Конспект лекций по географии для студентов 1 курса экологического факультета Макарова М. Г., к г. н., доцент кафедры геоэкологии экологического факультета 1

Вид материала

Конспект

Содержание Лекция 7. Магнитосфера Земли (продолжение). Основные понятия Лекция 8. Атмосфера 1. Лекция 8. Атмосфера Основные понятия Озоновый слой. Приведенная толщина слоя озона – Значение озона.

Подобный материал:

• Учебное пособие а. Л. Корнеев корнеев Александр Леонидович кандидат юридических наук,, 2943.34kb.
• Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании", 1797.24kb.
• Геоэкология родниковых вод сергиево-посадского района московской области, 410.89kb.
• Составитель – доцент кафедры географии и геоэкологии БелГУ, к г. н. Шерстюков, 94.15kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «Согласовано» Декан юридического факультета, 549.82kb.
• Конспект лекций по курсу макроэкономика для студентов заочников факультета бухгалтерского, 2421.87kb.
• Щербицкий Евгений Павлович в 1965 г окончил кгпи. Доцент кафедры экономической географии., 1629.92kb.
• Макарова Т. И, 446.02kb.
• Календарно- тематический план лекций кафедры терапевтической стоматологии рниму им., 54.75kb.
• Бакалаврская программа № Кафедра региональной экономики и географии экономического, 143.68kb.

Лекция 7. Магнитосфера Земли (продолжение).

Содержание:

1. Влияние магнитного поля на географическую оболочку Земли.
   
2. История открытия магнитного поля и магнитных свойств Земли.
   
3. Радиационные пояса Земли
   

1. Влияние магнитного поля на географическую оболочку Земли.

Влияние магнитного поля на многие процессы в географической оболочке несомненно, но в этом вопросе существует много неясных вопросов.

Оно проявляется в использовании магнитного поля для ориентации животных (пластинчато-жаберные рыбы (акулы, скаты), некоторые птицы, моллюски и бактерии).

Изменения напряженности магнитного поля, которые возникают в периоды магнитных бурь, отрицательно влияют на живые организмы. (в периоды магнитных бурь, люди чаще страдают нервно-психическими заболеваниями, возникают обострения заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем человека, растет аварийность на дорогах).

Техногенными следствиями магнитных бурь являются сбои электронных систем и снижение надежности работы операторов.

2.История открытия магнитного поля и магнитных свойств Земли.

Знакомство человека с магнитными свойствами горных пород произошло еще в античные времена, когда стал известен магнетит— темно-серый минерал, который называют иногда магнитным железняком. Своим названием он обязан либо городу Магнесия в Македонии, либо легенде о пастухе Магнусе, у которого был посох с железным наконечником, который притягивался камнем, лежащим на пастбище.

В 1110 году до нашей эры в Китае был создан прообраз современного компаса, который позволил использовать магнитное поле для ориентирования по сторонам света.

Во время своего кругосветного путешествия Х. Колумб установил, что стрелка компаса не всегда показывает на Полярную звезду, т.е. обнаружил магнитное склонение.

В 1544 году было открыто наклонение магнитного поля.

М.И.Ломоносова изобрел самопишущий компас, который на ленте автоматически вычерчивал все отклонения от заданного румба при движении корабля.

По инициативе немецкого естествоиспытателя Александра фон Гумбольдта в XIX веке были созданы магнитные обсерватории для постоянной регистрации изменений магнитного поля. Такие обсерватории были открыты и в России.

Первые магнитные съемки были выполнены американцами в 1910 году на немагнитной шхуне “Карнеги”. В 1952 году такая шхуна была создана в СССР.

Основные понятия: магнетит, компас, магнитные обсерватории, немагнитные шхуны.

3.Радиационные пояса Земли.

В начале XX века было установлено, что магнитосфера Земли является своеобразной ловушкой для заряженных частиц. Частицы проникают в магнитосферу в экваториальных районах и состоят преимущественно из электронов, протонов и ядер тяжелых элементов, приходящих со скоростями, близкими к скорости света.

Обнаружены два пояса с максимальными концентрациями электронов: внешний электронный пояс на высотах до 6 радиусов Земли и внутренний— до 2 радиусов Земли. Между этими двумя поясами выделяют протонный пояс с максимумом концентрации протонов.

Частички, находящиеся в магнитосфере, претерпевают изменения как по расположению в пространстве, так и по интенсивности движения. Они выбиваются или “высыпаются” в верхние слои атмосферы до высот 100 км и сталкиваются с молекулами воздуха. Энергия частиц тратится на ионизацию и разогрев воздуха. Когда поток “высыпающихся" частиц достигнет определенной величины, возникает полярное сияние. При очень больших потоках— возникает сильное сияние.

Основные понятия: внешний электронный пояс, внутренний электронный пояс, протонный пояс.

Лекция 8. Атмосфера

Содержание:

1. Состав атмосферы
   
2. Температурный режим атмосферы.
   
3. Происхождение атмосферы
   

Атмосфера (от греч. atmos - пар, sphaira – шар) - это воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие в ее суточном и годовом вращении.

1. Лекция 8. Атмосфера

Масса атмосферы составляет около 5,15х10¹⁵т, - что по весу соответствует весу равномерно распределенной по поверхности Земли воды слоем в 10 м или ртути слоем 76 см.

Основная масса атмосферы - около 50% - сосредоточена в нижнем (5-ти км) слое, 90% находится в 16-километровом слое, а масса воздуха, находящегося выше 30 км, не превышает одного процента всей массы атмосферы.

Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом. Состав воздуха у земной поверхности:

78,08% (по объему) и 76% (по массе)- азот,

20,95% (по объему) и 23% (по массе) – кислород.

0,95% (по объему) и 0,93% (по массе) – аргон

0,03% - углекислый газ.

Остальные газы (ксенон, неон, криптон, гелий, метан, водород, закись азота, озон, диоксид азота, диоксид серы, аммиак, угарный газ, йод, радон) составляют тысячные, миллионные и миллиардные доли процента. Все перечисленные газы, составляющие сухой воздух, сохраняют газообразное состояние при наблюдающихся в атмосфере температурах и давлении не только у земной поверхности, но и в высоких слоях атмосферы

Кроме того, в состав воздуха входит газы с переменным содержанием: водяной пар, В углекислый газ и озон.

Объем воды в атмосфере составляет около 13х10³км³ (в среднем около 0,16% от объема воздуха, колеблясь у земной поверхности от 3% в тропиках до 0,01% в Антарктиде). С высотой его содержание быстро убывает.

В воздухе во взвешенном состоянии находятся также жидкие и твердые частички, общая масса которых крайне незначительна по сравнению с массой атмосферы.

До высот 100 - 120 км из-за интенсивного перемешивание воздуха сохраняется однородность вещественного состава нижних слоев атмосферы. Эта часть атмосферы называется гомосферой.

Выше в соответствии с законом Дальтона происходит гравитационное разделение газов, их расслоение по плотности, которое усиливается с высотой. В результате в атмосфере происходит непрерывное изменение состава, как по слоям, так и во времени. Эта часть атмосферы названа гетеросферой.

Процесс разделения газов по плотности осложняется диссоциацией и фотоионизацией молекул на атомы под влиянием коротковолнового солнечного излучения. Чисто гравитационное разделение газов происходит только с благородными газами: аргоном и гелием.

В результате этого выше 1000 км атмосфера состоит из гелия и водорода в атомарном состоянии. На этих высотах начинается процесс ускользания легких газов из земной атмосферы в космическое пространство. Выше 1500 км в годы минимума солнечной активности атмосфера состоит преимущественно из водорода, в годы максимума активности – из гелия.

В настоящее время на состав воздуха оказывает влияние человек: поступают хлорфторуглеводороды, в том числе фреоны, меняется содержание диоксида углерода и озона.

Основные понятия: гомосфера, гетеросфера.

2. Температурный режим атмосферы.

В зависимости от изменения температуры в атмосфере выделяются несколько слоев.

Нижний слой — тропосфера — нагревается от Земли, которая в свою очередь нагревается солнечными лучами. Непосредственный нагрев воздуха за счёт поглощения им солнечных лучей в десятки раз меньше.

С высотой нагрев уменьшается, и это понижает температуру воздуха в среднем для всей тропосферы от +14°С (среднегодовая температура поверхности на уровне моря) до —55° С на верхней границе тропосферы. Высота тропосферы зависит от степени нагревания поверхности Земли. Поэтому в тропиках слой атмосферы, который способно прогреть тепловое излучение поверхности довольно мощный и составляет 18 км, в умеренных широтах он составляет 10-12 км, а в полярных – всего 8 км.

В среднем же температура уменьшается с высотой на 0,6⁰ на каждые 100 м (вертикальный температурный градиент).

В тропосфере сосредоточено 80% всей массы атмосферного воздуха, в ней содержится почти весь водяной пар, возникают почти все облака. Очень развита турбулентность, процессы вертикального и горизонтального переноса. Высота, до которой простирается тропосфера над каждым местом Земли, меняется изо дня в день, колеблясь около приведенных выше высот. Давление воздуха на верхней границе тропосферы в 3-10 раз меньше, чем у поверхности.

Самый нижний слой тропосферы (50-100 м) носит название приземного слоя. Слой от земной поверхности до высот 1000-1500 м называют планетарным пограничным слоем или слоем трения.

Верхняя граница тропосферы, тонкий переходный слой с мощностью 2 км, где падение температуры с высотой сменяется ее постоянством, называется тропопаузой.

Стратосфера поднимается до высот 50-55 км и характеризуется ростом температура с высотой от – 50⁰С до 0⁰ на границе стратопаузы. Возрастание температуры с высотой приводит к отсутствию конвективных (вертикальных движений) и активного перемешивания.

На высотах 22-24 км иногда наблюдают перламутровые облака. Они состоят из переохлажденных капель. Состав воздуха стратосферы отличается от тропосферного только большим количеством озона.

Мезосфера. Она простирается до высот 80-82 км. В мезосфере температура понижается с высотой от 0⁰С до -110⁰С. Из-за быстрого падения температуры в мезосфере сильно развита турбулентность. В верхней части мезосферы образуются серебристые облака, состоящие из кристалликов льда. Верхней границе мезосферы является мезопауза.

Термосфера - верхняя часть атмосферы над мезосферой. Ее верхняя граница проводится либо на высоте 800-1000 км, а выше выделяют экзосферу, либо термосферой называют всю часть атмосферы, лежащую выше мезопаузы. В термосфере температура резко растет с высотой. Рост температуры в термосфере связан с поглощением ультрафиолетовой радиации и сопровождается ионизацией атмосферы. В годы активного Солнца на высоте 200-250 км она превышает 1500⁰С.

Часть термосферы (от 100 км до 800-1000 км) называют ионосферой.

Атмосферные слои выше 800-1000 км называют сферой ускользания газов. Ускользают в основном атомы водорода и гелия, образуя вокруг Земли земную корону, простирающуюся на 20000 км.

Озоновый слой. Озон - трехатомарный кислород, образующийся в слоях от 15 до 70 км (с максимумом на высотах 20-23 км) и поглощающий ультрафиолетовую радиацию с длинами волн от 0,15 до 0,29 мкм.

Приведенная толщина слоя озона – толщина слоя озона при нормальном давлении. Общее содержание озона измеряется в «единицах Добсона», равных 0,01 мм чистого озона в приземных условиях, и колеблется от 150 до 450 этих единиц.

Значение озона.

Основные понятия: тропосфера, стратосфер, мезосфера, термосфера, экзосфера, ионосфера, тропопауза, стратопауза, мезопауза, озоновый слой, приземный слой, планетарный пограничный слой или слой трения, вертикальный температурный градиент, перламутровые облака, серебристые облака, сфера ускользания газов, земная корона.

3.Происхождение атмосферы.

Воздушная оболочка Земли возникла в период формирования нашей планеты в результате дифференциации протопланетного вещества. Первичная атмосфера была по составу близка составу метеоритных и вулканических газов. Она состояла из углекислого газа – до 98%, аргона – 0,19%, азота – 1,5%, имела восстановительный характер и была практически лишена свободного кислорода. Основная часть кислорода образовалась позднее и имеет в основном биогенное происхождение.

Атмосфера оказала значительное влияние на эволюцию литосферы и эволюцию гидросферы.

Все главные газовые составляющие атмосферы расходуются и снова поступают в атмосферу в результате взаимодействия с живыми организмами, водами гидросферы и минеральными веществами литосферы.