Atmosfera.pdf

(5787 KB) Pobierz
_roz5.pdf
ATMOSFERA
SPIS TREŚCI:
Sławomir Dmowski - "GEOGRAFIA FIZYCZNA"
6. Atmosfera
SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY
Atmosfera - to gazowa i zewnętrzną powłoka Ziemi, złożona jest z mieszaniny gazów.
POWSTANIE ATMOSFERY
Badania geologów umożliwiają spojrzenie w przeszłość, kiedy Ziemia rodziła się z pyłów i gazów
kosmicznych około 4,6 mld lat temu. Półpłynna gorąca materia młodej Ziemi powoli stygła do około 100°C. Ciężkie
pierwiastki i ich związki gromadziły się wewnątrz Ziemi. Lekkie substancje, które wydobywały się z milionów
czynnych wówczas wulkanów, głównie: wodór (H 2 ), hel (He), azot (N 2 ), para wodna (H 2 O), tlenek i dwutlenek węgla
(CO i CO 2 ), związki siarki oraz metan (CH 4 ) tworzyły pierwotną atmosferę, która nie zawierała tlenu. Najlżejsze z nich
— wodór i hel uciekły w przestrzeń kosmiczną.
F ORMOWANIE SIĘ ATMOSFERY
Powierzchnia — lądy i oceany — młodej Ziemi, jak i jej atmosfera, nie zawierały ani materii organicznej ani
wolnego tlenu. Pierwszymi formami życia były bakterie, które do procesów życiowych nie potrzebowały ani tlenu ani
związków organicznych. Żyły one w środowiskach silnie zasolonych, zakwaszonych lub alkalicznych oraz w
temperaturach nawet powyżej 55°C. Ten rodzaj bakterii żyje współcześnie w złożach węgla kamiennego, ropy
naftowej, w rozlewiskach Parku Yellowstone, gejzerach Nowej Zelandii, w gorących wodach wulkanicznych na
Sachalinie i na Sycylii. W wyniku procesów biochemicznych powstaje siarkowodór, złoża siarki i rudy żelaza.
Jednak do rozwoju wyższych form życia konieczne było powstawanie nowych układów enzymatycznych,
wykorzystujących tlen. A tlenu w atmosferze nie było. Stopniowo, bakterie beztlenowe wytworzyły mechanizmy
wykorzystujące energię słoneczną - ukształtowały się procesy fotosyntezy . W komórkach bakterii wytworzył się
pigment podobny do chlorofilu, który zawiera kompleks enzymatyczny zdolny do wykorzystania energii słonecznej. W
wyniku fotosyntezy do atmosfery uwalnia się tlen. Bakterie te stopniowo, w ciągu milionów lat, opanowywały
środowiska wodne i lądowe. W tym czasie pojawiły się inne fotosyntetyzujące organizmy jednokomórkowe — sinice,
które oprócz fotosyntezy mają zdolność do fotolizy wody, w czasie której również wyzwala się tlen. Sinice wraz z
bakteriami tworzyły kolonie na powierzchni wód; następowała impregnacja krzemionką (SiO 2 ). Powstawały z nich
najstarsze (około 2,5 mld lat) skały — zawierające stromatolity. W skałach tych znaleziono skamieniałe bakterie i sinice
nie różniące się od współczesnych. Z czasem powstały glony, organizmy wyżej zorganizowane od bakterii i sinic, które
drogą fotosyntezy wytwarzają tlen ze znacznie większą intensywnością. Tlen powstaje również w wyższych warstwach
atmosfery w wyniku fotodysocjacji pary wodnej pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Uwolniony w tym
procesie wodór jako najlżejszy uciekał w przestrzeń kosmiczną. Stopniowo pojawiały się inne organizmy
fotosyntetyzujące: fitoplankton na powierzchni wód oraz rośliny wyższe na lądzie. Organizmy te wytwarzały około 40
proc. tlenu. W ciągu setek milionów lat z molekuł tlenu (O 2 ) tworzyła się pod wpływem promieniowania słonecznego
warstwa ozonu (O 3 ). Ozon pochłania ultrafioletowe promienie słoneczne i w ten sposób chroni organizmy przed ich
zabójczymi skutkami. Z tego wynika, że niektóre gatunki bakterii i sinic wytwarzające tlen były (i nadal są) odporne na
szkodliwe działanie ultrafioletu.
SKŁAD ATMOSFERY
Skład suchej i czystej cząsteczki powietrza przy powierzchni Ziemi
Materiały pomocnicze dla uczniów XXIV LO im. C. Norwida w Warszawie
Strona 2 z 54
275990034.013.png 275990034.014.png
Sławomir Dmowski - "GEOGRAFIA FIZYCZNA"
6. Atmosfera
Atmosfera ziemska to powłoka gazowa otaczająca ze wszystkich stron kulę ziemską i nie mająca ściśle
określonego kształtu. Krąży ona wraz z Ziemią w przestrzeni kosmicznej i podlega działaniu siły przyciągania
ziemskiego. Atmosfera jest układem dynamicznym. W jej dolnej części, zwanej troposferą, zachodzi ciągłe
przemieszczanie mas powietrza. Źródłem energii tych procesów jest promieniowanie słoneczne. Atmosfera wraz z
magnetosferą chroni nas przed promieniowaniem ultrafioletowym, które jest szkodliwe dla organizmów żywych, a
także przed nadmiernym wypromieniowaniem ciepła z Ziemi. Przelatujące przez atmosferę meteory i inne ciała
kosmiczne najczęściej spalają się lub rozpadają na drobny pył. Atmosfera zabezpiecza więc nas przed meteorami.
Powszechnie przyjmuje się, że atmosfera sięga na dole do litosfery i hydrosfery. Powietrze przenika jednak
znacznie głębiej, wypełnia pory i próżnie skalne w litosferze nawet na głębokości kilku tysięcy metrów. Górna granica
atmosfery znajduje się w przybliżeniu na wysokości 2000 km nad powierzchnią Ziemi.
Atmosfera ziemska składa się z mieszaniny gazów zwanej powietrzem. Grawitacyjne oddziaływanie Ziemi
powoduje, że najwięcej powietrza znajduje się w dolnej, przypowierzchniowej warstwie atmosfery. Żyjemy jakby na
dnie wielkiego „powietrznego oceanu”. Prawie połowa ogólnej masy powietrza znajduje się w przyziemnej warstwie o
grubości 5 km, zaś prawie cała masa (99,99%) w warstwie sięgającej do 100 km wysokości.
G ŁÓWNE SKŁADNIKI SUCHEGO I CZYSTEGO POWIETRZA PRZY POWIERZCHNI Z IEMI
azot (78,08% ogólnej objętości);
tlen (20,95% ogólnej objętości);
argon (0,93%);
dwutlenek węgla (około 0,03%);
inne rzadkie gazy: neon, wodór, hel, metan, ozon, ksenon i krypton (0,01%).
Do wysokości około 100 km nad powierzchnią Ziemi zawartość poszczególnych składników w powietrzu,
poza dwutlenkiem węgla i ozonem, nie zmienia się.
Gazy których zawartość nie zmienia się, nazywamy stałymi składnikami powietrza
o (m.in.: azot, tlen, argon, neon, hel, krypton, wodór) .
Stężenie ozonu i dwutlenku węgla w powietrzu często ulega zmianie, więc gazy te nazywamy zmiennymi
składnikami powietrza
o (m.in.: para wodna, CO 2 , dwutlenek i trójtlenek siarki, tlenki azotu, ozon) .
Skład chemiczny atmosfery jest zróżnicowany w zależności od wysokości. Przy powierzchni Ziemi dominują
gazy cięższe (azot, tlen), natomiast na wysokościach powyżej 1000 km - gazy lżejsze, głównie hel i wodór.
Wskutek różnych procesów zachodzących na Ziemi do atmosfery dostają się zanieczyszczenia naturalne oraz
sztuczne, powstałe w wyniku działalności gospodarczej. Dlatego powietrze w przypowierzchniowej warstwie atmosfery
zawiera domieszki ciekłe i stałe, zwane AEROZOLAMI , oraz parę wodną.
Aerozolami atmosferycznymi są :
pyłki roślin, bakterie, drobne cząsteczki dymu, popioły wulkaniczne i przemysłowe, cząsteczki soli
oraz pyły glebowe.
Para wodna występuje w atmosferze w zmiennych ilościach: od 0,00001% objętości suchego powietrza w
strefach okołobiegunowych do 4% w strefie równikowej. Zwykle zawartość pary wodnej w powietrzu waha się od 0 , 2
do 2 , 5%.
Obecny w atmosferze azot obniża stężenie tlenu, co wpływa na spowolnienie procesów spalania i przemiany
materii. Bierze on także udział w procesie wytwarzania białka w roślinach, np. rośliny motylkowe mają zdolność
pobierania azotu bezpośrednio z atmosfery (przy pomocy bakterii symbiotycznych).
Tlen jest gazem niezbędnym dla przebiegu wielu procesów, m.in.: oddychania, spalania oraz butwienia.
Zmienne składniki atmosfery pełnią także bardzo ważną rolę w procesach zachodzących w atmosferze (np.
w powstawaniu opadów atmosferycznych, powstawaniu efektu cieplarnianego), ale nie tylko. Większa zawartość
określonych gazów (czy aerozoli) może wpływać chociażby na kształtowanie procesów geomorfologicznych, na
przykład większa zawartość CO 2 , zwiększa intensywność procesów krasowych, zaś udział tlenków siarki i azotu
warunkuje rozwój wietrzenia i procesów glebotwórczych.
Zawartość zmiennych składników atmosfery kształtowana jest przez procesy naturalne i antropogeniczne.
Źródłem CO 2 w atmosferze są wybuchy wulkanów, spalanie paliw, takich jak węgiel, ropa naftowa, gaz, a także
oddychanie i gnicie. Zawartość CO 2 w atmosferze waha się od 0,02 do 0,04%, a w wielkich aglomeracjach może
dochodzić nawet do 0,08%. Od rewolucji przemysłowej, kiedy rozpoczęło się powszechne wykorzystywanie węgla, a
następnie ropy naftowej, zawartość tego gazu w dolnej warstwie atmosfery systematycznie, acz bardzo powoli, rośnie.
Na szczęście CO 2 pobierany jest z powietrza przez rośliny zielone do procesu fotosyntezy oraz magazynowany przez
wody oceanów. Stała kontrola zawartości CO 2 jest bardzo ważna, gdyż gaz ten zaliczany jest do grupy gazów
szklarniowych. Gazy te odpowiedzialne są za efekt cieplarniany, prowadzący do ocieplania klimatu Ziemi. Efekt
cieplarniany polega na pochłanianiu długofalowego, podczerwonego promieniowania Ziemi przez gazy i aerozole wy-
stępujące w atmosferze (CO 2 , metan, ozon, a także parę wodną i chmury).
Materiały pomocnicze dla uczniów XXIV LO im. C. Norwida w Warszawie
Strona 3 z 54
275990034.015.png 275990034.016.png 275990034.001.png 275990034.002.png 275990034.003.png 275990034.004.png 275990034.005.png 275990034.006.png 275990034.007.png
Sławomir Dmowski - "GEOGRAFIA FIZYCZNA"
6. Atmosfera
BUDOWA ATMOSFERY
Atmosfera ziemska ma budowę warstwową. Podstawą jej podziału na warstwy zwane sferami, są panujące
w niej warunki termiczne. Każda z warstw cechuje się specyficznym dla siebie przebiegiem temperatury. Ponadto
poszczególne sfery różnią się między sobą składem chemicznym, panującym tam ciśnieniem oraz zachodzącymi
zjawiskami fizycznymi.
Atmosferę ziemską podzielono na troposferę, stratosferę, mezosferę, termosferę i egzosferę. Poszczególne
warstwy atmosfery rozdzielają strefy przejściowe: tropopauza, stratopauza i mezopauza.
T ROPOSFERA :
Jest najniższą i najcieńszą warstwą atmosfery. Górna jej granica zmienia się w zależności od szerokości geograficznej i
pory roku. Nad biegunami sięga ona do 7 km w zimie i do 9 km w lecie. W umiarkowanych szerokościach
geograficznych od 10 km w zimie do 13 km w lecie. Nad równikiem zasięg troposfery waha się od 15 do 18 km w
ciągu całego roku. Zróżnicowana grubość troposfery wynika z niejednakowego nagrzewania się obszarów leżących na
różnych szerokościach geograficznych oraz różnej wartości siły odśrodkowej, działającej na cząsteczki powietrza.
Charakterystyczną cechą tej warstwy jest ciągły spadek temperatury wraz ze wzrostem wysokości, przeciętnie 0,6° na
100 m. Na granicy z tropopauza temperatura w obszarze zwrotnikowym waha się od -70 do -80°C, natomiast nad
biegunami od -70°C zimą do -45°C latem. Ciśnienie atmosferyczne maleje wraz ze wzrostem wysokości od około
1000 hPa na poziomie morza do około 200 hPa na granicy z tropopauza (przeciętnie 11,5hPa/100m). W troposferze
zachodzą częste turbulencje powietrza (burzliwy ruch powietrza w warstwie przygruntowej wywołany tarciem wiatru
o podłoże) oraz najważniejsze procesy kształtujące pogodę i klimat na Ziemi . W górnej troposferze, między 35° a
65° szerokości geograficznej na obu półkulach, formują się prądy strumieniowe . Są to silne prądy powietrza na
granicy troposfery i stratosfery, przekraczające nawet 300 km/h (wykorzystują je samoloty odrzutowe). Strefa ta
gromadzi 80% ogólnej masy powietrza oraz prawie całą parę wodną i zanieczyszczenia. W troposferze prowadzi się
badania meteorologiczne i klimatologiczne.
Zróżnicowanie zasięgu troposfery w zależności od szerokości geograficznej i pory roku
T ROPOPAUZA :
Jest strefą przejściową między troposferą a stratosferą o grubości od 0,5 do 2 km. Tropopauza leży na
wysokości około 18 km nad równikiem i około 7 km nad biegunami. W ciągu roku wysokość strefy nieznacznie się
zmienia. Warstwa ta cechuje się jednakową temperaturą w przekroju pionowym. W strefie międzyzwrotnikowej wynosi
ona -80°C, nad biegunami zaś waha się od -45 do -65°C. Różnice temperatury uzależnione są od pory roku. Ciśnienie
atmosferyczne waha się od 50 do 200 hPa w zależności od szerokości geograficznej i pory roku.
S TRATOSFERA :
Rozciąga się między tropopauza a stratopauza i sięga do około 50-55 km od powierzchni Ziemi. W dolnej
części tej warstwy do wysokości około 25 km utrzymuje się stała temperatura -55°C. W wyższych warstwach tej sfery
zachodzi wzrost temperatury wraz z wysokością i 50 km nad Ziemią wynosi ona około 0°C. Ciśnienie atmosferyczne
maleje ze wzrostem wysokości od kilkudziesięciu hPa do około 1 hPa. Szybki wzrost temperatury jest wynikiem
pochłaniania promieniowania słonecznego (głównie nadfioletowego i rentgenowskiego) przez ozon. W stratosferze
występuje prawie cały ozon atmosferyczny a jego największa koncentracja znajduje się na wysokościach od 20 do 35
km nad Ziemią. Warstwa zwana ozonosferą , pochłania prawie całe promieniowanie nadfioletowe Słońca, chroniąc nas
przed jego szkodliwym działaniem. W zimie w stratosferze powstają chmury perłowe (obłoki iryzujące) – zbudowane
z bardzo drobnych kryształków lodu. Oświetla je światło słoneczne dobrze po zachodzie lub długo przed wschodem
Słońca, gdy niżej leżące chmury ogarnia jeszcze ciemność. Kolor obłoków jest taki jak barwa nieba podczas zachodu
Materiały pomocnicze dla uczniów XXIV LO im. C. Norwida w Warszawie
Strona 4 z 54
275990034.008.png 275990034.009.png
Sławomir Dmowski - "GEOGRAFIA FIZYCZNA"
6. Atmosfera
Słońca, którego natężenie zmienia się od pasma do pasma. Barwy obłoków powstają w wyniku dyfrakcji światła
słonecznego na cząsteczkach lodu. Najczystsze występują wtedy, gdy wszystkie cząsteczki mają tę samą wielkość.
Kolorowe obłoki perłowe powstają w wyniku ruchów powietrza prowadzących do gwałtownego zamarzania pary
wodnej.
Chmury perłowe
S TRATOPAUZA :
Jest cienką strefą przejściową między stratosferą a mezosferą o stałej temperaturze około 0°C i bardzo niskim
ciśnieniu atmosferycznym około 1 hPa. Stratopauza zawiera między innymi ozon.
M EZOSFERA :
Rozciąga się między stratopauza a mezopauzą i sięga do wysokości 80-85 km od powierzchni Ziemi. Jej
przeciętna miąższość to 35 km. W warstwie tej występuje gwałtowny spadek temperatury wraz z wysokością od około
0°C do -90°C (czasem nawet do -120°C). Ciśnienie atmosferyczne wynosi tu około 1 hPa (jest stałe ). W strefie tej
występuje silna turbulencja powietrza . W jej górnej części tworzą się chmury srebrzyste (obłoki mezosferyczne) .
Obłoki te mają srebrzystobiały lub lekko żółtawy kolor i są najlepiej widoczne o północy, gdy wznoszą się nad zorzą
wieczorną, rozciągając się ku biegunowi. Przypominają leżące niżej cirrusy, ale podobnie jak obłoki perłowe powstają
jako efekt ruchów w najwyższych warstwach atmosfery.
Chmury srebrzyste
M EZOPAUZA :
Jest strefą przejściową między mezosferą a termosferą o stałej temperaturze około -90°C i bardzo niskim
ciśnieniu atmosferycznym około 1 hPa. Rozciąga się na wysokości około 85 km nad powierzchnią Ziemi.
T ERMOSFERA :
Sięga do wysokości około 800 km od powierzchni Ziemi. W warstwie tej temperatura rośnie wraz z
wysokością i w jej górnej części osiąga 1000°C (czasem nawet 1500°C). Ciśnienie atmosferyczne maleje i osiąga tu
bardzo niskie wartości (na wysokości 200 km 0,0 001 hPa, na wysokości 500 km 0,000 001 hPa). W dolnej części
termosfery znajduje się jonosfera . Powietrze jest w niej bardzo rozrzedzone i silnie naelektryzowane . W jonosferze
występują warstwy od których odbijają się fale radiowe o różnej długości. Dzięki temu istnieje możliwość odbierania
sygnałów radiowych nawet w odległości kilku tysięcy kilometrów od miejsca, skąd zostały nadane. W warstwie tej
powstają zorze polarne.
E GZOSFERA :
Stanowi zewnętrzną warstwę atmosfery ziemskiej powyżej 800 km od powierzchni Ziemi. Powietrze jest tu
bardzo silnie rozrzedzone. Cząsteczki gazów poruszają się z dużą prędkością (do 11,2 km/s), czasem nawet opuszczają
atmosferę i ulatują w przestrzeń kosmiczną. Są to głównie wodór i hel. Temperatura w egzosferze gwałtownie spada,
osiągając w strefie przejściowej do przestrzeni kosmicznej -273°C. Ciśnienie jest mniejsze niż 0,00 0001 hPa.
Materiały pomocnicze dla uczniów XXIV LO im. C. Norwida w Warszawie
Strona 5 z 54
275990034.010.png 275990034.011.png 275990034.012.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin