Перечислите газовые загрязнения атмосферы

Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов (СО, NO, SO₂). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO₃ в верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Н₂SO₄) и сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(CH₃CH₂)₄)).

К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитро соединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Преимущественно токсическое действие оказывают свинец, кадмий.

12. Что такое аэрозоли и как они попадают в атмосферу?

Это мельчайшие физико-химические частицы в атмосфере, являющиеся ее примесями. Эти примеси могут иметь как естественное происхождение, так и антропогенное, то есть вызванное деятельностью человека. Естественные аэрозоли образуются различными путями. Это могут быть продукты взаимодействия океана и атмосферы — хлористые соединения натрия и магния, входящие в состав морской соли, частички которой в большом количестве попадают в воздух при разбрызгивании ветром морской воды, а также сернокислые соединения. Аэрозоли могут попадать в атмосферу в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Есть и пылевые аэрозоли, попадающие в атмосферу в результате взаимодействия поверхности суши и атмосферы. Аэрозоли антропогенного происхождения в основном связаны с индустриальными выбросами в атмосферу различных химических веществ.

Под воздействием тепла, солнечного света, водяного пара, капелек облаков и тумана аэрозоли претерпевают в атмосфере химические превращения. Изучением механизма образования аэрозолей, процессов их распространения и трансформации занимаются ученые различных специальностей — метеорологи, химики, физики, медики, геофизики.

Большинство аэрозолей может становиться ядрами конденсации в атмосфере, то есть на этих мельчайших частичках происходит конденсация водяного пара, приводящая к формированию капелек облаков и тумана. При высокой влажности воздуха обилие аэрозольных частиц ускоряет процесс конденсации, а следовательно, и образования тумана или выпадения осадков. Именно поэтому над большими городами чаще, чем над сельской местностью, выпадают слабые осадки. Многие ученые склонны рассматривать туманы как собственно аэрозоли с жидкими частичками, а морозные дымки и обыкновенный дым — как аэрозоли с твердыми частичками. В этом случае связь аэрозолей с погодой выглядит еще более непосредственной.

13. Что такое кислотные дожди и как они образуются?

Кислотные дожди - атмосферные осадки в виде дождя или снега, содержащие соединения серы. Кислотные дожди поступают в атмосферу в результате выброса отходов металлургической и химической промышленности. При выпадении кислотных дождей и таянии кислотного снега образуется серная кислота, оказывающая вредное воздействие на здоровье людей, состояние растительного и животного мира, зданий и сооружений. Кисло́тный дождь — все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно — оксидами серы, оксидами азота) проходит после больших выбросов токсичных отходов в атмосферу

14. Какие ионы существуют в атмосфере? Как меняется концентрация ионов с высотой? Что такое ионосфера и каково ее строение?

В атмосферном воздухе на различных высотах всегда содержится большое количество ионов. Это мельчайшие частички воздуха, заряженные положительным или отрицательным электричеством.

Ионы делятся на легкие и тяжелые. Легкие ионы представляют собой электрически заряженные молекулы или атомы газов. Такие ионы образуются преимущественно в результате воздействия на молекулы или атомы воздуха ультрафиолетового (корпускулярного) излучения Солнца, радиоактивного излучения и космических лучей. Тяжелые ионы возникают при объединении группы легких ионов на отдельных пылинках или капельках воды.

Вблизи земной поверхности в 1 см³ воздуха находится около 700 положительных и 600 отрицательных легких и более 1000 тяжелых ионов. С высотой увеличивается количество легких и уменьшается количество тяжелых ионов.

Процессы образования и уничтожения ионов путем воссоединения и нейтрализации происходят непрерывно. Средняя продолжительность существования легких ионов менее 20 минут, тяжелых — около часа и более.

С наличием в воздухе ионов связаны все электрические процессы в атмосфере. Легкие ионы обусловливают электропроводимость атмосферы и влияют на распределение радиоволн в ее высоких слоях. Тяжелые ионы определяют заряд облаков и грозовые явления.

Ионосфера, ионизированная часть верхней атмосферы; расположена выше 50 км. Верхней границей И. является внешняя часть магнитосферы Земли. И. представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей высокой электропроводности специфическими свойствами, определяющими характер распространений в ней радиоволн и различных возмущении Только благодаря И. возможен такой простой и удобный вид связи на дальние расстояния, как радиосвязь.

15. Как заряжены земная поверхность и атмосфера? Какие процессы поддерживают заряд Земли?

Хотя обычно атмосфера не считается электропроводной средой, она все же обладает небольшой проводимостью. Поэтому оставленное на воздухе заряженное тело медленно утрачивает свой заряд. Проводимость атмосферы возрастает с высотой из-за увеличения интенсивности космического излучения, уменьшения потерь ионов в условиях более низкого давления (и, следовательно, при большем среднем свободном пробеге), а также из-за меньшего количества тяжелых ядер. Проводимость атмосферы достигает максимальной величины на высоте ок. 50 км, т.н. "уровне компенсации". Известно, что между поверхностью Земли и "уровнем компенсации" постоянно существует разность потенциалов в несколько сотен киловольт, т.е. постоянное электрическое поле. Выяснилось, что разность потенциалов между некоторой точкой, находящейся в воздухе на высоте нескольких метров, и поверхностью Земли очень велика - более 100 В. Атмосфера имеет положительный заряд, а земная поверхность заряжена отрицательно. Поскольку электрическое поле - область, в каждой точке которой имеется некоторое значение потенциала, можно говорить о градиенте потенциала. В ясную погоду в пределах нижних нескольких метров напряженность электрического поля атмосферы почти постоянна. Из-за различий электропроводности воздуха в приземном слое градиент потенциала подвержен суточным колебаниям, ход которых существенно меняется от места к месту. При отсутствии локальных источников загрязнения воздуха - над океанами, высоко в горах или в полярных районах - суточный ход градиента потенциала в ясную погоду одинаков. Величина градиента зависит от всемирного, или среднего гринвичского, времени (UТ) и достигает максимума в 19 ч. Э. Эплтон предположил, что этот максимум электропроводности, вероятно, совпадает с наибольшей грозовой активностью в планетарном масштабе.

16. Напишите уравнение статики атмосферы. Каков его физический смысл?

Уравнение, описывающее изменение атмосферного давления с высотой в предположении статического равновесия, т. е. при равновесии силы тяжести и вертикальной составляющей барического градиента:

или

О тсюда следует, что распределение давления по вертикали в атмосфере определено полностью, если известен вертикальный профиль температуры и давление на каком-либо одном уровне. Физически правильно было бы использовать значениние давления на самых верхних уровнях, но в силу малой точности наблюдений, применяют давление на уровне подстилающей поверхности.

Интеграл этого уравнения называется барометрической формулой.

17. Что такое вертикальный барический градиент?

18. Напишите барометрическую формулу. Какие задачи решаются с помощью барометрической формулы?

Барометрическая формула определяет зависимость давления или плотности газа от высоты в поле тяжести.
Для идеального газа, имеющего постоянную температуру Т и находящегося в однородном поле тяжести (во всех точках его объёма ускорение свободного падения g одинаково), Б. ф. имеет следующий вид:
р = p0exp [-gm.(h - h0)/RT] (1),
где р — давление газа в слое, расположенном на высоте h, p0 — давление на нулевом уровне (h = h0), m — молекулярная масса газа, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура. Графически зависимость (1) представлена на рис. Из Б. ф. (1) следует, что концентрация молекул n (или плотность газа) убывает с высотой по тому же закону:
n =n0exp [-mg (h-h0)/kT],
где m — масса молекулы, k — Больцмана постоянная.
Б. ф. лежит в основе барометрического нивелирования — метода определения разности высот Dh между двумя точками по измеряемому в этих точках давлению (p1 и p2). Поскольку атмосферное давление зависит от погоды, интервал времени между измерениями должен быть возможно меньшим, а пункты измерения располагаться не слишком далеко друг от друга. Б. ф. записывается в этом случае в виде: Dh = 18400· (1+at) lg (p1/p2) (в м), где t — средняя температура слоя воздуха между точками измерения, a — температурный коэффициент объёмного расширения воздуха. Погрешность при расчётах по этой формуле не превышает 0,1—0,5% от измеряемой высоты. Более точна формула Лапласа, учитывающая влияние влажности воздуха и изменение ускорения свободного падения.

19. Каким образом выполняется приведение давления к уровню моря и барометрическое нивелирование?

Вычисление с помощью барометрической формулы, по фактически наблюдаемому на станции атмосферному давлению и по температуре воздуха, того атмосферного давления, которое было бы на станции, если бы она находилась на уровне моря, т. е. если бы к фактическому давлению было прибавлено еще давление столба воздуха, простирающегося от уровня станции до уровня моря. Так как этого дополнительного столба воздуха в Действительности (для станции на равнине) не существует, то для расчета условно принимают, что температура растет на 0,5° на каждые 100 м понижения. Давление на станциях, расположенных выше 800 м, к уровню моря не приводится.

Дата добавления: 2015-06-28