Шпаргалка: Физическая география
5. Атмосфера. Ее
состав, строение и граница
Атмосфера состоит из
смеси газов, называемой воздухом, в которой находятся во взвешенном состоянии
жидкие и твердые частички. Общая масса последних незначительна в сравнении со
всей массой атмосферы. Атмосферный воздух у земной поверхности, как правило,
является влажным. Это значит, что в его состав, вместе с другими газами, входит
водяной пар, т.е. вода в газообразном состоянии. Содержание водяного пара в
воздухе меняется в значительных пределах, в отличие от других составных частей
воздуха: у земной поверхности оно колеблется между сотыми долями процента и
несколькими процентами. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере
условиях водяной пар может переходить в жидкое и твердое состояние и, наоборот,
может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности.
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.Процентный состав
сухого воздуха у земной поверхности очень постоянен и практически одинаков
повсюду. Существенно меняться может только содержание углекислого газа. В
результате процессов дыхания и горения его объемное содержание в воздухе
закрытых, плохо вентилируемых помещений, а также промышленных центров может
возрастать в несколько раз — до 0,1—0,2%. Совершенно незначительно меняется
процентное содержание азота и кислорода. Процентное содержание водяного пара во
влажном воздухе у земной поверхности составляет в среднем от 0,2% в полярных
широтах до 2,5% у экватора, а в отдельных случаях колеблется почти от нуля до
4. Часть молекул атмосферных газов и частиц атмосферного аэрозоля — капелек,
пылинок, кристаллов — несет электрические заряды. Эти заряженные частички
называются ионами.
Молекулы воздуха
заряжаются вследствие потери электрона или присоединения свободного электрона.
К заряженной молекуле присоединяются другие молекулы, в которых происходит
путем индукции разделение зарядов. Так возникает электрически заряженный
комплекс молекул, называемый легким ионом. Заряженные молекулы могут также
присоединяться к ядрам конденсации или пылинкам, взвешенным в воздухе,
вследствие чего возникают более крупные тяжелые ионы с массами в тысячи раз
большими, чем у легких ионов.
.Капельки и кристаллы
облаков и осадков, возникая на ионах как на ядрах конденсации, присоединяя их в
дальнейшем, а также, получая электрические заряды другими способами, также
могут стать носителями электрических зарядов. Заряды капелек и кристаллов
гораздо больше, чем заряды ионов: они могут достигать многих миллионов
элементарных зарядов (зарядов электрона). Кроме того, значительная часть ионов
в высоких слоях представляет собой свободные электроны. Содержание ионов здесь
измеряется сотнями тысяч и миллионами на один кубический сантиметр воздуха. Так
же как и незаряженные частички, ионы в атмосфере постоянно перемещаются. Именно
благодаря этому атмосфера обладает электропроводностью, в нижних слоях малой, в
высших — значительной., в воздух местами могут проникать другие газы, особенно
соединения, возникающие при сгорании топлива (окислы серы, углерода, фосфора и
др.). Наиболее заражается такими примесями воздух больших городов и
промышленных районов.В состав атмосферы входят также твердые и жидкие частички,
взвешенные в атмосферном воздухе. Кроме водяных капелек и кристаллов,
возникающих в атмосфере при конденсации водяного пара, это пыль почвенного и
органического происхождения; твердые частички дыма, сажи, пепла и капельки
кислот, попадающие в воздух при лесных пожарах, при сжигании топлива, при
вулканических извержениях; частички морской соли, попадающие в воздух при
разбрызгивании морской воды во время волнения (обычно, в силу своей
гигроскопичности, это не твердые частички, а мельчайшие капельки насыщенного
раствора соли в воде); микроорганизмы (бактерии); пыльца, споры; наконец,
космическая пыль, попадающая в атмосферу (около миллиона тонн в год) из
межпланетного пространства, а также возникающая при сгорании метеоров в
атмосфере. Особое место среди атмосферных примесей занимают продукты
искусственного радиоактивного распада, заражающие воздух при испытательных
взрывах атомных и термоядерных бомб. Аэрозольные примеси к воздуху могут легко
переноситься воздушными течениями на большие расстояния. Песчаная пыль,
попадающая в воздух над пустынями Африки и Передней Азии, неоднократно выпадала
в больших количествах на территории Южной и Средней Европы. Дым лесных пожаров
в Канаде переносился сильными воздушными течениями на высотах 8-13 км через Атлантику к берегам Европы, еще сохраняя достаточную концентрацию. Дым и пепел больших
вулканических извержений неоднократно распространялись в высоких слоях
атмосферы на огромные расстояния, окутывая весь Земной шар
Электрическое поле
атмосферы
Итак, в атмосфере всегда
существуют подвижные электрические заряды, связанные с ионами, а также с
элементами облаков и осадков. Заряды эти — обоих знаков, причем преобладают
положительные, так что суммарный заряд атмосферы — положительный. При этом с
высотой он растет. В результате атмосфера обладает электростатическим полем, в
каждой точке которого есть то или иное значение потенциала. Это значит, что
электрический заряд, помещенный в любой точке атмосферы, будет испытывать силу,
действующую на него в направлении, нормальном к поверхности равного потенциала,
проходящей через эту точку. Эту силу на единицу положительного электрического
заряда называют напряженностью атмосферно-электрического поля. Она направлена в
отсутствии облаков сверху вниз и измеряется изменением потенциала поля на
единицу расстояния, т. е. в вольтах на метр (в/м).В приземном слое атмосферы
напряженность поля, в среднем для всего Земного шара, около 100 в/м.. В
промышленных районах с сильно загрязненным воздухом она значительно больше. В
общем, перенос электричества (ток проводимости) должен происходить от
положительно заряженной атмосферы к отрицательно заряженной земной поверхности.
Несмотря на это, отрицательный заряд земной поверхности с течением времени не
убывает. Причина состоит, по-видимому, в грозах.Напряженность поля между
облаком и землей может даже изменить свое направление, т. е. получить
направление вверх. В связи с указанными огромными разностями потенциалов в
атмосфере возникают искровые электрические разряды, молнии, как в облаках, так
и между облаками и землей. При напряженности поля, направленной вверх, молнии
могут переносить к земной поверхности очень большие отрицательные заряды,
которые и компенсируют потерю отрицательного заряда земной поверхностью в
спокойную погоду.
6. Взаимодействие
атмосферы с другими геосферами
Тропосфера
Атмосфера состоит из
нескольких концентрических слоев, отличающихся один от другого по температурным
и иным условиям. Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для
нее характерно, что температура здесь с высотой падает в среднем на 0,6°/100 м
(в отдельных случаях распределение температуры по вертикали варьирует в широких
пределах). В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают
почти все облака. Сильно развита здесь и турбулентность, особенно вблизи земной
поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части
тропосферы.
Высота, до которой
простирается тропосфера, над каждым местом Земли меняется изо дня в день. Кроме
того, даже в среднем она различна под разными широтами и в разные сезоны года.
В среднем годовом тропосфера простирается над полюсами до высоты около 9 км, над умеренными широтами до 10—12 км и над экватором до 15—17 км. Средняя годовая температура
воздуха у земной поверхности около +26° на экваторе и около —23° на северном
полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около
—70°, над северным полюсом зимой около —65°, а летом около —45°.
Давление воздуха на
верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5—8 раз меньше, чем у
земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха
находится именно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют
непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.
Самый нижний, тонкий слой
тропосферы, в несколько метров (или десятков метров) высотой, непосредственно
примыкающий к земной поверхности, носит название приземного слоя. Вследствие
близости к земной поверхности физические процессы в этом слое отличаются
известным своеобразием. Здесь особенно резко выражены изменения температуры в
течение суток: в этом слое температура особенно сильно падает с высотой днем и
часто растет с высотой ночью.
Слой от земной
поверхности до высоты порядка 1000 м носит название слоя трения. В этом слое
скорость ветра ослаблена в сравнении с вышележащими слоями; ослаблена тем
больше, чем ближе к земной поверхности. Подробнее об этих слоях будет сказано в
дальнейшем.
Стратосфера и
мезосфера
Над тропосферой до высоты
50—55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в
среднем растет с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой
(толщиной 1—2 км) носит название тропопаузы.
Выше были приведены
данные о температуре на верхней границе тропосферы. Эти температуры характерны
и для нижней стратосферы. Таким образом, температура воздуха в нижней
стратосфере над экватором всегда очень низкая; притом летом много ниже, чем над
полюсом.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 |