věda o Zemi

cíle lekce

• seznam hlavních vrstev atmosféry a jejich teplot.
• diskutujte o tom, proč se v troposféře odehrává veškeré počasí.
• diskutujte o tom, jak ozonová vrstva chrání povrch před škodlivým zářením.,

Slovní zásoba

• polární
• exosféra
• inverze
• ionosféry
• magnetosféry
• mezosféra
• ozonové vrstvy
• sluneční vítr
• stratosféra
• teplotní gradient
• termosféře
• troposféra

Úvod

atmosféra je vrstvený, odpovídající s tím, jak atmosféry se teplota s výškou mění. Pochopením způsobu změny teploty s nadmořskou výškou se můžeme dozvědět hodně o tom, jak atmosféra funguje., Zatímco počasí se odehrává v nižší atmosféře, zajímavé věci, jako je krásná aurora, se stávají v atmosféře vyšší.

Teplota Vzduchu

proč stoupá teplý vzduch (obrázek výše)? Molekuly plynu se mohou volně pohybovat a pokud jsou neudržované, protože jsou v atmosféře, mohou zabírat více či méně místa.

• když jsou molekuly plynu chladné, jsou pomalé a nezabírají tolik místa., Se stejným počtem molekul v menším prostoru je hustota vzduchu i tlak vzduchu vyšší.
• když jsou molekuly plynu teplé, pohybují se energicky a zabírají více místa. Hustota vzduchu a tlak vzduchu jsou nižší.

teplejší, lehčí vzduch je více vznášející než chladnější vzduch nad ním, takže stoupá. Chladnější vzduch pak klesá dolů, protože je hustší než vzduch pod ním. Jedná se o konvekci, která byla popsána v kapitole deskové tektoniky.

vlastnost, která se s nadmořskou výškou mění nejvýrazněji, je teplota vzduchu., Na rozdíl od změny tlaku a hustoty, které klesají s nadmořskou výškou, nejsou změny teploty vzduchu pravidelné. Změna teploty se vzdáleností se nazývá teplotní gradient.

atmosféra je rozdělena do vrstev na základě toho, jak se teplota v této vrstvě mění s nadmořskou výškou, teplotním gradientem vrstvy (obrázek níže). Teplotní gradient každé vrstvy je jiný. V některých vrstvách se teplota zvyšuje s nadmořskou výškou a v jiných se snižuje. Teplotní gradient v každé vrstvě je určen zdrojem tepla vrstvy (obrázek níže).,

většina důležitých procesů atmosféry probíhá v nejnižších dvou vrstvách: troposféře a stratosféře.,

troposféra

teplota troposféry je nejvyšší v blízkosti povrchu země a klesá s nadmořskou výškou. Teplotní gradient troposféry je v průměru 6,5°C na 1000 m (3,6 ° F na 1000 ft.) nadmořské výšky. Jaký je zdroj tepla pro troposféru?

zemský povrch je hlavním zdrojem tepla pro troposféru, i když téměř všechno toto teplo pochází ze slunce. Skála, půda a voda na Zemi absorbují sluneční světlo a vyzařují ho zpět do atmosféry jako teplo., Teplota je také vyšší v blízkosti povrchu kvůli větší hustotě plynů. Vyšší gravitace způsobuje zvýšení teploty.

Všimněte si, že v troposféře je teplejší vzduch pod chladnějším vzduchem. Co si myslíte, že je to důsledek? Tento stav je nestabilní. Teplý vzduch v blízkosti povrchu stoupá a chladný vzduch vyšší v troposféře klesá. Takže vzduch v troposféře dělá hodně míchání. Toto míchání způsobuje, že teplotní gradient se mění v čase a místě., Vzestup a potopení vzduchu v troposféře znamená, že veškeré počasí planety se odehrává v troposféře.

někdy dochází k teplotní inverzi, teplota vzduchu v troposféře se zvyšuje s nadmořskou výškou a teplý vzduch sedí nad studeným vzduchem. Inverze jsou velmi stabilní a mohou trvat několik dní nebo dokonce týdnů. Inverze tvoří:

• nad zemí v noci nebo v zimě, kdy je půda studená. Studená půda ochlazuje vzduch, který sedí nad ním, takže tato nízká vrstva vzduchu je hustší než vzduch nad ním.
• poblíž pobřeží, kde studená mořská voda ochlazuje vzduch nad ním., Když se tento hustší vzduch pohybuje do vnitrozemí, sklouzne pod teplejší vzduch nad zemí.

Vzhledem k tomu, teplotní inverze jsou stabilní, často past znečišťujících látek a produkují nezdravé ovzduší ve městech (viz Obrázek níže).

v horní části troposféry je tenká vrstva, ve které se teplota nemění s výškou., To znamená, že chladnější, hustší vzduch troposféry je zachycen pod teplejším, méně hustým vzduchem stratosféry. Vzduch z troposféry a stratosféry se zřídka mísí.

Stratosféra

popel a plyn z velké sopečné erupce mohou prasknout do stratosféry, vrstvy nad troposférou. Jakmile je ve stratosféře, zůstává tam po mnoho let pozastaveno, protože mezi oběma vrstvami je tak málo míchání. Piloti rádi létají v nižších částech stratosféry, protože je zde málo turbulencí vzduchu.,

ve stratosféře se teplota zvyšuje s nadmořskou výškou. Jaký je zdroj tepla pro stratosféru? Přímým zdrojem tepla pro stratosféru je Slunce. Vzduch ve stratosféře je stabilní, protože teplejší, méně hustý vzduch sedí nad chladnějším a hustším vzduchem. Výsledkem je malé míchání vzduchu uvnitř vrstvy.

ozonová vrstva se nachází ve stratosféře mezi nadmořskou výškou 15 až 30 km (9 až 19 mil). Tloušťka ozonové vrstvy se mění podle sezóny a také podle zeměpisné šířky.,

ozonová vrstva je nesmírně důležitá, protože ozonový plyn ve stratosféře absorbuje většinu slunečního škodlivého ultrafialového (UV) záření. Z tohoto důvodu ozonová vrstva chrání život na Zemi. Vysoce energetické UV světlo proniká do buněk a poškozuje DNA, což vede k buněčné smrti (což známe jako špatné spálení sluncem). Organismy na Zemi nejsou přizpůsobeny silnému UV záření, které je zabíjí nebo poškozuje. Bez ozonové vrstvy, která odráží UVC a UVB záření, by nejsložitější život na Zemi nepřežil dlouho (obrázek níže).,

mezosféra

teploty v mezosféře klesají s nadmořskou výškou. Protože v mezosféře je málo molekul plynu, které absorbují sluneční záření, zdrojem tepla je stratosféra níže. Mezosféra je extrémně chladná, zejména na jejím vrcholu, asi -90 ° C (-130 ° F).

vzduch v mezosféře má extrémně nízkou hustotu: 99,9% hmotnosti atmosféry je pod mezosférou., V důsledku toho je tlak vzduchu velmi nízký (obrázek níže). Osoba cestující mezosférou by zažila těžké popáleniny od ultrafialového světla, protože ozonová vrstva, která poskytuje ochranu proti UV záření, je ve stratosféře níže. Pro dýchání by nebyl téměř žádný kyslík. Cizinec přesto, nechráněné cestovní krev varu při normální tělesné teplotě, protože tlak je tak nízká.

Termosféře a Za

hustota molekul je v termosféře tak nízká, že jedna molekula plynu může jít asi 1 km před tím, než se srazí s jinou molekulou. Vzhledem k tomu, že se přenáší tak málo energie, vzduch se cítí velmi chladný (obrázek výše).

uvnitř termosféry je ionosféra., Ionosféra získává své jméno ze slunečního záření, které ionizuje molekuly plynu, aby vytvořilo pozitivně nabitý iont a jeden nebo více negativně nabitých elektronů. Uvolněné elektrony cestují v ionosféře jako elektrické proudy. Vzhledem k volným iontům má ionosféra mnoho zajímavých vlastností.

v noci se rádiové vlny odrazí od ionosféry a zpět na Zemi. To je důvod, proč můžete často vyzvednout rozhlasovou stanici AM daleko od jejího zdroje v noci.,

Van Allenovy radiační pásy jsou dvě zóny ve tvaru koblihy vysoce nabitých částic, které se nacházejí za atmosférou v magnetosféře. Částice pocházejí ze slunečních světlic a létají na zemi na slunečním větru. Jakmile jsou uvězněni magnetickým polem Země, sledují magnetické linie síly pole. Tyto linie sahají od nad rovníkem k severnímu pólu a také k jižnímu pólu a pak se vracejí k rovníku.,

když masivní sluneční bouře způsobí přetížení pásů Van Allen částicemi, výsledkem je nejúžasnější rys ionosféry — noční aurora (obrázek níže). Částice spirály podél magnetického pole čáry směrem k pólům. Nabité částice energizují molekuly kyslíku a dusíku, což způsobuje, že se rozsvítí. Každý plyn vydává určitou barvu světla.

Neexistuje žádný skutečný vnější hranice na exosféra, nejvzdálenější vrstva atmosféry; molekuly plynu se nakonec staly tak vzácné, že v určitém okamžiku, tam jsou ne více. Za atmosférou je sluneční vítr. Sluneční vítr je vyroben z vysokorychlostních částic, většinou protonů a elektronů, které rychle cestují ven ze slunce.

toto video je velmi důkladné v diskusi o vrstvách atmosféry., Nezapomeňte, že chemické složení každé vrstvy je téměř stejné, s výjimkou ozonové vrstvy, která se nachází ve stratosféře (8a): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

KQED: osvětlení polárních světel

jak by vypadalo magnetické pole Země, kdyby bylo namalováno barvami? Vypadalo by to jako aurora! Toto video QUEST se dívá na Auroru, která poskytuje stopy o slunečním větru, magnetickém poli Země a zemské atmosféře. Další informace naleznete na adrese: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

shrnutí lekce

• vlastnosti změny atmosféry s nadmořskou výškou: hustota klesá, tlak vzduchu klesá, změny teploty se liší.
• různé teplotní gradienty vytvářejí různé vrstvy v atmosféře.
• nejnižší vrstvou je troposféra, kde se nachází většina atmosférických plynů a veškeré počasí planety. Troposféra se zahřívá ze země, takže teplota klesá s nadmořskou výškou. Protože teplý vzduch stoupá a chladný vzduch klesá, troposféra je nestabilní.,
• ve stratosféře se teplota zvyšuje s nadmořskou výškou. Stratosféra obsahuje ozonovou vrstvu, která chrání planetu před škodlivým UV zářením slunce.

recenze otázky

1. poskytnout podrobné vysvětlení, proč teplý vzduch stoupá.
2. proč se teplota vzduchu nemění rovnoměrně s nadmořskou výškou? Uveďte příklady.
3. popsat, jak země působí jako zdroj tepla pro troposféru. Jaký je zdroj energie a co se stane s touto energií?
4. jak stabilní je inverze a proč? Jak se inverze tvoří?,
5. Phoenix, Arizona, je město v jihozápadní poušti. Léta jsou extrémně horká. Zimní dny jsou často poměrně teplé, ale zimní noci mohou být docela chladné. V prosinci jsou inverze poměrně časté. Jak se inverzní podobě za těchto podmínek a jaké jsou důsledky inverze této rozlehlé, auto-závislé města?
6. proč se vzduch z troposféry a stratosféry nemůže volně mísit?
7. jaký je zdroj tepla pro stratosféru? Jak se to teplo vstřebává?
8. popsat tvorbu a ztrátu ozonu v ozonové vrstvě. Vyskytuje se jeden více než druhý?,
9. jak a kde jsou vytvořeny „shooting stars“?
10. proč by nechráněná cestovatelská krev vařila v mezosféře?

další čtení/doplňkové odkazy

• NASA, tajemství Aurory: http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

body, které je třeba zvážit

• jak sluneční energie vytváří vrstvy atmosféry?
• jak sluneční energie vytváří počasí?
• co by se stalo s životem na zemi, kdyby v ozonové vrstvě bylo méně ozonu?