Планетарные значения атмосферы

Книга предназначена для студентов  и аспирантов, специализирующихся по теоретической астрофизике, оптике атмосфер планет и Земли, физике моря и океана. Может быть, полезна также оптикам и спектроскопистам.

В работе в модели динамики большого испаряющегося тела при высокоскоростном входе в атмосферу планеты учитывается присоединенная масса. На больших высотах плотность среды мала по сравнению с плотностью тела, аналогично соотносятся присоединенная масса и масса тела. Однако малость величины присоединенной массы по сравнению с массой тела не означает a priori, что ей можно пренебречь при расчете силового влияния на тело. Присоединенная масса при изменении плотности является переменной, и процесс ее изменения вызывает появление реактивной силы, зависящей от быстроты изменения массы и относительной скорости частиц, изменяющих состав системы. Относительная скорость частиц, изменяющих присоединенную массу в покоящейся атмосфере, по величине равна скорости тела и противоположна ей по направлению. При таком рассмотрении на этапе возрастания скорости тела (парадокс спутника) удается избежать ошибки в оценке уноса массы тела и получить зависимости относительного уноса массы от условий входа в атмосферу, от величины пути, пройденного телом, силы притяжения и других параметров для двух моделей уноса массы.

Каким образом удается предотвратить  спускаемые космические аппараты от перегрева во время прохождения через атмосферу планеты. Какие явления объясняются конденсацией пара. С помощью какого прибора измеряют влажность воздуха.

Эти зависимости построены в  безразмерных переменных и потому применимы  для анализа входа в атмосферу любой планеты.

Но в спектрах планет есть и другие линии поглощения, которые обусловлены  поглощением атмосферами планет.

О привязке к центру масс данных измерений  автоматических станций, плавно опускающихся в атмосферах планет.

Герцберг построил абсорбционную  камеру длиной 75 футов, что дало возможность изучать спектры поглощения атмосфер планет.

Если космический корабль направлен  на одну из планет, то при вхождении  корабля в атмосферу планеты условия радиосвязи изменяются в зависимости от радиофизических свойств атмосферы планеты[20].

Монография посвящена исследованию свободного (неуправляемого) пространственного  движения твердого тела при спуске в атмосфере планеты.

Землю из мирового пространства (первичное излучение), а также образуемое ими в атмосфере планеты (вторичное излучение), в котором встречаются практически все известные элементарные частицы. По современным представлениям первичные космические лучи имеют в основном галактическое происхождение. Некоторая их часть приходит от Солнца. Предполагают, что частицы сверхвысоких энергий, возможно, зарождаются вне нашей Галактики[21].

2 ОБЩЕПЛАНЕТАРНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ  АТМОСФЕРЫ

 

2.1 Изменение состава  атмосферы (воздушной среды)

 

Атмосфера - важный элемент окружающей среды для всех биологических форм жизни на Земле. Воздух - это та среда, с которой человек сталкивается с первых минут жизни.

По отношению к человеку воздух выполняет множество разнообразных  функций: содержит необходимый для  его жизни кислород; растворяет в  себе все газообразные продукты обмена и жизнедеятельности человека, в том числе и в сфере производства; воздействует на процессы терморегуляции организма с внешней средой.

Ясная, безоблачная погода обеспечивает человеку большое количество и хорошее  качество солнечной радиации, часто определяя его поведение в эти дни. Солнечная энергия способствовала зарождению жизни на Земле, но вместе с тем она может быть и губительной для растительного и животного мира. Ультрафиолетовое излучение при длительном воздействии убивает все живое. Солнце может высушивать реки, озера и другие водоемы, превращая некогда плодородные земли в пустыню. Однако постоянная облачность, проливные дожди, снег и ветер, формирующиеся в атмосфере Земли, тоже негативно отражаются на живой природе.

Изменения состава и свойств воздушной среды часто неблагоприятно воздействуют на здоровье человека. Вспомним о разнообразных химических веществах, загрязняющих атмосферу, и о большом числе микроорганизмов, многие из которых, попадая в организм человека, вызывают инфекционные заболевания (грипп, дифтерию, скарлатину, корь и др.), передающиеся от человека к человеку по воздуху[22].

Изменение климата и прозрачности атмосферы. Атмосфера Земли - важный фактор климатообразования (под климатом, как вы знаете, принято понимать многолетний режим погоды, присущий той или иной местности в соответствии с ее географическими условиями).

Хозяйственная деятельность человека влияет на различные компоненты климата, которые, в свою очередь, в большей  или меньшей степени влияют на состояние человека и окружающей среды.

Так, полезащитное лесоразведение способствует уменьшению скорости ветра, сокращению испарения, задержанию снега, а это  увеличивает влажность нижних слоев  атмосферы и почвы. При осушении болот уменьшается влажность и повышается температура в окружающей среде. Водохранилища, наоборот, увеличивают количество воды в грунте и водяного пара в тропосфере, которые аккумулируют тепло, уменьшают годовую и суточную амплитуду температуры. Такое же влияние оказывает искусственное орошение.

В последние десятилетия серьезное  опасение вызывает проблема потепления климата, причиной которого стал так называемый парниковый эффект.

Парниковый эффект обусловлен увеличением  прозрачности атмосферы для основной части солнечной энергии и  усилением поглощения инфракрасной части теплового излучения поверхности  Земли. Тепловое излучение поглощают  не только диоксид углерода (углекислый газ), но и пары воды, метана, озона, оксидов и хлорфторуглеродов. Поэтому все эти газы называют парниковыми.

Искусственный подогрев планеты связан не только с парниковым эффектом, но и с энергией, расходуемой человеком  в различных сферах его деятельности. Теплота, выделяемая в результате его хозяйственной деятельности, составляет 0,02 % энергии, получаемой Землей от Солнца. Но она, по мнению ученых, уже вызвала повышение температуры окружающей среды в среднем на 0,1 °С. Если потребление энергии будет расти такими же темпами, как сейчас, через 60 лет температура в приземном слое атмосферы может заметно повыситься[23].

Еще один важный фактор, влияющий на процесс  изменения теплового баланса  в атмосфере, - ее загрязнение мелкодисперсной пылью, которая остается в верхних слоях, образуя пылевые облака. Эти облака образуются на высоте 10-20 км и отражают солнечный свет, что ведет к понижению температуры в нижних слоях тропосферы. В настоящее время над северной частью Атлантического океана находятся мощные облака мелкодисперсных частиц, выброшенных индустриальными странами Европы.

В качестве реальных мер по борьбе с изменением климата необходимо рассматривать в первую очередь  повышение эффективности использования  горючего, разработку и внедрение  солнечных и других бестопливных источников энергии, прекращение сведения лесов, особенно тропических, организацию и поддержку мер по расширению лесонасаждений.

Разрушение озонового экрана. Огромное значение для жизни на Земле имеет ультрафиолетовое излучение. Если бы ультрафиолетовое излучение солнечной энергии не ослаблялось атмосферой, оно было бы губительно для всего живого.

Химический состав воздуха в  местах, отдаленных от промышленных центров, более или менее постоянен. Он представляет собой механическую смесь  газов: 78,09 % азота, 20,95 % кислорода, 0,03 % диоксида углерода. Остальные газы составляют очень незначительную величину, не более 1 %, Это водород, гелий, аргон, неон.

Об озоне необходимо сказать  отдельно. Слово «озон» произошло  от греческого ozon - «пахнувший». Это газ синего цвета, сильный окислитель, при больших концентрациях разлагается со взрывом. Используют его для обеззараживания воды и воздуха.

Озоновый слой атмосферы предохраняет все живое на Земле от действия ультрафиолетового излучения Солнца.

Хозяйственная деятельность человека привела к появлению факторов, разрушающих озоновый слой Земли. В нем были обнаружены оксиды азота, источниками которых являются реактивная авиация, космические ракеты, азотистые удобрения, применяемые в сельском хозяйстве.

Большую опасность для озонового слоя (экрана) представляет поступление в атмосферу хлорсодержащих веществ. К ним относятся в первую очередь хлорфторуг-лероды, так называемые фреоны. Их применяют в холодильниках, кондиционерах, тепловых насосах как хладагенты; в производстве пористых пластмасс; для очистки компьютерных микросхем; как носители в аэрозольных баллонах и стерилизующие растворы в медицине.

Почему же фреоны опасны для окружающей среды? Дело в том, что некоторые  из них разрушают озоновый слой Земли  и приводят к образованию в атмосфере так называемых озоновых дыр. Если их количество и размеры будут увеличиваться, то это неизбежно приведет к гибели многих живых организмов.

Слова «озоновая дыра» звучат сегодня  как сигнал общепланетарной тревоги. Гипотеза о связи хлорфторуглеродов с процессом разрушения озонового экрана появилась в 1970 г. В США и некоторых других странах запретили их производство и использование, в остальных же странах выпуск продукции с содержанием фреонов продолжал расти. Осенью 1985 г. при проведении спутниковых наблюдений была обнаружена «озоновая дыра» над Южным полюсом, площадь которой равнялась примерно территории США.

В 1989 г. ученые обнаружили «озоновую  дыру» и над Арктикой. В связи  с этим была принята международная  Конвенция об охране озонового слоя Земли[24].

Кислотные осадки. Кислотными называют любые осадки (дожди, туманы, снег), кислотность  которых выше нормальной. В настоящее  время считают, что кислотные  осадки на 2/3 обусловлены выбросами  диоксида серы и на 1/3 - выбросами оксидов азота. Диоксид серы поступает в ос-1 новном (примерно 88 %) от тепловых электростанций и промышленных энергетических объектов, оставшиеся 12 % образуются при производстве серной кислоты, переработке сульфидных руд. Оксиды азота поступают в атмосферу от ТЭС и промышленных энергетических объектов (51 %) и с выхлопными газами автомобилей (44 %); на остальные источники приходится всего около 5 %.

Попадая в атмосферу, эти газы взаимодействуют  с влагой, образуя кислоты. Особенно опасны выбросы диокси-I да серы, который растворяется в каплях атмосферной влаги, образуя раствор серной кислоты.

Дальность переноса диоксида серы обычно 300- 400 км. Но ее обнаруживают и в осадках, выпадающих даже на удалении 1000-1500 км от источников выброса.

Кислотные осадки стали серьезной угрозой для существования лесов. В Германии под угрозой гибели находится не менее 20 % лесов. В России площадь существенного закисления от дождей и снега достигла 46 млн. га. Кислотные осадки увеличивают кислотность почв, вредно влияют на состояние озер, рек и других водоемов. Они служат причиной гибели лесов, в первую очередь елово-пихтовых и дубовых, и разрушения плодородного слоя почвы.

Очень опасным становится подкисление  океанических мелководий, ведущее к  невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных. Это грозит разрывом пищевых цепей и нарушением экологического равновесия в Мировом океане[25].

Ученые подсчитали, что сокращение кислотных осадков на 50 % позволило бы приостановить дальнейшее подкисление окружающей среды. Поскольку большую Часть кислых газов выбрасывают в атмосферу энергетические установки, необходимо сосредоточить внимание на экономии энергии, переходе с угля на другие виды топлива, содержащие меньше серы, на разработке и внедрении эффективных систем очистки газовых выбросов.

Выбросы вредных веществ. Широкое развитие химической промышленности, увеличение объемов авиационных и автомобильных перевозок, выбросов в атмосферу неочищенных газов тепловыми электростанциями, металлургическими предприятиями, небрежное обращение с огнем в лесах, приводящее к возникновению лесных пожаров, наносят непоправимый урон среде обитания человека.

Газо- и парообразные выбросы чаще всего образуются в процессе горения.

Основные компоненты выбросов на сегодня  - твердые взвешенные частицы, диоксид серы, оксид углерода, оксид азота и углеводороды. На них приходится около 98 % всех выбросов в атмосферу. Ниже приведены процентные показатели поступления в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников(см. Табл. 1)[32, С. 67].

Таблица 1.

Процентные показатели поступления в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников

В последние годы в крупных городах  России серьезными источниками загрязнения  атмосферы стали автомобильный транспорт, химические, нефтеперерабатывающие и металлургические предприятия. Для улучшения экологической обстановки в таких городах целесообразно вывести некоторые вредные производства за их границы, установить на предприятиях оборудование по очистке выбросов, а автомобили обеспечить эффективными нейтрализаторами отработанных А газов. Очень важно расширять экологическое образование и просвещение населения, так как примеров экологической безграмотности очень много[26]. Приведем только один.

Вокруг московской кольцевой дороги горожане разбили свои огороды, где  выращивают различные овощи, фрукты, ягоды. Известно, что в течение  одного часа в любом месте этой дороги проходит более 2000 автомашин. Выхлопы  автомобилей осаждаются на расстоянии 800-900 м с одной и с другой стороны дороги. Исследования показывают, что на земле и в растительности на этом расстоянии содержание вредных для здоровья человека веществ превышает все гигиенические нормы. Можно ли употреблять такую растительность в пищу? Конечно, нельзя. Однако садоводческая деятельность в этих местах не уменьшается, а напротив, увеличивается. Люди по незнанию сами сокращают себе жизнь и наносят ущерб здоровью.