38. Атмосфера. Зоны атмосферы. Состав атмосферы, свойства » Шпоры для студентов

Атмосфера – воздушная оболочка Земли.

Атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу. Гомосфера характеризуется однородным и устойчивым газовым составом. Выше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации. Свойства – озоновый слой, низкая плотность воздуха – закрывает возможность существования организмов (околоземные организмы).

Способность атмосферы к самоочищению (ветер, осадки, лес).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (h3O) и углекислого газа (CO2).Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SО2, NН3, СО, озон, углеводороды, НСl, НF, пары Нg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).

Свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается.

Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 15 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

По мере подъёма на все большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др.

Атмосфера Земли [Внешняя оболочка] — это, что такое, какие, определение, значение, доклад, реферат, конспект, сообщение, вики — WikiWhat

Состав атмосферы Земли

Атмосфера Земли состоит из воздуха, который, в свою очередь, состоит в основном из смеси двух газов. 78% азота, около 21% кислорода. Лишь 1% приходится на другие газы и примеси, в том числе на углекислый газ и водяной пар.

Строение атмосферы

• Пограничный слой атмосферы
• Тропосфера
• Тропопауза
• Стратосфера
• Стратопауза
• Мезосфера
• Мезопауза
• Линия Кармана
• Термосфера
• Термопауза
• Экзосфера (сфера рассеяния)

Тропосфера

Хотя атмосфера простирается от поверхности Земли на не­сколько тысяч километров, основная же масса воздуха находит­ся в нижнем её слое. Этот слой воздушной оболочки называется тропосферой. Над географическими полюсами граница тропосферы располагается в среднем на высоте 8-9 км, в уме­ренных широтах — на высоте 10-11 км и на Экваторе — на высоте 18 км. В тропосфере образуются облака. Подхваченные ветром, они переносятся на десятки и сотни километров, и в об­ластях, удалённых от морей и океанов, выпадают дожди.

В тропосфере происходит изменение температуры в зависи­мости от времени года и другие изменения погоды. За последнее время с помощью ракет и спутников проводятся большие исследования вы­соких слоёв атмосферы. Выше тропосферы, примерно до высоты 50-55 км, расположена стратосфера, а ещё выше верхние слои атмосферы.

Физические свойства атмосферы

Атмосферные явления

Состояние атмосферы

Погода

см. Погода

Погодой называется состояние нижнего слоя атмосферы в данное вре­мя и в данном месте. Ежедневно почти во всех странах земного шара проводятся наблюдения над погодой. Наблюдения ведутся на метеорологических станциях.

Климат

см. Климат

Роль (значение) атмосферы

Значение атмосферы для всего живого на нашей планете ог­ромно.

Обеспечение жизни

Прежде всего воздух необходим живым организмам. Только одному человеку в сутки требуется около 11 тыс. л воз­духа. По объёму это почти целая железнодорожная цистерна.

Регуляция температуры

Атмосфера рассеивает солнечные лучи, и они не так сильно нагревают днём поверхность Земли. Ночью же атмосфера не даёт Земле быстро охладиться и, как невидимое одеяло, удержи­вает тепло. Отсутствие атмосферы на Луне приводит к тому, что днём (а день там длится около 14 земных суток) поверх­ность её раскаляется до +120°, а ночью остывает до -160°.

Защита от метеоритов

Атмосфера защищает планету от метеоритов. Почти все они сгорают в ней, не достигая поверхности Земли.

Изучение атмосферы

Уже давно люди заметили, что одни явления, происходящие в атмосфере, предвещают пасмурную и дождливую погоду, дру­гие, наоборот, ясную и солнечную. Вот почему изучению атмосферы, особенно её нижних слоёв, придаётся большое значение.

История образования атмосферы

Древние микроорганизмы

Весь свободный кислород планеты (он сейчас составляет 21% ее атмосферы) образовался в результате фото­синтеза — благодаря деятельности зеленых растений и некото­рых бактерий.

Поначалу земная атмосфера напоминала по составу вулкани­ческие газы, и кислорода в ней не было. В обмене веществ древ­нейших микроорганизмов кислород не участвовал — этот газ был просто побочным продуктом их жизнедеятельности. В ито­ге эти «отходы» все более «загрязняли» тогдашнюю атмосферу.

Кислородная революция (кислородная катастрофа)

Около 2 миллиардов лет назад произошло событие, обычно называемое «кислородной революцией». Содержание кислорода достигло уровня, позволяющего некоторым орга­низмам перейти к более совершенному типу обмена веществ — кислородному дыханию, — который характерен для животных и зеленых растений.

В это же время в атмосфере планеты из кислорода начал форми­роваться озоновый слой — невидимый щит, укрывающий ее по­верхность от смертоносного космического излучения.

Для микроорганизмов, населявших планету в ту эпоху, вся эта «кислородная революция» (благодаря которой мы и существуем) была самой настоящей экологической ката­строфой, разрушившей привычную для них среду обитания. «Не­обратимое отравление окружающей среды кислородом» — вот как это выглядело с их «точки зрения». Таких перемен, которые уст­раивали бы всех, к сожалению, не бывает.

Ученые узнают, сколько кислорода было в атмосфере в прошлые эпохи по образовавшимся в то или иное время минералам и горным породам. При этом нужно знать условия их образования. Известно, что после «кислородной революции» на поверхности Земли перестали встречаться некоторые минералы, которые быстро разрушаются кислородом возду­ха (например, пирит, или золотая обманка). И наоборот, появились не существовавшие прежде красноцветные отложения, похожие на ржавчину, для образования которых необходим кисло­род. А в последние годы открыты новые методы, которые позволяют прямо измерять изменения в содержании кислорода в былые эпохи.

Охрана атмосферы

Во всём цивилизованном мире борются за чистоту воздуха, а, следова­тельно, и за здоровье людей. Большая работа проводится в мире по очистке воздуха от пыли, дыма и других вредных веществ.

• Многие заводские и фабричные трубы имеют фильтры, проходя через которые дым очищается. За последние полвека стал чище ещё и потому, что котельные переведены на газ, а это топливо, как известно, при сгорании почти не даёт дыма и копоти.
• На железных дорогах уже давно не встречаются паровозы, из заменили тепловозы и электровозы.
• Во многих городах с каждым годом увеличивается коли­честв зелёных насаждений, которые очищают воздух.
• В лесных массивах пыли в 8-10 раз меньше, чем на откры­той местности. Кроме того, растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

Вопросы к этой статье:

• Какое значение имеет атмосфера для жизни на Земле?

• Какие меры предпринимаются для очистки воздуха?

• Чем отличался состав атмосферы в прошлом?

• Что таксе «кислородная революция»?

• Как жизнь на Земле сама себя защитила от губительных космических лучей?

• Для всякого ли живого организма кислород полезен?

Состав и строение атмосферы

Услуги специалиста

Воздушная оболочка, которая окружает нашу планету и вращается вместе с ней, называется атмосферой. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, а три четверти массы — в нижних 10 км. Выше воздух значительно разрежен, хотя его частицы обнаруживаются на высоте 2000—3000 км над земной поверхностью. Воздух, которым мы дышим, это смесь газов. Больше всего в нём азота — 78% и кислорода — 21 %. Аргон составляет менее 1 % и 0,03% — углекислый газ. Другие многочисленные газы, например криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон и прочие, составляют тысячные и миллионные доли процента. Воздух содержит также водяной пар, частички различных веществ, бактерии, пыльцу и космическую пыль. Атмосфера состоит из нескольких слоев. Нижний слой до высоты 10—15 км над поверхностью Земли называется тропосфера. Она нагревается от Земли, поэтому температура воздуха здесь с высотой падает на 6 °С на 1 километр подъёма. В тропосфере находится почти весь водяной пар и образуются практически все облака — прим. от geoglobus.ru. Высота тропосферы над разными широтами планеты неодинакова. Над полюсами она поднимается до 9 км, над умеренными широтами — до 10—12 км, а над экватором — до 15 км. Процессы, происходящие в тропосфере — формирование и перемещение воздушных масс, образование циклонов и антициклонов, появление облаков и выпадение осадков, — определяют погоду и климат у земной поверхности. Распределение температуры в атмосфере в зависимости от высоты Выше тропосферы располагается стратосфера, которая простирается до 50—55 км. Тропосферу и стратосферу разделяет переходный слой тропопауза, толщиной 1—2 км. В стратосфере на высоте около 25 км температура воздуха постепенно начинает расти и на 50 км достигает + 10 +30 °С. Такое повышение температуры связано с тем, что в стратосфере на высотах 25—30 км находится слой озона. У поверхности Земли его содержание в воздухе ничтожно мало, а на больших высотах двухатомные молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовую солнечную радиацию, образуя трёхатомные молекулы озона. Если бы озон располагался в нижних слоях атмосферы, на высоте с нормальным давлением, толщина его слоя была бы всего 3 мм. Но и в таком небольшом количестве он играет очень важную роль: поглощает вредную для живых организмов часть солнечного излучения. Выше стратосферы примерно до высоты 80 км простирается мезосфера, в которой температура воздуха с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. Верхняя часть атмосферы характеризуется очень высокими температурами и называется термосферой — прим. от geoglobus.ru. Её разделяют на две части — ионосферу — до высоты около 1000 км, где воздух сильно ионизован, и экзосферу — свыше 1000 км. В ионосфере молекулы атмосферных газов поглощают ультрафиолетовую радиацию Солнца, при этом образуются заряженные атомы и свободные электроны. В ионосфере наблюдаются полярные сияния. Атмосфера играет очень важную роль в жизни нашей планеты. Она предохраняет Землю от сильного нагрева солнечными лучами днём и от переохлаждения ночью. Большая часть метеоритов сгорает в атмосферных слоях, не долетая до поверхности планеты. Атмосфера содержит кислород, необходимый всем организмам, озоновый экран, защищающий жизнь на Земле от губительной части ультрафиолетовой радиации Солнца. Строение атмосферы АТМОСФЕРЫ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Атмосфера Меркурия так сильно разрежена, что, можно сказать, её практически нет. Воздушная оболочка Венеры состоит из углекислого газа (96%) и азота (около 4%), она очень плотная — атмосферное давление у поверхности планеты почти в 100 раз больше, чем на Земле. Марсианская атмосфера тоже состоит преимущественно из углекислого газа (95%) и азота (2,7%), но её плотность меньше земной примерно в 300 раз, а давление — почти в 100 раз. Видимая поверхность Юпитера на самом деле представляет собой верхний слой водородно-гелиевой атмосферы. Такие же по составу воздушные оболочки Сатурна и Урана. Красивый голубой цвет Урана обусловлен высокой концентрацией метана в верхней части его атмосферы — прим. от geoglobus.ru. У Нептуна, окутанного углеводородной дымкой, выделяют два основных слоя облаков: один состоит из кристаллов замёрзшего метана, а второй, расположенный ниже, содержит аммиак и сероводород.

Услуги специалиста

Строение и состав атмосферы — кислород, углекислый газ, азот

Общее

Атмосфера — это оболочка, где совмещены разные виды газов. Состав воздуха установился еще сотни миллионов лет назад, однако промышленная революция привела к увеличению углекислого газа. Все газы входящие в состав атмосферы реализуют разные функциональные задачи. Главная задача для всех газов — поглощение лучистой энергии и влияние на температурный режим на планете Земля.

В таблице 1 приведены количественные оценки составляющих атмосферы.

Таблица 1 — Химический состав сухого атмосферного воздуха возле земной поверхности

Газ	Объемная концентрация %	Молекулярная масса, ед.
Азот	78,084	28,0134
Кислород	20,9476	31,9988
Аргон	0,934	39,948
Углекислый газ	0,0314	44,00995
Неон	0,001818	20,179
Гелий	0,000524	4,0026
Метан	0,0002	16,04303
Криптон	0,000114	83,80
Водород	0,00005	2,01594
Закись азота	0,0000087	44,0128
Ксенон	от 0 до 0,00001	131,30
Двуокись серы	от 0 до 0,000007 летом; от 0 до 0,000002 зимой	64,0628/47,9982
Озон	От 0 ло 0,000002	46,0055/17,03061
Двуокись азога	Следы	28,01055
Аммиак	Следы
Окись углерода	Следы

Состав атмосферы

Азот — Занимает самую большую долю в атмосфере. Химически мало активен. Он регулирует темп окисления кислородом. Биологическое связывание азота реализуется бактериями в симбиозе с высшими растениями в почвах. Обмен всего азота происходит приблизительно за 10 млн. лет. Геохимический круговорот азота показан на рис.1.

<img loading=»lazy» src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2015/12/Geohimicheskij-krugovorot-azota.jpg» alt=»Геохимический круговорот азота» srcset=»/wp-content/uploads/2015/12/Geohimicheskij-krugovorot-azota.jpg 486w,/wp-content/uploads/2015/12/Geohimicheskij-krugovorot-azota-300×296.jpg 300w»>Рисунок — 1, Геохимический круговорот азота (В.А. Вронский, Г.В. Войткевич)

Кислород — очень активный элемент. Воздействие кислорода с другими элементами приводит к окислению органических веществ гетеротрофных организмов, горных пород и тд. Без кислорода мертвые органические вещества не разлагались бы. В верхних слоях атмосферы при воздействии ультрафиолетовой радиации реализуется диссонация молекул кислорода. Возникает озоновый пояс. Рассчитано, что кислород обновляется в течении 3-4 тыс. лет. Геохимический круговорот кислорода показан на рис.2.

<img loading=»lazy» src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2015/12/Geohimicheskij-krugovorot-kisloroda.jpg» alt=»Геохимический круговорот кислорода» srcset=»/wp-content/uploads/2015/12/Geohimicheskij-krugovorot-kisloroda.jpg 486w,/wp-content/uploads/2015/12/Geohimicheskij-krugovorot-kisloroda-300×191.jpg 300w»>Рисунок — 2, Геохимический круговорот кислорода (В.А. Вронский, Г.В. Войткевич)

Углекислый газ в атмосфере играет великую роль. Он образуется в результате процессов горения, дыхательного процесса живых организмов. Углекислый газ является строительным материалом для органических веществ при фотосинтезе. Также в больших количествах углекислый газ способен задерживать тепловое длинноволновое излучение, что приводит к парниковому эффекту. Он как и другие газы пропускает коротковолновою солнечную радиацию. Круговорот углерода в географической оболочке показан на рис. 3.

<img loading=»lazy» src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2015/12/Krugovorot-ugleroda-v-geograficheskoj-obolochke.jpg» alt=»Круговорот углерода в географической оболочке» srcset=»/wp-content/uploads/2015/12/Krugovorot-ugleroda-v-geograficheskoj-obolochke.jpg 347w,/wp-content/uploads/2015/12/Krugovorot-ugleroda-v-geograficheskoj-obolochke-248×300.jpg 248w»>Рисунок 3, Круговорот углерода в географической оболочке (по Ф. Рамаду, 1981)

Озон — этот газ поглощает ультрафиолетовые излучения Солнца, а поглощения солнечной радиации приводит к нагреванию воздуха. В приземных высотах озоновый шар имеет толщину 0,23 — 0,52 см. Увеличение озонового шара наблюдается при экваторе и на полюсах. Также при смене климата: весной увеличение, осенью уменьшение.

В воздухе также содержится твердые частицы. Они могут образовываться естественным и искусственным способом. Их можно увидеть, когда в окно светит солнце. Очень много таких частиц в городах. Они уменьшают точку росы и образование тумана возможное при 75% влажности.

Концентрацию твердых частиц можно отследить в прозрачности воздуха. К примеру в крупных городах Китая сейчас очень катастрофическая ситуация. Город окутан туманом, только в таком тумане находится огромное количество твердых частиц.

Водяной пар задерживает длинноволновые тепловые излучения земной поверхности (тепло), повышает температуру воздуха при конденсации водяных наров. Среднее содержание водяного пара в столбике атмосферы в умеренных широтах будет приблизительно 1,6 см. Измерения показывают что пара находится в нижнем слое атмосферы — тропосфере. Количество водяного пара зависит от температуры воздуха. К примеру в 1 м³ воздуха при температуре -20 °C может содержаться не более 1 г воды, а при +30°C — не более 30 г воды.

Смотрите также:

• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/Poverhnostnye-gruntovye-i-podzemnye-vody-150×150.jpg» alt=»Поверхностные, грунтовые и подземные воды»>Поверхностные, грунтовые и подземные воды
• <img src=»http://terasfera. ru/wp-content/uploads/2016/09/Vnutrennee-stroenie-sloev-Zemli-kora-mantiya-yadro-150×150.jpg» alt=»Внутреннее строение слоев Земли — кора, мантия, ядро»>Внутреннее строение слоев Земли — кора, мантия, ядро
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/01/Prichiny-obrazovaniya-mnogoletnej-merzloty-150×150.jpg» alt=»Причины образования многолетней мерзлоты»>Причины образования многолетней мерзлоты
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/obemy-i-zapasy-presnyh-vodnyh-resursov-v-gidrosfere-150×150.jpg» alt=»объемы и запасы пресных водных ресурсов в гидросфере»>объемы и запасы пресных водных ресурсов в гидросфере
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/09/problemy-zagryazneniya-litosfery-vidy-istochniki-resheniya-150×150.jpg» alt=»проблемы загрязнения литосферы — виды, источники, решения»>проблемы загрязнения литосферы — виды, источники, решения
• <img src=»http://terasfera. ru/wp-content/uploads/2016/07/Suhovej-goryachij-veter-150×150.jpg» alt=»Суховей — горячий ветер»>Суховей — горячий ветер
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/09/vliyanie-cheloveka-na-litosferu-150×150.jpg» alt=»влияние человека на литосферу»>влияние человека на литосферу
• <img src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2016/08/Puti-resheniya-problem-zagryazneniya-atmosfery-i-ee-zashhita-150×150.jpg» alt=»Пути решения проблем загрязнения атмосферы и ее защита»>Пути решения проблем загрязнения атмосферы и ее защита

Атмосфера состав — Справочник химика 21

    Очистка абгазов щелочных и кислых карманов в производстве «Кребс» осуществляется в санитарной насадочной колонне, орошаемой слабощелочным раствором гипохлорита. Очищенные абгазы с содержанием ртути 0,01 мг/м и хлора I мг/м выбрасываются в атмосферу. Состав поглотительного раствора pH 8-10, аС10 — н.м. 1г/л, №аС1 — до 100 г/л. Подпитка раствора осуществляется Ю ным едким натром, поступающим из мерника через клапан, работающий автоматически с помощью рН-метра. Отработанный раствор сбрасывается в сточные вода. 

[c.54]
    Потом мы займемся глинистыми минералами. Познакомившись с их строением и химическим разнообразием, мы сможем перейти к современным представлениям об истории состава морской воды. Мы узнаем, что в условиях современной атмосферы состав морской воды должен был бы на протяжении геологической истории сохраняться неизменным. Причина состоит в том, что концентрации основных элементов, Na, Са, Мд и других, в значительной степени регулируются благодаря глинистым минералам.  [c.284]

    Изменение давления от одной до семи атмосфер мало влияет на состав конечных продуктов [14], по с уменьшением давления ниже одной атмосферы состав продуктов начинает зависеть от начального парциального давлеиия. пропана [84]. [c.86]

    Воздух — смесь газов, из которых состоит земная атмосфера. Состав сухого воздуха у поверхности земли в объемных процентах , азот N — 78,08 кислород Ог — 20,95 благородные газы (аргон, неон, криптон, гелий, ксенон, радий) — 0,94 углекислый газ СОг — 0,03. [c.30]

    После понижения давления до 0,2 Па отработанный воздух поступает на установку рекуперации п-ксилола активированным углем. Установка состоит из трех адсорберов 8, два из которых предназначаются для поглощения, а третий — для регенерации. Отходящий воздух после подогревателя 9 с температурой 35— 40 °С поступает в два из трех адсорберов 8 с активированным углем снизу. Пройдя через слой угля, воздух очищается от п-ксилола и выбрасывается в атмосферу. Состав (приблизительный) сбрасываемого воздуха (%)  [c.163]

    Измельченное сырье с помощью транспортера 4а передвигается по плите 4 через пиролизную камеру 1, где оно воспламеняется и разлагается в атмосфере, состав которой контролируется н которая не содержит избытка кислорода требуемая температура обеспечивается горелкой 5 и также контролируется. Обычно сырье нагревают до температуры 315—650 °С, при которой достигается наиболее полное разложение. [c.112]

    Прокладки теплостойкие для воды, пара и масла, работающие в горячей атмосфере Состав (вес. ч.) [c.219]

    На скорость атмосферной коррозии специфически влияет ряд факторов, среди них состав атмосферы, состав и свойства продуктов коррозии, влажность, температура, географический. фактор, климатические условия, время года. [c.72]

    Результаты экспериментального исследования показали, что при нагревании углеводородной фракции слаболетучей части усть-балыкской нефти в течение 5,5 ч при температуре 120°С без катапизатора с азотной атмосферой состав подопытной углеводородной фракции изменяется в значительно большей мере, чем при аналогичном эксперименте в кислородсодержащей атмосфере, причем направленность изменения остается прежней. Напомним, что в первом случае эффект изменения выразился в повышении доли метаново-нафтеновой гр)шпы в составе углеводородной фракции приблизительно с 50 до 52% при понижении доли ароматических углеводородов с 42,6 до 40,7%. Состав метаново-нафтеновой группы пополнился хроматографической фракцией в = 1,457, отсутствовавшей в исходном продукте. Состав ароматической группы также был дополнен новыми хроматографическими фракциями в ближайшей к бензолу части и особенно заметно в высокомолекулярной части. [c.40]

    Эти нежелательные эффекты обычно пытаются ослабить, применяя электроды из благородных металлов (золото, платина). Кроме того, перед измерениями применяемые электроды сравнения в течение нескольких дней выдерживают в атмосфере, состав которой близок к составу атмосферы в условиях опыта. При сохранении постоянства состава атмосферы такие тренированные электроды дают довольно устойчивые показания. Тем не менее результаты измерений конденсаторным методом, полученные разными авторами, зачастую заметно различаются. [c.30]

    Коррозия в атмосфере Состав сталей (в о/о) [c.13]

    По Р, О. Кузьмину (1977 г.), анализировавшему возможное строение верхней части литосферы Марса по косвенным и прямым данным (/ , Г-условия, состав атмосферы, состав грунта Марса), криолитозона этой планеты имеет трехслойное строение (рис. 6.18), причем газогидраты СО2 встречаются как у поверхности планеты, так и в самых глубоких горизонтах криолитозоны (на глубинах до 4 км). Вполне вероятно, что в газогидратной форме находится значительное количество воды в криолитозоне. [c.228]

    Разработке материала для приготовления сверхпроводящих проводов состава В128г2СаСи201 посвящен обзор [33], содержащий 24 ссылки. Сверхпроводник В1(2212) считают одним из кандидатов для изготовления проводов. Процессы частичного плавления и медленного охлаждения позволяют получить хорошо ориентированную микроструктуру, хороший контакт между зернами. Исследования фазовых превращений позволили контролировать микроструктуру и сверхпроводящие свойства. Выявлены три фактора, ответственные за сверхпроводящие свойства концентрация кислорода в атмосфере, состав сверхпроводящих порошков и режим термической обработки. Обсуждаются пути решения имеющихся проблем создания сверхпроводящих проводов. [c.242]

    С твердыми отходами, сбрасываемыми на шламовые и иловые площади или поступающими в накопительные ямы, теряется довольно много нефти и нефтепродуктов. При хранении нефтяных шламов, ила и отработанных глин в открытых шламонако-пителях, площадках и бункерах от 20 до 50% содержащихся в них нефтепродуктов испаряется (выветривается) в атмосферу. Состав образующегося шлама на разных заводах неодинаков. В табл. 3 приведены данные по качеству шламов, образующихся на ряде заводов топливного и топливно-масляного профилей. [c.19]

    Наибольшее распространение имеет метод восстановления азота нитратной формы биологическим способом. При этом методе сточные воды после биологической очистки обрабатываются в нитрификаторах (типа аэротенков), где аммонийный азот окисляется до нитратов и нитритов в аэробной среде, а затем в денитрификаторах (типа резервуаров с перемешиванием или фильтров), где нитраты превращаются в молекулярный азот, переходящий в атмосферу. Состав сооружений рекомендуется следующий вторичные отстойники, нитрификаторы (аэротенки с продолженной аэрацией), третичные отстойники, денитрифика-торы (в виде каркасно-засыпных фильтров). [c.209]

    Более того, есть и другое глубокое различие в составе первичной и вторичной атмосфер. Состав первичной атмосферы определялся главным образом составом межзвездного вещества и нагреванием нри аккреции. Состав же вторичной атмосферы (точнее, первичной бескислородной атмосферы) зависел от других обстоятельств. Из них главное то, 1) какие летучие компоненты остались на Земле, потерявшей первичную атмосферу, в виде тяжелых соединений 2) как эти соединения разлагались в период обезгажи-вапия, в результате чего постепенно формировалась вторичная атмосфера 3) каковы были термодинамические отношения между выделившимися газами на примитивной стадии вторичной атмосферы. [c.93]

---

Структура и состав атмосферы — Степановских А.С. Экология. Учебник для вузов

А. С. Степановских
Экология. Учебник для вузов
М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. — 703 с.

14.1. Структура и состав атмосферы

Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение (см. рис. 2.2). Нижний, наиболее плотный слой воздуха — тропосфера. В зависимости от широты Земли ее высота 10—15 км. Здесь содержится 80 % массы атмосферы и до 80% водяного пара, развиваются физические процессы, формирующие погоду и влияющие на климат различных районов нашей планеты. Над тропосферой до высоты 40 км расположена стратосфера. В ней находится озоновый слой, поглощающий большую часть ультрафиолетовой радиации и предохраняющий жизнь на Земле. Выше находится ионосфера, которая обладает повышенной ионизацией молекул газа. Этот слой высотой до 1300 км также оберегает все живое от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн. Далее до 10 000 км простирается экзосфера, где плотность воздуха с увеличением высоты убывает, приближаясь к разреженности вещества в максимальном пространстве.

Принято выделять постоянные и переменные компоненты атмосферы в зависимости от длительности пребывания в атмосфере. Таким примером является вода, находящаяся в атмосфере в разных формах и концентрациях. В то же время такое подразделение составных частей атмосферы является относительным, так как в течение длительных интервалов времени все компоненты атмосферы оказываются переменными. Приблизительный состав атмосферы представлен в таблице 14.1.

Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ.

Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон (О-). Его образование и разложение связаны с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, которая губительна для живых организмов. Он же задерживает 20% инфракрасного излучения Земли, повышая утепляющее действие воздушного покрывала. Основная масса озона располагается на высотах 22—24 км. Озоновый слой часто называют «озоновым экраном» (рис. 14.1).

Таблица 14.1

Приблизительный состав атмосферы*

Элементы и газы	Содержание в нижних слоях атмосферы, %
	по объему	по массе
Азот ислород Аргон Неон Гелий риптон Водород Углекислый газ (в среднем) Водяной пар: в полярных широтах у экватора Озон: в тропосфере в стратосфере Метан Окись азота Окись углерода	78,084 20,946 0,934 0,0018 0,000524 0,000114 0,00005 0,034 0,2 2,6 0,000001 0,001-0,0001 0,00016 0,000001 Тысячные доли, в воздухе городов — до 0,000008	75,5 23,14 1,28 0,0012 0,00007 0,0003 0,000005 0,0466 — — — — 0,00009 0,0000003 0,0000078

Таким образом, мощность воздушной оболочки, защищающей жизнь на нашей планете от безжизненного космоса, по земным масштабам, значительна— 1,5 тыс. км, или около 1/4 радиуса Земли, по масштабам космическим ничтожна — составляет 1/100000 расстояния от Земли до Солнца. 3/4 воздуха сосредоточено в нижнем ее слое — тропосфере.

Плотность атмосферы существенно падает с высотой, но даже у самого уровня моря — около 0,001 г/см², т. е. почти в 1000 раз меньше плотности воды — она, по житейским нашим меркам, вообще не укладывается в средства защиты. И тем не менее именно «невесомый» воздух — безотказная защита планеты от губительных для живого воздействия космоса. Пробить эту «броню» в состоянии лишь крупные, с исходной массой в десятки и сотни тонн метеориты — явление чрезвычайное.

Количество пыли в атмосфере зависит от интенсивности вулканизма, антропогенных выбросов и скорости осаждения частиц, поэтому трудно определимо.

Рис. 14.1. Распределение и перенос озона (1), воды (2) и примесей (3) в атмосфере Земли (Newell, 1971)

---

* Таблица отражает только порядок чисел (например, массу атмосферы оценивают от 5,15 до 5×9×10¹⁵ т), поскольку количество атмосферных примесей непрерывно меняется (растет содержание СО₂ и других газов и т. п.).

Основные параметры, влияющие на погоду и климат. Справка

Некоторые из имеющихся гипотез опираются на возможное влияние на климатическую систему внеземных факторов: изменение активности Солнца, особенности орбитального движения Земли, падение метеоритов, изменение положения магнитных полюсов Земли. Другие пытаются объяснить неустойчивость климатической системы действием внутренних причин, таких как: рост вулканической активности, изменение концентрации углекислого газа в атмосфере, сдвиги в системе океанических течений, собственные колебания циркуляции атмосферы.

Солнце – это главная сила управляющая климатической системой и даже самые незначительные изменения в количестве солнечной энергии могут иметь серьезные последствия для климата земли. Многие годы ученые верили, что солнечная активность остается величиной постоянной. Однако наблюдения со спутников поставили под сомнение истинность этой гипотезы.

Солнечная активность увеличивается и уменьшается каждые одиннадцать лет (или, как полагают некоторые специалисты, каждые двадцать два года) солнечного цикла. Возможно существование и других важных солнечных циклов. Для того, чтобы оценить их влияние, необходимо проводить постоянные измерения солнечной активности и изучить следы взаимодействия между солнечной активностью и климатом за последние столетия и тысячелетия.

Астрономические факторы: В середине XX века ученые выяснили, что на протяжении миллионов лет самое сильное влияние на климат Земли оказывали периодические изменения ее орбиты. За последние 3 миллиона лет регулярные колебания количества солнечного света, падающего на поверхность планеты, вызвали серию ледниковых периодов, перемежавшихся короткими теплыми межледниковыми интервалами.

Одной из наиболее известных и общепринятых теорий периодического обледенения Земли является астрономическая модель, предложенная в 1920 году Сербским геофизиком Милутином Миланковичем. В соответствии с гипотезой Миланковича полушария Земли в результате изменения ее движения могут получать меньшее или большее количество солнечной радиации, что отражается на глобальной температуре.
За миллионы лет сменилось множество климатических циклов. В конце последнего ледникового периода ледяной покров, в течение 100 тысяч лет сковывавший север Европы и Северной Америки, начал уменьшаться и 6 тысяч лет назад исчез. Многие ученые считают, что развитие цивилизации приходится в основном на теплый промежуток между ледниковыми периодами.

Состав атмосферы: Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию, так и собственное излучение земной поверхности. Нагретая атмосфера излучает сама. Так же как и земная поверхность, она излучает инфракрасную радиацию в диапазоне невидимых глазу длинных волн. Значительная часть (около 70%) излучения атмосферы приходит к земной поверхности, которая практически полностью ее поглощает (95-99%). Это излучение называется «встречным излучением», так как оно направлено навстречу собственному излучению земной поверхности. Основной субстанцией в атмосфере, поглощающей земное излучение и посылающей встречное, является водяной пар.

Помимо водяного пара в состав атмосферы входят углекислый газ (СО2) и другие газы, которые поглощают энергию в диапазоне волн 7-15 мкм, т.е. там, где энергия земного излучения близка к максимуму. Сравнительно небольшие изменения концентрации СО2 в атмосфере могут оказать воздействие на температуру земной поверхности. По аналогии с процессами, происходящими в оранжереях, когда проникающая сквозь защитную пленку радиация нагревает землю, излучение которой пленкой задерживается, обеспечивая дополнительный нагрев, этот процесс взаимодействия земной поверхности с атмосферой носит название «парникового эффекта».

Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас.

Влияние внешних факторов на глобальную температуру воздуха изучается на основе моделирования. Большинство работ в этом направлении свидетельствуют о том, что в последние 50 лет предполагаемые темпы и масштабы потепления, обусловленные увеличением выбросов парниковых газов, вполне сопоставимы с темпами и масштабами наблюдаемого потепления или превышают их.
Изменения концентрации в атмосфере парниковых газов и аэрозолей, изменения солнечной радиации и свойств земной поверхности меняют энергетический баланс климатической системы. Эти изменения выражаются термином «радиационное воздействие», которое используется для сравнения того, как в силу целого ряда человеческих и естественных факторов на глобальный климат оказывается нагревающее или охлаждающее влияние.

Другой очевидной причиной, вызывающей климатические изменения, является извержение вулканов. Эта возможность обсуждалась еще в XVII веке Бенджаменом Франклином. Идея заключалась в том, что образующиеся в процессе извержения вулкана облака мелких частиц (аэрозоли) могут заметно ослаблять поток приходящей к земной поверхности коротковолновой радиации, почти не изменяя длинноволнового излучения, уходящего в мировое пространство. Дальнейшие исследования показали, что основное влияние на радиацию и термический режим Земли оказывает слой сернокислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканом серосодержащих газов. Наибольший интерес вызывает влияние извержений вулканов на температуру воздуха. Из общих соображений эксперты ожидают понижения температуры в течение некоторого времени.

Океаны также играют важную роль в глобальной климатической системе. Атмосфера имеет общую границу с океаном более чем на 72% поверхности Земли и реагирует на все изменения, происходящие в океане. Надо учесть также, что в любой момент времени количество тепла, запасенного в вертикальном столбе атмосферы высотой от поверхности Земли до границ космического пространства, приблизительно такое же, как содержащееся в столбе воды океана высотой 3 м, считая от поверхности. Поэтому именно океан является главным аккумулятором и хранителем энергии поступающей на Землю солнечной радиации, которая впоследствии высвобождается в атмосферу.

Обладая огромной теплоемкостью, океаны оказывают стабилизирующее влияние на атмосферу, делая ее более устойчивой. В то же время и основные параметры океанов испытывают долгопериодные и короткопериодные изменения, и некоторые из них по своим временным характеристикам сравнимы с изменениями, происходящими в атмосфере.

Существующие в настоящее время климатические условия во многом обусловлены воздействием океана. Запас тепла в океане размещен неравномерно и постоянно перемещается океаническими течениями.

Помимо постоянного переноса тепла поверхностными течениями, в океане происходит регулярное перемешивание вод по глубине, известное как «термогалинная циркуляция», зависящее как от температуры воды, так и от содержания в ней солей, или солености   соленая вода замерзает при более низкой температуре.

Согласно исследованию датских ученых, магнитное поле Земли также в значительной степени влияет на климат, а это может привести к пересмотру устоявшегося мнения о том, что основную ответственность за глобальное потепление несут парниковые газы.

Согласно оценочному докладу МГЭИК 2007 года, с вероятностью в 90% наблюдаемые изменения климата связаны с деятельностью человека. Подобная гипотеза была выдвинута еще в 1992 году в Рамочной конвенции ООН об изменении климата.

Антропогенное происхождение современных климатических изменений, в частности, подтверждают палеоклиматические исследования, основанные на анализе содержания парниковых газов в пузырьках воздуха, вмерзших в лед. Они показывают, что такой концентрации СО2 как сейчас не было за последние 650 тысяч лет. Причем по сравнению с доиндустриальной эпохой (1750) концентрация углекислого газа в атмосфере выросла на треть. Современные глобальные концентрации метана и закиси азота также существенно превысили доиндустриальные значения.

Рост концентрации этих трех основных парниковых газов с середины 18 века, по мнению ученых, с очень высокой степенью вероятности связан с хозяйственной деятельностью человека, в первую очередь – сжиганием углеродного ископаемого топлива (нефти, газа, угля и др. ), промышленными процессами, а также сведением лесов – естественных поглотителей CO2 из атмосферы.

Глобальное изменение климата предполагает перестройку всех геосистем. Данные наблюдений свидетельствуют о повышении уровня Мирового океана, таянии ледников и вечной мерзлоты, усилении неравномерности выпадения осадков, изменении режима стока рек и других глобальных изменениях, связанных с неустойчивостью климата.

Последствия климатических изменений проявляются уже сейчас, в том числе в виде увеличения частоты и интенсивности опасных погодных явлений, распространении инфекционных заболеваний. Они наносят значительный экономический ущерб, угрожают стабильному существованию экосистем, а также здоровью и жизни людей. Выводы ученых говорят о том, что продолжающиеся климатические изменения могут в будущем привести к еще более опасным последствиям, если человечество не предпримет соответствующих предупредительных мер.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Состав атмосферы – обзор

9.

3 Косвенное воздействие осаждения энергичных частиц

Изменения состава атмосферы, непосредственно вызванные выпадающими в осадок частицами, рассматриваемые в предыдущем разделе, происходят преимущественно в мезосфере и нижней термосфере, где концентрации озона относительно невелики. Вызванное частицами каталитическое разрушение озона на этих высотах оказывает лишь слабое влияние на радиационный баланс атмосферы и, следовательно, на динамику. Однако в 1980-х годах уже предполагалось, что динамическая связь ¹ может быть ответственна за перенос химического отпечатка энергичных частиц в стратосферу, где находится большая часть озона (Solomon et al., 1982). Этот механизм хорошо изучен в настоящее время и подтверждается большим количеством наблюдений и модельных исследований.

Транспортные процессы, связанные с этой связью, происходят в полярную зиму, во время которой время жизни NO _x велико. NO, созданный в нижней термосфере, в отсутствие фотодиссоциации и последующей потери в результате реакции (9. 4), диффундирует в область мезопаузы в течение времени от часов до дней. Затем крупномасштабный перенос следует за остаточной циркуляцией, климатологической моделью циркуляции, характеризующейся подъемом в летней стратосфере и мезосфере, меридиональным переносом вблизи мезопаузы, направленным к зимнему полюсу, и спуском в полярную зимнюю стратосферу (см.9.9). Эта циркуляция управляется в основном гравитационными волнами, распространяющимися вверх через стратосферу и создающими импульс в верхних слоях стратосферы и мезосферы. Энергия волн уводит мезосферу далеко от радиационного равновесия, что приводит к циркуляции к экватору от летнего полюса и к полюсу в зимнем полушарии (см. также рис. 9.3). Таким образом, диабатическое охлаждение на зимнем полюсе приводит к сильному нисходящему переносу мезосферного воздуха вглубь стратосферы со скоростью спуска 1–2 км/день в нижней мезосфере (Funke et al., 2014б). Перенос в более низкие, освещенные солнцем широты горизонтальными ветрами и водоворотами приводит к потере NO из-за фотодиссоциации со временем жизни от часов до дней. Однако воздух, который не переносится из полярной области, в конечном итоге опустится внутри полярного вихря, где нисходящий перенос ограничивается струей полярной ночи, что минимизирует потери за счет фотодиссоциации. Оказавшись в стратосфере, компоненты NO _x быстро превращаются в другие компоненты NO _y , такие как N ₂ O ₅ и HNO ₃ (Stiller et al., 2005). Фотохимическое время жизни стратосферного NO _y составляет от месяцев до лет, что, таким образом, определяет временной масштаб, в течение которого он будет участвовать в каталитическом разрушении O ₃ .

Рисунок 9.9. Стрелки, показывающие направление преобразованных эйлеровых средних ветров, меры остаточной циркуляции, из многолетней климатологии, смоделированной климатической моделью WACCM. На левой панели показано среднее значение за январь, а справа — среднее значение за июль.

От Смита, А.К., 2012. Глобальная динамика МЛТ. Surv. Геофиз. 33 (6), 1177–1230 (Смит, 2012). Предоставлено в соответствии с лицензией Creative Commons (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Генерируется EPP NO _y мезосферного и нижнего термосферного происхождения, регулярно способствует полярной зиме NO _y column на высоте 20–70 км на 10–40 % в Южном полушарии (ЮГ) и 1–30 % в Северном полушарии (СП) (Funke et al., 2014a). Этот так называемый непрямой эффект ПКП (IE) (Randall et al., 2007) вызывает значительные колебания полярного озона, способные изменять тепловую структуру и ветры в стратосфере, которые, в свою очередь, модулируют силу арктического полярного вихря. Воздействие осадков энергичных частиц на озон в верхних слоях стратосферы также представляет собой важную неопределенность в оценке нынешних и будущих тенденций в отношении озона, особенно из-за его зависимости от долгосрочного солнечного цикла.

Зависимость от солнечного цикла связана с источником ЭПП в верхних слоях атмосферы, который в значительной степени обусловлен геомагнитной активностью. Это было ясно продемонстрировано тесной корреляцией наблюдаемых количеств NO _y , генерируемых ЭПП, в полярной зимней стратосфере с такими геомагнитными индексами, как Kp или Ap (Seppälä et al., 2007; Randall et al., 2007; Sinnhuber). и др., 2011; Функе и др., 2014b). Эти корреляции особенно сильны в южном полушарии (см. рис. 9.10, правые панели). В Северном полушарии динамическая изменчивость более выражена из-за более сильной волновой активности в середине зимы; это приводит к более слабому суммарному опусканию и, следовательно, к меньшим выпадениям EPP-NO _y в стратосферу, а также к менее выраженной корреляции с геомагнитной активностью.Однако удивительно сильные косвенные эффекты ПОП, намного более сильные, чем ожидалось, исходя из соответствующего уровня геомагнитной активности, наблюдались в течение нескольких недавних зим СП (см. рис. 9.10, левые панели), особенно в период с января по март 2004 г., 2006 г., 2009 г. и 2013 г.

Рисунок 9. 10. Корреляции количеств EPP-NO _y (в гигамолях, GM), спустившихся ниже 70 км в зимних полушариях NH ( left ) и SH ( right ) в течение февраля (NH), августа (SH), марта (NH) и сентябрь (SH) с 2002 по 2012 год в зависимости от взвешенного индекса Ap, составного индекса Ap за предыдущие 3 месяца, который был скорректирован с помощью полилинейной регрессии.

Адаптировано из Funke, B., Puertas, M.L., Holt, L., Randall, C.E., Stiller, G.P., von Clarmann, T., 2014b. Полушарное распределение и межгодовая изменчивость NO _y , вызванная высыпанием энергичных частиц в 2002–2012 гг. Дж. Геофиз. Рез. 119 (23), 13565–13582.

Чрезвычайно сильные явления мезосферного опускания в течение всех этих зим происходили в фазе восстановления внезапных стратосферных потеплений (ВСП). Это драматические метеорологические возмущения, влияющие на полярную зимнюю атмосферу в широком диапазоне высот.Ключевым механизмом является рост распространяющихся вверх планетарных волн из тропосферы и их взаимодействие со средним зональным потоком, который замедляет или реверсирует направленную на восток зимнюю стратосферную струю, вызывая нисходящую циркуляцию в стратосфере и адиабатический нагрев (Мацуно, 1971). Модифицированный зональный средний поток меняет условия фильтрации гравитационных волн и вызывает замедление опускания мезосферы и связанное с ним охлаждение выше стратопаузы. Таким образом, в основной период ВСП перенос NO _x в стратосферу уменьшается.Однако изменившиеся динамические условия после ВСП благоприятствуют распространению неорографических гравитационных волн по всей стратосфере и нижней мезосфере. В конце концов они прорываются в верхней мезосфере, обеспечивая усиленный импульс, направленный на запад, который вызывает остаточную циркуляцию, направленную к полюсу и вниз. Эти события спуска, начинающиеся примерно через 10 дней после центральной даты ВСП, обычно связаны с приподнятой стратопаузой (ES) на высотах до 80 км (климатологическая полярная зимняя стратопауза находится на высоте около 50 км) как следствие адиабатического отопление (т.г., Чандран и др., 2011). В результате большое количество NO _x переносится вниз в стратосферу с величиной, на которую сильно влияет время события, что приводит к более высоким количествам для событий ВСП/ЧС в середине зимы по сравнению с теми, которые происходят в конце зимы. зимой (см. Holt et al., 2013 и рис. 9.11). Причина такого поведения двояка: с одной стороны, сила вертикальных ветров после события имеет ярко выраженную сезонную зависимость с максимумом в середине зимы, а с другой стороны, доступность NO определяется условиями освещенности. в районе источника ЭПП.

Рисунок 9.11. NO _x к полюсу от 70° северной широты, смоделированные с помощью климатической модели WACCM для зим с (a) отсутствием крупных событий ВСП или ЧС, (b) декабрьским событием ВСП/ЧС, (c) январским событием ВСП/ЧС, и (d) февральское событие SSW/ES.

From Holt, LA, Randall, CE, Peck, ED, Marsh, DR, Smith, AK, Lynn Harvey, V., 2013. Влияние сильного внезапного стратосферного потепления и повышенных явлений стратопаузы на эффекты осаждения энергичных частиц в WACCM . Дж. Геофиз.Рез.

9.3.1 Наблюдения

Спутниковые наблюдения за последние три десятилетия дали четкую картину EPP IE, происходящего каждую полярную зиму с величиной, модулируемой солнечным циклом. Первое экспериментальное свидетельство нисходящего переноса термосферного NO _x по спутниковым данным было получено с помощью прибора Limb Infrared Monitor of the Stratosphere (LIMS), который измерил повышенные уровни NO ₂ в верхних слоях стратосферы и мезосферы до 175 ppbv при условия полярной ночи зимой 1978–1979 годов в северной широте (Russell et al., 1984). NO ₂ является хорошим заменителем для NO _x в темных условиях ниже примерно 60 км, где NO почти полностью преобразуется в NO ₂ . Подобные усиления ночной полярной зимы NO ₂ в обоих полушариях наблюдались с помощью Улучшенного зонда стратосферы и мезосферы (ISAMS) (Callis and Lambeth, 1998) и с помощью эксперимента по спектроскопии атмосферных следовых молекул (ATMOS) (Rinsland et al., 1999). ) в 1991–92 гг. Однако эти ранние наблюдения были ограничены отдельными полярными зимами и не позволили сделать вывод о том, были ли наблюдаемые увеличения NO _x спорадическими событиями или регулярными особенностями полярной зимы.

Более продолжительные NO _x Наблюдения в полярной зимней стратосфере, дающие доказательства регулярного ИЭ ЭПП, начавшиеся в 1992 г. с Эксперимента по покрытию галогенами (HALOE) на спутнике для исследования верхних слоев атмосферы (UARS, работал до 2005 г.) ( например, Siskind, 2000) и приборы Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM II и III), работавшие в 1993–1996 и 1998–2005 годах соответственно (например, Randall et al., 1998, 2001). С 2004 года наблюдения стратосферных улучшений EPP-NO _x обеспечиваются все еще работающим спектрометром с преобразованием Фурье для эксперимента по химии атмосферы (ACE-FTS) на канадской платформе SciSat (e.г., Ринсланд и др., 2005; Рэндалл и др., 2007). Однако все эти инструменты используют метод солнечного затмения и, таким образом, ограничиваются наблюдениями освещенных солнцем областей. Многолетние наблюдения EPP-NO _x , включая районы полярной ночи, были впервые проведены с помощью европейских инструментов Envisat Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars (GOMOS) (Seppälä et al. , 2007) и интерферометра Майкельсона для пассивных наблюдений. Атмосферное зондирование (MIPAS) (Funke et al., 2005), оба работали в 2002–2012 годах.

Основная трудность в количественном определении общего количества EPP-NO _x по наблюдениям NO _x заключается в выделении вклада верхних слоев атмосферы, который опустился в полярную стратосферу, от стратосферного фона, вызванного окислением N ₂ O. Для преодоления этого препятствия обычно используются трассерные корреляции. Например, Siskind (2000) ясно продемонстрировал существование обогащенного NO _x верхнего слоя атмосферы в полярной зимней стратосфере южного полушария путем сопоставления CH ₄ и NO _x , измеренных HALOE.Функе и др. (2005) определили чистое количество NO _x из 2,4 гигамолей (ГМ), выпавшее в стратосферу во время антарктической зимы 2003 г. по данным глобальных наблюдений MIPAS. Это составляет около 9% NO _x , образующихся локально в стратосфере в результате окисления N ₂ O. Используя измерения покрытия HALOE, Randall et al. (2007) оценили количество EPP-NO _x , спускающихся в стратосферу Антарктики, в диапазоне от 0.От 1 до 2,6 ГМ в год в течение 1992–2005 гг. Корреляции CH ₄ –NO _x также использовались Holt et al. (2012) для расчета количеств EPP-NO _x , пересекающих стратопаузу зимой 1979 и 2002–2009 годов в северном полушарии, по наблюдениям LIMS, MIPAS и ACE-FTS, что приводит к, как правило, меньшим отложениям (0,05–0,7 ГМ) чем в южном полушарии, за исключением конца зимы 2003–2004 гг. (2,7 GM), которая характеризовалась сильным событием ВСП/ЭС в сочетании с высоким уровнем геомагнитной активности.

Однако для того, чтобы определить долгосрочное воздействие EPP IE на всю стратосферу, глобальные наблюдения за всеми составляющими семейства NO [NO ₂ ]+[HNO ₃ ]+2[N ₂ O ₅ ]+[ClONO ₂ ]). Такие наблюдения были предоставлены прибором MIPAS. Функе и др. (2014a) использовали эти измерения MIPAS NO _y вместе с совмещенными CH ₄ и измерениями трассеров CO для расчета 10-летней записи EPP-NO _y в вертикальном диапазоне 20–70 км с глобальное покрытие (см.9.12). Этот набор данных ясно демонстрирует регулярный ИЭ ЭПП во всей стратосфере с самыми высокими концентрациями ЭПП-NO _y до одной части на миллион по объему (ppmv) в мезосфере в период зимнего солнцестояния, непрерывно уменьшающимися со временем и к более низким высотам. Весенние пиковые концентрации в несколько частей на миллиард по объему (ppbv) наблюдались на высотах до 22–25 км. Для сравнения, пиковые концентрации стратосферного NO _y , образующегося при окислении N ₂ O, составляют порядка 15 частей на миллиард по объему.

Рисунок 9.12. Временная эволюция объемных отношений смешивания EPP-NO _y , наблюдаемая MIPAS при 70–90° ю. 2012).

From Funke, B., López-Puertas, M., Stiller, G.P., von Clarmann, T., 2014a. Мезосферный и стратосферный NOy, образовавшийся в результате осаждения энергичных частиц в 2002-2012 гг. Дж. Геофиз. Рез. 119, 4429–4446.

Центральный вопрос для понимания возможного воздействия EPP IE на климат касается воздействия на стратосферный озон.Хотя вызванная ПКП потеря стратосферного озона постулировалась много раз в модельных экспериментах, экспериментальное определение этого эффекта является сложной задачей, поскольку ярко выраженная фоновая изменчивость полярного стратосферного озона затрудняет однозначное отнесение изменений озона к ПКП. Таким образом, наблюдательные данные о потерях озона IE EPP были получены только в последние несколько лет путем статистического анализа многолетних записей озона в зависимости от геомагнитной активности. Например, Fytterer et al.(2015a) применили метод компоновки к данным об озоне, полученным в 2002–2011 годах MIPAS, зондированию атмосферы с использованием прибора широкополосной эмиссионной радиометрии (SABER) на борту прибора Thermosphere Ionosphere Mesophere Energetics and Dynamics (TIMED) и субмиллиметрового радиометра. (SMR) на спутнике Odin. Дамиани и др. (2016) использовали полилинейную регрессию для анализа совмещенных записей климатических данных NOAA Solar Backscatter Ultraviolet Instrument (SBUV) и наблюдений MLS на Ауре, охватывающих периоды 1979–2014 и 2005–2014 годов соответственно (см.9.13). В обоих исследованиях анализ был ограничен южными зимами, во время которых динамическая изменчивость менее выражена, чем в северные зимы. Наблюдаемые ответы указывают на то, что IE EPP вводит вариации солнечного цикла антарктического зимнего стратосферного озона с пиковой амплитудой около 15% при давлении около 2 гПа (35–40 км) в конце зимы (т. е. в августе).

Рисунок 9.13. Процент откликов августовского озона на геомагнитные вариации, выраженный изменениями в 13 единиц Ap (приблизительно амплитуда солнечного цикла), полученный с помощью полилинейной регрессии записей наблюдений за озоном на основе данных SBUV с 1979 по 2014 год ( осталось ) и MLS с 2005 по 2014 год ( справа ).

From Damiani, A., Funke, B., López-Puertas, M., Santee, ML, Cordero, RR, Laurenza, M., et al., 2016 г. Осаждение энергетических частиц: основная движущая сила баланса озона в верхняя стратосфера Антарктиды. Геофиз. Рез. лат. 2016GL068279.

В данных метеорологического реанализа (Lu et al., 2008; Seppälä et al., 2013) обнаружены свидетельства изменений стратосферных зональных ветров и температур, связанных с высокой геомагнитной активностью в течение высокоширотной зимы, с потеплением в конце зимы. (март/сентябрь) верхняя стратосфера в обоих полушариях.На сегодняшний день не существует анализа для ранней зимы и середины зимы в южном полушарии, но анализ зим в северном полушарии предполагает, что это потепление в верхней стратосфере уже начинает формироваться в середине зимы (декабрь) с соответствующей областью охлаждения в нижней стратосфере, которая перемещается вниз на протяжении всей зимы. зимой и исчез к марту (Seppälä et al., 2013). Эти температурные изменения уравновешиваются усилением зонального ветра в середине зимы, который, однако, меняет знак весной (Seppälä et al. , 2013), что приводит к отчетливой отрицательной корреляции между зональной скоростью ветра и геомагнитной активностью в весеннее время (апрель) средней стратосферы (Lu et al., 2008). Однако, поскольку данные метеорологического реанализа для стратосферы существуют только с 1957 г., размер выборки невелик, и, учитывая высокую изменчивость зимней стратосферы, отнесение сигналов к высыпаниям энергичных электронов (ВЭЭ) представляется затруднительным.

9.3.2 Модельные эксперименты

В настоящее время многие химико-климатические модели учитывают ионизацию, вызванную ПКП, и ее химическое воздействие на нейтральную атмосферу, что необходимо для моделирования эффектов ПКП в атмосфере и, в конечном счете, для исследования потенциального ПКП. –климатические связи.Однако лишь несколько моделей, таких как Климатическая модель сообщества всей атмосферы (WACCM), Гамбургская модель нейтральной и ионизированной атмосферы (HAMMONIA) или расширенная версия системы моделей ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry (EMAC), расширяются до нижняя термосфера, где происходит большая часть нечетного образования азота, вызванного ПКП. Другие модели имеют свою верхнюю крышку в верхней мезосфере и требуют нечетного азотного верхнего граничного условия (UBC), учитывающего производство EPP выше, для моделирования введенного EPP IE в модельной области.В некоторых модельных исследованиях UBC брался непосредственно из наблюдений NO _x (например, Reddmann et al., 2010; Salmi et al., 2011; Funke et al., 2017), что, однако, подразумевает ограничение к относительно короткому периоду времени, охватываемому наблюдениями. В других случаях использовалась простая параметризация в зависимости от сезонно усредненного Ар-индекса (например, Baumgaertner et al., 2011; Rozanov et al., 2012), позволяющая проводить расширенное моделирование на многодесятилетние периоды времени. Была разработана полуэмпирическая модель UBC, которая была обучена с помощью записи EPP-NO _y , полученной из наблюдений MIPAS (Funke et al., 2016). Межгодовые вариации косвенного воздействия ПКП в данное время зимы связаны с вариациями мощности источника ПКП, которая считается линейно зависящей от Ар-индекса. Для описания влияния вертикального переноса на эту модуляцию используется подход функции Грина. Межгодовые вариации сезонной зависимости EPP-NO _y , обусловленные вариациями химических потерь и моделей переноса, в стандартном режиме модели UBC не учитываются.Однако, при желании, эпизоды ускоренного спуска, связанные с событиями ЧС в арктические зимы, могут быть учтены с помощью специальной параметризации, учитывающей зависимость количеств и потоков ЭПП-NOy от времени события.

Зиннхубер и др. (2018) использовали эту модель UBC в модели EMAC с моделированием, охватывающим период 2002–2010 годов, и получили реакции NO _x и озона на EPP IE в разумном согласии с анализом наблюдений (см.9.14). Они также определили радиационные реакции на смоделированное снижение содержания озона из-за EPP, характеризующееся охлаждением до 0,7 К/день в освещенной солнцем стратосфере поздней зимы из-за снижения УФ-поглощения и нагреванием до 0,5 К/день в темноте в середине зимы. стратосферы из-за уменьшения охлаждения космоса в инфракрасных полосах озона. Эти полярные радиационные отклики на ЭПП имеют ту же величину, что и отклики, связанные с изменчивостью солнечного УФ-излучения в тропиках, и способны через механизмы динамической обратной связи влиять на нижние слои атмосферы и океан (т.г., Грей и др., 2010).

Рисунок 9.14. Верх : Относительные аномалии озона из-за высыпаний энергичных частиц в высоких южных широтах (70–90 ° ю.ш.), рассчитанные как разница результатов модели EMAC с учетом и без воздействия частиц. Внизу : Изменения суточной чистой радиационной (коротковолновой и длинноволновой) скорости нагрева (К/день) из-за вызванных частицами изменений озона, полученных на основе выходных данных модели (заштрихованные серым цветом скорости нагрева выше 0,2 гПа, вероятно, зависят от игнорирования не- Эффекты LTE и не следует учитывать).

From Sinnhuber, M., Berger, U., Funke, B., Nieder, H., Reddmann, T., Stiller, G., et al. , 2018. NO _y производство, потеря озона и изменения в чистоте радиационный нагрев за счет высыпания энергичных частиц в 2002–2010 гг. Атмос. хим. физ. 18, 1115–1147. Предоставлено в соответствии с лицензией Creative Commons (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Большое количество модельных исследований касалось IE EPP и опускания мезосферы во время динамически возмущенных зим NH. Например, Салми и др.(2011) и Päivärinta et al. (2016) использовали FinROSE с ограничением NO _x на верхней границе (80 км) как в начале 2009 г., так и в 2012 г. Результаты показывают, что FinROSE способен качественно воспроизвести нисходящий спуск NO _x из MLT в стратосферу, но реальные количества NO _x могут существенно отличаться от наблюдений. Макландресс и др. (2013) использовали версию Канадской модели средней атмосферы (CMAM), которая была ограничена данными повторного метеорологического анализа до 1 гПа, для изучения влияния параметризованного орографического и неорографического сопротивления гравитационных волн (GWD) на среднезональную циркуляцию мезосферы во время возмущенные зимы NH 2006 и 2009 по сравнению с наблюдениями за температурой и окисью углерода (CO) из Aura/MLS. Они обнаружили, что неорографический GWD в первую очередь отвечает за управление циркуляцией, которая приводит к нисхождению CO из термосферы после потепления. Рэндалл и др. (2015) исследовали спуск NO _x во время арктической зимы/весны 2004 года с помощью моделирования WACCM, которые были ограничены данными ретроспективного анализа современной эпохи для исследований и приложений (MERRA) ниже примерно 50 км. Они обнаружили, что смоделированное ими NO _x , хотя и качественно воспроизводит усиленный спуск после события ES, было в 5 раз ниже по сравнению со спутниковыми наблюдениями.Эта недооценка объяснялась отсутствием образования NO высокоэнергетичными электронами в мезосфере в сочетании с недооценкой мезосферного опускания на этапе восстановления после ВСП. Сискинд и др. (2015) сравнили моделирование спуска мезосферных трассеров зимой и весной 2009 г. с двумя версиями WACCM, одна из которых ограничена данными MERRA, которые охватывают до 50 км, а другая ограничена Оперативной системой глобального атмосферного прогнозирования ВМФ – усовершенствованной. Уровень Physics High Altitude (NOGAPS-ALPHA), который простирается до 92 км.По сравнению с данными SOFIE они показали, что ограничение WACCM NOGAPS-ALPHA дает резкое улучшение моделируемого спуска усиленного NO _x и очень низкого содержания метана. Большинство этих исследований показывают, что модельное представление возмущенной динамики во время северных зим с событиями ВСП и КЗ оказывает решающее влияние на смоделированное количество NO _x , переносимое в стратосферу, и что правильная параметризация неразрешенных GWD является ключевым фактором. достижения согласия с наблюдениями.

В исследовании High Energy Particle Precipitation in the Atmosphere (HEPPA)-II (Funke et al., 2017) сравнивались модели восьми атмосферных моделей с наблюдениями за трассерами и температурой с семи спутниковых приборов, чтобы оценить EPP IE во время возмущенного NH зима 2008-09. Большинство моделей давали хорошее представление о выносе мезосферных трассеров в целом и ИЭ ПОП в частности в невозмущенный (до ВСП) период этой зимы. Однако после события ES смоделированные мезосферные и стратосферные распределения NO _x значительно отклонились от наблюдений.Слишком быстрое и раннее распространение языка NO _x вниз, встречающееся в большинстве моделей, совпадает с высокой температурной погрешностью в нижней мезосфере (0,2–0,05 гПа), вероятно, вызванной переоценкой скоростей спуска (см. рис. 9.15). Напротив, температуры верхней мезосферы (0,05–0,001 гПа), как правило, недооценивались высокоуровневыми моделями ² после начала события ES, подчеркивая необходимость улучшения модели, особенно в отношении представления гравитационных волн, для лучшего описания косвенного эффекта ПОП в этих конкретных условиях.

Рисунок 9.15. Наблюдаемая (MIPAS) и смоделированная временная эволюция NO _x при 0,5 гПа ( верх ) и температуры при 0,2 гПа ( низ ) на 70–90 ° с.ш. во время явления повышенной стратопаузы в 2009 г. Смоделировано NO _x пики демонстрируют большой разброс по величине и систематически появляются слишком рано. Температуры на уровне 0,2 гПа завышены большинством моделей во время события, намекая на слишком сильное опускание нижней мезосферы как на причину более раннего появления пика NO _x в моделях.3dCTM, трехмерная химико-транспортная модель 3dCTM; SOCOL и CAO-SOCOL, инструменты моделирования для изучения взаимосвязей солнечного климата и озона; KASIMA, имитационная модель средней атмосферы Карлсруэ.

From Funke, B., Ball, W., Bender, S., Gardini, A., Harvey, VL, Lambert, A., et al., 2017. Проект взаимного сравнения модели HEPPA-II: косвенные эффекты EPP во время динамически возмущенная зима СП 2008–2009 гг. Атмос. хим. физ. 17 (5), 3573–3604. Предоставляется по лицензии Creative Commons (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Состав атмосферы — OSS Foundation

Без понимания атмосферы и ее состава легко понять, почему кто-то может задаться вопросом, как мы можем изменить климат. Атмосфера действительно большая. Но чтобы понять это в перспективе, вам действительно нужно знать только, какая часть атмосферы согревает нас.

Вообще говоря, глядя на доиндустриальную атмосферу, если вы не принимаете во внимание водяной пар (более крупный переменный газ), атмосфера состоит примерно из 78% азота и 21% кислорода.Итак, 99% атмосферы приходится на эти два газа. Последний процент включает различные следовые газы, некоторые из которых являются парниковыми газами, а некоторые нет.

Чтобы представить это в перспективе, подумайте об этом так. природными парниковыми газами являются CO ₂ , H ₂ O, CH ₄ и N ₂ O. Эти газы составляют менее 300 долей процента нашей доиндустриальной атмосферы. Потом конечно добавить воды и размешать 🙂

Если бы не эта крошечная доля парниковых газов в нашей атмосфере, Земля была бы гигантским замороженным шаром в космосе.Это так просто.

Как только вы поймете, что вам не нужно менять всю атмосферу, а нужно изменить лишь небольшую ее часть, чтобы изменить климат или воздействие на климат… Становится намного легче понять, как промышленные выбросы могут влиять на климат планеты. Имейте в виду, что нашей доиндустриальной атмосфере требовалось только, кроме H ₂ O, примерно 300 ^th’s процентов атмосферы, чтобы содержать парниковые газы, чтобы сохранять Землю относительно теплой.Изменение концентрации CO2 с 280 частей на миллион до приблизительно 400 частей на миллион является значительным увеличением. Теперь, кроме H3O, почти 400 процентов нашей атмосферы содержат парниковые газы. Из всех парниковых газов CO2 является более важным компонентом из-за его продолжительности жизни в атмосфере и связанной с ним способности нагреваться вместе с этим конкретным газом, который изменяет количество тепловой энергии, удерживаемой в нашей климатической системе.

 

Таблица 7a-1: Средний оценочный состав атмосферы до высоты 25 км (*+/- 0.5%).

 

* считаются относительно переменными газами

** частей на миллион

Изменение состава атмосферы: 09 июля 2011 г.

 

Наблюдательные возможности сети для обнаружения изменений состава атмосферы

Источник: http://www.ndsc.ncep.noaa.gov/

ссылки

Атмосферная наука:

Область фокусировки состава атмосферы | Управление научной миссии

AC проводит исследования атмосферы Земли, в том числе ее химических и физических свойств, энергетического баланса Земли и качества воздуха.

Направление «Состав атмосферы» (AC) изучает изменения и процессы, влияющие на аэрозоли, облака и следовые газы, влияющие на климат, погоду и качество воздуха. AC предоставляет инструменты для наблюдений и моделирования для оценки воздействия изменения климата на восстановление озона и будущий состав атмосферы; улучшать климатические прогнозы на основе колебаний глобального изменения окружающей среды; и моделировать прошлое, настоящее и будущее качество воздуха как на региональном, так и на глобальном уровне.Это исследование в сочетании с наблюдениями, усвоением данных и моделированием улучшает способность общества предсказывать, как будущие изменения в составе атмосферы повлияют на климат, погоду и качество воздуха.

 

Вопросы исследования AC

Исследование

AC направлено на следующие основные вопросы:

Как меняется состав атмосферы?

 

 

Какие тенденции в составе атмосферы и солнечной радиации влияют на глобальный климат?

 

Как состав атмосферы реагирует на глобальные изменения окружающей среды и влияет на них?

 

Как влияет глобальный состав атмосферы и изменения климата на качество воздуха в регионе?

 

Как будущие изменения в составе атмосферы повлияют на озон, климат и глобальное качество воздуха?

 

 

Ассоциированные миссии AC

В приведенной ниже таблице перечислены миссии, кампании и инструменты, относящиеся к фокусной области «Состав атмосферы» на всех этапах операции.Чтобы узнать больше о значении фаз миссии, нажмите здесь.

 

Узнайте больше о AC

 

 

Исследовательские программы

Программа исследования верхних слоев атмосферы

Программа исследования верхних слоев атмосферы (UARP) изучает процессы и реакции, которые контролируют количество озона в верхних слоях тропосферы и стратосферы. UARP использует наблюдения со спутников, бортовые кампании, наземные сети и лабораторные исследования для количественной оценки изменений концентрации озона и лучшего понимания движущих сил реакций, которые могут прямо или косвенно разрушать или создавать атмосферный озон и прекурсоры озоноразрушающих соединений.Это исследование вносит значительный вклад в четырехгодичные оценки разрушения озонового слоя Всемирной метеорологической организацией и Программой ООН по окружающей среде, как того требует Монреальский протокол.

Программа состава тропосферы

Программа изучения состава тропосферы (TCP) изучает глобальный тропосферный озон и аэрозоли, включая их химические прекурсоры и реакции, связанные с их образованием и преобразованием в другие химические соединения. TCP стремится разработать комплексную систему наблюдения за составом тропосферы, которая включает модели переноса химических веществ, а также спутниковые, воздушные и наземные наблюдения за составом тропосферы. Эта комплексная система наблюдений имеет основополагающее значение для лучшего понимания качества воздуха и климата.

Программа радиационных наук

Программа радиационных наук (RSP) проводит исследования, чтобы лучше понять и предсказать, как аэрозоли, облака и газы рассеивают и поглощают как солнечную, так и земную радиацию в атмосфере Земли, особенно в том, что касается изменчивости и изменения климата. Программа поддерживает исследования, направленные на улучшение теоретического понимания переноса излучения и улучшение полевых измерений концентрации, состава, микрофизики и оптических свойств аэрозолей и облачных частиц.Эти измерения включают как бортовые, так и наземные дистанционные измерения и измерения на месте. Программа также поддерживает анализ данных спутникового дистанционного зондирования и полевых данных, а также разработку моделей процессов, которые способствуют моделированию системы Земли.

Программа моделирования и анализа состава атмосферы

Программа моделирования и анализа состава атмосферы (ACMAP) использует модели, чтобы помочь интегрировать наблюдения с нескольких спутниковых, бортовых и наземных приборов в четырех основных областях: качество воздуха и эффективность окисления в тропосфере, влияние аэрозолей из источников загрязнения на свойства облаков. , химия стратосферы и разрушение озонового слоя, а также взаимодействие между атмосферной химией и климатом.ACMAP также поддерживает небольшое количество исследований долгосрочных тенденций в составе атмосферы.

 

AC для ученых

 

Научные встречи и конференции

В настоящее время встречи или конференции не запланированы.

Исследования и возможности финансирования

Запрашиваемые элементы программы, имеющие отношение к АС, публикуются через Объявления об исследованиях НАСА (NRA) «Возможности исследований в области наук о космосе и Земле» (ROSES) на веб-сайте Интегрированной системы обзора и оценки НАСА (NSPIRES).Прошлые, открытые и будущие заявки можно искать и просматривать на NSPIRES.

Текущие запросы ROSES, представляющие интерес для сообщества Atmospheric Composition:

 

Исследовательские ресурсы НАСА, связанные программы и партнерские отношения

Получите доступ к данным НАСА, связанным с составом атмосферы, и узнайте больше о программах и партнерских отношениях AC на уровне центра по ссылкам ниже:

 

 

 

 

 

Связаться с AC

Hal Maring
Свинец, состав атмосферы Зона внимания
Программа радиационных наук
Контакты | Био

Кен Джакс
Программа исследования верхних слоев атмосферы
Контакты | Био

Барри Лефер
Программа тропосферной химии
Контакты | Био

Ричард Экман
Программа моделирования и анализа атмосферы
Контакты | Био

4.

2 Изменения в составе атмосферы

4.2 Изменения в составе атмосферы

С момента образования Земли более 4 миллиардов лет назад атмосфера сильно изменилась. Большое разнообразие геохимических и экологических (ископаемых) свидетельств указывает на то, что около 2 миллиардов лет назад уровни кислорода резко возросли. Такие данные также указывают на то, что уровни углекислого газа были намного выше в начале истории Земли, что позволило Земле иметь пригодную для жизни температуру, несмотря на то, что выбросы от Солнца были намного ниже (около 25%) по сравнению с сегодняшним днем. — так называемый «Парадокс Слабого Молодого Солнца».Ниже мы обсуждаем изменения в составе атмосферы за последние 800 000 лет, за последние несколько сотен лет и за последние несколько десятилетий.

Изменения за последние 800 000 лет

Мы многое узнали о том, как изменился состав атмосферы, благодаря измерениям газов в пузырьках, застрявших в ледяных ядрах. Рисунок ниже, на котором показаны такие измерения антарктического ледяного керна, показывает, что два ключевых парниковых газа, CO ₂ и CH ₄ , претерпели большие и быстрые изменения за последние 400 000 лет. Изменения также периодические, с быстрым снижением, за которым следует более постепенное увеличение примерно каждые 100 000 лет, и они примерно совпадают по фазе с температурой и не совпадают по фазе с объемом льда. Периодические изменения отражают приход и уход ледниковых периодов. Подобные циклы были измерены еще 800 000 лет назад для CO ₂ и CH ₄ , а другие ископаемые данные свидетельствуют о том, что текущий период ледниковых периодов, в котором мы сейчас находимся, начался около 2,6 миллиона лет назад.Эти изменения в СО ₂ и СН ₄ в конечном счете были вызваны изменениями орбиты и оси вращения Земли, что привело к изменениям количества солнечной радиации, получаемой на разных широтах в разные времена года. Летнее солнечное излучение в высоких северных широтах особенно важно (нижняя кривая ниже), поскольку оно регулирует рост больших ледяных щитов северного полушария. Эти изменения солнечной радиации привели к изменениям температуры Земли, циркуляции океана и другим процессам, влияющим на атмосферный CO ₂ и CH ₄ , что усилило изменения температуры Земли.

Изменения содержания углекислого газа, температуры и метана (три верхние кривые) за последние полмиллиона лет на основе измерений ледяного керна на Востоке, Антарктида. Также показаны (две нижние кривые) приблизительные значения глобального объема льда (δ ¹⁸ O _атм , обратите внимание на перевернутую шкалу) и солнечной инсоляции в июне (Вт м ^–2 ) относительно нормы на 65 ^o №

Изменения за последние несколько сотен лет

Период голоцена начался около 12 000 лет назад, в конце последнего ледникового периода, и знаменует собой период относительной стабильности климата и концентрации газов в атмосфере.В течение этого времени данные ледяных кернов показывают, что уровни CO ₂ и CH ₄ в атмосфере были относительно постоянными, примерно на уровне 280 частей на миллион по объему и 650 частей на миллиард соответственно. Затем, как показано ниже, около 200 лет назад уровни обоих газов, а также другого парникового газа, закиси азота (N ₂ O), быстро возросли. Этот рост, совпавший с промышленной революцией, был вызван антропогенной деятельностью, в том числе сжиганием ископаемого топлива и усиленным обезлесением и сельским хозяйством.Повышение содержания этих трех парниковых газов является основной причиной потепления Земли примерно на 1 ^o C за последнее столетие.

Атмосферные концентрации двуокиси углерода, метана и закиси азота в период с 0 по 2000 год.

Авторы и права: Форстер П., В. Рамасвами, П. Артаксо, Т. Бернтсен, Р. Беттс, Д.В. Fahey, J. Haywood, J. Lean, D.C. Lowe, G. Myhre, J. Nganga, R. Prinn, G. Raga, M. Schulz and R. Van Dorland, 2007: Изменения в атмосферных составляющих и радиационном воздействии.В: Изменение климата 2007: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Соломон, С., Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М. Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тигнор и Х. Л. Миллер (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

Данные ледяных кернов показывают много других интересных изменений в атмосфере, которые произошли за последние 200 лет или около того, особенно в Северном полушарии.Например, внутри самого льда можно увидеть увеличение количества нитратов и сульфатов, которые в конечном итоге образуются в результате сжигания ископаемого топлива. Эти компоненты являются ключевыми компонентами кислотных дождей, и, действительно, данные из того же ледяного керна также показывают увеличение кислотности.

Изменения за последние несколько десятилетий

Изменения состава атмосферы за последние несколько десятилетий в первую очередь отражают изменения в деятельности человека.

Поскольку выбросы ископаемого топлива увеличились за последние десятилетия, увеличилась и скорость роста атмосферного CO ₂ , как показано вогнутой вверх кривизной на рисунке ниже.Темпы роста примерно удвоились с примерно 1 ppmv в год в 1960-х годах до примерно 2 ppmv в год в 2000-х годах. Согласно Глобальному углеродному проекту, 86 % антропогенных выбросов CO ₂ в течение 2009–2018 гг. приходилось на сжигание ископаемого топлива, а 14 % — на изменения в землепользовании (например, обезлесение). Однако CO ₂ , выбрасываемый в атмосферу в результате деятельности человека, не остается там. 44 % выбросов от деятельности человека за 2009–2018 гг. аккумулировалось в атмосфере, 29 % было поглощено наземными экосистемами, 23 % поглощено океаном, 4 % неучтено (Global Carbon Project).На тенденцию к ускорению за последние несколько десятилетий накладывается годовой цикл, в котором CO ₂ снижается летом в Северном полушарии и повышается в течение большей части остального года. Этот цикл отражает фотосинтез (атмосферный поглотитель CO ₂ ) и дыхание (атмосферный источник CO ₂ ) наземных экосистем в северном полушарии, где находится большая часть суши. Обратите внимание, что текущее увеличение выше 400 частей на миллион по объему в настоящее время значительно превышает любое другое время за последние 800 000 лет, по крайней мере, когда содержание CO ₂ колебалось между примерно 180 и 280 частями на миллион по объему.

Атмосферный CO ₂ Коэффициент смешения, измеренный в обсерватории Мауна-Лоа, Гавайи, с 1958 по 2020 год.

Изменения метана за последние несколько десятилетий более сложны, чем изменения углекислого газа. На приведенном ниже рисунке показано, что скорость роста метана (наклон кривой) постепенно снижалась с 1980-х годов примерно до нуля к середине 2000-х годов. С тех пор темпы роста увеличились, хотя и не так высоки, как в 1980-х годах. Подробный бюджет метана был разработан Глобальным углеродным проектом и показывает, что в 2008–2017 годах около 60% источников метана были антропогенными (в основном из сельского хозяйства, отходов, производства и использования ископаемого топлива и сжигания биомассы), а 40% были природные (в основном из водно-болотных угодий, внутренних вод, геологических источников, океана, термитов, диких животных, вечной мерзлоты и растительности).Основным поглотителем метана является окисление ОН, которое мы обсудим позже в этом уроке, а также потребление в почве. Несмотря на наше базовое понимание источников и поглотителей метана, мы не знаем, почему скорость роста метана изменилась так, как она изменилась за последние несколько десятилетий. Это важная нерешенная проблема, потому что уровень метана в настоящее время очень высок. В 2019 году глобальное среднее соотношение смеси метана составляло более 1860 частей на миллиард, что значительно выше значений, по крайней мере, за последние 800 000 лет, которые варьировались от 400 до 700 частей на миллиард.

Глобальное среднее отношение смеси атмосферного метана с 1983 по 2020 год.

Многочисленные доказательства показывают, что количество водяного пара в атмосфере увеличивается. Измерения удельной влажности поверхности, которые проводились в основном в Северном полушарии, показывают четкие тенденции, как показано на рисунке ниже. Данные со спутников показывают, что количество осаждаемой воды (общее количество воды, которое находится в столбе от поверхности до верхних слоев атмосферы) увеличивалось на 1,49% за десятилетие с 1988 по 2017 год (Мирс и др. , 2005). Эти тенденции в целом согласуются с ожиданиями глобального потепления и уравнением Клаузиуса-Клапейрона. Изменчивость от года к году также согласуется с изменением температуры. Например, повышение температуры в результате очень крупного явления Эль-Ниньо в 1997–1998 гг. сопровождалось значительным повышением удельной влажности поверхности и общего количества осаждаемой воды.

(a) Тенденции удельной влажности поверхности с 1973 по 2012 год. Белые области указывают на неполные или отсутствующие данные.Черные знаки «плюс» (+) обозначают поля сетки, в которых тренды значимы с достоверностью 90 %. b) глобальные среднегодовые аномалии (относительно среднего значения за 1973–2002 гг.) удельной влажности поверхности земли по четырем различным наборам данных.

Авторы и права: Hartmann, D.L., A.M.G. Клейн Танк, М. Рустикуччи, Л.В. Александер, С. Бренниманн, Ю. Чараби, Ф.Дж. Дентенер, Э.Дж. Длугокенский, Д.Р. Истерлинг, А. Каплан, Б.Дж. Соден, П.В. Торн, М. Уайлд и П.М. Чжай, 2013: Наблюдения: атмосфера и поверхность. В: Изменение климата 2013: Основы физических наук.Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

Существуют тенденции и изменения в отношении многих других газовых примесей, таких как хлорфторуглероды, содержание которых сокращается из-за сокращения выбросов. Есть и другие газовые примеси, количество которых увеличивается с восходом солнца и уменьшается с его заходом, и они активно участвуют в химии атмосферы.Об этих газах мы и поговорим далее.

1.1: Структура и состав атмосферы

Жизнь, какой мы ее знаем на Земле, полностью зависит от тонкого слоя газа, который прилипает к поверхности земного шара, добавляя около 1% к его диаметру и незначительное количество к его общая масса. А между тем атмосфера служит земному окошком и защитным щитом, средой переноса тепла и воды, источником и стоком обмена углерода, кислорода и азота с биосферой.Атмосфера действует как сжимаемая жидкость, связанная с землей гравитацией; как приемник солнечной энергии и тепловой резервуар, она представляет собой рабочее тело тепловой машины, транспортирующей и перераспределяющей вещество и энергию по всему земному шару. Атмосфера также является крупным временным хранилищем ряда химических элементов, которые циклически перемещаются между гидросферой, атмосферой и верхней литосферой. Наконец, атмосфера является местом протекания большого количества сложных фотохимически инициируемых реакций с участием как природных, так и антропогенных веществ.

В масштабе кубических метров воздух представляет собой однородную смесь составляющих его газов, но в более широком масштабе атмосфера совсем не однородна. Колебания температуры, давления и содержания влаги в слоях воздуха вблизи земной поверхности вызывают динамические эффекты, известные нам как погода.

Хотя плотность атмосферы безгранично уменьшается с увеличением высоты, для большинства практических целей можно приблизительно установить ее верхнюю границу примерно на уровне 500 км.Однако половина массы атмосферы находится в пределах 5 км, а 99,99% — в пределах 80 км от поверхности. Среднее атмосферное давление на уровне моря составляет 1,01 х 10 ⁵ паскалей, или 1010 миллибар. Поперечное сечение земной поверхности размером ² в 1 см поддерживает столб весом 1030 г; общая масса атмосферы составляет около 5,27 х 10 ²¹ г.

Около 80% массы атмосферы приходится на первые 10 км; эта хорошо смешанная область довольно однородного состава известна как тропосфера .

Солнечное излучение Земли

Газы озон, водяной пар и углекислый газ являются лишь второстепенными компонентами атмосферы, но они оказывают огромное влияние на Землю, поглощая радиацию в диапазонах, обозначенных штриховкой. Озон в верхних слоях атмосферы отфильтровывает ультрафиолетовый свет с длиной волны ниже 360 нм, губительный для жизни. O ₂ , H ₂ O, CO ₂ и CH ₄ являются «парниковыми» газами, которые улавливают часть тепла, поглощаемого Солнцем, и предотвращают его повторное излучение обратно в космос.

Структура атмосферы

Мы обычно думаем, что молекулы газа движутся совершенно случайным образом, но гравитационное поле Земли вызывает очень незначительное нисходящее движение, так что молекулы в любом тонком слое воздуха чаще сталкиваются с молекулами в нижнем слое. Это приводит к градиенту давления, который является наиболее предсказуемой и хорошо известной структурной характеристикой атмосферы. Этот градиент описывается экспоненциальным законом, который предсказывает, что атмосферное давление должно уменьшаться на 50% при увеличении высоты на каждые 6 км.Этот закон также предсказывает, что состав газовой смеси будет меняться с высотой, причем компоненты с более низким молекулярным весом будут все больше отдавать предпочтение на больших высотах. Однако этот эффект гравитационного фракционирования полностью стирается ниже примерно 160 км из-за турбулентности и конвективных потоков (ветров).

Атмосфера делится по вертикали на несколько крупных областей, различающихся знаком градиента температуры. В самой нижней области, тропосфере, температура падает с увеличением высоты.Основным источником поступления тепла в эту часть атмосферы является длинноволновое излучение земной поверхности, а основными потерями — излучение в космическое пространство.

На больших высотах температура начинает повышаться с высотой по мере того, как мы приближаемся к области, в которой тепло вырабатывается экзотермическими химическими реакциями, главным образом разложением озона, который фотохимически образуется из кислорода в стратосфере. На еще более высоких высотах озон иссякает, и температура начинает падать; это мезосфера, которая в конце концов сменяется термосферой, состоящей в основном из плазмы (газообразных ионов).Эта внешняя часть атмосферы, простирающаяся на неопределенный срок примерно до 2000 км, нагревается за счет поглощения интенсивного ультрафиолетового излучения. излучение Солнца, а также солнечного ветра, непрерывный дождь электронов, протонов и других частиц, испускаемых с поверхности Солнца.

Строение атмосферы. Основные подразделения атмосферы определяются высотами смены знака градиента температуры. Химические формулы справа показывают основные виды, представляющие интерес в различных регионах.Заштрихованные D- и E-слои представляют собой области с высокой концентрацией ионов, которые отражают радиоволны и играют важную роль в дальней связи.

Состав атмосферы

За исключением водяного пара, содержание которого в атмосфере колеблется практически от нуля до 4%, доли основных атмосферных компонентов N ₂ , O ₂ и Ar удивительно однородны на глубине ниже 100 км. На больших высотах диффузия становится основным процессом переноса, и более легкие газы становятся относительно более распространенными.Кроме того, фотохимические процессы приводят к образованию новых видов, высокая реакционная способность которых исключает их существование в значительных концентрациях при более высоких давлениях, встречающихся на более низких высотах.

Атмосферные газы делятся на три категории содержания: основные, второстепенные и следовые количества. Азот, наиболее распространенный компонент, со временем накапливался в результате его геохимической инертности; очень малая часть ее переходит в другие фазы в результате биологической деятельности и естественной фиксации молнией.Считается, что денитрифицирующие бактерии в морских отложениях могут стать основным путем возвращения N ₂ в атмосферу. Кислород почти полностью имеет биологическое происхождение и циркулирует в гидросфере, биосфере и осадочных породах. Аргон состоит в основном из Ar ⁴⁰ , который является продуктом распада K ⁴⁰ в мантии и коре.

Таблица 1: Основные компоненты

азот	Н 2	78.08 %
кислород	О 2	20,95 %
аргон	Ар	0,93 %

Наиболее распространенным из второстепенных газов, помимо водяного пара, является углекислый газ, о котором подробнее будет сказано ниже. Следующими по изобилию идут неон и гелий. Гелий является продуктом распада радиоактивных элементов в земле, но неон и другие инертные газы являются первичными и, вероятно, присутствовали в их нынешнем относительном изобилии с момента образования Земли.Содержание двух второстепенных газов, озона и монооксида углерода, меняется в зависимости от времени и места. Переменная численность подразумевает дисбаланс между скоростью образования и удаления. В случае окиси углерода, основным источником которой является антропогенное воздействие (небольшое количество образуется в результате биологического воздействия), расхождения, вероятно, в основном связаны с локальными различиями в потреблении топлива, особенно в двигателях внутреннего сгорания. Природа поглотителя оксида углерода (механизм удаления) не совсем ясна; это может быть частично микробным.

Второстепенные компоненты

вода	Н 2 О	0-4 %
двуокись углерода	СО 2	325 частей на миллион
неон	Не	18 частей на миллион
гелий	Он	5 частей на миллион
метан	CH 4	2 части на миллион
криптон	Кр	1 часть на миллион
водород	Н 2	0. 5 частей на миллион
закись азота	Н 2 О	0,3 ч/млн
монооксид углерода	СО	0,05-0,2 ч/млн
озон	О 3	0,02–10 частей на миллион
ксенон	Хе	0,08 частей на миллион

Компоненты трассировки

аммиак	НХ 3	4 части на миллиард
оксид азота	НЕТ	1 часть на миллион
диоксид серы	SO 2	1 часть на миллион
сероводород	Н 2 С	0. 05 частей на миллиард

Озон

Озон образуется в результате реакции O ₂ с атомами кислорода, полученными фотохимически. Как следствие, содержание озона зависит от времени суток, концентрации атомов O из других источников (например, фотохимического смога) и особенно от высоты над уровнем моря; на 30 км концентрация озона достигает максимума 12 ppm.

Углекислый газ

Концентрация углекислого газа в атмосфере, хотя и довольно однородная в глобальном масштабе, увеличивается со скоростью 0.2-0,7% в год в результате сжигания ископаемого топлива. Текущее содержание CO ₂ в атмосфере составляет около 129 10 ¹⁸ г. Однако большая часть CO ^₂ имеет природное происхождение и представляет собой наименьшую часть общего карбонатного резервуара, который включает океанический CO ₂ , HCO ₃ ^– и карбонатные отложения. Последние содержат примерно в 600 раз больше СО ₂ , чем атмосфера, а океаны содержат примерно в 50 раз больше. Эти относительные количества контролируются скоростями реакций, которые взаимопревращают различные формы карбоната.

Состояние поверхности на Земле чувствительно зависит от концентрации CO ₂ в атмосфере. В основном это связано с сильным поглощением инфракрасного излучения CO ₂ , что способствует поглощению и улавливанию солнечного тепла (см. ниже). Поскольку CO ₂ действует как кислота в водном растворе, pH океанов также зависит от концентрации CO ₂ в атмосфере; было подсчитано, что если бы только 1% карбонатов, находящихся в настоящее время в отложениях, все еще находился в атмосфере, pH океанов был бы равен 5.9 вместо настоящего 8.2.

Энергетический баланс атмосферы и земли

Количество энергии (солнечного потока), падающей на внешнюю часть атмосферы, составляет 1367 Вт·м _^–2 . Около 30% этого количества отражается или рассеивается обратно в космос облаками, пылью и самими молекулами атмосферного газа, а также поверхностью земли. Около 19% излучения поглощается облаками или атмосферой (в основном и О ₃ , но не СО ₂ ), оставляя 51% падающей энергии доступной для поглощения земной поверхностью.Если принять во внимание неравномерность освещения земной поверхности и малый поток внутреннего тепла к поверхности, то предположение о тепловом равновесии требует, чтобы Земля излучала около 240 Вт·м ^-2 . Это соответствует мощности, излучаемой черным телом при температуре 255 К, или –18°С, что является средней температурой атмосферы на высоте 5 км. Наблюдаемая средняя глобальная температура поверхности земли составляет 13°C и, предположительно, является температурой, необходимой для поддержания теплового равновесия между землей и атмосферой.

Парниковый эффект

Энергия, излучаемая Землей, имеет большую длину волны (максимум 12 м), чем падающее излучение. Большинство газов достаточно эффективно поглощают излучение в этом диапазоне, включая такие газы, как CO ₂ и N ₂ O, которые не поглощают падающее излучение. Энергия, поглощаемая атмосферными газами, переизлучается во всех направлениях; поэтому часть его улетает в космос, но часть возвращается на землю и снова поглощается, повышая тем самым ее температуру.Это обычно называют парниковым эффектом. Если количество газа, поглощающего инфракрасное излучение, такого как углекислый газ, увеличивается, большая часть падающего солнечного излучения захватывается, и средняя температура земли увеличивается.

Любое значительное повышение температуры океанов приведет к увеличению атмосферных концентраций как воды, так и CO ₂ , создав возможность неконтролируемого процесса, который был бы катастрофическим с точки зрения человека. Сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов за последние двести лет увеличили концентрацию CO ₂ в атмосфере на 25%, и этот рост продолжается.Те же самые процессы горения, ответственные за увеличение концентрации CO ₂ в атмосфере, также приводят к попаданию значительных количеств твердых частиц в верхние слои атмосферы. В результате они будут рассеивать больше поступающего солнечного излучения, уменьшая количество, которое достигает и нагревает поверхность земли. Степень, в которой этот процесс противодействует парниковому эффекту, до сих пор вызывает споры; все, что известно наверняка, это то, что средняя температура Земли увеличивается.

Закись азота

Углекислый газ — не единственный атмосферный газ антропогенного происхождения, способный влиять на тепловой баланс Земли; другими примерами являются SO ₂ и N ₂ O. Закись азота представляет особый интерес, поскольку ее содержание довольно велико и увеличивается со скоростью около 0,5% в год. Он вырабатывается в основном бактериями, и большая часть увеличения, вероятно, связана с внесением повышенного содержания нитратов в окружающую среду в результате внесения сельскохозяйственных удобрений и удаления сточных вод.Помимо того, что N ₂ O является сильным поглотителем инфракрасного излучения, он фотохимически активен и может реагировать с озоном. Любое значительное истощение содержания озона в верхних слоях атмосферы позволит большему количеству ультрафиолетового излучения достичь Земли. Это будет иметь многочисленные пагубные последствия для нынешних форм жизни, а также будет способствовать повышению температуры. Эффект потепления, связанный с антропогенными добавками парниковых газов в атмосферу, оценивается примерно в 2 ватта на м ² , или около 1.5% от 150 ватт на м ² захвачено облаками и атмосферными газами. Это относительно большое возмущение по сравнению с максимальным изменением солнечной мощности в 0,5 Вт на м ² , которое наблюдалось в течение прошлого столетия. Сохранение выбросов парниковых газов на нынешнем уровне в течение следующего столетия может увеличить эффект потепления атмосферы на 6-8 ватт на м ² .

Менее заметным побочным эффектом увеличения содержания углекислого газа в атмосфере (и других питательных веществ для растений, таких как нитраты) может быть сокращение видового разнообразия растений за счет избирательного стимулирования роста видов, которые обычно сдерживаются другими видами, способными хорошо расти при меньшем количестве питательных веществ. Этот эффект, для которого уже есть некоторые доказательства, может быть особенно выражен, когда конкурирующие виды используют пути фотосинтеза С ₃ и С ₄ , различающиеся по своей чувствительности к СО ₂ .

Наша атмосфера состоит в основном из газов, которые не поддерживают жизнь. Кислород является важным газом для поддержания жизни животных. Углекислый газ имеет решающее значение для жизни растений. Углекислый газ составляет всего около 0.03% атмосферы. Кислород составляет около 21% нашей атмосферы. Подавляющая часть нашей атмосферы состоит из азота (78%).

Природа атмосферных газов влияет на поведение атмосферы. В периодической таблице элементов указана разная молекулярная масса элементов. Разные газы имеют разную молекулярную массу. Озон, который представляет собой O ₃ (молекулярная масса = 48), тяжелее азота (молекулярная масса = 28). Так почему же озоновый слой так высоко? Углекислый газ тяжелее азота. Так почему же не весь углекислый газ и молекулы озона находятся у земли? Они недостаточно тяжелы, чтобы сидеть там очень долго.

Если вы положите кусок сухого льда в кастрюлю с водой и поставите его на стол, вы увидите, как весь углекислый газ выкипит из этой кастрюли на стол и прольется на пол, потому что он тяжелее, чем воздух. Но вскоре вы больше не увидите углекислого газа на полу. Он диффундирует среди всех молекул в воздухе и за короткое время беспорядочно и равномерно распределяется по комнате (рис.6.22).

Рис. 6.22 Со временем газы естественным образом диффундируют и равномерно распределяются по площади.

Вначале высокая концентрация углекислого газа тяжела и оседает на пол. Однако его вес не имеет значения, так как он вскоре хорошо смешивается с другими газами. Это потому, что они отскакивают друг от друга, как связка бильярдных шаров на бильярдном столе. Они смешиваются с атмосферой, при этом гравитация оказывает незначительное влияние на их распространение.

Почему концентрация озона выше в атмосфере? Во-первых, это концентрация, но не такая уж и концентрированная. Большинство из них существует в этом слое. Он все еще рассеян и перемешан по всей атмосфере, потому что озон образуется на уровне из-за действия солнца и молекул газа. Мы обсудим это подробнее в будущем. Но потому, что он формируется там, он высоко, а не потому, что он легче воздуха. На самом деле он тяжелее некоторых других компонентов атмосферы.Это не заставляет его сидеть в определенном месте. Другие факторы заставляют его сидеть в определенном месте.

Гелий (ММ = 4) и водород (ММ = 2) начинают преобладать на больших высотах. Состав воздуха на высотах более 500 миль состоит из водорода, нашего самого легкого газа (рис. 6.23). Здесь осталось очень мало молекул газа; первичными молекулами здесь являются водород, а не азот, который преобладает на глубине 45 миль до поверхности земли.

Рис. 6.23 Ниже 45 миль атмосфера имеет данные составляющие.На очень высоких уровнях обнаруживаются только самые легкие газы.

ATMO336 — осень 2015 г.

ATMO336 — осень 2015 г.

Атмосфера Земли в основном состоит из смеси газов с очень малыми количествами аэрозолей, которые представляют собой твердые или жидкие частицы, взвешенные в воздухе. Вы должны понимать, что большинство газов в атмосфере азот и кислород. Они будут называться основными компонентами атмосферы.Вы также должны понимать, что более половины атмосферы Земли состоит из азота (примерно 78%) с сравнительно меньше кислорода (около 21% атмосферы). Остальные газы в атмосфере Земли называются следовыми газы, потому что эти газы составляют очень небольшой процент от общего количества. Безусловно, самым распространенным из этих газовых примесей является аргон (около 1% от общего количества). Несмотря на небольшой процент от общей атмосферы, существуют сотни газовых примесей. в атмосфере Земли, и некоторые из них абсолютно необходимы для жизни, какой мы ее знаем. Некоторые следовые газы перечислены в таблице ниже. Обратите внимание на круговую диаграмму что аргон, углекислый газ и все другие следовые газы, кроме водяного пара, составляют очень маленький кусочек. На самом деле концентрации в правой части таблицы даны в частях на миллион (частей на миллион). где каждая ppm означает одну из каждых 1 миллиона молекул. Например, текущая концентрация углекислого газа составляет около 400 частей на миллион, что означает, что на каждые 1 000 000 молекул газа только 400 из них являются углекислым газом.

В приведенной ниже таблице газы также подразделяются на постоянные и переменные категории. Это чтобы указать, что концентрации переменных газов меняются со временем. Наиболее изменчивым из них является водяной пар, которая является газовой формой воды (буквально молекулы H ₂ O движутся вместе с остальными газами в атмосфере). Водяной пар составляет в среднем около 0,4% от общего количества газов, однако он довольно сильно варьируется. в зависимости от времени и места и может составлять более 2% от общего количества в теплых и влажных условиях.Очевидно в в местах с высоким содержанием водяного пара процентное содержание всех других газов должно несколько снизиться. Это указано на круговой диаграмме ниже. Вы должны быть знакомы с некоторыми особенностями важных газовых примесей. описано в тексте ниже.

Состав атмосферы вблизи Земли Поверхность Перманентные газы Переменные газы Название газа Химическая Формула Процент (по объему) Сухой воздух Газ (и частицы) Символ Проценты (по объему) Частей на Миллионов (ppm) * Азот Н 2 78. 08 Водяной пар Н 2 О от 0 до 4   Кислород О 2 20,95 Углекислый газ СО 2 0,0400 400 Аргон Ар 0,93 Метан Ч 4 0,00017 1.7 Неон Не 0,0018 Закись азота Н 2 О 0,00003 0,3 Гелий Он 0,0005 Озон О 3 0,000004 0,04 Водород Н 2 0,00005 Частицы (пыль, сажа и т.п.))   0,00001 0,01-0,15 Ксенон Хе 0,000009 Хлорфторуглероды (ХФУ)   0,00000002 0,0002

Круговая диаграмма, показывающая процентную концентрацию газов в атмосфере Земли. Водяной пар отображается в виде среза, который может составлять до 2% от общего количества. Концентрация водяного пара сильно варьируется и колеблется от почти 0% до более 2%.В среднем по всему атмосферы водяной пар составляет около 0,4% от общего количества.

Основные компоненты атмосферы

Атмосфера состоит из двух основных компонентов: азота (78%) и кислорода (21%). Они составляют 99% объема «сухого воздуха». В данном контексте «сухой воздух» относится ко всем газам, кроме водяного пара. Помните, что даже при самых во влажных условиях на Земле водяной пар составляет не более 2% атмосферы. Таким образом, если бы вы были инопланетянином изучая планету Земля, вы бы сообщили, что атмосфера Земли состоит в основном из азота и кислорода.В приведенном ниже тексте упоминаются основные способы удаления газообразного азота и кислорода из атмосферы. и попадают в атмосферу как часть химических циклов.

Азот:

Удаляется из атмосферы биологическими процессами, участвуют почвенные бактерии. Вернулся в атмосферу через разложение растительных и животных веществ.

Кислород:

Удаляется из атмосферы при разложении органических веществ, соединяется с другими веществами или принимается во время дыхание.Добавляется в атмосферу в результате фотосинтеза растения.

Некоторые важные следовые компоненты атмосферы

Следовые газы по определению редко встречаются в атмосфере Земли. Тем не менее, некоторые из этих следов газы необходимы для жизни, развившейся на Земле.

Водяной пар:

• Газовая фаза воды. Водяной пар — это буквально отдельные молекулы H ₂ O. которые являются частью сбора газов в атмосфере.
• Сильно варьируется от места к месту и от времени к время.В среднем он составляет всего около 0,4% атмосферы, но колеблется от 4% во влажных тропиках до почти 0% в холодных полярных регионах.
• Попадает в атмосферу при испарении жидкой воды.
• Водяной пар конденсируется в жидкие и твердые облачные частицы, которые растут в размера и выпадают на землю в виде осадков
• Перераспределяет тепловую энергию на Земле и важен для образование бури. Это связано с тем, что большое количество энергии участвуют в фазовых переходах:
• Энергия испарения (жидкости в газ) поглощается из окружающей среды
• Энергия конденсации (из газа в жидкость) выделяется в окружающую среду
• Является сильным теплица газ, нагревающий земную поверхность и ее атмосферу.Фактически водяной пар является самым важным парниковым газом на Земле, поскольку он способствует наиболее к атмосферному парниковый эффект.

Двуокись углерода:

• Второй по значимости парниковый газ на Земле.
• Попадает в атмосферу через разложение растительности, извержения вулканов, дыхание, сжигание ископаемого топлива и вырубка леса. Он удаляется из атмосферы путем фотосинтез и океаны.
• Концентрация увеличивается из-за деятельности человека, в основном из-за захоронения ископаемых топливо и вырубка лесов.Количество углекислого газа увеличилось более чем на 42%. с 1750 г. с 280 до 400 частей на миллион.
• Есть опасения, что это укрепит естественную теплицу воздействие, ведущее к глобальному потеплению, повышению уровня моря и другим потенциально опасным климатическим изменениям.

Метан:

• Еще один парниковый газ, объем которого растет из-за к деятельности человека. Есть опасения, что увеличение количества метана также способствуют глобальному потеплению, вызванному деятельностью человека.
• С 1750 года концентрация метана увеличилась более чем на 150% в основном из-за деятельности человека.
• Основными источниками являются разложение растительного материала в рисовые поля, домашние пастбищные животные (биологические реакции в их желудке), биологическая активность термитов.

Закись азота:

• Еще один важный парниковый газ. что увеличивается из-за к деятельности человека. Есть опасения, что увеличение количества закиси азота также способствуют глобальному потеплению, вызванному деятельностью человека.
• С 1750 года концентрация закиси азота увеличилась более чем на 20% в основном из-за деятельности человека.
• Образуется в почве бактериальными процессами и разрушается ультрафиолетовое излучение солнца.

Озон:

• Больше всего озона содержится в стратосфере, где он образует озоновый слой (~20 — 30 км над поверхностью земли). Озоновый слой защищает растения, животных и человека от вредного воздействия солнечных лучей ультрафиолетовое излучение, поглощая излучение.
• Очень мало в природе встречается вблизи земли, где является токсичным загрязнителем.Иногда опасно высокие концентрации развиваться вблизи крупных городов в процессе, называемом фотохимический смог

Аэрозоли:

Аэрозоли представляют собой мельчайшие твердые или жидкие частицы, взвешенные в воздухе. Большинство аэрозоли микроскопичны и слишком малы, чтобы их можно было увидеть по отдельности без микроскопа. К аэрозолям относятся пыль, пыльца, дым и даже облачные капли. Когда там являются высокие концентрации аэрозолей в воздухе, они действительно влияют на распространение света и, таким образом, влияют на видимость.Примером может служить видимый густой дым, который идет от пожаров и обычных облаков.

• Важен для климата естественным образом и в результате деятельности человека, выпускать аэрозоли в атмосферу
• Влияет на прохождение солнечной радиации через атмосферу
• Формирование облаков влияния
• Природные и техногенные аэрозоли могут влиять на здоровье человека
• Загрязнение воздуха твердыми частицами

.