Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9 | Следующая страница реферата

3.3. Атмосфера Земли и глобальные проблемы

3.3.1. Общая характеристика атмосферы

Атмосфера - внешняя, газоподобная оболочка планеты, которая, с одной стороны, непосредственно прилегает к земной поверхности, а, с другой стороны, постепенно переходит в космический вакуум.

Важнейшие функции атмосферы:
1) она является необходимым источником, обеспечивающим жизнь в биосфере
(определяет климат на планете, ускоряет процессы кругооборота веществ и самоочистки в биосфере и др.);
2) подобно “чехлу” защищает живые организмы на нашей планете от пагубного влияния космического излучения.

Масса атмосферы составляет около 5,9(1015 т.

3.3.2. Строение атмосферы

Атмосфера имеет слоистое строение, то есть состоит из нескольких сфер, между которыми располагаются переходные слои - паузы. В сферах изменяется химический состав, температура и давление.

3.3.2.1. Тропосфера и состав воздуха

Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, - это тропосфера. Толщина ее изменяется так: в средних широтах (до 10-14 км) над уровнем моря, на полюсах - (до 7-10 км), над экватором - (до 16-18 км).
При этом среднее значение (примерно 11-13 км). Масса тропосферы составляет
4/5 от всей массы атмосферы. Средний состав атмосферного воздуха представлен в табл.3.2.
Таблица 3.2. Состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности
|Компоненты |Содержани|Компоненты |Содержани|
| |е, в | |е, в |
| |объем. % | |объем. % |
|Азот ( N2 ) |78,09 |Оксид азота (|2,5(10-4 |
| | |NO ) | |
|Кислород ( |20,94 |Метан ( СН4 )|1,5(10-4 |
|О2 ) | | | |
|Аргон ( Ar )|0,93 |Диоксид азота|1,5(10-4 |
| | |( NO2 ) | |
|Углекислый |О,034-0,0|Диоксид серы |1(10-4 |
|газ (СО2) |35 |( SO2 ) | |
|Неон ( Ne ) |1,8(10-3 |Водород ( Н2 |5(10-5 |
| | |) | |
|Гелий ( Не )|5,2(10-4 |Угарный газ (|10-5 |
| | |СО ) | |
|Криптон ( Kr|1(10-4 |Озон ( О3 ) |2(10-6 |
|) | | | |
|Ксенон ( Хе |8(10-6 |Аммиак ( NH3 |10-6 |
|) | |) | |

Другие составляющие воздуха: водяной пар, пыль, сажа и иные загрязнители, включая антропогенные. Наиболее в широких пределах изменяется содержание в воздухе водяного пара и пыли, что зависит от множества причин.
При этом содержание водяного пара значительно убывает с высотой от поверхности Земли. В результате испарения воды с земной поверхности
(особенно с Мирового океана) и в результате процессов конденсации образуются облака и затем выпадают осадки. Большая часть облачности присутствует в тропосфере (особенно на высоте до 1,5-2,5 км от поверхности
Земли). Примерно 50 % всей земной поверхности закрыто облаками. Главный источник тепла на Земле - солнечная энергия, но тропосфера в основном нагревается от Земли (отдается накопленная энергия). При этом нельзя не учитывать процессы рассеивания солнечной энергии, а также задержку тепла в приземном слое особенно из-за антропогенных выбросов СО2, создающих парниковый эффект, что в целом приводит к увеличению доли инфракрасного
(теплового) излучения в тропосфере. Температура же в приземном слое колеблется в пределах примерно от (+500С) до (-500С). В целом с удалением от поверхности Земли температура в пределах тропосферы уменьшается примерно на 0,5-0,6 градуса на каждые 100 метров. С высотой разряжение воздуха возрастает, а атмосферное давление уменьшается. Ветровые потоки в тропосфере очень разнообразны.

Выше тропосферы находится тропопауза (так, тропическая на высоте 16-18 км, а полярная на высоте 9-10 км от земной поверхности). В тропопаузе нет столь разнообразных ветровых потоков как в тропосфере и температура практически постоянна. Тропопауза как бы защищает биосферу от чрезмерных потерь тепла в космическое пространство.

3.3.2.2. Стратосфера и защитный “озонный слой”

В следующем слое (стратосфере) с высотой концентрация воздуха в целом продолжает уменьшаться, но при этом начинает увеличиваться концентрация озона О3 (это так называемый “озонный экран”), который располагается у полюсов с высоты примерно 9 км, а у экватора – на расстоянии 18 км от земной поверхности. Максимума содержание озона достигает приблизительно на высоте 22-25 км (концентрация озона уровня 0,01-0,06 мг/м3, то есть на несколько порядков выше, чем в тропосфере). Однако, если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3-5 мм.
Содержание озона выражается в сантиметрах (0,3-0,5) или в единицах Допсона
(миллиметры, увеличенные в 100 раз - 300-500 ед.). Из-за наличия “озонного экрана” стратосферу часто называют озоносферой. Главная роль стратосферы
(благодаря “озонному экрану”) - это защита биосферы от жесткого ультрафиолетового излучения.

В 1930 году английский геофизик С. Чепмен для объяснения постоянной концентрации озона в стратосфере предложил схему (из четырех реакций), известную нам сейчас под названием - цикл Чепмена: h(
1) О2 ( 2О (при действии ультрафиолетового излучения с ((242 мкм);
2) О + О2 + М ( О3 + М;
3) О + О3 + К ( 2 О2 + К; h(
4) О3 ( О2 + О (защита от ультрафиолетового излучения, происходит поглощение в области ( = 240-320 мкм).

Первая и четвертая реакции по механизму - фотохимические (протекают под действием солнечной радиации), вторая и особенно третья реакции по механизму - каталитические. Так, в третьей реакции роль катализатора К может выполнять оксид азота NO, который образуется под действием жесткого солнечного излучения, а также при грозовых разрядах и при антропогенных выбросах (например, выбросы из двигателей реактивных самолетов в стратосфере). Упрощенно механизм катализа может быть представлен следующими реакциями:

О3 + NO ( NO2 + O2

NO2 + O ( NO + O2, то есть концентрация оксида азота NO не меняется, а концентрация озона О3 снижается.

В стратосфере имеется облачность, хотя в сравнении с тропосферой она незначительна. Протяженность стратосферы (в среднем до высоты 45 км от поверхности Земли). Температура в пределах этого слоя сначала несколько уменьшается, но с высоты 22-25 км (где значительная концентрация озона) начинает увеличиваться и на верхней границе стратосферы близка 00С. Причина этого, по мнению климатологов, в том, что в результате поглощения ультрафиолетового излучения “озоновым экраном” происходит преобразование лучей в инфракрасные тепловые.

В стратопаузе, имеющей несколько большую протяженность, чем тропопауза, температура изменяется незначительно. Верхняя граница стратопаузы находится на высоте порядка 50 км от земной поверхности.
Стратопауза выполняет защитную функцию от ионизационного излучения.

3.3.2.3. Характеристика мезосферы, ионосферы и экзосферы

Третий слой атмосферы - мезосфера (средняя атмосфера) заканчивается на высоте приблизительно 80 км от земной поверхности. Характеризуется значительной разряженностью воздуха и резким уменьшением содержания озона
(в сравнении со стратосферой). Это последний слой, где еще присутствует незначительная облачность. В этом слое температура уменьшается (например, на высоте 80 км от земной поверхности температура отрицательная - 700С).
Мезопауза находится от земной поверхности на высоте 80-100 км - это граница плотных слоев атмосферы.

Выше располагается следующий слой - термосфера (или ионосфера). Это слой с высоким разрежением “воздуха” и характеризуется постоянным ростом температуры с высотой, хотя из-за высокого разрежения сведения об уровне температуры противоречивы. Приводятся такие данные: на высоте 150 км (t0 =
200-2400C), 500-600 км (свыше 15000С). Под действием солнечного излучения молекулы ионизированы (например, N-, O-, O2-, NO2-, NO3-, H+, N+, O+, O2+ и др.) и движутся с большими скоростями. На высоте 110-120 км уже нет молекулярного кислорода, но есть атомарный или ионизированный. Выше 400-
500 км от земной поверхности все газы находятся в атомарном или ионном состояниях. Кислород и азот преобладают до высоты 400-600 км, т.к. выше
600 км начинает преобладать гелий (“гелиевая корона”). В ионосфере имеется высокая концентрация электронов. Этот слой достаточно протяженный и завершается на высоте 800 км от земной поверхности. Именно в этом слое находятся спутники, пребывают космические станции. Одна из защитных функций ионосферы - например, защита биосферы от рентгеновского космического излучения.

Последний слой атмосферы (недостаточно изученный) - экзосфера
(“внешняя атмосфера”). Данные по ее протяженности противоречивы. Так, называется верхняя граница (высота 1600 км от земной поверхности, а по другим данным - на тысячи км больше, возможно, этот слой то сжимается, то расширяется на тысячи км). По одним данным, на высотах от земной поверхности от 600 до 1600 км преобладает гелий (этот промежуток известен под названием “гелиевая корона”). По другим данным, с высоты от 1000 км располагается протоносфера (весь водород в атомарном виде) с примесью гелия. По другим данным, водород начинает преобладать на высоте 2000-
3000 км. Экзосфера выполняет роль защитного экрана от электронов высоких энергий.

Выше экзосферы расположена магнитосфера (пространство выше атмосферы, где формируется магнитное поле Земли). Она защищает биосферу от солнечной плазмы, содержащей частицы с высокими энергиями.

3.3.3. Загрязнение атмосферы

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: скачать ответы, конспект.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9 | Следующая страница реферата