|
 |
|
ATMOSFÉRA - ŽIVOTODÁRNY ZÁVOJ ZEME
 | atmos = para, sfaira
= guľa - plynný obal Z. |
| Vek … 5 miliárd rokov. |
| Siaha do … 10000 km. |
| 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, |
| 90% … v oblasti 0-16 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 čiastočky. |
* 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) ... |
| Rayleighov 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).
...
|
|
