Физика атмосферы Строение атмосферы Земли АТМОСФЕРА —

Физика атмосферы Строение атмосферы Земли

АТМОСФЕРА - воздушная оболочка Земли Современная земная атмосфера образовалась из газов, выделенных твёрдой оболочкой Земли (литосферой) после сформирования планеты

Стадии формирования земной атмосферы Первичная атмосфера Состав: водород и гелий Активная вулканическая деятельность Вторичная атмосфера Состав: водяной пар, примесь углекислого газа, аммиака Вся гидросфера в составе атмосферы; круговорот воды: пар – осадки – пар; поверхность Земли раскалена Третичная атмосфера Состав: азот и углекислый газ, примесь водяного пара Образование речной сети и водоемов; химические реакции под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов Четвертичная атмосфера Фотосинтез, установление равновесия кислорода, развитие гетеротрофных организмов и вулканической деятельности

Эволюция земной атмосферы

Состав атмосферы Молекулярная масса, а. е. м. Объемное содержание, % Число молекул на 1 см 2 вертикального столба N 2 28. 0134 78. 084± 0. 004 1. 678· 1025 O 2 31. 998 20. 946± 0. 002 4. 501· 1024 Ar 39. 948 0. 934± 0. 001 2. 007· 1023 CO 2 44. 009 0. 030± 0. 003 7. 09· 1021 Ne 20. 179 (1. 818± 0. 004)10 -3 3. 89· 1020 He 4. 0026 (5. 24± 0. 004)10 -4 1. 13· 1020 CH 4 16. 043 ~2. 2· 10 -4 - Kr 83. 80 (1. 14± 0. 01)10 -4 2. 45· 1019 NO 2 46. 005 (0. 5± 0. 1)10 -4 - H 2 2. 0158 ~0. 5· 10 -4 - Xe 131. 30 (8. 7± 0. 1)10 -6 1. 87· 1018 Озон - (0 - 0. 07)10 -4 - Сухой воздух 28. 966 100, 0 2. 149· 1025 Веществ о

Состав воздуха

Состав атмосферы Вещество Молекулярная масса, а. е. м. Объемное содержание, % Число молекул на 1 см 2 вертикального столба N 2 28. 0134 78. 0 1. 678· 1025 O 2 31. 998 20. 9 4. 501· 1024 Ar 39. 948 0. 9 2. 007· 1023 CO 2 44. 009 0. 030 7. 09· 1021 Ne 20. 179 1. 81*10 -3 3. 89· 1020 He 4. 0026 5. 24*10 -4 1. 13· 1020 CH 4 16. 043 ~2. 2*10 -4 - Kr 83. 80 1. 14*10 -4 2. 45· 1019 NO 2 46. 005 0. 5*10 -4 - H 2 2. 0158 ~0. 5*10 -4 - Xe 131. 30 8. 7*10 -6 1. 87· 1018 Озон - 0. 0710 -4 - Сухой воздух 28. 966 100 2. 149· 1025

Атмосферы других планет МАРС ЮПИТЕР ВЕНЕРА Очень тонкая, и ее давление крайне невелико. В основном она состоит из углекислого газа с примесью азота. На поверхности Марса нет воды, но полюса, планеты покрыты ледяными шапками. Температура на Марсе очень низка: — 29°С в дневное время суток и — 85°С в ночное. Представляет собой гигантскую массу завихряюшихся газов, в центре которой находится твердое ядро планеты. Этими газами являются, в первую очередь, водород и гелий. Температура на планете, как полагают, очень низкая, не выше — 130°С. Очень плотная, и ее давление более чем в 90 раз превышает земное. Атмосфера состоит, главным образом, из углекислого газа, который не позволяет теплу покидать поверхность Венеры, температура которой разогревается до 475°С. Венера окружена сплошным облачным покровом, содержащим мельчайшие капельки серной кислоты. Иногда эти капельки выпадают в виде дождя, но не успев достигнуть поверхности планеты, испаряются и вновь образуют облака.

Планета Солнечной системы Значение Масса Значение g, Н/кг планет, силы m, кг тяжести F, Н Средняя плотность вещества р, г/см 3 Меркурий 3, 70 3, 3*1023 5, 4 Венера 8, 76 4, 9*1024 5, 2 Земля 9, 78 6*1024 5, 5 Марс 3, 76 6, 4*1023 4, 0 Юпитер 23, 50 1, 9*1027 1, 3 Сатурн 9, 06 5, 68*102 0, 6 Уран 9, 80 8, 69*102 1, 3 Нептун 13, 47 1, 02*102 1, 6 6 5 6

С Т Р О Е Н И Е А Т М О С Ф Е Р Ы

Изучение атмосферы 11 16 10 14 15 17 12 6 9 8 13 5 1 4 3 7 2 1 -максимальная высота гор. 2 - облака слоистые. 3 -облака кучевые. 4 - облака перистые. 5 - облака перламутровые. 6 - облака серебристые. 7 - стратостат "Осоавиахим". 8 - радиозонд. 9 - метеоракета. 10 - геофизическая ракета. 11 - метеоспутник. 12 - звуковые волны. 13 -средние волны. 14 - короткие волны. 15 - полярные сияния. 16 - полярные сияния в верхней ионосфере. 17 - метеоры. 18 - слой озона

Основные слои атмосферы

Тропосфера – нижний слой атмосферы Земли. В тропосфере находятся наиболее плотные слои воздуха. Можно сказать, что на тропосферу приходится около 70 -75 % всей массы атмосферы. Тропосфера является самым деятельным слоем атмосферы. В ней формируются все явления погоды. Большая активность тропосферы объясняется тем, что, прилегая к земной поверхности, она находится непосредственно под ее влиянием. Физические свойства тропосферы определяются воздействием на нее земной поверхности. В тропосфере температура падает с высотой, так как нижние слои тропосферы нагреваются вследствие контакта с нагретой солнцем земной поверхностью. С высотой по мере удаления от земной поверхности воздух становится холоднее. В среднем температура в тропосфере понижается на 0, 6 на 100 м. В тропосфере происходит особенно резко выраженное перемешивание по вертикали. Это вертикальное перемешивание играет основную роль в тропосфере. Оно определяет высоту тропосферы и распределение в ней тепла и создает неизменный состав воздуха во всей толще тропосферы.

Стратосфера Выше тропосферы расположена стратосфера. Для стратосферы характерно изотермическое распределение температуры в нижней ее части и повышение температуры с высотой на 0, 28 /100 м – в верхней. В слое 20 -25 км расположен максимум концентрации озона, хотя повышенное его содержание наблюдается практически по всей стратосфере на высотах 10 -50 км, так что стратосфера практически совпадает с озоносферой. Повышенная по сравнению с верхней тропосферой температура стратосферы обусловлена тем, что озон интенсивно поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца.

Мезосфера В мезосфере температура понижается с высотой на 0, 35 на каждые 100 м подъема примерно от 0 С на нижней границе до ‑ 90 С – на верхней. Термосфера расположена между высотами 800 км. На высоте около 100 км температура переходит через 0 o, в слое 150 -200 км она доходит до 500 o, а на высоте 500 -600 км превышает 1500 o. По данным искусственных спутников Земли, в верхней термосфере температура достигает почти 2000 o и в течение суток значительно колеблется. Такая высокая температура объясняется большими скоростями движения молекул и атомов, здесь происходят значительные суточные колебания температуры. На температуру в термосфере сильно влияет радиация Солнца.

Ионизация в термосфере Наиболее интересная особенность термосферы – ионизация. Газы находятся в ней большей частью в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, обладающих большой энергией, от нейтральных атомов и молекул воздуха отщепляются электроны. Атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов, приобретают положительный заряд, а свободный электрон может снова присоединиться к нейтральному атому или молекуле и наделить их своим отрицательным зарядом. При большой концентрации ионов газы становятся электропроводящими. Заряженные частицы солнечного излучения - корпускулы - под влиянием магнитного поля Земли отклоняются в сторону высоких широт. Войдя в атмосферу, корпускулы усиливают ионизацию газов настолько, что начинается свечение газов. Так возникают полярные сияния - в виде красивых многокрасочных полос, дуг, занавесей, загорающихся в ночном небе, преимущественно в высоких широтах Земли. Если полярные сияния сопровождаются сильными магнитными бурями, их можно увидеть в умеренной зоне и даже в субтропиках и тропиках. Обычно полярные сияния бывают на высоте около 100 км, но нередко достигают нескольких сотен километров.

Ионосфера Особо выделяют слой, называемый ионосферой. Она простирается от уровня 50 -80 км до высоты около 400 км, то есть охватывает мезосферу и термосферу, и характеризуется относительно высокой концентрацией положительных ионов и свободных электронов, которые вместе с нейтральными частицами образуют ионизированную плазму с большой электропроводностью, в 1010 раз большей, чем вблизи земной поверхности. Причиной ионизации в ионосфере является воздействие ультрафиолетовой, рентгеновской и корпускулярной радиации Солнца, а также галактических космических лучей. Огромна роль этого слоя для распространения радиоволн в земной атмосфере, для осуществления коротковолновой радиосвязи.

Экзосфера Слои атмосферы, начиная примерно с 500 км, из которых происходит утечка (ускользание) газов в мировое пространство, называют экзосферой. Экзосфера - самая верхняя, сильно разреженная часть атмосферы - сфера рассеяния. Температура в ней возрастает предположительно до 2000 o. Околоземное пространство за пределами атмосферы, как показали исследования, заполнено заряженными частицами. Там существуют внутренняя и внешняя зоны радиации. Их границы изменяются в зависимости от солнечной активности. При ее усилении, т. е. когда на Солнце появляются пятна и струи газа, возрастает поток космических частиц, которые и питают радиационные зоны Земли.

ОРБИТЫ атмосферных частиц в экзосфере.

Диссипация атмосфер планет — потеря газов атмосферой планет вследствие их рассеяния в космическое пространство. Основным механизмом потери атмосферы является термальный — тепловое движение молекул, из-за которого молекулы газов, находящиеся в сильно разреженных внешних слоях атмосферы, приобретают скорость, превышающую критическую скорость ускользания, и поэтому могут уйти за пределы поля тяготения планеты. Устойчивой считается атмосфера, средняя скорость молекул которой не превышает 0, 2 критической. В качестве критической скорости ускользания выступает вторая космическая скорость. Средняя скорость молекул газа напрямую зависит от температуры, но скорость отдельных молекул постоянно меняется, поскольку они сталкиваются друг с другом, передавая кинетическую энергию. Диссипация атмосферы имеет большое значение для планеты, так как при её потере на поверхности изменяется климат, в том числе снижается парниковый эффект — увеличиваются суточные и сезонные колебания температуры. Марс, имея меньшую, чем Земля, силу притяжения из-за диссипации атмосферы потерял бо льшую часть своей атмосферы и воды. Земля же практически не имеет в своей атмосфере легкого гелия, этот газ был открыт в солнечном спектре.

К вопросу о критической скорости ускользания молекул газов из атмосфер планет Анализ первой и второй космической скорости по Исааку Ньютону: Снаряды A и B падают на Землю. Снаряд C выходит на круговую орбиту, D — на эллиптическую. Снаряд E улетает в открытый космос по параболической траектории. (Все траектории, как видно, являются коническими сечениями. ) Отдельные молекулы с высокой кинетической энергией могут иметь скорости, превышающие скорость ускользания, и на уровне атмосферы, где длина свободного пробега сравнима со шкалой высот, могут покидать атмосферу. Более массивные молекулы газа при равной температуре газа и, соответственно, равной средней кинетической энергии имеют меньшую среднюю скорость, и поэтому они имеют меньшую вероятность покинуть атмосферу.

Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость освобождения, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела и покидания замкнутой орбиты вокруг него. Предполагается, что после приобретения телом этой скорости оно более не получает негравитационного ускорения (двигатель выключен, атмосфера отсутствует). Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела, поэтому она своя для каждого небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой. Для Земли вторая космическая скорость равна 11, 2 км/с. Тело, имеющее около Земли такую скорость, покидает окрестности Земли и становится спутником Солнца. Для Солнца вторая космическая скорость составляет 617, 7 км/с. Параболической вторая космическая скорость называется потому, что тела, имеющие при старте скорость, в точности равную второй космической, движутся по дуге параболы относительно небесного тела. Однако, если энергии телу придано чуть больше, его траектория перестает быть параболой и становится гиперболой; если чуть меньше, то она превращается в эллипс. В общем случае все они являются коническими сечениями.

Почему у Луны нет атмосферы?

На 1 см 2 площади атмосфера давит с силой 10, 33 Н а на 1 м 2 — уже 103, 33 Н Задача: определить силу с которой атмосфера давит на плечи человека, на ладонь

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!