Введение
Уже на раннем этапе своего существования планета Земля имела свою атмосферу.
Самая распространенная теория гласит, что атмосфера Земли пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), которые были захвачены из межпланетного пространства. Это была, так называемая, первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад).
На следующем этапе, из-за вулканической деятельности, произошло «насыщение» атмосферы другими газами (кроме водорода): углекислым газом, аммиаком и водяным паром. Так, около трех миллиардов лет назад, образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была восстановительной. [7]
Далее на процесс образования атмосферы оказали влияние два основополагающих фактора:
o утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное
пространство;
o химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, которая характеризовалась меньшим содержанием водорода и гораздо большим содержанием азота и углекислого газа.
Рассмотрим подробнее, что входит в понятие «атмосферы Земли».
Состав атмосферы
| Газ | Содержание по объёму, % | Содержание по массе, % |
| Азот | 78,084 | 75,50 |
| Кислород | 20,946 | 23,10 |
| Аргон | 0,932 | 1,286 |
| Вода | 0,5-4 | — |
| Углекислый газ | 0,0387 | 0,059 |
| Неон | 1,818×10−3 | 1,3×10−3 |
| Гелий | 4,6×10−4 | 7,2×10−5 |
| Метан | 1,7×10−4 | — |
| Криптон | 1,14×10−4 | 2,9×10−4 |
| Водород | 5×10−5 | 7,6×10−5 |
| Ксенон | 8,7×10−6 | — |
| Закись азота | 5×10−5 | 7,7×10−5 |
Азот
Азот (N) является главным элементом земной атмосферы. Азот – главная составная часть воздуха (78%) В первую очередь, он играет роль разбавителя кислорода, регулирует темп окисления, а, следовательно, скорость и напряженность биологических процессов.
Азот относительно тяжел, нерастворим в воде и химический инертен. Практически не уходит из атмосферы.
Азот встречается в воздухе, в водах рек, морей и океанов (а именно, в микроорганизмах планктона и водорослях), он также обнаружен в составе газовых облаков комет, в туманностях и в атмосфере Солнца. (6 слайд)
Азот входит в состав всех живых организмов. В небольших количествах содержится в каменном угле и нефти. Он оказывает огромное влияние на жизнедеятельность растений и животных: в белках его до 17%, в организме человека в целом около 3%.
Азот участвует в круговороте веществ в природе. Он содержится в газах вулканического происхождения и в изверженных горных породах. [11]
Кислород
Содержание кислорода (O2) в атмосфере Земли – 21%. Он используется живыми организмами для дыхания, входит в состав органического вещества (белки, жиры, углеводы).
Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. И наличие большой массы свободного (несвязанного) кислорода в современной атмосфере представляется парадоксальным явлением. Парадокс этот находит объяснение в захоронении органического углерода в процессе фотосинтеза растений. Атмосфера питает кислородом воды океанов, озёр и рек. Специфическая функция кислорода – окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокислённых газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мёртвого органического вещества. (7 слайд)
Подсчёты показывают, что в результате фотосинтеза в атмосферу ежегодно поступает 20 * 1016г кислорода. При общем его содержании в атмосфере 1,2 * 1021 г. время одного оборота массы О2 в атмосфере равно примерно 6 тыс. лет. [10]
Кислород является вторым по распространению газом. Исследования показывают, что кислород в атмосфере Земли обновляется в течение 3-4 тыс. лет, т.е. кислород по своей сути – довольно мобильный компонент газовой оболочки.
На ранних этапах развития Земли свободный кислород возникал в очень малых количествах в результате фотодиссоциации (химической реакции, при которой химические соединения разлагаются под действием фотонов электромагнитного излучения) молекул углекислого газа и воды в верхних слоях атмосферы. Однако количество свободного кислорода стало возрастать и в итоге стало сбалансированным, вследствие появления в океане автотрофных и фотосинтезирующих организмов. [4]
Углекислый газ
Углекислый газ (CO2) идет на образование живого вещества, а вместе с водяным паром создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».
Значение углерода в биосфере очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов.
Миграция СО2 в биосфере протекает двумя способами. Поглощение СО2 происходит преимущественно в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении в литосфере в виде торфа, угля, нефти, горючих сланцев. (8 слайд)
Также на круговорот и миграцию углерода сильное влияние оказывает массовое сжигание ископаемого топлива и возрастание его содержания в современной атмосфере.[11]
Время пребывания – 4 года.
Аргон
Аргон (Ar) – третий по распространению газ. Большая часть аргона атмосферы поступила из недр Земли на самых ранних этапах ее развития и значительно меньшая часть добавилась впоследствии во время вулканических извержений, по трещинам в земной коре в виде газовых струй, а также при выветривании горных пород. [10] (9 слайд)
Водяной пар
В нижних 20 км содержится водяной пар. В отличие от других газов содержание водяного пара во влажном воздухе не постоянно и зависит от температуры воздуха и характера подстилающей поверхности. Его содержание у земной поверхности колеблется в среднем от 0,2% в полярных широтах до 2,5% в экваториальных. [9]
При оценке водяного пара следует иметь в виду, что он:
1) поддерживает парниковый эффект, так как задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности;
2) представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги;
3) влияет на климат, повышая температуру воздуха при конденсации водяных паров. (10 слайд)
Соотношение газов в сухом воздухе в тропосфере почти не изменяется с высотой. Что касается водяного пара, то его процентное содержание с высотой уменьшается.
Таким образом, следует отметить, что первичная атмосфера Земли состояла главным образом из водяных паров, водорода и аммиака. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца водяные пары разлагались на водород и кислород. Водород уходил в космическое пространство, кислород вступал в реакцию с аммиаком и образовывались азот и вода.
В начале геологической истории Земля создала вторичную собственную углекислую атмосферу. Углекислый газ поступал из недр в процессе сильных вулканических извержений. А с появлением зеленых растений кислород стал поступать в атмосферу в результате разложения углекислого газа при фотосинтезе, и состав атмосферы принял современный вид.[14]
Атмосфера городов
«Атмосфера в городах» - образное выражение. Есть атмосфера 3емли, и это несколько другое понятие. Это газовая оболочка Земли, в которой человек может спокойно дышать только в тонком слое приземного воздуха – в пределах 2 тыс. метров над уровнем моря. Качество городского воздуха существенно отличается от воздуха в незаселенных или малозаселенных местах. В природных ландшафтах, будь то лес, луг, поле, море, всем легко дышится, а в городе порой не очень. При этом проблема чистого воздуха в городах становится все острее. В первую очередь это происходит из-за транспорта: выхлопные газы автомобилей, какой бы бензин ни использовали, содержат токсичные газы, в том числе окись углерода. Любая промышленность, любая труба в выбросах имеет вредные газы и газообразные соединения. К ним относятся окись углерода, окислы азота, сероводород, метан и многие другие газы и токсичные летучие соединения (15 слайд).
Насколько сильно человеческое население Земли влияет на ее атмосферу, в настоящее время мы не можем оценить точно, так как нет точек для сравнения. Численность человеческого населения Земли и технический прогресс резко возросли только в последние 100 с небольшим лет. Кроме того, в атмосфере происходит перемешивание, перенос воздушных потоков, какие-то газы достигают верхних слоев атмосферы, в частности метан, который способствует образованию озоновых дыр. Возможно, процессы загрязнения атмосферы оказывают глобальное влияние на жизнь людей, в частности на климат. Но если вернуться к более или менее локальным загрязнениям, если можно называть загрязнение воздуха большого города локальным, то проблема оказывается достаточно большой, так как речь идет о здоровье людей. [3]
Изменения в атмосфере, вызываемые деятельностью человека, значительны, хотя иногда и неуловимы в глобальном масштабе. Наиболее ярко они выражены в атмосфере городов, поэтому протекающие здесь химические процессы необходимо рассмотреть отдельно.
В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, называемые первичными загрязнителями, например, дым. Однако многие соединения подвергаются реакциям в атмосфере, как из предыдущего раздела. Продукты таких реакций называются вторичными загрязнителями. Таким образом, многие первичные загрязнители могут вступать в реакции с образованием вторичных. Именно различие между первичным и вторичным загрязнением лежит в основе понимания разницы между двумя отдельными типами загрязнения воздуха, оказывающими влияние на наиболее крупные города.
Пример первичного загрязнения – смог Лондона. Загрязнение воздуха городов происходит в основном в результате процессов сгорания. В древности такие города, как Рим, испытывали затруднения из-за загрязнений, связанных с древесным дымом. Однако именно переход к сжиганию ископаемого топлива привел к возникновению проблем, обусловленных загрязнением воздуха. Жители Лондона сжигали уголь с XIII в. Беспокойство и желание отрегулировать этот процесс возникли почти сразу из-за ощутимого и весьма странного запаха, с которым, по мнению горожан, могли быть связаны заболевания. (16 слайд)
Топливо, за исключением специфического применяемого в ракетной технике, где иногда используются азот, алюминий и даже бериллий, как правило, состоит из углеводородов. [1]
Опишем обычный процесс сгорания топлива «СН4» согласно уравнению:
«СН4» + 5O2 (г) = CO2 (г) + 2Н2O (г),
где «СН4» — обозначение органического топлива. Этот процесс на первый взгляд не кажется опасным, поскольку ни CO2, ни вода не являются слишком токсичными. Рассмотрим теперь ситуацию, когда во время сжигания имеет место недостаток кислорода, что может случиться внутри двигателя или котла. В таком случае уравнение можно записать в виде
«СН4» + 3O2(г) = 4СО(г) + 2Н2O(г)
Здесь образуется оксид углерода СО — ядовитый газ. Если кислорода еще меньше, можно получить углерод (сажу):
«СН4» + O2(г) = 4С(г) + 2Н2O(г)
При низких температурах и в случае относительно небольшого количества кислорода реакции пиролиза (разрушения в результате нагревания) могут вызвать изменения в расположении атомов, приводящие к образованию полициклических ароматических углеводородов в процессе сжигания. Наиболее печально известен бенз[а]пирен – соединение, вызывающее рак. [5] (17 слайд)
Таким образом, несмотря на то, что сжигание топлива первоначально кажется безвредным, оно может привести к образованию ряда загрязняющих соединений углерода. При создании первых паровых двигателей инженеры полагали, что избыток кислорода будет способствовать преобразованию всего углерода в СO2, поэтому приняли философию «сжигания своего собственного дыма», но результат имел лишь ограниченный успех.
Пример вторичного загрязнения — смог Лос-Анджелеса. Переход в XX в. к видам топлива, получаемым из бензина, из-за их высокой летучести привел к возникновению совершенно нового вида загрязнения воздуха. Автотранспорт как важнейший потребитель жидкого топлива стал основным источником загрязнения воздуха в настоящее время. Однако загрязнители, которые действительно вызывают проблемы, не выбрасываются автотранспортом. Они скорее всего образуются в атмосфере в результате реакций первичных загрязнителей, таких как NO, с несгоревшим топливом, поступающим непосредственно из двигателей автомобилей. Химические реакции, приводящие к образованию вторичных загрязнителей, протекают наиболее интенсивно при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение воздуха называется фотохимическим смогом. (18 слайд)
Хотя традиционно загрязнение воздуха и смог считали тесно взаимосвязанными, всегда находились исследователи, полагавшие, что не только дым влияет на загрязнение воздуха. Рассмотрим, как примеси в топливе приводят к появлению других загрязнителей. Тот факт, что топливо сжигается не в O2, а в воздухе, также чрезвычайно важен. Известно, что воздух является смесью O2 и N2. При высокой температуре пламени молекулы в воздухе могут распадаться, и даже молекулы сравнительно инертного N2 подвергаются превращениям:
О(г) + N(г) = NO(г) + N(г)
N(г) + О2 (г) = NO(г) + O(г)
Далее идет цепная реакция, дающая в сумме процесс:
N2 (г) + O2 (г) = 2NO(г)
2NO(г) + О2 (г) = 2NO2 (г)
Приведенные уравнения показывают, как оксиды азота образуются в пламени. Они появляются, потому что топливо сжигается скорее в воздухе, нежели только в O2. Кроме того, некоторые виды топлива содержат дополнительные соединения азота в виде примесей, и в результате продукты сгорания этих примесей служат дальнейшим источником оксидов азота смеси NO и NO2. [1] (19 слайд)
Окисление оксида азота в смоге дает диоксид азота — бурый газ. Этот цвет означает, что газ поглощает свет, фотохимически активен и претерпевает диссоциацию
NO2 (г) + hv = O(г) + NO(г)
Таким образом, вновь возникает оксид азота и одиночный и реакционно-способный атом кислорода, который может вступать в реакции с образованием O3:
О(г) + O2 (г) = O3 (г)
Озон – загрязнитель, который является последствием фотохимического смога. Однако O3 не выбрасывается автомобилями или любым основным загрязнителем – это вторичный загрязнитель.
Летучие органические соединения, высвобождаемые вследствие использования видов топлива на основе бензина, способствуют превращению NO в NO2. Эти реакции очень сложны, но их можно упростить, взяв элементарную органическую молекулу, например, СН4, для описания выхлопов автотранспорта:
СН4 (г) + 2O2 (г) + 2NO = H2O (г) + НСНО (г) + 2NO2 (г) (20 слайд)
В этой реакции происходят два процесса. Во-первых, образуется NO2, во-вторых, углеводород топлива окисляется до альдегида, точнее, до формальдегида НСНО. Альдегиды раздражают глаза и при высоких концентрациях канцерогенны. Уравнение упрощенно показывает чистые реакции, протекающие при фотохимическом смоге.
Как сделать воздух чище?
Уменьшить загрязнение атмосферы позволяет внедрение на производстве технологий, снижающих объём выбросов. В сфере теплоэнергетики следует делать ставку на альтернативные энергоисточники: строить солнечные, ветряные, геотермальные, приливные и волновые электростанции. На состоянии воздушной среды позитивно сказывается переход к комбинированной выработке энергии и тепла.
В борьбе за чистый воздух важным элементом стратегии является комплексная программа по утилизации отходов. Она должна быть направлена на уменьшение количества мусора, а также его сортировку, переработку или повторное использование. Городское планирование, нацеленное на улучшение среды, в том числе и воздушной, предполагает совершенствование энергоэффективности зданий, строительство велосипедной инфраструктуры, развитие скоростного городского транспорта. [8] (26 слайд)
Заключение
Атмосфера – это газовая оболочка, которая окружает Землю. Наличие атмосферы – одно из самых важных условий жизни на планете. Без еды человек может обходиться месяц, без воды — неделю, а без воздуха не проживет и нескольких минут.
Атмосфера – это элемент глобальной экосистемы. Она несет за собой ряд важнейших функций:
§ защищает живые организмы от разрушительного влияния космических излучений и ударов метеоритов;
§ регулирует сезонные и суточные колебания температуры (если бы на Земле не существовало атмосферы, то суточные колебания температуры достигали бы ± 200 °С);
§ предопределяет ряд сложных экзогенных процессов (выветривание горных пород, деятельность естественных вод, мерзлоты, ледников и тому подобное);
§ способствует регулированию климата Земли;
§ поглощает солнечную радиацию;
§ пропускает тепловое излучение Солнца;
§ сохраняет тепло;
§ является средой распространения звука;
§ является источником кислородного дыхания;
§ способствует формированию влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков. (27 слайд)
Погода и климат оказывают непосредственное влияние на жизнь и деятельность человека. Неисчислимы бедствия, наносимые разбушевавшейся стихией. Снежные заносы, метели, ураганные ветры, ливни, грозы, градобития, засухи, суховеи, пыльные бури и много других опасных явлении погоды порой надолго выводят из строя большие хозяйственные объекты, нарушают установившийся порядок и ритм жизни целых городов и сёл.
Поэтому понятен тот возрастающий интерес и внимание, которое уделяется изучению и познанию причин, определяющих развитие различных атмосферных процессов, и особенно опасных явлений погоды. При этом человек стремится не только познать, но и научиться правильно предвидеть ожидаемый характер погоды в течение различных промежутков времени и с различной заблаговременностью. (28 слайд)
Изучение и правильное объяснение развивающихся в атмосфере процессов потребовало длительных и напряжённых усилий человечества. Прошло много времени с тех пор, как люди, избавившись от суеверного страха, перестали видеть в грозных явлениях погоды проявление могущества сверхъестественных сил и начали пытливо следить за её изменениями. Постепенно овладевая тайнами природы и выявляя зависимости между различными явлениями погоды, они стремились определить причины, порождающие эти явления, и установить связь их с физическими законами, т. е. создать науку об атмосфере и процессах, в ней происходящих. Эта наука получила название метеорология или физика атмосферы.
Глоссарий
Абсолютная влажность воздуха — количество водяного пара, содержащееся в 1 м3 воздуха (в граммах на кубический метр).
Амплитуда колебаний температур — разница между самой низкой и самой высокой температурами воздуха за определённый промежуток времени (сутки, месяц, год и т.д.).
Атмосфера — воздушная оболочка земного шара, вращающаяся вместе с ней под действием силы тяжести.
Атмосферное давление — сила, с которой воздух давит на земную поверхность.
Атмосферные осадки — это влага, выпадающая в виде дождя, снега, града или образующаяся в виде росы, инея, изморози.
Барометр — прибор для измерения атмосферного давления.
Бризы — ветры прибрежной зоны, дующие днём с моря на сушу, ночью — с суши на море.
Влажность воздуха – содержание водяного пара в воздухе, основные характеристики влажности – упругость водяного пара и относительная влажность.
Ветер — движение воздуха в горизонтальном направлении из мест высокого давления в места низкого давления.
Воздух – естественная смесь газов, составляющая атмосферу Земли. У земной поверхности воздух, как правило, содержит водяной пар; его содержанием определяется влажность воздуха. Без учета водяного пара у земной поверхности воздух состоит из азота, кислорода, аргона и углекислого газ.
Гигрометр — прибор для определения влажности воздуха.
Климат — многолетний режим погоды в данной местности.
Мезосфера – средний слой атмосферы, лежащий над стратосферой на высотах от 50 до 80-85 км. Мезосфера характеризуется понижением средней температуры с высотой от 0 град.
Метеорология — наука, изучающая изменения основных показателей состояния погоды.
Муссоны — сезонные ветры, дующие зимой с суши на море, летом — с моря на сушу.
Облака – продукт конденсации водяных паров.
Осадки – продукт выделения облаков.
Осадкомер — прибор для измерения количества атмосферных осадков.
Относительная влажность воздуха — отношение фактического содержания водяного пара в воздухе к возможному при данной температуре (в процентах).
Воздушные массы — большой объём воздуха с примерно одинаковыми свойствами: температурой, влажностью, количеством пыли. Формируются в тропосфере.
Парниковые газы – газообразные составляющие атмосферы природного, или антропогенного происхождения, которые поглощают и переизлучают инфракрасное излучение.
Погода — состояние нижнего слоя тропосферы (температуры, давления, осадков, направления и силы ветра и др.) в определенной местности в определённое время.
Стратосфера — слой атмосферы между тропосферой и верхними слоями атмосферы (до 50-55 км).
Термосфера – слой верхней атмосферы над мезосферой (в среднем от 80 до 300-800 км).
Тропосфера — нижний, самый плотный слой атмосферы (высота над экватором — 16-18 км, над полюсами — 8-10 км). В тропосфере сосредоточено 80% всей массы воздуха и водяного пара.
Циклон — вихревое движение атмосферного воздуха с низким давлением в центре. Воздух движется в Северном полушарии от окраин к центру против часовой стрелки, в Южном — наоборот. Сопровождается облачной погодой с осадками, резкой сменой температуры.
Экзосфера – внешний слой атмосферы выше 800-1000 км, характеризующийся сильной разреженностью воздуха.
Список литературы
1. Хаханина, Т. И. Химия окружающей среды: учебник для академического бакалавриата / Т. И. Хаханина, Н. Г. Никитина, Л. С. Суханова ; под ред. Т. И. Хаханиной. — 2-е изд., пер. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2016. — 215 с.
2. Кормилицын, В. И. Основы экологии: учеб. пособие для вузов / В. И. Кормилицын, М. С. Цицкишвили. — М. : Интерстиль, 1997.
3. Корте, Ф. Экологическая химия. Основы и концепции: учеб. пособие для вузов / Ф. Корте. — М .: Мир, 1997.
4. Новиков, Ю. В. Экология, окружающая среда и человек: учеб. пособие для вузов, средних школ и колледжей / Ю. В. Новиков — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : ФАИРПРЕСС, 2003.
5. Реймерс, Н. Ф. Природопользование: словарь-справочник / Н. Ф. Реймерс. — М .: Мысль, 1990.
6. Фелленберг, Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: учеб. пособие для вузов / Г. Фелленберг. — М .: Мир, 1997.
7. Рассел, Джесси Атмосфера Земли / Джесси Рассел. - М.: Книга по Требованию, 2012. - 902 c
8. Атмосфера земли. - М.: Культурно-просветительной литературы, 1980. - 424 c.
9. Седунов, Я.С. Атмосфера / Я.С. Седунов. - М.: [не указано], 1991. - 629 c.
10. https://NauchnieStati.ru/primery/referat-na-temu-atmosfera-zemli/
11. https://pandia.ru/text/80/685/91578.php
12. http://cozyhomestead.ru/Rastenia_83860.html
13. http://reftop.ru/referat-proveril-docent-kandidat-tehnicheskih-nauk-teplyakov-y.html
14. https://xreferat.com/112/1431-1-atmosfera.html
15. http://www.tatarmeteo.ru/assets/files/Ezhegodnyj-obzor-o-kachestve-atmosfernogo-vozduha-za-2016.pdf
Контрольные вопросы
1. Каково строение атмосферы?
2. Что происходит в слоях атмосферы?
3. Какие раздражения и боль вызывают кислородосодержащие соединения типа альдегидов?
4. Кому принадлежит заслуга установления сложной термической структуры атмосферы? Что он обнаружил?
5. Растворимость газов в жидкостях рассматривается обычно как равновесный процесс, подчиняющийся закону кого? Напишите этот закон.
6. Какое приблизительное время пребывания кислорода в атмосфере?
7. Чем важен озоновый слой в атмосфере?
8. В каком слое атмосферы расположен газ озон?
9. Преимущества и недостатки дизельного транспорта в атмосфере?
10. Назовите геохимические источники микропримесей.
Ответы на контрольные вопросы
1. Толщина воздушной оболочки Земли более 2000 км. Атмосфера подразделяется на 5 больших слоев - тропосферу (нижний, толщиной 15 км), стратосферу (имеет толщину 40 км), мезосферу (толщина 30 км), термосферу и экзосферу.
2. Нижний слой атмосферы - тропосфера. Здесь зарождается большинство бурь и ураганов, а циркуляция воздуха постоянно приводит в движение облака.
В стратосфере – царит почти полное затишье, поэтому именно в стратосфере летают реактивные самолеты, избегая турбулентных потоков нижнего слоя.
В холодной мезосфере происходит сгорание метеорных частиц.
Последние слои земной атмосферы состоят из чрезвычайно разряженного и электрически заряженного воздуха, где происходят в прямом смысле слова небесные явления - полярные сияния.
3. Кислородосодержащие соединения типа альдегидов вызывают раздражение глаз, носа и горла, а также головную боль.
4. Тейсерен де Бор. Он обнаружил изменение хода температуры воздуха при метеорологическом зондировании атмосферы до высоты 15 км.
5. Закон Генри.
Cраств = Kh * P газ , где Cраств – концентрация газа в растворе, моль *л-1 ; P газ – парциальное давление газа, атм; Kh – константа Генри, моль * л-1 * атм-1.
6. Время пребывания кислорода в атмосфере составляет 5000 лет.
7. Озоновый слой в стратосфере важен тем, что он поглощает определённый диапазон солнечного излучения. Сама земля тоже испускает излучение в инфракрасном спектре. Так вот часть этого излучения тоже задерживается озоном, тем самым, предохраняя планету от охлаждения. Главной функцией озона является защита человека и всей биосферы планеты от жёсткого ультрафиолетового излучения с длинами волн от 250 до 320 нм.
8. Озоновый слой находится в стратосфере.
9. Преимущества дизельного топлива состоит в том, что оно не содержит свинца. Однако процесс подачи топлива в дизельные двигатели таков, что топливо распыляется в них в виде капелек. Капельки не всегда полностью сгорают, в результате чего дизельные двигатели могут выделять большое количество дыма. Дизельное топливо не только существенно загрязняет городской воздух, его частички богаты канцерогенными полиароматическими углеводородами.
10. Самые мощные геохимические источники – это переносимая ветром пыль и морские брызги, поставляющие огромное количество твёрдых веществ в атмосферу, также метеориты, наземные вулканы.
Кроссворд. Атмосфера.
| 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | 18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 | 18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 21 | 25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | 15 | 17 | 20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 | 11 | 24 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 24 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 13 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 19 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | 29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | 27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 26 | 33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 23 | 31 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 35 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 22 | 38 | 30 | 32 | 34 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 28 | 37 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14 | 36 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Вопросы по горизонтали:
1. Слой атмосферы на высоте от 50 до 80-85 км, находящийся над стратосферой.
2. Нижний слой. Здесь складываются условия, от которых зависит погода на Земле.
4. Горизонтальное движение воздуха.
9. Газ, содержание в атмосфере которого составляет 78%.
10. Прибор для измерения количеств осадков.
11. Многолетний режим погоды.
12. Загрязнитель, который является последствием фотохимического смога.
14. Сила, с которой воздух давит на окружающие предметы.
16. Атмосферное явление при освещении Солнцем множества водяных капель.
18. Часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км.
19. Вид атмосферных осадков.
20. Линии одинакового давления на метеорологической карте.
23. Ветер, меняющий своё направление дважды в сутки.
24. Поверхность Земли, взаимодействующая с атмосферой, обмениваясь теплом и влагой.
25.Влажность воздуха, когда количество водяного пара в граммах в 1 куб. м. воздуха.
27. Прибор, с помощью которого определяют направление ветра.
28. Время пребывания данного газа составляет 2 дня.
31. Разность между наибольшим и наименьшим значениями температуры воздуха.
34. Прибор для измерения влажности.
36. Наука о воздушной оболочке земли.
Вопросы по вертикали:
3. Нитеобразные облака в виде белых тонких волокон или чуть сероватых вытянутых гряд и клочьев.
5. Загрязняющий компонент атмосферы, входящий в состав автомобильного топлива.
6. Слой атмосферы, на высоте от земной поверхности до 80-85 км.
7. Дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде (дисперсионной среде), обычно в воздухе, мелких частиц.
8. Воздушные течения над значительными частями поверхности Земли, изменяющие своё направление каждые полгода.
13. Выше тропосферы до 50 км.
15. Граница, которая разделяет гетеросферу и гомосферу.
17. Выше тропосферы, до 800 километров.
18. Скопления взвешенных (парящих) в атмосфере капель воды и (или) кристаллов льда.
21. Смесь различных газов.
22. Вид твердых атмосферных осадков.
24. Попавшие в воздух твёрдые частицы, способные некоторое время находится в воздухе во взвешенном состоянии.
26. Атмосферные осадки в виде капелек на поверхности земли, растениях.
29. Прибор для измерения температуры.
30. Линии одинаковой температуры на метеорологической карте.
32. Главная для жизни составляющая воздуха.
33. Состояние тропосферы в данном месте в данное время.
35. Более хорошо перемешанная часть атмосферы, расположенная ниже.
37. Явление в атмосфере, затрудняющая видимость.
38. Электрические разряды в мощных облаках.
Тесты
1. Как называется нижний слой атмосферы?
1) тропосфера
2) стратосфера
3) ионосфера
4) мезосфера
2. В составе атмосферы Земли какой газ преобладает?
1) кислород
2) азот
3) углекислый газ
4) метан
3. Температура воздуха в тропосфере с высотой
1) понижается на 6 градусов на каждые 1000 м
2) повышается на 6 градусов на каждые 1000 м
3) понижается на 10 градусов на каждые 600 м
4) не изменяется
4. Прибором для определения относительной влажности является
1) барометр
2) гигрометр
3) термометр
4) тонометр
5. Что зимой, что летом, температура воздуха утром выше при:
1) переменной облачности
2) безоблачной погоде
3) сплошной облачности
4) нет правильного ответа
6. Прибор, измеряющий скорость ветра?
1) барометр
2) флюгер
3) сейсмограф
4) эхолот
7. Чем можно объяснить смену времён года на Земле?
1) вращением Земли вокруг своей оси
2) вращением Земли вокруг Солнца
3) вращением Земли вокруг Солнца и постоянным наклоном оси к плоскости орбиты
4) влиянием Луны
8. Какие из данных факторов являются главными климатообразующим факторами?
1) географическую широту местности и океанические течения
2) направление господствующих ветров и рельеф
3) близость к морям и океанам и высота местности над уровнем моря
4) все ответы верны
9. Правильны ли данные утверждения?
A. Нагрев земной поверхности зависит от угла падения солнечных лучей.
B. На карте точки с одинаковыми температурами соединяются линиями, именуемыми изотермами.
1) верно А
2) верно Б
3) оба верны
4) оба неверны
10. Какое из данных утверждений о значении атмосферы является правильным?
1) воздух необходим для обеспечения процессов жизнедеятельности
2) в верхних слоях атмосферы сгорают метеоритные тела
3) атмосфера предохраняет Землю от сильного нагревания и охлаждения
4) все перечисленные ответы верны
11. Как называется большой объём воздуха, который обладает однородными свойствами?
1) Погода
2) атмосферный фронт
3) облака
4) воздушные массы
12. От чего нагревается воздух?
1) от солнечных лучей
2) от поверхности Земли
3) от поверхности океана
4) от поверхности суши
13. Основным источником повышения содержания углекислого газа в атмосфере являются?
1) печи и камины
2) выхлопные газы автомобилей
3) дыхание растений
4) заводы
14. Когда охлаждается насыщенный воздух, то происходит:
1) конденсация
2) испарение
3) таяние
4) замерзание
15. Какое из данных суждений не является верным?
1) солнечные лучи, проходя через воздух не нагревают его.
2) температура воздуха в тропосфере повышается с высотой
3) земная поверхность и воздух на ней нагреваются Солнцем неравномерно.
4) через каждый км температура в тропосфере изменяется на 6 градусов.
16. Чем дальше от экватора, тем … ?
1) меньше угол падения солнечных лучей
2) сильнее ветер
3) больше нагревается поверхность Земли
4) больше нагревается воздух.
17. Как называется ветер, который меняет своё направление 2 раза в сутки?
1) муссоном
2) пассатом
3) бризом
4) борой
18. Какие облака находятся ниже всех?
1) кучевые
2) слоистые
3) перистые
4) перламутровые
19. Что такое ветер?
1) это движение воздуха из области пониженного давления в область повышенного давления
2) это движение воздуха из области повышенного давления в область пониженного давления
3) это движение воздуха снизу вверх
4) это движение воздуха сверху вниз
20. В каком районе Земли день равен ночи круглый год?
1) в районе Северного тропика
2) в районе Южного тропика
3) в районе экватора
4) в районе Южного полярного круга
21. С помощью чего ученые изучают атмосферу Земли?
1) метеорологических станций
2) метеорологических ракет
3) искусственных спутников
4) все ответы верны
22. Высота атмосферы составляет
1) примерно 3000 км
2) около 20 км
3) менее 3 км
4) свыше 10000 км
23. Озоновый слой защищает Землю от
1) космической пыли
2) бомбардировки метеоритов
3) вредной части солнечного излучения
4) потери тепла
24. Своих минимальных значений температура воздуха обычно достигает
1) в полночь
2) перед восходом солнца
3) в 2 часа ночи
4) перед заходом солнца
25. Разрушение озонового слоя нашей планеты, возможные последствия для людей:
1) рак кожи
2) избыток продуктов питания
3) рост численности населения
4) ничего не происходит
26. Как называются облака, которые состоят из мельчайших кристаллов льда:
1) слоистые
2) перистые
3) кристаллические
4) нет правильного ответа
27. Как называется сгущение водяных паров в приземном слое атмосферы:
1) туман
2) облака
3) роса
4) дождь
28. Как называются подвижные части тропосферы, которые отличаются своими свойствами:
1) ветер
2) воздушные массы
3) облака
4) дождь
29. Как называется слой атмосферы, в котором происходят все погодные явления:
1) мезосфера
2) стратосфера
3) тропосфера
4) ионосфера
30. Какое название носят облака, напоминающие разбросанную вату, располагающиеся на высоте 1-2 км:
1) перистые
2) слоистые
3) кучевые
4) кристаллические
Ответы на тестовые задания
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 2 | 3 | 4 | 3 | 4 | 4 | 2 | 2 | 1 | 2 |
| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 1 | 3 | 2 | 2 | 3 | 4 | 1 | 3 | 2 | 1 | 3 | 1 | 2 | 3 | 3 |
Введение
Уже на раннем этапе своего существования планета Земля имела свою атмосферу.
Самая распространенная теория гласит, что атмосфера Земли пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), которые были захвачены из межпланетного пространства. Это была, так называемая, первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад).
На следующем этапе, из-за вулканической деятельности, произошло «насыщение» атмосферы другими газами (кроме водорода): углекислым газом, аммиаком и водяным паром. Так, около трех миллиардов лет назад, образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была восстановительной. [7]
Далее на процесс образования атмосферы оказали влияние два основополагающих фактора:
o утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное
пространство;
o химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, которая характеризовалась меньшим содержанием водорода и гораздо большим содержанием азота и углекислого газа.
Рассмотрим подробнее, что входит в понятие «атмосферы Земли».
Общая информация об атмосфере
АТМОСФЕРА – газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие – азот и кислород в соотношении приблизительно 4:1 (2 слайд).
На человека оказывает воздействие главным образом состояние нижних 15–25 км атмосферы, поскольку именно в этом нижнем слое сосредоточена основная масса воздуха. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией, хотя предметом этой науки являются также погода и ее влияние на человека. Состояние верхних слоев атмосферы, расположенных на высотах от 60 до 300 и даже 1000 км от поверхности Земли, также изменяется. Здесь развиваются сильные ветры, штормы и проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния (3 слайд).
Многие из перечисленных феноменов связаны с потоками солнечной радиации, космического излучения, а также магнитным полем Земли. Высокие слои атмосферы – это также и химическая лаборатория, поскольку там, в условиях, близких к вакууму, некоторые атмосферные газы под влиянием мощного потока солнечной энергии вступают в химические реакции. Наука, изучающая эти взаимосвязанные явления и процессы, называется физикой высоких слоев атмосферы. Атмосфера является самым маленьким из геологических резервуаров Земли. [2]
Большая циркуляция идёт к экватору от плюсов. Ближе к Земли находится тропосфера. Она занимает до 20 км. Стратосфера – второй слой. Она занимает от 20 до 50 км. Мезосфера – третий слой атмосферы, расположенный на высоте от 50 до 90 км. (4 слайд)
Толщина атмосферы — примерно 120 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)·1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет (5,1352 ±0,0003)·1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·1016 кг.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей. Рассмотрим основные из них.
Тропосфера - нижний слой атмосферы. Здесь зарождается большинство бурь и ураганов, а циркуляция воздуха постоянно приводит в движение облака.
В стратосфере царит почти полное затишье, поэтому именно в стратосфере летают реактивные самолеты, избегая турбулентных потоков нижнего слоя.
В холодной мезосфере происходит сгорание метеорных частиц.
Последние слои состоят из чрезвычайно разряженного и электрически заряженного воздуха, где происходят в прямом смысле слова небесные явления - полярные сияния. (5 слайд)
Состав атмосферы
| Газ | Содержание по объёму, % | Содержание по массе, % |
| Азот | 78,084 | 75,50 |
| Кислород | 20,946 | 23,10 |
| Аргон | 0,932 | 1,286 |
| Вода | 0,5-4 | — |
| Углекислый газ | 0,0387 | 0,059 |
| Неон | 1,818×10−3 | 1,3×10−3 |
| Гелий | 4,6×10−4 | 7,2×10−5 |
| Метан | 1,7×10−4 | — |
| Криптон | 1,14×10−4 | 2,9×10−4 |
| Водород | 5×10−5 | 7,6×10−5 |
| Ксенон | 8,7×10−6 | — |
| Закись азота | 5×10−5 | 7,7×10−5 |
Азот
Азот (N) является главным элементом земной атмосферы. Азот – главная составная часть воздуха (78%) В первую очередь, он играет роль разбавителя кислорода, регулирует темп окисления, а, следовательно, скорость и напряженность биологических процессов.
Азот относительно тяжел, нерастворим в воде и химический инертен. Практически не уходит из атмосферы.
Азот встречается в воздухе, в водах рек, морей и океанов (а именно, в микроорганизмах планктона и водорослях), он также обнаружен в составе газовых облаков комет, в туманностях и в атмосфере Солнца. (6 слайд)
Азот входит в состав всех живых организмов. В небольших количествах содержится в каменном угле и нефти. Он оказывает огромное влияние на жизнедеятельность растений и животных: в белках его до 17%, в организме человека в целом около 3%.
Азот участвует в круговороте веществ в природе. Он содержится в газах вулканического происхождения и в изверженных горных породах. [11]
Кислород
Содержание кислорода (O2) в атмосфере Земли – 21%. Он используется живыми организмами для дыхания, входит в состав органического вещества (белки, жиры, углеводы).
Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. И наличие большой массы свободного (несвязанного) кислорода в современной атмосфере представляется парадоксальным явлением. Парадокс этот находит объяснение в захоронении органического углерода в процессе фотосинтеза растений. Атмосфера питает кислородом воды океанов, озёр и рек. Специфическая функция кислорода – окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокислённых газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мёртвого органического вещества. (7 слайд)
Подсчёты показывают, что в результате фотосинтеза в атмосферу ежегодно поступает 20 * 1016г кислорода. При общем его содержании в атмосфере 1,2 * 1021 г. время одного оборота массы О2 в атмосфере равно примерно 6 тыс. лет. [10]
Кислород является вторым по распространению газом. Исследования показывают, что кислород в атмосфере Земли обновляется в течение 3-4 тыс. лет, т.е. кислород по своей сути – довольно мобильный компонент газовой оболочки.
На ранних этапах развития Земли свободный кислород возникал в очень малых количествах в результате фотодиссоциации (химической реакции, при которой химические соединения разлагаются под действием фотонов электромагнитного излучения) молекул углекислого газа и воды в верхних слоях атмосферы. Однако количество свободного кислорода стало возрастать и в итоге стало сбалансированным, вследствие появления в океане автотрофных и фотосинтезирующих организмов. [4]
Углекислый газ
Углекислый газ (CO2) идет на образование живого вещества, а вместе с водяным паром создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».
Значение углерода в биосфере очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов.
Миграция СО2 в биосфере протекает двумя способами. Поглощение СО2 происходит преимущественно в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении в литосфере в виде торфа, угля, нефти, горючих сланцев. (8 слайд)
Также на круговорот и миграцию углерода сильное влияние оказывает массовое сжигание ископаемого топлива и возрастание его содержания в современной атмосфере.[11]
Время пребывания – 4 года.
Аргон
Аргон (Ar) – третий по распространению газ. Большая часть аргона атмосферы поступила из недр Земли на самых ранних этапах ее развития и значительно меньшая часть добавилась впоследствии во время вулканических извержений, по трещинам в земной коре в виде газовых струй, а также при выветривании горных пород. [10] (9 слайд)
Водяной пар
В нижних 20 км содержится водяной пар. В отличие от других газов содержание водяного пара во влажном воздухе не постоянно и зависит от температуры воздуха и характера подстилающей поверхности. Его содержание у земной поверхности колеблется в среднем от 0,2% в полярных широтах до 2,5% в экваториальных. [9]
При оценке водяного пара следует иметь в виду, что он:
1) поддерживает парниковый эффект, так как задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности;
2) представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги;
3) влияет на климат, повышая температуру воздуха при конденсации водяных паров. (10 слайд)
Соотношение газов в сухом воздухе в тропосфере почти не изменяется с высотой. Что касается водяного пара, то его процентное содержание с высотой уменьшается.
Таким образом, следует отметить, что первичная атмосфера Земли состояла главным образом из водяных паров, водорода и аммиака. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца водяные пары разлагались на водород и кислород. Водород уходил в космическое пространство, кислород вступал в реакцию с аммиаком и образовывались азот и вода.
В начале геологической истории Земля создала вторичную собственную углекислую атмосферу. Углекислый газ поступал из недр в процессе сильных вулканических извержений. А с появлением зеленых растений кислород стал поступать в атмосферу в результате разложения углекислого газа при фотосинтезе, и состав атмосферы принял современный вид.[14]
Дата: 2019-02-19, просмотров: 267.
