Atmosfera Ziemi
Atmosfera Ziemi
Wykład 1
Wykład 1
Atmosfera Ziemi
Atmosfera Ziemi
Wykład 1
Wykład 1
Atmosfera ziemska jest fizyczną mieszaniną
Atmosfera ziemska jest fizyczną mieszaniną
gazów, która otacza kulę ziemską i przechodzi
gazów, która otacza kulę ziemską i przechodzi
dyfuzyjnie w przestrzeń kosmiczną.
dyfuzyjnie w przestrzeń kosmiczną.
Wynika z tego, że:
Wynika z tego, że:
1
1
. Składniki atmosfery - pierwiastki i związki chemiczne - nie
. Składniki atmosfery - pierwiastki i związki chemiczne - nie
wchodzą ze sobą w reakcje chemiczne w normalnych
wchodzą ze sobą w reakcje chemiczne w normalnych
warunkach, np. tlen i azot istnieją w tej mieszaninie gazowej
warunkach, np. tlen i azot istnieją w tej mieszaninie gazowej
i nie reagują ze sobą (w specjalnych warunkach, np. podczas
i nie reagują ze sobą (w specjalnych warunkach, np. podczas
wyładowań atmosferycznych, powstają jednak tlenki azotu).
wyładowań atmosferycznych, powstają jednak tlenki azotu).
2. Atmosfera ziemska nie ma określonej górnej granicy. Jej
2. Atmosfera ziemska nie ma określonej górnej granicy. Jej
gęstość, największa przy powierzchni ziemi, maleje wraz z
gęstość, największa przy powierzchni ziemi, maleje wraz z
wysokością, aż w końcu staje się nieodróżnialna od gęstości
wysokością, aż w końcu staje się nieodróżnialna od gęstości
materii międzygwiezdnej.
materii międzygwiezdnej.
Właściwości fizyczne atmosfer planet typu
Właściwości fizyczne atmosfer planet typu
ziemskiego
ziemskiego
(J.A. Wood 1983)
(J.A. Wood 1983)
Temperatura
powierzchniowa
Ciśnienie
powierzchniowe
Skala
Masa
wysokości atmosfery
(
0
C)
(hPa)
(km)
(kg m
-3
)
Planeta
Wenus
Ziemia
Mars
468
15
-63
92000
1013
6,36
15,9
8,5
11,1
65
1,22
0,02
Obecna atmosfera swym składem
Obecna atmosfera swym składem
nie przypomina składu mieszaniny
nie przypomina składu mieszaniny
gazów wulkanicznych
gazów wulkanicznych
Nazwa
gazu
Skład (%w całej objętości)
Gaz
wulkaniczny
Obecna
atmosfera
N
2
1,29
78,08
O
2
-
20,95
H
2
O
79,31
1-2
CO
2
11,61
0,03
Ar
0,04
0,93
Ewolucja atmosfery ziemskiej
Ewolucja atmosfery ziemskiej
CO
2
N
2
Większość pary wodnej skondensowała
tworząc oceany i morza
Większość CO
2
po rozpuszczeniu
w oceanach wytworzyła osady węglanowe
CaCO
3
– kalcyt i CaMg(CO
3
)
2
Azot cząsteczkowy jest obojętny chemicznie.
Cały azot uwalniany z wnętrza ziemi
zakumulował w atmosferze.
O
2
Nie powstał w wyniku działania wulkanów.
Powstał z H
2
O i CO
2
w procesie
fotechemicznym (okres „gorącej planety”
a następnie w wyniku fotosyntezy
H
2
0
Tempo zwiększania się stężenia O
2
w atmosferze ziemi
Czas
Stężenie tlenu
w % obecnego
stężenia
2 miliardy lat
temu
1
1 miliard lat
temu
5
670 milionów lat
temu
7
550 milionów lat
temu
10
400 milionów lat
temu
100
Jednostki określające stosunek zmieszania
Jednostki określające stosunek zmieszania
często używane:
bardziej poprawnie:
oznacza:
Czy możesz wyobrazić sobie jeden ppb?
ppb = części na miliard
1 Hindus na całe Indie, 1 cent na 10 mln euro, 1 sekunda na 32 lata.
ppm
µmol / mol = 10
-6
(części na milion)
(micromol / mol) 1 na 1
000 000
ppt
pmol / mol = 10
-12
(części na bilion)
(pikomol / mol)
1 na 1 000 000 000
000
ppb
nmol / mol = 10
-9
(części na miliard)
(nanomol / mol 1 na 1 000
000 000
A jeden ppt?
ppt = części na bilion
1 znaczek pocztowy na obszar wielkości Paryża ...
99,99
%
ppb
ppm
OBECNY SKŁAD ATMOSFERY ZIEMSKIEJ
OBECNY SKŁAD ATMOSFERY ZIEMSKIEJ
Składniki
główne
Składniki
drugorzędne
Domieszki
13 700 km
3
25 mm
1000 mm
40 x
Para wodna w atmosferze
Średnia roczna globalna suma opadów ??
Zawartość pary wodnej w atmosferze 10 lipca 1989
roku
Pionowy rozkład koncentracji gazów w atmosferze
Pionowy rozkład koncentracji gazów w atmosferze
Atmosfera ziemska zmienia się również obecnie …
Atmosfera ziemska zmienia się również obecnie …
Parametr
Gaz
CO
2
CH
4
CFC-
11
CFC-
12
N
2
O
Koncentracja
w okresie
przed-
przemysłowym
280
ppm
0,8
ppm
0
0
288
ppb
Koncentracja
w 1990 r
353
ppm
1,72
ppm
280
ppt
484
ppt
310
ppb
Obecne tempo
wzrostu
koncentracji
1,8
ppm
0,5%
0,015
ppm
0,9%
9,5
ppt
4%
17
ppt
4%
0,8
ppb
0,25%
Czas życia
w atmosferze
50-
200
10
65
130
150
Egzosfera
Troposfera
Stratosfer
a
Mezosfera
Termosfer
a
Egzosfera
10 km
40 km
50 km
300 km
powyżej 400 km
BUDOWA ATMOSFERY
BUDOWA ATMOSFERY
1
500
200
100
50
20
10
5
2
2000
10000
1000
Mt. Everest
Mt. Blanc
Śnieżka
100º
-50º
50º
0º
TROPOSFERA
STRATOSFERA
MEZOSFERA
TERMOSFERA
MAGNETOSFERA
5000
O
3
EGZOSFERA
JONOSFERA
D
E
F
1
F
2
1000
100
1
10
-2
10
-4
10
-6
10
-8
10
-10
hPa
10
-5
cm
10
-4
cm
1 cm
1 km
100 km
90%
99,5%
99,999%
Budowa atmosfery ziemskiej
Budowa atmosfery ziemskiej
Średnia
droga
swobodna
cząsteczki
BUDOWA ATMOSFERY
BUDOWA ATMOSFERY
1 km
10 km
100 km
1000 km
Czas
1700
1800
1900
2000
1749
Balon na ogrzane
powietrze: 1783
Balon na wodór
1804
1903
1946
1942
Satelita meteo
1960
Eksploracja atmosfery….
TROPOSFERA
TROPOSFERA
Budowa planetarnej warstwy granicznej
Budowa planetarnej warstwy granicznej
Swobodna atmosfera
Warstwa
przejściowa
Warstwa
turbulencyjna
Warstwa
laminarna
P
L
A
N
E
TA
R
N
A
W
A
R
S
T
W
A
G
R
A
N
IC
Z
N
A
TROPOSFERA
TROPOSFERA
i dolna
i dolna
STRATOSFERA
STRATOSFERA
Zmiana
Zmiana
temperatury
temperatury
wraz z wysokością
2
2
m
s
m
kg
S
g
m
P
Ciśnienie atmosferyczne na
Ciśnienie atmosferyczne na
dowolnym poziomie w
dowolnym poziomie w
atmosferze jest równe ciężarowi
atmosferze jest równe ciężarowi
słupa powietrza znajdującego się
słupa powietrza znajdującego się
ponad tym poziomem,
ponad tym poziomem,
przypadającego na jednostkę
przypadającego na jednostkę
powierzchni na wysokości h
powierzchni na wysokości h
dz
q(z)
)
(
h
z
g
P
g(z) – funkcja określająca zmianę
g(z) – funkcja określająca zmianę
przyspieszenia ziemskiego wraz ze
przyspieszenia ziemskiego wraz ze
zmianą wysokości nad poziomem
zmianą wysokości nad poziomem
morza,
morza,
q(z) – funkcja określająca zmianę
q(z) – funkcja określająca zmianę
gęstości atmosfery wraz ze zmianą
gęstości atmosfery wraz ze zmianą
wysokości nad poziom morza
wysokości nad poziom morza
Ciśnienie atmosferyczne
20
10
W
y
so
ko
ść
km
200 400 600 800 1000 hPa
Znając ciśnienie na poziomie
Znając ciśnienie na poziomie
Z
Z
1
1
i średnią temperaturę
i średnią temperaturę
warstwy powietrza zawartej
warstwy powietrza zawartej
pomiędzy poziomami Z
pomiędzy poziomami Z
1
1
i Z
i Z
2
2
można wyliczyć ciśnienie na
można wyliczyć ciśnienie na
poziomie Z
poziomie Z
2
2
ze wzoru:
ze wzoru:
Równowaga hydrostatyczna atmosfery
p
p e
g
R T
z z
m
2
1
2
1
(
)
g – przyspieszenie ziemskie
g – przyspieszenie ziemskie
R – stała gazowa
R – stała gazowa
1
0
c
m
1 m
Utajone
ciepło
parowania???:
2 450 000 J/kg
Dt = 6
o
C
Dt = 20
o
C
Energochłonność procesów ogrzewania powietrza i
Energochłonność procesów ogrzewania powietrza i
parowania
parowania
1 m
1 m
9
9
m
e
tr
ó
w
1
mm
1 m
1 litr (kilogram) wody
rozlany na powierzchni 1 m
2
hPa
°C
m
ZMIANA
ZMIANA
CIŚNIENIA I
CIŚNIENIA I
TEMPERATURY
TEMPERATURY
WRAZ ZWYSOKOŚCIĄ W ATMOSFERZE
WRAZ ZWYSOKOŚCIĄ W ATMOSFERZE
BUDOWA ATMOSFERY
BUDOWA ATMOSFERY
