Атмосфера

Склад атмосфери

 

Відомо, що вже тривалий проміжок часу склад атмосфери Землі є стабільний, попри найрізноманітніші старання людини його змінити: 78% азоту, 21% кисню та  ≈0,9% аргону. Правда, ще є невеликі домішки вуглекислого газу, водяної пари та крихітна частка неону, гелію, криптону, озону та водню. Вміст інших газів є доволі незначний. Склад атмосфери визначається геологічною історією планети, а також тим, що всі гази атмосфери повинні знаходитись в хімічній рівновазі один з одним, з океанами та з речовиною земних порід.

Звідки в атмосфері Землі взявся кисень? Він не є складовою частиною вулканічних газів. Головне джерело цього життєво важливого для людства газу – рослинність. Хлорофіл рослин під дією сонячних променів переробляє вуглекислоту, поповнюючи киснем газову оболонку Землі.

Яка маса нашої атмосфери? 

Відомо, що тиск повітря біля поверхні планети р_о = 1,013·10⁵ Па. Враховуючи, що він діє по всій площі поверхні Землі, то оціночне значення маси атмосфери:

     M_А = р_оS/g = p_o4πR_з²/g = 5,3·10¹⁸кг.

Для порівняння зауважу, що маса атмосфери у 266 раз менша за масу води, котра є на нашій планеті, і складає міліонну частку всієї маси Землі.

Сила земного тяжіння зумовлює тиск атмосфери біля поверхні, а також перешкоджає розльоту атмосферних газів в космічний простір. Очевидно ця сила на Місяці, Марсі є замалою, тому там атмосфера або відсутня, або дуже розріджена.

Атмосферний тиск зменшується з висотою. Точні вимірювання показують, що спочатку тиск повітря зменшується на 1 мм рт.ст. на кожні 12 м підйому, але на більших висотах відбуваються відхилення від цього правила.  Залежність атмосферного тиску від висоти задається барометричною формулою:

Р(h) = P_oe^-ρgh/p,

Де е=2,718 – основа натурального логарифма, h – висота над рівнем моря.

Потоки енергії в атмосфері.

Визначаючи температуру планети, ми встановили її значення -15°С, хоча середня температура земної поверхні залишається постійною і не падає до -15°С. 

Попробуємо пояснити цей факт. Приймемо падаючий потік енергії на Землю за 100 умовних одиниць. Від Землі відходить тепловий потік, рівний 145 одиницям (тому, що температура поверхні  планети становить +15°С). Але в космічний простір відходить лише невелика частинка цього випромінювання. Інша енергія – 97 одиниць – постійно циркулює між поверхнею Землі та тропосферою. Цей механізм підігріву земної поверхні та нижніх шарів атмосфери називають ПАРНИКОВИМ ЕФЕКТОМ. Саме такий тепловий баланс пояснює, чому температура земної поверхні є вищою за рівноважну температуру випромінювання Землі.

Парниковий ефект виникає через присутність в атмосфері  Землі певних газів, котрі не пропускають в космос інфрачервоне випромінювання від поверхні нашої планети. До таких газів належить вуглекислий газ (місткість СО₂ в атмосфері складає ≈0,0337% і постійно змінюється), водяна пара (її частка в повітрі може складати до 3% у найжаркіших тропіках).

Чи може бути у Землі власне джерело енергії?

Таке джерело є – це надра Землі. З кожним кілометром у глибину земної кори температура зростає в середньому не 30 градусів. Цей розігрів відбувається за рахунок розпаду важких радіоактивних елементів. Проте нескладні розрахунки показують, що тепловий потік із земних надр в 6 000 раз менший потоку сонячного випромінювання. Тому тепло земних надр на клімат Землі не впливають.

Доцільно прочитати:

• 1. Теплова рівновага планет.
• 2. Атмосферний тиск.
• 3. Нагріти, щоб швидше охолодити.
• 4. Температура.
• 5. Начала термодинаміки.