Вопрос
Влияние азота
Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.
Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2 %, по массовой доле — около 2,5 % (четвёртое место после водорода, углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов
Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям — абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота.
Кислорода
Кислород — самый распространённый на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47,4 % массы твёрдой земной коры.Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.
Углекислого газа
Роль углекислого газа (CO2, двуокись или диоксид углерода) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями. Являясь парниковым газом, двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты.[2]
В связи с активным использованием человечеством ископаемых энергоносителей в качестве топлива, происходит быстрое увеличение концентрации этого газа в атмосфере. Впервые антропогенное влияние на концентрацию двуокиси углерода отмечается с середины XIX века. Начиная с этого времени, темп её роста увеличивался и в конце 2000-х происходил со скоростью 2,20±0,01 ppm/год или 1,7 % за год. Согласно отдельным исследованиям, современный уровень CO2 в атмосфере является максимальным за последние 800 тыс. лет и, возможно, за последние 20 млн лет.
Вопрос 20
Изотерма — линия, изображающая на термодинамической диаграмме один из изопроцессов — изотермический (то есть процесс, происходящий при неизменной температуре).
Изотерма — линия на географической карте, соединяющая точки с одинаковой температурой.
Термический экватор, параллель с наиболее высокой средней многолетней температурой воздуха у земной поверхности. В январе Термический экватор совпадает с географическим экватором. Смещение Термический экватор к С. от географического обусловлено большим развитием суши в тропиках Северного полушария, прогревающейся сильнее, чем океанические воды.
Изоаномалы — линии равных отклонении рассматриваемой величины от ее значений, принятых нормальными. В зависимости от природы фпз. поля могут быть изоаномалы силы тяжести, величины теплового потока и др.
Вопрос 21
В атмосфере вода находится в трех агрегатных состояниях — газообразном (водяной пар), жидком (капли дождя) и твердом (кристаллики снега и льда). По сравнению со всей массой воды на планете, в атмосфере её совсем немного — около 0,001%, но её значение огромно. Облака и водяные пары поглощают и отражают избыток солнечной радиации, а также регулируют ее поступление на Землю. Одновременно они задерживают встречное тепловое излучение, идущее от поверхности Земли в межпланетное пространство. Содержание воды в атмосфере определяет погоду и климат местности. От него зависит, какая установится температура, образуются ли облака над данной территорией, пойдёт ли из облаков дождь, выпадет ли роса.
Водяной пар поднимается в атмосферу вместе с восходящими потоками воздуха. Охлаждаясь, он конденсируется, образуются облака, и при этом выделяется огромное количество энергии, которую водяной пар возвращает атмосфере. Именно эта энергия заставляет дуть ветры, переносит сотни миллиардов тонн воды в облаках и увлажняет дождями поверхность Земли.
Количественное выражение глобальный круговорот воды находит в водном балансе Земли - соотношении между количеством воды, поступающей на земную поверхность в виде осадков, и уходящей с нее за счет испарения в определенный интервал времени. Среднегодовые количество осадков и испарение взаимно уравновешивают друг друга и составляют 1030 мм, или 525·1012 м3.
На поверхность Мирового океана выпадает 458·1012 м3 воды, что на 47·1012 м3 меньше испарившейся с него влаги. Эта разность переносится на континенты и вместе с водой, испарившейся на суше, формирует атмосферные осадки (119·1012 м3). Часть выпавшей на суше влаги снова вовлекается в испарение (72·1012м3), другая часть формирует сток (реки, ледники, подземные воды и др.), который направляется в океан, компенсируя превышение атмосферных осадков над испарением. Однако не всюду на поверхности океанов испарение превышает осадки. В умеренных и полярных областях, а также в приэкваториальной зоне осадков выпадает больше, чем испаряется.
Общую схему круговорота воды на поверхности Земли можно описать уравнениями водного баланса:
- для поверхности Мирового океана:
E0 = X0+f;
- для поверхности суши:
Ec = Xc-f,
где Е0 - испарение с поверхности океанов; Ес - испарение с поверхности суши; Х0 - атмосферные осадки над океаном; Хс - атмосферные осадки над сушей; f - сток с континентов.
Вопрос 22
Испарение и насыщение
Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхностей водоемов и почвы и вследствие транспирации (испарение растительностью). Испарение в отличие от транс-пирации называют еще физическим испарением, а испарение и транспирацию вместе – суммарным испарением.
Суть процесса испарения заключается в отрыве отдельных молекул воды от водной поверхности или от влажной почвы и переходе в воздух в качестве молекул водяного пара. В воздухе они быстро распространяются вверх и в стороны от источника испарения отчасти вследствие собст-венного движения молекул и главным образом вместе с воздухом. В первом случае процесс распространения молекул газа на возможно большее пространство называется молекулярной диффузией. К молекулярной диффузии в атмосфере присоединяется значительно более интенсивное распространение водяного пара вместе с воздухом: в горизонтальном направлении с ветром, т.е. с общим переносом воздуха, а в вертикальном направлении путем турбулентной диффузии, т.е. вместе с турбулентными вихрями, всегда возникающими в движущемся воздухе.
Но одновременно с отрывом молекул от поверхности воды или почвы происходит и обратный процесс их перехода из воздуха в воду или в почву. Когда достигается состояние подвижного равновесия – возвращение молекул становится равным их отдаче с поверхности – испарение прекращается: отрыв молекул с поверхности продолжается, но он покрывается возвращением молекул.
Такое состояние называют насыщением, водяной пар в этом состоянии – насыщающим, а воздух, содержащий насыщающий водяной пар, – насыщенным. Парциальное давление водяного пара в состоянии насыщения называют давлением насыщенного водяного пара.
Давление насыщенного водяного пара растет с температурой. Следовательно, при более высокой температуре воздух способен содержать больше водяного пара, чем при более низкой. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рис. 3.7. Например, при температуре 0оС давление насыщенного водяного пара равно 6,1 гПа, при +10°С – 12,3, при
+20°С – 23,4, при +30 °С – 42,4 гПа. Таким образом, на каждые 10° температуры давление насыщенного водяного пара и пропорциональное ему содержание насыщающего водяного пара в воздухе возрастают почти вдвое. При температуре +30°С воздух может содержать водяного пара в состоянии насыщения в 7 раз больше, чем при температуре 0°С.
Рис. 3.7. Давление насыщенного водяного пара в зависимости от температуры
(С.П. Хромов, М.А. Петросянц, 2004)
Капли жидкой воды (облаков и туманов) часто находятся в атмосфере в переохлажденном состоянии. При отрицательных температурах давление насыщенного водяного пара по отношению к ледяным кристаллам меньше, чем по отношению к переохлажденным каплям. Например при температуре –10°С над переохлажденной водой давление насыщенного водяного пара 2,85 гПа, а надо льдом 2,60 гПа. При температуре –20°С – соответственно 1,27 и 1,03 гПа. Если, например, при температуре –10°С фактическое давление водяного пара 2,7 гПа, то для переохлажденных капель такой воздух ненасыщенный и капли в нем должны испаряться; для ледяных кристаллов он уже перенасыщенный, и кристаллы должны расти. Такие условия действительно создаются в облаках и очень важны для выпадения осадков.
Различие в давлении насыщенного водяного пара над водой и льдом объясняется тем, что силы сцепления между молекулами льда больше, чем между молекулами воды. Поэтому состояние насыщения, т.е. состояние подвижного равновесия между потерей и приходом молекул, наступает для льда при меньшем содержании водяного пара в окружающем воздухе, чем для жидкой воды.
Для выпуклых поверхностей, какими являются поверхности капель, давление насыщенного водяного пара больше, чем для плоской поверхности воды. Это объясняется тем, что на выпуклой поверхности силы сцепления между молекулами меньше, чем на плоской поверхности. Для крупных капель это превышение незначительно. Но, например, для капель радиусом 10-7 см (10-3 мкм) для насыщения нужно втрое большее давление водяного пара в воздухе, чем для плоской водной поверхности. Следовательно, в воздухе, который насыщен по отношению к плоской водной поверхности, такие мелкие капли существовать не могут: для них воздух ненасыщенный, и они быстро испаряются.
Если в воде растворены соли, то давление насыщенного водяного пара для раствора солей меньше, чем для пресной воды, и тем меньше, чем больше концентрация солей. Поэтому над морской водой насыщение устанавливается при давлении пара меньшем, чем над пресной водой, примерно на 2%. Давление насыщения понижается, следовательно, и для капель, содержащих растворенный хлористый натрий и другие соли морской воды. А капли облаков действительно эти соли содержат, поскольку образуются на солевых ядрах конденсации.
Вопрос 23
Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере употребляют различные характеристики влажности воздуха. Основные характеристики влажности воздуха – упругость водяного пара и относительная влажность.
Упругость (фактическая) водяного пара (е) – давление водяного пара находящегося в атмосфере выражается в мм.рт.ст. или в миллибарах (мб). Численно почти совпадает с абсолютной влажностью (содержанием водяного пара в воздухе в г/м3), поэтому упругость часто называют абсолютной влажностью. Упругость насыщения (максимальная упругость) (Е) – предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре. Значение упругости насыщения зависит от температуры воздуха, чем выше температура, тем больше он может содержать водяного пара.
Если воздух содержит водяного пара меньше, чем нужно для насыщения его при данной температуре, можно определить, насколько воздух близок к состоянию насыщения. Для этого вычисляют относительную влажность.
При насыщении е = Е, r = 100%.
Имеются и другие важные характеристики влажности, как дефицит влажности и точка росы.
Дефицит влажности (D) – разность между упругостью насыщения и фактической упругостью:
D = E - e.
Относительная влажность (r) – отношение фактической упругости водяного пара к упругости насыщения, выраженное в процентах:
Точка росы τº – температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар мог бы насытить его. Пример, воздух при температуре 27ºС имеет е = 27,4 мб. Насытится он при температуре 20ºС, которая и будет точкой росы.
Вопрос 24
Годовой ход упругости водяного пара соответствует годовому ходу температуры. Летом упругость водяного пара больше, зимой – меньше.
Суточный и годовой ход относительной влажности почти всюду противоположен ходу температуры, т. к. максимальное влагосодержание с повышением температуры растет быстрее упругости водяного пара. Суточный максимум относительной влажности наступает перед восходом Солнца, минимум – в 15-16 часов.
В течение года максимум относительной влажности, как правило, приходится на самый холодный месяц, минимум – на самый теплый месяц. Исключение составляют регионы, в которых летом дуют влажные ветры с моря, а зимой – сухие с материка.
Про пространственное распределение не нашла
Вопрос 25
Испарение и испаряемость. Факторы испарения. Географическое распределение испарения и испаряемости.
Испарение — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий на поверхности вещества (пар). Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое). Испарение (парообразование), переход вещества из конденсированной (твердой или жидкой) фазы в газообразную (пар); фазовый переход первого рода.
Испаряемость — максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях с достаточно увлажненной подстилающей поверхности, то есть в условиях неограниченного запаса влаги. Испаряемость выражается в мм слоя испарившейся воды и сильно отличается от фактического испарения, особенно в пустыне, где испарение близко к нулю, а испаряемость — 2000 мм в год и более.
Факторы испарения
1. атмосферное давление (чем меньше, тем быстрее испаряется)
2. температура окружающей среды (чем выше, тем быстрее испаряется)
3. влажность воздуха
4. скорость движения воздуха и воды