Atmosferă: Structură și compoziție și distribuția căldurii (Capitolul 16)

structura

Stratul gazos al Pământului este atmosfera sa. Studiind atmosfera Pământului, putem studia vremea și clima. Vremea se referă la condiții temporare a atmosferei (Ex: cum va fi vremea mâine? Pot să planific să fiu în aer liber în acest weekend fără să plouă?). Clima se referă la termen lung sau tendințe medii pe vreme (cum este clima în N. California? Ei bine, iarna este ploios și rece, vara este cald și uscat). Am vorbi despre ceea ce va fi vremea Sacramento într-o anumită zi. Dar, discutând despre clima pentru această parte a Californiei, s-ar observa că verile sunt calde și uscate, cu precipitații reduse, în timp ce iernile sunt de obicei reci și umede. În altă parte a țării, ploaia poate cădea în diferite perioade ale anului.

I. Ce putem măsura în atmosferă pentru a observa schimbările climatice și meteorologice?
A. Temperatura aerului - în Fahrenheit sau în grade Celsius
B. Umiditate
C. Tipul și cantitatea de tulbure
D. Tipul și cantitatea de precipitații
E. Presiunea aerului (inci de Hg sau bare)
F. Viteza și direcția vântului

II. Care este compoziția atmosferei Pământului?
A. Multe dintre cele mai frecvente gaze se găsesc în fix concentrații în atmosferă. Următoarele sunt principalele componente ale curățării, uscat atmosfera:

0,93%
Un gaz cu proprietăți similare cu heliul și neonul. Provenit din dezintegrarea radioactivă și degajare.
4. Dioxid de carbon:

III. Care este structura atmosferei Pământului? Așa cum Pământul solid poate fi identificat ca straturi distincte, atmosfera Pământului are și straturi identificabile, pe baza tendințelor de schimbare a temperaturii și a altor caracteristici. Presiunea aerului scade constant odată cu creșterea altitudinii.
A. Troposfera este cel mai jos strat al atmosferei Pământului (cel mai mic 10 km, 6-7 mile)
1. În acest strat apare toată vremea
2. Temperatura atmosferei scade odată cu altitudinea. Această rată de scădere este, de asemenea, denumită rată de scădere a mediului. Vom discuta acest fenomen mai detaliat în capitolul următor.
3. Tropospauza este granița dintre troposferă și următorul strat superior, stratosfera
B. Stratosfera este următorul strat superior după troposferă.
1. Stratosfera conține ozon benefic care absoarbe o mare parte din radiația ultravioletă a soarelui.
2. Această absorbție UV contribuie la o creștere generală a temperaturii cu altitudinea în stratosferă.
C. Următoarele straturi superioare din atmosferă sunt mezosfera și termosfera. Ca și în cazul straturilor inferioare, aceste straturi sunt definite de tendințele de temperatură.

IV. Energia electromagnetică de la Soare.
A. Energia din Soare poate fi clasificată în spectrul electromagnetic. Spectrul electromagnetic include diferite tipuri de energie conexă, inclusiv raze X, lumină vizibilă și unde radio, care diferă între ele prin lungimea de undă a energiei.

B. Radiațiile electromagnetice pot fi clasificate în trei grupe, pe baza lungimii de undă
1. Energia cu lungime de undă scurtă include formele de radiații care au lungimi de undă mai mici decât lumina vizibilă, inclusiv razele gamma, razele X și radiațiile ultraviolete. Acesta reprezintă aproximativ 7% din energia din Soare care ajunge pe Pământ.
2. Lumina vizibilă include toate diferitele culori ale energiei luminoase, de la cea mai scurtă lungime de undă (violet) la cea mai lungă (roșu). Aproximativ 48% din energia Soarelui este lumină vizibilă.
3. Energia cu lungime de undă lungă include radiații cu lungimi de undă mai mari decât lumina vizibilă, inclusiv infraroșu (pe care îl simțim ca energie termică), microunde, televizor și unde radio. 45% din radiația Soarelui se încadrează în această categorie.

V. Încălzirea Pământului.
A. Căldură și temperatură
1. Căldura este o formă de energie care se exprimă la nivel molecular prin vibrațiile moleculelor. Cu cât mai multe substanțe sunt încălzite, cu atât mai puternic vibrează moleculele. Cu cât este mai rece o substanță (cu atât este mai puțină căldură), cu atât moleculele vibrează mai puțin viguros.
2. Căldura este măsurată unități numite calorii
A. O calorie este cantitatea de căldură necesară pentru a crește un gram de apă cu 1 o C
b. Definiția nutrițională a unei calorii (cum ar fi, câte calorii are alimentele) este de 1000 de ori energia ca definiția noastră a caloriilor.
3. Temperatura este intensitatea vibrațională medie a moleculelor. (vă amintiți exemplul de încălzire a căzii cu apă și a canei cu apă prin flacără de lumânare?)
4. Astăzi temperatura se măsoară cu două scale standard, Fahrenheit și Celsius (de asemenea, centigradi)


 Congelare
Fierbere
Gama de grade
Cine o folosește?
Fahrenheit
32 o
212 о
180 o
Majoritatea publicului american
Celsius
0 o
100 o
100 o
Majoritatea restului lumii și a comunității științifice

A. Pentru referință, temperatura camerei este

23 o C. O zi foarte fierbinte ar fi 100 o + F, sau 40 o + C.
b. Mă întreb de ce naiba 32 o îngheață la scara Fahrenheit? De ce nu 0 o ca punct de îngheț? Ei bine, se dovedește că 0 o Fahrenheit a fost definit ca punctul de îngheț al apei care este complet saturată cu sare. (poate știți că atunci când aruncați sare pe trotuarele acoperite de gheață iarna, puteți face ca apa să se topească, de obicei)

B. Transferul de căldură - în procesele Pământului, de multe ori trebuie să știm cum ajunge căldura dintr-un loc în altul. Există trei tipuri de bază de transfer de căldură pe care le putem observa în procesele meteorologice/climatice:
1. Conducere - energia termică este transferată prin coliziuni de la o moleculă la alta. Căldura este exprimată la nivel molecular prin intensitatea vibrațiilor moleculare
2. Convecție - transfer de căldură prin circulație sau mișcare de masă în interiorul unei substanțe.
3. Radiații - transfer de căldură al energiei prin spațiu prin energia valurilor. Spre deosebire de alte două tipuri de transfer de căldură, radiațiile pot călători printr-un vid.

C. Albedo
1. Când ajunge la Pământ, energia Soarelui poate fi împrăștiată, reflectată sau absorbită.
2. Albedo este reflectivitatea procentuală a unei suprafețe.
A. În medie, albedo-ul Pământului este de 30%.
b. Unele suprafețe de pe Pământ au o reflectivitate mai mare, cum ar fi zăpada sau gheața.
c. Alte suprafețe de pe Pământ au o reflectivitate scăzută, cum ar fi suprafețele mai întunecate.
3. Unele gaze sunt eficiente la absorbția anumitor lungimi de undă ale spectrului electromagnetic.
A. Ozonul este eficient la absorbția lungimilor de undă critice ale radiațiilor UV (ultraviolete).
b. Vaporii de apă și CO2 sunt eficienți la absorbția unor lungimi de undă mai mari de energie, cum ar fi infraroșii. Experimentăm acest fenomen ca efect de seră.