Роль атмосферы Земли

Атмосфера является наиболее легкой геосферой Земли, тем не менее ее влияние на многие земные процессы очень велико.

Начнем с того, что именно благодаря атмосфере стало возможно зарождение и существование жизни на нашей планете. Современные животные не могут обходиться без кислорода, а большинство растений, водорослей и цианобактерий - без углекислого газа. Кислород используется животными для дыхания, углекислый газ - растениями в процессе фотосинтеза, благодаря чему создаются необходимые растениям для жизнедеятельности сложные органические вещества, такие как, разнообразные соединения углерода, углеводы, аминокислоты, жирные кислоты.

С подъемом в высоту парциальное давление кислорода начинает снижаться. Что это значит? А значит это, что атомов кислорода в каждой единице объёма становится все меньше и меньше. При нормальное атмосферном давлении парциальное давление кислорода в легких человека (т.н. альвеолярный воздух) составляет 110 мм. рт. ст., давление углекислого газа - 40 мм рт. ст., а паров воды - 47 мм рт. ст.. При подъеме в высоту давление кислорода в легких начинает падать, а углекислого газа и воды остается на прежнем уровне.

Начиная с высоты 3 километров над уровнем моря у большинства людей начинается кислородное голодание или гипоксия. У человека наблюдается одышка, усиленное сердцебиение, головокружение, шум в ушах, головная боль, тошнота, мышечная слабость, потливость, нарушение остроты зрения, сонливость. Резко снижается работоспособность. На высотах свыше 9 километров дыхание человека становится невозможным и потому находиться без специальных дыхательных аппаратов строго запрещено.

Важной для нормальной жизнедеятельности организмов на Земле является роль атмосферы как защитника нашей планеты от ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, космических лучей, метеоров. Подавляющую часть излучения задерживают верхние слои атмосферы - стратосфера и мезосфера, в результате чего проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Остальная, меньшая часть излучения, рассеивается. Здесь же, в верхних слоях атмосферы, сгорают и метеоры, которые мы можем наблюдать в виде маленьких "падающих звёзд".

Атмосфера служит регулятором сезонных колебаний температур и сглаживания суточных, предотвращая Землю от чрезмерного нагревания днём и охлаждения ночью. Атмосфера, благодаря наличию в её составе водяного пара, углекислого газа, метана и озона, легко пропускает солнечные лучи, нагревающие её нижние слои и подстилающую поверхность, но задерживает обратное тепловое излучение от земной поверхности в виде длинноволновой радиации. Эта особенность атмосферы называется парниковым эффектом. Без него суточные колебания температур нижних слоёв атмосферы достигали бы колоссальных величин: до 200° С и естественно сделали бы невозможным существование жизни в том виде, в котором мы её знаем.

Разные участки на Земле нагреваются неравномерно. Низкие широты нашей планеты, т.е. области с субтропическим и тропическим климатом, получают тепла от Солнца гораздо больше чем средние и высокие - области с умеренным и арктическим (антарктическим) типом климата. По-разному нагреваются материки и океаны. Если первые и нагреваются и охлаждаются гораздо быстрее, то вторые долго поглощают тепло, но в тоже время и также долго его отдают. Как известно теплый воздух является более легким чем холодный, а потому поднимается вверх. Его место у поверхности занимает холодный, более тяжелый воздух. Так образуется ветер и формируется погода. А ветер в свою очередь приводит к процессам физического и химического выветривания, последние из которых формируют экзогенные формы рельефа

С подъёмом в высоту климатические различия между разными регионами земного шара начинают стираться. А начиная с высоты 100 км. атмосферный воздух лишается возможности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции. Единственным способом передачи тепла становится тепловое излучение, т.е. нагревание воздуха космическими и солнечными лучами.

Кроме того только при наличии атмосферы на планете возможен круговорот воды в природе, выпадение осадков и образование облаков.

Круговорот воды - это процесс циклического перемещения воды в пределах земной биосферы, состоящий из процессов испарения, конденсации и осадков. Различают 3 уровня круговорота воды:

Большой, или мировой, круговорот - водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная - очищается.

Малый, или океанический, круговорот - водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

Внутриконтинентальный круговорот - вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Стоит также отметить, что выпадение осадков становится возможным лишь при наличии в воздухе т.н. ядер конденсации - мельчайших твердых частиц. Если бы в земной атмосфере таких частиц не было, то и никакие осадки бы не выпадали.

И последнее что хотелось сказать про роль атмосферы Земли, это то, что только благодаря ей на нашей планете возможно распространение звуков и возникновение аэродинамической подъёмной силы. На планетах лишенных или имеющих атмосферу малой мощности царит мертвая тишина. Человек на таких небесных телах буквально лишается дара речи. При отсутствии атмосферы становится невозможным управляемый аэродинамический полёт, на смену которому приходит баллистический.

Каковы свойства атмосферы? Каковы причины образования климатов? Какие климатические пояса имеются на земной поверхности? Чем грозит человечеству чрезмерное загрязнение атмосферы? Ответы на эти вопросы вы сможете получить, изучив данную тему.

§ 6. Роль атмосферы в жизни Земли. Распределение температуры воздуха на Земле

Вспомните из курса географии 6 класса:

1. Какая мощность атмосферы и какие газы ее образуют?
2. Из каких слоев состоит атмосфера? Как определяют средние месячные и средние годовые температуры Земли?

Атмосфера - безбрежный воздушный океан, это самая верхняя, самая легкая, наиболее подвижная и непостоянная оболочка нашей планеты. Роль ее в жизни Земли и человека огромна. Вы уже знаете, что воздух нужен людям, животным и растениям для дыхания. Атмосфера - это невидимая «броня» планеты. Она предохраняет планету от «бомбардировки» метеоритов, она обладает чудесным свойством избирательно пропускать через себя солнечную радиацию (солнечное излучение) и задерживать большую часть вредных космических излучений, губительных для всего живого. Эту роль выполняет озоновый слой. Озон концентрируется на высоте 20-25 км.

Атмосфера - это мир звуков, мягких переходов от света к тени. Без нее Земля превратилась бы в безжизненную пустыню, подобную поверхности Луны. Без атмосферы не было бы ни мира звуков, ни озер, ни рек, а голубое небо, которым мы наслаждаемся, стало бы мрачным, черным.

Атмосфера - «одежда» Земли. Отдаваемое земной поверхностью тепло беспрепятственно уходило бы в космос, если бы в атмосфере не было примесей: водяного пара, углекислого газа и других. Эти примеси задерживают уходящее от Земли тепло, в результате чего происходит нагрев поверхности и нижних слоев воздуха, возникает явление парникового эффекта. Благодаря ему средняя температура воздуха у поверхности Земли поднялась на 38 °С и составляет в настоящее время +15°С. Такие температуры благоприятны для жизни.

Ученые полагают, что атмосфера, подобно гидросфере, возникла путем выделения из недр нашей планеты газов, которые удерживались Землей благодаря ее большой массе.

Атмосфера находится во взаимодействии со всеми сферами Земли. Воздух входит в состав всех горных пород, живых организмов и гидросферы.

Загрязнение атмосферы ядовитыми веществами, которые выбрасываются транспортом, заводами, фабриками и т. п., происходит почти во всех странах мира. Оно может привести к уменьшению озонового слоя и опасному повышению температуры воздуха. Уже получены первые сигналы бедствия. Это появление озоновой дыры над Антарктидой. В озоновой дыре количество молекул озона сократилось в 2 раза, и она не может защитить Землю от вредных лучей Солнца.

В связи с увеличением количества углекислого газа и других примесей в атмосфере происходит повышение температуры, что приводит к таянию ледников, повышению уровня океана. Таким образом, спасательный парниковый эффект может превратиться в настоящее бедствие. Изменение газового состава атмосферы вредно сказывается на состоянии здоровья людей. Многие специалисты считают, что изменение климата под влиянием деятельности человека - это глобальная экологическая проблема номер один.

Принимаемые сегодня меры по борьбе с загрязнением атмосферы не всегда достаточны.

Наибольшее значение для жизни, а также процессов, происходящих на Земле, имеет нижний слой атмосферы - тропосфера, в которой находится около 9/10 всей массы воздуха. В тропосфере образуются облака, дождь, снег, град, ветер. Поэтому тропосферу называют «фабрикой погоды». Процессы, происходящие в ней, часто становятся причиной страшных стихийных бедствий - засух, наводнений, ураганов и других явлений, в результате которых гибнут люди, животные и растения.

Вам известно, что многолетний режим погоды, характерный для какой-либо местности, и есть климат этой местности. Он является важнейшим компонентом природы. Климат часто определяет образование и размещение крупных природных комплексов на материках и океанах, быт и хозяйственную деятельность людей. Поэтому очень важно знать, каков климат той или иной территории, причины его образования.

Климатические карты. Разобраться в сложных вопросах образования и размещения климатов на Земле вам помогут климатические карты. Из них вы можете получить данные об основных элементах климата: температурах, осадках, давлении, ветрах, климатических поясах и т. д. Так как климатических элементов много, то соответственно существует несколько климатических карт. Иногда на карте изображают только один элемент климата, например распределение температур (рис. 15), годовое количество осадков, а иногда несколько.

Рис. 15. Средние годовые температуры воздуха на Земле

Чтобы наглядно показать, каковы температуры в разных частях земной поверхности, используют изотермы. Для этого на карту наносят цифровые обозначения этих температур и все точки с одинаковыми температурами соединяют плавными кривыми линиями - изотермами (по-гречески «изос» - равный, «термос» - тепло). При помощи изотерм на картах обычно изображают средние годовые, средние температуры наиболее теплого и наиболее холодного месяцев в году - июля и января.

1. По климатическим картам определите:
   1. какие изотермы годовых температур пересекают меридиан 40° в. д. (см. рис. 15);
   2. среднюю годовую температуру на юге Африки (см. рис. 15);
   3. годовое количество осадков в Сахаре, в районе Москвы, в бассейне реки Амазонки (см. атлас).
2. По климатической карте Австралии (см. атлас) определите: средние температуры января и июля; годовое количество осадков на западе и востоке материка; господствующие ветры.

Распределение температуры воздуха на Земле. Климат любой местности зависит прежде всего от количества солнечного тепла, поступающего на земную поверхность. Это количество определяется полуденной высотой Солнца над горизонтом - географической широтой. Чем ближе к экватору, тем больше угол падения солнечных лучей, а значит, сильнее нагревается земная поверхность и выше температура приземного слоя атмосферы. Поэтому близ экватора средняя годовая температура равна +25-26°С, а на севере Евразии и Северной Америки средняя годовая температура равна +10°С, а местами значительно ниже. Наиболее низкие температуры в полярных поясах.

Зависимость температур воздуха от географической широты подтвердите данными карты (рис. 15). Для этого по климатической карте определите:

1. какие изотермы пересекает меридиан 80° з. д.;
2. какие годовые температуры в тропическом, умеренных, полярных поясах освещенности.

1. Каковы основные свойства атмосферы?
2. Назовите главную причину распределения температур на поверхности Земли.
3. Что можно узнать по климатическим картам?