МБОУ СОШ № 48 имени героя России Д.С. Кожемякина.

Научно-исследовательская работа на тему:

«Оптические явления в атмосфере, вызванные химическими реакциями».

Автор: Рибенек Валерия Александровна.

Г. Ульяновск, 2013 год.

Содержание.

1.Предварительный анализ научно-исследовательской работы.

2. Предисловие.

3. Часть первая (основная).

- Перламутровые облака (Polar Stratospheric Clouds)

- Влияние перламутровых облаков на озоновый слой.

- Исследование частоты наблюдений перламутровых облаков.

- Чем опасно разрушение озонового слоя.

4. Другие явления (часть вторая).

- Свечение атмосферы (Airglow).

- Инверсионный след от ракеты (Rocket Trail).

- Вулканический закат.

5. Обобщение.

6. Приложение.

7. Список используемых источников.

Предварительный анализ научно-исследовательской работы.

Выбранная тема: Оптические явления атмосфере, вызванные химическими реакциями.

Предмет исследования: химические явления, протекающие в атмосфере.

Цель исследования: исследовать явления в атмосфере, вызванные химическими реакциями, и их воздействие на окружающую среду.

Задачи исследования:

-Выяснить какие химические процессы протекают в таком явлении как перламутровые облака и как эти процессы способствуют разрушению озонового слоя и возникновению озоновых дыр.

- Провести исследование относительно частоты наблюдаемости перламутровых облаков.

- Узнать какие еще оптические явления, наблюдаемые человеком в атмосфере, существуют, и влияют ли они на нее.

Методы исследования:

-Изучение научной литературы.

- Изучение различных сайтов и форумов.

- Составление химических формул на основе известного состава перламутровых облаков.

- Составление таблицы наблюдений перламутровых облаков.

Структура и объём работы: Моя работа объемом в 20 страниц состоит из предварительного анализа научно-исследовательской работы, предисловия, 2 частей, обобщения, приложения и списка источников. В первой (основной) части я говорю о перламутровых облаках и их влиянии на озоновый слой, а так же чем опасно разрушения озоносферы, провожу 2 основных исследования (по частоте наблюдаемости и химическим реакциям, происходящим в перламутровых облаках). А во второй части я рассказываю о других подобных явлениях в атмосфере земли, и о том, как они влияют на окружающую среду.

Актуальность выбранной темы: многие химические явления, возникающие в атмосфере Земли, неблагоприятно на нее воздействуют. Особенно это касается такого красивого оптического явления, как перламутровые облака. Эти разноцветные светящиеся облака являются сильным источником разрушения озонового слоя. А разрушение озонового слоя сейчас - одна из главных проблем экологии.

Предисловие.

В атмосфере можно наблюдать множество оптических явлений, обусловленных различными причинами и факторами. Это могут быть и геологические причины. К таким явлениям относятся кольцо Бишопа и тропосферный аэрозоль. Так же оптические явления часто бывают вызваны особенностями зрения человека. Например, иррадиация, парейдолия, последовательные образы, явление Елизаветы Линней и другие. Чаще всего на небе можно наблюдать феномены, обусловленные дифракцией и дисперсией света в каплях и мелких кристалликах. Сюда можно отнести такие явления как гало, радуга, брокенский призрак, различные венцы и глории.

В общем, причин возникновения оптических феноменов множество. Но одними из самых редких явлений в атмосфере, являются явления, вызванные химическими реакциями. Они наблюдаются достаточно редко и их не так уж и много. Именно о таких явлениях мы сегодня поговорим, проведем исследование, узнаем, как же подобные явления воздействуют на атмосферу, как часто они наблюдаются, и как они тесно связаны с экологией.

Перламутровые облака (Polar Stratospheric Clouds).

Полярные стратосферные облака или PSCs, также известный как перламутровые облака (из-за их радужной, как бы перламутровой окраски), это облака, образующиеся в холодной полярной стратосфере на высоте 15000-25000 метров (49,000-82,000 футов) . Они лучше всего наблюдаются в гражданских сумерках, когда солнце находится от 1-ого до 6-ти градусов ниже горизонта. Они участвуют в образовании озоновых дыр, влияют на разрушение озонового слоя и возникают благодаря химическим реакциям, которые вызываю образование в атмосфере активного хлора. Хлор катализирует разрушение озона. Перламутровые облака так же участвуют в удаления газообразной азотной кислоты, возмущающей азот и выработанный хлор таким образом, что опять увеличивается разрушение озона (подробнее см. Влияние перламутровых облаков на озоновый слой).

Образуются перламутровые облака благодаря горным волнам. Горные волны- это такие волны, которые появляются, когда струйное течение в средней и верхней тропосфере встречает преграду в виде горного хребта. Молекулы воздуха, натекающие на такое препятствие, приобретают вертикальное направление. Молекулы вынуждены подниматься, но при этом их тормозит сила тяжести, которая с подветренной стороны препятствия приводит к опусканию воздуха вниз, до уровня их первоначального состояния. Поскольку вертикальные колебания частиц происходят в условиях заметного горизонтально переноса, колебания приобретают волновой характер и образуются полярные стратосферные облака.

Для того, чтобы продемонстрировать как выглядят PSCs, прикреплю фотографии их наблюдения в Норвегии в 2012 году:

 

Чуть ниже я продемонстрирую еще наблюдения этого явления, а пока мы пройдемся по разновидностям PSCs . Перламутровые облака подразделяются на три типа: Ia, Ib и Iс в соответствии с их химическим составом, который может быть измерен с использованием лидара. Методика также определяет высоту и температуру в облаке.

Тип Iа облака содержат воду , азотную кислоту и/или серную кислоту. Они являются источником разрушения озонового слоя.

Тип Ib облака содержат небольшие сферические частицы из переохлажденного жидкого раствора серной кислоты, азотной кислоты и воды.

Тип Ic облака богаты водой и азотной кислоты.

Еще существует 4-ый вид перламутровых облаков- ll тип, который очень редко встречается, и наблюдаются лишь в Арктике. Полярные стратосферные облака подобного вида состоят только из водяного льда.

Стратосфера очень сухая, в отличие от тропосферы, там редко появляются форменные облака. Так что, перламутровые облака удивительны, не только с точки зрения химии, но и физики тоже. Из-за большой высоты, на которой они находятся, и кривизны поверхности Земли, эти облака получают солнечный свет, отразившийся под горизонтом от земли. И именно поэтому эти облака так ярко светятся еще задолго до рассвета или после заката. Из-за этого, наблюдатель, незнакомый с этим типом облаков, может подумать, что это НЛО.

PSCs образуют при очень низких температурах, ниже -78 ° C (-108 ° F) . Эти температуры могут быть в нижних слоях стратосферы лишь в полярные зимы.

Рассеяние солнечного света в облаках производит к жемчужно – белой окраске. А частицы в оптически тонких облаках вызывают цветную окантовку. Это проявление дисперсии света. Видимость цветов может быть повышена с поляризационным фильтром.