Атмосфера – газовая оболочка Земли, существенно отличается от атмосфер других планет Солнечной системы. Первоначально она состояла из водорода, водяных паров, углекислого газа, метана, аммиака и небольших количеств гелия и неона. На Земле углекислота была удалена химическими реакциями с горными породами при участии жидкой воды, а впоследствии и фотосинтезом растений. Современная атмосфера состоит из азота (около 80 %) и кислорода (около 20 %). Атмосфера подразделяется на несколько уровней – приземную тропосферу с интенсивным вертикальным и горизонтальным движением воздуха, стратосферу с озоновым слоем, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Совокупность движений воздуха тропосферы образует атмосферную циркуляцию. Наблюдается широтное чередование сезонно смещающихся зон высокого и низкого давления, и отрывающиеся от них атмосферные вихри, связанные с областями низкого и высокого давления, называются циклонами и антициклонами.
Сложное взаимодействие трех геосфер – атмосферы, литосферы и гидросферы (возможно, и при неких дополнительных внешних воздействиях) привело в глубокой древности к формированию новой геосферы – биосферы, сферы жизни. Ее составляющей является и та часть материи, которая пытается познать строение Земли и Вселенной и определить свое место в ней, – люди.
5. Структура и химический состав атмосферы
Структура атмосферы Земли
В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу(Рис 2).
Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают.
По составу воздуха атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу. В гомосфере – слое атмосферы от подстилающей поверхности до высоты 90 – 95 км – содержание основных газов (азота, кислорода, аргона) остается постоянным. В гетеросфере – слое выше 95 км – состав атмосферного воздуха значительно изменяется с высотой. (Рис 2)
Турбопауза – граница между гомосферой и гетеросферой (Рис 3), коэффициенты турбулентного и молекулярного перемешивания равны по величине. Уровень турбопаузы, т.е. границы, где начинает значительно меняться относительный состав верхней атмосферы, зависит от вертикальных движений. Для химически взаимодействующих газов распределение их концентрации определяется относительной ролью скоростей химических реакций и дивергенции их потоков (молекулярного, турбулентного, конвективного). (Рис 3)
Химический состав атмосферы (Рис 4)
Газ Объемное содержание
Водород H2 ±2·10-5
Кислород O2 21
Озон O3 10-5
Азот N2 78.1
Углекислый газ CO2 3·10-5
Водяной пар H2O ±0.1
Угарный газ CO 1.2·10-4
Метан CH4 1.6·10-4
Аммиак NH3 ± 10-5
Двуокись серы SO2 ± 5·10-9
Гелий He 5·10-4
Неон Ne 1.8·10-3
Аргон Ar 0.9
Криптон Kr 1.1·10-4 (Рис 4)
Ксенон Xe 8.7·106
Средняя молекулярная масса 28.8
6. Циркуляция атмосферы и климат Земли
ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ — движение воздушных масс в тропосфере и нижней стратосфере (Рис 5). Важнейший климатообразующий процесс этого переноса и обмена влагой и теплом между разными частями земного шара формирует погоду каждого региона. Причина перемещения воздушных масс состоит в неодинаковом распределении атмосферного давления и нагревании Солнцем поверхности суши, океанов, льда на разных широтах, а также в отклоняющем воздействии на воздушное потоки вращения Земли.
Главные закономерности циркуляции атмосферы постоянны.
В нижней стратосфере струйные течения воздуха в умеренных и субтропических широтах преимущественно западные, а в тропических — восточные, и идут они со скоростью до 150 м/с (540 км/час) относительно земной поверхности.
(Рис 5)
В нижней тропосфере преобладающие направления переноса воздуха различаются по географическим поясам. В полярных широтах восточные ветры; в умеренных — западные с частым нарушением циклонами и антициклонами, наиболее устойчивы пассаты и муссоны в тропических широтах. В связи с разнообразием подстилающей поверхности на форме общей циркуляции атмосферы возника ют районные отклонения — местные ветры.
Погода – состояние атмосферы в данном месте Земли в определенный момент или интервал времени. Это состояние определяется динамикой атмосферы, физико-химическими процессами в ней и ее взаимодействием с поверхностью Земли и с космическим пространством, а также с процессами, определяемыми собственной внутренней энергетикой атмосферы и поверхности Земли. Совокупность погод в данном месте принято называть климатом.
КЛИМАТ — многолетний режим погоды, типичный для данного района Земли, как бы средняя погода за много лет. Термин «климат» был введен в научный оборот 2200 лет назад древнегреческим астрономом Гиппархом и означает по-гречески «наклон» («klimatos»). Ученый имел в виду наклон земной поверхности к солнечным лучам, различие которого от экватора к полюсу уже тогда считалось главной причиной различий погоды в низких и высоких широтах. Позднее климатом назвали среднее состояние атмосферы в определенном районе Земли, которое характеризуется чертами, практически неизменными на протяжении одного поколения, то есть порядка 30-40 лет. К таким чертам относятся амплитуда колебания температур, атмосферное давление, атмосферная циркуляция.
Различают макроклимат и микроклимат:
Макроклимат (греч makros — большой) — климат крупнейших территорий, это климат Земли в целом, климатических поясов, а также крупных регионов суши и акваторий океанов или морей. В макроклимате определяется уровень солнечной радиации и закономерности атмосферной циркуляции;
Микроклимат (греч. mikros — маленький) — часть местного климата. Микроклимат в основном зависит от рельефа, лесных насаждений, различий в увлажнении почвогрунтов, весенне-осенних заморозков, сроков таяния снега и льда на водоемах. Учет микроклимата имеет существенное значение для размещения сельскохозяйственных культур, для строительства городов, прокладки дорог, для любой хозяйственной деятельности человека, а также для его здоровья
Климат Земли изменяется не только в пространстве, но и во времени. Огромное количество фактов по данной проблеме дает палеоклиматология — наука о древних климатах. Исследования показали, что геологическое прошлое Земли — чередование эпох морей и эпох суши. Это чередование связано с медленными колебаниями земной коры, во время которых площадь океана то сокращалась, то увеличивалась. В эпоху увеличения площади Мирового океана солнечные лучи поглощаются водой и нагревают Землю, от которой нагревается и атмосфера. Общее потепление неизбежно вызовет распространение теплолюбивых растений и животных. Распространение теплого климата «вечной весны» в эпоху моря объясняется также и повышением концентрации СО2, что вызывает явление парникового эффекта. Благодаря ему усиливается потепление.
Основные типы климата. Классификация климатов дает упорядоченную систему для характеристики типов климата, их районирования и картографирования. Типы климата, преобладающие на обширных территориях, называются макроклиматами. Макроклиматический район должен иметь более или менее однородные климатические условия, отличающие его от других районов, хотя и представляющие собой лишь обобщенную характеристику (поскольку не существует двух мест с идентичным климатом), больше отвечающую реалиям, чем выделение климатических районов только на основе принадлежности к определенному широтно-географическому поясу.
З аключение
Геологическая история Земли включает в себя следующую последовательность событий в развитии Земли как планеты: образование горных пород, возникновение и разрушение форм рельефа, погружение суши под воду (наступание моря), отступание моря, оледенение, появление и исчезновение различных видов животных и растений и т.д. Продолжительность геологической истории Земли измеряется многими миллионами лет.
Обрисованная выше последовательность основных событий в истории земной коры, формирование океанов и материков не укладываются в рамки широко распространенного представления о том, что континенты прогрессивно растут за счет океанов. Современные океаны — отнюдь не реликты (остатки) первичного океана, а геологические структуры континентов, нередко срезанные более молодыми океаническими впадинами; все это противоречит мнению о том, что океаны первичны. В самом деле, как объяснить, почему в течение 4,5 млрд. лет на одних участках процессы разделения вещества мантии привели к созданию мощной континентальной коры, а на других участках процесс этот остановился на стадии формирования примитивной океанической коры? Предположим, такое постоянство можно было бы объяснить первичной неоднородностью мантии. Но это не вяжется с целым рядом фактов общего структурного плана строения литосферы; противоречит этому и история современных геосинклиналей и платформ.
Не вполне удовлетворителен и другой взгляд, согласно которому развитие земной коры долгое время шло по пути приращения континентальной коры и лишь в мезозое начался распад континентов, при этом новые океаны образовались либо из-за раздвига континентальных, либо из-за обрушения, погружения и переработки континентальной коры («океанизация»).
Очевидно, обе эти гипотезы чрезмерно упрощают гораздо более сложный в действительности путь развития литосферы. На ранних этапах, в условиях сильного теплового потока и высокого содержания летучих и легкоплавких веществ в верхней мантии, сначала формировалась первичная океаническая кора (к 4,0 млрд. лет до н. э.), а затем и первичная континентальная (к 3,5—2,0 млрд. лет до н. э.). Этот процесс, постепенно ослабевая, закончился в основном к 2,0 млрд. лет до н. э. созданием, вероятно, довольно равномерного и сравнительно небольшой мощности (в среднем не более 30—35 км) слоя континентальной коры. Вместе с тем со временем ослабевал и тепловой поток из недр, а повсеместная подвижность коры сменилась неравномерной ее подвижностью вдоль сети глубинных разломов в охлажденной твердой оболочке Земли. Затем наступило время раздробления континентальной коры; заложились широкие подвижные геосинклинальные пояса, внутренние части которых на начальных стадиях своего развития приближались к океанам по размерам и характеру коры. Позже в подвижных поясах возникли зоны резкого утолщения коры — местами она почти вдвое толще «нормальной» первичной континентальной коры. Иначе говоря, произошло перераспределение коры: ее толщина на одних площадях резко возросла, а на других не менее резко уменьшилась, при этом возрастала мощность (толщина) литосферы под континентами в связи с погружением ее подошвы. В то же время мощность литосферы под океанами стала уменьшаться, что связано с образованием глубоких разломов - рифтов, в которых выступы глубинного подкоркового слоя пониженной плотности и вязкости достигают подошвы коры.
Таким образом, в ходе эволюции земной коры в верхней мантии (т. е. сферы Земли, охватываемой тектоническими процессами) возрастала неоднородность коры, определившая различия между океаническим и континентальным полушариями Земли, при этом проявлялся наиболее общий закон развития нашей планеты — шло усложнение вещественного состава и структуры земной коры, усиливалась дифференциация и разновременность протекания глубинных процессов в течение геологической истории.
Конечно, наука идет вперед, совершенствуются и наши представления о прошлом, столь необходимые как для понимания современных геологических процессов, так и для прогноза на будущее.
Список использованной литературы
1. - Проект «Исследование Солнечной системы» (2005-2008)
2. Вернадский В.И. «Избр. тр. по истории науки» М., 1981.
3. Гехтман Г.Н. «Выдающиеся географы и путешественники» Т., 1962.
4. Джеффрис Г. «Земля, ее происхождение, история и строение»: Издательство иностранной литературы, Пер. с англ. М., 1960.
5. Жарков В.Н. «Внутреннее строение Земли и планет» Издательство «Наука», 2-е изд. М., 1983.
6. Короновский Н.В., Хаин В.Е., Ясаманов Н.А. «Историческая геология» Издательство: «Академия», 2008 г.
7. Магидович И.П. «Очерки по истории географических открытий» М., 2004.
8. Молоденский М.С. «Избранные труды. Гравитационное поле. Фигура и внутреннее строение Земли», Издательство «Наука», М., 2001
9. Трубицын В.П., Жарков В.Н. «Физика планетных недр», - М. Наука 1980
10. Федынский В.В. «Разведочная геофизика» М., 1964.
11. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. «Общая геотектоника». М., 1985.
[1] Короновский Н.В., Хаин В.Е., Ясаманов Н.А. «Историческая геология» Издательство: «Академия», 2008 г.
[2] По Б. Болту приведены следующие границы отдельных зон: основание слоя С - 670км, слоя D - 2885 км, слой F в интервале 4590-5155 км. Близкие данные в работе В. А. Жаркова
29-04-2015, 00:31