Занятие 4 атмосфера

Атмосфера - газообразная оболочка, окружающая Землю (от греч. атмос - пар, сфера - шар). Атмосферой принято считать ту область Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое.

История формирования газообразной оболочки. По предположе­нию ученых, атмосфера образовалась из газов, выделенных твер­дой оболочкой Земли (литосферой) после сформирования плане­ты. В течение геологической истории Земли атмосфера претерпела значительные изменения: одни газы улетучились в космическое про­странство; другие выделились из литосферы в результате вулкани­ческой деятельности; третьи вступили в химические реакции с по­родами, слагающими земную кору. В атмосферу поступило и меж­планетное метеорное вещество. Таким образом, развитие атмосферы было тесно связано с геологи­ческими и геохимическими процессами, а также с деятельностью жи­вых организмов.

Каковы размеры атмосферы? Нижняя граница совпадает с повер­хностью Земли, воздух проникает в мельчайшие поры в почве и ра­створен даже в воде Мирового океана. Верхняя граница постепенно переходит в космическое пространство на высоте 2000-3000 км.

Какова же роль атмосферы в жизни нашей планеты? Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе ды­хания человеком, животными, растениями.

Если бы не было атмосферы, на Земле была бы такая же тишина, как на Луне. Ведь звук - это колебание частиц воздуха. Голубой цвет неба объясняется тем, что солнечные лучи, проходя через атмосфе­ру, как через линзу, разлагаются на составляющие его цвета; рассеи­ваются больше всего лучи голубого и синего цвета.

Атмосфера - надежная защита нашей планеты от метеоритов. Попадая в нее, большая часть раскаляется и сгорает, встречая сопротивление воздуха. Такое явление называют «падающие звезды». Особенно много их можно наблюдать в августе месяце в Северном полушарии, когда наша планета проходит через поле астероидов.

Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового из­лучения Солнца, которое губительно действует на многие орга­низмы. В то же время она удерживает у поверхности Земли тепло и не дает ей охлаждаться.

Состав атмосферы. Воздух у земной поверхности представля­ет собой механическую смесь в основном двух газов: азота (78 %) и кислорода (21 %), около 1 % составляют аргон и другие газы, в том числе углекислый газ. Кроме газов в воздухе содержатся водяной пар и твердые частицы - цветочная пыльца, крохотные кристаллики соли, дорожная пыль, аэрозольные примеси. Когда в окно проникают солнечные лучи, в них можно увидеть и нево­оруженным глазом эти мельчайшие частицы.

С троение атмосферы. Многочисленные наблюдения показы­вают, что атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение (рис. 9). Основные черты слоистой структуры атмосферы опре­деляются в первую очередь

Рис.8. Строение атмосферы

особенностями вертикального рас­пределения температуры. Нижний слой атмосферы, расположен­ный у поверхности Земли, называется тропосферой (от греч. сло­ва тропос - поворот, изменение). Тропосфера простирается вверх до высоты 8-10 км в полярных широтах, 10-12 км в умеренных, 16-18 км в тропических. В тропосфере содержится 90 % всей мас­сы воздуха, почти вся атмосферная влага. Именно в ней проис­ходит образование туманов и облаков, несущих дождь, град, сне­гопады, грозы и бури.

Атмосфера свободно пропускает большую часть солнечной энергии, которая нагревает земную поверхность. От нагретой поверхности тепло поступает в тропосферу. Поэтому более вы­сокую температуру имеют нижние слои тропосферы. Для тро­посферы характерно понижение температуры на 6°С при подъе­ме на 1 км. В тропосфере протекает жизнь человека, живот­ных и растений.

Процессы, происходящие в тропосфере, оказывают большое влияние на формирование погоды, жизнь и деятельность людей. Поэтому за ее состоянием постоянно наблюдает служба погоды. В 1965 г. был создан Гидрометеорологический научно-исследовательский центр (Гидрометеоцентр), расположенный в Москве, куда посту­пают данные, полученные на метеорологических станциях нашей страны и всего мира. На метеорологических станциях каждые сут­ки через три часа измеряются температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, облачность и многие другие показатели. Эти показатели закладываются в ЭВМ. Анализируя та­кие данные, составляется прогноз погоды.

Над тропосферой до высоты 50-55 км располагается слой, назы­ваемый стратосферой (от лат. - слой). В нижней части стра­тосферы с высотой понижение температуры (с - 40 до - 60 °С) пре­кращается и остается постоянной до высоты 25 км. Выше температу­ра начинает возрастать и у верхней границы составляет 0-10 °С.

В стратосфере наблюдаются большие скорости ветра: до 80-100 м/с зимой и 60-80 м/с летом. На высоте от 20 до 30 км в стратосфере есть слой озона (О3). Озон -сильно пахнущий газ, образовавшийся из кислорода в результате элек­трического разряда.

Озоновый слой, как щит, оберегает все живое на Земле от губи­тельного воздействия ультрафиолетовых лучей Солнца. Здесь прак­тически нет влаги, нет обычных облаков.

Слой атмосферы, находящийся на высоте от 55 до 80 км, где вновь происходит понижение температуры, получил название мезосферы (средний). На нижней границе температура О °С, а на высоте 75-80 км уже - 75 °С. Летом здесь возникают тонкие блестящие серебри­стые облака, они бывают видны в умеренных широтах и состоят из кристалликов льда (а возможно, из мельчайших скоплений кос­мической пыли). Их перемещение свидетельствует о большой из­менчивости направления и скорости ветра на этой высоте. Над мезосферой находится переходный слой - мезопауза. Четвертый слой атмосферы - термосфера и простирается от 80 до 1000 км, где температура с высотой снова повышается: на высоте 100 км переходит через О °С и на высоте 600 км достигает 1500 °С. Осо­бенно велика температура у основания пятой сферы - экзосферы, она равна 2000 °С.

В пределах термосферы происходит концентрация легких эле­ментов водорода и гелия. Часть молекул и атомов термосферы на­ходится в ионизированном состоянии и образует слой, называемый ионосферой (от греч. ион - идущий, электрически заряженные час­тицы). Благодаря этому слою возможна радиосвязь - радиоволны доходят до ионового слоя и отражаются от него, и поэтому мож­но принять радиосигналы, несмотря на выпуклость Земли. В ионос­фере возникают полярные сияния - свечения разряженных газов под влиянием электрически заряженных, летящих от Солнца частиц. Экзосфера (от греч. экзо - внешний) - внешняя сфера, или сфе­ра рассеяния, от 1000 до 3000 км. Она представляет весьма посте­пенный переход к межпланетному пространству. Здесь частицы газов находятся на большом расстоянии друг от друга и движутся с такой большой скоростью, что в какой-то степени преодолева­ют земное притяжение и улетают в межпланетное пространство.

ЗАДАНИЕ 1.Зарисовать в тетради схему строения атмосферы. Дать характеристику каждой сферы.

ЗАДАНИЕ 2.Изучить круговорот азота, его основные элементы и ответить на следующие вопросы:

Какие организмы осуществляют непосредственную фиксацию азота из атмосферы?

Какие соединения азота усваиваются высшими растениями, как эти соединения возникают?

Какие процессы возвращают азот в атмосферу?

ЗАДАНИЕ 3. а) Изучить круговорот кислорода, его основные элементы и ответить на следующие вопросы:

Какую долю объема атмосферы составляет кислород?

Каково значение кислорода в природных процессах?

Как образуется озон, где сосредоточена его основная часть и в чем значение озона для атмосферы?

б) Описать круговорот кислорода в атмосфере.

ЗАДАНИЕ 4. а) Изучить круговорот углекислого газа, его основные элементы и ответить на следующие вопросы:

Каковы источники поступления углекислоты в атмосферу?

На какие процессы расходуется углекислота атмосферы?

Какие процессы происходят с органическим веществом в почвах? Что такое «почвенное дыхание»?

б) Рассмотреть и описать круговорот углерода в литосфере.

в) Какое участие в природном круговороте углерода принимает антропогенный фактор?