Вопрос 35. Атмосферная конвекция

Перемещения отдельных количеств воздуха с одних уровней па другие, обусловленные плавучестью и, следовательно, зависящие от разностей температур между воздухом, вовлеченным в конвекцию, и окружающим воздухом. В идеальном простейшем случае перемещения некоторого количества (частицы) воздуха в неподвижной окружающей атмосфере.

Различают А. К. в условиях местной воздушной массы над нагретой поверхностью суши и А. К. внутри холодной неустойчивой массы, движущейся на более теплую подстилающую поверхность.

Местная А. К. над сушей имеет хорошо выраженный суточный и годовой ход с максимумом после полудня и летом.

Конвекция существенно дополняет турбулентность динамического происхождения в процессе вертикального обмена воздуха.

А. К. описанного типа называют еще свободной конвекцией, в отличие от вынужденной конвекции, имеющей другую природу.

Термин атмосферная конвекция часто заменяется более кратким синонимом: конвекция, хотя этот последний термин имеет более общее значение

36

Термометр(греч. θέρμη — тепло; μετρέω — измеряю) — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров:

• жидкостные

• механические

• электрические

• оптические

• газовые

инфракрасные

Барометр (др.-греч. βάρος — «тяжесть» и μετρέω — «измеряю») — прибор для измерения атмосферного давления.

Гигрометр — измерительный прибор для определения влажности воздуха. Существует несколько типов гигрометров, действие которых основано на различных принципах: весовой, волосной, плёночный и прочих.

37

Приземный слой атмосферы, нижняя часть пограничного слоя атмосферы, простирающаяся от земной поверхности до высоты в несколько десятков м, наиболее подверженная влиянию земной поверхности. Толщина Приземный слой атмосферы изменяется в достаточно широких пределах в зависимости от термической стратификации атмосферы, величины скорости ветра и шероховатости земной поверхности. В Приземный слой атмосферы наблюдается резкое изменение метеорологических элементов с высотой: вертикальные градиенты скорости ветра, температуры и влажности в Приземный слой атмосферы в десятки и сотни раз превышают соответствующие величины в вышележащих слоях, но уменьшаются по абсолютной величине с увеличением высоты. Скорость ветра с высотой возрастает, направление его практически не изменяется. Верхняя граница Приземный слой атмосферы нередко совпадает с верхней границей инверсии температуры, тумана, городского или индустриального загрязнения атмосферы.

38

Магнитосфера — область пространства вокруг небесного тела, в которой поведение окружающей тело плазмы определяется магнитным полем этого тела.

Альтернативное определение: Магнитосфера — область пространства вокруг планеты или другого намагниченного небесного тела, которая образуется, когда поток заряженных частиц, например солнечного ветра, отклоняется от своей первоначальной траектории под воздействием внутреннего магнитного поля этого тела.

Форма и размеры магнитосферы определяются силой внутреннего магнитного поля этого небесного тела и давлением окружающей плазмы (солнечного ветра).

Магнитосфера Земли имеет сложную форму. Со стороны, обращенной к Солнцу, расстояние до ее границы варьируется в зависимости от интенсивности солнечного ветра и составляет около 70000 км. Граница магнитосферы, или магнитопауза, со стороны Солнца по форме напоминает снаряд и по приблизительным оценкам находится на расстоянии около 15 Re. С ночной стороны магнитосфера Земли вытягивается длинным цилиндрическим хвостом (магнитный хвост), радиус которого составляет около 20-25 Re. Хвост вытягивается на значительное расстояние — намного большее, чем 200 Re, и где он заканчивается — не известно.

С наличием магнитосферы связаны многие проявления Космической погоды, такие как геомагнитная активность, геомагнитная буря и суббуря.

Магнитосфера обеспечивает защиту, без которой жизнь на Земле могла бы не выжить. Марс, магнитное поле которого очень мало, как полагают потерял значительную часть своих бывших океанов и атмосферы в космос частично за счет прямого воздействия солнечного ветра. По той же причине, как полагают, Венера потеряла большую часть своих вод в космос — за счет уноса солнечным ветром.

Меридиан магнитный Земли, проекция силовой линии геомагнитного поля на поверхность Земли (см. Земной магнетизм). Все М. м., представляющие собой сложные кривые, сходятся в северном и южном полюсах магнитных Земли. Плоскостью М. м. называется вертикальная плоскость, проходящая через место нахождения наблюдателя (прибора) и содержащая вектор напряжённости геомагнитного поля в этой точке. Угол между плоскостью М. м. (в ней располагается стрелка магнитного компаса) и плоскостью географического меридиана в данной точке земной поверхности называется магнитным склонением.

Наряду с М. м. Земли часто рассматривают меридиан геомагнитный — линию сечения поверхности Земли плоскостью, проведённой через рассматриваемую точку земной поверхности, и прямую линию, соединяющую северный и южный полюсы геомагнитные. Геомагнитные меридианы совпадают с дугами больших кругов, проходящих через магнитные полюсы. В отличие от М. м., описывающих реальное магнитное поле Земли, геомагнитные меридианы описывают его первое приближение — поле однородно намагниченного земного шара.

МАГНИТНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ (отклонение магнитной стрелки), угол между направлением магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью, измеренной свободно плавающим магнитом. На северном магнитном полюсе это отклонение равно нулю; на магнитном экваторе равно 90

39

Магнитный азимут Am — горизонтальный угол, измеренный по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана до направления на предмет. Его значения могут быть от 0° до 360°.

Магнитный азимут направления определяется с помощью компаса или буссоли. При этом отпускают тормоз магнитной стрелки и поворачивают компас в горизонтальной плоскости до тех пор, пока северный конец стрелки не установится против нулевого деления шкалы. Затем, не меняя положения компаса, устанавливают визирное приспособление так, чтобы линия визирования через целик и мушку совпала с направлением на предмет. Отсчет шкалы против мушки соответствует величине определяемого магнитного азимута направления на местный предмет.

Использование этого простого способа ориентирования направлений невозможно в районах магнитных аномалий и магнитных полюсов .

Магнитные азимуты определяются на местности с помощью угломерных приборов, у которых имеется магнитная стрелка (компасов и буссолей). Использование этого простого способа ориентирования направлений невозможно в районах магнитных аномалий и магнитных полюсов. 
На карте магнитный азимут можно измерить теми же способами, что и дирекционный угол.

40 41

Ориентирование на местности включает определение своего местоположения относительно сторон горизонта и выделяющихся объектов местности (ориентиров), выдерживание заданного или выбранного направления движения к определённому объекту. Умение ориентироваться на местности особенно необходимо при нахождении в малонаселённых и незнакомых районах

. Ориентироваться можно по карте, по компасу, по звездам. Ориентирами могут также служить различные объекты естественного (река, болото, дерево) или искусственного (маяк, вышка) происхождения.

При ориентировании по карте необходимо связать изображение на карте с реальным объектом. Проще всего выйти на берег реки или дорогу, а затем поворачивать карту до тех пор, пока направление линии (дороги, реки) на карте не совпадет с направлением линии на местности. Предметы, расположенные справа и слева от линии, на местности должны находиться с тех же сторон, что и на карте.

Ориентирование карты по компасу применяется в основном на местности, затруднительной для ориентирования (в лесу, в пустыне), где обычно трудно подобрать ориентиры. В этих условиях компасом определяют направление на север, а карту располагают верхней стороной рамки в сторону севера так, чтобы вертикальная линия координатной сетки карты совпадала с продольной осью магнитной стрелки компаса. Необходимо помнить, что на показания компаса могут оказывать влияние металлические предметы, линии электропередач и электронные устройства, расположенные в непосредственной близости от него.

После того, как местонахождение на местности определено, нужно определить направление движения и азимут (отклонение направления движения в градусах от северного полюса компаса по часовой стрелке). Если маршрут не является прямой линией, то нужно точно определить расстояние, после прохождения которого необходимо изменить направление движения. Можно также выбрать определённый ориентир на карте и, отыскав его затем на местности, изменить направление движения от него.

При отсутствии компаса стороны света можно определить следующим образом:

• кора большинства деревьев грубее и темнее на северной стороне;

• на деревьях хвойных пород смола более обычно накапливается с южной стороны;

• годовые кольца на свежих пнях с северной стороны расположены ближе друг к другу;

• с северной стороны деревья, камни, пни и т.д. раньше и обильнее покрываются лишайниками, грибками;

• муравейники располагаются с южной стороны деревьев, пней и кустов, южный скат муравейников пологий, северный – крутой;

• летом почва около больших камней, строений, деревьев и кустов более сухая с южной стороны;

• у отдельно стоящих деревьев кроны пышнее и гуще с южной стороны;

• алтари православных церквей, часовен и лютеранских кирок обращены на восток, а главные входы расположены с западной стороны;

• приподнятый конец нижней перекладины креста церквей обращен на север.

вопорс 43

Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение сейсмических волн и увеличением электропроводности пород. Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25— 200 и 5—100км.

Рассмотрим в общем виде геологическое строение Земли. Третья за отдаленностью от Солнца планета — Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность— 5,5 г/см3 и состоит из трех оболочек — коры, мантии и ядра. Мантия и ядро делятся на внутренние и внешние части.

Земная кора - тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-80 км, под океанами — 5-10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Восемь элементов — кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий — образовывают 99,5 % земной коры. На континентах кора трехслойная: осадочные породы укрывают гранитные, а гранитные залегают на базальтовых. Под океанами кора «океанического», двухслойного типа; осадочные породы залегают просто на базальтах, гранитного пласта нет. Различают также переходный тип земной коры (островно-дуговые зоны на окраинах океанов и некоторые участки на материках, например Черное море). Наибольшую толщину земная кора имеет в горных районах (под Гималаями - свыше 75 км), среднюю — в районах платформ (под Западно-Сибирской низиной — 35-40, в границах Русской платформы — 30-35), а наименьшую— в центральных районах океанов (5-7 км). Преобладающая часть земной поверхности — это равнины континентов и океанического дна. Континенты окружены шельфом- мелководной полосой глубиной до 200 г и средней шириной близко 80 км, которая после резкого обрывчастого изгиба дна переходит в континентальный склон (уклон изменяется от 15-17 до 20-30°). Склоны постепенно выравниваются и переходят в абиссальные равнины (глубины 3,7-6,0 км). Наибольшие глубины (9-11 км) имеют океанические желоба, подавляющее большинство которых расположенная на северной и западной окраинах Тихого океана.

Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95 %), среди которых на континентах преобладают граниты и гранитоиды, а в океанах-базальты.

Актуальность экологического изучения литосферы обусловленная тем, что литосфера есть средой всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности (составных природной среды), через значительные изменения которого развивается глобальный экологический кризис. В верхней части континентальной земной коры развиты грунты, значение которых для человека тяжело переоценить. Грунты - органо-минеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света есть одними из важнейших природных ресурсов. В зависимости от климатических и геолого-географических условий грунты имеют толщину от 15-25 см до 2-3 м.

Грунты возникли вместе с живым веществом и развивались под влиянием деятельности растений, животных и микроорганизмов, пока не стали очень ценным для человека плодородным субстратом. Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточенная в грунтах, па глубине не большее нескольких метров. Современные грунты являются трехфазной системой (разнозернистые твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде, и порах), которая состоит из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород), органических веществ (продукты жизнедеятельности биоты ее микроорганизмов и грибов). Грунты играют огромную роль в кругообороте воды, веществ и углекислого газа.

С разными породами земной коры, как и с ее тектоническими структурами, связанные разные полезные ископаемые: горючие, металлические, строительные, а также такие, что есть сырьем для химической и пищевой промышленности.

В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

Глубинные толщи литосферы, которые исследуют геофизическими методами, имеют довольно сложную и еще недостаточно изученное строение, так же, как мантия и ядро Земли. Но уже известно, что с глубиной плотность пород возрастает, и если на поверхности она составляет в среднему 2,3-2,7 г/см3, то на глубине близко 400 км - 3,5 г/см3, а на глубине 2900 км (граница мантии и внешнего ядра) - 5,6 г/см3. В центре ядра, где давление достигает 3,5 тыс. т/см2, она увеличивается до 13-17 г/см3. Установлен также и характер возрастания глубинной температуры Земли. На глубине 100 км она составляет приблизительно 1300 К, на глубине близко 3000 км —4800, а в центре земного ядра — 6900 К.

Преобладающая часть вещества Земли находится в твердом состоянии, но на границе земной коры и верхней мантии (глубины 100—150 км) залегает толща смягченных, тестообразных горных пород. Эта толща (100—150 км) называется астеносферой. Геофизики считают, что в разреженном состоянии могут находиться и другие участки Земли (за счет разуплотнения, активного радиораспада пород и т.п.), в частности - зона внешнего ядра. Внутреннее ядро находится в металлической фазе, но относительно его вещественного состава единоого мнения на сегодня нет.