Состав и состояние атмосферного воздуха «Я пытаюсь разучиться дышать, Чтоб тебе хоть на минуту отдать Того газа, что не умели ценить, Но ты спишь и не. - презентация

1 Состав и состояние атмосферного воздуха «Я пытаюсь разучиться дышать, Чтоб тебе хоть на минуту отдать Того газа, что не умели ценить, Но ты спишь и не знаешь, Что над нами километры воды, И что над нами бьют хвостами киты, И кислорода не хватит на двоих Я лежу в темноте. Слушая наше дыхание, Я слушаю наше дыхание Я раньше и не думал что у нас На двоих одно лишь Дыхание» Наутилус Помпилус Воздух – смесь газов, образующая земную атмосферу.

2 Закона об охране атмосферного воздуха Статья 1. Цель и сфера регулирования закона (1) Основной целью настоящего Закона является сохранение качества атмосферного воздуха в зонах с хорошими его показателями и улучшение качества атмосферного воздуха в зонах, где показатели не соответствуют требованиям, установленным настоящим Законом. (2) Настоящий Закон регулирует деятельность, которая сопровождается химическим или физическим воздействием на атмосферный воздух, разрушением озонового слоя или появлением факторов, обусловливающих климатические изменения. (3) К административному производству, предусмотренному настоящим Законом, применяются положения Закона об административном производстве (ПАЭ, 2002, 5, 354; 14, 336; 17, 375; RT I, 2003, 20, 117; 78, 527) с учетом особенностей, установленных настоящим Законом.

3 Статья 2. Атмосферный воздух Атмосферный воздух – тропосферный воздух за пределами зданий, за исключением воздуха в производственной среде. Тропосфе́ра нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 810 км, в умеренных широтах до 1012 км, на экваторе 1618 км. При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 градуса через каждые 100 м. Верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера. В тропосфере сосредоточено более 80 % всей массы атмосферного воздуха (50% до высоты 5,6 км), сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.

4 Международная стандартная атмосфера (англ. ISA) условное вертикальное распределение температуры, давления и плотности воздуха в атмосфере Земли

5 Воздух характеризуется давлением, температурой, плотностью и составом. Атмосферное давление - давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность; - создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. - измеряется барометром. - атм.давл. равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением.

6 Ртутный барометр состоит из длинной трубки, закрытой с одной стороны и загнутой книзу. Трубка или сифон наполнены ртутью. В вертикальном положении ртуть медленно идет к загнутому концу, оставляя вверху свободное пространство. Когда давление воздуха повышается, оно давит на ртуть с открытой стороны трубки, и уровень ртути повышается. Но с понижением давления воздуха ртуть откатывается назад. Обычно маленький поплавок, повторяя движения ртути, приводит в движение стрелку на циферблате, поэтому достаточно легко следить за изменениями погоды. Первый ртутный барометр сконструировал в 1643 году итальянский физик и математик Торричелли. Но сегодня наиболее распространен анероидный барометр. Его основа - круглая, герметично закрытая металлическая коробка с откачанным воздухом. К коробке прикреплена пружина, которая двигает стрелку на циферблате. Стенки коробки очень тонкие, и малейшее изменение давления воздуха передается на них и, соответственно, воздействует на пружину - и стрелка движется.

7 Температура воздуха Теплообмен осуществляется: радиационным путём (его значение минимально и может вызывать повышение температуры на величину порядка 0,5°С в день, чуть значительнее потери тепла воздухом через длинноволновое излучение) ; путём теплопроводности (имеет решающее значение для теплового режима) ; путём испарения, конденсации или кристаллизации водяного пара.

8 Тонкая плёнка воздуха, непосредственно соприкасающегося с земной поверхностью, обменивается с нею теплом вследствие молекулярной теплопроводности. Внутри атмосферы действует более эффективная передача тепла – путём турбулентной теплопроводности. Адвекция – приток воздушных масс из других частей земного шара.

9 Температура

10 Плотность воздуха Плотность воздуха масса газа атмосферы Земли на единицу объема или удельная масса воздуха при естественных условиях. Величина плотности воздуха является функцией от высоты производимых измерений, от его температуры и влажности. Обычно стандартной величиной считается значение 1,225 кг/м 3, которая соответствует плотности сухого воздуха при 15°С на уровне моря.

11 Ветер Движение воздуха относительно земной поверхности называется ветром. Ветер характеризуется вектором скорости, т.е. характеризуется скоростью и направлением. Скорость горизонтального переноса в 100 – 1000 раз превышает вертикальные скорости (квази горизонтальность); в редких условиях вертикальный перенос может достигать нескольких метров в секунду. Различают мгновенную и сглаженную скорость и направление ветра.

12

13 Ветер обладает турбулентностью. В общем потоке воздуха отдельные объёмы движутся неправильным образом, в воздухе возникают многочисленные беспорядочно движущиеся вихри и струи – элементы турбулентности. Речь идёт не об отдельных молекулах, а о крупных объёмах воздуха. Турбулентность возникает в следствие различия скоростей ветра. Разность скоростей в соседних областях называется сдвигом ветра, он особенно велик в нижних слоях атмосферы, где воздух испытывает трение о земную поверхность, а скорость ветра растёт с высотой. Поэтому в нижних слоях атмосферы турбулентность особенно высока, при том она может развиваться и в термически однородном потоке. В развитии турбулентности принимает участие так называемая архимедова или гидростатическая сила, или сила плавучести, когда более тёплые слои воздуха всплывают вверх, а более холодные опускаются вниз.

14 Всякое препятствие возмущает поле ветра, т.е. видоизменяет поток. Обтекая препятствие, ветер перед ним ослабевает, но с боковых сторон усиливается, особенно у выступов препятствий из-за сгущения линий тока. Непосредственно за препятствием скорость ветра уменьшается и образуется так называемая ветровая тень.

15

16

17

18 Микроклимат в городе Элементы городской застройки поглощая радиацию нагреваются в течение дня сильнее, чем почва и трава, и отдают тепло воздуху. В крупных городах среднегодовые температуры выше на 1°С и более. Изотермами в таком случае вырисовываются городские острова тепла. Ветер в городе преимущественно направляется вдоль улиц. Общая скорость ветра в городе ослабевает, но в узких улицах усиливается, на перекрёстках и площадях могут образовываться пылевые вихри и позёмки. В тихую погоду можно наблюдать городской бриз. Слабые ветры направлены днём от окружающей местности к центру при усилении восходящего движения воздуха над городом.

19 Статья 3. Химическое воздействие на атмосферный воздух Химическое воздействие на атмосферный воздух - изменение состава чистого атмосферного воздуха путем выброса в воздух загрязняющих веществ. давление отдельно взятого компонента газовой смеси.

20 Озон – трёхатомный кислород, поглощает ультрафиолетовую солнечную радиацию с длинами волн от 0,15 до 0,29 мкм (один мкм = одна миллионная доля м). Поглощая квант УФ радиации, часть двухатомных молекул кислорода разлагается на атомы, некоторые атомы присоединяются к сохранившимся молекулам кислорода и образуют трёхатомные молекулы озона. Одновременно происходит и обратный процесс – превращение озона в кислород. В чистой атмосфере у земной поверхности озон содержится в ничтожных количествах. С высотой его содержание возрастает. Максимальное содержание озона в полярных областях на высоте 15 – 20 км, в умеренных широтах – 20 – 25 км и в тропических и субтропических широтах – 25 – 30 км, ещё выше содержание озона убывает и сходит на нет, примерно на 70 км. Если бы можно было сосредоточить весь атмосферный озон под нормальным давлением, он образовал бы слой около 3 мм толщиной, это и есть приведённая толщина озона, которая служит мерой общего его содержания. Такое ничтожное кол-во озона имеет огромное значение. Во-первых, сильно поглощая солнечную радиацию, энергия которой составляет 3% всей солнечной энергии, озон повышает температуру воздуха на высотах 30 – 55 км (поэтому воздух в стратосфере очень тёплый). Во-вторых, целиком поглощая коротковолновую радиацию Солнца с длинами волн 0,15 – 0,29 мкм, озон защищает живые организмы на Земле от воздействия радиации. Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените).

21 Давление у поверхности в нормальных условиях 101,3 к Па или 1 атм., или 1 бар, или 760 мм рт.ст. Плотность в стандартных условиях: 1,2754 кг/м 3 Молекулярная масса M = 28,9644 г/моль Кол-во молекул в кубометре 2,69 x 1025 Средняя скорость движения некоторых молекул: – N2 450 m/s – Ar 380 m/s – H m/s

22 Аэрозоли в атмосфере Совокупность мельчайших твёрдых частиц и капель, подверженных броуновскому движению и обладающих пренебрежимо малой способностью к седиментации, называется аэрозолем (радиус менее 1 мкм, более крупные взвешенные частицы принято называть пылью).

23 Вулкан Эйяфьятлайокудль, Исландия. К твёрдым аэрозолям естественного происхождения относятся: - Вулканическая пыль и тонкий пепел;

24 - Частицы дыма, образующиеся при лесных и торфяных пожарах; Вид очагов лесного пожара в Австралии с борта Международной космической станции.

25 Частицы пыли почвенного (кремнозём, оксиды алюминия и железа, соли кальция диаметром от 0,7-2 до 20 мкм) и органического происхождения, поднятые ветром с земли; - Частицы пыли почвенного (кремнозём, оксиды алюминия и железа, соли кальция диаметром от 0,7-2 до 20 мкм) и органического происхождения, поднятые ветром с земли; Аризона, США, 2011 год.

26 -Космическая пыль, попадающая в атмосферу из межпланетного пространства, а также возникающая при сгорании метеоров в атмосфере. - Космическая пыль, попадающая в атмосферу из межпланетного пространства, а также возникающая при сгорании метеоров в атмосфере. какое-то мимимилое аниме :-)

27 К жидким аэрозолям естественного происхождения относятся капельки морской соли, попадающие в воздух при разбрызгивании морской воды во время волнения. Айвазовский. Девятый вал.

28 Источник Мощность, Мт/год Морская соль 1500 Пыление почв 750 Вулканическая деятельность 50 Лесные пожары 35 Метеориты 1

29 Кроме того в атмосферу выбрасывается пыльца и споры растений (20 – 60 мкм), а также бактерии (1 – 15 мкм).

30 Дымка, облака, туманы.

31 Очень разряженные мелкие капли и ледяные кристаллы вызывают некоторое помутнение воздуха, придают ему синеватый или сероватый цвет и образуют дымку. Более плотные скопления капель и/или кристаллов образуют облака и туманы. Капли облаков обычно очень мелкие, радиусом от 1 мкм. В каждом см 3 воздуха облака над сушей содержится от нескольких сотен до тысяч капель размером от 3-4 до мкм (на 1 м 3 приходится от долей грамма до нескольких граммов жидкой воды). С высотой содержание жидкой воды в облаках убывает. Образование облака у самой земной поверхности называют туманом. В городе углеводороды и азотистые соединения под влиянием солнечной радиации образуют дымку, называемую фотохимическим смогом.

32

33 Ионы в атмосфере

34 Часть молекул атмосферных газов и частиц аэрозолей – капель, пылинок, кристаллов – несёт электрические заряды. Заряженные частицы называются ионами. К заряженной молекуле присоединяются другие молекулы, в которых происходит путём индукции разделение зарядов. Ионы в атмосфере возникают в верхних слоях атмосферы под действием главным образом ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, а в нижних слоях атмосферы (тропосфере и стратосфере) в основном благодаря радиоактивному излучению, космическим лучам и др., вызывающим ионизацию нейтральных молекул или атомов. В результате образуются свободные электроны и положительно заряженные молекулы (атомы) положительные ионы. Свободный электрон почти мгновенно присоединяется к нейтральной молекуле (атому), образуя отрицательный ион. Эти так называемые мономолекулярные ионы существуют в обычных условиях в нижних слоях атмосферы очень короткое время, так как к ним практически мгновенно присоединяются несколько нейтральных молекул газа, образуя достаточно устойчивые комплексы молекул. Условно ионы в атмосфере разделяют на три группы, которые отличаются величиной подвижности К, т. е. средней скоростью движения в электрическом поле, напряжённость которого равна 1 В нижних слоях атмосферы наблюдаются лёгкие ионы в виде комплексов газовых молекул (до нескольких десятков), а также средние и тяжёлые ионы. Тяжёлые ионы появляются обычно при оседании лёгких ионов на очень маленьких жидких и твёрдых частичках. Средняя концентрация ионов в атмосфере устанавливается в результате уравновешивания скорости их возникновения скоростью их исчезновения вследствие рекомбинации и превращения в более тяжёлые частицы. Среднее время жизни лёгкого иона несколько десятков или даже сотен секунд, тяжёлого несколько тысяч секунд. В чистом воздухе у поверхности Земли в 1 см 3 содержится ~ лёгких ионов, причём положительно заряженных обычно на 1020% больше, чем заряженных отрицательно. С высотой концентрация и подвижность лёгких ионов в тропосфере возрастают; на высоте 10 км, например, их концентрация может превышать указанную величину приблизительно в 10 раз. От степени ионизации зависит электропроводимость атмосферы. Можно говорить, что суммарный заряд атмосферы положительный и он растёт с высотой.

35 Вопросы Каким законом регулируется охрана атмосферного воздуха в Эстонии? Какие цели и сферы регулирования этого закона? Что такое атмосферный воздух и чем он характеризуется? Опишите особенности тропосферы. Что такое тропопауза. Чем обусловлен городской микроклимат? Какие особенности ветра в городе? Какие параметры атмосферы необходимо учитывать при исследовании загрязнения воздуха и почему? В каких атмосферных слоях мы можем говорить о пользе озона и в каких о его вреде? Почему? Какие естественные аэрозоли содержатся в атмосфере? Каково их происхождение? Что такое ионы и откуда они берутся в атмосфере? Как вы себе представляете «абсолютно чистую атмосферу»? Если вовсе исключить человеческую деятельность, то можно ли будет говорить об абсолютно чистой атмосфере? Почему?