Путешествие по слоям атмосферы

Атмосфера: строение, значение, изучение

Цели урока:

развивающая: развитие интереса к самостоятельному овладению знаниями, способами анализа, обобщения.

обучающая: сформировать представления у учащихся о строении, значении и способах изучения атмосферы Земли. Познакомить с понятиями «атмосфера», «тропосфера», «стратосфера», «озоновый слой», «верхние слои атмосферы», «мезосфера», «термосфера», «экзосфера».

воспитывающая: создание условий для развития устойчивого интереса к географии, воспитание патриотизма.

Методы:

словесные — беседа, рассказ

Ход урока:

1. Организационный момент. Приветствие учителя.

2. Актуализация знаний: Сегодня на уроке мы совершим с вами небольшое путешествие по воздушному океану нашей Земли — атмосфере вместе с профессором Глобусенкиным — знатоком географии. Он поможет нам узнать о ее строении, какое значение она имеет для нас с вами и какие существуют способы изучения атмосферы.

3. Объяснение нового материала.

Атмосфера покрывает всю поверхность планеты. Ее толщина равна 3000 км. Нижней ее границей считают поверхность Земли, а верхней границы у этой оболочки нет — она постепенно переходит в космическое пространство.

Из чего же состоит воздух? Воздух — это смесь различных газов, твердых частиц, пыли, сажи. Он состоит из азота — 78% и кислорода 21%, остальную же долю занимают другие газы: аргон — 0,93%, углекислый газ- 0, 03%, а также гелий, водород, озон. Из-за того, что в атмосфере с высотой изменяется состав воздуха, его температура и плотность, в ней выделяют несколько слоев.

Первый слой, который мы с вами пролетаем, называется тропосферой. Он простирается до высоты в 8−18 км. В этом слое содержится до 80% воздуха, расположен весь водяной пар, образуются дожди, летают самолеты, дует ветер, а температура воздуха понижается на 1 км подъема на 6 °C.

Летим дальше! Выше тропосферы расположена стратосфера. Здесь температура воздуха на высоте 20−30 км постепенно увеличивается. Происходит это потому, что именно здесь расположен озоновый слой. Он играет очень важную роль для всего живого на Земле: благодаря ему губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи не доходят до поверхности Земли.

И вот мы подлетаем к верхним слоям атмосферы. К ним относятся мезосфера, термосфера и экзосфера. Мезосфера простирается до высоты 80 км. Температура доходит до — 90 °C. В термосфере она снова увеличивается и достигает 1500 °C!

А вот посмотрите, ребята, какая красота! Это полярные сияния. Они наблюдаются и в следующем слое атмосферы- в экзосфере. Он расположен на высоте свыше 400 км и постепенно переходит в космическое пространство. Вот наш полет и завершен!

Атмосфера Земли играет огромную роль для всех ее жителей. Она защищает поверхность нашей планеты от метеоритов, регулирует тепловой баланс планеты, а кислород, содержащийся в атмосферном воздухе, необходим всему живому на Земле. Атмосфера — источник азота, среда распространения звука.

К сожалению, человек очень часто забывает об этом, и своей деятельностью загрязняет воздух различными вредными веществами. Загрязненный воздух становится причиной роста заболеваемости людей.

Узнать, какие же процессы происходят высоко над Землей, помогают современные метеорологические спутники, зонды, шары, ракеты.

4. Закрепление и практическое применение знаний.

Составьте несколько задач на изменение температуры воздуха с высотой.

5. Рефлексия.

Продолжите одну из следующих фраз на выбор: «сегодня на уроке для меня было интересно…», «сегодня на уроке я узнал о …», «сегодня на уроке мне понравилось…»

6. Домашнее задание.

Источник

Основные слои атмосферы Земли в порядке возрастания

Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:

• Тропосфера;
• Стратосфера;
• Мезосфера;
• Термосфера;
• Экзосфера.

В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.

Тропосфера: где происходит погода

Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне — поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.

Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.

На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера: дом озона

Стратосфера — следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.

Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O₃) — побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как «инверсия»).

Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.

После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.

Мезосфера: средняя атмосфера

Мезосфера находится примерно на расстоянии 50-80 км от поверхности Земли. Верхняя область мезосферы является самым холодным естественным местом на Земле, где температура может опускаться ниже -143° C.

Термосфера: верхняя атмосфера

После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.

Экзосфера: граница атмосферы и космоса

На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера — внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.

Как насчет ионосферы?

Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на севере и юге. Это явления наблюдается с земли как северное сияние.

Источник

Вертикальное строение атмосферы

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

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.

Стратопауза

Мезосфера

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре

150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Источник

Понятие атмосферы и строение оболочки

Что такое атмосфера

Атмосферой Земли называют ее воздушную оболочку, состоящую из газов (воздуха) и взвешенных частиц.

Она играет роль защитного купола для нашей планеты и простирается до уровня около 1000 км над поверхностью Земли. Для атмосферы характерна высокая динамичность и неоднородный физический состав. На него оказывают сильное влияние биологические факторы.

Озоновый слой защищает Землю от неблагоприятного воздействия ультрафиолета, излучаемого Солнцем, и от прочих вредных космических излучений. Большинство падающих метеоритов и других космических тел сгорает в земной атмосфере. Она же помогает поддерживать приемлемую для жизни температуру у поверхности нашей планеты. Нижние слои атмосферы участвуют в круговороте воды в природе за счет движения воздушных масс.

Благодаря атмосфере происходит формирование воздушных потоков (ветра), образуются облака и атмосферные осадки.

Плотность воздуха и атмосферное давление меняются c высотой в обратной пропорции. А вот с температурой не все так однозначно — она зависит от солнечной активности, магнитных бурь, разницы в поглощении газами солнечной энергии и множества других факторов.

Строение атмосферы Земли, структура и слои

Земная атмосфера состоит не из однородного слоя газов, а из нескольких слоев. Каждый из них характеризуется определенным набором газов, имеющих разную плотность. Чем больше плотность вещества, тем сильнее оно притягивается гравитационным полем земли. Поэтому структура нижних слоев более плотная, а у наиболее удаленных от земной поверхности — разреженная. Поскольку все виды газов имеют различные характеристики, то и слои, состоящие из них, обладают своими особенностями. Каждый из них имеет отдельное значение для земной атмосферы.

Тропосфера

Тропосфера является самым ближним и самым плотным атмосферным слоем. Ее граница над поверхностью Земли находится на уровне 7-8 км на полюсах и около 20 км над экватором, поэтому толщина этого слоя в разных местах земного шара неодинакова. Тропосфера имеет основное значение для обеспечения жизни на планете. Здесь происходят процессы циркуляции воды и образования облаков, формируются ветра, циклоны и антициклоны — все то, что определяет климатические и погодные условия. Большая часть живых организмов на Земле обитает именно в тропосфере.

С набором высоты в этом слое уменьшается не только атмосферное давление, но и температура. Это связано с отражением тепла от земной поверхности. Чем ближе к ней, тем воздух теплее. Процесс прогревания тропосферы от Земли, в свою очередь нагретой за счет солнечного излучения, носит название парникового эффекта. Отраженная солнечная энергия не может прогреть нижний слой на всю его глубину равномерно. Каждые 100 метров температура снижается приблизительно на полградуса. Ветер же с повышением высоты, напротив, усиливается — с каждым набранным километром на 2-3 км/с.

Стратосфера

Стратосфера является вторым по отношению к поверхности Земли и по величине слоем. На экваторе он достигает высоты 50 км, а его средняя толщина — 35 км. Признак этой зоны — крайне разреженная атмосфера и почти полное отсутствие водяных паров. Распределение температур здесь не такое, как в тропосфере — в нижней ее части находится тяжелый холодный воздух, а в верхней — более теплый и легкий. Воздушные пути, как правило, пролегают в нижней части стратосферы из-за отсутствия в ней зоны турбулентности, при этом температура за бортом может опускаться ниже минус 55 градусов. Зато в верхней части она достигает нулевой отметки. Сверхзвуковые самолеты способны подниматься на отметку 18-30 км.

Именно в стратосфере находится озоновый слой, защищающий все живое на земле от избыточного ультрафиолета. Этим слоем ограничивается и содержание живых микроорганизмов в атмосфере. Иногда в нижних слоях встречаются и птицы, которые могут стать причиной авиакатастрофы.

Мезосфера

Мезосфера является наименее изученным объектом из всех атмосферных слоев. С одной стороны, на такую высоту не способны подняться метеорологические зонды, а с другой — не могут опуститься спутники. Достичь мезосферы способны только ракеты, но из-за своей высокой скорости они не в состоянии собрать достаточное количество информации. Толщина этого слоя достигает размера 40-50 км, а его высота над поверхностью земли местами доходит до 80-90 км. Мезосфере по праву можно присвоить название «самого холодного места на планете» — в пределах ее верхней границы температура опускается ниже –140°.

Большая часть метеоров, летящих в сторону Земли, сгорает именно в мезосфере. Если небесное тело входит в этот слой со скоростью не ниже 11 км/ч под острым углом, происходит процесс его возгорания от трения с весьма заметным световым эффектом. Отсюда появилось понятие «метеоритного потока».

Термосфера и ионосфера

Условная граница между мезосферой и термосферой проходит на высоте 100 км. Плотность воздуха здесь настолько минимальна, что все полеты выше этой линии по определению считаются космическими, хотя это не совсем верно. Толщина слоя в разных местах от 500 до 700 км. Высшая точка термосферы — 800 км. Максимальная отметка температуры в 1800 градусов отмечена на высоте 400 км. В термосфере находится Международная Космическая Станция, вокруг которой вращаются спутники. Необычайно высокая температура не приносит им вреда благодаря крайне низкой плотности воздуха.

Уникальность термосферы еще и в том, что она имеет внутреннее образование — ионосферу, появившуюся в результате молекулярной фотоионизации.

Фотоионизация — это образование ионов в процессе взаимодействия атомов с фотонами под действием ультрафиолетового излучения. Именно в ионосфере возникает полярное сияние, наблюдаемое с земли ближе к полюсам (северному и южному). Заряженные частицы солнечного ветра прорываются в магнитное поле планеты и, двигаясь в ней, излучают световую энергию, вызывая свечение в этом атмосферном слое. Описание этого явления глазами человека выглядит так: разноцветные дуги самых разных форм и размеров светятся, полыхают и переливаются в ночном небе. Чаще свечение имеет зеленоватый оттенок.

Экзосфера

Экзосфера — завершающий слой атмосферы Земли.

Он начинается на расстоянии примерно 600-800 км от земной поверхности и простирается на десятки тысяч километров, постепенно перерастая в геокорону. Экзосфера еще более разрежена, чем предыдущий слой. Частицы элементов, встречающиеся в ней, настолько разрознены, что их совокупность уже нельзя классифицировать как газ. Геокорона Земли достигает расстояния до 100 000 км от поверхности. Ее можно увидеть с космического корабля, когда он находится над Луной, заслоняющей Землю.

Состав атмосферы, газы и другие вещества

Тропосфера состоит из воздуха, содержащего азот (78,08%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и углекислый газ (всего 0,04%). В воздухе содержится и испаряемая с Земли влага в виде пара, количество которого все время меняется.

Стратосфера состоит преимущественно из озона, создающего защитный озоновый слой Земли. Образовался он из кислорода, который в процессе фотосинтеза выделяли растения и микроорганизмы с древних времен. В результате химической реакции кислород, поднявшись в стратосферу, превратился в озон. Процентное соотношение азота, кислорода, аргона и углекислого газа остается таким же, но сам воздух настолько разрежен, что вдыхаемого количества кислорода уже недостаточно для живых существ. Поскольку движения воздушных потоков между стратосферой и тропосферой практически не наблюдается, то объем водяных испарений здесь очень мал. Поэтому облака здесь образуются крайне редко.

В мезосфере, как и в двух предыдущих слоях, воздух состоит из тех же компонентов, но является еще более разреженным, чем в стратосфере. Характерной особенностью является наличие железа и некоторых других металлов, оставшихся в этом слое в результате сгорания метеоров.

В термосфере, в отличие от нижних слоев атмосферы, молекулы газа, в силу гораздо большой разреженности, не перемешиваются между собой, а равномерно распределены и практически лишены возможности сталкиваться друг с другом. Солнечное излучение приводит к их разрушению, поэтому в верхних слоях можно наблюдать не молекулярные азот, кислород, а их атомы вместе с атомами гелия.

Экзосфера состоит большей частью из атомов водорода, а также отдельных атомов кислорода, азота, гелия, ионизированных солнечными лучами.

Атмосферы других планет Солнечной системы

Почти все планеты Солнечной системы имеют свою атмосферу, но, кроме Земли, для жизни не приспособлены. Каждая из них содержит частицы в виде аэрозоля — это пылинки с поверхности планеты либо от метеоров, а также конденсаты атмосферных газов в жидком или твердом состоянии.

1. Марс. Состав атмосферы: углекислый газ (95%), азот и аргон (4%), кислород и водяной пар (1%). Давление в 160 раз меньше земного.
2. Венера. Состав атмосферы: углекислый газ (96,5%), азот (до 3%), примеси аргона и других инертных газов. Мощность давления на Венере в 90 раз превышает земную. Высота атмосферного слоя достигает 5500 км.
3. Меркурий. Имеет крайне низкое атмосферное давление. Присутствуют в небольшом количестве кислород, углерод, аргон, ксенон, гелий.
4. Сатурн. Имеет динамичную атмосферу, состоящую из гелия, водорода и метана.
5. Юпитер. Постоянно меняющаяся, нестабильная атмосфера состоит из гелия и водорода. Характерны атмосферные вихри и цветные облака, гигантские молнии. Высота атмосферного слоя 1000 км.
6. Уран. Атмосфера достигает 8000 км над поверхностью планеты. Состоит из водорода (83%), гелия (15%) и метана (2%). Имеет облачный покров из метана и водорода.
7. Нептун. Атмосфера также состоит из водорода, гелия и метана и имеет схожую водородно-метановую облачность.
8. Плутон. Давление примерно в 7000 раз меньше, чем на Земле. Имеет разреженную атмосферу, состоящую из метана в газообразной форме и незначительное количество инертных газов.

Источник