Строение и состав атмосферы

атмосфера воздушный углекислый загрязнение

Возможность жизни на любой планете зависит, прежде всего, от того, есть ли там атмосфера, т. е. воздушная оболочка. Только благодаря наличию атмосферы возникла и могла развиться жизнь на Земле. Это она словно куполом прикрыла Землю, с её растительным и животным миром, защищая от пагубного действия ультрафиолетовой и космической радиации, щедро посылаемых Солнцем и Вселенной, а также от всевозможных заряженных частиц, излучаемых космическим пространством. Пропуская лучи Солнца, атмосфера задерживает часть радиации, отражаемой земной поверхностью, а также излучаемой последней, как всяким нагретым телом. Это предохраняет Землю от охлаждения и резких колебаний температуры в течение суток.

Без атмосферы наша планета была бы такой же мертвой, как и её спутница Луна. Освещённая Солнцем поверхность Земли раскалялась бы до губительного зноя, в то время как на затемнённой её части господствовал бы леденящий холод. Вместо великолепной гаммы красок неба, рождаемой солнечным светом, проходящим через атмосферу, Землю окутывал бы бездонный мрак. На черном фоне такого неба Солнце и звезды сверкали бы одновременно немигающим светом. Солнце выглядело бы необычайно ярким шаром с резко очерченными краями, из которых вздымаются огненные языки протуберанцев.

Не было бы утренних зорь и вечерних закатов, радуги и полярных сияний, как и других многочисленных световых явлений. Великое множество их создаётся лучами Солнца, которые проходят через различные по плотности слои атмосферы и многократно преломляются в плавающих в ней кристаллах льда и водяных капель. Это из них состоят разнообразные по форме облака, вечно меняющиеся, от тонких нежно-белых до мощных мрачных громад, из которых выпадают обильные осадки в виде дождя, снега, крупы и града.

Неравномерное прогревание земной поверхности приводит к возникновению движения воздуха, развитию вихрей большого и малого масштабов, а также сложных атмосферных процессов, определяющих изменения погоды в различных районах Земли.

Атмосфера — воздушная оболочка между земной корой и космосом, является внешней по отношению к главному источнику энергии (солнечной).

Атмосфера составляет по массе одну миллионную часть Земли, т. е. масса атмосферы примерно равна 5,15 * 1015т. Атмосфера представляет собой физическую смесь газов, жидкости (капли воды), твёрдых веществ (пыль, снег, град), аэрозолей.

Так как водород и гелий, — наиболее распространённые элементы в космосе, то они, несомненно, входили и в состав протопланетного газово-пылевого облака, из которого возникла Земля. Вследствие очень низкой температуры этого облака (10-20К) самая первая земная атмосфера (если для её удержания масса Земли была достаточна) только и могла состоять из водорода и гелия, так как все другие вещества, из которых слагалось облако, могли быть только в твёрдом состоянии.

11 стр., 5120 слов

Воздушная оболочка Земли

... установки, передающие изображение земной поверхности и облаков. 2. Нагревание атмосферы Основным источником тепла, нагревающим земную поверхность и атмосферу, служит солнце. Другие источники – луна, звезды, разогретые недра Земли – поставляют столь малое ...

Затем последовал разогрев Земли: тепло порождалось гравитационным сжатием планеты и распадом внутри неё радиоактивных элементов. Это послужило стимулом двух процессов: постепенной диссипации водорода и гелия и дегазации мантии Земли. Земля потеряла водородно-гелиевую атмосферу и создала свою собственную первичную атмосферу из газов, выделившихся из её недр. По мнению А.П.Виноградова (1959), в этой атмосфере больше всего было Н2О, затем СО2, СО, НCl, HF, Н2S, N2,

NH4Cl и CH4 (примерно таков же состав и современных вулканических газов).

В.А.Соколов полагает, что здесь был также Н2 и NH3 (как и прочие соединения водорода, наследие водородной атмосферы самого первого этапа).

Кислород отсутствовал. В атмосфере господствовали восстановительные условия.

Следующий этап развития атмосферы был переходным — от абиогенного к биогенному, от восстановительных условий к окислительным. Главными составными частями газовой оболочки Земли стали N2, CO2, CO, в качестве побочных примесей — СН4, О2. Кислород возникал, по-видимому, в результате диссоциации молекул воды в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей Солнца; мог он выделяться и из тех окислов, из каких состояла земная кора. Но подавляющая часть его уходила вновь на окисление минералов земной коры (в докембрийских отложениях есть окислы железа и сульфатов кальция) или на окисление водорода и его соединений в атмосфере. Оттого свободного кислорода в атмосфере было мало.

Последний этап развития атмосферы связан с появлением жизни на Земле и, стало быть, с возникновением механизма фотосинтеза. Постепенно содержание свободного кислорода — на этот раз биогенного — стало возрастать. Параллельно с этим атмосфера почти полностью потеряла двуокись углерода. Часть последнего вошла в огромные залежи угля и карбонатов; в карбонатных породах содержание СО2 в 15000 раз больше, чем в нынешней атмосфере (Рухин, 1959, с.277); если бы вернуть весь СО2 из карбонатов в атмосферу, то давление воздуха на поверхность Земли повысилось бы примерно в 40 раз.

Таков путь от водородно-гелиевой атмосферы до современной, главную роль в которой играют теперь N2 и О2, а в качестве примесей присутствуют Ar и CO2. Современный азот тоже биогенного происхождения. Возраст образования кислородной атмосферы — 1,5 — 2,0 млрд. лет.

Отсутствие кислорода в первичной атмосфере одно время считали условием, неблагоприятным для возникновения жизни, так как ультрафиолетовые лучи, не поглощаемые молекулами кислорода, беспрепятственно достигали земной поверхности. Но, как теперь выяснилось, именно под действием ультрафиолетовых лучей (опыты А.Н.Теренина и других учёных) мог весьма успешно происходить фотосинтез альдегидов и аминокислот из газов первобытной атмосферы (NH3, H2O, CH4, CO2); в дальнейшем, попав в воду, эти соединения защищались от жёсткой радиации слоем воды.

Воздух — смесь газов, отличающаяся, за исключением водяных паров, постоянством химического состава. В сухом воздухе у земной поверхности содержится (% по объёму): азот — 78,08; кислород — 20,96; аргон — 0,93; углекислый газ — 0,03. Есть в воз- духе и другие газы (криптон, ксенон, неон, гелий, водород, йод, радон, метан и некоторые другие), но их содержание ничтожно — тысячные и миллионные доли процента. Таким образом, химический состав воздуха, состоящего более чем на 3/4 из азота, резко отличен от земной коры, бедной азотом.

30 стр., 14649 слов

Реферат по химии воздух смесь газов

... быстрее кислорода. По мере удаления азота цвет жидкого воздуха изменяется от голубоватого до бледно-синего (цвет жидкого кислорода). До ХIX века считали, что газы являются таковыми по самой ... причём тропосфера заряжена положительно, а земная поверхность отрицательно. Основное значение для поддержания разности потенциалов имеет постоянное поступление в атмосферу множества мельчайших капелек морской ...

Пять основных компонентов воздушной тропосферы — азот, кислород, аргон, углекислый газ, водяной пар — различны по своим свойствам, а отсюда и функциональной роли в географической оболочке. Один из них аргон принадлежит к группе инертных газов и не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на процессы, протекающие в географической оболочке.

Азот, самый распространённый газ в воздушной тропосфере, химически мало активен. Являясь составной частью белков и их производных, он, тем не менее, усваивается большинством живых организмов не непосредственно из воздуха, а посредством азот-фиксирующих бактерий и водорослей.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный эле- мент. 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.

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.

Углекислого газа в атмосфере немного, но его роль в функционировании географической оболочки исключительно велика. Он представляет основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе:

6СО2 + 6Н2О + Энергия = С6Н12О6 + О2.

В процессе фотосинтеза используется углекислый газ не только атмосферы, но и океана. При деструкции органического вещества большая часть углекислого газа, затраченного на его создание, возвращается обратно в атмосферу и гидросферу. Меньшая часть его захороняется в земной коре в виде каменного угля, нефти, горючих газов и рассеянного органического вещества. Возникающий дисбаланс углекислого газа в атмосфере исправляется выносом его из недр Земли вулканами.

Значение углекислого газа атмосферы для географической оболочки не ограничивается его участием в создании органического вещества. Важные последствия имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаёт так называемый парниковый эффект, выраженный в повышении температуры воздуха вблизи поверхности земли. 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.

13 стр., 6491 слов

Определение степени загрязнения воздуха школьных помещений по ...

... веществ для них. В связи с этим целью данной исследовательской работы стало определение степени загрязнения воздуха школьных помещений по микробиологическому показателю. ... газом из воздуха и синтезировать органические молекулы вещества из ... (чашки располагают на высоте, соответствующей уровню дыхания ... санитарной оценки воздуха жилых помещений (число микроорганизмов в 1 м 3 по А.И. Шафиру) Оценка воздуха ...

При оценке водяного пара следует иметь в виду, что он:

1. поддерживает парниковый эффект, так как задерживает длинно- волновое тепловое излучение земной поверхности;

2. представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги;

3. влияет на климат, повышая температуру воздуха при конденсации водяных паров. Соотношение газов в сухом воздухе в тропосфере почти не изменяется с высотой. Что касается водяного пара, то его процентное содержание с высотой уменьшается.

На высоте 20 — 30 км. («озоновая завеса») расположен слой озона (О3).

Озон образуется под действием ультрафиолетовых лучей Солнца, и хотя общее количество его незначительно, играет важную роль в атмосфере. Озон обладает способностью поглощать ультрафиолетовую радиацию Солнца и тем самым предохраняет животный и растительный мир от её губительного действия.

Атмосфера простирается вверх на много сотен километров. Верхняя её граница, на высоте около 2000 — 3000 км, в известной мере условна, так как газы, её составляющие, постепенно разрежаясь, переходят в мировое пространство. С высотой меняются химический состав атмосферы, давление, плотность, температура и другие её физические свойства. Химический состав воздуха до высоты 100 км. существенно не меняется. Несколько выше атмосфера также состоит главным образом из азота и кислорода. Но на высотах 100 — 110 км., под действием ультрафиолетовой радиации солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы и появляется атомарный кислород. Выше 110 — 120 км. кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400 — 500 км. газы, составляющие атмосферу, также находится в атомарном состоянии.

Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Хотя атмосфера простирается вверх на сотни километров, основная масса её размещается в довольно тонком слое, прилегающем к поверхности земли в самых нижних её частях. Так, в слое между уровнем моря и высотами 5 — 6 км. сосредоточена половина массы атмосферы, в слое 0 — 16 км. — 90%, а в слое 0 — 30 км. — 99%. Такое же быстрое уменьшение массы воздуха происходит выше 30 км. Если вес 1 м3воздуха у поверхности земли равен 1033 г., то на высоте 20 км. он равен 43 г., а на высоте 40 км. лишь 4 г.

На высоте 300 — 400 км. и выше воздух настолько разрежён, что в течение суток плотность его изменяется во много раз. Исследования показали, что это изменение плотности связано с положением Солнца. Наибольшая плотность воздуха около полудня, наименьшая — ночью. Объясняется это отчасти тем, что верхние слои атмосферы реагируют на изменение электромагнитного излучения Солнца.

Изменение температуры воздуха с высотой происходит также неодинаково. По характеру изменения температуры с высотой атмосфера делится на несколько сфер, между которыми располагаются переходные слои, так называемые паузы, где температура с высотой мало изменяется.

Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей , поступающих от естественных и антропогенных источников .К числу примесей , выделяемых естественными источниками , относят: пыль (растительного , вулканического , космического происхождения , возникающая при эрозии почвы , частицы морской соли ); туман , дымы и газы от лесных и степных пожаров ; газы вулканического происхождения ; различные продукты растительного , животного и микробиологического происхождения и др.

11 стр., 5481 слов

Загрязнение атмосферы

... В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от ... азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попа дают в воздух в результате сжигания топлива ...

Естественные источники загрязнений бывают либо распределёнными, например выпадение космической пыли , либо кратковременными стихийными , например лесные и степные пожары , извержения вулканов и т.п. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени .

Более устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека . Антропогенной загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников . Если в начале 20 века в промышлености применялось 19 химических элементов , то в середине века промышленное производство стало использовать около 50 элементов , а в 70 -х годах — прозаически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы , в частности , аэрозолями тяжелых и редких металлов , синтетическими соединениями , не существующими и не образующимися в природе , радиоактивными , канцерогенными , бактериологическими и другими веществами .

Загрязнение атмосферы при испытании и эксплуатации энергетических установок. Наибольшие загрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин , дизельное топливо, мазут , уголь , природный газ и др.) .Количество загрязнений определяется составом , объёмом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электрические станции (ТЭС) . Доля загрязнений атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительно поскольку их применение в городах и крупных промышленных центров ограниченно . В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы , испытательные станции , стартовые площадки ) загрязнения поступающие в атмосферу от этих источников , сопоставимый с загрязнениями от ДВС и ТЭС ,обслуживающих эти объекты . Основные компоненты вбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топливо в энергоустановках , — не токсичные диоксид углеродаСО2 и водяной Пар Н2О . Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества , такие , как оксид углерода , оксиды серы , азота , соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен С20Н12 и , несгоревшие частицы твердого топлива и т.п.

При сжигании твердого топлива в котлах ТЭС образуется большое количество золы , диоксида серы , оксида азота . Так , например , подмосковные угли имеют в своём составе 2,5 6,0 % серы и до 30 -50 % золы. Дымовые газы образуются при сжигании мазута , содержат оксиды азота , соединения ванадия и натрия , газообразные и твердые продукты не полного сгорания .

Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование , но практически не влияет на выбросы SO2 так как мазуты , применяемые в качестве топлива , содержат 2 и более % серы . При сжигании природного (неочищенного ) газа в домовых выбросах также содержаться оксид серы и оксиды азота . Следует отметить ,что наибольшее количество азота образуется при сжигании жидкого топлива. Выброс оксидов азота зависит от вида и сорта сжигаемого горючего, качества и способа его подачи, состава топлива в камере сгорания и т.д., а также от тонкостей распыления горючего форсуночным устройством и от суммарного коэффициента избытка воздуха а на выходе из камеры сгорания. Уменьшение диаметра капель и роста сопровождается снижением содержания оксидов азота в единице массы выхлопных газов.

4 стр., 1628 слов

Технология защиты воздушного бассейна (атмосферы) от загрязнений

... (в среднем) около 13%.Состав загрязнений от промышленных предприятий зависит от типа производства. Ввыбросных газах автотранспорта преобладают оксиды азота, соединения свинца(если в качестве ... очистке -- от неорганизованныхисточников и от части организованных. Конечно, выбросы ЗВ можно также делить всоответствии с характером содержащихся в них ЗВ. Основнымиисточниками выбросов в атмосферу ...

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.

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.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/stroenie-i-gazovyiy-sostav-atmosferyi/

1.Калесник С.В. «Проблемы физической географии». Л.,1984.

2.Марков К.К., Добродеев О.П., Симонов Ю.Г., Суетова И.А. «Введение в физическую географию». М., 1973.

3.Мильков Ф.Н. «Общее землеведение». М., 1990.

4.Погосян Х.П., Туркетти З.Л. «Атмосфера Земли». М.,1970.

5.Рухин Л.Б. «Основы общей палеографии». Л., 1959.

6.Соколов В.А. «Возникновение жизни на Земле». М.,1959.

7.Соколов В.А. «Геохимия газов земной коры и атмосферы». М.,1966.