16 lipca 2018 r.;    Imieniny obchodzą: Maria, Stefan, Eustachy

DEMART

GEOGRAFIA FIZYCZNA ŚWIATA
"Atmosfera"

Skład i budowa atmosfery

Atmosfera jest to powłoka gazowa Ziemi składająca się z azotu, który stanowi 78.09%, tlenu 20.09% jak i również z gazów szlachetnych np. argonu, helu, kryptonu, ksenonu oraz tlenków azotu, siarki, węgla i ozonu. Poza wymienionymi gazami atmosfera zawiera domieszki gazowe, ciekła i stałe. Do najważniejszych należą para wodna, której zawartość waha się od 0 do 4%. Domieszki ciekłe i stałe nazywane są aerozolami atmosferycznymi. Bardzo często są to pyły pochodzenia naturalnego np. pyły wulkaniczne, glebowe, pyłki roślin, również pochodzenia antropogenicznego: pyły przemysłowe, komunikacyjne. Skład chemiczny atmosfery ulega zmianom wraz z wysokością. W dolnej części przeważają gazy ciężkie- azot, tlen. W górnej części atmosfery więcej jest gazów lżejszych- hel i wodór.
W atmosferze zawarty jest dwutlenek węgla, pochodzący między innymi ze spalania paliw kopalnych, jest on odpowiedzialny za efekt cieplarniany jednocześnie jest on niezbędny do fotosyntezy roślin. Dwutlenek węgla przepuszcza promieniowanie słoneczne, lecz pochłania długofalowe promieniowanie powierzchni Ziemi i wypromieniowuje je zarówno w przestrzeń międzyplanetarną jak i w kierunku powierzchni Ziemi, co prowadzi do podwyższenia jej temperatury. Na szczególną uwagę zasługuje para wodna, której ilość zmienia się w zależności od miejsca i pory roku. Ponadto w powietrzu znajdują się aerozole, czyli substancje stałe i ciekłe, jak np. pyłki roślin, bakterie, popioły, cząsteczki soli, sadza itp. Występują one a troposferze.

Budowa atmosfery

 

Troposfera jest to najniższa warstwa, stykająca się z powierzchnią Ziemi. Na wysokości 6-8 km nad biegunami przebiega jej górna powierzchnia, a w strefie międzyzwrotnikowej na wysokości około 17 km. Przyczyną zróżnicowanej grubości tej warstwy jest działająca siła odśrodkowa oraz różnica w ogrzewaniu się obszarów znajdujących się w skrajnych szerokościach geograficznych. Wraz z wysokością temperatura spada, przeciętnie o 0.65oC na 100 m i w górnej części osiąga -50oC. Przypuszczalnie w troposferze znajduje się 80% całej masy powietrza, a do wysokości 5 km jest jej połowa. Rozkład temperatury w troposferze kształtuje się w głównej mierze pod wpływem promieniowania i konwekcyjnego przenoszenia ciepła z powierzchni Ziemi nagrzanej przez Słońce. W warstwie tej znajduje się większa część powietrza atmosferycznego i prawie cała para wodna. Dzięki poziomym i pionowym ruchom powietrze w troposferze jest nieustannie mieszane, co wywołuje różne procesy i zjawiska atmosferyczne oraz sprawia, że warstwa ta ma decydujące znaczenie w kształtowaniu pogody.. W troposferze zachodzą wszelkie procesy pogodowe, które kształtują klimat. Do wysokości około 1-2 km , następuje ogrzewanie, ochładzanie i turbulencja.
Powyżej troposfery znajduje się warstwa przejściowa, nazywana tropopauzą (temperatura powietrza wynosi w niej około -80oC w strefie międzyzwrotnikowej, nad biegunami natomiast waha się od -45oC do -65oC), nad którą znajduje się stratosfera. Sięga ona do około 50 km nad powierzchnią Ziemi. Gazy, z których składa się w niej powietrze, zalegają poziomo i mieszają się ze sobą. Warstwa ta jest uboga w parę wodną. Do wysokości około 25 km temperatura wynosi około -55oC, powyżej następuje wzrost temperatury do około 0oC w górnej granicy. W części stratosfery znajduje się obszar o dużej zawartości ozonu, ozonosfera, wpływa ona na podwyższenie temperatury w skutek dokonujących się przemian tlenu w ozon, uwalniających ciepło. Ozonosfera jest odpowiedzialna za pochłanianie niebezpiecznego dla życia promieniowania ultrafioletowego. Występujące w niej dziury ozonowe są obszarami o zmniejszonej koncentracji ozonu i są związane ze wzrostem zawartości freonu w atmosferze. Górną granicą stratosfery jest stratopauza ( tak samo jak w przypadku tropopauzy jest to warstwa przejściowa o stałej temperaturze 0oC ).
Kolejną warstwą jest mezosfera, sięgająca do około 85 km. Charakteryzuje się spadkiem temperatury do -90oC w jej górnej warstwie. Od góry jest ograniczona mezupauzą.
Nad mezosferą znajduje się termosfera, jej górna granica jest trudna do ustalenia, prawdopodobnie sięga do wysokości 500 km. Cechuje się dużym wzrostem temperatury do 1500oC na wysokości około 400 km, co związane jest z pochłanianiem promieniowania słonecznego przez cząstkowy tlen i azot. Jej dolną częścią jest jonosfera, zachodzi tam podwyższona jonizacja powietrza, również ma swój udział w rozprzestrzenianiu się fal elektromagnetycznych. To właśnie tu zachodzi powstawanie zorzy polarnej na skutek świecenia zjonizowanych atomów tlenu i azotu. Zewnętrzną warstwą atmosfery jest egzosfera, jest ona niestety bardzo słabo zbadana. Jej charakterystyczną cechą jest silne rozrzedzenie powietrza, a temperatura spada do -273oC. Sięga ona prawdopodobnie do 2000 km. Powyżej niej odkryto koronę ziemską( geokoronę), złożoną z atomów wodoru, sięgającą do wysokości 20 000 km. Należy pamiętać, że wraz z wysokością maleje ciśnienie atmosferyczne.
Ciśnienie powietrza jest to nacisk jaki wywiera słup powietrza na jednostkę powierzchni. Normalne ciśnienie atmosferyczne jest to ciśnienie powietrza, które równoważy ciężar słupa rtęci o wysokości 760 mm o przekroju 1 cm2 w temperaturze 0oC na poziomie morza na 45o szerokości geograficznej. Obecnie stosowaną jednostką ciśnienia jest hektopaskal ( hPa ), przy czym 1 hPa odpowiada 0,75 mm Hg. Prawidłowe ciśnienie wynosi 1013 hPa. Ciśnienie spada wraz z wysokością, średnio o 11,5 hPa / 100m, gdyż wraz z wysokością skraca się słup powietrza, który wywiera ciśnienie na danym poziomie, np. na wysokości 10 km ciśnienie wynosi około 226 hPa. Z tego też względu na mapach ciśnienie jest przedstawiane izobarami i jest zawsze w odniesieniu do poziomu morza. Ciśnienie ulega zmianom nie tylko w pionu ale również w poziomie. Wyróżnia się ośrodki wysokiego i niskiego ciśnienia, zwane wyżami i niżami. W wyżu barycznym ciśnienie wzrasta ku środkowi, zaś w niżu maleje. Tam, gdzie występują różnice ciśnień, naturalnie starają się one wyrównać. Na skutek tego następuje ruch powietrza od ośrodka ciśnienia wysokiego ku niskiemu ciśnieniu, nazywany wiatrem. Prędkość wiatru zależna jest od różnicy ciśnień i mierzy się ja w 12 stopniowej skali Beauforta. Powietrze ogrzane od podłoża ulega wznoszeniu ku górze. W tym miejscu powstaje niż baryczny. Dalej na dużych wysokościach zostaje ono schłodzone i jako ciężkie opada, tworząc ośrodek wysokiego ciśnienia. Ośrodki niskiego ciśnienia z reguły cechuje duże zachmurzenie i opady atmosferyczne oraz łagodne temperatury w zimie i w lecie. W ośrodkach wysokiego ciśnienia najczęściej zachmurzenie jest małe, temperatura wysoka latem, zimą niska, a ilośc opadów mała.
Promieniowanie w atmosferze: na Ziemi najważniejszym źródłem ciepła jest promieniowanie słoneczne, które rozchodzi się w przestrzeni w postaci fal elektromagnetycznych. W widmie promieniowania słonecznego ze względu na ilość energii największy udział ma promieniowanie widzialne, reszta przypada na promieniowanie podczerwone i ultrafioletowe. Promieniowanie słoneczne składa się w 99% z promieniowania krótkofalowego, natomiast promieniowanie długofalowe jest wysyłane prze Ziemię i jej atmosferę w przestrzeń międzyplanetarną. Promieniowanie słoneczne ulega osłabieniu w momencie przechodzenia przez atmosferę, znaczna jego część jest pochłaniana, rozpraszana, odbijana i zamieniana na energię cieplną, tak że do powierzchni Ziemi dociera około 50% promieniowania, które dociera do górnej części atmosfery. Ziemia wypromieniowuje tyle samo energii cieplnej co pochłonęła. Stosunek odbijane promieniowania do tego pochłoniętego jest nazywane albedo. Średnie albedo dla Ziemi wynosi około 33%, dla śniegu 90%, piasku 35-45 %i dla lasów 10-20 %. Ilość energii dostarczanej prze Słońce jest wystarczająca, aby średnia temperatura roczna Ziemi wynosiła 15oC. W zależności od szerokości geograficznej występują duże odstępstwa od tej wartości, przykładowo na biegunach jest to -23oC, zaś na równiku 25oC. Bilans promieniowania jest różnicą między ilością promieniowania docierającego do powierzchni Ziemie, a ilością wypromieniowaną i świadczy o tym, czy mamy do czynienia z ogrzewaniem, czy też ochładzaniem się jakiegoś regionu. Strefa międzyzwrotnikowa ma bilans cieplny dodatni, zaś strefy biegunowe ujemny.
W strefach umiarkowanych latem bilans jest dodatni, zaś zimą ujemny.
Temperatura na Ziemi zależy od wielu czynników, jednym z ważniejszych jest wysokość Słońca nad horyzontem i kąt padania promieni, są one różne w poszczególnych szerokościach geograficznych. Równie ważnym czynnikiem jest albedo (o którym wspomniałem omawiając promieniowanie), które różnicuje prędkość nagrzewania się różnego typu podłoża. Ciemniejsze podłoże znacznie szybciej pochłania promieniowanie słoneczne i je oddaje. Znacznie wolniej ogrzewa się podłoże jasne czy też białe. Woda nagrzewa się wolniej od lądu, ale też wolniej oddaje ciepło. Pochłania energię i przekazuje na znaczne głębokości. Dobowe wahania temperatury mogą sięgać warstwy do 10-20 m, zaś roczne do 150-400 m. Duże zbiorniki wodne wpływają na spadek temperatury latem i jej wzrost zimą. Ląd natomiast szybciej się ogrzewa, ale też szybciej oddaje ciepło. Dobowe wahania temperatury sięgają do 1 m, zaś roczne do 15-20 m. Duże masy lądowe wpływają na wzrost temperatury w lecie, natomiast zimą na jej spadek. Wpływ na temperaturę w danym miejscu mają również prądy morskie, które mogą prowadzić do ocieplenia lub oziębienia powietrza. Ponadto kolejnym ważnym czynnikiem który wpływa na temperaturę powietrza jest stopień zachmurzenia nieba w danym dniu, okresie. Chmury pochłaniają dużą ilość promieni słonecznych, czyli tym samy ciepło - to w dzień. Nocą za to chmury zatrzymują „uciekające” ciepło dzięki temu amplituda wahań temperatury w dzień a w nocy nie jest taka duża. Zanieczyszczenia atmosferyczne to kolejny czynnik wpływający bardzo znacząco na temperaturę powietrza. Wszelkiego rodzaju spaliny, opary które produkują fabryki, pył wulkaniczny itp. W dużym stopniu oddziałują na ocieplenie klimatu. W troposferze powietrze porusza się poziomo(wiatry) jak i pionowo (konwekcja). Na skutek tego zachodzą przemiany adiabatyczne, które polegają na tym, że powietrze jest sprężane lub rozprężane, co powoduje jego ogrzanie (podczas opadania w dół) bądź ochłodzenie (podczas wznoszenia się w górę) bez wymiany ciepła z otoczeniem. Tak więc całkowita ilość energii w jednostce powietrza pozostaje bez zmian.
W powietrzu zachodzi również cyrkulacja powietrza ale o niej wspomnę bardzo krótko. Różne masy powietrza w troposferze różnią się od siebie właściwościami fizycznymi (temperaturą i wilgotnością). Są one ciągle w ruchu ze względu na różne ciśnienie. Na ogólną cyrkulację powietrza wokół Ziemi wpływa ruch obrotowy czyli siła Coriolisa. Dzięki temu pomiędzy różnymi strefami kuli ziemskiej następuje wymiana powietrza czyli cyrkulacja.   
Teraz troszeczkę dokładniej scharakteryzuje skład powietrza, atmosfery. Kulę Ziemską dookoła otacza warstwa atmosfery. W miarę oddalania się od Ziemi warstwa ta stopniowo rzednie i w końcu zanika bez wyraźnej granicy. Dzięki satelitom dowiedziono, że na wysokości ponad kilku tysięcy kilometrów znajduje się jeszcze powietrze. Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów. W przyziemnej warstwie atmosfery składniki suchego i czystego powietrza występują w ilościach procentowych w stosunku do ogólnej objętości powietrza.
Do drugorzędnych składników powietrza zaliczamy, zajmujących tylko 0,01% ogólnej objętości, należą: neon, wodór, hel, krypton, ksenon, ozon, jod i inne. W przyziemnej warstwie atmosfery podane składniki suchego, czystego powietrza i przede wszystkim azot, tlen i gazy szlachetne występują praktycznie zawsze, w stosunku stałym. Spowodowane jest to nieustającym mieszaniem się powietrza. Dużo większym zmianom ulega jedynie zawartość dwutlenku węgla. Wykazuje ona wyraźny przebieg dobowy i roczny. Podczas dnia, w cieplejszej porze roku, stężenie dwutlenku węgla w okolicach powierzchni gleby maleje, a w nocy wzrasta. Minimum dzienne wywołane jest fotosyntezą i turbulencyjnym mieszaniem się powietrza rozrzedzającym dwutlenek węgla w atmosferze. Maksimum nocne jest wynikiem braku fotosyntezy wśród roślin, nadal jednak trwa oddychanie, dopływowi tego gazu z gleby, a ponadto występującej często stagnacji przygruntowej warstwy powietrza. Zimą, w wyniku spadku natężenia w powietrzu, stężenie CO2 silnie wzrasta. Po rozpoczęciu wegetacji, gdy wykorzystywana jest większa ilość dwutlenku węgla niż dostarcza go gleba, ilość tego gazu w atmosferze znacznie spada. Powietrze atmosferyczne zawiera bardzo ważny składnik, którym jest para wodna, podobnie jak CO2, zaliczamy ją do zmiennych składników atmosfery. Poza wymienionymi składnikami w powietrzu atmosferycznym znajdują się produkty kondensacji pary wodnej oraz inne substancje przedostające się do atmosfery ze źródeł naturalnych lub na skutek działalności ludzkiej. Zaliczamy do nich substancje stałe, gazowe i ciekłe np.: pył pochodzenia organicznego i mineralnego, sól morska, zarodniki grzybów, bakterii, tlenki siarki, węgla, azotu fosforu, krople wody, kwas siarkowy itd. Wiele z nich, najbardziej pochodnych ze źródeł sztucznych, silnie zanieczyszcza powietrze, szczególnie w okolicach dużych miast i obszarów przemysłowych. Najważniejsze dla Nas i dla życia na całej Ziemie są: tlen, azot, dwutlenek węgla i para wodna.
Tlen - gaz ten odgrywa ważną rolę w życiu na Ziemi. Potrzebny jest bowiem w procesach utleniania i oddychania. W procesie oddychania zachodzi utlenianie zgromadzonych przez rośliny i zwierzęta substancji organicznych, dzięki temu wytwarza się energia dla wszystkich procesów życiowych. Zawartość tlenu w atmosferze, powietrzu zmniejsza się w ciasnych, zamkniętych pomieszczeniach przepełnionych ludźmi lub zwierzętami wzrasta tam natomiast stężenie CO2. Brak tlenu jest śmiertelny jeżeli jego zawartość w powietrzu spada poniżej 10 - 12%. Jakkolwiek zapasy tlenu są ciągle odnawiane dzięki zachodzącej fotosyntezie, to jednak coraz częściej mówi się o postępujących zmianach składu gazowego powietrza atmosferycznego, głównie o niedoborze tlenu, ze względu na rosnące zużycie tego gazu w wielu procesach np. spalania. Tlen powietrza glebowego jest czynnikiem przyśpieszającym wietrzenie skał i minerałów, uczestniczy w mineralizacji związków organicznych i współdziała w procesie uruchamiania składników pokarmowych pobieranych przez korzenie roślin. Życie w stanie, w jakim istnieje obecnie, możliwe jest tylko dzięki zachodzącemu procesowi fotosyntezy. Energią potrzebną do jego utrzymania jest światło słoneczne pochłaniane przez chlorofil (barwnik roślin) i zamieniane w cukier o nazwie glukoza, która natomiast przekształca się w skrobię i celulozę.
Azot – gaz chemicznie obojętny. Rozcieńcza tlen, zmniejszając jego aktywność utleniającą. Wchodzi w skład dużej ilości związków organicznych. Dla roślin niezbędny jako składnik pokarmowy. Warunkuje syntezę substancji białkowych i powstawanie protoplazmy żywych komórek. Bakterie brodawkowe roślin motylkowych zajmują się wiązaniem azotu atmosferycznego , dzięki czemu dostarczają im pokarm. W momencie obumarcia roślin motylkowych wraz z ich korzeniami do roztworu glebowego dostają się związki azotowe. W glebie bakterie wolno żyjące natychmiast wiążą azot, glonu i grzyby. Azot który znajduje się w atmosferze jest wykorzystywany przez człowieka do tworzenia nawozów azotowych.
Dwutlenek węgla - gaz ten jest cięższy w porównaniu do innych składników powietrza i dlatego gromadzi się w pobliżu Ziemi. Mimo swojej niedużej objętości, jaką zajmuje w powietrzu, CO2 jest bardzo ważnym składnikiem atmosfery, a jest on tak ważny ponieważ uczestniczy w procesie fotosyntezy. O wyjątkowym znaczeniu CO2 dla roślin świadczy fakt, że węgiel stanowi około 45-50% ich suchej masy. Lądowe rośliny autotroficzne wytwarzają jak wiadomo substancję organiczną z CO2 atmosferycznego, wody i związków mineralnych pobieranych z gleby. Rośliny wodne wykorzystują CO2, które jest rozpuszczone w wodzie. W procesie fotosyntezy wykorzystywane jest aż 1/5 ogólnej ilości CO2 zawartego w powietrzu i wodzie. W wyniku spalania gaz ten dostaje się do atmosfery - głównie węgla i ropy naftowej, procesów wulkanicznych, oddychania, a przede wszystkim z gleby, gdzie, powstaje w wyniku rozkładu związków organicznych. Pomimo stałego dopływu CO2 do atmosfery jego ilość w powietrzu atmosferycznym ulega stosunkowo niewielkim zmianom dzięki temu, że oceany, częściowo lasy, coraz lepiej uprawiane rośliny zielone pochłaniają duże ilości tej substancji. Z przeprowadzonych badań wynika, że wzrost stężenia CO2 w atmosferze, przy optymalnych warunkach pozostałych czynników wegetacji roślin, w dużym związku wpływa na przebieg fotosyntezy i zwiększa jej intensywność, a w ślad za tym produktywność roślin zielonych. W większości roślin intensywność fotosyntezy rośnie wraz ze wzrostem stężenia CO2 do kilku dziesiątych procenta. W wyniku dalszego gromadzenia się tej substancji proces fotosyntezy słabnie. Należy pamiętać, że w ramach poszukiwań nowych sposobów wytwarzania żywności ogromne nadzieje pokłada się między innymi w zwiększeniu produkcji węglowodanów na drodze intensyfikacji procesu fotosyntezy.

Warstwy atmosfery

        
Ozon - trójatomowa forma tlenu (O3), gaz bardzo silnie utleniający , posiadający charakterystyczny dla siebie orzeźwiający zapach. W dolnej części atmosfery występuje w niewielkich ilościach. Najczęściej O3 spotyka się na wysokości 25-30 km (ozonosfera). Jeżeli byłby razem zebrany, utworzył by wówczas w warunkach normalnego ciśnienia warstwę o grubości zaledwie ok. 2-3 mm. Jest drugorzędnym składnikiem atmosfery, ale ma ogromne znaczenie biologiczne. Pochłania promieniowanie nadfioletowe w paśmie 150-290 nm dzięki temu powoduje, że dopływa ono do powierzchni Ziemi wyłącznie niezbędnych ilościach do życia. Jest to bardzo ważne, ponieważ większa ilość promieniowania nadfioletowego ze względu na jego dużą aktywność biologiczną działa negatywnie, a wręcz zabójczo na komórki żywe np. u ludzi. Ozonosfera spełnia więc rolę filtra ochronnego przed nadmiarem tego promieniowania dzięki czemu życie na naszej planecie jest w ogóle możliwe. Jest również absorbentem długofalowego promieniowania Ziemi. Jako energiczny utleniacz, ozon zwiększa szybkość rozkładu materii organicznej. W małym stężeniu gaz ten jest bardzo korzystny na organizmy żywe, gdyż pobudza ich procesy fizjologiczne.
Para wodna – ważny składnik atmosfery ziemskiej. Dzięki niemu powstają liczne meteorologiczne zjawiska, takie jak chmury, opady atmosferyczne, mgły itp. Dzięki dużym ilościom ciepła które wydzielane są podczas przemian fazowych, a przede wszystkim w wyniku kondensacji, para wodna odgrywa dużą role w kształtowaniu się termiki atmosfery, a w wyniku silnej absorpcji promieniowania cieplnego Ziemi zapobiega zbyt dużemu ochładzaniu się jej powierzchni. Na najwilgotniejszych obszarach Ziemi (strefa równikowa - oceany) zawartość pary wodnej w dolnych częściach atmosfery nie przekracza 4% w stosunku objętościowym, a w klimacie surowym (strefa polarna) może spaść nawet do 0,01%. W umiarkowanych szerokościach w niższych warstwach atmosfery znajduje się latem ok. 1,3% pary wodnej, a zimą ok. 0,4%. Dla Europu przyjmuje się następujący średni skład atmosfery w % objętości:
  • 77,22 - N2,
  • 20,80 - O2,
  • 0,92 - H2O,
  • 0,92 -Ar,
  • 0,03 – CO2.
 
Bibliografia:

 

Autor opracowania:

Maciej Dadas
 

KONTAKT

mgr SŁAWOMIR DMOWSKI
kontakt@norwid24.waw.pl

GEOGRAFIA - LOGO

XXIV LO im. Cypriana K. Norwida
ul. Obozowa 60; 01-423 Warszawa
tel. 022-836-42-92

SZCZEGÓŁY W ZAKŁADCE: KONTAKT

KONSULTACJE

TERMINY WAŻNE OD 18 WRZEŚNIA 2017 r.

DLA UCZNIóW
– XXIV LO IM. C. K. NORWIDA –

WTOREK: 15.15-15.40
Miejsce: pracownia geograficzna - sala 211
(fakt udziału należy danego dnia wcześniej zgłosić)

Konsultacje dotyczą:
prac pisemnych - kartkówek, sprawdzianów, testów
(zaliczenia oraz poprawa prac);
konsultacji przedmiotowych z geografii, przyrody i informatyki
oraz pozostałych spraw szkolnych
(w tym wgląd do prac pisemnych)
 
 
 Licznik odwiedzin www.geografia24.eu:   4067227