Направления и концепции современного естествознания, страница 7

Пусть на Земле по какой-либо причине произошло похолодание. Станет меньше испаряться влаги, меньше дождей, меньше эрозия почвы, а, значит, и меньше углекислого газа покинет атмосферу. Накопление  создаст парниковый эффект и повышение температуры. Т. е. имеет место саморегуляция.

Циркуляция атмосферы

Циркуляция атмосферы — это система движений атмосферы и их изменчивость в пространстве и времени; короче — система ветров.

Основные методы изучения:

• Наблюдение (наземное — станции распределены неравномерно, радиозондирование — до высоты 30 км, искусственные спутники Земли — до 60 км). Регистрируются электромагнитные излучения Солнца и звёзд, прошедшие через атмосферу.
• Математическое моделирование на основе уравнений гидрогазодинамики. Искомыми функциями являются плотность, давление, вектор скорости, температура, концентрации веществ.

Среди многообразия причин движения атмосферы выделяется механизм тепловой конвекции, вызываемой перепадом температур и давлений (давление больше там, где воздух холоднее). Этот механизм формирует замкнутые конвективные ячейки циркуляции газа. Примеры: бризы — на границе суша/море со сменой дня и ночи (размеры — до 1.000 км); муссоны — тот же механизм, но с заменой день–лето, ночь–зима.

За счёт солнечного тепла формируются ячейки Хэдли — самые мощные ячейки циркуляции (от экватора до  широты).

Существует особое состояние атмосферы около экватора. Здесь воздух в обеих ячейках поднимается на высоту порядка 19 км и содержит много водяного пара. Образуются т. н. кучевые облака, имеющие вид башни. При конденсации пара образуется много тепла — дополнительный разогрев атмосферы возле экватора. И это ещё больше усиливает циркуляцию в ячейках Хэдли.

В средних широтах существуют ячейки Ферелла, где циркуляция атмосферы происходит в противоположном направлении: от тёплых низких широт к холодным (это вынужденная, а не тепловая конвекция). Эти ячейки, в отличие от ячеек Хэдли, наблюдаются не очень чётко.

В атмосфере существует масса вихревых движений, достигающих размером до 2.000 км. Они вызваны потерей устойчивости потока (турбулизацией).

Характерная скорость атмосферы до высоты 15 км — 10 . Но на высоте  км существует тропопауза, где высокая горизонтальная скорость.

Озоновый слой

Атмосфера делится по высоте на слои:

• до 12 км — тропосфера;
•  км — стратосфера;
• > 50 км — мезосфера.

Озон — до высота порядка 90 км, но максимальная его концентрация — 85% — на высоте  км в стратосфере.

Характерные реакции кислорода:

1. Атомы кислорода образуются от распада молекул кислорода —  — под действием ультрафиолетового и других космических излучений:

 (диссоциация)

2. Два атома кислорода могут объединиться в присутствии третьей молекулы:

3. 

4. 

5. 

С увеличением высоты (больше 15 км особенно) растёт интенсивность излучения и концентрация  (преобладают реакции 1 и 3). При высотах более 30 км интенсивность разрушения  превышает его образование.

Если собрать весь озон и опустить на уровень поверхности Земли при нормальном давлении, то получим слой толщиной 3 мм. Слой в 0.01 мм — единица Добсона (е. Д.).Над полюсами толщина озонового слоя в 2 раза больше, чем над экватором.

Мягкий ультрафиолет хорошо поглощается белком, защищающим нуклеиновые кислоты. Излучение с длиной волны меньше 2.000 Å хорошо поглощается молекулами кислорода.

При длине волны меньше 3.200 Å биологические клетки беззащитны. Уменьшение озона на 1% увеличивает число заболеваний раком кожи на 10%. Около 80% озонового слоя разрушается из-за малых концентраций таких компонентов атмосферы, как хлор, , .

Характерные реакции:

1. 
2. 
3. 
4. 

Одна молекула  или  может уничтожить до 100.000 молекул озона.