Original: https://www.ucar.edu/learn/1_1_1.htm

У цьому розділі представлений короткий огляд властивостей, пов’язаних з атмосферою. Загальні поняття, знайдені в цьому розділі:

• Атмосфера Землі є дуже тонким шаром, загорнуті навколо дуже великий планети.

• Два гази становлять більшу частину атмосфери Землі: азот (), який містить 78% атмосфери, і кисень (), на частку якого припадає 21%. Різні слідові гази становлять залишки.

• Залежно від температури, атмосфера ділиться на чотири шари: тропосфери, стратосфери, мезосфери і термосфери.

• Енергія передається між земною поверхнею і атмосферою за допомогою теплопровідності, конвекції і випромінювання.

• Морські течії відіграють істотну роль в передачі цього тепла до полюса. Основні течії, такі, як північ тече Гольфстрім, транспортувати величезна кількість тепла і до полюса сприяють розвитку багатьох видів погодних явищ.

Цей розділ включає в себе сім заходів у класі.

Властивості атмосфери

Тонка оболонка повітря, яка оточує нашу планету являє собою суміш газів, кожен зі своїми фізичними властивостями. Суміш далеко рівномірно розділені. Два елементи, азот і кисень, складають 99% від об’єму повітря. Інший 1% складається із “слідів” газів, найбільш поширеним з яких є інертний газоподібний елемент аргон. Решта слідів газів, хоча і присутній тільки в невеликих кількостях, дуже важливі для життя на Землі. Два, зокрема, вуглекислого газу та озону, може мати великий вплив на атмосферні процеси.

Інший пар газ, вода, також існує в невеликих кількостях. Вона змінюється в концентрації від того, практично не існує більш пустельних районах до близько 4 % в порівнянні з океанами. Водяна пара важливо погода виробництва, оскільки вона існує в газоподібному, рідкому і твердої фаз і поглинає променисту енергію від землі.

Структура атмосфери

Атмосфера розділена по вертикалі на чотири шари в залежності від температури: тропосферу, стратосферу, мезосферу і термосферу. Протягом всього блоку циклів, ми зосередимося в основному на шарі, в якому ми живемо – тропосфері.

Тропосфера

Слово тропосфері походить від tropein, а це означає, щоб включити або змінити. Все погоди Землі відбувається в тропосфері.

Тропосфера має наступні характеристики.

• Вона простягається від поверхні Землі в середньому 12 км (7 миль).
• Діапазони тиску від 1000 до 200 мілібар (29,92 в. До 5.92 ст.).
• Температура зазвичай зменшується зі збільшенням висоти до Тропопауза (верхньої тропосфери); це недалеко від 200 мілібар або 36000 футів.
     • Середні температури 15 ° C (59 ° F) поблизу поверхні і -57 ° C (-71 ° F) в Тропопауза.
     • Шар закінчується в точці, де температура більше не змінюється по висоті. Цей район, відомий як Тропопауза, відзначає перехід до стратосфери.
• Вітри збільшується з висотою до реактивного струменя.
• Концентрація вологи зменшується з висотою до Тропопауза.
     • Повітря набагато суші вище тропопаузи, в стратосфері.
     • Сонячне тепло, що зігріває поверхню Землі транспортується вгору в основному за рахунок конвекції і змішується з висхідними і низхідних.
• Тропосфері складає 70%  і 21% . Більш низька щільність молекул вище не дав би нам досить , щоб вижити.

Процеси в атмосфері

Взаємодії – атмосфера й океан

В огляді циклів, ми дізналися, що вода є невід’ємною частиною системи Землі. Океани покривають майже три чверті земної поверхні і грають важливу роль в обміні і транспортування тепла і вологи в атмосфері.

• Велика частина водяної пари в атмосфері відбувається від океанів.

• Велика частина опадів, що випадають над землею знаходить свій шлях назад в океани.

• Близько двох третин повертається в атмосферу через водний цикл.

Ви, можливо, з’ясували тепер, що океани і атмосфера широко взаємодіють. Океани не тільки діють в якості рясного джерела вологи для атмосфери, але і як джерело тепла і тонуть (зберігання).

Обмін тепла і вологи надає глибоке вплив на атмосферні процеси поблизу і над океанами. Океанські течії відіграють істотну роль в передачі цього тепла до полюса. Основні течії, такі, як північ тече Гольфстрім, транспортувати величезна кількість тепла і до полюса сприяють розвитку багатьох видів погодних явищ. Вони також потепління клімату прилеглих місцях. І навпаки, холодні струми, що протікають на південь, такі як Каліфорнійського течії, прохолодний клімат прилеглих місцях.

Передача тепла енергії

Практично вся енергія, яка досягає землі виходить від сонця. Перехоплюється спочатку атмосферу, мала частина безпосередньо поглинається, зокрема, деякими газами, такими, як озон і водяна пара. Частина енергії також відбивається назад в космос хмарами і земною поверхнею.

Енергія передається між земною поверхнею і атмосферою за рахунок теплопровідності, конвекції і випромінювання.

Провідність – процес, за допомогою якого передається теплова енергія через контакт із сусідніми молекулами.

Деякі тверді речовини, такі як метали, є хорошими провідниками тепла в той час як інші, такі як дерево, є поганими провідниками. Повітря і вода є відносно поганими провідниками.

Так як повітря є поганим провідником, більшість передача енергії за рахунок провідності відбувається прямо на поверхні землі. Вночі земля остигає і холодна грунт проводить тепло від сусіднього повітря. Протягом дня сонячне випромінювання нагріває землю, яке нагріває повітря поряд з ним за рахунок провідності.

Конвекція передає тепло за рахунок транспортування груп молекул з місця на місце всередині речовини. Конвекція відбувається в рідинах, таких як вода і повітря, які переміщуються вільно.

В атмосфері, конвекція включає в себе крупно-і дрібномасштабні ходять і низхідних повітряних мас і невеликих посилок. Ці вертикальні руху ефективно розподіляти тепло і вологу по всій атмосферної колони і внести свій вклад в хмарі і зливових розвитку (де росте рух відбувається) і дисипації (де тоне рух відбувається).

Для того, щоб зрозуміти конвекційні комірки, які розподіляють тепло по всій землі, давайте розглянемо спрощену, гладку землю без будь-яких наземних/морських взаємодій і повільним обертанням. У цих умовах, екватор нагрівається від сонця більше, ніж полюса. Теплий, легкий повітря на екваторі піднімається і поширюється на північ і на південь, і прохолодний щільний повітря на полюсах опускається і поширюється в бік екватора. У результаті утворюються дві конвекційні комірки.

У той же час, повільне обертання Землі на схід змушує повітря відхилятися вправо в північній півкулі і вліво в південній півкулі. Це відхилення вітру від обертання Землі відомо як ефект Коріоліса.

Випромінювання є передачею теплової енергії без участі фізичної речовини в коробці передач. Випромінювання може передавати тепло через вакуум.

Енергія рухається від Сонця до Землі за допомогою електромагнітних хвиль. Чим коротше довжина хвилі, тим більше енергія, пов’язана з ним. Це показано на анімації нижче. Як оборотів свердла в хвилину (RPM) збільшення, число хвиль, що генеруються на струні зростає, так само як і швидкість коливань. Той же принцип застосуємо і до електромагнітних хвиль від сонця, де більш короткохвильове випромінювання має велику енергію, ніж більшої довжини хвилі випромінювання.

Велика частина променевої енергії Сонця зосереджена у видимій та ближній видимій частині спектру. Більш короткі, ніж видимі довжини хвиль становлять невеликий відсоток від загальної кількості, але надзвичайно важливо, тому що вони мають набагато вищу енергію. Вони відомі як довжина ультрафіолетових хвиль.

Висновки

Фізична і хімічна структура атмосфери, так що гази взаємодіють із сонячною енергією, а також фізичні і хімічні взаємодії між атмосферою, сушею і океанами все об’єднуються, щоб зробити атмосферу невід’ємною частиною глобальної біосфери. Для студентів, щоб по-справжньому зрозуміти природу і важливість атмосфери, вони повинні зрозуміти відповіді на ці питання:

1. Які структура і склад атмосфери?
2. Як сонячна енергія впливає на атмосферу?
3. Як атмосфера взаємодіє із сушею й океанами?
4. Як тепло передається по земній системі?