Кафедра Биоэкологи гр. БЭ301 Октябрь,2011

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»

Биологический факультет

Кафедра биоэкологии

Коллоквиум №1 по разделу Атмосфера.

Челябинск, 2011

1 Понятие атмосферы.

Атмосфе́ра) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. Также существует определение атмосферы, как внешней геологической газовой оболочки Земли.

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

2.Состав Атмосферы.

3. Отчего зависит цвет неба.

Так почему же небо голубое?

Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю,— это смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствуют еще водяной пар и кристаллики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находится слой озона. Может быть причина в этом? Не которые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет.

В 1869 году англичанин Джон Тиндалл предположил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наименьшей степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли. В своей лаборатории он создал модель смога и осветил ее ярким белым лучом. Смог окрасился в глубокий синий цвет. Тиндалл решил, что если бы воздух был абсолютно чист, то ничто бы не рассеивало свет, и мы могли бы любоваться ярким белым небом. Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение: именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет.

Объяснение почему небо голубое. Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами. При поглощении фотонов молекулы возбуждаются, то есть заряжаются энергией, а затем испускают ее в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета — от красного до фиолетового. Разлетаются они во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны. Лорд Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче квантов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный квант красного цвета приходится восемь квантов синего.

Интенсивный голубой свет буквально льется на нас со всех сторон из миллиардов молекул газов атмосферы. К этому свету примешаны фотоны других цветов, поэтому он не имеет чисто синего тона.

4.Масса атмосферы

1. Масса всего воздуха, составляющего земную атмосферу. В столбе воздуха с сечением, равным единице, и с неограниченно большой высотой это

где ρ — плотность воздуха. Пользуясь основным уравнением статики, можно получить

где ρ0 и T0 — плотность и температура воздуха у земной поверхности, μ — молекулярный вес воздуха, Я — высота однородной атмосферы. При T=273 К имеем т=799100 ρ0 г/см2, откуда для всей массы атмосферы получается 5,3·1015 т. Это в 106 раз меньше массы литосферы (твердой земли) и в 250 раз меньше массы гидросферы (вод Мирового океана). В нижних 5,5 км содержится 50% всей Μ. Α., в пределах первых 36 км —99%.

2. Отношение оптической толщины атмосферы, проходимой прямой солнечной радиацией, при зенитном расстоянии солнца z к оптической толщине атмосферы при положении солнца в зените (z=0). Вместе с тем это — отношение пути светового луча в наклонном направлении к его пути в направлении по вертикали (из зенита). При зенитном расстоянии меньше 60° можно с достаточной точностью принимать m = secz. При более значительных величинах нужно учитывать кривизну атмосферы. Для z от 60 до 80° по эмпирической формуле Для более точных вычислений, вплоть до z = 90°, применяется формула Бемпорада, из которой получаются следующие значения m при разных z: