Атмосфера Химический состав атмосферы Диоксид углерода Водяной пар

Атмосфера Химический состав атмосферы Диоксид углерода Водяной пар Устойчивость атмосферы

Атмосфера Химический состав атмосферы Диоксид углерода l l l Содержание в атмосфере~0, 02÷ 0, 04% об. (2, 5· 1012 т. ) Содержание в гидросфере в растворенном состоянии ~ 1, 4· 1014 т. Содержание в литосфере в форме карбонатов ~5, 5· 1016 т. СО 2 распределён равномерно и практически не меняется с высотой. Динамика изменения содержания СО 2 в атмосфере (см. график)

Свойства диоксида углерода l l l Бесцветный газ, 1 v СО 2 растворяется в 1 v Н 2 О Раствор СО 2 в воде – угольная кислота : n. Н 2 О·СО 2 (Н 2 СО 3), слабая двухосновная кислота: Н 2 СО 3↔Н+ + НСО-3 k 1=2· 10 -4 НСО-3↔Н+ + СО-23 k 2=2, 3· 10 -8 Соли: карбонаты, гидрокарбонаты. Карбонаты щелочных металлов хорошо растворимы в воде: Са. СО 3 + СО 2 + Н 2 О→Са(НСО 3)2 Увеличение СО 2 в атмосфере в основном за счёт антропогенной деятельности : 1. 2. 3. 4. Самолёт за 7 часов полёта ~ 35 т. СО 2 Автомобиль 1 -1, 2 км. ~1 кг. СО 2 Поступление СО 2 в атмосферу 15÷ 30 млрд. т. /год. За последние 100 лет в атмосферу поступило 250 млрд. т. против 320 млрд. т. за все предыдущие годы.

Увеличение СО 2 в атмосфере по неясным причинам носит колебательный характер

Парниковый эффект. l Поглощение СО 2 длинноволновой части спектра солнечного излучения → изменение альбедо – отношение излучаемой Землёй и получаемой от Солнца энергии → увеличение температуры.

Парниковый эффект l l l Увеличение содержания СО 2 в атмосфере приведёт к вырастанию средней температуры на 1, 2 -2° Если уровень потребления топлива сохранится к 2050 году на сегодняшнем уровне температура возрастёт на 3° (за счёт глобального потепления поверхности Земли) Рио-де-Жанейро, 1992 год: 1. 2. 3. l Защита климатической системы Сотрудничество Стабилизация концентрации парниковых газов Киотский протокол

Водяной пар l Содержание водяного пара зависит от : 1. 2. 3. 4. l l Высоты Географической широты Времени года Погоды Основная масса водяных паров находится в тропосфере Водяные пары поступают в атмосферу: 1. 2. 3. С водной поверхности Из почвы Путём транспирации.

Водяной пар l l l Водяные пары поддерживают тепловой баланс Земли – альбедо Водяные пары циркулируют в атмосфере в глобальном цикле Жидкая Н 2 О в атмосфере: дымка, туман, облака, дождь Центры конденсации Н 2 О – аэрозоли: твёрдые или жидкие частицы, обладающие малыми скоростями осаждения и находящиеся во взвешенном состоянии Газо-жидкостный обмен на границе раздела фаз: растворение неорганических и органических загрязнителей

Содержание ионов в атмосферной влаге Ион Na+ Ca+2 Mg+2 K+ Мг/л 5, 1 4, 8 1, 7 HCO-3 0, 2 18, 2 SO-24 CL- NO-3 9, 2 5, 5 1, 7

Вблизи поверхности происходит диссоциация и ориентация ассоциированных молекул ( «вода в центре стакана другая, чем у его стенок» )

Устойчивость атмосферы Барометрический закон для сухого идеального газа в отсутствие трения и инерционных эффектов: d. P=-ρ(q/G)d. H (1) q- ускорение силы тяжести ρ- плотность атмосферы (предпологается постоянной) G- гравитационная постоянная l

Устойчивость атмосферы Первый закон термодинамики для замкнутой системы, состоящей из идеального газа: d. Q = d. U+d. W = d. U+Pd. V = Cpd. T-(1/ρ)d. P Для адиабатического процесса d. Q=0 → Cpd. T-(1/ρ)d. P (2) d. Q- количество передаваемого тепла U- внутренняя энергия системы W- работа, совершаемая системой Cp- удельная теплоёмкость системы при постоянном давлении l

Устойчивость атмосферы + (2)→ (d. T/d. H)адиаб. =g/G * 1/Cp Если пренебречь изменением g и Ср с высотой (Н), то для 18250 С имеем: g=9, 806 м/с2; G=1; Ср=1, 005 к. Дж/(кг·к) Гад. =(d. T/d. H)ад=+0, 0098 г рад/м=1 к/100 м Стандартный (нормальный) адиабатический вертикальный температурный градиент: Гст. =(-d. T/d. H)ст. =288217/11· 103=0, 0064 5 к/м (1)

Устойчивость атмосферы (1)→(2). В случае быстрого переноса элементарного объёма воздуха d. V вверх его состояние должно соответствовать стандартной адиабате, т. е. (·)Бс. Т=Т 1. В действительности будет соответствовать (·) В с Т=Т 2. Т. к. Т 1>Т 2, то в ρБ<ρВ и воздух будет продолжать двигаться вверх. (1)→(3). В случае быстрого переноса элементарного объёма воздуха d. V вниз его состояние должно соответствовать стандартной адиабате, т. е. (·) Д с Т=Т 3. В действительности будет соответствовать (·) Е с Т=Т 4. Т. к. Т 4>Т 3, т. е. в (·) Д плотность больше, объём d. V будет продолжать падать. Атмосфера неустойчива: любое возмущение в вертикальном направлении усиливается.

Устойчивость атмосферы Атмосфера безразличная: градиент температуры окружающего воздуха примерно равен адиабатическому вертикальному градиенту. Объём d. V, который сместиться относительно исходной высоты имеет ту же температуру, что и окружающий воздух на новой высоте → отсутствует побудительная причина для любого дальнейшего вертикального перемещения.

Атмосфера устойчива – атмосферная инверсия