Атмосфера

1.

Атмосфера:
происхождение, состав,
строение, значение

2.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли, удерживаемая
силой притяжения и участвующая во вращении планеты.
Сила земного притяжения удерживает атмосферу вблизи
поверхности Земли.
Атмосфера – это газовая оболочка Земли с содержащимися в
ней аэрозольными частицами, движущимися вместе с
Землей в мировом пространстве как единое целое и
одновременно принимающая участие во вращении Земли.

3.

4.

5.

Наибольшее давление и плотность атмосферы наблюдаются
у земной поверхности, по мере поднятия вверх давление и
плотность уменьшаются. На высоте 18 км давление убывает
в 10 раз, на высоте 80 км - в 75 000 раз. Нижней границей
атмосферы является поверхность Земли, верхней границей
условно принята высота 1000-1200 км. Масса атмосферы
составляет 5,13*1015 т, причем 99 % этого количества
содержится в нижнем слое до высоты 30 км.

6.

Доказательства существования высоких слоев атмосферы
следующие:
на высоте 22-25 км в атмосфере располагаются
перламутровые облака;
на высоте 80 км бывают видны серебристые
облака;
на высоте около 100-120 км наблюдается сгорание
метеоритов, т.е. здесь атмосфера обладает еще
достаточной плотностью;
на высоте около 220 км начинается рассеивание
света газами атмосферы (явление сумерек);
полярные сияния начинаются примерно на высоте
1000-1200 км, данное явление объясняется ионизацией
воздуха корпускулярными потоками, идущими от солнца.
Сильно разреженная атмосфера простирается до высоты
20 000 км, она образует земную корону, незаметно
переходя в межпланетный газ.

7.

Атмосфера, как и планета в целом, вращается против
часовой стрелки с запада на восток. Из-за вращения она
приобретает форму эллипсоида, т.е. толщина атмосферы у
экватора больше, чем вблизи полюсов.
Она имеет выступ в направлении, противоположном Солнцу,
этот «газовый хвост» Земли, разреженный как у комет, имеет
длину около 120 тыс. км. Атмосфера связана с другими
геосферами тепловлагообменом. Энергией атмосферных
процессов служит электромагнитное излучение Солнца.

8.

Происхождение атмосферы.
1. Водород и гелий, наиболее распространенные
элементы в космосе, входящие в состав
протопланетного газопылевого облака, из которого
возникла Земля. Вследствие очень низкой
температуры этого облака самая первая земная
атмосфера состояла из водорода и гелия, т.к. все
другие элементы вещества, из которого слагалось
облако, были в твердом состоянии. Такая атмосфера
наблюдается у планет-гигантов, очевидно, из-за
большого притяжения планет и удаленности от
Солнца они сохранили первичные атмосферы.

9.

10.

2. Затем последовал разогрев Земли: тепло порождалось
гравитационным сжатием планеты и распадом внутри ее
радиоактивных элементов. Земля потеряла водородногелиевую атмосферу и создала свою собственную вторичную
атмосферу из газов, выделившихся из ее недр (углекислый
газ, аммиак, метан, сероводород). Кислород отсутствовал, в
атмосфере господствовали восстановительные условия. В
настоящее время, подобные атмосферы наблюдаются у
Марса и Венеры, они на 95 % состоят из углекислого газа.

11.

3. Следующий этап развития
атмосферы был переходным от
абиогенного к биогенному, от
восстановительных условий к
окислительным. Главными
составными частями газовой
оболочки Земли стали N2, CO2, CO, в
качестве побочных примесей - CH4,
O2. С начала фанерозоя (570 млн. лет
назад) до середины девонского
периода концентрация O2
составляла меньше половины
современной, содержание CO2 в
атмосфере было 10-кратным по
отношению к современному.

12.

4. Последний этап развития азотно-кислородной
атмосферы связан с появлением жизни на Земле и с
возникновением механизма фотосинтеза. Содержание
биогенного кислорода стало возрастать. В конце девона карбоне в связи с интенсивными процессами вулканизма
и бурным развитием наземной растительности
содержание O2 резко увеличилось, превысив
современный уровень. На протяжении позднего палеозоя
наблюдается снижение содержания O2, достигшее
минимума на границе перми и триаса. В начале юрского
периода отмечено его резкое увеличение, превысившее
современный уровень в 1,5 раза. Такая ситуация
существовала до середины мела, когда произошло
снижение концентрации O2 до современного уровня.
Параллельно с этим атмосфера почти полностью потеряла
двуокись углерода, часть которого вошла в огромные
залежи угля и карбонатов.

13.

Таков путь атмосферы от водородно-гелиевой к
современной, главную роль в которой играют азот и
кислород, а в качестве примесей присутствуют аргон и
углекислый газ.

14.

Атмосферный воздух - механическая смесь газов, в которой
во взвешенном состоянии содержатся пыль и вода. Чистый и
сухой воздух на уровне моря представляет собой смесь
нескольких газов, причём соотношение между главными
составляющими атмосферу газами - азотом (объемная
концентрация 78,08 %) и кислородом (20,95 %) - постоянно.
Кроме них, в атмосферном воздухе содержатся аргон (0,93
%) и углекислый газ (0,03 %). Количество остальных газов неона, гелия, метана, криптона, ксенона, водорода, йода,
угарного газа и оксидов азота - ничтожно мало (менее 0,1 %)

15.

Газовый состав атмосферы
Газ
Элемент
Содержание в сухом воздухе, %
N2
азот
78,08
О2
кислород
20,95
АГ
аргон
0,93
СО2
углекислый
0,03
Ne
неон
0,0018
Не
гелий
0,0005
КГ
криптон
0,0001
Н2
водород
0,00005
Х
ксенон
0,000009
газ

16.

В высоких слоях атмосферы состав воздуха меняется под
воздействием жесткого излучения Солнца, которое приводит
к распаду (диссоциации) молекул кислорода на атомы.
Атомарный кислород является основным компонентом
высоких слоев атмосферы. Наконец, в наиболее удаленных
от поверхности Земли слоях атмосферы главными
компонентами становятся самые легкие газы - водород и
гелий. В верхних слоях атмосферы обнаружено новое
соединение - гидроксил (ОН). Наличие этого соединения
объясняет образование водяного пара на больших высотах в
атмосфере. Поскольку основная масса вещества
сосредоточена на расстоянии 20 км от поверхности Земли, то
изменения состава воздуха с высотой не оказывают
заметного влияния на общий состав атмосферы.

17.

18.

Важнейшими компонентами атмосферы являются озон и
углекислый газ. Озон - трехатомный кислород (О3),
присутствующий в атмосфере от поверхности Земли до
высоты 70 км. В приземных слоях воздуха он образуется, в
основном, под влиянием атмосферного электричества и в
процессе окисления органического веществ, а в более
высоких слоях атмосферы (стратосфере) - в результате
воздействия ультрафиолетовой радиации Солнца на
молекулу кислорода. Основная масса озона находится в
стратосфере. Слой максимальной концентрации озона на
высоте 20-25 км получил название озонового экрана. В
целом, озоновый слой поглощает около 13 % солнечной
энергии. Снижение концентрации озона над определенными
районами получило название «озоновых дыр».

19.

Углекислый газ вместе с водяным паром вызывает
парниковый эффект атмосферы. Парниковый эффект - нагрев
внутренних слоев атмосферы, объясняющийся способностью
атмосферы пропускать коротковолновое излучение Солнца и
не выпускать длинноволновое излучение Земли. Если бы
углекислого газа в атмосфере было бы в два раза больше,
средняя температура Земли достигла бы 18° С, сейчас она
равна 14-15° С.
Изображение антарктической озоновой дыры,
сентябрь 2000

20.

Важной составной частью атмосферы является водяной пар,
количество его во влажных экваториальных лесах достигает
4%, в полярных районах снижается до 0,2 %. Водяной пар
поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхности
почвы и водоемов, а также транспирации влаги растениями.
Водяной пар является парниковым газом, вместе с
углекислым газом он удерживает большую часть
длинноволнового излучения Земли, предохраняя планету от
охлаждения.

21.

Атмосфера не является идеальным изолятором; она
обладает способностью проводить электричество благодаря
воздействию ионизаторов - ультрафиолетового излучения
Солнца, космических лучей, излучения радиоактивных
веществ. Максимальная электрическая проводимость
наблюдается на высоте 100-150 км. В результате совокупного
действия ионов атмосферы и заряда земной поверхности
создается электрическое поле атмосферы. По отношению к
земной поверхности атмосфера заряжена положительно.
Выделяют нейтросферу - слой с нейтральным составом (до
80 км) и ионосферу - ионизированный слой.

22.

Нижний, прилегающий к земной поверхности, называется
тропосферой (высота 8-10 км у полюсов, 12 км в умеренных
широтах и 16-18 км - над экватором). Температура воздуха с
высотой постепенно понижается - в среднем на 0,6° С на
каждые 100 м подъема, что заметно проявляется не только в
горных районах, но и на возвышенностях.
В тропосфере содержится до 80 % всей массы воздуха,
основное количество атмосферных примесей и практически
весь водяной пар. Именно в этой части атмосферы на высоте
10-12 км образуются облака, возникают грозы, дожди и
другие физические процессы, формирующие погоду и
определяющие климатические условия в разных областях
нашей планеты. Нижний слой тропосферы, примыкающий
непосредственно к земной поверхности называют
приземным слоем.
Влияние земной поверхности простирается приблизительно
до высоты 20 км, а далее нагревание воздуха происходит
непосредственно Солнцем.

23.

Выше начинается стратосфера, которая простирается до
высоты 50-55 км от поверхности океана или суши. Этот слой
атмосферы значительно разрежен, количество кислорода и
азота уменьшается, а водорода, гелия и других легких газов
увеличивается. Образующийся здесь озоновый слой поглощает
ультрафиолетовую радиацию и сильно влияет на тепловые
условия поверхности Земли и физические процессы в
тропосфере. В нижней части стратосферы температура воздуха
постоянна, здесь располагается изотермический слой. Начиная
с высоты 22 км, температура воздуха повышается, на верхней
границе стратосферы она достигает 0° С (повышение
температуры объясняется наличием здесь озона,
поглощающего солнечную радиацию). В стратосфере
происходят интенсивные горизонтальные перемещения
воздуха. Скорость воздушных потоков достигает 300-400 км/ч.
В стратосфере содержится менее 20 % воздуха атмосферы.

24.

На высоте 55-80 км находится мезосфера (в этом слое
температура воздуха с высотой уменьшается и вблизи
верхней границы падает до -80° С), между 80-800 км
расположена термосфера, в составе которой преобладают
гелий и водород (температура воздуха быстро растет с
высотой и достигает 1000° С на высоте 800 км, что
объясняется поглощением солнечной радиации,
вызывающей увеличение скорости движения молекул).
Мезосфера и термосфера вместе образуют мощный слой,
называемый ионосферой (область заряженных частиц ионов и электронов).

25.

Самая верхняя, сильно разреженная часть атмосферы (от 800
до 1200 км) составляет экзосферу. В ней преобладают газы в
атомарном состоянии, температура повышается до 2000° С,
вследствие поглощения корпускулярного излучения Солнца.

26.

В жизни атмосфера имеет огромное значение. Атмосфера
оказывает благодатное воздействие на климат Земли,
предохраняя ее от чрезмерного охлаждения и нагревания.
Суточные колебания температуры на нашей планете без
атмосферы достигли бы 200° С: днем +100° С и выше, ночью 100° С. В настоящее время средняя температура воздуха у
поверхности Земли равна +14° С. Атмосфера не пропускает к
Земле метеоры и жесткое излучение. Без атмосферы не
было бы звука, полярных сияний облаков и осадков.