Вопросы для проверки знаний. Упражнения

1. До какой высоты простирается тропосфера?

2. На какой высоте сосредоточена основная масса газообразных веществ атмосферы?

3. В чем различие между тропосферой и тропопаузой? стратосферой и стратопаузой?

4. Какие газы преобладают на высотах до 100 км? в термосфере? в экзосфере?

5. Назовите основные газы, суммарное количество которых в атмосфере составляет 99,99 об. %?

6. Назовите важные функции атмосферного кислорода.

7. Возможны ли реакции превращения атмосферного азота в оксиды азота?

8. Какую функцию для живых систем играет атмосферный кислород? атмосферный углекислый газ?

9. Какие процессы приводят к уменьшению и увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере?

10. Какие процессы приводят к появлению в атмосфере метана? инертных газов?

Глава 2. Радиационный, тепловой и водный баланс атмосферы

Вещество в атмосфере находится в разреженном (газообразном) состоянии, поэтому атмосфера  подвижная физико-химическая система, обладающая следующими особенностями:

вещество очень быстро перемешивается (для полного перемешивания нужно 2-3 месяца);

прозрачна для электромагнитного излучения;

в верхних слоях существует разреженное состояние, поэтому нестабильные частицы (радикалы, ионизированные атомы и молекулы и т. п.), находящиеся там, имеют высокие времена жизни;

взвешенные частицы быстро выводятся из нее.

Для нормального функционирования атмосферы чрезвычайно важным является поддержание ее в стационарном состоянии. Стационарность,

т. е. равенство входящих и исходящих потоков в любой системе, есть необходимое условие устойчивости как самой системы, так и ее отдельных компонентов. Если входящий поток будет превышать исходящий, то либо система разрушится от переполнения, либо при превышении некоторого содержания ресурса в ней начнутся новые процессы, которые изменят ее функционирование. Если же исходящий поток превышает входящий, то через некоторое время система лишится данного ресурса. Радиационный, тепловой и водный балансы поддерживают атмосферу в стационарном состоянии и обеспечивают ее нормальное функционирование на нашей планете.

§ 5. Радиационный баланс

Солнечная радиация – излучение электромагнитной и корпускулярной природы. Поток солнечной энергии нагревает атмосферу, изменяет её устойчивость, вызывает испарение воды, служит движущей силой перемещения масс воздуха. Солнечная радиация определяет климат и условия жизни на Земле.

Энергия поступает на планету в основном в виде электромагнитного излучения. Оно представлено спектром длин волн в широком диапазоне (табл. 2).

Радиоизлучение (радиоволны) несет незначительное количество энергии. Оно не полностью проходит сквозь земную атмосферу, т. к. атмосфера прозрачна лишь для радиоволн длиной от нескольких миллиметров до нескольких метров. Видимая область спектра электромагнитного излучения является основным энергетическим потоком от Солнца к нашей планете. Рентгеновское и  -излучение обнаружено в верхней атмосфере и полностью поглощается нижней атмосферой, не достигая поверхности Земли.

Корпускулярное излучение Солнца и Космоса, представляющее собой поток протонов, нейтронов, электронов и других элементарных частиц, является незначительным источником поступающей на планету энергии.

Итак, частицы электромагнитного поля – фотоны - обладают разной энергией в диапазоне длин волн от радио- до -излучения. Фотон может пройти сквозь вещество или вступить с ним во взаимодействие, передав ему свою энергию. Поглощенная энергия фотона увеличивает энергию частицы (атома, молекулы) или вызывает её диссоциацию.

Известно, что инфракрасное излучение (ИК-излучение) способно увеличить энергию поступательного или вращательного движения молекул, увеличить амплитуду колебания взаимосвязанных атомов в молекуле или разорвать химическую связь, т. е. увеличивать кинетическую энергию частиц.

Т а б л и ц а 2