Загальні положення про атмосферу.

 

Атмосфера є сумішшю газів, які утримуються навколо земної поверхні силою тяжіння.

Атмосфера - відкрита детермінована фізична система, яка взаємодіє з земною поверхнею і заходить в космічний простір.

Тут здійснються різноманітні просторово-часові поступлення сонячної енергії і її трансформація в тепло при взаємодії із земною поверхнею, що призводить до появи в атмосфері нерівномірної просторово-часової диференціації ділянок нагрівання і охолодження, які є основою глобальної циркуляції атмосфери.

Маса

Загальна маса атмосфери становить приблизно 5,14∙10 у 18 степені кг, тоді як тверда Земля – 6.0∙10 у 24 степені кг.

Близько 99% всієї маси атмосфери концентрується у відносно тонкому шарі до висоти 30 км.

Проблема походження атмосфери є досить важливою для зрозуміння біологічної еволюції, формування кори вивітрювання Землі та осадових відкладів

 

Штучний вплив на хмари. Впливи на вологообіг.

 

Штучний вплив на хмари

По-перше, можна викликати стан сублімації в переохолодженій водяній хмарі, розсіюючи в ній тверду вуглекислоту з дуже низькою температурою, що приведе до замерзання крапель і розвитку коагуляції.

У хмару вводять йодисте срібло, яке охолоджуючись утворює дуже дрібні кристалики, що стають ядрами сублімації.

Цим можна викликати дощ, але можуть попередити утворення великого граду, розсіювати тумани.

Діаметр дощових крапель коливається в широких межах - від 0.05 до 7 мм. Дрібні краплі діаметром 0.05 - 0.5 мм складають мряку, від 0.5 до 5.0 мм - справжній дощ різної інтенсивності. Максимальна величина діаметру краплі - 7мм, а вага її 0.2 г. Більшого розміру краплі дощу не бувають, бо більші при падінні розпадаються на дрібніші. Середній розмір краплі дощу має діаметр 1.5 мм, а вагу - 18 мг.

 

Зміни клімату протягом плейстоцену.

 

Холодний період Айстер (Eister) - за альпійською шкалою зледенінь – Міндель (Mindel), американською – Канзан (Kansan), російською – Окське, панував між 440000 і 230000 роками до нашої ери - тривав 210000 років. В Середній Європі температури повітря - між +3°С і +7°С. Перша половина - сильне і розтягнуте зледеніння з декількома додатковихми фазами потепління (Альц – Alz, Ампер –Amper, Аттер – Atter, Бібер – Biber, Дунай – Donau, Гюнц – Günz).На зміну епоха потепління Гольстайн (Holstein), або Міндель-Ріс (Mindel-Riβ) в Альпах та Ярмоутг (Yarmouth) - період від 230000 до 200000 років до нашої ери. Відносно холодний період - 30000 років - в Середній Європі середньорічні температури біля +11°С. Льодовиковий період для рівнинної частини Західної Європи -Саале (Saale), в Альпах - Ріс (Riβ), в Північній Америці Ілліноіан (Illinoian), для Східно-Європейської рівнини Дніпровське зледеніння між 200000 і 130000 роками до н.е. - 70000 років. Середньорічні температури повітря - між +3°С і -8°С і відбулося розширення зледеніння з двома малими теплими фазами. Останній теплий клімат був Еем (Eem), в Альпах - Ріс-Вюрм (Riβ-Würm), в Північній Америці – Сангамон (Sangamon), тривав між 130000 і 95000 роками до нашої ери -35000 років. Середньорічні температури біля +11°С. Підсумок палеокліматичних досліджень - теплі і суміжні їм холодні періоди мали раптові і відносно короткі затримки коливань. Останній льодовиковий період - рівнинна частина Західної Європи - Вайхзель (Weichsel), в Альпах – Вюрм (Würm), в Північній Америці - Вісконсін (Wisconsin), для Східно-Європейської рівнини – Валдайське зледеніння - 80000 років був між 90000 і 10000 роками. Середньорічні температури в Середній Європі - від +3°С до -8°С.Льодовик і дев’ять міжстадіальних стадій потепління. Відомі багато підтверджень - можливості детальної реконструкції клімату. Просторові зміни кліматичних величин -в “Atlas of Paleoclimates and Paleoenvironmens of the Northen Hemispere” за Френцел (Frenzel, 1992).

Поняття і складові кліматичної системи..Система “атмосфера-океан”.

 

Рух в атмосфері є причиною виникнення течій в океані

 

- вплив на міжширотний обмін теплом в океані

 

- поступлення тепла в атмосферу

-

- тепло і волога на материки

 

- з суші в океан поступає поверхневий стік.

 

Походження і розвиток атмосфери.

 

Проблема походження атмосфери є досить важливою для зрозуміння біологічної еволюції, формування кори вивітрювання Землі та осадових відкладів.

Гіпотеза - гарячого тіла. Первинна Земля без атмосфери, через високу температуру Землі. Пониження температури - в атмосфері з'являється газоподібна, а потім рідка вода і починають випадати дощі, які на досить теплій поверхні закипають і у вигляді пари повертаються в атмосферу.

Ранні гази в атмосфері появились в протерозої (1.5 млрд. р. назад), коли температура повітря досягла +50°С. Інтенсивна вулканічна діяльність безперебійно постачала в атмосферу не тільки водяну пару, але й вуглекислий газ, окис вуглецю, сірчаний газ, азот. В атмосфері був також метан, аміак.

Гіпотеза холодної Землі (О.Ю.Шмідта). За рахунок тепла внаслідок радіоактивного розпаду елементів формувалася одночасно з планетою і атмосфера.

Гіпотеза французького мікробіолога Л. Пастером (1822-1895рр.). Він вважав, що кисень в первинній атмосфері був відсутній. Атмосфера складалася з водню, гелію, азоту, аміаку і метану. Анаеробні організми.

Гіпотеза англійського біолога І. Хелден (20-ті роки ХХ століття). Первинна атмосфера складалася з вуглекислого газу, водяної пари та аміаку. Хімічні реакції, під впливом ультрафіолету, об'єднання речовин в складні молекули, які утворили основу для зародження перших органічних в первісних водоймах Землі.

А.І.Опарін - первинна атмосфера складалася з водяної пари, аміаку і метану.

 

П.Абельсон - вважав, що основними газами первинної атмосфери, були вуглекислий газ, водень і азот, які під дією ультрафіолетових променів вступали в реакцію між собою, що привело до появи первинних органічних сполук.

Утворення кисню.

Перша гіпотеза. Первинні форми життя стали причиною появи кисню, що став побічним продуктом фотосинтезу. Це могло статись близько 600 млн. років назад, коли температура повітря в середньому досягла +25°С.

Друга гіпотеза. Первинний кисень появився в результаті взаємодії сонячної радіації з молекулами атмосферної води - розчеплення молекули води на газоподібний водень і кисень, який поступово почали використовувати живі організми.

Бескман і Клопрієс - близько 500 млн. років назад вміст кисню - 8%, близько 350 млн. років - 12% і за 200-180 млн. років назад досяг теперішнього рівня - 21%. Одночасно відбувається різке зменшення вуглекислого газу з 15% до 0.036%.

Етапи становлення атмосфери

1. Відновлювальна атмосфера із аміаку, метану, водню і водяної пари. Утворені прості вуглеводні сполуки: молекули амінонокислот, цукру, азотні основи, що стали базою виникнення життя на Землі. Вільного кисню в атмосфері не було, а органічні сполуки існували в глибоких водоймищах.

2. Нейтральна атмосфера з великою кількістю вуглекислого газу і азоту.

3. Окислювальна атмосфера. Фотосинтез збагатив атмосферу вільним киснем і азотом. Вільний кисень сприяв утворенню озону, який захистив Землю від згубної дії ультрафіолетових променів. Це розширило область життя на Землі, що привело до подальшого зростання процесу фотосинтезу і сприяло збагаченню киснем атмосфери. На початку палеозою кисню в атмосфері було біля 1% його сучасної кількості, то в селурі - 10%.

Гіпотеза.

Метеоритна атмосфера. Енергія падіння на Землю метеорних тіл вже при радіусі Землі 0.5 сучасного достатня для того, щоб летючі компоненти, які випарувалися, залишилися у вигляді газів в атмосфері - СО₂, Н₂, Н₂О. Вважають, що етап посиленого метеорного бомбардування закінчився біля 4 млрд. років назад і до того часу або скоріше завершилось утворення атмосфери в результаті їх ударів.

 

Рідкі і тверді домішки

 

Тверді частинки (пороху і диму) в атмосфері - аерозолі. Їх кількісний вміст в повітрі є дуже мінливим. Над кожним кадратним сантиметром земної поверхні, в атмосферному стовпі повітря міститься 10 у 8-10 у 9 степені аерозолей, а їх загальна маса в атмосфері біля 10 у 8 степені тонн.

Аерозолі відіграють значну роль в багатьох процесах і явищах в атмосфері. Найдрібніші є ядрами, на яких відбувається конденсація водяної пари, добре поглинають сонячну радіацію і тим самим сприяють інтенсивному нагріванню повітря, а також впливають на його прозорість і видимість.

Аерозолі (рос. аэрозоли, англ. airsols, нім. Aerosole, Luftkolloide, aerosol Schwebstoffe) — дисперсні системи, що складаються з дрібних твердих або рідких частинок (дисперсна фаза) та дисперсійного газового середовища (напр., повітря) де зависли ці частинки.

Походження

Органічні аерозолі - пилок рослин, спорів, бактерій і грибків.

Антропогенні аерозолі - тверді частинки диму, сажі, попелу, краплини кислот, що попадають в повітря при спалюванні палива і лісових пожежах.

Космічні аерозолі - пил, що попадає в повітря з міжпланетного простору, при згоранні метеорів в атмосфері (щодоби - 3 тис. т в нижньому 100 км шарі повітря, а за рік біля 1млн. т.).