Földtudomány

Lesson Objectives

• List the major layers of the atmosphere and their temperatures.
• beszélje meg, miért történik minden időjárás a troposzférában.
• beszélje meg, hogyan védi az ózonréteg a felületet a káros sugárzástól.,

Szókincs

• aurora
• exosphere
• inverzió
• ionoszféra
• magnetoszféra
• mezoszférán
• ózonréteg
• napszél
• sztratoszférában
• hőmérséklet-gradiens
• termoszférában
• troposzférában

Bevezető

A légkör réteges, megfelelő a légkör hőmérséklete változik a tengerszint feletti magasság. Ha megértjük, hogyan változik a hőmérséklet a magassággal, sokat tanulhatunk arról, hogyan működik a légkör., Míg az időjárás az alsó légkörben zajlik, érdekes dolgok, például a gyönyörű aurora, magasabbak a légkörben.

levegő hőmérséklete

miért emelkedik a meleg levegő (a fenti ábra)? A gázmolekulák szabadon mozoghatnak, és ha a légkörben vannak, akkor többé-kevésbé helyet foglalhatnak el.

• ha a gázmolekulák hűvösek, lassúak, és nem foglalnak el annyi helyet., Ugyanolyan számú molekulák kevesebb térben, mind a levegő sűrűsége, mind a Légnyomás magasabb.
• amikor a gázmolekulák melegek, erőteljesen mozognak, és több helyet foglalnak el. A légsűrűség és a Légnyomás alacsonyabb.

melegebb, könnyebb levegő több felhajtóerő, mint a hűvösebb levegő fölötte, így emelkedik. A hűvösebb levegő ezután leereszkedik, mert sűrűbb, mint az alatta lévő levegő. Ez a konvekció, amelyet a lemeztektonika fejezet ír le.

az a tulajdonság, amely a tengerszint feletti magassággal leginkább változik, a levegő hőmérséklete., Ellentétben a nyomás és a sűrűség változásával, amely a magassággal csökken, a levegő hőmérsékletének változása nem szabályos. A hőmérséklet távolságváltozását hőmérsékleti gradiensnek nevezik.

a légkör rétegekre oszlik annak alapján, hogy a réteg hőmérséklete hogyan változik a magassággal, a réteg hőmérsékleti gradiensével (az alábbi ábra). Az egyes rétegek hőmérsékleti gradiense eltérő. Egyes rétegekben a hőmérséklet emelkedik a magassággal, másokban csökken. Az egyes rétegek hőmérséklet-gradiensét a réteg hőforrása határozza meg (az alábbi ábra).,

a légkör legfontosabb folyamatai a legalacsonyabb két rétegben zajlanak: a troposzférában és a sztratoszférában.,

troposzféra

a troposzféra hőmérséklete a Föld felszíne közelében a legmagasabb, és a tengerszint feletti magasság csökkenésével csökken. A troposzféra hőmérsékleti gradiense átlagosan 6,5°C / 1000 m (3,6°F / 1000 láb.) magassági. Mi a hőforrás a troposzféra számára?

A Föld felszíne a troposzféra fő hőforrása, bár szinte az összes hő a napból származik. A kő, a talaj és a víz a Földön elnyeli a Nap fényét, és hő hatására visszavezeti a légkörbe., A hőmérséklet is magasabb a felszín közelében, mert a nagyobb sűrűségű gázok. A nagyobb gravitáció a hőmérséklet emelkedését okozza.

vegye figyelembe, hogy a troposzférában a melegebb levegő hűvösebb levegő alatt van. Mit gondol, mi ennek a következménye? Ez az állapot instabil. A felszín közelében lévő meleg levegő felemelkedik, a troposzférában pedig a hideg levegő magasabbra süllyed. Tehát a troposzférában a levegő sok keverést végez. Ez a keverés hatására a hőmérséklet gradiens változik az idő és a hely., A levegő felemelkedése és süllyedése a troposzférában azt jelenti, hogy a bolygó összes időjárása a troposzférában zajlik.

néha van egy hőmérséklet-inverzió, a levegő hőmérséklete a troposzférában növekszik a magassággal, a meleg levegő pedig hideg levegőn ül. Az inverziók nagyon stabilak, több napig vagy akár hetekig is eltarthatnak. Inverziók formájában:

• szárazföldön éjjel vagy télen, amikor a talaj hideg. A hideg talaj lehűti a fölötte ülő levegőt, így ez az alacsony légréteg sűrűbb, mint a fölötte lévő levegő.
• a part közelében, ahol a hideg tengervíz lehűti a levegőt., Amikor ez a sűrűbb levegő a szárazföldön mozog, a melegebb levegő alatt csúszik a föld felett.

mivel a hőmérséklet-inverziók stabilak, gyakran csapdába ejtik a szennyező anyagokat, és egészségtelen légállapotokat okoznak a városokban(az alábbi ábra).

a troposzféra tetején egy vékony réteg, amelyben a hőmérséklet nem változik a magassággal., Ez azt jelenti, hogy a troposzféra hűvösebb, sűrűbb levegője csapdába esik a sztratoszféra melegebb, kevésbé sűrű levegője alatt. A troposzféra és a sztratoszféra levegője ritkán keveredik.

sztratoszféra

a nagy vulkánkitörésből származó hamu és gáz a sztratoszférába, a troposzféra feletti rétegbe kerülhet. Egyszer a sztratoszférában, sok éven át felfüggesztve marad, mert annyira kevés keverés van a két réteg között. A pilóták szeretnek repülni a sztratoszféra alsó részén, mert kevés levegő turbulencia van.,

a sztratoszférában a hőmérséklet emelkedik a magassággal. Mi a sztratoszféra hőforrása? A sztratoszféra közvetlen hőforrása a nap. A sztratoszférában a levegő stabil, mert melegebb, kevésbé sűrű levegő ül a hűvösebb, sűrűbb levegő felett. Ennek eredményeként kevés levegő keveredik a rétegen belül.

az ózonréteg a sztratoszférában található 15-30 km (9-19 mérföld) magasság között. Az ózonréteg vastagsága évszakonként, valamint szélességi fokonként változik.,

az ózonréteg rendkívül fontos, mivel a sztratoszférában lévő ózongáz elnyeli a nap káros ultraibolya (UV) sugárzásának nagy részét. Emiatt az ózonréteg védi az életet a Földön. A nagy energiájú UV-fény behatol a sejtekbe és károsítja a DNS-t, ami sejthalálhoz vezet (amit rossz napégésnek ismerünk). A Földön élő szervezetek nem alkalmazkodnak a nehéz UV-expozícióhoz, ami megöli vagy károsítja őket. Anélkül, hogy az ózonréteg tükrözné az UVC és UVB sugárzást, a legösszetettebb élet a Földön nem maradna sokáig (az alábbi ábra).,

Mesosphere

a mezoszféra hőmérséklete a magassággal csökken. Mivel a mezoszférában kevés gázmolekulák vannak, amelyek elnyelik a nap sugárzását, a hőforrás az alábbi sztratoszféra. A mezoszféra rendkívül hideg, különösen a tetején, körülbelül -90°C (-130°F).

a mezoszféra levegője rendkívül alacsony sűrűségű: a légkör tömegének 99, 9% – a a mezoszféra alatt van., Ennek eredményeként a Légnyomás nagyon alacsony (az alábbi ábra). A mezoszférán áthaladó személy súlyos égési sérüléseket tapasztalna az ultraibolya fénytől, mivel az UV-védelmet nyújtó ózonréteg az alábbi sztratoszférában található. A légzéshez szinte nincs oxigén. Idegen még, egy védtelen utazó vére normál testhőmérsékleten forrna, mert a nyomás olyan alacsony.

Thermosphere and Beyond

a molekulák sűrűsége olyan alacsony a termoszférában, hogy egy gázmolekula körülbelül 1 km-re megy, mielőtt összeütközik egy másik molekulával. Mivel olyan kevés energia kerül átadásra, a levegő nagyon hidegnek érzi magát (a fenti ábra).

a termoszférán belül az ionoszféra., Az ionoszféra nevét a napsugárzásból kapja, amely ionizálja a gázmolekulákat, hogy pozitív töltésű iont és egy vagy több negatív töltésű elektronot hozzon létre. A felszabadult elektronok elektromos áramként mozognak az ionoszférában. A szabad ionok miatt az ionoszféra számos érdekes tulajdonsággal rendelkezik.

éjszaka a rádióhullámok visszapattannak az ionoszféráról és vissza a földre. Ez az oka annak, hogy éjszaka gyakran felvehet egy AM rádióállomást a forrásától távol.,

A Van Allen sugárzási öv a magnetoszférában a légkörön túl elhelyezkedő, erősen töltött részecskék két zónája. A részecskék napkitörésekből származnak, és a napszél hatására repülnek a földre. Miután a Föld mágneses mezője csapdába esett, követik a mező mágneses erővonalait. Ezek a vonalak az egyenlítőtől az Északi-sarkig, valamint a déli-sarkig terjednek, majd visszatérnek az egyenlítőhöz.,

amikor a hatalmas napviharok miatt a Van Allen övek túlterheltek a részecskékkel, az eredmény az ionoszféra leglátványosabb jellemzője — az éjszakai aurora (az alábbi ábra). A részecskék spirál mentén mágneses mező vonalak felé a pólusok. A töltött részecskék oxigén-és nitrogéngázmolekulákat táplálnak, amelyek hatására felgyulladnak. Minden gáz egy adott fényszínt bocsát ki.

az exoszférának, a légkör legkülső rétegének nincs valódi külső határa; a gázmolekulák végül annyira szűkösek lesznek, hogy egy bizonyos ponton nincs több. A légkörön túl a napszél. A napszél nagy sebességű részecskékből, többnyire protonokból és elektronokból áll, amelyek gyorsan kifelé haladnak a naptól.

Ez a videó nagyon alapos a légkör rétegeinek megvitatásában., Ne feledje, hogy az egyes rétegek kémiai összetétele közel azonos, kivéve a sztratoszférában található ózonréteget (8A): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

KQED: az északi fények megvilágítása

milyen lenne a Föld mágneses mezője, ha színekkel festették volna? Úgy néz ki, mint az aurora! Ez a quest videó az aurorára néz, amely a napszél, a Föld mágneses tere és a Föld légkörének nyomait mutatja be. További információ: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

lecke összefoglalása

• a légkör jellemzői magassággal változnak: a sűrűség csökken, a légnyomás csökken, a hőmérsékletváltozások változhatnak.
• a különböző hőmérsékleti gradiensek különböző rétegeket hoznak létre a légkörben.
• a legalacsonyabb réteg a troposzféra, ahol a legtöbb légköri gáz és a bolygó összes időjárása található. A troposzférát a talajból melegítik, így a hőmérséklet a magassággal csökken. Mivel a meleg levegő felemelkedik és a hűvös levegő elsüllyed, a troposzféra instabil.,
• a sztratoszférában a hőmérséklet emelkedik a magassággal. A sztratoszféra az ózonréteget tartalmazza, amely megvédi a bolygót a nap káros UV sugárzásától.

felülvizsgálati kérdések

1. részletes magyarázatot ad arra, hogy miért emelkedik a meleg levegő.
2. miért nem változik egyenletesen a levegő hőmérséklete a magassággal? Mondj példákat.
3. írja le, hogy a talaj hogyan működik a troposzféra hőforrásaként. Mi az energiaforrás, és mi történik ezzel az energiával?
4. mennyire stabil az inverzió és miért? Hogyan alakul ki egy inverziós forma?,
5. Phoenix, Arizona, egy város a délnyugati sivatagban. A nyarak rendkívül forróak. A téli napok gyakran meglehetősen melegek, de a téli éjszakák meglehetősen hidegek lehetnek. Decemberben az inverziók meglehetősen gyakoriak. Hogyan alakul ki egy inverzió ilyen körülmények között, és milyen következményei vannak ennek a burjánzó, autófüggő városnak?
6. miért nem tud a troposzféra és a sztratoszféra levegője szabadon keveredni?
7. mi a sztratoszféra hőforrása? Hogyan szívódik fel ez a hő?
8. írja le az ózonképződést és az ózonréteg elvesztését. Az egyik előfordul több, mint a másik?,
9. hogyan és hol jönnek létre a “hullócsillagok”?
10. miért forrna fel egy védtelen utazó vére a mezoszférában?

további olvasmányok/kiegészítő linkek

• NASA, The Mystery Of The Aurora: http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

• hogyan hozza létre a napenergia a légkör rétegeit?
• hogyan hozza létre a napenergia az időjárást?
• mi történne a földi élettel, ha kevesebb ózon lenne az ózonrétegben?