Тема 1. Атмосфера, її склад, висота та будова

Вступ

Лекція 1

Повітряна (газова) оболонка Землі називається атмосферою.

Наука про атмосферу, що вивчає всі фізичні явища та процеси, які відбуваються в ній, називається метеорологією. Її також називають фізикою атмосфери, тому що вона пояснює фізичну сутність явищ і процесів, які відбуваються в ній. Метеорологія тісно пов’язана з географічними науками, гідрологією, океанологією і т.д.

Задачі метеорології:

- вивчення атмосферних процесів;

- розробка способів усунення та пом’якшення несприятливих впливів погоди та клімату в інтересах людини.

Методи дослідження в метеорології:

- метод дослідження (основний);

- метод математичного аналізу;

- експериментальний метод дослідження.

Основні розділи метеорології:

Стан атмосфери та сукупність явищ, які спостерігаються в ній у даний момент, називаються погодою. Вона змінна в часі та просторі. Вчення про погоду та методи її передбачення вивчає спеціальний самостійний розділ метеорології, який називається синоптичною метеорологією.

З погодою тісно пов’язане поняття про клімат. Кліматом даної місцевості називається характерний для неї в багаторічному розрізі режим погоди, зумовлений сонячною радіацією, характером підстилаючої поверхні та пов’язаною з ним циркуляцією атмосфери. Вивченням клімату займається рідна метеорології наука кліматологія. Її основні задачі – це вивчення процесів кліматоутворення шляхом дослідження взаємодії кліматичних факторів, характеристики географічного розподілу кліматів. Вивченням місцевих особливостей клімату, обумовлених неоднорідністю будови підстилаючої поверхні, займається мікрокліматологія.

Актинометрія – важливий розділ метеорології, що вивчає сонячне, земне та атмосферне випромінювання в умовах атмосфери.

На даний час все більшого значення набуває розділ метеорології, що займається вивченням процесів, які відбуваються в більш високих шарах атмосфери, ця частина метеорології називається фізикою вільної атмосфери чи аерологією.

Теоретичною розробкою деяких питань метеорології в області динаміки атмосфери з широким застосуванням математичного аналізу займається динамічна метеорологія.

Також на базі обслуговування деяких галузей народного господарства виділилися деякі окремі розділи метеорології. Наприклад, на базі обслуговування сільського господарства розвинулась окрема галузь метеорології – агрометеорологія. Цей розділ займається агрокліматичним районуванням окремих галузей народного господарства, виходячи з залежності певних сільськогосподарських культур від метеорологічних умов.

Основні метеорологічні елементи:

Стан атмосфери та процеси, що відбуваються в ній, а також окремі явища погоди можна виражати великим комплексом якісних і кількісних характеристик, які називаються метеорологічними елементами. Основні з них:

1. сонячна радіація, а також теплове випромінювання Землі та атмосфери;

2. температура повітря та ґрунту;

3. атмосферний тиск;

4. швидкість і напрямок вітру;

5. випаровування та вологість;

6. хмарність;

7. видимість;

8. різноманітні явища погоди (метелиця, тумани, грози і т.д.).

Характеристика цих основних метеорологічних елементів використовується для науково-дослідницьких робіт, прогнозів погоди, описів клімату та задоволення інших питань практики. Всі вони в подальшому будуть розглянуті більш детально.

1.1. Склад повітря в нижніх шарах атмосфери

Сухе та чисте повітря атмосфери – механічна суміш різних газів. Основні з них – азот, кисень, аргон; до них у невеликій кількості примішані вуглекислий газ, водень, гелій, неон, криптон, ксенон.

Дані про склад чистого та сухого атмосферного повітря:

Таблиця 1

№	Газ	Хімічна формула	Процент вмісту в одиниці об’єму
1.	Азот	N2	78,09
2.	Кисень	O2	20,95
3.	Аргон	Ar	0,93
4.	Вуглекислий газ	CO2	0,03
5.	Неон	Ne	0,0018
6.	Гелій	He	0,0005
7.	Криптон	Kr	0,0001
8.	Ксенон	Xe	0,000008
9.	Водень	H2	0,00005
10.	Озон	O3	0,000007

Крім постійних газів, у склад атмосферного повітря входять змінні гази, а також найдрібніші тверді та рідкіші частинки. Із змінних газоподібних домішок атмосферного повітря особливе значення мають водяний пар, вуглекислий газ і озон. Вміст водяної пари в повітрі коливається від 4 % по об’єму до найменших кількостей. Її роль у кругообігу тепла та вологи в атмосфері дуже велика. Кількість вуглекислого газу в складі повітря змінюється мало, він складає біля 0,02–0,03 % по об’єму.

Озон – особлива нестійка форма кисню, трьохатомний кисень. У нижніх шарах атмосфери він утворюється під впливом випадкових факторів, таких як грозові розряди та окислення деяких органічних речовин (морських водоростей і т.д.), у верхніх шарах - під дією ультрафіолетової радіації сонця, тобто постійно діючого фактора. Тому в останніх шарах атмосфери озону більше, ніж у земної поверхні, але все ж його там дуже мало.

Сфера, де присутній озон, називається озоносферою, її границі 15–45 км. Найбільша кількість озону зосереджена в шарі на висоті від 22 до 26 км, звідси вміст його зменшується як з висотою, так і до земної поверхні. Кількість озону в атмосфері не завжди одна і та сама: більше всього його весною, менше – восени; більше в північних широтах, ніж у південних. Незважаючи на велику потужність озоносфери, шар озону за нормальних умов (t=0°, Р=760 мм рт. ст.) мав би потужність всього 3 мм. Озоновий шар має велике значення для життя на землі. Він поглинає у високих шарах короткохвильове ультрафіолетове випромінювання, яке при проникненні на землю чинило б нищівну дію на живі організми.

Крім газоподібних складових частин атмосфери, у ній присутні продукти конденсації водяної пари у вигляді водяних краплин і льодяних кристалів, підвішених у повітрі, та ще багато інших твердих частинок. Частинки пилу в атмосфері бувають різного походження: космічного, вулканічного, ґрунтового; частинки солі залишаються в повітрі після випаровування краплин морської води та при її розбризкуванні, а також піднімаються вітром з поверхні солончакових пустель. Продукти горіння потрапляють в атмосферу внаслідок роботи промислових підприємств і топки жилих і нежилих приміщень. Крім того, в атмосфері знаходиться велика кількість органічного пилу (спор, грибків, бактерій).

За результатами спостережень міститься пилинок:

· у чистому морському повітрі – сотні та тисячі в 1 м³;

· у запиленому повітрі над суходолом – десятки тисяч в 1 м³;

· у містах – сотні тисяч в 1 м³.

З висотою кількість пилинок різко зменшується.

Завдяки наявності в атмосфері підвішених частинок її можна розглядати як колоїдний розчин – аерозоль. Чисте повітря при цьому являється розчинником, а підвішені частинки – пилинки, іони продуктів конденсації водяної пари – розчиненими частинками. Це дає можливість до ряду явищ атмосфери застосовувати деякі положення колоїдної хімії.

Співвідношення основних газів у повітрі до висоти, що досліджена людиною, залишається постійним. Пояснюється це значним перемішуванням повітря, дією вітру та повітряних течій. Сучасні свідчення про верхні шари атмосфери показують, що до висоти 200 км повітря складається з азоту та кисню.

Дата добавления: 2014-01-11