ТОП 10:

Тема 5.1. Будова атмосфери. Температура. Тиск.



План

Склад і будова атмосфери.

Сонце – джерело світла і тепла.

Температура повітря.

Тиск атмосфери.

1. Земна куля з усіх боків оточена повітряною оболон­кою, яка складається з кількох газів. Повітряна оболон­ка Землі зв'язана з земною кулею силою тяжіння і бере участь у її добовому та річному русі. Вона називається атмосферою.

Нижня межа атмосфери збігається з земною по­верхнею.

Верхня межа атмосфери виражена дуже нечітко, бо в міру віддалення від поверхні Землі повітря поступово розріджується, хоч і не зникає остаточно. На висоті близько 3000 км густина його наближається до густини речовини в міжпланетному просторі, який не можна вва­жати абсолютною пустотою.

Чисте сухе повітря складається з механічного поєд­нання кількох газів: азоту (78,09%), кисню (20,95%), аргону (0,93%), вуглекислого газу (0,03%) та інших га­зів (неону, гелію, криптону, ксенону, аміаку, водню, ро-дону і озону), кількість яких дуже незначна. Підр. 3 кл с. 89 – 91.

Винятково велике значення кисню в життєвих процесах на Землі. За допомогою його здійснюється дихання. Людина на добу використовує не менше 13 м3 повітря. Кисень входить до складу білків, жирів, вуглеводів. За рахунок окислення організми одержують енергію, необхідну для життєвих процесів. Основним постачальником кисню є рослини.

Азот в повітрі відіграє роль розріджувача кисню. Він регулює темпи окислення, хід біологічних процесів.

Потрібний рослинам і вуглекислий газ, який вони поглинають. Вуглекислий газ добре розчиняється у воді. Він один із регуляторів тепла в атмосфері.

В атмосфері є й вода в газоподібному стані— во­дяна пара, кількість якої коливається в межах від 0 до 4% за обсягом. Наявність води в атмосфері визначає явища, які відбуваються в ній: серпанок, туман, хмари, опади, грози тощо.

Крім газоподібних складових частин, в атмосфері завжди є в завислому стані дрібнісінькі тверді і рідкі частки (дим, пил, краплини води тощо) — аерозолі. В од­ному кубічному сантиметрі повітря є тисячі пилинок. Спостереження з Космосу виявили існування навколо земної кулі трьох добре виражених зон підвищеної за­пиленості повітря: приземної (7 км), стратосферної (7—33 км) і висотної (над цим рівнем). Пилинки першої і другої зон земного походження; утворення останніх зв'язане з випаданням метеоритної матерії.

Аерозолі впливають на колір атмосфери. Внаслідок розсіювання світлових променів молекулами газів чиста атмосфера має блакитний колір. Якщо в атмосфері бага­то домішок, вона стає мутною, білуватою. Домішки є ядрами конденсації вологи, утворюючи хмари. Підр. 3 кл. с. 86-89

 

Атмосферу поділяють на п'ять повітряних шарів-сфер, які різняться своїми властивостями, зокрема температу­рою.

Нижній шар атмос­фери, в якому міститься близько 80% її маси, на­зивається тропосферою. Шар поширюється до висоти 17 км над екватором і 8 км над полюсами.В тропосфері перебуває майже вся водяна пара атмосфери, у ній чітко спостерігається знижен­ня температури від зем­ної поверхні вгору, в се­редньому на 6,5° на кож­ний кілометр висоти і на верхній межі досягає -700.

В тропосфері відбу­вається безперервний гори­зонтальний і вертикаль­ний рухи повітря, утворен­ня хмар і випадання з них опадів. У приземному ша­рі різко виражені зміни температури протягом до­би і року.

Вищий шар атмосфе­ри — стратосфера, в якій повітря дуже розрідже­не, майже не містить во­дяної пари. Верхня межа якого знаходиться на висоті 50-60 км. На висоті 20— 26 км утворюються то­ненькі хмари, які скла­даються з кристалів льо­ду і крапель переохолод­женої води. Розріджене повітря складається з тих саме газів, що і тропосфера, але в ньому значно більше озону. Найбільша концентрація озону спостерігається на висоті 15 – 30 км.

Температура з висотою змінюється дуже повіль­но. На нижній межі вона протягом року дорівнює —45—75°, а на верхній — підвищується до + 50 + 55°.

Значна різниця в тем­пературах зумовлює вели­ку швидкість вітру в стра­тосфері — до 340 км/год.

Мезосфера відзначається великими змінами темпера­тури з висотою. До висоти 60 км температура досягає + 20°, а на висоті 75 км вона знижується до —75°, знову піднімаючись на висоті 75—85 км до -90°, де влітку утворюють­ся блискучі тонкі хмари — сріблясті, які складаються, мабуть, з переохолодженої водяної пари. Рух їх свідчить про мінливість напряму і швидкості руху повітря (від 60 до кількох сотень км/год).

 

Термосфера простягаєтьсяд висоти 500 – 800 км, характерна різким підвищенням темпе­ратури з висотою (на верхній межі вона досягає +1000°) і великою іонізацією розрідженого газу, який розміщує­ться шарами з неоднаковою густиною іонізації. Іонізо­вані шари газів, які утворюються під впливом ультра­фіолетового сонячного проміння, відбивають, поглинають і заломлюють радіохвилі, тому дуже впливають на ра­діозв'язок. Під впливом Сонця в термосфері виникають полярні сяйва. Швидкість вітру досягає 225 км/год.

 

Екзосфера — найвища сфера, з якої гази розсіюються в міжпланетний простір внаслідок колосальної розрід­женості величезною кількістю водяної пари. Ця вторинна атмосфера пізніше, з виникненням життя, збагатилась киснем, який, очевидно, є продуктом діяльності біосфери. Вважають, що температура в екзосфері підвищується до +2000°. На висоті 1000 км екзосфера втрачає атоми легких газів, особливо водню, який утво­рює навколо Землі так звану земну корону.

Як відзначено вище, в процесі диференціації первісної речовини Землі навколо неї утворилась атмосфера. Але великий початковий обертальний момент Землі спричинився до її втрати. Первинна атмосфера майже повністю розсіялась у світовому просторі (головним чи­ном її найлегші елементи). Лише під впливом внутрішніх процесів. Земля виділила вторинну атмосферу

Атмосфера відіграє величезну роль у житті Землі. Вона захищає земну поверхню від надмірного нагрі­вання вдень і охолодження вночі та перерозподіляє во­логу на Землі. Атмосфера — необхідна умова органіч­ного життя на Землі, разом з тим вона оберігає все жи­ве від згубного впливу ультрафіолетового проміння, а також захищає поверхню Землі від численних метеори­тів, абсолютна більшість яких згорає в повітрі.

З атмосферою взаємодіють інші оболонки Землі. Так, між атмосферою і літосферою існує постійний теплооб­мін. В атмосфері утворюються опади, які, випадаючи на поверхню Землі, утворюють ріки, озера, збагачують ґрунтові води, а також поповнюють водою моря і океани. Текучі води разом з вітром видозмінюють земну поверх­ню, руйнуючи гірські породи, переносячи і акумулюючи їх в інших місцях. У свою чергу рельєф суші впливає на переміщення повітряних мас атмосфери, змінюючи їх на­прям і швидкість.

Атмосфера з біосферою тісно зв'язана. Кисень атмо­сфери потрібний для життя всіх тварин, за винятком деяких бактерій, а джерелом надходження його в атмо­сферу є зелені рослини, які в свою чергу засвоюють з атмосфери вуглекислий газ. Значна кількість азоту за­своюється з повітря ґрунтовими азотфіксуючими бакте­ріями.

Отже, між усіма оболонками Землі відбувається без­перервний взаємний обмін елементами; в результаті яко­го між «йми створюється рухома рівновага. Найважли­віша роль у цій взаємодії і обміні речовин належить атмосфері. Без атмосфери Земля була б позбавленою життя пустинею.

Вивчають атмосферу на метеорологічних станціях. І вдень і вночі, в будь-яку погоду метеорологи ведуть спостере­ження за станом нижнього шару атмосфери. Чотири рази на до­бу, а на багатьох станціях щогодини вимірюють температуру, тиск, вологість повітря, спостерігають за хмарністю, напрямом і швидкістю вітру, кількістю опадів, електричними й звуковими явищами в атмосфері. Метеорологічні станції збудовано всюди: на безлюдному материку Антарктиди і у вологих тропічних лісах, на високих горах і просторах тундри. Ведуть спостере­ження і на океанах, на спеціально збудованих кораблях по­годи.

З 30-х років нашого століття ведуть спостереження у більш високих шарах атмосфери. Почали запускати радіозонди, які піднімаються на висоту 20—30 км і за допомогою радіопередатчиків посилають на Землю відомості про температуру, тиск, вологість повітря і швидкість вітру.

Тепер широко використовують метеорологічні ракети і супут­ники, на яких є установки для фотографування земної поверхні та хмар.

1961 р. ознаменувався новими успіхами у вивченні верхніх шарів атмосфери. 12 квітня 1961 р. перший космонавт світу Юрій Олексійович Гагарін здійснив політ навколо Землі. З цих пір космічні кораблі і станції, які літають на великих висотах, дають нам уявлення про процеси, що відбуваються далеко від Землі.

 

 

2. Основні процеси в атмосфері відбуваються під впли­вом випромінювання Сонця — сонячної радіації. Сонце — основне джерело тепла й світла на Землі. Ця велетенська газова куля з темпера­турою на поверхні майже 6000° С випромінює велику кількість енергії, яку називають сонячною радіацією. Вона на­гріває нашу Землю, приводить у рух повітря, утворює кругово­рот води, створює умови для життя рослин і тварин.

Кількість сонячної радіації, яку дістає поверхня, залежить від кута падіння променя: чим менший кут падіння променя тим менша інтенсивність сонячної радіації, а також від тривалості освітлення поверхні сонячним промінням.

Проходячи через атмосферу, частина сонячної радіації поглинається, частина розсіюється і відбивається. Тому потік сонячної радіації, приходячи до поверхні Землі, поступово слабшає.

Сонячна радіація надходить на поверхню Землі прямою і роз­сіяною. Пряма радіація — це потік паралельного промін­ня, яке йде безпосередньо від диску Сонця. Розсіяна ра­діація надходить з усього небозводу. Вважається, що надхо­дження тепла від Сонця на 1 га Землі рівнозначне спалюванню майже 143 тис. т вугілля. Сукупність прямої і розсіяної радіації становить с у м а р н у радіацію. Величина її зменшується від екватора до полюсів.

Сонячне проміння, проходячи через атмосферу, мало її нагрі­ває. Нагрівається атмосфера від поверхні Землі, яка, погли­наючи сонячну енергію, перетворює її на теплову. Частинки по­вітря, стикаючись із нагрітою поверхнею, одержують тепло й відносять його в атмосферу. Так нагріваються нижні шари атмосфери. Очевидно, чим більше одержує поверхня Землі со­нячної радіації, тим сильніше вона нагрівається, тим сильніше нагрівається від неї повітря.

 

3. Температуру повітря вимірюють термометрами (ртут­ними і спиртовими). Підр. 3 кл. с. 83-84. Робота термометра грунтується на розширенні об’єму ртуті, спирту, газу. Спиртові термометри застосовують, коли температура повітря буває нижчою за

-38°С. На метеорологічних станціях термометри вміщують в особливій будці, збудова­ній з окремих, розміщених під певним кутом пластинок (жалюзей), між якими вільно циркулює повітря. Пряме сонячне проміння не потрапляє на термометри; таким чином, температуру повітря вимірюють у тіні. Сама будка знаходиться на висоті 2 м від земної поверхні.

Численні спостереження за температурою повітря показали, що найвища температура спостерігалася в м. Тріполі, яке називають полюс спеки (Африка; + 58°С), найнижча — на станції Восток в Антарктиді, яка знаходиться на відстані 1260 км від берега. 21 липня 1983 р. була зафіксована температура -89,20С. Станція стоїть на висоті 3488 м над рівнем моря, атмосферний тиск 440 мм рт. ст. (норма 760 мм рт. Ст.), вода кипить при tо =86о (шматок м’яса варять у скороварці півдня, хліб випікати неможливо).

Надходження сонячного тепла і розподіл температури повіт­ря залежить від:

· широти місця. У тропічну область потрапляє більше тепла від Сонця, ніж у помірні й полярні широти. Найбільше тепла одержують екваторіальні області.

· Розподілу суші і води. Вода — теплоємне тіло. Теплоємність води в два рази більша від теплоємності порід, з яких складається суша. Тому вода значно повільніше нагрівається і повільніше остигає. Океани в тропічних широтах являють собою своєрідні нагромаджувачі тепла на Землі. Суша швидше нагрівається і швидше остигає. Над океанами спостерігається плавний хід як добових, так і річних температур, на суші спостерігаються їх різкі зміни. Вплив океану і суші можна проілюструвати такими даними: різниця в температурі (амплітуда) між найтеплішим і найхолоднішим місяцями для Лондона—14°C, Москви — 28°C, Свердловська — 33°C, Якутська — 62°C. Найбільша температура у м. Верхоянськ – 1096,7° (-70° С; +36,7°С).

· Великий вплив на розподіл тепла мають морські течії. Теплі течії сприяють підвищенню температури, холодні — зниженню. Так, води північної частини Атлантичного океану коло берегів Європи, де проходить тепла Північно-Атлантична течія, ніколи не замерзають, на берегах Скандинавського півострова ростуть ліси, тоді як на цих самих широтах коло берегів Північної Америки Атлантичний океан замерзає, а півострів Лабрадор вкритий тундрою. Найбільш рівний клімат на Маріанських островах: найнижча в 1934 р. +19°С, найвища 9 вересня 1934 р. +31,4°C (амплітуда 11,8).

· Температура повітря залежить від висоти місцевості над рівнем моря. На кожні 100 м температура в середньому знижується на 0,6°. Ось чому на високих горах сніг не тане навіть влітку, утворюючи величезні площі льодовиків.

Розподіл температури повітря над поверхнею Землі залежить від широти місця, розподілу суші й води, морських течій, від висоти місця над рівнем моря і віддаленості від моря. Розподіл тепла на земній поверхні можна добре простежити за картами ізотерм. Ізотерми—лінії, які сполучають місця з однаковою середньою температурою. У навчальній практиці частіше користуються ізотермами липня (найтеплішого місяця в північній півкулі) і січня (найхолоднішого).

4. Довгий час вважали повітря невагомим тілом. Такий погляд підтримувала релігія. І тільки на початку XVII ст. італійський учений Галілей довів вагомість повітря. Він зробив простий дослід — зважив порожню пляшку, а потім цю саму пляшку зважив після нагрівання. Виявилося, що вага пляшки після нагрівання стала меншою. Галілей пояснив це явище так: повітря як усяке матеріальне тіло, при нагріванні розширює­ться, отже, частина його вийшла з пляшки, тому вона стала легшою.

Але якщо повітря має вагу, воно повинне тиснути на всі предмети, які знаходяться на поверхні Землі. Цим питанням займався учень Галілея — Торрічеллі. Взявши запаяну з одного кінця метрову трубку, він заповнив її ртуттю. Потім перевернув її і відкритим кінцем опустив у чашку з ртуттю. При цьому трохи ртуті вилилося з трубки, але більша частина її залиши­лась приблизно на рівні 76 см. Що ж перешкодило всій ртуті вилитися з трубки? Торрічеллі дав правильне пояснення: причи­ною є тиск повітря на поверхню ртуті. Цей тиск урівноважується вагою ртуті, яка залишилася в трубці.

Пізніше зважили повітря. Виявилося, що на рівні моря 1л його важить 1,3г. На кожний см2 земної поверхні атмосфера тисне з силою 1,033 кг. Тиск вимірюють у міліметрах (мм) ртутного стовпа і в мілі­барах (скорочено мб). Маса ртутного стовпа висотою 760 мм при поперечному перерізі 1 см2 становить 1033 мб. Нормальним тиском на рівні моря вважається 1013 мб або 760 мм ртутного стовпа (1 атмосфера).

За тиском повітря та його зміною ведуть систематичні спо­стереження. Основним приладом, за допомогою якого визна­чають тиск на метеорологічних станціях, є ртутний баро­метр. У деяких випадках (особливо в подорожах) користують­ся металевим барометром — анероїдом. Крім цих приладів є барограф. Він записує зміну тиску.

У зв'язку з тим, що стовп атмосфери з висотою зменшується, зменшується й тиск. На кожні 10,5м підняття тиск знижується на 1 мм (цю величину називають барометричним сту­пенем). Людина у своїй практичній діяльності широко вико­ристовує ці дані. Наприклад, треба визначити висоту гори: для цього беруть відліки показань тиску по барометру біля підошви і на вершині. Вираховують різницю в показаннях барометра, множать її на 10,5 м і одержують приблизно висоту гори.

Спостереження на метеорологічних станціях показують, що тиск у будь-якому місці постійно змінюється — то підвищується, то знижується. Ці зміни показує барограф, на стрічці якого видно запис змін тиску.

Тиск повітря залежить також і від його темпе­ратури. Підр. 3 кл. с. 88.

Від нагрівання повітря розширяється, піднімається вгору і розтікається в усіх напрямах. Від охолодження воно стискується, опускається вниз, внаслідок чого у верхніх шарах до охолодженого місця звідусіль ринуть нові маси повітря. Тому тиск теплого повітря менший, ніж холодного, тобто із зміною температури повітря мі­няється його тиск.

Для графічного зображення на картах розподілу тис­ку по Землі використовують ізобари — лінії, які сполу­чають місця з однаковим тиском, зведеним до рівня океану.

У зв'язку з нерівномірним нагріванням земної поверх­ні, величина тиску навіть на однакових висотах різна протягом року і відмінна в різних районах земної кулі. Зміни тиску мають переважно неперіодичний характер. Проте на їх фоні виявляються і періодичні добові та річ­ні коливання.

Добовий хід тиску має два максимуми (о 10 і 22 год за місцевим часом) і два мінімуми (о 4 і 16 год).

Річні амплітуди коливань тиску збільшуються в на­прямі від низьких до високих широт. Залежно від різних умов в атмосфері створюються, в певні періоди, області з типовим розподілом атмосфер­ного тиску. Так, у січні всю Азію, Європу і Північну Америку, тобто материки, що взимку охолоджуються і охолоджують повітря, яке поступово ущільнюється, охоплює пояс високого тиску. Ущільнення повітря над материками зумовлює приток повітря ззовні, зокрема повітря надходить з океанів із верхніх шарів тропосфери; це призводить до збільшення маси повітря над материком, тому тиск підвищується. В південній півкулі, де в цей час літо (в Австралії, Африці і Південній Америці), тиск невисокий.

У липні навпаки: на суші північної півкулі, яка дуже нагрівається, тиск низький, тому що повітря прогрівається, піднімається вгору і розтікається в бік океанів, а на суші південної півку­лі— високий. На океанах зміна тиску за порами року менша.

В деяких районах є області майже незмінного тиску протягом року. Так, по обидва боки екватора (до 25° широти) існують екваторіальний пояс зниженого тиску (барометричний мінімум) і субтропічні пояси високого тиску (між 25—35° широти) — субтропічні барометричні максимуми. Області підвищеного й зниженого тиску протягом ро­ку мігрують з одного місця на інше, залежно від умов нагрівання земної поверхні в різні пори року.

Атмосферний тиск є основною причиною горизонталь­ного руху повітря.

 

 







Последнее изменение этой страницы: 2016-08-15; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.207.249.15 (0.01 с.)