Практическая работа. Поглощение УФ-излучения некоторыми атмосферными газами
Ультрафиолетовое излучение является одним из экологических факторов и в определенных количествах необходим для нормального функционирования живых объектов. Высокоэнергетическая часть УФ-излучения оказывает крайне негативное действие как на живые, так и на неживые объекты. Для озона максимум поглощения (254 нм) очень близок к таковому для ДНК (260 нм). Таким образом, озон защищает ДНК (и собственно все живое) от индуцированных ультрафиолетовым излучением биохимических изменений, вызывающих мутации. В атмосфере также содержатся и другие газы способные поглощать ультрафиолет.
Цель работы: исследовать влияние некоторых атмосферных газов на спектр солнечного излучения у поверхности Земли.
Справочные материалы: спектр солнечного излучения в космосе; диапазоны поглощения УФ-излучения некоторыми атмосферными газами.
Рис. 1 Спектр солнечного излучения в космосе
Таблица 1
Поглощение УФ-излучения некоторыми атмосферными газами
| Газ | Интервал частот поглощения, 1014 Гц | Интервал длин волн, нм |
| Кислород | 12,4-17,1(очень слабое), ›17,1 (сильное) | 242-175 (очень слабое), 175 (сильное) |
| Азот | >50,0 | от 60 |
| Вода | 16,2-20,6 | 185-145 |
| Диоксид углерода | 17,6-23,9 (слабое), ›25,6 | 170-125 (слабое), от 17 |
| Озон | 10,1-14,0 | 296-214 |
| Метан | >20,8 | от 144 |
| Диоксид серы | 9,1-12,5 (слабое), ›13,8 | 330-240 (слабое) от 217 |
Ход работы
1. Отметьте на рисунке области поглощения атмосферных газов. (Некоторые из них лежат вне области частот, приведенной на рисунке). Значениями длин волн пользоваться проще, чем значениями частот, поэтому по горизонтальной оси графика отложены длины волн в линейном масштабе.
2. Прокомментируйте воздействие каждого газа, приведенного в таблице, на спектр солнечного излучения.
3. Как вы думаете, будет ли спектр солнечного излучения у поверхности Земли отличаться от его спектра в космосе.
Вопросы и задания для самостоятельной работы:
1. Как меняется спектр солнечного излучения при прохождении через атмосферу Земли? Почему происходят изменения спектра?
2. Какой газ в стратосфере поглощает 99% излучения Солнца в опасной для биосферы УФ-области?
a) О2;
b) О3;
c) СClxF4-x;
d) CО2;
e) Н2О.
3. Прокомментируйте утверждения об озоне:
a) парниковый газ;
b) сильнейший окислитель;
c) ультрафиолетовый экран планеты.
Практическая работа. Парниковый эффект. Парниковые газы.
Земля поглощает солнечное излучение (преимущественно в видимом диапазоне) и испускает тепло в инфракрасном диапазоне. Парниковые газы (атмосферные газы, состоящие из трех и более атомов) подобно стеклу в оранжерее, пропускают лучистую энергию Солнца к поверхности, но интенсивно поглощают тепло Земли, тем самым существенно увеличивая среднюю температуру атмосферы и поверхности. Это явление носит название естественного парникового эффекта. К сожалению, антропогенная деятельность приводит к увеличению концентрации парниковых газов и появлению новых, что вызывает антропогенный парниковый эффект и может повлиять на изменение климата нашей планеты в сторону потепления.
Однако, следует добавить, что увеличение концентрации аэрозолей в атмосфере и рост ее отражательной способности (альбедо) приводят к обратному эффекту – уменьшению температуры. Прогнозирование возможных климатических изменений на сегодняшний день является наиболее актуальным видом экологических исследований.
Избирательное поглощение атмосферными газами инфракрасного излучения поверхности Земли определяет наличие так называемой «атмосферной форточки» - это диапазон длин волн, которые не поглощаются и тем самым часть тепла отводится от поверхности в верхние слои атмосферы. Наличие такой зоны очень важно для температурного баланса планеты.
Цель работы: рассмотреть информацию о поглощении инфракрасного излучения атмосферными газами и оценить их вклад в парниковый эффект.
Справочные материалы: диапазоны поглощаемых частот и длин волн ИК-излучения для некоторых атмосферных газов; спектр ИК-излучения, испускаемого Землей.
Таблица 2
Поглощение ИК-излучения некоторыми атмосферными газами
Рис. 2 Спектр инфракрасного излучения, испускаемого Землей
Ход работы
Используя информацию, приведенную в таблицах 1, 2 и на рисунках 1, 2:
1. Отметьте на спектре излучения Земли области поглощения основных атмосферных газов естественного происхождения: N2, О2, Н2О и СО2. (Удобнее использовать диапазон длин волн, а не диапазон частот.).
2. Ответьте на вопрос: В каком диапазоне длин волн ИК-излучение Земли не поглощается основными компонентами атмосферы? Сравните результат с приведенным в приложении.
3. Отметьте в спектре области поглощения остальных газов из таблицы – какие газы парниковые, а какие поглощают излучение в «атмосферной форточке» - диапазоне, в котором естественные парниковые газы не поглощают? Какие из них образуются естественным путем, какие имеют антропогенное происхождение?
Вопросы и задания для самостоятельной работы:
1. Постройте спектры солнечного излучения и ИК-излучения Земли на одном графике.
2. Какие причины приводят к возникновению температурных инверсий в атмосфере?
3. Константа равновесия реакции образования оксида азота и кислорода при 800 К равна 3·10-11. Какого равновесного значения может достигнуть концентрация оксида азота в смеси, если исходная смесь воздух?
4. Количество метана, поступающего ежегодно с поверхности Земли в атмосферу, составляет 550 млн. т. среднее содержание метана в слое атмосферы, на который приходится 90% ее массы, составляет 1,7 млн-1. Определите время пребывания метана в этом слое атмосферы, если принять, что в других частях атмосферы он отсутствует.
- Какие газы, кроме углекислого вносят заметный вклад в антропогенный парниковый эффект?
- Как менялось содержание СО2 в атмосфере в различные периоды истории Земли?
- Проанализируйте положительные и отрицательные последствия изменения климата для России.
- Как повлияет существенное повышение средней глобальной температуры на очертания суши?
- Как изменяется концентрация СО2 в атмосфере в последние 200 лет?
- В восьмидесятых годах ХХ века среднегодовая концентрация углекислого газа в атмосфере, приведенная к н.у., достигла 340 млн-1. Определите значения концентраций в см-3, моль/л, мг/м3, % (об.).
- Какое количество углекислого газа образуется при окислении в организме человека 200 г глюкозы и 200 г трипальмитина?
- При полном окислении углеводов и жиров в организме образуются углекислый газ и вода. В каком объемном соотношении находится образующийся газ к израсходованному кислороду при окислении глюкозы и жира?
Рис. 1 Спектр солнечного излучения в космосе
Рис. 2 Спектр инфракрасного излучения, испускаемого Землей
