Домой

Состав приземного слоя атмосферы и почвенного воздуха




Скачать 91.64 Kb.
НазваниеСостав приземного слоя атмосферы и почвенного воздуха
Дата12.03.2013
Размер91.64 Kb.
ТипДокументы
Содержание
Значение основных газов воздуха для биосферы
Строение атмосферы
Подобные работы:

СОСТАВ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ И ПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА

Газовую оболочку земного шара, которая вращается вместе с ним, называют атмосферой. Она является средой обитания всех земных организмов (за исключением анаэробных бактерий). Сложившаяся в результате эволюции Земли атмосфера под вли­янием различных процессов, в том числе и вследствие фотосин­тетической деятельности растений, миллионы лет назад достиг­ла в основном такого же состава, как в настоящее время. Между атмосферой и биосферой установилось природно обусловленное динамическое равновесие. Поэтому человек и объекты сельско­хозяйственного производства приспособлены к данному составу воздуха, которым они дышат и который необходим для их суще­ствования.

Смесь газов, составляющих атмосферу, называют воздухом, который состоит из азота (N2), кислорода (О2), аргона (Аг), угле­кислого газа (СО2) и водяного пара (Н2О). Остальные газы со­держатся в атмосфере в ничтожных количествах и их можно не учитывать при изучении физических свойств воздуха примени­тельно к задачам агрометеорологии.

Состав сухого чистого воздуха нижних слоев атмосферы (табл. 1.1) постоянен для всей планеты. Это обусловлено непре­рывным перемешиванием воздуха в вертикальном и горизон­тальном направлениях. Только количество углекислого газа, озона и некоторых других газов несколько изменяется во време­ни и в пространстве.

Кроме того, в атмосфере всегда присутствуют взвешенные твердые и жидкие частицы как природного происхождения (час­тички почвенной пыли, морской соли, споры растений, капель­ки воды и др.), так и попавшие в атмосферу в результате хозяй­ственной деятельности человека (производственная пыль, час­тички дыма и удобрений и т. п.). Эти частички называют аэрозо­лем.

В природе воздух также содержит воду в газообразном, жид­ком и твердом состояниях. Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения воды с земной поверхности и распростра­няется в атмосфере вследствие перемешивания воздуха. Влаго-содержание атмосферы зависит от удаленности источников воды (океанов, морей, крупных внутренних водоемов), рельефа местности, особенностей атмосферной циркуляции, температу­ры воздуха, времени суток. Процентное содержание водяного пара в воздухе у земной поверхности может колебаться почти от нуля до 4 % объема.

Состав почвенного воздуха качественно практически не от­личается от состава надземного воздуха. Исключение составля­ют только болотные почвы, в которых могут содержаться метан и сероводород, т. е. газы, отсутствующие в атмосфере. Однако газы, составляющие почвенный воздух, входят в него в несколь­ко иных соотношениях, чем в надземном воздухе. Жизнедея­тельность микроорганизмов и корней, а также процессы гние­ния и разложения органических веществ уменьшают запасы кислорода в почвенном воздухе и увеличивают количество угле­кислоты. Уменьшение количества азота происходит в результате связывания его азотфиксирующими микроорганизмами и клу­беньковыми бактериями, а увеличение — вследствие распада белков и денитрификации азотсодержащих веществ под дей­ствием микроорганизмов.

Содержание N2, O2 и СО2 в почвенном воздухе непостоянно и зависит от типа почвы, ее свойств, времени года, погодных ус­ловий, внесения органических удобрений и других факторов.

Особенно большое влияние на состав почвенного воздуха оказывают влага и температура почвы. С увеличением влажнос­ти уменьшается воздухоемкость, нарушается система воздухоносных пор, т. е. ухудшаются условия газообмена. Кроме того, от содержания влаги в почве и температуры зависит интенсив­ность биологических и биохимических процессов, а следова­тельно, потребление кислорода и продуцирование углекислого газа. В результате содержание СО2 в почвенном воздухе может достигать 1,0...1,2 % (в заболоченных почвах до 6 %), О2 - опус­каться ниже 20 %, а содержание N2 может колебаться от 78 до 87%.

Между атмосферой и почвой существует непрерывный возду­хообмен — аэрация почвы, которая обусловлена в основном диф­фузией газов, а также действием ветра и колебаниями атмосфер­ного давления. Интенсивность газообмена зависит и от структу­ры почвы. При комковатой структуре аэрация происходит ин­тенсивнее, чем при пылеватой. Все агротехнические приемы, направленные на рыхление почвы, способствуют ее аэрации, что улучшает условия деятельности корневой системы растений и почвенных бактерий.

^

ЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГАЗОВ ВОЗДУХА ДЛЯ БИОСФЕРЫ



Из всех газов атмосферы наибольшее значение для биосфе­ры, и в том числе для сельского хозяйства, имеют азот, кисло­род, углекислый газ и водяной пар.

Азот — газ, преобладающий в атмосфере. Он имеет особое значение в почвенном питании растений. Свободный азот не ус­ваивается растениями, но связывается некоторыми почвенными и клубеньковыми бактериями, что обогащает почву соединения­ми азота, легкоусвояемыми растениями. К числу растений, свя­зывающих молекулярный азот при помощи клубеньковых бакте­рий, поселяющихся на их корнях, относятся бобовые культуры (горох, фасоль, клевер, люцерна и др.). За один вегетационный период они накапливают от 40...300 кг азота на 1 га. Кроме того, в почву в течение года вместе с осадками поступает около 5 кг азота на 1 га, что удовлетворяет потребности растений примерно

Основным источником азота для растений служит почва. При разложении растительных остатков органический азот перехо­дит в минеральный, сначала в аммиак, а затем в азотистую и азотную кислоту, которая в виде солей (селитры) является почти единственным продуктом азотного питания всех растений.

Для улучшения почвенного питания растений минеральные и органические соединения азота вносят в почву в виде удобре­ний.

Кислород необходим для дыхания, разложения органического вещества, гниения и горения. При взаимодействии органических веществ с кислородом (окисление) в клетках живых орга­низмов выделяется энергия, обеспечивающая жизнедеятель­ность растений и животных. Поэтому обогащение почвы кисло­родом, которое достигается при улучшении аэрации почвы, спо­собствует деятельности почвенных бактерий, росту корневой си­стемы и, следовательно, улучшению почвенного питания растений. Корнями древесных растений потребляется за сутки около 1 мг кислорода на каждый грамм растущих корней.

Особое значение в атмосфере имеет озон, т. е. трехатомный кислород О3. Он находится в слое от земной поверхности до вы­соты около 70 км. Общая масса озона в атмосфере составляет около 3,2-109 т. Максимальное количество озона (90 %) содер­жится на высотах от 10... 17 до 50 км (в зависимости от широты и времени года). Этот слой атмосферы называют озоновым слоем или озоносферой. Плотность озона очень мала: в слое 0...70 км в среднем она равна 90-10~6 г/м3. И если его привести к нормаль­ному давлению (1013 гПа) при температуре 0 °С, то получится слой толщиной всего 1...6 мм. Однако даже это малое количе­ство озона имеет очень важное значение для жизни на Земле. Озоновый слой — защитный слой. Он поглощает так называе­мую жесткую ультрафиолетовую радиацию с длинами волн 0,22...0,29 мкм (с максимумом поглощения при А. = 0,255 мкм). Благодаря этому на высотах 40...50 км температура воздуха воз­растает до значений, близких к нулю.

Жесткие ультрафиолетовые лучи обладают высокой биологи­ческой активностью: они убивают бактерии многих видов, губи­тельны для живых организмов и растений. Считают, что жизнь на Земле смогла развиваться только тогда, когда возник доста­точно мощный озоновый «щит», предохраняющий ее от губи­тельного действия ультрафиолетовой радиации Солнца. Нару­шение существующего равновесия в озоносфере влияет на рас­пределение потоков ультрафиолетовой радиации на различных высотах в атмосфере. Это, в свою очередь, может привести к из­менению температуры и общей циркуляции, оказать действие на тепловой баланс всей атмосферы, т. е. повлечь за собой опреде­ленные изменения погоды и климата.

В середине 1985 г. появились первые сообщения о снижении суммарного озона в Антарктиде. Содержание озона уменьши­лось почти на 40 % его минимального содержания в околопо­люсной зоне и примерно на 20 % его содержания в зоне 50...60° ю.ш. Такое уменьшение озона в атмосфере и послужило появле­нию так называемых озоновых дыр.

Величайшим достижением технического прогресса было от­крытие аэрозольных смесей — фреонов. Они нашли широкое при­менение в холодильной промышленности, в изготовлении меди­цинских лекарств, в производстве косметики и разных раствори­телей. Фреоны легче воздуха и безобидны в приземных слоях воздуха, но в верхних слоях под действием ультрафиолета способны распадаться и выделять новый элемент хлор, который очень ак­тивно разрушает озон. Частично озоновый слой разрушается и от промышленного загрязнения стратосферы аэрозолями и газа­ми, поглощающими солнечное излучение, в результате чего об­разуются интенсивные восходящие движения воздушных масс.

Для спасения озонового слоя планеты под эгидой ВМО разра­батываются проекты по выработке промышленного озона и дос­тавке его в стратосферу и замене фреона на другие составляющие.

Углекислый газ — тяжелый газ, скапливающийся в нижних слоях атмосферы у поверхности земли. Его значение в физиоло­гических процессах растений огромно. Он является источником воздушного питания растений: зеленые растения при помощи световой энергии создают в процессе фотосинтеза из углекисло­го газа и воды органическое вещество. Углекислый газ имеет также важное значение для теплового баланса Земли, уменьшая ее охлаждение. Он способен задерживать земное излучение (примерно 10 %) и тем самым повышать температуру у земной

поверхности.

Водяной пар — важное звено круговорота воды в природе. Он обусловливает образование облаков и выпадение осадков, влия­ет на интенсивность испарения растительного покрова, уча­ствует в создании оранжерейного эффекта.

Водяной пар влияет на прозрачность атмосферы и ее радиа­ционный режим и поглощает различные загрязняющие веще­ства. Таким образом, от влагосодержания атмосферы зависят климатические условия и водный режим Земли.

^

СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ




До начала XX в. метеорологи считали всю атмосферу более или менее однородной. В частности, они были убеждены в том, что температура воздуха в атмосфере равномерно убывает с вы­сотой. Лишь в начале XX в. было установлено, что в вертикаль­ном направлении атмосферу можно представить состоящей из нескольких концентрических слоев, отличающихся один от дру­гого по температурным и иным условиям.

В вертикальном направлении атмосферу подразделяют на пять основных слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, тер­мосферу и экзосферу, различающихся по температурным и иным характеристикам.

Экзосфера




Рис. 1.2. Строение атмосферы:

1 — уровень моря; 2 — перистые облака; 3 — кучевые облака; 4 — слоистые облака; 5 — свобод­ный аэростат; 6- стратостат; 7- радиозонд;
- Между ними находятся переходные слои, называемые пауза­ми: тропопауза, стратопауза и др.

Тропосфера — нижний слой атмосферы, простирающийся от земной поверхности до высоты 8... 10 км в полярных областях и до 15... 18 км в зоне экватора. Температура воздуха в тропосфере уменьшается в среднем на 0,5...0,6 °С на каждые 100 м, плот­ность воздуха — от -1200 до 400 г/м3.

В этом слое идет непрерывное интенсивное перемешивание воздуха как по горизонтали, так и по вертикали. В тропосфере сконцентрировано 75 % всей массы воздуха, основное количе­ство водяного пара и мельчайших частиц примесей, в результате чего здесь образуются облака, дающие осадки, возникают грозы и другие атмосферные явления. Поэтому тропосферу часто на­зывают «кухней» погоды.

Самый нижний слой тропосферы - приземный, высота кото­рого составляет несколько десятков метров, имеет особенно боль­шое значение для сельского хозяйства. В этом слое находятся по­севы и насаждения, пастбища, обитают животные. Поэтому для правильного решения многих практических задач сельскохозяй­ственного производства необходимо знать атмосферные процес­сы, происходящие именно в приземном слое тропосферы.

Стратосфера располагается над тропосферой до высоты 50... 55 км. Для этого слоя характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и постоянство температуры (—56...—60 °С) до высоты примерно 25 км. Далее температура начинает повышаться и на уровне стратопаузы достигает положительных значений. В стратосфере содержится менее 20 % воздуха атмосферы, а его плотность к стратопаузе уменьшается примерно до 8 • 10~' г/м3.

В стратосфере солнечные лучи интенсивно взаимодействуют с молекулами кислорода. В результате часть последних распада­ется и образуется озон. Область повышенной концентрации озо­на образует озоносферу.

Водяного пара в стратосфере ничтожно мало. Однако в по­лярных широтах на высотах 20...25 км наблюдают иногда очень тонкие, так называемые перламутровые, облака. Днем они не видны, а ночью кажутся светящимися, так как освещаются Солнцем, находящимся под горизонтом.

Мезосфера — слой, в котором температура с высотой вновь начинает понижаться, достигая на верхней границе — мезопаузе (80...95 км) -85 -90 °С.

Воздуха здесь содержится всего около 5 % всей массы атмос­феры, а плотность его на уровне мезопаузы составляет около 2 • 10~2 г/м3. На верхней границе мезосферы наблюдаются еще особого рода облака, также видимые только в ночное время, — серебристые.

В термосфере, которая расположена в промежутке 90...450 км, температура опять начинает повышаться. На высоте 200...250 км в годы активного Солнца она достигает 1600 °С. Следует отме­тить, что эта температура характеризует лишь кинетическую энергию движения молекул газов. Космические корабли и ис­кусственные спутники Земли, находящиеся в термосфере, не испытывают воздействия столь высокой температуры вследствие очень большой разреженности воздуха (на высоте около 500 км плотность воздуха около 2 • 10~9 г/м3).

Молекулы воздуха в термосфере электрически заряжены, и атмосфера становится электропроводной. Ионизация воздуха происходит под воздействием ультрафиолетовой и корпускуляр­ной радиации Солнца, поэтому термосферу также называют ионосферой. В термосфере происходят полярные сияния, сгорают метеориты.

Экзосфера — самый верхний слой атмосферы. Плотность воз­духа в ней настолько мала, что понятие температуры здесь теря­ет свой физический смысл. По теоретическим расчетам, темпе­ратура в этом слое превышает 9000 "С. Слой экзосферы распрос­траняется до высоты 2000...3000 км и постепенно переходит в космос.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ

Скачать 91.64 Kb.
Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты