III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ
Евтеев А.Е.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

В нашей школе ведется астрономический кружок «Наш дом - Вселенная». На одном из занятий учитель рассказывал о воздушной оболочки Земли, а мы должны были найти ответ на вопрос: «Зачем нужен озоновый слой в атмосфере Земли?». Мне очень понравилось данное занятие. Главный вывод, который мы сделали в конце урока: «Мало, что так влияет на жизнь человека, как атмосфера Земли. В свою очередь, и деятельность человечества все больше влияет на атмосферу».

Данная проблема заинтересовала и я решил сделать исследовательскую работу: «Атмосфера Земли».

Цель работы : изучение атмосферы Земли

Задачи работы:

  1. Изучить историю покорения человеком атмосферы.

  2. Составить 10 фактов для школьника об атмосфере Земли

  3. Изучить влияние деятельности человека на состав атмосферы.

Методы исследования: анализ, классификация, сопоставление и сравнение, анкетирование

2. Основная часть

2.1. Историческая справка «Покорение человеком атмосферы»

Извечная мечта человека - подняться в воздух подобно птице отражена во многих легендах всех времен и народов. Истоки научного подхода к проблеме полета человека мы находим у Леонардо да Винчи, который изучал полет птиц и нашел гениальное, на много веков опередившее его время решение конструкции летательного аппарата, осуществленное лишь в XX столетии. Русские летописи свидетельствуют о том, что на Руси уже в XVI в. были сделаны попытки полетов на воздушных шарах. Так, в царствование Ивана Грозного крепостной человек совершил вокруг Александровской слободы полет, за что был казнен, а его «машина» сожжена. В 1696 г. безымянный русский человек пытался летать на крыльях, обтянутых тонкой кожей. В 1729 г. под Ряжском совершал полеты на крыльях, сделанных из проволоки и перьев, кузнец Черник-Гроза. В 1731 г. в Рязани подьячий летал на шаре, наполненном горячим дымом, за что был изгнан из города под угрозой живого захоронения или сожжения на костре. Французы, владельцы бумажной фабрики, братья Монгольфье совершили свой первый полет в 1782 г., наполнив оболочку горячим воздухом. Полет продлился 10 минут. (Примечание. Область атмосферы – тропосфера. Высота подъема: 300м).

30 июня 1901 г. профессорами Берсоном и Сюрингом из Берлинского общества воздухоплавания был установлен первый официальный рекорд высоты полета для аэростата: поднялись на высоту 10 800 метров. (Примечание. Область атмосферы – тропосфера)

Следующий рекорд был сделан в 1931г., стратостат FNRS-1, швейцарскими учеными Огюстом Пикаром и Паулем Кипфером. Высота -15 785 м (Примечание. Область атмосферы –стратосфера) Стратостат был оборудован круглой герметичной кабиной из алюминия, которая защищала экипаж от непригодных для жизни условий стратосферы

1933г. – стратостат «СССР -1» советские аэронавты Гергий Прокофьев, Константин Годунов и Эрнест Бирнбаум . Высота – 19 000 м. (Примечание. Область атмосферы – стратосфера) Запуск стратостата состоялся в Подмосковье 30 сентября 1933 года в 08 часов 40 минут. Достигнув рекордной высоты, стратонавты направили радиограмму:

"Экипаж первого советского стратостата выполнил поставленную перед ним задачу и сообщает о благополучном завершении подъема стратостата "СССР" на высоту 19000 м (по приборам). Экипаж готов к дальнейшей работе по овладению стратосферой.

Командир стратостата "СССР" Прокофьев. Пилот Бирнбаум. Инженер Годунов."

1961 г. – Космический корабль «Восток -1», старший лейтенант СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Высота -327 км.

Вывод: В ходе покорения воздушной оболочки ученые получали точные данные о строении, составе и явлениях , происходящих в атмосфере.

2.2. Атмосфера Земли: ее состав и строение

Атмосфера - это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь. Интересный факт атмосфера Земли нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Атмосфера Земли имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует смену времен года, уравновешивает и выравнивает суточные изменения температуры. Если бы атмосферы не существовало, то температура на Земле в течение суток изменялась бы от -200 °С до +200°С .

Главные составные части атмосферы:

  • водный пар

  • углекислый газ

  • пылевые частицы - продукты человеческой деятельности

  • кислород

Атмосфера имеет слои :

  • Тропосфера

  • Стратосфера

  • Мезосфера

  • Термосфера

  • Экзосфера

Границы между слоями не резкие и их высота зависит от времени года.

ТРОПОСФЕРА

Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для нее характерно, что температура здесь с высотой падает. В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают почти все облака. Солнечные лучи легко проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере. Такие газы, как углекислый газ, метан, пары воды удерживают тепло. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли называется парниковый эффект.

СТРАТОСФЕРА

Над тропосферой до высоты 50-55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой. Стратосфера характеризуется тем, что преимущественно в ней содержится атмосферный озон.

МЕЗОСФЕРА

Над стратосферой лежит слой мезосферы, примерно до 80 км. Здесь температура с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля . На высотах, близких к верхней границе мезосферы (80 км), наблюдаются особого рода облака, также освещаемые солнцем в ночные часы, так называемые серебристые. Они состоят из ледяных кристаллов. В тропосфере, стратосфере и мезосфере вместе, до высоты 80 км, заключается больше чем 99,5% всей массы атмосферы. На верхние слои приходится ничтожное количество воздуха

ТЕРМОСФЕРА

Верхняя часть атмосферы характеризуется очень высокими температурами и потому носит название термосферы. Термосфера находится выше мезосферы на высоте от 90 до 500 км над поверхностью Земли. Молекулы газа здесь сильно рассеянны, поглощают рентгеновское и ультрафиолетовое излучения. Из-за этого температура может достигать + 1000 °С.ЭКЗОСФЕРА

Выше 800-1000 км атмосфера переходит в экзосферу и постепенно в межпланетное пространство. Недавно предполагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000 км. Но из наблюдений с помощью ракет и спутников создалось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся более чем 20 000 км. В верхней части атмосферы находится радиационный пояс Земли. Этот пояс состоит из электрически заряженных частиц - протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями.

Много информации, напечатанной в энциклопедиях, я пока не понял, поэтому решил коротко в 10 фактах описать строение атмосферы Земли

2. 3. 10 фактов для школьника.

  1. Атмосфера Земли имеет вертикальное строение.

  2. Атмосфера состоит из пяти слоёв: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

  3. Мы живём в тропосфере. Этот слой состоит из азота и кислорода с примесью инертных газов и других малых составляющих.

  4. Если в атмосфере оставить только кислород, азот и благородные газы, а всё остальное, что вместе составляет менее 0,1%, убрать, мы получим поверхность планеты со средней температурой – 200 °С и мощным потоком ультрафиолетовых лучей. Жить мы в таких условиях не сможем.

  5. Условия для жизни на Земле создаются благодаря разным газовым примесям. В первую очередь это парниковые газы, именно они нагревают поверхность земли. В числе парниковых газов углекислый газ (его нормальное содержание в атмосфере 0,03%) и водяной пар, благодаря его свойству - переходить из газообразного состояния в жидкое и обратно - на Земле происходят такие явления, как дожди, грозы и ветры.

  6. Температура в тропосфере с высотой уменьшается.

  7. В стратосфере температура поднимается до 0°С. Нагрев стратосферы обеспечивает озон, которого там не больше 0,000001% — одной миллионной процента от общего состава. На миллион молекул разных газов приходится только одна молекула озона. Хотя для человека озон опасен, в стратосфере он блокирует вредное ультрафиолетовое излучение.

  8. Температура в мезосфере уменьшается. Это то место, где земля встречается с космосом. Здесь задерживается метеорная пыль, и здесь же наблюдаются серебристые облака.

  9. На уровне термосферы наблюдается увеличение температуры. Это ближайшее космическое пространство, там обращаются спутники и международная космическая станция.

  10. Экзосфера является границей между атмосферой Земли и межпланетной средой.

2.4. Влияние деятельности человека на атмосферу, озоновые дыры.

Атмосфера имеет исключительное значение для живых организмов Земли, являясь средой обитания большинства из них. При этом наибольшее значение для живых организмов имеет постоянный состав воздуха, сформировавшийся в ходе эволюции Земли. Другая важная функция атмосферы и особенно входящего в ее состав озонового слоя – защита живых организмов от вредного воздействия солнечной и космической радиации. Именно после формирования озонового слоя в атмосфере жизнь на Земле вышла на сушу.

Факторы загрязнения атмосферы:

  1. Загрязнения от промышленных предприятий;

  2. Загрязнение территории выбросами автотранспорта;

  3. Свалки промышленных и бытовых отходов;

  4. Загрязнения, вызванные обработкой дорожного покрытия и уборкой снега в зимний период.

  5. Отсутствие современных заводов по переработке мусора.

  6. Использование некачественного бензина для автотранспорта.

  7. Использование хлорфторуглеродов – фреонов – лаки для волос, дезодоранты, холодильные установки ит.д.

С 16 сентября 1994 года весь мир отмечает Международный день охраны озонового слоя Земли В этот день во многих странах – членах ООН проводятся выступления членов правительства, ученых, показываются телепередачи, посвященные охране атмосферы от деятельности человека. А в нашем классе 16 сентября 2016 года мы нарисовали плакат и был проведен классный час « Защити атмосферу!», на котором я выступал с докладом. В этот же день был проведен социологический опрос среди родителей обучающихся. В опросе участвовали 34 родителя, которым предложили ответить на 4 вопроса. Целью данных мероприятий было повышение экологической сознательности обучающихся и их родителей.

2. 5. Результаты анкетирования родителей:

Вы знаете, что такое озоновая дыра?

Да — 30; нет — 4.

Как вы думаете, что конкретно вы можете сделать для сохранения озонового слоя?

Не пользоваться дезодорантами и прочей бытовой химией, негативно влияющей на атмосферу — 14; ничего — 8; не пользоваться автомобилем — 4; не мусорить и сохранять чистоту —2; сажать деревья — 2; проводить экологические акции — 2.

Как часто вы ездите по городу на автомобиле?

Редко —11; часто, почти каждый день —18; хожу пешком — 5.

На сколько дней в месяц вы готовы отказаться от автомобиля в пользу велосипеда, общественного транспорта или пеших прогулок?

Могу совсем без автомобиля — 5; не готов — 18; максимум на неделю — 7; максимум на две недели — 4.

Выводы: Большинство родителей знают о глобальной проблеме сокращения озонового слоя и загрязнения атмосферы, знают причины загрязнения атмосферы, но при этом большая часть родителей не согласны расстаться с основным источником загрязнения атмосферы - автомобилем. Следовательно, надо проводить с ними просветительскую работу по проблемам экологии.

3. Заключение

В ходе выполнения работы я обобщил данные о воздушной оболочке Земли, сформулировав 10 фактов об атмосфере, которые были бы интересны школьникам.

4. Список использованных источников и литературы

  1. Э.В. Кононович, В.И. Мороз. Курс общей астрономии. Москва, 2002.

  2. П.Г. Куликовский. Справочник любителя астрономии. Москва, УРСС, 2002.

  3. Энциклопедия для детей. Том 8. Астрономия. Москва, «Аванта+», 2004.

  4. Бгатов В.И . История кислорода земной атмосферы. – М.: Недра, 1985.

  5. Костицын В.А. Эволюция атмосферы биосферы и климата. – М.: Наука, 1984.

  6. Мезенцев В. А. Энциклопедия чудес. – М.: Знание, 1983.

  7. Чандлер Т. Воздух вокруг нас. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

Приложение

Покорение человеком атмосферы.

Леонардо да Винчи. Конструкция летательного аппарата.

Братья Этьенн и Жозер Монгольфье. Монгольфьер (аэростат на нагретом воздухе).

Аэростат 1901 г. Стратостат FNRS-1

Стратостат «СССР -1»