Лекція 3. Зовнішні геосфери Землі

План лекції

1. Атмосфера: склад, походження, значення та процеси, що в неї протікають

2. Гідросфера: будова, значення, процеси осадконакопичення

3. Біосфера: вчення в.І. Вернадського

Земля за довгий час свого існування зазнавала великих перетворень. ЇЇ речовина диференціювалася, змінювалася під впливом великих тисків і високої температури та внаслідок розпаду радіоактивних випромінювань, а також під впливом зовнішніх космічних факторів. Тіло Землі має концентричну-зональну будову. Ця будова пояснюється процесами диференціації речовини, які відбуваються в її надрах. Основна причина диференціації – обертання Землі навколо власної осі. В центрі розташоване ядро, навколо якого розміщуються концентричні оболонки = геосфери. Щільність геосфер стрибкоподібно збільшується від поверхні Землі до її центра. Геосфери Землі поділяють на зовнішні і внутрішні. До зовнішніх належать – атмосфера, гідросфера і біосфера. До внутрішніх – земна кора, мантія і ядро.

Атмосфера: склад, походження, значення та процеси, що в неї протікають Склад атмосфери

Атмосфера – повітряна оболонка Землі, що зв’язана з нею силою тяжіння і бере участь в її добовому і річному обертанні. Межа атмосфери міститься на висоті до 3000 км. Склад приземних шарів атмосфери розрізняють постійний і тимчасовий. До постійного складу входять: азот – 78,08%, кисень – 20,95%, аргон – 0,93%, вміст вуглекислого газу за останні роки зріс від 0,03 до 0, 045%. До тимчасового складу входять водяна пара, пил. Склад атмосфери не постійний, він змінюється. Гази, які містяться в повітрі здійснюють колообіг: вони поглинаються з повітря рослинами і тваринами, а потім знову надходять у повітря, воду або гірські породи. В атмосферу потрапляють леткі органічні речовини, дим промислових підприємств, відпрацьовані гази автомобілів, вулканічні викиди. Важлива частина атмосфери – водяна пара. На її частку припадає 3% за об’ємом. Вона є джерелом опадів і збільшує щільність повітря. Атмосфера частково поглинає і розсіює сонячну радіацію. Із загального випромінювання, яке надходить від Сонця в бік Землі, близько 31% відбивається назад у космічний простір, а 69% витрачається на нагрівання атмосфери, поверхні материків і океанів. Проби повітря, що були взяті автоматичними приладами на різних висотах, показали, що до висоти 100 км склад атмосфери суттєво не змінюється. Безперервний хаотичний = турбулентний рух повітря і високі швидкості вітру перешкоджають поділу газів залежно від їх маси. Вище 90 - 100 км склад атмосфери майже постійний: головним чином азот та кисень. Але під впливом ультрафіолетової сонячної радіації молекули кисню розщеплюються на атоми і тому майже весь кисень атомарний. Вважається, що вище ніж 400 - 500 км й азот знаходиться в атомарному стані. Значна частина водяної пари міститься в нижньому 5-ти кілометровому шарі атмосфери, з висотою його кількість швидко зменшується. Це відбувається тому, що кількість водяної пари залежить від температури повітря: чим вони нижче, тим пари менше, а з висотою температура повітря знижується. Наприклад, при +30⁰С в кубометрі повітря може знаходитись максимум 30 г водяної пари, а при -30⁰С лише 0,3 г. Якщо кількість пари достигає максимуму при даної температурі, під час подальшого охолодження повітря пара перетворюється в краплинки води, тобто конденсується. Так утворюються хмари. До середини 17 ст. повітря вважалось невидимим і невагомим. В 1642 р. італійський вчений Торичеллі вперше довів, що стовп повітря висотою 10,3 м урівноважує тиск атмосфери поблизу поверхні Землі. В 1646 р. Пер'є у Франції за допомогою барометра встановив, що на верхівці гори тиск менший, ніж біля підніжжя. Тобто, тиск атмосфери з висотою зменшується. Хоча атмосфера займає велику площу до гори, основна маса повітря зосереджена в тонкому шарі. Між рівнем моря та висотою 5-6 км знаходиться половина маси атмосфери, в шарі до 16 км – 90% ,а в шарі до 30 км – 99%. Інакше кажучи, щільність повітря з висотою швидко зменшується. Тому 1 м³ повітря на рівні моря важить 1033 г, на висоті 12 км – 319 г, а на висоті 40 км – 4 г.

Нижній шар атмосфери, що прилягає до літосфери й гідросфери, називається тропосферою. Вона може простиратися від поверхні Землі до 8-17 км і її висота змінюється залежно від сезонів (влітку вище ніж взимку). Характерна особливість тропосфери – зниження температури з висотою в середньому на 6⁰С на кожен кілометр. Пояснюється таке явище тим, що для сонячних променів тропосферне повітря прозоре і охолоджується та зігрівається воно головним чином від поверхні Землі. Там де сонячної радіації більше, температура повітря вище. Тому в екваторіальній та тропічних зонах приземна температура протягом року коливається біля +26 +28⁰С, а в Арктиці вона дорівнює – 34 – 36⁰С взимку та біля 0⁰С влітку. В Антарктиді середня температура повітря взимку складає -40⁰С, а влітку не вище -15 - 20⁰С. В шарах тропосфери виникають повітряні течії, випадають опади.

Наступний шар атмосфери – стратосфера – лежить між висотами 8-17 км та 50-55 км. У стратосфері дуже мало водяної пари, температура підвищується з висотою і на відміну від тропосфери повітря тут зігрівається безпосередньо від сонячних променів. Це відносно спокійна сфера в якої гази розділені шарами, згідно їх маси. Повітря зігріте нерівномірне і тому тут спостерігається вертикальна та турбулентна течія повітря. В усьому шарі стратосфери міститься озон, який утворюється під впливом сонячної радіації. Його найбільша кількість зосереджена у 20-30 км шарі. Саме він формує сезонний режим температури й вітру в атмосфері.

Вище стратосфери знаходиться мезосфера в якої з висотою температура знижується та у верхньої межі (80 км) становить -70, -80⁰С. Таке зниження температури припиняється у верхньої границі мезосфери, а вище – знов починається підвищення.

Термосфера розташована між висотами 80 та 800 км. На висоті біля 100 км температура переходить через 0⁰С, а в шарі 150-200 км може доходити до 500⁰С, на висоті 500-600 км перевищує 1500⁰С. (Така висока температура пояснюється великими швидкостями руху молекул й атомів). Найбільш цікава особливість термосфери – іонізація і її ще називають іоносферою. Гази знаходяться в неї в атомарному стані. При збільшенні концентрації іонів гази стають електропровідними. Заряджені частинки сонячного випромінювання – корпускули – під впливом магнітного поля Землі відхиляються в бік високих широт. Після потрапляння в атмосферу корпускули підсилюють іонізацію газів настільки, що починається так зване полярне сяйво. Іоносфера впливає на розповсюдження радіохвиль.

Екзосфера – сама верхня, дуже розріджена частина атмосфери – сфера розсіювання. Температура тут, як вважається, біля 2000⁰С. З неї частинки можуть виходити в міжпланетний простір, рухаючись з величезною швидкістю і рідко стикаються між собою. Екзосфера втрачає переважно атоми найлегшого газу – водню, який переважає в її верхніх шарах. Водень що втрачається атмосферою, утворює навколо Землі корону.

Кожна сфера відокремлюється одна від одної паузами: тропопауза, стратопауза, мезопауза та термопауза.

Навколоземної простір за межами атмосфери, як показали дослідження космонавтики, заповнений зарядженими частинками і існує радіація. Ця зона шкідлива для людини. Тому під час космічних досліджень обирається орбіта космічного корабля так, щоб вона не проходила цих областей.

Щодо походження атмосфери, існують дві точки зору:

1 – атмосфера утворилася за рахунок газів, що виділялися в процесі формування Землі;

2 - атмосфера утворилася внаслідок процесів, які проходили на поверхні Землі і в її надрах.

Роль атмосфери в житті Землі:

1. приймає участь в процесах обміну СО₂, Н₂О, О₂;

2. захищає Землю від метеоритів, УФ променів, які згубні для всього живого;

3. виконує роль нагрівача Землі, затримує інфрачервоні промені (теплові промені), що відбиваються від поверхні Землі створюючи теплові умови для життя на планеті. За рахунок того, що в атмосфері знаходяться водяні пари і пил, створюється "парниковий ефект".

Зараз існує проблема захисту атмосфери від відходів промисловості. Якщо в атмосфері вуглекислого газу буде в 2 рази більше, то температура її підвищиться на 18⁰С. Льодовики розтануть, Гольфстрім змінить напрямок до Гренландії, в Європі значно похолодає, рівень океану підвищиться на 10 км. Все це вплине на наше життя.