Атмосфера. Атмосфера неден тұрады?

Сабақтың мақсаты: атмосфера құрылымының ерекшеліктерін және оның Жер бетіндегі тіршілікке әсерін анықтау.
Мақсатқа жету үшін мыналарды білу қажет:
​● Ауаның газ құрамы қандай?
​● Жердің атмосферасы қандай қабаттарға бөлінеді?
​● Атмосфераның Жер бетіндегі тіршілікке әсері қандай?
​● Атмосфераны қалай және не үшін зерттейді?

Атмосфераның газ құрамы және оның мәні

-1-

Атмосфера – Жер ғаламшарын қоршап тұрған ауа қабықшасы. Атмосфераның ішкі қабаты гидросфераны және ішінара жер қыртысын жабады. Сыртқы қабаты ғарыш кеңістігінің Жер төңірегіндегі бөлігімен шектеседі. Азот – 78%, оттегі – 21%, инертті газдар (аргон) – 0,94%, көмірқышқыл газы – 0,03% – атмосфера ауасының негізгі т. б. газдары, сондай-ақ ауа құрамына су булары мен қоспалар (тозаң, мұз кристалдары, теңіз тұздары) – 0,03% кіреді (66-сурет). Жер ғаламшары өзара байланысқан қабықшалардан тұрады, олардың өзара әрекеттесуін атмосфера ауасының құрамы арқылы көрсетуге болады. Азот – атмосфераның негізгі газы және оттегі бөлетін өсімдіктердің тіршілігін қолдау үшін қажет.

-2-

Оттегі – таралуы жағынан атмосферадағы екінші газ, биосфера үдерістерінде маңызды рөл атқарады. Оттегі тірі организмдер тарапынан тыныс алу үшін пайдаланылады, органикалық зат (ақуыз, майлар, көмірсулар) құрамына кіреді. Жану және қышқылдану үдерістерін демейді. Ал оттегіден түзілетін газ – озон Күннің тіршілікті жоятын ультракүлгін сәулелерін тежейді. Сондықтан атмосфера – Жер ғаламшарының қорғаушы қабықшасы. Келесі орында инертті газ келеді, алайда ғаламшар тіршілігінде оның маңызды биологиялық мәні жоқ.

-3-

 Атмосферада көмірқышқыл газының рөлі маңызды, ол – фотосинтез барысында органикалық зат жасауға арналған негізгі құрылыс материалы. Көмірқышқыл газ күн энергиясын өткізетін және жылулық сәулеленуді тежейтін бірегей қабілетке ие. Осылайша Жерді салқындаудан қорғап, оның ерекше жылу «жамылғысы» болады. Атмосфералық ауа – маңызды табиғи ресурстардың бірі, онсыз Жер бетіндегі тіршілік еш мүмкін болмас еді. Атмосфера газдарының ықпалымен литосферада мүжілу орын алады. Ғарыштағы метеориттердің басым бөлігі Жер бетіне жетпестен атмосфераның жоғарғы қабаттарында жанып кетеді.

66-сурет. Атмосфераның газ құрамы

Өз ойыңмен бөліс!

Ғаламшарымызда атмосферасыз тіршілік неліктен болмас еді? Кем дегенде 5 дәйек келтіріңдер. Атмосфера ауасының табиғи және жасанды тектес кездейсоқ құрамдас бөліктерін атаңдар.

Термосфера

Атмосфераның құрылымы

67-сурет. Атмосфераның құрылымы

Ауа температурасы, қысымы және құрамына қарай Жер атмосферасы тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера және экзосфера қабаттарына бөлінеді. Көрші қабықшалар арасындағы атмосфераның аралық аймақтарын тропоүзіліс, стратоүзіліс және мезоүзіліс деп атайды (67-сурет). Атмосфера қабаттары бірбірінен температура және басқа да шарттарымен ерекшеленеді.

Тропосфера

Тропосфера деп аталатын атмосфераның төменгі бөлігі – қасиеттері мен құбылыстары жағынан ең алуан түрлі қабат. Тропосфера полюстердің үстінде 8–9 км, қоңыржай ендіктерде 10–12 км, экваторда 16–18 км биіктікке дейін созылып жатыр. Тропосферадағы ауа температурасы қатты өзгереді. Экватор маңындағы жер бетінде орташа жылдық ауа температурасы +26° С-ты құрайды, ал солтүстік полюсте –23°С-қа тең. Осы қабатта жоғары температура төмендейді және көтерілген әрбір шақырым сайын орташа есеппен 6°Сқа төмендейді.

 
​Сондықтан атмосфераның бұл қабаты адам мен тірі организмдердің тіршілігі үшін – басты сфера. Атмосферадағы су буының 90%-ы тропосферада сақталған, сондықтан бұлттар мен жауын-шашындар осында пайда болады. Атмосфералық құбылыстар (найзағай, боран, дауыл), ауаның көлбеу және тік алмасуы, атмосфералық қысымның өзгеруі осы тропосферада туындайды. Тропосфераның сипатталған барлық ерекшеліктері жер бетіндегі ауа райы мен климаттың қалыптасуына үлкен әсер етеді. Тропосфераны «ауа райының асүйі» деп атайды. Тропосфера мен стратосфера аралығындағы өтпелі қабатты (қалыңдығы 1–2 км) тропоүзіліс деп атайды.

 
​Одан жоғарыда 50–55 км биіктікке дейін стратосфера орналасқан. Стратосферада ауаның 20%-ы бар, ауа сұйылтылған, су буы жоқ дерлік. Сондықтан бұлттар мен жауын-шашындар пайда болмайды. Температурадағы үлкен айырмашылық та стратосфераның ерекшелігіне жатады, стратосфераның төменгі бөлігінде температура –45°С-тан 75°С-қа дейін, ал биіктеген сайын, ауа температурасы +10 °С-қа дейін көтеріледі. Бұл 20 шақырымнан 30 шақырымға дейінгі биіктікте Күннің ультракүлгін сәулелерін жұтатын озонның (озон қабаты) шоғырлануымен байланысты.

Мезосфера

Мезосфера, термосфера және экзосфера аз мөлшердегі ауадан тұратын атмосфераның жоғарғы қабаттарын құрайды. Стратосфераның үстінде шамамен 50–80 км биіктікте мезосфера қабаты созылып жатыр. Ауа тығыздығы Жер бетіндегіге қарағанда 200 есе аз, ал аспанның түсі қара болып көрінеді және күні бойы жұлдыздар байқалады. Мезосферада ауа температурасы –75°С-тан –90°С-қа дейін төмендейді (атмосферадағы ең төмен температура). Температураның жылдам төмендеуіне байланысты турбуленттілік қатты дамыған және мұзды кристалдардан тұратын күміс түстес бұлттар пайда болады.

Термосфера

Термосфера 80 және 800 км биіктіктер арасында орналасқан. 100 км биіктікте температура шамамен 0°-қа тең, 150–200 км қабатта 500°-қа дейін жетеді, ал 500–600 км биіктікте 1500°-тан асады. Жоғарғы термосферада температура 2000°-қа дейін жетеді.
​Мезосфера мен термосферада 50 шақырымнан 1000 шақырымға дейінгі биіктікте ғарыш сәулелерінің ықпалынан газ молекулалары жеке зарядталған бөлшектерге (иондар) ыдырайды. 

Ионосфера мен экзосфера

Сондықтан аргон, азот және оттегінің зарядталған атомдары мен молекулаларынан тұратын өте сұйытылған ауасы бар осы қабатты ионосфера деп атаған. Олардың жарқырауы нәтижесінде Поляр шұғыласы пайда болады. 800–1000 шақырымнан жоғары атмосфера қабаттары экзосфера немесе шашырау сферасы деп аталады. Өйткені мұнда газ бөлшектері үлкен жылдамдықпен қозғалады және ғарыш кеңістігіне шашырай алады.

Шығармашылық жұмыс

Параграф мәтінін пайдаланып, атмосфераның сандық және сапалық параметрлерін, оның құрамы мен құрылымының ерекшеліктерін, сондай-ақ ондағы үдерістерді бейнелейтін өздеріңнің айрықша «Атмосфераның құрылымы» постерін құрастырыңдар. 

Қазіргі замандағы атмосфераны зерттеу жұмыстары

68-сурет. Алғашқы метеорологиялық аспаптар
69-сурет. Атмосфераны бақылауды ұйымдастыру​

-1-

Адамзат ауа мұхитына ежелден-ақ қызығушылық танытқан. Атмосфераның алғашқы зерттеулеріне жеке бақылауды жатқызуға болады. Олар арқылы адамдар ауа райы өзгеруінің «хабаршыларын» құрастырған. Мысалы: жазғы түнде мол шық түссе немесе таңертең күн шыққаннан кейін жоғалатын қалың тұман тұрса, ауа райы ашық болады. Кейінірек адамдар термометр, барометр, флюгер секілді алғашқы метеорологиялық аспаптарды ойлап тапты. Артынан адамдар мәліметтерді жинап талдауды және ауа райы болжамын жасауды үйренді. Қазіргі таңда Жердің ауа қабықшасын зерттеу – Дүниежүзілік метеорология ұйымы (ДМҰ) жетекшілігімен жүзеге асырылады. Оған Ұлыбритания, Қытай, Ресей, АҚШ, Франция секілді елдер кіреді. Дүниежүзі бойынша атмосфера жағдайын бақылау мақсатында әртүрлі заманауи метеорологиялық аспаптармен жабдықталған жерүсті метеорологиялық стансылар желісі (1000-нан астам метеорология стансысы) құрылған.

Жердің климаты алуан түрлі болғандықтан, жетуге қиын аудандарда (биік таулар, поляр аймақтары) атмосфераны зерттеу автоматты радиометеорология стансылары арқылы жүргізіледі. Мұхиттардағы метеостансыларды қалқымалы платформаларға орнатады. Осы метеорологиялық стансыларда арнайы әзірленген бағдарламалардың көмегімен метеорологтер заманауи техникалық құралдарды пайдалана отырып, материалдарды жинайды және өңдейді (69-сурет).

-2-

Барлық деректер Жаһандық климатты бақылау жүйесінде (ЖКБЖ) жинақталады және жүйеге келтіріледі. Бұл жүйе бойынша климатқа мониторинг жасалады, жаһандық ауқымда оның өзгеруін анықтайды және көмірқышқыл газымен, озон мөлшерін өзгерту секілді басқа да арнайы шаралар жүргізіледі. Атмосфераны радиозонд аспаптарының көмегімен зерттейді. Оларды еркін ұшуға жіберілген сутегі толы каучук шарларға бекітеді. 

Олар 30–40 шақырымға дейінгі биіктіктегі атмосфера жағдайы туралы деректерді жинайды. Одан да жоғарыға, 120 шақырымға дейін биіктікке метеорологиялық зымырандар көтеріледі. Белгілі бір биіктікте аспаптары бар зымыран бөлігі бөлінеді де, парашютпен жер бетіне түсіріледі. Үлкен биіктікте орналасқан қабаттардағы ауа құрамын нақтылау және зерттеу мақсатында, 500 шақырымға дейінгі атмосфераны барлайтын зымырандар қолданылады. Атмосфера жағдайы туралы, жер бетінде орын алатын ауа райы үдерістері туралы аса маңызды мәліметтерді Жердің жасанды серіктері жеткізеді. Ғарыштағы орбита стансыларының ғарышкерлері жүргізетін атмосфералық құбылыстарды бақылау үлкен құндылыққа ие.Дүниежүзілік метеорология ұйымы мен Жаһандық климатты бақылау жүйесінің арқасында метеорологтер атмосфераның ластануына (атмосферадағы көмірқышқыл газ мөлшері, озон қабатының бұзылуы), орман өрттері мен жанартау атқылауларына, техногенді апаттарға мониторинг жүргізе алады.

70-сурет. Дүниежүзілік метеорология ұйымы
Зерттеулер

Ойыңды тұжырымда

Өз ойыңмен бөліс!

1. Атмосфераның газ құрамының тұрақтылығы ненің есебінен сақталады деп ойлайсыңдар?

2. а) Атмосфераның ауа құрамында оттегінің артуы; ә) Атмосфераның ауа құрамында көмірқышқыл газдың азаюы қандай табиғи өзгерістерге әкелер еді деп ойлайсыңдар?

3. Атмосфераны қандай белгілеріне қарай қабаттарға бөледі? Сендер қандай белгіге қарай бөлер едіңдер?

4. Атмосфера ауасы неліктен ғарышқа ұшып кетпейді деп ойлайсыңдар?

Топтық жұмыс

1. Тропосфераның адам өмірі үшін ең маңызды атмосфера қабаты екендігін дәлелдеңдер.
2. Атмосфераның әрбір қабатындағы температура жағдайын «қатты суық», «суық», «салқын», «жылы», «ыстық», «қатты ыстық» сөздерімен сипаттаңдар.

3.​ Тропосфера мен стратосфераның ерекшеліктері арасындағы айырмашылықтарды анықтаңдар.

4. Озон қабатының мәнін түсіндіріңдер.

5. ​Дүниежүзілік метеорология ұйымы мен Жаһандық климатты бақылау жүйесінің жанартау атқылаулары мен техногенді апаттарға неліктен мониторинг жүргізетінін түсіндіріңдер.

1. Неліктен мезосфера, термосфера және экзосфераны атмосфераның жоғарғы қабаттары деп атайды? Олардың ерекшеліктері қандай?

​2. Жолаушы ұшақтары қай атмосфера қабатында ұшады? Неліктен?

Өтінемін күте тұрыңыз