ТЕМА 2. Атмосфера и климаты Земли

Человек может недели обходиться без пищи, несколько дней без воды, но без воздуха — лишь считанные минуты. Воздух — это смесь газов, примерно на 4/5 состоящая из азота и на 1/5 из кислорода. Оставшуюся небольшую часть образуют углекислый газ и другие газы. Из всех газов, входящих в состав воздуха, наиболее важным для большинства живых организмов является кислород.

Воздух никогда не бывает абсолютно сухим. В нем обязательно присутствует невидимый водяной пар. Еще в воздухе «плавает» бес­численное множество микроскопических твердых частиц: сажа, песок, пыль, соль от морских брызг, пыльца и споры растений, вул­канический пепел. Твердые частицы присутствуют в воздухе повсе­местно, но особенно много их в городах и над оживленными авто­трассами.

Входящие в состав воздуха газы, в том числе водяной пар, и твердые частицы удерживаются силой притяжения Земли и вра­щаются вместе с земным шаром. Воздушную пленку нашей плане­ты ученые Древней Греции назвали атмосферой (греч. «атмос» — пар и «сфера» — шар).

Человек в привычных для него условиях дышит без усилий. Аль­пинистам на вершинах - восьмитысячниках каждый вдох дается с большим трудом, а космонавты в открытом космосе и вовсе не мо­гут обходиться без кислородных баллонов. С увеличением высо­ты воздух атмосферы становится все более и более разреженным.

Различаются ли свойства воздуха в разных районах земного шара?

Свойства атмосферного воздуха изменяют­ся не только с увеличением высоты. Они также неодинаковы в разных точках зем­ного шара. Раскаленный и запыленный воздух над пустыней Сахарой сильно от­личается от морозного и сухого воздуха Ан­тарктиды. Обычно свойства воздуха зави­сят от географической широты и поверх­ности (суша или вода), над которой он долгое время находился. Большие объемы примерно одинакового по свойствам воз­духа тропосферы называются воздушны­ми массами.

Главными отличительными признака­ми воздушных масс являются температура и влажность. В зависимости от географи­ческой широты, а, следовательно, и темпе­ратуры выделяют экваториальные, тропи­ческие, умеренные и арктические (в Юж­ном полушарии — антарктические) воз­душные массы.

В самой нижней части атмосферы сосредоточен почти весь водяной пар. Здесь возникают облака, зарождаются грозы. Ближайший к земной повер­хности слой атмосферы называют тропосферой. Его толщина составляет около 15 км. Следующий слой, называемый стратосферой, простирается примерно до высоты 50—55 км. В нижней части стратосферы находится озоновый слой, который поглощает опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца, Верхние слои атмосферы служат экраном, кото­рый защищает нашу планету от вредного кос­мического излучения, космической пыли. При­летевшие к Земле космические частицы, взаимодействуя с воздухом верхних слоев атмосферы, вызывают полярные сияния. В верхних слоях атмосферы происходит сгорание метеорных тел, которые видел каждый, кто следил за «падающими звездами». Воздух в верхней части атмосферы очень разрежен и наэлектризован.

Недаром говорят, что атмосфера — голубой щит планеты. Атмосфера состав­ляет всего одну миллионную долю от массы земного тара, но ее значение огромно! Она защищает Землю от большинства метеоритов и ультрафиолетовых лучей, чрезмерного охлаждения и перегревания. Кислород, содержащийся в воздухе, обеспечивает жизнь. В нижнем слое атмосферы формируется погода. В атмосфере распространяются запахи и звуки.

В наше время хозяйственная деятельность человека приобрела огромные масштабы. Транспорт и промышленные предприятия особенно сильно загрязня­ют воздух в давно освоенных и густо заселенных районах планеты. Люди ста­раются придумать новые технологии, сокращающие вредные отходы производств. Инженеры разрабатывают все более совершенные модели автомобилей, которые

выделяют меньше ядовитых отработанных газов. В больших городах уделяют много внимания посадке деревьев, особенно вдоль магистралей.

На Земле природа пока поддерживает равно­весие (баланс): кислорода производится пример­но столько же, сколько и потребляется. Но не­которые страны потребляют больше, чем произ­водят. Например, население США составляет только 6% населения мира, но эта страна про­изводит более 20% мировых товаров и потреб­ляет более четверти всех природных ресурсов. На ее территории производится значительно меньше кислорода, чем сжигается. А Россия, наоборот, выполняет важную роль в поддержа­нии мирового экологического равновесия. Терри­тория России — самая большая в мире, около 1/6 части всей суши. У нас огромные площади лесов, и кислорода производится гораздо боль­ше, чем сжигается. Охрана атмосферы так же важна, как и охрана недр и вод.
III. Закрепление

1. Найдите на карте крупные города, в которых воздух сильно загрязнен; Нью-Йорк, Пекин, Москва, Токио.

2. Что такое атмосфера и каков ее газовый состав?

3. Каково строение атмосферы?

4. Каково значение атмосферы для жизни на планете?

5. Объясните зависимость: растения — атмосферный воздух — здоровье людей.

6. Почему необходимо охранять атмосферу?

7. Распределите газы по мере уменьшения их доли в составе атмосферного воздуха: а) углекислый газ; б) кислород; в) азот.

8. Постройте круговую диаграмму «Состав атмосферы», указав долю основ­ных газов в процентах.

9. Прочитайте раздел параграфа «Строение атмосферы» по­пробуйте поставить к тексту как можно больше вопросов. Дайте на них ответы.

10. В городах России быстро растет число автомобилей. Как это влияет на состояние воздуха? Что, на ваш взгляд, следует предпринять?
IV. Домашнее задание: § 23
Урок №18 Нагревание воздуха и его температура. Зависимость температуры от географической широты
Цели: ученики должны знать Изменение температуры и давления воздуха с высотой. Распределение тепла на поверхности Земли, средняя суточная температура. амплитуда колебаний температуры (суточная, годовая).
Ученики должны уметь: определять температуру воздуха, находить зависимость между показателями температуры и широтами земной поверхности, находить среднюю температуру, строить графики хода температур

Оборудование: термометр
(Предварительное задание: дается в начале учебного года)

1. В календаре ежедневно фиксировать показатели изменений в погоде.

В 1862 году, два англичанина, Глешер и Коксвель, решили подняться на воздушном шаре выше облаков.

Шар полетел вверх очень быстро, и, чем выше он поднимался, тем становилось холоднее. На высоте 3 км англичане достигли облаков.

Когда шар летел сквозь облака, исследователи дрожали от холода и сырости. То, что мы называем облаками, есть густой, холодный туман, в котором ничего не видно.

Кончились облака, стало светло, показалось голубое небо и солнце. Облака казались сверху белым, волнистым полем, словно его покрывал снег. Через разрывы облаков кое-где можно было видеть землю – поля, леса, города, море.

Выше облаков было еще холоднее. На высоте 5 км замерзла вода. Дышать стало трудно, в ушах шумело, сердце сильно билось. Но исследователи решили терпеть до последней возможности и не хотели опускаться. Напротив, они высыпали весь песок из корзинки, так что шар стремительно пошел вверх.

На высоте 8 км один из них почувствовал сильную слабость, он упал без памяти: воздуха стало недостаточно для дыхания.

А шар все поднимался.

Обоим смельчакам угрожала смерть. На высоте 11 км было –24 градуса мороза, а на земле в это время деревья, были покрыты зеленью и трава, пестрела цветами.

Потерявший сознание весь посинел и лежал, как мертвец. Его товарищ, едва дыша, собрал, наконец, последние силы и хотел поднять руки, чтобы взять шнурок от клапана, но они не действовали. Тогда он зубами схватил и потянул шнурок. Клапан открылся – и шар начал спускаться. Через некоторое время оба англичанина спустились на землю.

Вспомните, как был удивлен любимый детский герой Незнайка, узнав, что при подъеме на воздушном шаре становится все холоднее. Должно же быть на­оборот: ведь к Солнцу — ближе?!

1.Почему на такой большой высоте низкие температуры воздуха?

2. Почему на высоте людям, находящимся на воздушном шаре, трудно было дышать?

3. На сколько изменяется температура воздуха и давления с высотой?

Вывод: Значит не только на поверхности суши, но и в горах происходят изменения температуры. Солнечные лучи, проходя через атмосферу, почти не нагревают ее. Нагреваются лишь поверхность Земли и твердые и жидкие тела, до которых доходят солнечные лу­чи. Если бы не было атмосферы, поверхность Земли очень быстро бы отдавала тепло, полученное от Солнца. Так происходит на плане­тах, лишенных атмосферы: на сол­нечной стороне там страшная жа­ра, а на теневой — жуткий холод. А нашу Землю защищает ее воз­душная оболочка. Воздух задержи­вает часть тепла, уходящего от по­верхности Земли, и сам при этом нагревается. А если мы начнем подниматься вверх?

Чем дальше от поверхности Земли, тем меньше тепла туда до­ходит, тем тоньше становится слой атмосферы, и он задержива­ет меньше тепла. Поэтому в гор­ных районах холоднее. Правда, ле­том днем на солнце жарко, но в тени прохладно, а ночью, например, может замерзнуть вода во флягах.

Суша разогревается и остывает быстрее, чем водная поверхность.

Какую долю земного тепла задерживает воздух? Это зависит, прежде всего, от его свойств. Влажный воздух задерживает больше идущего от Земли тепла, чем сухой. Если на небе облака, то тепло еще больше задерживается, воздух ос­тывает медленно. Если небо ясное, то остывание идет быстро

Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается примерно на 6 °С на каждый километр высоты.

Все мы каждый день интересуемся температурой воздуха, потому что для людей это очень важно. Вы из своего опыта знаете, что температура воздуха ме­няется в течение суток. Почти на всем земном шаре она меняется и по мере смены времен года.

Наиболее точные сведения об изменениях температуры в течение суток получают на метеорологических станциях. Температуру воздуха определяют с помощью термометра, помещенного в метеорологическую будку (рассматриваем термометр). Через определенные промежутки времени (через 3 ч) проводят измерение температуры (в °С), а затем из собранных показателей находят среднее арифметичес­кое значение. Это и есть средняя суточная темпера­тура. Точно так же находят средние значения за ме­сяц или за год.

Кроме того, значения температур в разное время суток используют для составления графиков суточно­го хода температуры. Графики годового хода темпера­туры строят па основе среднемесячных значений.

Определим среднюю суточную температуру воздуха

Измерение температуры на метеорологических станциях производят в строго определенное время и записывают в журнал.

1. Для примера рассмотрим готовую таблицу суточного хода температур.

3 ч	6 ч	9 ч	12 ч	15 ч	18 ч	21 ч	24 ч
+9°С	+8°С	+ 12 °С	+ 14 °С	+ 17 °С	+15 °С	+ 12 °С	+6°С

2. Определим общую сумму температур. В нашем примере она равна +99°C

3. Разделим полученную сумму температур на число измерений: +99 °С :8 = +12 °С. Это средняя суточная температура воздуха.

4. Если в течение суток наблюдались как положительные, так и отрицательные температуры, следует сложить их отдельно и из большего числа вычесть меньшее. Полученную сумму температур делим на число измерений, сохраняя знак делимо­го. Рассчитайте среднесуточную температуру. У вас должно получиться -2 °С.

3 ч	6 ч	9 ч	12 ч	15 ч	18 ч	21 ч	24 ч
-7°С	-6°С	-3°С	0°С	+2°С	+3°С	-1°С	-4°С

Посмотрим ваши дневники наблюдения за погодой. Возьмем самый первый месяц, когда вы только начали вести наблюдения – сентябрь.

Выпишем все значения температур этого месяца с положительным знаком (+17⁰, +18⁰, +15⁰, +13⁰, +12⁰, +10⁰, +8⁰, +9⁰, +5⁰, +7⁰, +8⁰, +10⁰, +6⁰, +6⁰, +4⁰, +4⁰, +6⁰, +4⁰, +6⁰, +4⁰, +3⁰, 0⁰). Сложим их между собой (+175⁰).

Теперь выпишем отрицательные значения температур (-1⁰, -1⁰, -2⁰, -4⁰, -2⁰, -3⁰, -3⁰, -5⁰), сложим их между собой (-21⁰)

Теперь сложим положительные и отрицательные значения (+175⁰ + -21⁰ = +154⁰)

Разделим получившуюся цифру на количество дней измерений (154⁰ : 30 =5,1⁰)

Таким образом, мы высчитали среднюю температуру воздуха для сентября.

Для того чтобы найти среднюю температуру года необходимо сложить все среднемесячные температуры и разделить на 12 месяцев.

Например:

месяц

Я

Ф

М

А

М

И

И

А

С

О

Н

Д

t0

-15

-10

-8

0

+10

+15

+20

+15

+10

0

-5

-10

-15⁰+(-10⁰) + (-8⁰) + 0⁰ +10⁰ +15⁰ +20⁰ +15⁰+10⁰ +0⁰+ (-5⁰) + (-10⁰) = 23⁰

23⁰:12= +2⁰С - среднегодовая температура воздуха.

Используя эти статические данные, мы можем построить график, на котором наглядно видно изменение температуры в течение года:

При графическом изображении годового хода температуры воздуха по вертикали откладываем среднемесячные температуры, а по горизонтали названия месяцев. Затем, при помощи перпендикуляров находим точки и соединяем плавной линией – это и будет график изменения температуры воздуха в течение года.

На картах распределение средних температур отражают при помощи изотерм.

Обычно показывают изотермы самого теплого и самого холодного месяцев года, т. е. июля и января.

Также по дневнику наблюдения мы выяснили, что температура в течение суток ме­няется. Разность между самой высокой и самой низ­кой температурой в течение суток называют суточной амплитудой температуры.

Определяя изменение температуры, обычно отмечают ее са­мые высокие и самые низкие показатели. Разница между максимальной и минимальной сред­немесячной температурой за год называется сезонной (или годовой) амплитудой температур. (А⁰)

Амплитуду можно определять для суток (суточная амплиту­да), месяца, года. Например, если наибольшая температура за сутки равна +20 °С, а наименьшая — +8 °С, то суточная амплиту­да составит 12 °С (рис. 86).

Определите, на сколько градусов годовая амплитуда в Красноярске больше, чем в Санкт-Петербурге, если средняя температура июля в Красноярске +19°С, а января— -17°С; в Санкт-Петербурге +18 °С и -8 "С соответственно.

Самая высокая температура воздуха зафиксирована в Ливии, в районе г. Триполи (Африка): +58 °С; самая низкая — на российской станции «Восток» в Антарктиде: -89 °С (а также на северо-востоке Сиби­ри - около -71 °С).

Самые высокие и самые низкие показатели температур на климатических картах обозначаются парой цифр, стоящих друг над другом: +45⁰

- 32⁰

Самую высокую температуру отмечают цифрой красного цвета, а самую низкую – цифрой черного цвета.

Каждый день Солнце всходит, поднимается до максимальной высоты, затем снижается и, нако­нец, скрывается за горизонтом. Утром, днем и вечером солнечные лучи падают па по­верхность Земли под разными углами. Поэтому одно и то же количество тепла приходится на разную площадь поверхности. Максимальный нагрев поверхности происходит в солнечный день — когда Солнце достигает наибольшей высоты над горизон­том. Однако па нагревание возду­ха от поверхности Земли нужно время, поэтому наибольшие тем­пературы в течение суток отмеча­ются обычно через два часа пос­ле полудня.

Разница между температурами воздуха в течение суток может сильно меняться. Над океанами и морями она невелика — всего 1—2 °С. Над засушливыми степями и пустыня­ми достигает 20 °С и более. Наличие понижений в рельефе (котловины, горные долины) увеличивает величину суточных колебаний температуры, а раститель­ность (особенно лесная) и облачность уменьшают. Вспомните, что иногда в прог­нозе погоды вы слышите: «В течение дня температура воздуха существенно не изменится». Так бывает в облачные пасмурные дни, потому что облака задержи­вают излучение тепла от поверхности Земли — воздух охлаждается значительно медленнее.

Над морями и океанами разница между утренними, дневными и вечерними температурами невелика.

Вы уже знаете достаточно, чтобы самим ответить на этот вопрос.

Рассмотрим рисунок 84 на стр. 92 вашего учебника. Вспомните, как Солнце освещает нашу планету: его лучи «упираются» в эква­тор и «скользят» у полюсов. Рассуждаем последовательно.

— Чем дальше от экватора и чем ближе к полюсам, тем ниже стоит Солнце над горизонтом.

— Чем ниже стоит Солнце над горизонтом, тем меньше угол па­дения солнечных лучей на поверхность Земли.

— Чем меньше угол падения лучей, тем меньше солнечной энергии — света и тепла — приходится на единицу площади поверхности Земли.

В дни равноденствия на всей Земле день равен ночи. Поэтому количество солнечной энергии, приходящейся на единицу площади, зависит в этот день в основном от широты местности (от высоты Солнца). В другие дни играет роль и продолжительность солнечного сияния: ведь на разных широтах разная длина светового дня.

Солнце над Москвой никогда не поднимется так высоко, как над Гаваной, а над Мурманском — как над Москвой. А в Москве никогда не бывает таких длинных дней (летом) и ночей (зимой), как в Мурманске, а в Гаване — как в Москве. Это потому, что продолжительность светового дня меняется на разных широтах.

По направлению от тропиков к полярным широтам угол падения солнечных лучей уменьшается. Наиболее высока среднегодовая температура воздуха в тропических широтах (около +25 °С); к полюсам она понижается. В зависимости от количества тепла, поступающего на земную поверхность на планете выделяют жаркий, два умеренных и два холодных тепловых пояса (рисунок 85 на стр. 93)

Чем меньше угол падения солнечных - лучей, тем меньше тепла поступает на Землю

- Вспомните, почему происходит смена времен года?

В каждой точке земной поверхности температура воздуха изменяется не только в течение суток и года. Существует также постепенное понижение температуры от экватора к полюсам. Это обусловлен шарообразной формой Земли (рис. 87). На области вокруг полюсов за год приходится в 10 раз меньше тепла, чем на области близ экватора. Из-за слабого нагревания поверхности меньше нагревается и атмосфера, что ведет к понижению температуры воздуха. Средняя годовая температура близ экватора +25—26 °С. В самых же холодных местах Земли — в Антарктиде, в Гренландии, на севере Евразии она ниже -10 °С (см. рис. 85).

Вследствие этого на Земле выделяют пояса освещенности. Широты, где можно наблюдать Солнце в зените, лежат в жарком по­ясе освещенности. Он находится между Северным и Южным тропика­ми. Широты, где наблюдается полярный день и полярная ночь, назы­ваются холодными поясами. Их два: северный холодный пояс распо­ложен севернее Северного полярного круга, а южный холодный пояс соответственно лежит южнее Южного полярного круга. Пояса между тропиками и полярными кругами называются северным умеренным и южным умеренным. В них наблюдаются самые большие различия в высоте Солнца над горизонтом зимой и летом, а, следовательно, ярко выражены четыре сезона года.

Из-за неравномерного распределения поступающего от Солнца света и тепла земную поверхность раз­деляют на пять поясов освещенности (рис. 88). Границами между ними служат тропики и полярные круги.

Северный и Южный тропики— это параллели 23,5 с. ш. и 23,5° ю. ш., на каждой из которых солнечные лучи падают от­весно по одному разу в год— 22 июня и 22 декабря. Северный и Южный полярные круги — это параллели 66,5е с. ш. и 66,5° ю. ш., на которых по одному разу в год (22 декабря и 22 июня) бывает полярный день и полярная ночь.

Жаркий пояс занимает 2/5 земной поверхности. Здесь солнце всегда высоко стоит над горизонтом, а по два дня в году на каждой параллели его лучи в полдень падают на поверхность отвесно.

В умеренных поясах поверхность получает намного мень­ше тепла и света. Угол падения солнечных лучей здесь никогда не бывает отвесным. Летом он значительно больше, чем зимой, В этих поясах четко выражена смена четырех сезонов года: двух основных (зима и лето) и двух переходных (осень и весна). По сезонам года меняется продолжительность дня и ночи: летом длин нее день, зимой — ночь.

Холодные пояса отличаются наличием полярных дней и ночей. Летом во время полярного дня солнце не скрывается за горизонтом, но его лучи лишь скользят по поверхности, слабо нагревая ее. Зимней полярной ночью солнце вообще не появляется над горизонтом (см. рис. 84). Продолжительность полярных дней и ночей увеличивается от полярных кругов к полю сам. На самих полярных кругах она равна одним суткам, а на полюсах — шести месяцам.

Из-за наличия поясов освещенности на Земле от экватора по направлению к полюсам меняется не только температура воздуха, но и все природные условия.

Высота солнца над горизонтом в полдень изменяется по временам года. В умеренных широтах Северного полушария, где расположена большая часть территории России, выше всего над горизонтом оно стоит летом, а ниже всего зимой.
III. Закрепление

1. Найдите на карте города: Москва, Мурманск, Гавана. Определите их гео­графические координаты.

2. Как нагревается воздух атмосферы?

3. Как изменяется температура воздуха с высотой?

4. Как узнать суточную амплитуду температуры воздуха?

5. Почему утром и вечером холоднее, чем днем?

6. Почему в тропиках теплее, чем на полюсе?

7. При какой погоде — облачной или безоблачной — суточная амплитуда температуры бывает выше? Почему?

8. Какое из утверждений является верным:

а) температура воздуха с высо­той повышается;

б) температура воздуха с высотой понижается?

9. Температура воздуха определяется с помощью:

а) барометра;

б) термомет­ра;

в) флюгера.

10. Проанализируйте свой календарь погоды за месяц. Подберите эпиграф (высказывание, фрагмент стихотворения), характеризующий месяц. Сделайте вы­вод:

а) какие температуры преобладали в месяце;

б) выясните среднемесячную температуру месяца;

в) постройте график «Температура воздуха за месяц»;

г) за­пишите ваши собственные наблюдения или наблюдения родных, характеризую­щие ход температуры исследуемого месяца.

11. В аэропорту города Сочи температура воздуха +26 °С. Самолет поднял­ся в воздух и взял направление на Москву. Определите высоту, на которой летит самолет, если температура воздуха за его бортом -12 °С.

12. Какой месяц в году является в Москве самым теплым? А когда бывает самый длинный день в году? Сразу ли после начала со­кращения светового дня остыва­ет земля или с некоторым запоз­данием?

13. Какой месяц в году является в Москве самым холодным? А ког­да бывает самый короткий день в году? Сразу ли после начала уве­личения светового дня прогрева­ется земля или с некоторым за­позданием?

14. Как изменяется количество тепла, получаемое земной поверхностью с изменением широты?

15. Назовите пять поясов освещенности. По каким широтам проходят и; границы?

16. Где можно наблюдать полярный день и полярную ночь?

17. Почему в Санкт-Петербурге в начале лета бывают белые ночи?

IV. Домашнее задание: § 24-25, ответить на вопросы в конце параграфов.
Урок №19 Влага в атмосфере. Атмосферные осадки
Цели: Сформировать понятия «ненасыщенный» и «насыщенный» воздух, «абсолютная и относительная влажность воздуха», «атмосферные осадки».

Выявить зависимость количества водяного пара в воздухе, температуры воздуха и подстилающей поверхности; причины формирования различных видов атмосферных осадков.