3. Общие представления об атмосфере. Роль атмосферы в географической оболочке. История развития атмосферы: первичная, вторичная, третичная, современная.

1.Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля, одна из геосфер. Атмосфера Земли возникла в результате двух процессов: испарения вещества космических тел при их падении на Землю и выделения газов при вулканических извержениях. В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H₂O) и углекислого газа (CO₂). Состав сухого воздуха: азот, кислород, аргон, углекислый газ, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, закись азота.

Строение атмосферы: Пограничный слой – Нижний слой тропосферы примыкающий к поверхности Земли (1-2 км) в котором состояние и свойства этой поверхности непосредственно влияет на динамику атмосферы. Тропосфера - верхняя граница находится на высоте 8—18 км. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атм-го воздуха и около 90 % водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Тропопауза-Переходный слой от тропосферы к стратосфере. Стратосфера - слой атм. на высоте 11-50 км. Незначительное изменение темп-ры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Стратопауза- пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C). Мезосфера - на высоте 50 км и до 80—90 км. Температура с высотой понижается. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием возбуждённых молекул обусловливают свечение атмосферы. Мезопауза- переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C). Линия Кармана - высота над ур-м моря, условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Находится на высоте 100 км над уровнем моря. Термосфера - верхний предел — 800 км. Темп-ра растёт до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1226,85 C, после остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния»). В периоды низкой активности  происходит уменьшение размеров этого слоя. Термопауза - область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой. Экзосфера (сфера рассеяния) - зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён.

2. На протяжении всей истории Земли атм-ра играла большую роль в процессе выветривания. В этом процессе участвовали атм-ые осадки, они образовывали реки. Не меньшее значение имела деятельность ветра, переносившего мелкие фракции горных пород на большие расстояния. Существенно влияли на разрушение горных пород колебания темп-ры и другие атмосферные факторы. Наряду с этим ат-ра защищает поверхность Земли от разрушительного действия падающих метеоритов, большая часть которых сгорает при вхождении в плотные слои атм-ры.

3. Атмосфера Земли на протяжении истории перебыла в 3-х различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это первичная атмосфера. На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и др. газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера(восстановительная). Далее процесс образования атмосферы определялся след. факторами:

-утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство; -химические реакции под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и др. факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа.

4.Строение атмосферы: тропосф.,стратосф.,мезосф.,термосф.,экзосф.Характеристика слоёв.Атмосфера— воздуш. оболочка Земли,вращающ. вместе с ней.Развитие атмосф. было тесно связанос геологич. и геохимич. процессами,протекающ. на нашей планете,а также с деятельностью живыхорганизмов. Нижняя граница атмосф. совпадает с поверхн. Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде.Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит вкосмич. пространство.Благодаря атмосф.,в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле.Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека,животными, растениями. Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живыеорганизмы. Также она удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться.

Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, вумеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км. Воздух в тропосфере нагревается от земнойповерхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднемна 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури,облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.Можносказать, что погода в основном формируется в тропосфере.

Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются.В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почтине образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которыхдостигает 300 км/ч.В этом слое сосредоточен озон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха

на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.На высоте 80 км начинается термосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает

1500 °С.В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов. Для этого слоя характерна высокая наэлектризован- ность, и от него, как от зеркала, отражаются длинные и средние радиоволны.В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.Термосфе́ра— слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьировать от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнцана высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом вэнергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулево тепло, выделяемое электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

5.Химический состав воздуха имеет важное значение в осуществлении дыхательной функции. Атмосферный воздух – это смесь газов: кислорода, углекислого газа, аргона, азота, неона, криптона, ксенона, водорода, озона и др. Кислород – наиболее важен. В покое человек поглощает 0,3 л/мин. При физической деятельности потребление кислорода возрастает и может достигать 4,5 –8 л/мин Колебания содержания кислорода в атмосфере невелики и не превышают 0.5%. Если содержание кислорода уменьшается до 11-13%, появляются явления кислородной недостаточности. Содержание кислорода 7-8% могут привести к смерти. Углекислый газ – без цвета и запаха, образуется при дыхании и гниении, сгорании топлива. В атмосфере составляет 0,04%, а в промзонах – 0,05-0.06%. При большом скоплении людей может увеличиваться до 0,6 – 0,8%. При продолжительном вдыхании воздуха с содержанием 1-1,5% углекислого газа отмечается ухудшение самочувствия, а при 2-2,5% - патологические сдвиги. При 8-10% потеря сознания и смерть, воздух имеет давление, называемое атмосферным или барометрическим. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.), гектопаскалях (гПа), миллибарах (мб). Нормальным принято считать давление атмосферы на уровне моря на широте 45˚ при температуре воздуха 0 ˚С. Оно равно 760 мм.рт.ст. (Воздух в помещении считается недоброкачественным, если он содержит 1% углекислого газа. Эта величина принимается как расчетная при проектировании и устройстве вентиляции в помещениях.Воздух без водяного пара называют сухим воздухом. У зем­ной поверхности сухой воздух на 99% состоит из азота (78% по объему или 76% по массе) и кислорода (21% по объ­ему или 23% по массе). Оба эти газа входят в состав воздуха у земной поверхности в виде двухатомных молекул (N2 и О2).Оставшийся 1 % приходится почти целиком на аргон (Аr). Всего 0,08% остается на углекислый газ (СО2). Многочислен­ные другие газы входят в состав воздуха в тысячных, миллион­ных и еще меньших долях процента. Это криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак, перекись водорода, закись азота и др.Все перечисленные выше газы всегда сохраняют газообраз­ное состояние при наблюдающихся в атмосфере температурах и давлениях не только у земной поверхности, но и в высоких слоях.Водяной пар является одной из важнейших составных частей земной атмосферы. Он непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения воды с поверхности водоемов, почвы, снега, льда и растительного покрова. В среднем 23% солнечной радиации, приходящей на земную поверхность, затрачивается на испарение воды с океанов, морей и суши. Часть испарившейся влаги конденсируется над океаном, образует облака, порождающие осадки, и возвращается в океан, совершив так называемый малый круговорот (влагооборот). Остальной водяной пар переносится воздушными течениями в глубь материков, где также в конечном счете выпадает в виде жидких или твердых осадков. Осадки частью просачиваются в почву, образуя грунтовые воды, частью стекают через ручьи и реки в моря и океаны, завершая большой круговорот (влагооборот). Вода, содержащаяся в атмосфере и в почве во всех видах, входит в число важнейших природных ресурсов, необходимых для существования человечества.Атмосферный газ включает целый ряд примесей, находящихся в твердом и жидком состояниях. Все они естественного или искусственного происхождения, имеют различный химический состав, размеры, форму и физические свойства. Эти частицы — аэрозоли в атмосфере.Особенно большое количество аэрозолей промышленного происхождения находится в атмосфере больших городов (в 1 кубическом сантиметре содержатся тысячи и даже сотни тысяч частиц). Общеизвестно, что над промышленными городами в атмосфере нередко «висят» десятки тысяч тонн сажи и пыли.Аэрозоли в атмосфере перемешиваются с крупными частицами пыли, воды и ледяными кристаллами. Все эти включения играют значительную роль в формировании погоды и в атмосферных процессах.

6.Физические свойства воздуха: атмосферное давление, температура и плотность воздуха. Системные и внесистемные единицы измерения. Атмосферное (барометрическое) давление - давление воздуха на поверхность земли. С увеличением высоты плотность и давление воздуха уменьшаются. Если на уровне моря 1 м3 воздуха весит 1293 г, то на высоте 20 км - 64 г, т. е. при одинаковом процентном содержании кислорода его весовая концентрация на высоте 20 км примерно в 20 раз меньше, чем на уровне моря.Колебания атмосферного давления у поверхности земли связаны с погодными условиями и не превышают 4-10 мм рт. ст. Существенные понижения и повышения атмосферного давления вызывают неблагоприятные сдвиги в организме человека.Пониженное атмосферное давление вызывает снижение парциального давления во вдыхаемом воздухе, что приводит к гипоксии (кислородному голоданию). К гипоксии наиболее чувствительны клетки коры головного мозга, т. к. они потребляют в 30 раз больше кислорода, чем другие клетки. При этом у человека отмечается тяжесть в голове, головная боль, нарушение координации движений, сонливость, психическое возбуждение (эйфория), сменяющееся апатией, депрессией и др.Повышенное атмосферное давление характеризуется насыщением крови и тканей газами воздуха, что приводит к учащению пульса и частоты дыхания, уменьшению максимального и увеличению минимального артериального давления, понижению кожной чувствительности и слуха, сухости слизистых оболочек, усилению перистальтики кишечника и пр. В медицинской практике используются специальные барокамеры с повышенным барометрическим давлением, способствующее быстрому насыщению тканей больного кислородом, что дает лечебный эффект принекоторыхзаболеваниях.Температурой воздуха называется одно из его свойств, выраженное в количестве делений соответствующей шкалы. В основе этого свойства лежит скорость движений молекул атмосферного воздуха. Чем выше скорость, тем выше температура.Для измерения этого параметра используются различные шкалы, который существует порядка 12 типов. Но наиболее распространены три шкалы:

1. Цельсия, ставшая частью метрической системы измерения (СИ). За ноль градусов принята температура таяния льда. А температура кипения воды служит отметкой в 100 градусов. Одна сотая разницы между этими температурами равняется одному градусу Цельсия.

2. Шкала Фаренгейта активно используется в США и некоторых других странах. Один градус примерно равен 1/180 разницы температур таяния льда (+32⁰) и кипения воды (+212⁰).

3. Градусы Кельвина, часто используемые в метеорологии. В этой шкала за ноль принята температура абсолютного нуля, когда движение молекул прекращается (-273,15⁰С). Поэтому все значения температур положительные.Кроме этих шкал существуют и другие, к примеру градусы Рёмера, Ранкина, Делиля или Гука. Однако эти шкалы устарели или имеют специальное назначение, поэтому широкого применения не получили.

Температура воздуха окружающей среды имеет свойство меняться в зависимости от воздействия различных атмосферных факторов. Здесь важно понимать, что нагревание атмосферного воздуха происходит за счёт тепла, выделяемого поверхностью земли.Таким образом, наибольшее влияние на температуру воздуха оказывает облачность. Плотный слой облаков препятствует нагреву почвы, следовательно, и нагреву воздуха. В ясные дни солнце сильнее прогревает поверхность земли, а та, в свою очередь, прогревает воздух. Плотность воздуха - это количество воздуха, содержащегося в 1 м³ объема. В физике существует понятие двух видов плотности - весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуются массовой плотностью. Весовая плотность (удельный вес) воздуха - это вес воздуха в объеме 1 м^{3 .} чем выше давление и ниже температура, тем больше плотность воздуха. Поэтому наибольшая плотность воздуха зимой в морозную погоду, а наименьшая летом в теплую погоду. Также следует заметить, что плотность влажного воздуха меньше, чем сухого (при одних и тех же условиях). Поэтому иногда учитывают и влажность, вводя при этом в расчеты соответствующие изменения.С высотой плотность воздуха падает, так как давление в большей степени падает, чем понижается температура воздуха. В стратосфере (примерно с высоты 11 км и до 32 км) температура почти постоянна, и поэтому плотность воздуха падает пропорционально уменьшению давления.