- •А. И. Швец физика земли Учебное пособие
- •Предисловие
- •Введение
- •Раздел 1. Строение и динамика Земли
- •1.1. Космос и Солнечная система. Общие сведения
- •1.2. Характеристики планет Солнечной системы
- •1.3. Происхождение, форма и размеры Земли
- •1.4. Внешний облик Земли
- •1.5. Основные движения Земли
- •1.5.1. Орбитальное движение Земли
- •1.5.2. Движения оси вращения Земли
- •1.5.3. Вращение Земли вокруг своей оси
- •1.6. Динамические характеристики Земли
- •1.7. Модель внутреннего строения Земли
- •1.8. Изостазия
- •1.9. Геотектоника
- •1.10. Основные физические поля Земли
- •1.10.1. Гравитационное поле
- •1.10.2. Магнитное поле
- •1.10.3. Электрическое поле
- •1.10.4. Тепловое поле
- •1.11. Освещённость Земли
- •1.12. Луна – естественный спутник Земли
- •Раздел 2. Физика атмосферы. Влияние атмосферы Земли на геодезические измерения
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Атмосфера Земли. Строение и основные характеристики
- •2.3. Рефракция
- •2.3.1. Астрономическая рефракция
- •2.3.2. Земная рефракция
- •2.3.3. Рефракция и миражи
- •2.3.4. Боковая рефракция и её влияние на результаты угловых измерений
- •2.3.5. Влияние боковой рефракции на азимутальные определения
- •2.3.6. Влияние рефракции на результаты электронной дальнометрии
- •2.3.7. Влияние вертикальной рефракции на точность тригонометрического нивелирования
- •Литература
- •Содержание
- •Раздел 1. Строение и динамика Земли
- •Раздел 2. Физика атмосферы. Влияние атмосферы Земли на результаты геодезических измерений
Раздел 2. Физика атмосферы. Влияние атмосферы Земли на геодезические измерения
2.1. Общие сведения
Физика атмосферы – область науки, включающая экспериментальное и теоретическое изучение феноменологии (по Канту, учение о феноменах, явлениях) и физики процессов, происходящих в земной атмосфере, а также разработку методов прогноза явлений в атмосфере с различной степенью заблаговременности. Кроме того, она включает экспериментальное и теоретическое изучение строения и физики средней и верхней атмосферы Земли от стратосферы до экзосферы, а также ионосферы и магнитосферы, и взаимодействие солнечного ветра с околоземным космическим пространством.
Для планет земного типа (Земля, Венера, Марс, некоторые спутники планет-гигантов) атмосфера – это газовая оболочка планеты. Для газово-жидких планет (планеты-гиганты Юпитер, Сатурн и т.п.) атмосферой называется доступная наблюдениям внешняя часть планеты.
Толщина атмосферы составляет примерно 1500км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха равна (5,1-5,3)1015т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966. Давление при 0С на уровне моря равно 1013,25 гПа. Критическая температура -140,7С, критическое давление -3,7МПа. Растворимость воздуха в воде при 0С - 0,036%, при 25С – 0,22%.
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 (углеродом, аммиаком, водяным паром), кроме водорода. Так образовалась вторичная атмосфера. 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 меньшим содержанием водорода и большим – азота и углекислого газа.
С появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа, состав атмосферы начал меняться. Состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали весьма значительные изменения. 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 оказывает влияние человеческая деятельность. Результатом этой деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи.
Внешняя граница атмосферы, т.е. граница области, в которой газовая среда гравитационно и генетически связана с Землёй, находится на расстоянии 8-12 средних радиусов Земли.
Земная атмосфера прозрачна для электромагнитного излучения, приходящего извне, в сравнительно узких интервалах длин волн: оптическом – в диапазоне от 0,3мк до 5,2мк и радиодиапазоне – от 1мм до 30м. Непрозрачность атмосферы для волн другой длины определяется поглощением излучения молекулами, атомами и заряженными частицами, входящими в состав атмосферы.