75.Описание температурного хода в атмосфере
76.Тепловой баланс Земли через Атмосферу
Уравнение Т. б. атмосферы имеет вид: Ra + Lr + P + Fa = DW. Т. б. атмосферы слагается из её радиационного баланса Ra; прихода или расхода теплаLr при фазовых преобразованиях воды в атмосфере (г — сумма осадков); прихода или расхода тепла Р, обусловленного турбулентным теплообменом атмосферы с земной поверхностью; прихода или расхода тепла Fa, вызванного теплообменом через вертикальные стенки столба, который связан с упорядоченными движениями атмосферы и макротурбулентностью. Кроме того, в уравнение T. б. атмосферы входит член DW, равный величине изменения теплосодержания внутри столба.
Табл. 2. — Тепловой баланс атмосферы, ккал/см2 год
Широта, градусы |
|
Ra |
|
Lr |
|
P |
Fa |
|
|
|
|
|
|
|
|
70—60 северной широты 60—50 50—40 40—30 30—20 20—10 10—0 0—10 южной широты 10—20 20—30 30—40 40—50 50—60 Земля в целом |
|
—70 —60 —60 —69 —82 —83 —76 —74 —76 —74 —71 —64 —57 —72 |
|
28 43 47 46 42 70 115 90 74 51 55 61 58 60 |
|
9 13 17 23 24 15 9 8 11 15 12 9 8 12 |
33 4 —4 0 16 —2 —48 —24 —9 8 4 —6 —9 0 |
77.Изменение концентрации газа с высотой
78.Чем определяется стабильность атмосферы?
Сравним энергию гравитационного притяжения молекулы с массой /NA с ее средней кинетической энергией kT. Гравитационная энергия равна Gm/NAR , где
G – гравитационная постоянная, m – масса планеты, - молекулярная масса газа NA - число Авогадро, R - радиус планеты.
Для сравнения возьмем параметр = Gm/NAkT , равный отношению этих энергий.
Если отношение окажется малым, то газ с молекулярной массой вообще не сможет оказаться в атмосфере, — он будет очень быстро улетучиваться с планеты в космос.
Для существования стабильной, мощной атмосферы отношение = Gm/NAkT должно быть значительно больше единицы.
Величина , как нетрудно видеть, есть отношение квадратов первой космической скорости планеты к тепловой скорости молекул. Это отношение для Земли при = 1 (для атомарного водорода) равно 30.
Ускорение земного тяготения не только создает давление атмосферы у поверхности. Оно же препятствует разлету атмосферных газов в космическое пространство. Сравним скорости молекул разных газов при температуре 300К со второй космической скоростью Земли v2=(2gR )0,5 = 11,2 км/с.
Если тепловая скорость молекул газа v ~(kT/m) окажется близкой ко второй космической скорости, то этот газ в атмосфере не удержится.
Оказывается, тепловая скорость молекул водорода равна 1,1 км/с, молекул гелия — 0,8 км/с, средняя скорость молекул азота и кислорода близка к 0,3 км/с.
Скорости газов оказались меньше второй космической скорости, но на самом деле газы атмосферы все же улетучиваются в космос, только очень медленно. Происходит это потому, что в высоких слоях атмосферы температура достигает 1200 К. Это означает, что скорости молекул там в два раза больше, чем по сделанным оценкам. К тому же были оценены только средние скорости молекул.