1. Тектонические платформы.

2.Сейсмические волны Причины землетрясений.

3.Измерительные приборы.

Многочисленные факты свидетельствуют о том, что существует относительно большие смещения плит Земной коры. Данное явление называется дрейфом континентов. Размеры континентов составляют более 1000км. В океанических впадинах между континентами расположены средино-океанические рифтовые долины. Эти долины пересечены рядом крупных разломов. Континенты раздвигаются в рифтовых долинах и при этом материал из оболочки Земли поступает в земную кору. Таким образом, происходит формирование земной коры. Американский и африканский континенты раздвигаются от среднеатлантического рифта на 2см в год. В восточно-тихоокеанском регионе наблюдается поднятие океанического дна со скоростью 10см в год. Там, где происходит раздвижение океанического дна, и  нагромождение плит друг на друга образуются сейсмически опасные районы. Из вулканов, при их извержении, вытекает огненная лава, и вещество из оболочки переходит в земную кору. В тех местах, где происходит горообразование, увеличивается толщина коры и она может достигать 70км. Так гора Эверест растет в год на 2-2,5см. Также  происходит образование островов в Тихом океане. В центре Земли возраст пород достигает 10 млрд. лет, а возраст земной коры в рифтовых долинах достигает 10⁸ лет. Одно из грандиозных явлений в природе это землетрясение их несколько типов: техногенные, связанные с извержение вулканов; связанные с обвалами и тектонические. Землетрясения техногенного характера связаны с деятельностью человека, например взрывы бомб, оставленные шахты после разработок. Тектонические землетрясения связаны с движением плит земной коры. При тектонических землетрясениях происходит переход потенциальной энергии деформации плит земной коры в кинетическую энергию. Тектонические землетрясения происходит в горных породах. Только тектонические землетрясения могут быть катастрофическими. Место, где возникает землетрясения, в результате разрушения горных пород, называется очагом землетрясения. Он всегда расположен под землей. Проекция очага землетрясения на поверхность называется эпицентром.При землетрясении, т.к. это связано с деформацией, возникают упругие волны. Эти волны называются сейсмическими. Различают продольные и поперечные сейсмические волны. Продольные обозначаются первая волна, поперечная обозначается вторая волна. Скорость продольных волн порядка 200 м/с, в горных породах до 4-5 км/с. Скорость поперечных волн порядка 100 м/с, а самыми последними возникают поверхностные волны. Для характеристики землетрясений используют 12 бальную шкалу.

1 балл - отмечается только специальными приборами.

5 баллов - лопаются стекла, раскачиваются висящие предметы.

7 баллов - повреждаются плохо построенные дома, изменяется уровень воды в колодцах.

10 баллов - разрушаются все дома и платины.

12 баллов - сильнейшая катастрофа, изменяются русла рек, образуются водопады, т.е. меняется рельеф Земли.

Для регистрации продольных и поперечных волн используются особые приборы, которые называют сейсмографы. Одни сейсмографы регистрирует продольные волны, а другие поперечные. Ежегодно на земле происходит до 100тыс. землетрясений.

Шкалы землетрясений. Вулканы

Вулканические и техногенные землетрясения.

Движение плит земной коры.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. Шкалы землетрясений

2. Чем отличаются техногенные и тектонические землетрясения.

3.Устройство сейсмографа.

Тема: «Строение атмосферы».

Цель: Ознакомить студентов с физическими свойствами Земной атмосферы.

Содержание лекции:

1.Атмосферное давление.

2.Физические свойства и строение атмосферы.

Атмосферой называется газовая оболочка, окружающая планету. Существование атмосферы связано с существованием  гравитационного поля, только за счет притяжения к планете, молекулы газа удерживаются в близи поверхности. Все планеты солнечной системы обладают атмосферой. В первом приближении атмосферой Земли идеальной. Основными параметрами, характеризующими атмосферу, являются аналогичные параметры, описывающие идеальный газ, а именно давление, температура, плотность, молярная масса. Эти параметры связаны между собой известными нам формулами: закон Дальтона, уравнение Клапейрона – Менделеева, основное уравнение МКТ. Вся атмосфера делится на области, которые называются сферами. Разделение на сферы производится согласно температуре и способу нагрева. Границы между сферами называются паузой. Источником нагрева является солнце. Различают следующие сферы: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера. Тропосферу и стратосферу разделяют тропопауза. Стратосферу и мезосферу разделяют стратопауза. Мезосферу и термосферу - мезопауза, а термосфера плавно переходит в космическое пространство.

Тропосфера начинается от поверхности Земли и в среднем имеет высоту h=12км. Источником нагрева тропосферы является конвективный перенос тепла. Солнце нагревает поверхность Земли, более теплые слои воздуха поднимаются вверх, отдают свое тепло и опускаются вниз, поэтому в тропосфере очень сильные ветры. Тропосфера характеризуется отрицательным градиентом температур.   В тропосфере горизонтальные и вертикальные ветры. Наиболее сильная циркуляция  в тропосфере  наблюдается на западном полушарии, т.к. там находится большое количество воды.  Стратосфера. Если источником нагрева тропосферы является конвекция, то источником нагрева в тропосфере является поглощение озона ультрафиолетом и переизлучение тепла

 

В стратосфере на высоте 25-30км. находится очень плотный слой озона, именно он поглощает вредное  ультрафиолетовое излучение, испускаемым Солнцем и испускает тепло. За счет этого процесса на h=25-30км., температура повышается до 340К. И начиная с высоты 25-30км., температура имеет отрицательный градиент. Название стратосфера означает слоистая, это значит, что там нет активного перемещения воздуха. В стратосфере дует лишь вертикальные ветра. Мезосфера. Начиная с h=50км. начинается мезосфера самая опасная для пребывания человека область. Эта область заполнена губительными ультрафиолетовыми, рентгеновскими, гамма излучениями. Источником нагрева в мезосфере является процессы фотоионизации кислорода и азота. Молекулы кислорода и азота поглощают квант жесткого излучения и в результате фотоионизации превращаются в атомарные газы, т.е. на h= от 50 до 100км. в значительном количестве появляются атомы.

В мезосфере очень малая плотность атмосферы и соответственно малая масса. 4/5 атмосферы сосредоточена в тропосфере. Мезосфера на h=100км. находится мезопауза температура, которой составляет порядка 100К. Это самая холодная часть атмосферы. Термосфера. В термосфере наблюдается очень высокий температурный градиент и на высоте порядка 300км. температура достигает 1200-1300К. Эти слои называются верхние слои атмосферы. Такая высокая температура до 1200-1300К сохраняется вплоть до высоты 10000км. Термосфера также опасная для нахождения в ней человека. Высокая температура термосферы связана с большой плотностью потока солнечной энергии. Этот поток взаимодействует с ионами кислорода (озон) переизлучает инфракрасные волны, но между термосферой и стратосферой существует разница: в стратосфере много озона, но малая  плотность излучения и, по сути, каждый квант взаимодействует с молекулой озона; в термосфере мало озона, но много квантов, по сути дела, каждый атом (ион) кислорода взаимодействует с квантом электромагнитного излучения. Атмосферы планет Солнечной системы.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы источники нагрева в тропосфере, стратосфере, мезосфере и термосфере.

2.Как называется граница разделяющая стратосферу и мезосферу.

Тема: «Химический состав атмосферы».

Цель: Объяснить студентам условия возникновения у планет атмосферы

Содержание лекции:

1.История образования атмосферы

2.Химический состав атмосферы.

Воздух у поверхности Земли состоит в основном из азота 78,1%, кислорода 20,9%, аргона 0,934%, углекислого газа 0,033%, неона 2*10^-3%, гелия 5*10^-4%. Также в состав атмосферы входят метан, криптон, водород, окись азота и различные аэрозоли. Это жидкие или твердые взвеси, в воздухе. Различают естественные и искусственные  аэрозоли. Естественные аэрозоли, например водяной пар (туман), кристаллики льда, частички пыли, а искусственные  продукты жизнедеятельности человека. В промышленных городах в 1см³ находятся до 10⁵ достаточно крупных частиц примесей. Крупные частицы играют огромную роль в атмосферных процессах, именно они формируют погоду, т.к. являются центром конденсации водяного пара. Огромную роль в формировании погода является углекислый газ. Это происходит потому что СО₂ поглощает и переизлучает часть инфракрасного  излучения испускаемого Земной поверхностью. Стабильность земных условий поддерживается балансом, поглощением и излучением земной энергии, увеличение в атмосфере количества углекислого газа мажет нарушить баланс. Земля будет поглощать тоже количество энергии, а излучать  в космос меньше, поэтому температура атмосферы может повысится. Это повышение температуры называется парниковым эффектом. В 1900г. содержание углекислого газа составляло 0,0294, а в 1979г. 0,0334. Такое изменение содержания углекислого газа    привило к повышению температуры  на 1,5⁰К. Таким образом, выхлопы автомобильных двигателей нагрели на 0,7⁰К. Но в атмосфере происходят и альтернативные процессы, которые приводят к уменьшению температуры. Это сера, она способна поглощать тепловые излучения. Сера выбрасывается в атмосферу во время извержения вулканов. В 1991г. на Филиппинах извергся мощный вулкан, который выбросил в атмосферу 10⁶ тонн серы. В результате чего в 1992г. температура понизилась на 0,4⁰К, а в 1993г. еще на 0,2⁰К.

Парниковый эффект. Озоновые дыры.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. В чём суть парникового эффекта.

2. Почему образуются озоновые дыры.

Тема: «Турбулентность атмосферы. Погода Земли».

Цель: Проблема предсказания погоды Земли, с учётом турбулентности, это проблема номер один в современной метеорологии.

Содержание лекции:

3. Организация метеорологичеких наблюдения.

4. Гомосфера и гетеросфера. Тубулентность атмосферы.

3. Параметры погоды

По степени турбулентности атмосферу делят, на гомосферу и гетеросферу. Гомосфера это область с эффективной турбулентностью и поэтому с однородным химическим составом. Гетеросфера это область со слабой турбулентностью или практически с ее отсутствием, и поэтому для нее характерен слоистый химический состав. Гомосфера расположена от поверхности Земли до высоты  порядка 100-110км. На этой высоте расположена турбопауза. Выше 110км. находится гетеросфера, плавно переходящая в межпланетное пространство. «Гомо» значит однородное.  Солнце нагревает поверхность Земли, а Земля испускает длинноволновое излучение, которое в свою очередь прогревает атмосферу. Особую роль в создании турбулентности, и вследствие этого однородного перемешивания, играет мировой океан. 71% поверхности Земли покрыто мировым океаном, излучение солнца испаряет его, водяной пар поднимается вверх, охлаждается, т.к. происходит его конденсация. В результате конденсации выделяется тепло, которое эффективно прогревает атмосферу. Таким образом, конвекция эффективно перемешивает, выравнивает химический состав атмосферы. На высоте 110км. находится турбопауза, которая отделяет турбулентную область – гомосферу, от не турбулентной области гетеросферы.

Формирование погоды связано с движением и взаимодействием атмосферных образований. Горизонтальные движения воздуха называются ветром. Горизонтальные движения связаны с вертикальными, а наложение этих движений есть турбулентность. Циркуляция в области океанов  перераспределяет энергию, полученную о солнца Землей. Границы между воздушными массами называются атмосферным фронтом. Если атмосферный фронт рассмотреть в вертикальном разрезе, то он будет иметь форму клина. Начинает действовать сила Кариолеса, которая заставляет воздушные массы вращаться над областью пониженного давления, так образуется циклон. Циклоны и антициклоны. Сила Кариолеса. Все движения в атмосфере совершаются за счет энергии, которую Земля получает от Солнца. Иными словами погоду земли формирует Солнце. Турбулентность перераспределяет энергию и помогает  атмосфере усваивать солнечное тепло. Именно турбулентность ответственна за мерцание звезд, за рассеяние радиоволн. Синоптические карты. Параметры погоды.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. Какова роль турбулентности в формировании погоды Земли.

2. Особенности строения гомосферы и гетеросферы.

3. Что называется атмосферным фронтом.

Тема: «Ионосфера Земли».

Цель: Ознакомить студентов с плазменным состоянием вещества в природе.

Содержание лекции:

1.Структура ионосферы.

2.Распространение радиоволн в ионосфере.

Верхние слои атмосферы, начиная приблизительно с высоты 100 километров, представляют собой, своеобразную среду в целом электрически нейтральную. Эта среда является смесью разноимённых заряженных частиц и получила особое название плазма. Плазма - электрически нейтральная среда, полностью ионизированный газ. Плазменные слои атмосферы называется ионосферой. Именно в применение к ионосфере, исторически впервые, было рассмотрено, распространение электромагнитных волн в средах с неоднородным показателем преломления. В ионосфере распространяются только такие радиоволны, частота которых больше собственной частоты колебаний электронов в плазме. Частота колебаний электронов зависит от концентрации электронов в плазме, поэтому может оказаться, что  радиоволны распространяются в ионосфере при одной концентрации электронов, но не распространяется при другой концентрации. Чем больше концентрация электронов, тем более короткие волны отражаются в ионосфере, т.е. плазма становится не прозрачной. Концентрация электронов зависит от целого ряда условий: от освещённости, времени суток, времени года. Когда ионосфера становится не прозрачной, она отражает радиоволны. Днём из-за большой концентрации электронов в ионосфере хорошо отражаются короткие волны, ночью же, лучше отражаются длинные волны. Чёткий приём радио-телепередач наблюдается в ясную погоду летом. Причины возникновения ионосферы на Земле – это Солнце. Солнце испускает волновое и корпускулярное излучение, которое ионизирует атомы и молекулы атмосферы. В ионосфере Земли находится слой с наибольшим числом ионов и электронов. Максимальная  ионизация, когда Солнце находится в зените. С наступлением сумерек ионизация волнового излучения прекращается и начинается обратный процесс рекомбинации.   Чем ниже над поверхностью Земли, тем быстрее протекает рекомбинация. Ионы, которые живут в верхних слоях атмосферы, живут долго (до следующего утра), а в основном рекомбинация происходит быстро. В ионосфере Земли в зависимости от концентрации электрона выделяют три слоя. Слой D,E,F. Максимальная ионизация: летом, днём, на экваторе. Ионы и электроны могут образовываться за счёт корпускулярного излучения Солнца. Корпускулярное излучение Солнца – это частицы, которые выбрасываются Солнцем в момент солнечных вспышек. Эти заряженные частицы двигаются по направлению к Земле, захватываются магнитным полем и в приполярных областях происходит их высыпание. Они ударяются об атомы атмосферы, ионизируют их и при этом испускают квант видимого излучения, который мы называем полярным сиянием.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля: