Состав и структура атмосферы Земли

Содержание

Введение……………………………………………………………………3            

Глава 1.ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ………………….5

1.1. Барометрическое распределение давления………………………….7

1.2. Стандартная атмосфера……………………………………………….8

1.3. Строение атмосферы………………………………………………… .9

1.4. Вода в атмосфере Земли…………………………………………….. 13

1.5. Облака…………………………………………………………………14

1.6. Физиологические и другие свойства атмосферы…………………...16

1.7. Основные химические элементы в составе атмосферы……………17

1.8. Киотский протокол…………………………………………………...22

Глава 2. СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ…………………………………………24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………. . 30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ…31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός  — пар и σφαῖρα — шар) —  газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность  покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с  околоземной частью космического пространства.

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято  называть физикой атмосферы. Атмосфера  определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата  — климатология.

Исследование атмосферы, ее свойств, состава и структуры  всегда было и будет  актуально  для человечества, так как атмосфера  играет важнейшую роль для происхождения  и развития жизни на планете.

Атмосфера защищает нас от вредных воздействий космоса, регулирует температурный режим на планете и формирует погоду.

Без атмосферы живые организмы  не могли бы выжить в условиях постоянного  воздействия солнечного и космического излучения, экстремальных температур и атак метеоритов. Окутывая Землю  слоем толщиной в несколько сотен  километров, атмосфера защищает живые  существа от этих смертоносных воздействий. Атмосфера удерживается силой притяжения Земли. Вблизи поверхности атмосфера  имеет достаточно высокую плотность, но с высотой она становится все  разреженней. В нижних слоях атмосферы ветры распределяют тепло, поступающее от Солнца. В верхних слоях атмосферы ее атомы и молекулы сталкиваются с метеорными частицами и жесткой радиацией.

Проблема, связанная с  загрязнением атмосферы, одна из важнейших проблем, стоящих сегодня перед человечеством. Наиболее опасные виды загрязнения: диоксид углерода, хлороводороды и т.д.Данными предпосылками определяется актуальность рассматриваемой темы.

Задачи исследования:

1. Охарактеризовать состав  и структуру атмосферы.

2. Выяснить физические  и химические свойства атмосферы

3. Проанализировать источники  загрязнения атмосферы и предложить  методы по уменьшению количества  загрязнения.

Объект исследования: атмосфера  Восточного Казахстана

Целью написания работы является изучение структуры и состава атмосферы, ее правовой защиты. Для достижения цели исследования представляется целесообразным решить следующие задачи:

- Рассмотреть значение  атмосферы, ее загрязнения,

- Проанализировать правовой статус атмосферы,

Предмет исследования: структура и состав атмосферы, ее правовая защита.

Объектом исследования курсовой работы является современное законодательство в области защиты атмосферы от загрязнения.

Структурно курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

При написании работы использовались общие методы познания, логические методы (анализ, синтез, индукция, дедукция), методы сравнения, формализации, абстрагирования и др.

Методологическую основу для курсовой работы составили: нормативно-правовые акты, регулирующие охрану Мирового океана от загрязнения; теоретические положения, содержащиеся в работах отечественных и зарубежных авторов по данной теме;  периодическая печать, интернет.

 

Глава 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ.

Атмосфера начала образовываться вместе с формированием Земли. В  процессе эволюции планеты и по мере приближения ее параметров к современным  значениям произошли принципиально  качественные изменения ее химического  состава и физических свойств. Согласно эволюционной модели, на раннем этапе  Земля находилась в расплавленном  состоянии и около 4,5 млрд. лет  назад сформировалась как твердое  тело. Этот рубеж принимается за начало геологического летоисчисления. С этого времени началась медленная  эволюция атмосферы. Некоторые геологические  процессы, (например, излияния лавы при  извержениях вулканов) сопровождались выбросом газов из недр Земли. В их состав входили азот, аммиак, метан, водяной пар, оксид СО и диоксид  СО2 углерода. Под воздействием солнечной  ультрафиолетовой радиации водяной  пар разлагался на водород и кислород, но освободившийся кислород вступал  в реакцию с оксидом углерода, образуя углекислый газ. Аммиак разлагался на азот и водород. Водород в процессе диффузии поднимался вверх и покидал  атмосферу, а более тяжелый азот не мог улетучиться и постепенно накапливался, становясь основным компонентом, хотя некоторая его часть связывалась  в молекулы в результате химических реакций. Под воздействием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов смесь газов, присутствовавших в  первоначальной атмосфере Земли, вступала в химические реакции, в результате которых происходило образование  органических веществ, в частности  аминокислот. С появлением примитивных  растений начался процесс фотосинтеза, сопровождавшийся выделением кислорода. Этот газ, особенно после диффузии в  верхние слои атмосферы, стал защищать ее нижние слои и поверхность Земли  от опасных для жизни ультрафиолетового  и рентгеновского излучений. Согласно теоретическим оценкам, содержание кислорода, в 25 000 раз меньшее, чем  сейчас, уже могло привести к формированию слоя озона со всего лишь вдвое  меньшей, чем сейчас, концентрацией. Однако этого уже достаточно, чтобы  обеспечить весьма существенную защиту организмов от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей.

Вероятно, что в первичной  атмосфере содержалось много  углекислого газа. Он расходовался в ходе фотосинтеза, и его концентрация должна была уменьшаться по мере эволюции мира растений, а также из-за поглощения в ходе некоторых геологических  процессов. Поскольку парниковый эффект связан с присутствием углекислого  газа в атмосфере, колебания его  концентрации являются одной из важных причин таких крупномасштабных климатических  изменений в истории Земли, как  ледниковые периоды.

 

Присутствующий в современной  атмосфере гелий большей частью является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия. Эти радиоактивные элементы испускают a-частицы, которые представляют собой  ядра атомов гелия. Поскольку в ходе радиоактивного распада электрический  заряд не образуется и не исчезает, с образованием каждой a-частицы  появляются по два электрона, которые, рекомбинируя с a-частицами, образуют нейтральные  атомы гелия. Радиоактивные элементы содержатся в минералах, рассеянных в толще горных пород, поэтому  значительная часть гелия, образовавшегося  в результате радиоактивного распада, сохраняется в них, очень медленно улетучиваясь в атмосферу. Некоторое  количество гелия за счет диффузии поднимается вверх в экзосферу, но благодаря постоянному притоку  от земной поверхности, объем этого  газа в атмосфере почти не меняется. На основании спектрального анализа  света звезд и изучения метеоритов можно оценить относительное  содержание различных химических элементов  во Вселенной. Концентрация неона в  космосе примерно в десять миллиардов раз выше, чем на Земле, криптона – в десять миллионов раз, а  ксенона – в миллион раз. Отсюда следует, что концентрация этих инертных газов, по-видимому, изначально присутствовавших в земной атмосфере и не пополнявшихся  в процессе химических реакций, сильно снизилась, вероятно, еще на этапе  утраты Землей своей первичной атмосферы. Исключение составляет инертный газ  аргон, поскольку в форме изотопа 40Ar он и сейчас образуется в процессе радиоактивного распада изотоп калия. В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают (рис. 1).

Рис. 1

 

1.1Барометрическое распределение давления.

Общий вес газов атмосферы  составляет приблизительно 4,5·1015 т. Таким  образом, «вес» атмосферы, приходящийся на единицу площади, или атмосферное  давление, составляет на уровне моря примерно 11 т/м2 = 1,1 кг/см2. Давление, равное Р0 = 1033,23 г/см2 = 1013,250 мбар = 760 мм рт. ст. = 1 атм, принимается  в качестве стандартного среднего значения атмосферного давления. Для атмосферы  в состоянии гидростатического  равновесия имеем: dP = –rgdh, это означает, что на интервале высот от h до h + dh имеет место равенство между  изменением атмосферного давления dP и  весом соответствующего элемента атмосферы  с единичной площадью, плотностью r и толщиной dh. В качестве соотношения  между давлением Р и температурой Т используется достаточно применимое для земной атмосферы уравнение  состояния идеального газа c плотностью r: P = r R T/m, где m – молекулярная масса, и R = 8,3 Дж/(К моль) – универсальная  газовая постоянная. Тогда d logP = – (mg/RT)dh = – bdh = – dh/H, где  градиент давления в логарифмической шкале. Обратную ему величину Н принять называть шкалой высоты атмосферы.

При интегрировании этого  уравнения для изотермичой атмосферы (Т = const) или для ее части, где такое  приближение допустимо, получается барометрический закон распределения  давления с высотой: P = P0 exp(–h/H0), где  отсчет высот h производится от уровня океана, где стандартное среднее  давление составляет P0. Выражение H0 = RT / mg, называется шкалой высоты, которая  характеризует протяженность атмосферы, при условии, что температура  в ней всюду одинакова (изотермичная атмосфера). Если атмосфера не изотермична, то интегрировать надо с учетом изменения  температуры с высотой, а параметр Н – некоторая локальная характеристика слоев атмосферы, зависящая от их температуры и свойств среды.

1.2. Стандартная атмосфера.

Модель (таблица значений основных параметров), соответствующая  стандартным давлению у основания  атмосферы Р0 и химическому составу, называется стандартной атмосферой. Точнее, это условная модель атмосферы, для которой заданы средние для  широты 45° 32ў 33І значения температуры, давления, плотности, вязкости и др. характеристик воздуха на высотах  от 2 км ниже уровня моря до внешней  границы земной атмосферы. Параметры  средней атмосферы на всех высотах  рассчитаны по уравнению состояния  идеального газа и барометрическому закону в предположении, что на уровне моря давление равно 1013,25 гПа (760 мм рт. ст.), а температура 288,15 К (15,0° С). По характеру вертикального распределения температуры средняя атмосфера состоит из нескольких слоев, в каждом из которых температура аппроксимирована линейной функцией высоты. В самом нижнем из слоев – тропосфере (h Ј 11 км) температура падает на 6,5° C каждым километром подъема. На больших высотах значение и знак вертикального градиента температуры меняются от слоя к слою. Выше 790 км температура составляет около 1000 К и практически не меняется с высотой.Стандартная атмосфера является периодически уточняемым, узаконенным стандартом

Рис. 2 

1.3 Строение атмосферы

Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος — «поворот», «изменение» и σφαῖρα — «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км.

При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем  на 0,65 К через каждые 100 м и достигает 180÷220 К (—90 ÷ —53° C) в верхней части. Этот верхний слой тропосферы, в  котором снижение температуры с  высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.

В тропосфере сосредоточено  более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и  конвекция, сосредоточена преобладающая  часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.

Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера.

Тропопа́уза (от греч. τροπος — поворот, изменение и παῦσις — остановка, прекращение) — слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой; переходный слой от тропосферы к стратосфере.

 В земной атмосфере  тропопауза расположена на высотах  от 8—12 км (над уровнем моря) в  полярных районах и до 16—18 км  над экватором. Высота тропопаузы  зависит также от времени года (летом тропопауза расположена  выше, чем зимой) и циклонической  деятельности (в циклонах она  ниже, а в антициклонах — выше).

     Рис.3. Зональное строение тропопаузы по широтам в виде красного контура сверху.

Толщина тропопаузы составляет от нескольких сотен метров до 2—3 километров. В субтропиках наблюдаются разрывы  тропопаузы, обусловленные мощными  струйными течениями. Тропопауза над  отдельными районами часто разрушается  и формируется заново.

Стратосфе́ра (от лат. stratum - настил, слой) — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше чем в н.у.Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — N2[1]). На высоте 200—500  км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.