ATMOSFÉRA - ŽIVOTODÁRNY ZÁVOJ ZEME
- atmos = para, sfaira = guľa - plynný obal Z.
- Hmotnosť … cca 5,3.1015 (necelú milióntinu hmotnosti Z).
- Vlastnosti: teplota, hustota, tlak, obsah vody i chemické zloženie … sú
funkciou h od Z.
- 50% … v oblasti 0-5,6 km,
- Vzduch najhustejší pri povrchu Z.
- A … najväčším laboratóriom na svete.
- A - dynamický systém … počasie.
- Dospelý človek …denne 15 kg vzduchu; (1.5 kg potravy a 2.5 kg vody).
- Vzduch prijíma plynné produkty látkovej výmeny živých sústav …
I. kritériom je
závislosť teploty od výšky (5 častí):
- Troposféra: (tropos - zmena): … do 8-17 km … z.š. a od ročného
obdobia.
T ~1/h (teplotný gradient 1 0C na 100 m výšky…. min.
-56 0C)
Tropopauza – teplota sa
stabilizuje.
- Stratosféra (stratum - pokrývka): do 50 km …. 25-30 km
ozonosféra
kladný teplotný do výšky 32 km 0,10C a vyššie 0,22 0C
… 50 km … t ~ 00C.
(asi 5-10 % všetkého vzduchu).
Stratopauza ~ 5 km … nulový teplotný gradient.
3. Mezosféra …do 80 km. Teplotný gradient -0,32 0C
na 100 m … min. -800C.
(… v nej 1% všetkého vzduchu).
4. Termosféra … do 800 km. Teplota rastie
z výškou. Hustota ~ min.
5. Exosféra zvyšuje zriedenie a rýchlosť molekúl vzduchu … ~ 12
km/s (~1800 0C)
( tiež sférou rozptylu …).
- Termosféra a exosféra … ionizáciu molekúl … vyvolaná kozmickým
žiarením. Termosféra je z týchto dôvodov elektricky vodivá.
II. kritérium
je ionizácia molekúl vzduchu : chemosféru a ionosféru
Chemosféra prejavuje sa chemickými vlastnosťami atómov,
molekúl .…
Ionosféra … vlastnosti ioniz. plynu napr. elektr. vodivosť
a schopnosť odrážať
rádiové vlny. Hranica CHS a ION ~ 70 km.
- Podľa intenzity ionizácie: D, E, F1, F2, G.
- Vrstva D (70-90 km) - Kennelyho -
Heavisideovou vrstvou.
- Vrsta E odráža rádiové vlny s f do 3 MHz …koncentrácia iónov
v jednotlivých vrstvách kolíše od 109 do 1012 m3.
III. kritérium – molekulové zloženie:
homosféru a heterosféru. Hranica ~ 90 km
- Homosféra - prakticky rovnakého chemického zloženia (až na vodné
pary)….
(Vzduch - jednoduchý plyn s def. fyzikálnymi
vlast).
- Heterosféra - s h meniace sa zloženie…
v priebehu vývoja … na štyri diferencované
vrstvy:
- 90 - 200 km oblasť s vysokým zastúpením molekulárneho
dusíka,
- 200 - 1120 km vrstva atomárneho kyslíka,
- 1120 - 3200 km vrstva bohatá na hélium,
- nad 3200 km vodíková vrstva - mimoriadny význam pre život na Zemi.
Filtruje vysokoenergetickú časť slnečného žiarenia … spálilo
organickú hmotu….
Chemické zloženie atmosféry:
| Plyn |
Objemové zloženie % |
| Dusík Kyslík
Argón
Oxid uhličitý (CO2) |
78,09
20,95
0,93
0,03 |
Zloženie suchého vzduchu:
- podstatné zložky (dusík, kyslík),
- vzácne plyny (argón, neón, hélium),
- uhlíkové plyny ( oxid uhličitý, oxid uhoľnatý),
- dusíkaté plyny ( oxid dusný, oxid dusičitý),
- siričité plyny (oxid siričitý, sírovodík),ostatné plyny (ozón vodík).
- Dusík nie je chemický aktívny …. význam pri výžive rastlín.
- Kyslík je chemicky aktívny …. význam pri dýchaní rastlín a živočíchov.
- Oxid uhličitý je potrebný pre fotosyntézu rastlín… (Skleníkový
efekt).
Atmosféra a žiarenie
Slnko: (pomaly rotujúca hviezda)
- s viditeľným priemerom cca 1 400 000 km,
- a s približnou hmotnosťou 2.1030 kg.
- teplota vnútra Slnka je okolo 10 000 000 K
- a hustota 100 000 - 120 000 kg.m3.
- termojadrová reakcia …jadrá vodíka spájajú za teploty mil. K na alfa
časticu…
- Chromosfére - ... slnečné spektrum, ktoré významné procesy na Zemi.
Celková energia vyžarovaná ….. za rok cca 1,18.1034 J.
Zem získa iba 4,6.10-8 % ….. ročne 5,36.10-24 J
(15 000.násobne prevyšuje súčasnú svetovú spotrebu primárnej
energie).
Elektromagnetické vlnenie:
- rýchlosť šírenia: c = l . f ( 3.108 m/s )
- spektrum daného telesa budeme - vlnové dĺžky….
- Vyžarovanie absolútne čierneho telesa r.1879 - Josef Stefan
(rakúsky fyzik):
M = s .T4
- W . Wien.– nemecký fyzik:
- Slnečné žiarenie
- spektrálne maximum okolo 490 nm
- Okolo 99 % žiarenia …. 200-4000 nm
- 1 % tohto žiarenia obsahuje menšie alebo väčšie vlnové daĺžky ...
Spektrum elektromagnetického žiarenia
žiarenie (druh)
Vlnová dĺžka (m)
Frekvencia
(Hz)
Gama
10-13
- 10-11
3.1021
- 3.1019
Röntgenové
10-11
- 10-7
3.1019
- 3.1015
Ultrafialové
2,5.10-7
- 4.10-7
1,2.1015
- 3,9.1014
Viditeľné
4.10-7
- 7,6.10-7
7,5.1014
- 3,9.1014
Infračervené
7,6.10-7 -
3.10-3
3,9.1014
- 1011
Vysokofrekvenčné ( vf ) 10-3 - 10-1
3.1011
- 3.109
Ultarkrátkovlnné
10-1
- 102
3.109
- 3.106
Krátkovlnné
2.102
- 7.102
1,5.106
- 4.4.105
Strednovlnné
103
- 1.5.104
3.105
- 2.104
Nízkofrekvenené ( nf ) 104 - 106
3.104
- 3.102
delta = 19 rádov v m !!!
- Slnečné žiarenie je pre život na Zemi ….
- Najväčší podiel energie - od 250 do 3000
nm….
- Vlnové pásmo 400 - 760 nm - svetlo
- pásmo vlnových dĺžok 760 - 3000 nm - infračervené žiarenie
- 250 - 400 nm - ultrafialové žiarenie.
- Viditeľné žiarenie
(svetlo) …fotosyntéza -svetelná E na
chemickú E, viazanú v organických zlúčeninách vznikajúcich z oxidu uhličitého a
vody.
-
Infračervené žiarenie - tepelné účinky.
-
rozptyľuje sa málo, ale o to viac sa pohlcuje,
-
absorbujú ho najmä vodné pary CO2 a O3.
-
Ultrafialové žiarenie 7% z celkového toku slnečného žiarenia,
-
…absorpcia atmosférou (ozonosférou) - na zemský povrch iba v nepatrnej miere.
Ozónosféra zachytáva 150 - 290 nm. Ultrafialové žiarenie je biologicky veľmi
aktívne a delí sa do troch oblastí:
* UV-A (400 - 313 nm)
* UV-B (313 - 290 nm)
* UV-C (290 - 180 nm)
- UV-B a UV-C pôsobia deštrukčne na živé bunky.
Atmosferická absorpcia
-
…pohlcuje krátkovlnné slnečné a dlhovlnné zemské žiarenie.
-
K najvýznamnejším atm. absorbentom žiarenia patria:
-
ozón,
-
kyslík,
-
oxid uhličitý,
-
vodné pary a
-
prachové čiastoeky.
-
Plyny … nazývame selektívnymi absorbérmi
Ovzdušie je priepustnejšie pre slnečné svetlo väčších vlnových
dĺžok.
-
UV oblasti (menšie ako 200 nm) je účinne pohlcované molekulovým kyslíkom.
-
V strednej UV oblasti (220 - 290 nm), prakticky celé žiarenie pohlcuje ozón.
-
Zásluhou kyslíka a ozónu nepozorujeme na povrchu Zeme žiarenie s menšími
vlnovými dĺžkami ako 290 nm.
Atmosferický rozptyl
- jav, pri ktorom sa priame slnečné žiarenie rozbieha na všetky strany…
- príčinou rozptylu je prechod žiarenia cez opticky nerovnorodé prostredie, akým
vzduch bezpochyby je …
- rozptyl nastáva: na prachových čiastočkách, na kryštálikoch ľadu, na
vodných kvapôčkach, na molekulách plynov tvoriacich čistý vzduch …
- W. Rayleigh (anglický fyzik) - pri prechode žiarenia prostredím, rčastice
<< lambda , nastáva pomerné obohatenie rozptýleného
žiarenia kratšími vlnovými daľkami.
V čistom vzduchu (kde r je 10x << ako
l rozptyľovaného svetla) je intenzita rozptýleného žiarenia
ilambda
Il je intenzita priameho žiarenia, a je
koeficient úmernosti.
1,784 = 10 teda
- V rozptýlenom slnečnom svetle bude prevládať krátkovlnná časť (modrá) ...
zákon vysvetľuje
modrú farbu oblohy ako aj veľkej vrstvy vzduchu
prežarovanú slnečnými lúčmi.
- D > 1200 nm (hmla, prach) zmien v spektrálnom zložení (Hmla …
biela).
- r (rozptyľujúcich častíc) ~ 1/h - sa obloha stáva
temnejšou a v stratosfére prechádza až do čierno-fialovej farby.
Odraz žiarenia
- ovplyvňuje energetickú bilanciu atmosféry a
Zeme,
- hlavným odrážajúcim médiom sú oblaky - závisí od ich hrúbky a od veľkosti
vodných kvapôčiek resp. kryštálikov ľadu.
Elektrické javy v atmosfére
- Elektrické pole v atmosfére - ionizácia atómov alebo molekúl plynov… stupňa
ionizácie …
- Ióny vznikajú vplyvom ionizujúcich činiteľov: rádioaktívne, kozmické,
korpuskulárne, ultrafialové žiarenie…
- Elektrická vodivosť atmosféry - …počtu iónov a
pohyblivosti…
- Do 3 km je veľmi malá … 100 km porovnateľná s vodivosťou
kovov.
- V búrkových mrakoch … separácia elektrických nábojov
vplyvom:
- kondenzácie a intenzívnych výstupných prúdov
vzduchu…
- vzniká mohutný elektrický výboj - blesk.
- Blesk …od desatín sek. po niekoľko
sek...
- široký niekoľko desiatok cm a dlhý spravidla 2 až 3 km.
- Intenzita elektrického prúdu pri blesku je asi 25 000 A a teplota 30 000 0C.
- blesk guľový (10 až 20 cm). Vznik guľového blesku nie je doposiaľ
uspokojivo vysvetlený (1990).
Optické javy v atmosfére
- spôsobené lomom, odrazom, rozptyľovaním a pohlcovaním …
- fatamorgánu a mihotanie hviezd, dúha, zore … lom svetelných lúčov
v dôsledku nerovnomerného rozloľenia teploty, a teda aj hustoty
vzduchu…
...Závislosť Intenzity monochromatického žiarenia na vlnovej dĺžke (Teplota
telesa 6000 K).
...Závislosť Intenzity monochromatického žiarenia na vlnovej dĺžke (Teplota
telesa 300 K).
...
