Строение Атмосферы.

Строение Атмосферы.

Содержание:

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

4. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ

5. СОСТАВ АТМОСФЕРЫ

6. ИСТОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

1. РАННЯЯ ИСТОРИЯ

2. ПОЯВЛЕНИЕ ЖИЗНИ И КИСЛОРОДА

3. СОВРЕМЕННАЯ АТМОСФЕРА

1. БАЛАНС КИСЛОРОДА

2. АЗОТ

3. БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ

4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

7. СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ОБОЛОЧЕК.

7.1 ТРОПОСФЕРА

7.2 СТРАТОСФЕРА

7.3 МЕЗОСФЕРА

7.4 ТЕРМОСФЕРА

7.5 ЭКЗОСФЕРА

8. СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

10.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

АТМОСФЕРА, газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики

зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического

состава данного небесного тела, а также определяются историей его

формирования, начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована

смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие - азот и

кислород в соотношении приблизительно 4:1.

На человека оказывает воздействие главным образом состояние нижних 15-25

км атмосферы, поскольку именно в этом нижнем слое сосредоточена основная

масса воздуха. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией, хотя

предметом этой науки являются также погода и ее влияние на человека.

Состояние верхних слоев атмосферы, расположенных на высотах от 60 до 300 и

даже 1000 км от поверхности Земли, также изменяется. Здесь развиваются

сильные ветры, штормы и проявляются такие удивительные электрические

явления, как полярные сияния. Многие из перечисленных феноменов связаны с

потоками солнечной радиации, космического излучения, а также магнитным

полем Земли. Высокие слои атмосферы - это также и химическая лаборатория,

поскольку там,0 в условиях, близких к вакууму, некоторые атмосферные газы

под влиянием мощного потока солнечной энергии вступают в химические

реакции. Наука, изучающая эти взаимосвязанные явления и процессы,

называется физикой высоких слоев атмосферы.

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

После своего возникновения приблизительно 4600 млн. лет тому назад наша

Земля, по всей вероятности, уже не меняла своей формы. Ее химический

состав также остался первоначальным, однако распределение отдельных

химических элементов существенно изменилось. Поверхность Земли

первоначально была пустынной и не носила следов эрозии. Первичная

атмосфера Земли, возникшая из межзвездного газа, состояла преимущественно

из водорода и гелия. Однако гравитация Земли не могла удержать легкие газы

и значительная часть их ускользала в межпланетное пространство, а оттуда

под действием солнечного ветра эти газы вытеснялись

за пределы солнечной системы.

Современная «кислородная» земная атмосфера имеет вторичное происхождение.

Она пополнялась и пополняется за счет газов, выделяющихся при

жизнедеятельности организмов на поверхности Земли и вулканической

деятельности земных недр. Биогенное происхождение имеет практически весь

свободный кислород атмосферы.

Видимо, лишь в течение относительно короткого времени Земля оставалась

безводной. Ее гидросфера сложилась приблизительно таким же путем, как и

атмосфера - сначала в виде водяных паров, которые по мере понижения

температуры конденсировались и выпадали в виде осадков. Поскольку Земля

находится на довольно-таки выгодном расстоянии от Солнца (в 1500 млн.

кило-

метрах), температура на ее поверхности колеблется в узких пределах,

главным образом оставаясь обычно несколько выше 0 . При такой температуре

вода на поверхности Земли остается в жидком состоянии, что имело

колоссальное значение для всей дальнейшей истории Земли, так как вода

является идеальной средой для самых разных химических реакций. Как только

на поверхности Земли стали задерживаться водные массы, образуя в местах

депрессий сплошные водные бассейны, в эволюции нашей планеты наступил

период, известный под названием океанического.

На Земле участились ураганы и грозы невиданной силы. Ливни растворяли все

растворимые соли, находившиеся на поверхности Земли, а также вымывали их

из горных пород. Образовавшиеся растворы выносились в мировой океан и

накапливались там. Таким образом, морская вода стала соленой уже очень

рано.

С возникновением гидросферы и атмосферы появились новые силы, активно

преобразующие лик Земли и ныне.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

Размеры. Пока ракеты-зонды и искусственные спутники не исследовали внешние

слои атмосферы на расстояниях, в несколько раз превосходящих радиус Земли,

считалось, что по мере удаления от земной поверхности атмосфера постепенно

становится более разреженной и плавно переходит в межпланетное

пространство. Сейчас установлено, что потоки энергии из глубоких слоев

Солнца проникают в космическое пространство далеко за орбиту Земли, вплоть

до внешних пределов Солнечной системы. Этот т.н. солнечный ветер обтекает

магнитное поле Земли, формируя удлиненную «полость», внутри которой и

сосредоточена земная атмосфера.

Магнитное поле Земли заметно сужено с обращенной к Солнцу дневной стороны

и образует длинный язык, вероятно выходящий за пределы орбиты Луны, - с

противоположной, ночной стороны. Граница 0магнитного поля Земли называется

магнитопаузой. С дневной стороны эта граница проходит на расстоянии около

семи земных радиусов от поверхности, но в периоды повышенной солнечной

активности оказывается еще ближе к поверхности Земли. Магнитопауза

является одновременно границей земной атмосферы, внешняя оболочка которой

называется также магнитосферой, так как в ней сосредоточены заряженные

частицы (ионы), движение которых обусловлено магнитным полем Земли. Общий

вес газов атмосферы составляет приблизительно 4,5Ч1015 т. Таким образом,

«вес» атмосферы, приходящийся на единицу площади, или атмосферное

давление, составляет на уровне моря примерно 11 т/м2. Значение для жизни.

Из сказанного выше следует, что Землю от межпланетного пространства

отделяет мощный защитный слой. Космическое пространство пронизано мощным

ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца и еще более жестким

космическим излучением, и эти виды радиации губительны для всего живого.

На внешней границе атмосферы интенсивность излучения смертоносна, но

значительная его часть задерживается атмосферой далеко от поверхности

Земли. Поглощением этого излучения объясняются многие свойства высоких

слоев атмосферы и особенно происходящие там электрические явления. Самый

нижний, приземной слой атмосферы особенно важен для человека, который

обитает в месте контакта твердой, жидкой и газообразной оболочек Земли.

Верхняя оболочка «твердой» Земли называется литосферой. Около 72%

поверхности Земли покрыто водами океанов, составляющими большую часть

гидросферы. Атмосфера граничит как с литосферой, так и с гидросферой.

Человек живет на дне воздушного океана и вблизи или выше уровня океана

водного. Взаимодействие этих океанов является одним из важных факторов,

определяющих состояние атмосферы.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ

Атмосфе\'ра (от. греч. atmo\'*s — пар и sfa*ra — шар) — газовая оболочка,

окружающая планету Земля. Совокупность разделов физики и химии, изучающих

атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду

на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а

длительными вариациями климата - климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха,

т. е. смеси газов, составляющих атмосферу, — (5,1—5,3) *10^15 т.

Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966. Давление при

0°С на уровне моря 1013,25 гПа; критическая температура -140,7°С;

критическое давление 3,7 МПа; C[p] 10,045 *10^3 Дж/(кг·К)(в интервале

температур от 0—100°С), C[v] 8,3710·10^3 Дж/(кг·К) (0—1500°С).

Растворимость воздуха в воде при 0°С 0,036%, при 25°С — 0,22%.

+--------------------------------------+

|Состав воздуха |

|--------------------------------------|

|Газ |Содержание |Содержание |

| |по объему, %|по массе, %|

|-------------+------------+-----------|

|Азот |78,084 |75,50 |

|-------------+------------+-----------|

|Кислород |20,946 |23,10 |

|-------------+------------+-----------|

|Аргон |0,932 |1,286 |

|-------------+------------+-----------|

|Вода |0,5—4 |— |

|-------------+------------+-----------|

|Углекислый |0,032 |0,046 |

|газ | | |

|-------------+------------+-----------|

|Неон |1,818 *10^ |1,3 *10^ -3|

| |-3 | |

|-------------+------------+-----------|

|Гелий |4,6 *10^ -4 |7,2 *10^ -5|

|-------------+------------+-----------|

|Метан |1,7 *10^ -4 |— |

|-------------+------------+-----------|

|Криптон |1,14 *10^ -4|2,9 *10^ -4|

|-------------+------------+-----------|

|Водород |5 *10^ -5 |7,6 *10^ -5|

|-------------+------------+-----------|

|Ксенон |8,7 *10^ -6 |— |

|-------------+------------+-----------|

|Закись азота |5 *10^ -5 |7,7 *10^ -5|

+--------------------------------------+

СОСТАВ АТМОСФЕРЫ

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов

и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли,

продукты горения), количество которых непостоянно.Концентрация газов,

составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H[2]O)

и углекислого газа (CO[2]).Кроме указанных в таблице газов в атмосфера

содержатся SО[2], СН[4], NН[3], СО, углеводороды, НСl, НF, пары Нg, I[2],

а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере

постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц

(аэрозоль).

ИСТОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

Ранняя история

В настоящее время наука не может со стопроцентной точностью проследить все

этапы образования Земли. Согласно наиболее распространённой теории,

атмосфера Земли во времени пребывала в четырёх различных составах.

Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных

из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера. На

следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению

атмосферы и другими газами, кроме водорода (углеводородами, аммиаком,

водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была

восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся

следующими факторами:

* постоянная утечка водорода в межпланетное пространство;

* химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием

ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других

факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы,

характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим —

азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из

аммиака и углеводородов).

Появление жизни и кислорода

С появлением на Земле живых организмов в результате фотосинтеза,

сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа,

состав атмосферы начал меняться. Первоначально кислород расходовался на

окисление восстановленых соединений — углеводородов, закисной формы

железа, содержавшейся в океанах и др. По окончанию данного этапа

содержание кислорода в атмосфере стало расти.В течении фанерозоя состав

атмосферы и содержание кислорода претерпевало весьма значительные

изменения. Оно коррелировано с глобальными вымираниями, оледенениями, и

другими глобальными процессами. Снижение содержания кислорода в атмосфере

и установление его равновесия стало результатом появления гетеротрофных

организмов и вулканической деятельности. Так образовалась современная

четвертичная атмосфера, обладающая окислительными свойствами.В последнее

время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом

его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере

углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленого в

предыдущие геологические эпохи.

Современная атмосфера

И сегодня действуют все те процессы которые сформировали атмосферу Земли.

Однако в краткосрочной перспективе значение имеют уже другие факторы.

Баланс кислорода

Вопреки широко распространенному заблуждению, содержание в атмосфере

кислорода и азота практически не зависит от лесов. Лес не может повлиять

на содержание СО[2] в атмосфере потому, что он не накапливает углерод.

Весь углерод возвращается в атмосферу в результате окисления павших

листьев и деревьев. Здоровый лес находится в равновесии с атмосферой и

отдает ровно столько же сколько и берет. Вот болота влияют на углекислоту.

моря влияют, тоже. Собранная ими органика в геологические времена

превращается в уголь, нефть и газ.

Азот

Образование большого количества N[2] обусловлено окислением первичной

аммиачно-водородной атмосферы молекулярным О[2], который стал поступать с

поверхности планеты в результате фотосинтеза, как предполагается, около 3

млрд. лет назад. Азот окисляется до NO в верхних слоях атмосферы,

используется в промышленности и связывается азотфиксирующими бактериями, в

то же время N[2] выделяется в атмосферу в результате денитрификации

нитратов и др. азотсодержащих соединений.Азот N[2] очень инертный газ, и

вступает в рекции лишь в специфических условиях. Окислять его и переводить

в биологическую форму могут цианобактерии, некоторые растения(например

бобовые). Также азот можно окислить мощными электрическиими разрядами.

Этот процесс используется при промышленном изготовлении азотных удобрений,

он же привел к образованию уникальных месторождений селитры в чилийской

пустыне Атакама.

Благородные газы

Источник инертных газов (Ar, He и Kr) — вулканические извержения и распад

радиоактивных элементов. Наиболее легкий из газов — Не непрерывно

рассеивается в космическое пространство. Водород, как и Не, непрерывно

утекает в мировое пространство, но эта потеря компенсируется различными

процессами.

Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по

сравнению с их космической распространенностью. Считается, что причина

этого в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной

средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя

атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и

находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.

Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом,

однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы -

самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека,

пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную

емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и

всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов

биосферы, гидросферы и литосферы.

В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения

биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых

организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах

около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту,

но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду,

здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана

атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной

проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых

странах.

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи,

расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные

заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список

которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и

их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных

исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между

здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная

положительная связь.

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в

виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и

подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие

этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный

покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих

кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов

фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая

чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха

выявлена давно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному

уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные

осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания

горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического

Страницы: 1, 2, 3