География

Урок 3: Атмосфера

Атмосфера. Часть 1

Каждый из нас в жизни сталкивался с различными природными явлениями. Очень интересно наблюдать из окна как идет снег или дождь. Не менее увлекательно лазить по снежным сугробам или прыгать по лужам. При выходе на улицу каждый из нас, выглянув в окно, оценивает, хороша или нет погода. Ежедневно мы зависим от природных явлений, совершающихся в атмосфере. Этот урок посвятим изучению строения газовой оболочки планеты. Установим, как происходит нагревание поверхности Земли, и какая существует связь температуры воздуха и географической широты. Узнаем, что такое осадки, и какие они бывают.

Обложка урока взята с источника.

План урока:

Из чего состоит атмосфера и как она устроена

Нагревание воздуха и его температура

Зависимость температуры воздуха от географической широты

Влага в атмосфере

Атмосферные осадки

 

Из чего состоит атмосфера и как она устроена

Атмосфера считается газовой оболочкой планеты Земля. Верхняя граница ее достигает 1000 км. Получается, что наше существование протекает на дне газового океана.

Из чего же состоит атмосфера? Эта оболочка представляет собой смесь газов, получивших название воздух. Состоит атмосфера из газов, но в воздухе достаточное количество различных веществ.

Атмосфера по своей структуре неоднородная и возможно отметить ряд слоев. Познакомимся с ними на рисунке.

1 atmosphera

У поверхности Земли расположен слой, получивший название тропосфера. Средняя ее высота составляет 10-11 км, а максимальная высота тропосферы достигает 17 км над экватором. В тропосфере сосредоточено 80% всего воздуха, состоящего из азота, кислорода, углекислого газа и некоторых других веществ.

2 atmosphera

По большей части атмосфера состоит из азота, который играет значительную роль в жизни всех организмов. Из азота состоят белки, которые формируют основу любого организма. Его соединения необходимы для питания растений.

Другим газом в составе воздуха является кислород. Его роль еще более велика, чем азота. Всем известно, что он используется для дыхания всеми живыми существами. При этом дефицит кислорода в воздушной оболочке регулярно пополняется растениями, потребляющими углекислый газ для его образования.

Углекислый газ можно сравнить с «утеплителем» Земли: он пропускает солнечную энергию, но задерживает тепло.

Атмосфера состоит в основном из двух газов, однако, в ней достаточно и других веществ.

Твердые частицы появляются вследствие пожаров, при извержениях вулканов.

Составной частью нижних слоев оболочки считается водяной пар, из него образуются различные осадки.

Очень интересно то, что с высотой меняется температура воздуха в тропосфере. При подъеме наблюдается снижение температуры, в связи с чем становится холоднее.

3 atmosphera

Почему же в тропосфере температура с увеличением высоты меняется в меньшую сторону? Такая закономерность связана с неравномерным нагреванием воздуха – нижние слои получают больше тепла от нагретой Солнцем поверхности земли. Излучение Солнца проходит через тропосферу, однако не нагревает ее, и не задерживается в ней, а поверхность планеты не может прогреть весь слой. Соответственно температура в тропосфере уменьшается с высотой, причем вверху она может достигать -500С.

Выше тропосферы идет следующий слой – стратосфера, которая достигает 50-60км. В среднем слое атмосферы – стратосфере– очень низкое содержание пара и практически не образуется облаков.

Изменение температуры в стратосфере также происходит иначе. На уровне 20 км наблюдается самая низкая температура -600С, начиная с 25 км, она растет и может достигать +100С.

Этот рост температуры объясняется поглощением солнечной радиации озоном, которого в данном слое до 60%. Образуется озон из кислорода под действием лучей Солнца, а также электрических разрядов. Из него формируется озоновый экран в стратосфере над нашей планетой. Экран поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, которые в большом количестве губительно действуют на живые организмы.

4 atmosphera

Тропосфера считается наиболее изученным слоем газовой оболочки, а вот стратосфера и все, что находится выше, все больше привлекают внимание человека. Данные о них ученые получают с искусственных спутников и космических кораблей. В 2012 году был совершен уникальный прыжок из стратосферы.

5 atmosphera

Выше стратосферы находятся еще несколько слоев. Здесь формируются серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов. Также можно наблюдать полярное сияние, а иногда магнитные бури.

6 atmosphera
Полярное сияние на острове Исландия Источник

 

Нагревание воздуха и его температура

Источником тепла на планете считается энергия Солнца, которая поглощается землей, а та осуществляет нагревание воздуха.

Попав в воздушную оболочку, часть тепла поглощается ею, немного рассеивается, а другая отражается земной поверхностью и облаками.

7 atmosphera

Нагревание атмосферного воздуха происходит от поверхности планеты. Низкие облака уменьшают излучение Земли, они препятствуют ее остыванию и способствуют нагреванию воздуха. Безоблачное небо, наоборот, способствует сильному излучению, при котором происходит нагревание значительной массы воздуха. Температура воздуха определяется многими факторами, разберем основные.

8 atmosphera

На протяжении суток температура сильно колеблется, соответственно нагревание и охлаждение воздуха находятся в зависимости от угла падения солнечных лучей. Угол 900, предполагает значительное количество тепла, прибывающее на землю. Объясняется все это осевым вращением планеты. Вспомнить о нем можно в курсе 5 класса урок 3 "Земля во Вселенной".

Изменение температуры происходит также и по сезонам года, что является результатом вращения Земли вокруг Солнца.

9 atmosphera

Для характеристики климата некоторой местности важны средние месячные и годовые данные температуры воздуха за длительный период (30-50 лет). На метеостанциях измеряют температуру воздуха четыре раза в сутки: в 1 час, 7, 13 и 19. Показания термометра складывают и делят на четыре. Так получают среднюю суточную температуру.

10 atmosphera

Для получения средней месячной температуры складывают среднесуточные температуры и сумму делят на число дней в месяце.

11 atmosphera

Средняя годовая температура высчитывается путем нахождения суммы всех средних месячных температур и деления ее на 12.

12 atmosphera

Для характеристики сезонов особенно важны средние температуры января и июля, как самого холодного и самого теплого месяца в северном полушарии. Одним из существенных показателей является годовая амплитуда температуры воздуха, которая показывает разницу средней температуры двух месяцев. Давайте разберемся, как вычислить такую амплитуду температур. Для этого возьмем данные из предыдущей таблицы среднемесячных показателей Москвы в 2008 году. Холодным месяцем будет январь с показателем -10,30С, теплым – июль с 18,50С. Найдем разницу этих двух показателей.

18,5+(-10,3)= 8,20С

Таким образом, годовая амплитуда температур Москвы в 2008 году составила 8,20С.

Разница между высокой и низкой температурой суток дает суточную амплитуду.

13 atmosphera

Летом, в ясную погоду, суточная амплитуда бывает наибольшая, в пасмурную - наоборот. В местах, лишенных сплошного растительного покрова, суточная амплитуда температур больше, потому что почва без растительности лучше прогревается, но также быстро остывает.

Графическое изображение распределения тепла на Земле осуществляется изотермами температур. Изотермы – это линии, соединяющие места со схожей температурой за конкретный промежуток времени.

Например, на климатической карте Австралии показаны январские и июльские изотермы. Черным цветом обозначена январская изотерма, и составляет она в центре материка +300С, а ближе к побережью +200С. Июльские изотермы обозначены красным цветом и на юго-востоке составляют +100С, а на севере - +200С.

14 atmosphera

 

Зависимость температуры воздуха от географической широты

Мы уже отметили, что распределение солнечной радиации по территории Земли определяется многими факторами. Температура воздуха может меняться на протяжении суток и по сезонам года, а также она зависит от географической широты территории.

Рассмотреть изменение температуры с широтой мы можем с помощью ниже приведенной карты.

15 atmosphera

По карте хорошо видно, что температура на разных широтах различается. От полюсов к экватору наблюдается уменьшение среднегодовых температур. Изображенные среднегодовые изотермы не совмещаются с параллелями. Например, изотерма 00С достигает над сушей широты 400С, образуя «волны холода», а над океанами заходит за полярный круг, образуя «волны тепла». Почему же так получается, что на одной широте разные температуры?

Такое отклонение изотерм вызвано неодинаковыми условиями прогрева и охлаждения суши и моря, влияниями различных течений и господствующими ветрами.

В любом случае можно проследить определенную зависимость температуры от географической широты. В области экватора наблюдаются высочайшие температуры, для умеренных широт характерны средние значения от +100С до -100С. Температура на полюсах очень низкая от -100С до -400С.

Солнечная радиация неравномерно распределяется по территории Земли, что связано с ее вращением вокруг своей оси и вокруг Солнца. Следствием этого является различие температуры воздуха по широтам. Там где поступает большое количество тепла, например область экватора, характерны высокие температуры и наоборот. Поэтому принято выделять пояса освещенности.

16 atmosphera
Пояса освещенности Земли Источник

Внимательно изучив карту, мы можем сказать – сколько поясов освещённости можно выделить.

Существует семь поясов освещенности: жаркий, два умеренных, два холодных и два вечного мороза. Границы поясов освещенности проходят по параллелям.

В области экватора простирается жаркий пояс освещенности, который захватывает и тропические широты. С обеих сторон проходят изотермы +200С.

Выделяют по обеим сторонам от экватора – умеренные пояса освещенности. По тропикам проходит изотерма +200С, а по полярным кругам +100С.

Холодными поясами принято считать области за полярным кругом, расположенные между изотермами +100С и 00С. На суше это зоны тундры.

Какие пояса освещенности считаются наиболее холодными? Это две области вечного мороза, расположенные на полюсах.

Для каждого пояса освещенности существует свой температурный режим. Все это определяет различие природных условий между поясами.

 

Влага в атмосфере

Влага всегда есть в атмосфере, часто в виде пара. Наблюдается определенная закономерность – при высоких температурах значительное количество влаги. Так откуда же берется влага в атмосфере? С океана и почвы постоянно осуществляется испарение избытка жидкости, которая преобразуется в пар. Этому способствует теплая погода, а также ветер. Нижняя часть воздушной оболочки насыщается каплями жидкости и поднимается вверх. По мере подъема воздуха температура его уменьшается, пар превращается в капельки и происходит его конденсация[1]. В результате конденсации пара образуются облака, представляющие собой скопления капелек жидкости и кристаллов. Они маленькие и невесомые, соответственно не падают на Землю, а остаются наверху. При увеличении влажности воздуха капельки увеличиваются в размерах и выпадают в виде атмосферных осадков, так осуществляется круговорот влаги в атмосфере.

17 atmosphera
Источник

Облака создаются в нижнем слое атмосферы – тропосфере. Внешний вид облаков в атмосфере различается, также они могут формироваться на разных высотах. В связи с этим выделяют несколько их видов.

18 atmosphera

При соприкосновении воздуха с охлажденной земной поверхностью, а также при смешивании воздушных масс с разной температурой и влажностью происходит конденсация пара в виде тумана. В атмосфере туман представляет собой скопление капель воды у земной поверхности.

19 atmosphera
Туман Источник

Показателями содержания влаги в газовой оболочке считаются абсолютная и относительная влажность.

20 atmosphera

В атмосфере абсолютная влажность равна определенному количеству пара, находящемуся здесь в данный момент. Измеряется абсолютная влажность граммами воды на 1мвоздуха. Летом, при высоких температурах, абсолютная влажность наибольшая. Когда происходит формирование осадков, она уменьшается, так как часть влаги удаляется из атмосферы.

В конкретный период воздух вбирает весь пар и совершается его насыщение. Тогда следует упомянуть относительную влажность воздуха.

Летом при повышенных температурах относительная влажность маленькая, а зимой в условиях холода – выше. Выпадение осадков происходит после того, как относительная влажность достигнет своего максимума, произойдет сгущение пара, а также падение температуры.

Устанавливают относительную влажность гигрометром. Имеется несколько типов этого прибора. Действие волосяного гигрометра основано на свойстве человеческого волоса поглощать влагу, отчего длина волоса несколько увеличивается. Изменение длины волоса можно проследить по шкале с движущейся стрелкой, по которой и определяются показания гигрометра.

21 atmosphera

По другому принципу работает гигрометр психрометрический, но также с помощью него происходит измерение влажности воздуха.

22 atmosphera

 

Атмосферные осадки

Вся выпадающая влага на землю получила название атмосферных осадков.

С причинами формирования осадков познакомимся на рисунке.

23 atmosphera
Источник

Имеется несколько видов атмосферных осадков.

24 atmosphera
Источник

Существенное число атмосферных осадков выпадает из облаков. Когда произойдет накопление максимального числа влаги, она уже не способна задерживаться в облаке, тогда мы наблюдаем дождь.

25 atmosphera
Дождь Источник

Летом возможно увидеть, как падают ледяные шарики – град. Как же они создаются? Теплый воздух поднимается кверху и уносит тучи. А мы уже знаем, что с подъемом становится прохладнее. Вот и застывают капли, при малых температурах, преображаясь в еще одну разновидность атмосферных осадков.

26 atmosphera
Град Источник

В холодный сезон можно наблюдать, как падают снежинки. Данный вид осадков играет значительную роль для культурных растений. Например, посевы озимых культур он предохраняет от морозов. Весной он превращается в воду, которая впитываясь в почву, обеспечивает влагу растениям. 

27 atmosphera
Снег Источник

Каждый может наблюдать, как падает дождь. А не задумывались, откуда берутся капельки влаги на растениях утром или вечером? Эти капельки влаги получили название "роса" и считаются одним из видов осадков, причиной образования которых является быстрое охлаждение почвы. Воздух у ее поверхности за день накопил достаточно влаги, избыток которой оседает вечером на предметах.

28 atmosphera
Роса Источник

Причиной выпадения таких осадков как иней или изморозь, считается охлаждение почвы в темное время суток до температуры ниже нуля. В зимнее время можно наблюдать красивые наросты из кристаллов на различных предметах, это тоже будет изморозь.

29 atmosphera
Изморозь Источник

На землю попадает немалое количество осадков, замер которых производится прибором, получившим название осадкомер. Принцип его работы заключается в определении толщины слоя растаявших осадков. Такая проба берется за конкретный период времени. На метеостанциях часто используется осадкомер Третьякова. Познакомимся с данным видом осадкомера на картинке.

30 atmosphera

Годовое количество распределения осадков отражают на специальных диаграммах. На этих диаграммах месячное количество осадков обозначают в виде столбиков.

31 atmosphera

На количество атмосферных осадков и на их распределение по земной поверхности влияет широта места, направление господствующих ветров, близость или удаленность морей, рельеф местности, теплые и холодные морские течения.

Познакомимся с особенностями распределения осадков по земной поверхности.

32 atmosphera

Распределения температуры и осадков по территории Земли во многом схожи. Количество атмосферных осадков уменьшается от экватора к полюсам. Наибольшее количество осадков выпадает в районе экватора – более 3000 мм осадков. Причинами такого количества осадков являются высокие температуры воздуха и большое испарение. В тропических широтах расположены сухие зоны – осадков менее 200 мм. Здесь располагается основная масса пустынь. Умеренные широты характеризуются различным количеством осадков от 500 мм до 1000 мм. В полярных районах осадков всего 100-200 мм в год, во многом это связано с низкими температурами и малым содержанием влаги.

 

Словарь

Конденсация – это переход воды из газообразного состояния в жидкое.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Содержание, какого газа наибольшее в воздухе?
1Азот
2Кислород
3Углекислый газ
4Водяной пар
Ответить
1
Вопрос: 2
В каком слое находится озоновый экран?
1Тропосфера
2Стратосфера
3Верхние слои атмосферы
Ответить
2
Вопрос: 3
В каком слое можно наблюдать полярное сияние?
1Тропосфера
2Стратосфера
3Верхние слои атмосферы
Ответить
3
Вопрос: 4
Разницу средней температуры самого теплого и самого холодного месяцев называют…
1Суточной амплитудой температур
2Годовой амплитудой температур
3Месячной амплитудой температур
Ответить
2
Вопрос: 5
Каким прибором измеряют влажность воздуха?
1Гигрометр
2Барометр
3Осадкомер
Ответить
1
Вопрос: 6
Какой вид осадков не является твердым?
1Град
2Снег
3Иней
4Роса
Ответить
4
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Содержание, какого газа наибольшее в воздухе?
1) Азот 2) Кислород 3) Углекислый газ 4) Водяной пар
2 вопрос:

В каком слое находится озоновый экран?
1) Тропосфера 2) Стратосфера 3) Верхние слои атмосферы
3 вопрос:

В каком слое можно наблюдать полярное сияние?
1) Тропосфера 2) Стратосфера 3) Верхние слои атмосферы
4 вопрос:

Разницу средней температуры самого теплого и самого холодного месяцев называют…
1) Суточной амплитудой температур 2) Годовой амплитудой температур 3) Месячной амплитудой температур
5 вопрос:

Каким прибором измеряют влажность воздуха?
1) Гигрометр 2) Барометр 3) Осадкомер
6 вопрос:

Какой вид осадков не является твердым?
1) Град 2) Снег 3) Иней 4) Роса
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Азот
2 вопрос: Стратосфера
3 вопрос: Верхние слои атмосферы
4 вопрос: Годовой амплитудой температур
5 вопрос: Гигрометр
6 вопрос: Роса