Svarbiausios ţinios apie atmosferą

Atmosfera - tai dujinis Ţemės apvalkalas drauge su jame esančiais

aerozoliais bei judantis kartu su Ţeme.

Atmosfera susideda iš dujų mišinio, vadinamo oru.

Atmosferos viršutinė riba siekia 500-600 km (šiame aukštyje matomos

poliarinės pašvaistės). Atmosferos liekanos siekia 20 000 km.

Ţemės atmosferos masė 5,27×1015t

50% masės susikaupę apatiniuose 5,5 km.

95% - 20 km.

Atmosfera

1. Apsaugo visas gyvybės formas nuo kenksmingos arba mirtinos labai trumpų

bangų spinduliuotės sklindančios iš kosmoso, tame tarpe ir iš Saulės. Spinduliai,

kurie ilgis maţesnis nei 0,28 m beveik nepasiekia Ţemės paviršiaus.

2. Leidţia pasiekti Ţemės paviršių gyvybiškai svarbiai Saulės energijai. Dalis

ultravioletinės spinduliuotės, matomoji bei infraraudonoji spinduliuotė yra

būtinos visų gyvybės formų išgyvenimui.

3. Apsaugo Ţemės paviršių nuo staigaus atšalimo naktį ir įšilimo dieną.

4. Sukuria natūralų šiltnamio efektą ir todėl vidutinė paviršiaus temperatūra

nuo -18°C išauga iki +15°C.

5. Perneša milţiniškus energijos kiekius nuo ekvatoriaus polių link. Šiluma

pernešama, kartu su įšilusiomis oro masėmis ir kaip slaptoji garavimo šiluma. Taip

sumaţėja temperatūros skirtumai įvairiose platumose.

6. Perneša didelius vandens kiekius (dujiniame, skystame ar kietame

faziniame pavidale) iš vienų Ţemės rutulio vietų į kitas.

7. Yra sukaupusi milţinišką augalams ypač svarbaus azoto kiekį.

8. Yra didţiulis augalų ir gyvūnų kvėpavimui būtino deguonies ir fotosintezei

reikalingo anglies dioksido šaltinis.

9. Yra reikšminga daugelio gyvybiškai svarbių ciklų dalis.

10.Natūralūs bei antropogeninės emisijos į atmosferą produktai oksidacijos,

fotolizės ir kitų cheminių reakcijų metu yra suskaidomi ir pašalinami.

11.Apsaugo Ţemės paviršių nuo santykinai nedidelių, tačiau labai pavojingų

meteorų, kurie dėl trinties į tankiuosius atmosferos sluoksnius sudega nepasiekę

ţemės paviršiaus. Kiek stambesni meteoritai ţemės paviršių pasiekia, tačiau daug

kartų sumaţėja ne tik jų masė, bet ir greitis.

Slėgio matavimai

Evangelista Toričelis (1643)

Blaizas Paskalis (1647)

Lučianas Vidie (1840)

Robertas Fitzrojus (1860)

Vienetai Symbolis Paskalių skaičiusVidutinis atmosferos

slėgis (101325,024 Pa)

Baras bar 100 000 Pa 1,01... bar

Millibaras mbar 100 Pa 1013,25... mbar

Hektopaskalis hPa 100 Pa 1013,25... hPa

Gyvsidabrio stulpelio milimetras mm(Hg) 133,32... Pa 760 mm

Gyvsidabrio stulpelio inčas in(Hg) 3386,39... Pa 29.92... in

Kilogramas į kvadratinį centimetrą kgs/cm² 100 000 Pa 1,01... kgs/cm²

Svaras į kvadratinį inčą lbf/in2 6894,76... Pa 14,70... lbf/in2

Atmosfera atm 101325,024.. Pa 1 atm

Toras torr 133,32... Pa 760 torr

Paskalis (Pa) – slėgis veikiantis 1 m² plotą 1 N jėga

Temperatūros matavimai

Heronas Aleksandrietis (I mūsų eros amžius)

Galilėjo Galilėjus (1597)

Ferdinandas II (1641)

Skalė Žymė-

jimas

0 taškas II atraminis

taškas/

padalos vertė

0 laipsnių

atitikmuo

Celsijaus

skalėje

100 laipsnių

atitikmuo

Celsijaus

skalėje

Pastabos

D. Farenheito

1724

°F Vandens, ledo,

amonio chlorido

mišinys

Žmogaus

kūno

temperatūra

-17.8 37.8 O. Roemerio

idėja

R. Reamiuro

1731

°R Vandens

užšalimo

temperatūra

Vandens

virimo

temperatūra

0 80

A. Celsijaus

1737

°C Vandens

užšalimo

temperatūra

Vandens

virimo

temperatūra

0 100 Patobulinta

K. Linėjaus

1744

V. Kelvino

1848

K Chaotiško

molekulių

judėjimo

nutrūkimas

Padalos

vertė kaip ir

Celsijaus

skalėje

273.15 373.15

V. Rankino

1859

°R Chaotiško

molekulių

judėjimo

nutrūkimas

Padalos

vertė kaip ir

Farenheito

skalėje

491.67 671.7

Temperatūros skalės

Ţemės atmosferos kilmė

Pirmykštė atmosfera

Susidarė iš

Ţemės

formavimosi

produktų

?Susidarė iš

Ţemės

degazacijos

produktų

?Sudaryta iš H2 ir He

?Nupūtė

Saulės

vėjas

Per didelis

judėjimo greitis

Antrinė atmosfera

Pradinėje stadijoje

sudaryta daugiausia iš

H2O ir CO2

Kilmė: vulkaninė veikla,

kometų atnešamos dujos

Taip pat nemaţa:

NH3, CH4

Anaerobinių organizmų

veikla:

labai išauga N2 ir CO2

kiekis.

Vandens garai skaidosi į

vandenilį ir deguonį.

Pradeda formuotis ozono

sluoksnis

Šiuolaikinė atmosfera

Besiformuojantys

karbonatų klodai ir

fotosintezė suriša CO2.

Atsiranda laisvas ir labai

aktyvus deguonis.

Fotolizės proceso metu

daugėja azoto

Prieš šešis šimtus

milijonų metų

susiformuoja

artima dabartinei

oro sudėtis.

Vyrauja N2 ir O2

Oro sudėtis

Elementai Symbolis Procentinė dalis

Azotas N2 78.084

Deguonis O2 20.947

Argonas Ar 0.934

Anglies dioksidas CO2 0.035

Neonas Ne 0.00182

Ozonas O3 0.00080

Helis He 0.00052

Metanas CH4 0.00017

Kriptonas Kr 0.00011

Vandenilis H2 0.00005

Azoto oksidas N2O 0.00003

Ksenonas Xe 0.00001

Azotas (N2) - Danielius Rutherfordas (Anglija) (1772)

Deguonis (O2) - Antuanas Laurencas Lavuazje (Prancūzija) (1777)

Argonas (Ar) - Henris Kavendišas (Anglija) (1785)

Ozonas (O3) - Kristianas Friederikas Šionbeinas (Šveicarija) (1840)

Anglies dioksidas (CO2) - Johanas Baptista van Helmontas (Olandija) (XVII amţiaus pradţia)

Anglies dvideginio (CO2) koncentracija atmosferoje

Anglies dvideginis

Ozonas

Kristianas Friederikas Šionbeinas

1799-1868

O3

O2+hvO+O

O2+OO3

G.M.B.Dobsonas

(1889 - 1976)

Dobsono vienetas – 0.01

mm ozono sluoksnio

storis Ozono koncentracijos kaita

su aukščiu (NOAA paveikslas)

Freonas

Vidutinė ozono koncentracija Antarktidoje

(mėlyna linija rodo spalio mėnesį). Pagrindiniai ozono sluoksnio

naikintojai

Tirpikliai – 36%

Šaldikliai ir oro

kondicionieriai – 30%

Putos – 14%

Aerozoliai – 5%

Sterilizatoriai – 3%

Kitos medţiagos – 12%

Perlamutriniai debesys

Ozono skylės išplitimas 1980-2008 metų pavasariais

(rugsėjis-spalis). 2006 metais ozono skylė apėmė pačią

didţiausią teritoriją.Vidutinis bendro ozono

kiekis ozono skylės apimtoje

teritorijoje 1980-2008 metų

pavasariais (rugsėjis-spalis).

1994 metais minimalus

bendro ozono kiekis buvo

maţiausias.

Aerozoliai

Gamtiniai Gamtiniai-antropogeniniai Antropogeniniai

Vulkanų išsiverţimai

Bangavimas jūroje

Dulkių audros Kuro deginimas

ŢemdirbystėMigla

Aerozoliai skirstomi į pirminius ir antrinius

Smogas

Londonas 1952

metų smogo metu Smogas Los Andţele

Radioaktyvūs aerozoliai

Temperatūra (°C)Maksimali vandens garų masė (g)

kilograme sauso oro

50 88.12

40 49.81

30 27.69

20 14.85

10 7.76

0 3.84

Vandens garai ore

Oro drėgnumo charakteristikos

Vandens garų slėgis e (hPa) - tai vandens garų, esančių dujų mišinyje slėgis

Sočiųjų vandens garų slėgis prisotintame ore (kurio temperatūra t °C) E (hPa):

Drėgmės deficitas d (hPa) - skirtumas tarp sočiųjų vandens garų ir esamo

vandens garų slėgio:

t+242

t63,7

10×1,6=E

d = E - e

Santykinis drėgnumas f (%) - santykis tarp esamo vandens garų ir sočiųjų

vandens garų slėgio:

f = (e / E)×100

t

t

E 5,265

5,9

101,6Virš vandens Virš ledo

Rasos taškas td (°C) - temperatūra prie kurios ore esantys vandens garai taps

sočiaisiais:

Oro drėgnumo charakteristikos

Absoliutinis drėgnumas a (kg / m³ arba g / m³) - vandens garų masė tūrio vienete:

a = 0,217 e / T T - absoliuti temperatūra (K)

Lyginamasis drėgnumas s - vandens garų masės santykis su drėgno oro mase

tame pat tūryje:

s = 0,622 e / (p - 0,378 e) p – atmosferos slėgis (hPa)

Mišinio santykis r - vandens garų masės santykis su sauso oro mase esančia

šiame tūryje:

r = 0,622 e / (p - e)

e = E

Ryšys tarp tankio, slėgio ir temperatūros yra nusakomas Mendelejevo-Klapeirono arba

dujų būvio lygtimi:

p R T

p

RT - dujų molio masė; R -

universali dujų konstanta

Pritaikome sausam orui.

Universalią konstantą

keičiame specifine dujų

konstanta: R=R*/=287

J/(kmol×K)

Sauso oro būvio lygtis

Tankis = 1/v

(v – lyginamasis

dujų tūris)

pv = RT

Sauso oro tankis:

sp e

RT

( )

Vandens garų tankis:

v

v

e

R T

Oro tankis

R = Rv / 0,622 v = 0,622e / RT

+

= Drėgno oro tankis p

RT

e

p( , )1 0 378

1 0 3781

1 0 378

,

,

e

p e

p

e/p - labai maţas dydis, realiomis sąlygomis neviršijantis 0,04. Todėl galima parašyti:

Drėgno oro tankis

p

RTe

p( , )1 0 378

Dydis Tv = T (1+0,378 e / p) vadinamas virtualia temperatūra:

vRT

p=ρ

Virtuali drėgno oro temperatūra - tai temperatūra, kurią turėtų turėti sausas oras,

kad jo tankis būtų lygus drėgno oro tankiui.

Virtuali temperatūra visada truputį aukštesnė uţ tikrąją temperatūrą.

Drėgno oro tankis

p

RT

Sauso oro tankis

Tv>T

Svarbiausios į sauso oro sudėtį

įeinančios dujos

Dujų tūrio

dalis sauso oro

sudėtyje

Molekulinė

masė1 - (kg/kmol)

Molekulinė masė

ore

DEGUONIS (O2) 0,2095 32,00 6,704

AZOTAS (N2) 0,7809 28,02 21,881

ANGLIES DIOKSIDAS (CO2) 0,0003 44,01 0,0132

ARGONAS (AR) 0,00933 39,95 0,373

MOLEKULINĖ SAUSO ORO MASĖ 28.97 kg/kmol arba 0,02897 kg/mol

Sauso oro ir į jo sudėtį įeinančių dujų molekulinė masė

!!! Drėgnas oras yra lengvesnis uţ sausą!!!

Molekulinė vandens (H2O) garų masė lygi 18,01

-(p+dp) + p - g dz =0

Nusistovėjus jėgų pusiausvyrai

- dp = g dz

Hidrostatinės pusiausvyros lygtis

-dp/dz

sunkio jėga

vertikalaus barinio gradiento jėga

Hidrostatinės pusiausvyros lygtis nusako

pusiausvyros tarp dviejų jėgų: sunkio jėgos

ir vertikalaus barinio gradiento, veikiančių

oro masės vienetą vertikalėje, sąlygas

g=

= p/RT, kur R - dujų konstanta, T - vidutinė sluoksnio temperatūra.

Barometrinė formulė

Rodo slėgio kaitos vertikalėje

priklausomybę nuo oro temperatūros

- dp = g dz (pagrindinė atmosferos statikos lygtis)

dzRT

g

p

dp

2

1

2

1

z

z

p

p

dzRT

g

p

dp

)(ln 12

1

2 zzRT

g

p

p

)(

12

12 zzRT

g

epp

1. Ţinodami slėgį viename aukštyje, aukščių skirtumą ir

vidutinę sluoksnio temperatūrą galime rasti slėgį kitame

aukštyje.

Barometrinės formulės taikymas

p p ej l st

stgz

RT. .

2. Ţinant slėgį dviejuose aukščiuose ir vidutinę oro stulpo

temperatūrą galima nustatyti aukščių skirtumą. Tai

vadinama - barometrine niveliacija.

T= (tj.l+tst)/2+273°

z2-z1 = B(1+tm)lgp1/p2

tj.l = tst+0,5×10-² zst.

3. Ţinant slėgį dviejuose lygiuose ir aukščio skirtumą tarp

jų galima nustatyti vidutinę oro stulpo tarp šių lygių

temperatūrą.

,

z2 - z1 = 16000 (1 + tm)

p p

p p

1 2

1 2

,

tm - vidutinė sluoksnio oro temperatūra °C, =1/273 -

temperatūrinis oro plėtimosi koeficientas, B - 18400 m -

barometrinė konstanta.

Babine formulė

Barinis ţingsnis

Bariniu žingsniu vadiname aukštį į kurį reikia

pakilti (arba nusileisti) tam, kad slėgis pasikeistu 1

hPa.

Atmosferos slėgio kitimas su aukščiu

-dz/dp =(RT)/(gp),

dz/dp – barinis ţingsnis yra atvirkščias vertikaliam

bariniam gradientui dp/dz

Normaliomis sąlygomis (0°C; 1000 hPa) jūros

lygyje jis lygus 8 m/1 hPa.

Barinis ţingsnis šiltame ore yra didesnis

ir todėl jame reikia pakilti į didesnį aukštį,

kad slėgis nukristų 1 hPa

Maţėjant slėgiui barinis ţingsnis didėja

Didėjant aukščiui aritmetine progresija atmosferos

slėgis maţėja geometrine

Barinio ţingsnio priklausomybė nuo

temperatūros, kaip p=1000 hPa

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

°C

dz/dp

Oro temperatūros kaita vertikalia kryptimi

Faktinio temperatūros, kuriuo tai laiko momentu, pasiskirstymo su aukščiu

kreivė yra vadinama stratifikacijos kreive.

Vertikalus temperatūros gradientas = -(dT/dz),

Vidutiniškai troposferoje lygus 0,65 °C/100 m

(prieţeminiame sluoksnyje 0,5 °C/100 m)

Temperatūros kilimas su aukščiu

vadinamas INVERSIJA

Temperatūros nesikeitimas su aukščiu

vadinamas IZOTERMIJA

Stratifikacijos kreivė

Oro tankio kitimas su aukščiu

7991 metrai - vienalytės atmosferos aukštis

Tam, kad oro tankis nesikeistų su aukščiu oro temperatūra turi kas 100

metrų sumaţėti po 3,42 °C.

Vert

ikali a

tmo

sfe

ros s

an

dara

1. Pagal vertikalų

temperatūros

pasiskirstymą

3. Pagal sąveiką

su paklotiniu

paviršiumi

2. Pagal cheminę

sudėtį

Troposferos storio ir platumos ryšys

Tropopauzės aukštis

Aukštis

(km)

Vyraujančios

dujos

Sluoksnis

1000

750

500

300

180

110

85

He, H, O

He, O, H

O, He, N2

O, N2, He

O, N2, O2

N2, O, O2

N2, O2, Ar

Heterosfera

0 N2, O2, Ar Homosfera

Homosfera ir heterosfera

Magnetosfera

5 dalykai, be kurių ţinojimo ir

supratimo tolimesnės studijos

apsunks

1. Ryšys tarp oro temperatūros ir sočiųjų vandens garų slėgio

2. Oro drėgnumo charakteristikos

3. Slėgio, tankio ir temperatūros kaita su aukščiu

4. Barinis ţingsnis

5.Vertikali atmosferos sandara pagal temperatūros pasiskirstymą