несколько похожий на молнию. Эти «синие струи» (blue jets) появляются над грозами и простираются от нижней части стратосферы до высот 40 или 50 км.
Синие струи – тип молнии, который вы, возможно, видели, но не знали об этом. Особенно если вам приходится много летать на самолетах. Эти разряды выстреливают вверх из грозовых туч и длятся лишь долю секунды. По мере распространения вверх они постепенно расширяются с углом раствора порядка 15 градусов. Их свечение постепенно сходит на нет на высоте около 40—50 километров. Синие струи намного ярче спрайтов, обладают другим цветом, но наблюдаются значительно реже. Ранее считалось, что они не связаны напрямую с обычными тропосферными молниями, но сегодня ученые склоняются в сторону существования подобной зависимости.
Гигантская синяя струя над Китаем, август 2016 г.
Атмосферная циркуляция
Ветры вызываются перепадами температур, которые возникают в атмосфере на уровне тропосферы, вызывая перепады атмосферного давления. Это происходит благодаря поглощению тепла некоторыми газами, которые его составляют, например кислородом, CO.₂ и водяной пар.
При нагревании эти газы уменьшают свою плотность, то есть их молекулы удаляются друг от друга, становятся легче и начинают подниматься. Это снижает атмосферное давление в этой области, создавая вакуум, в который втекают близлежащие воздушные массы, образуя ветры.
Они, в свою очередь, вызывают поверхностные океанические течения, которые помогают распределять тепло по Земле. С другой стороны, ветры распространяют водяной пар, образующийся при испарении воды, который охлаждается и конденсируется при подъеме, вызывая дождь.
Давайте теперь определим, что же такое есть кислород
Атмосфера Земли и её строение
Безусловно, что окружающая нас газовая сфера является не просто тонким слоем воды и воздуха планеты. Это некое облачное одеяло. Оно укрывает и защищает нас от воздействия сил космоса. На данный момент, выделили определённые слои, из которых состоит атмосфера Земли. Ниже рассмотрим их подробнее.
Тропосфера
Это основной, к тому же, нижний слой воздушной оболочки. Вдобавок, в его составе более 80% общей массы воздуха, и примерно 90% всего водяного пара, который есть во всей атмосфере. С учётом географической широты верхняя граница данной окружной части может располагаться на высоте от 8 до 18 км.
В тропосфере ярко выражены конвекция и турбулентность. Более того, именно в этой части происходит образование облаков, создание циклонов и антициклонов. Также учёные отметили характерную особенность данного атмосферного слоя: чем выше — тем меньше температура воздуха.
Между прочим, нижняя зона тропосферы является пограничным слоем. По толщине он примерно 1-2 км. Как оказалось, он тесно связан с поверхностью нашей планеты. Действительно, в нём свойства и состояние земной сферы оказывают влияние на всю окружающую оболочку.
Тропосфера
Тропопауза
Так называют переходную область между тропосферой и стратосферой. Проще говоря, плавное перевоплощение от одного к другому. Интересно, что здесь отмечается приостановка понижения температуры воздуха с повышением высоты.
Стратосфера как область атмосферы Земли
Данный атмосферный участок находится на высоте от 11 до 50 км
Важно, что именно тут лежит озоновый слой. А он, как известно, оберегает нас от ультрафиолетового излучения
Сратосфера составляет примерно 20% общей массы земной оболочки.
Характерной особенностью является то, что в нижней части (11-25 км) наблюдается небольшое изменение температуры, а в верхней (25-40 км), наоборот, её активное повышение. К слову сказать, верхнюю часть называют областью инверсии.
Стратосфера
Стратопауза
Что примечательно, на уровне 40 км температура равняется 00С, и сохраняется до 55 км. Эта территория носит название стратопауза. Между прочим, она представляет край стратосферы, и переход от неё к мезосфере.
Мезосфера
Собственно говоря, она берёт своё начало на уровне 50 км. А верхняя граница её располагается на 80-90 км. По данным учёных, температура в мезосфере снижается с повышением высоты.
Здесь протекает лучистый теплообмен. Кроме того, сложные фотохимические процессы порождают свечение атмосферы Земли.
Доля мезосферы относительно общей массы составляет не больше 0,3%.
Мезосферные серебристые облака
Мезопауза
Это переходный участок от мезосферы до термосферы. Стоит отметить, что температурный фон минимальный (примерно -90°С).
Линия Кармана
На самом деле, это точка вершины над уровнем моря. К тому же, её принято принимать за границу участка от атмосферы Земли до самого космоса. Установлено, что линия Кармана лежит на высоте 100 км от уровня моря.
Линия кармана
Атмосфера Земли и её термосфера
Можно сказать, что она является самым верхней границей воздушной зоны планеты (приблизительно 800 км). Но температура всей области разная. Например, до 200-300 км наблюдается её повышение до 1500 К, а после держится в одном значении.
Полярное сияние из космоса
На этом участке отмечают полярные сияния. По всей вероятности они появляются в результате ионизации воздуха. Которые, в свою очередь, возникают под действием радиации Солнца и космического излучения. Между прочим, главные и основные области ионосферы располагаются как раз здесь.
Кроме того, на высоте выше 300 км присутствует большое количество атомарного кислорода.
Верхняя граница термосферы может изменяться в размерах. Это связано, главным образом, с солнечной активностью. Так, к примеру, в момент низкой активности происходит его уменьшение, и наоборот.
От общей атмосферной массы Земли на термосферу приходится чуть меньше 0,05%.
Термопауза
Это область, которая расположена сверху от термосферы. Здесь наблюдается небольшое поглощение излучения Солнца. Притом установлено, что температура остаётся неизменной.
Экзосфера
По-другому её также называют сферой рассеяния. Более того, она является внешней частью термосферы. В данной зоне в вышей степени разреженный газ. По этой причине происходит утечка его элементов в космос.
На уровне 2000-3000 км экзосфера медленно сливается с межпланетной территорией. Поэтому часто этот участок называют ближнекосмическим вакуумом. В нём пространство заполнено редкими частицами газа, в основном атомами водорода.
Спутники системы GPS и ГЛОНАСС находятся в экзосфере
Состав атмосферы Земли
Углекислый газ
необходим для питания растений. В атмосфере он появляется в результате процесса дыхания живых организмов, гниения, горения. Отсутствие его в составе атмосферы сделало бы невозможным существование любых растений.
Кислород
— жизненно важный для человека компонент атмосферы. Его наличие является условием для существования всех живых организмов. Он составляет около 20% от общего объёма атмосферных газов.
Озон
— это естественный поглотитель солнечного ультрафиолетового излучения, которое пагубно влияет на живые организмы. Большая его часть формирует отдельный слой атмосферы — озоновый экран
В последнее время деятельность человека приводит к тому, что начинает постепенно разрушаться, но так как он имеет большую важность, то ведётся активная работа по его сохранению и восстановлению.
Водяной пар
определяет влажность воздуха. Его содержание может быть разным в зависимости от различных факторов: температуры воздуха, территориального расположения, сезона
При низкой температуре водяного пара в воздухе совсем мало, может быть меньше одного процента, а при высокой его количество достигает 4%.
Кроме всего вышеперечисленного, в составе земной атмосферы всегда присутствует определённый процент твёрдых и жидких примесей
. Это сажа, пепел, морская соль, пыль, капли воды, микроорганизмы. Попадать в воздух они могут как естественным, так и антропогенным путём.
Тропосфера — самый нижний слой атмосферы Земли
Тропосфера самый низкий слой нашей атмосферы. Начиная с уровня земли, он простирается вверх примерно на 10 км над уровнем моря. Мы, люди, живем в тропосфере, и почти вся погода формируется в этом нижнем слое. Большинство облаков появляются здесь, главным образом потому, что 99% водяного пара в атмосфере находится в тропосфере. Тропосфера — безусловно, самый влажный слой атмосферы; все другие вышеперечисленные слои содержат очень мало влаги. Давление воздуха падает, и температура становится ниже, когда вы поднимаетесь выше в тропосфере.
Высота слоя тропосферы изменяется в зависимости от широты (она самая низкая над полюсами и самая высокая на экваторе) и по сезонам (она ниже зимой и выше летом). Он может достигать 20 км около экватора и всего 7 км над полюсами зимой.
Воздух самый теплый на уровне земли и становится холоднее, когда поднимаешься ввысь через тропосферу. Вот почему вершины высоких гор могут быть покрыты снегом даже летом.
Давление и плотность воздуха также уменьшаются с высотой. Вот почему в кабинах высоко летающих реактивных самолетов приходится принудительно нагнетать повышенное по-сравнению с «забортным» давление.
Слой непосредственно над тропосферой называется стратосферой. Граница между тропосферой и стратосферой называется «тропопауза».
Современная воздушная оболочка Земли
Экзосфера. Особенности
Откуда взялась серная кислота в атмосфере Венеры
В далеком прошлом, Венера обладала очень развитой вулканической активностью (есть свидетельства, что вулканизм Венеры не затух и поныне).
Извержения вулканов на Венере, как и на Земле, без сомнения высвобождали из недр планеты огромное количество серы. Но, в отличие от Земли, на Венере сера не могла задерживаться на поверхность из-за её высокой температуры и вынуждена была постоянно накапливаться в атмосфере.
А дальше – чистая химия: атмосфера здесь чрезвычайно богата углекислым газом, и сера, вступая в реакцию с ним, в совокупности с активным нагревом, присутствием водяного пара и солнечного света, легко образует серную кислоту.
Какой воздух необходим человеку для жизни?
Здоровый взрослый человек в спокойном состоянии при каждом вдохе пропускает через легкие около 0,5 л воздуха, совершая в минуту 15 — 16 вдохов, таким образом, за минуту через лёгкие проходит 8-9 л, за час – около 500 л, за сутки – 12 000 л или 12 кубометров воздуха. Такой объем воздуха весит около 14 кг. При этом выдыхаемый воздух имеет пониженное содержание кислорода и повышенное содержание продуктов жизнедеятельности. Для хорошего самочувствия человека ему необходим приток чистого свежего воздуха. Потребность человека находящегося в помещении в притоке свежего воздуха рассчитывается из расчёта:
- в состоянии покоя — 20 м³,
- при работе за компьютером — 40 м³,
- при физических нагрузках — 60 м³
чистого свежего воздуха в час.