WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Згідно з іншою гіпотезою, розробленою Джеймсом Левлоком (James Lovelock) і відомою під назвою гіпотеза Геї*, регуляція стану середовища організмів з самого початку їх виникнення на Землі має автогенну природу: організми не тільки пристосовуються до умов абіотичного середовища, а й активно впливають на його формування. Згідно з такою гіпотезою організми і середовище (живе й заскніле) розвиваються як одне ціле і утворюють складну систему регуляції свого середовища, оптимальну стосовно власного життєзабезпечення. Прихильники теорії Геї вважають, що тільки людина (як найбільш активний фактор впливу живих організмів на біосферу) ігнорує цю проблему, веде паразитичний спосіб життя в середовищі інших організмів.

Параметри і процеси атмосфери

Найбільш суттєвим фактором впливу на термодинамічну рівновагу процесів біосфери може бути порушення балансу діоксиду вуглецю. Це може статись як унаслідок природничих процесів, наприклад, надходження в атмосферу СО2 через збільшення вулканічної активності, так і процесів антропогенного походження — надмірне використання викопного палива, винищення лісів, забруднення океану нафтопродуктами. Що відбувається за порушення такого балансу? Розглянемо таке явище. За день земна поверхня нагрівається, поглинаючи короткохвильовий і видимий спектри енергії сонячних променів, а вночі випромінює довгохвильову променеву енергію теплового спектра. Зі збільшенням СО2 в атмосфері водночас збільшується і частка теплових променів, яка відбивається атмосферою знов до поверхні Землі, що, зрозуміло, призводить до підвищення її температури.

Про наслідки такого явища, відомого під назвою "парникового ефекту", йтиметься далі у розділі "Промислова енергетика".

Другий компонент атмосфери, зміна якого суттєво впливає на умови біологічних процесів організмів, — це озон (О3). Ми вже спинялися на механізмі його утворення в атмосфері під впливом ультрафіолетових променів Сонця. А чому весь кисень не перетворюється на озон? Річ у тім, що, поглинаючи енергію Сонця (ендотермічний процес), молекули озону термодинамічно не стійкі і в нижніх шарах атмосфери розпадаються: .

Кількість озону в атмосфері невелика. Якби його можна було зібрати в один прошарок близько до поверхні Землі, то товщина такого прошарку (за нормальних умов) не перевищувала б 3... 4 mm. Але крім згубного впливу на земні організми, озон значно впливає на параметри атмосфери. Поглинаючи енергію ультрафіолетового спектра Сонця, він нагріває повітря. Саме завдяки цьому вище тропосфери (близько 30 km) температура повітря починає підвищуватись і в стратосфері на висоті 50 km становить + 10°С. Далі вона знову знижується. На думку багатьох учених, саме від озонового шару залежать сезонні температури. Як впливають викиди різних промислових газів на рівновагу утворення і розпаду озону, ми розглянемо в процесі техніко-економічного аналізу відповідних технологічних процесів у промисловості (розд. ІІІ).

Верхня межа атмосфери лежить на висоті близько 2000 km. До висоти 100 km склад атмосфери суттєво не змінюється і відповідає наведеному в табл. 15. Безперервні турбулентні (хаотичні) переміщення повітря внаслідок градієнта температури і закономірності збільшення ентропії, перешкоджають розшаруванню атмосфери за густиною. Вище 100 km елементний склад атмосфери майже той самий, але молекулярний кисень під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця повністю атомізовано. Уважають, що на висоті 400...500 km азот також перебуває в атомарному стані. Водяна пара наявна в атмосфері, головне, у приповерхневому шарі на висоті до 5 km. Це зумовлено тим, що з висотою температура повітря знижується і насиченість її водяною парою зменшується.

Нижній шар атмосфери до 10 ... 12 km — це тропосфера. Унаслідок того, що через повітря тропосфери сонячні промені проходять до Землі, майже не втрачаючи енергії, воно нагрівається від поверхні Землі. Градієнт температури в тропосфері становить близько 5 на 1 km. Тропосфера містить близько 80% маси всього повітря, а до висоти 30 km — 99%. На рівні моря густина повітря тропосфери становить 1,033 kg/m3, а на її межі зі стратосферою — тільки 0,3 kg/m3. Відповідно тиск атмосфери на поверхні Землі становить 1, 013 105 Ра (1,033 kgf cm2 = 1 аtm), але на висоті близько 20 km знижується до 0,04 аtm (за такого тиску закипає кров у судинах).

Для характеристики зміни тиску в метеорології застосовують спеціальну одиницю — мілібар, яка позначається mB (мб). 1 mB = = 1,013 10–3 аtm = 1,02642 102 Ра. На практиці припускають, що тиск в 1 mB дорівнює одній тисячній атмосфери. Висота підйому в метрах, яка відповідає зміні атмосферного тиску на 1 mB, називається барометричним ступенем. У приповерхневому шарі тропосфери (до 4 km) зміні тиску на 1 mB відповідає зміна висоти на 8 m, у шарі від 4 до 6 km — 13 m, а у шарі від 12 до 16 km — близько 40 m. Величина барометричного ступеня залежить від температури, а також від вологості повітря.

Як було вже вказано, повітря тропосфери нагрівається від поверхні Землі і знижується на 5... 8°С через кожний km. Це встановили ще минулого століття, вимірюючи температури з допомогою повітряних куль і спеціальних метеорологічних зондів. Тоді поширеною була думка, що далі від поверхні Землі температура повітря нижча. Але 21 березня 1893 р. над Парижем на висоті 12 km було зафіксовано температуру мінус 51°С, а на висоті 16 km — лише мінус 21°С. Багаторазові перевірки дали змогу встановити, що зниження температури відбувається тільки до висоти 10... 11km. Саме через це шар повітря над Землею, в якому температура з висотою знижується, отримав назву тропосфери (від гр. "тропос" — переворот), а вищий шар (над тропосферою), де температура є більш стабільною і рух повітря відбувається переважно в горизонтальному напрямку, тобто там, де шар повітря стратифікований, назвали стратосферою.

Температура атмосфери тричі змінює градієнт: у стратосфері на висоті 20...30 km, у верхніх шарах стратосфери на межі з мезосферою (50...60 km) і остаточно починає підвищуватись на межі з іоносферою (80 km). На висоті 100 km температура переходить через 0°С і швидко зростає. Це пояснюється високою швидкістю молекул у дуже розрідженому просторі, де вони не втрачають її через зіткнення. Але теплоємність такої атмосфери також дуже мала, відтак це не перешкоджає перебуванню на такій висоті космічних апаратів. Параметри атмосфери зображено на рис. 21.

Рис. 21. Структурна схема атмосфери, її параметрів і процесів

На біосферу суттєво впливають зміни температур у нижніх шарах тропосфери.

Верхню межу тропосфери відділено від стратосфери прошарком у кількасот метрів, який називають тропопаузою. Тропопауза начебто "прикриває" біосферу Землі. Вище за тропопаузу відбувається поступова зміна градієнта температури — інверсія, що запобігає інтенсивному переміщуванню повітря тропосфери і стратосфери.

Оскільки нагрів поверхні Землі в різних її зонах неоднаковий, то внаслідок збільшення об'єму нагрітого повітря і зменшення відповідно тиску маси повітря переміщуються в бік підвищення температурного градієнта (від меншої температури до вищої). Прикладом цього явища є відомий вітерець (бриз) на березі моря: удень повітря над суходолом прогрівається швидше і підіймається вгору і на його місце надходить прохолодніше повітря з моря, а вночі — навпаки.

Окрім градієнта температури (і тиску) на напрям руху повітря справляє суттєвий вплив відцентрова сила обертання Землі (Коріолісова сила). Найбільш виразно вона проявляється на висоті понад 1... 2 km, коли зменшується сила тертя. Вплив її настільки сильний, що напрям вітру відхиляється від напряму ізобар і температурного градієнта до 90°. У приповерхневому шарі Землі сила тертя повітря з поверхнею Землі зменшує швидкість вітру і відхиляє його напрям ліворуч від ізобар. За зближення теплого і холодного повітря градієнти температури й тиску збільшуються і зростає швидкість вітру. Ці зони називають перехідними, або фронтальними. Їх ширина становить до 2000 km. Саме в цих зонах виникають так звані циклони і антициклони. Закручуючись у спіральні утворення, вони підіймають нижні шари повітря на десятки кілометрів, переміщуючи їх з теплих (низьких) широт до помірних і холодних високих широт. Так відбувається вирівнювання температури земної поверхні.

В екваторіальній зоні приземна температура протягом року коливається в межах 25... 28°С, в Арктиці — від мінус 35°С взимку до 0°С влітку. В Антарктиді температура є значно нижчою — мінус 40°С і нижче взимку і не вище мінус 10°С влітку.

Loading...

 
 

Цікаве