Лекція "Атмосфера та системи Землі"

Лекція 6

Розділ ІІ. Загальні закономірності географічної оболонки Землі

Тема 4. Атмосфера та системи Землі

Практична робота 5.  Визначення середніх температур та амплітуди їх коливань за добу, місяць, рік. Аналіз рози вітрів

Мета: сформувати уявлення про властивості атмосфери; актуалізувати знання про клімат, ресурси атмосфери, Агрокліматичні ресурси; закріпити знання читання кліматичних та синоптичних карт, складання графіків температури повітря та їх аналізу.

Очікувані результати навчально-пізнавальної діяльності студентів:

Знаннєвий компонент:

називає складники атмосфери, кліматотвірні чинники й типи клімату; 

наводить приклади взаємодії атмосфери з літосферою, гідросферою, біосферою.

Діяльнісний компонент:

читає синоптичні та кліматичні карти,  графіки зміни (добової, місячної, річної) температури повітря, діаграми хмарності та розподілу опадів, рози вітрів; розрізняє погоду під час проходження циклону, антициклону, холодного і теплого атмосферних фронтів; пояснює механізм утворення глобальних і місцевих систем потоків у тропосфері; визначає типи клімату за кліматограмами; встановлює сукупність чинників, що формують клімат певної місцевості; характеризує типи клімату; порівнює клімат окремих регіонів на материках і території України;   обґрунтовує  вплив агрокліматичних ресурсів на спеціалізацію рослинництва.

Оцінно-ціннісний компонент:

оцінює ресурсні властивості атмосфери,  рівень безпеки проживання в районах поширення атмосферних стихійних явищ; усвідомлює загрози кліматичних змін і забруднення атмосфери; пропонує способи розв’язування проблеми глобального потепління

Обладнання:  фізична карта світу, атласи.

Тип заняття: комбінований ( засвоєння нових знань та практичне використання знань, умінь та навичок).

ХІД  ЗАНЯТТЯ:

І. Організаційний момент                                                                        3 хв.

ІІ. Перевірка  знань           10 хв.

III. Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності                            5 хв.

Вивчення нового матеріалу                                                                    25 хв.

IY.Закріплення нових знань, умінь та навичок,

практична робота               30 хв.

Y. Підсумок заняття                                                  5 хв.

YI.Домашнє завдання                                                   2 хв.

 ІІ. Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності 

Чи замислювався ти коли-небудь, чому існує життя на Землі? Чому Земля, єдина з планет Сонячної системи, має таке багатство рослин, тварин? Чому існує людство? Чому не загинуло воно під смертоносним випроміненням невидимої енергії Всесвіту? Причиною цього є повітряна оболонка Землі — атмосфера, що забезпечує життя на Землі. Воно завжди навколо нас. Заповнює всі тріщини й щілини, розчиняється у воді, міститься у ґрунті. Ми не помічаємо його, тому що воно безбарвне. Але без нього все загине. Без їжі можна прожити тижні, без води — дні, без повітря — 3-4 хвилини. Воно необхідне не тільки для дихання. Атмосферне повітря розсіює сонячні промені вдень, вночі оберігає Землю від охолодження, є своєрідним щитом планети. Метеорити, проходячи через атмосферу, згоряють від тертя об повітря. Воно захищає землян від смертоносних космічних випромінювань, як скафандр — космонавта.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Сонячно-земні взаємодії. Сонячне випромінювання, відмінності випромінювання і поглинання тепла повітрям, поверхнею гірських порід і води.

Земля одержує від Сонця не тільки світло і тепло, що забезпечують необхідний рівень освітленості і середню температуру її поверхні, але і піддається комбінованому впливу ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання, сонячного вітру, сонячних космічних променів.

Варіації потужності цих факторів при зміні рівня сонячної активності викликають ланцюжок взаємозалежних явищ у міжпланетному просторі, у магнітосфері, іоносфері, нейтральній атмосфері, біосфері, гідросфері і, можливо, літосфері Землі. Вивчення цих явищ і складає суть проблеми Сонячно-Земних зв'язків.

Відповідно до зміни температури з висотою в атмосфері виділяють такі шари:

тропосфера — до 8—10 км у полярних областях та до 18 км — над екватором. стратосфера — від тропопаузи до стратопаузи, яка розташована на висоті близько 20—55 км, мезосфера — розташована на висотах 55—85 км. термосфера — пролягає на висотах від 85 до 400—800 км. За ступенем іонізації атмосфери в ній виділяють нейтральний шар (нейтросферу) — до висоти 90 км, та іонізований шар — іоносферу — вище 90 км.

Земна атмосфера — це суміш багатьох газів. Основні з них — азот (78%) і кисень (21%), інші становлять лише близько 1% (в тому числі вуглекислий — 0,03%). Таке співвідношення газів зберігається до 100 км висоти. Кожний з газів виконує свою роль. Кисень забезпечує дихання та горіння. Азот входить до складу білків — речовин, з яких складається все живе. В організми тварин, рослин і людини він потрапляє з допомогою бактерій ґрунту, які поглинають його з повітря. Вуглекислий газ необхідний рослинам для фотосинтезу.

В атмосфері поглинається порівняно невелика кількість сонячної радіації, головним чином в інфрачервоній частині спектра. Це поглинання вибіркове: різні гази поглинають радіацію в різних ділянках спектра і у різному ступені.

Поглинання азотом практично не впливає на потік сонячної радіації.

Дещо більше, але все одно у дуже невеликих обсягах, поглинає сонячну радіацію кисень .

Більш сильно поглинає сонячну радіацію озон. Сильно поглинає радіацію в інфрачервоній області спектра вуглекислий газ, але його концентрація в атмосфері мала, тому і загальне поглинання незначне.

Основну роль у поглинанні сонячної радіації в атмосфері відіграє водяна пара, концентрована у тропосфері, а особливо в її нижній частині. Поглинають сонячну радіацію також хмари і аерозолі, зважені в атмосфері.

Загалом в атмосфері поглинаються 15-20% радіації, що надходить від Сонця до Землі. Окрім поглинання, пряма сонячна радіація на шляху до земної поверхні крізь атмосферу послаблюється також шляхом розсіювання, причому це послаблення значно вагоміше у порівнянні з поглинанням. При цьому розсіювання радіації тим інтенсивніше, чим вища концентрація аерозольних домішок в повітрі.

Сонячна радіація, пройшовши крізь атмосферу, досягає земної поверхні й отут частково (крім відбитої) поглинається, перетворюючись при цьому здебільшого в тепло. Частина цього тепла витрачається на нагрівання приземного шару повітря, рослин, випаровування води з ґрунту та рослинами, а частина - на нагрівання ґрунту.

Ступінь нагрівання ґрунту залежить від його теплоємності, теплопровідності, а верхнього шару - ще й від випромінювання.

Серед природних факторів, які впливають на температурний режим ґрунту важливу роль відіграє рельєф.

Приземні шари повітря нагріваються сильніше, ніж віддалені від земної поверхні. У зв’язку з цим температура повітря з висотою знижується орієнтовно на 0,6°С на кожні 100 м висоти

Добові амплітуди коливання температури (різниця між найбільшою й найменшою температурою) досягають максимальних величин у приземному шарі, а з підняттям угору зменшуються На величину добових амплітуд коливання температури помітно впливає рельєф, насамперед форма й експозиція схилів.

Річний хід температури залежить від географічної широти даного місця та характеру підстилаючої поверхні. У помірних широтах максимальні й мінімальні значення температури настають відповідно після літнього й зимового сонцестояння. На берегах морів і океанів найтепліший місяць серпень, а найхолодніший - лютий.

Важливою характеристикою річного ходу температури є також амплітуда коливання температури - різниця між середніми місячними температурами найтеплішого й найхолоднішого місяців. У міру збільшення широти вона зростає й у полярних областях досягає максимальних значень.

Розподіл температури повітря по земній кулі характеризується підвищенням температури від полюсів до екватора, але спостерігаються окремі зміни цієї закономірності через різне нагрівання океанів і суші, пониженні температури з висотою місцевості, наявність теплих і холодних течій в океанах та інших факторів. Літом температура повітря над материками вища, ніж над океаном. Зимою розподіл зворотний.

Тропосфера: температурний режим, зміна атмосферного тиску, вітри, вологість, опади. 

Самою нижньою частиною атмосфери Землі є тропосфера, яка становить близько 75 % маси атмосфери і 99 % її водної пари та аерозолів. У цьому шарі атмосфери температура знижується з висотою (на 0,65 градуса).

 Назва «тропосфера» походить від грецького «trоpos», що означає поворот, зміна, сфера. Більшість явищ, що відбуваються в тропосфері, мають величезний вплив на щоденну погоду на Землі.

У помірних широтах середня глибина тропосфери становить 17 км, в тропічних районах - до 20 км, а близько полюсів - 7-10 км. Нижня частина тропосфери є планетарним прикордонним шаром глибиною від декількох сотень метрів до 2 км, на який дуже впливають повітряні потоки Землі, а також обриси її суші і час доби. У цій зоні утворюються всі типи хмар, утворюються повітряні маси і фронти, формуються циклони й антициклони. Саме в тропосфері існує система повітряних течій, або так звана загальна циркуляція атмосфери.

На кордонах повітряних мас - атмосферних фронтах - формуються циклони й антициклони, сприяють переміщенню повітряних мас і фронтів, які викликають періодичні зміни погоди у земної поверхні та в шарах, розташованих вище.

Тиск повітря у поверхні землі вищий, ніж на верхній межі тропосфери. Процеси, які відбуваються в тропосфері, впливають на погоду і клімат у поверхні Землі.

Погода — стан нижнього шару атмосфери в конкретній місцевості в конкретний час, або протягом тривалого часу (година, доба, декада, місяць). Характеризується рядом метеорологічних елементів, таких як вітер, температура, тиск, вологість, видимість та ін.

Синоптичні карти

Для прогнозування погоди складаються  синоптичні карти.  Карти синоптичні — карти, на яких цифрами та символами нанесені результати метеорологічних спостережень на мережі станції в певний момент

Клімат

Клімат — це багаторічний режим погоди, який спостерігається в даній місцевості. Практичне уявлення про клімат одержують на основі статистичної обробки метеорологічних спостережень за багаторічний період (декілька десятків років).

Основними географічними кліматотвірними чинниками є:
1. Географічна широта.
2. Висота над рівнем моря.
3. Розподіл суходолу і водних просторів.
4. Орографія поверхні суші.
5. Океанічні течії.
6. Рослинний, сніговий, льодовиковий покрив.
7. Діяльність людини.

Кліматична карта. Карта кліматичних поясів. Характеристика типів клімату за кліматограмами.

Кліматичні карти — карти, на яких ще показано особливості клімату даної території (кількісна характеристика метеорологічних явищ та числові показники).

Кліматичні пояси ́ — великі смуги земної поверхні, які виділяють за кліматичними умовами і які мають характер широтних поясів (виділяють за особливостями режиму температури і опадів).

На земній кулі залежно від розподілу сонячного тепла й основних типів повітряних мас за класифікацією радянського кліматолога Алісова Бориса Павловича виділяють 7 основних і 6 перехідних кліматичних поясів. Межі кліматичних поясів проходять загалом паралельно до екватора, однак місцями вони відхиляються від загального напряму. Це пояснюється тим, що на їхнє розміщення впливає не лише нагрів земної поверхні (що залежить насамперед від кута падіння сонячних променів), а й рельєф, океанічні течії, льодовики та інші кліматотворні чинники.

Вплив атмосфери на літосферу: вивітрювання, рельєфоутворення

У той час як внутрішні сили Землі створюють нерівності на її поверхні, зовнішні сили згладжують рельєф. Такі зовнішні сили як: вивітрювання, плинні води, вітер, льодовики  руйнують великі форми рельєфу і створюють більш дрібні.

Виділяють наступні види вивітрювання: фізичне; хімічне; біологічне.

Фізичне вивітрювання відбувається в результаті коливання температури.

При нагріванні речовини розширюються, а при охолодженні звужуються. Добових коливань температури буває достатньо, щоб гірські породи в результаті постійного стиснення і розширення почали розтріскуватися. Далі від них відколюються уламки. В результаті утворюються: брили, щебінь, пісок.

Самі різкі коливання температури характерні для пустель, безсніжних гірських вершин.              Саме там фізичне вивітрювання має найбільший ефект. Так біля підніжжя гір утворюються розсипи щебеню, які в пустельних місцевостях своєрідні форми рельєфу. Всякі стовпи, кулясті форми рельєфу виникають в результаті того, що різні гірські породи вивітрюються з різною швидкістю. Тому частина гірської породи вивітрюється швидше, а частина залишається.

При хімічному вивітрюванні в гірській породі розкладаються одні мінерали і утворюються інші.

Це відбувається під дією води і розчинених в ній речовин, а також під дією кисню повітря. В результаті хімічного вивітрювання, зазвичай, утворюється глина із: граніту, базальту, гнейсу.

Хімічне вивітрювання найбільш активне у вологому і теплому кліматі.

На гірські породи діють рослини і тварини. Це призводить до біологічного вивітрювання гірських порід.

В результаті життєдіяльності в грунт потрапляють органічні речовини, які призводять до розкладання мінералів. Крім того коріння рослин, проникаючи в гірські породи і здійснюючи своє зростання, розсовують породи і створюють в них тріщини.

Біологічне вивітрювання найбільш активне там, де найбільше живих організмів. Оскільки тварини залежать від рослин, то біологічне вивітрювання переважає в місцях з густою рослинністю.

Кліматичні умови як чинник розселення і розташування виробництва та  інфраструктурних об’єктів.

Існують чинники розміщення виробництва. Окремі галузі господарства та підприємства розміщують на території держави не хаотично, а залежно від сукупності конкретних умов, або чинників, які визначають вибір місця їхнього розташування.

Природні чинники, до яких належать кількісні запаси і якісний склад природних ресурсів, умови їх видобування та використання, кліматичні, водні, рельєфні характеристики території. Вони відіграють визначальну роль у розміщенні видобувної промисловості та паливно-, енерго-, сировинно-, водомістких виробництв.

Агрокліматичні умови відіграють визначальну роль у розміщенні сільськогосподарської діяльності населення. Спеціалізація і ефективність аграрного виробництва пов’язані з природною родючістю ґрунтів, кліматом та водним режимом території. Тому на розвиток сільського господарства і розміщення його галузей найбільше впливають водний і земельний чинники, а також кліматичні умови.

Ресурсний потенціал атмосфери

Атмосферне повітря лише умовно можна вважати невичерпним природним ресурсом. Річ у тім, що людині та більшості живих організмів необхідне повітря певної якості, а під впливом діяльності людини хімічний склад і фізичні властивості повітря дедалі погіршуються. На Землі вже майже не залишилося місць, де повітря зберегло свої первозданні чистоту та якість, а в деяких промислових центрах стан атмосфери просто загрозливий. У великих містах, наприклад, десятки мільйонів людей дихають повітрям, яке не відповідає сучасним нормам і шкідливе для їхнього здоров'я; на кожного жителя цих міст щорічно припадає близько тонни небезпечних речовин.

Енергетичні кліматичні ресурси як чинник розвитку відновлюваної  енергетики

 Енергетичні ресурси клімату України представлені сонячною радіацією, вітровою енергією. Ці види енергії є екологічно чистими.

Агрокліматичні ресурси та їх вплив на спеціалізацію сільського господарства.

Серед основних природних факторів розміщення та спеціалізації сільського господарства слід виділити: якість ґрунтів; тривалість безморозного періоду; суму активних температур; сумарну сонячну радіацію; умови зволоження, кількість опадів; забезпеченість водними ресурсами, ймовірність засух, заморозків, ерозії . 

Агрокліматичні ресурси рівнинної частини республіки достатні для визрівання основних сільськогосподарських культур: річні суми температур із середньодобовими більше 10 °С становлять 2400—3600°С.   Для сільськогосподарського виробництва важливим є саме період зі стійкими середньодобовими температурами повітря + 10, +15 °С. З переходом температури через +10 °С восени закінчується вегетація основних теплолюбних культур. Тривалість періоду з температурою вище +15 °С характеризує умови їх інтенсивної вегетації 

Полісся вважається зоною розвиненого скотарства, льонарства та картоплярства. У Лісостепу переважно вирощують цукровий буряк, зерно та картоплю, а також займаються виробництвом яловичини та молока. У Північному та Центральному Степу – виноград, соняшник, сади та скотарство. У Південному Степу – баштанні, виноград та вівчарство. Взагалі, скотарство в цілому і вівчарство зокрема є провідною галуззю гірських та передгірських районів Карпат. Для Криму оптимальним є розвиток садівництва, виноградарства, овочівництва, вирощування ефіроолійних культур, а також молочно-м'ясного скотарства, вівчарства та птахівництва.

Стихійні атмосферні явища, їх прогнозування та засоби протидії. 

Земна атмосфера повсякчасно впливає на життя й діяльність людей. Ми великою мірою залежимо від її складу та стану приземного шару – погоди, від процесів та явищ, що її супроводжують. Деякі з них людина використовує з користю для себе як кліматичні ресурси. 

Зливи – це короткочасні інтенсивні дощі, під час яких інколи випадає місячна норма опадів для даної місцевості. Нерідко зливи супроводжуються іншими несприятливими атмосферними явищами – грозою, градом, сильним вітром.

У грозових хмарах можуть виникати смерчі, які вертикальним вихором повітря поширюються до поверхні землі. Вони мають вигляд стовпа діаметром від кількох десятків до сотень метрів з лійкоподібним розширенням угорі. Повітря у вихорі обертається з величезною швидкістю (до 200 м/с), піднімаючи від землі пил, воду. На території України смерчі бувають влітку в дуже прогрітих повітряних масах. 

Тривалі бездощові періоди та низька вологість повітря і ґрунту призводять до посух, внаслідок яких різко знижуються врожаї сільськогосподарських культур або ж вони повністю гинуть. Великі посухи, що охоплюють більш як половину території України, бувають раз на 10 років, менші – значно частіше. Найчастіше вони трапляються на півдні та сході України. У цих самих регіонах розвиваються суховії та пилові бурі. Суховії – це гарячі сухі вітри, що мають швидкість понад 5м/с. Вони виникають влітку, дмуть переважно зі сходу і південного сходу від 1 до 10 днів, забираючи рештки вологи з висушеного ґрунту. Пилові бурі виникають при посушливій погоді і підвищеній швидкості вітру, який видуває пил і пісок із земної поверхні й переносить їх на великі відстані. Вони можуть тривати від кількох десятків хвилин до кількох діб, сильно погіршуючи умови проживання людей, завдаючи значних збитків сільському господарству, роботі транспорту.

(Виступи студентів з повідомленнями про стихійні явища: чорна буря 1928р.)

Тумани бувають на всій території України впродовж кількох десятків днів, найчастіше – в холодний період року. Найбільше їх спостерігається у гірських районах, на півночі та заході країни. Особливо небезпечні сильні тумани для транспорту, коли видимість знижується до 50 м.

Супутницями холодного періоду року є ожеледі та ожеледиці. Ожеледь – це утворення льодяної кірки на поверхні землі та різних предметах внаслідок намерзання переохолоджених крапель дощу, мряки або туману. Ожеледиця – це утворення такої кірки на поверхні землі та дорогах унаслідок похолодання, що наступає після відлиги. Ці атмосферні явища небезпечні для руху людей і транспорту, завдають великої шкоди посівам озимих культур.

Навесні та восени часто бувають заморозки – зниження температури повітря або ґрунту до 0 °С й нижче. Зазвичай вони трапляються до 25 квітня і після 16 жовтня, однак не дивина й травневі та вересневі заморозки. Вони шкодять садам і теплолюбним культурам.

Завбачення погоди. Щоденно з радіо, телебачення, газет, Інтернету ми отримуємо дані про погоду, яка очікується найближчим часом. Така інформація має велике значення як для кожної людини, так і для суспільства загалом. Погода увесь час змінюється, тому так важливо вміти її передбачати. Надзвичайно важливе значення має завбачення небезпечних метеорологічних явищ. Складання прогнозу погоди базується на численній інформації про стан атмосфери і підстильної поверхні. Її регулярно збирають понад 130 наземних метеорологічних станцій, розташованих по всій території Україні і майже 30 авіаметеорологічних станцій.

Кліматичні зміни на планеті  Виявляються ці зміни у підсиленні мінливості погоди (зростання кількості надспекотних днів влітку, сильні заморозки, що раптово змінюються відлигами, тощо), збільшенні чисельності екстремальних погодних явищ (ураганів, повеней, штормів, посух), а також у нерівномірному випаданні опадів і таких загальновідомих всім процесів танення арктичних льодовиків та вічної мерзлоти, підвищення рівня океану, тощо. Всі ці, а також інші прояви мінливості клімату планети Земля щорічно стають головною причиною тисяч смертей та завданих матеріальних збитків, що вимірюються десятками мільярдів доларів. Дані спостережень за кліматом свідчать про те, що на протязі останніх 100 років середня температура на планеті виросла на 0,7 ºС, причому темпи її зростання невпинно збільшуються.

IY .Закріплення нових знань, умінь та навичок

Виконання практичної роботи №5 « Визначення середніх температур та амплітуди їх коливань за добу, місяць, рік. Аналіз рози вітрів»

Y. Підсумок заняття

Обмін результатами практичної роботи

YI.Домашнє завдання:

1.Опрацювати конспект лекції №6

2. Дослідження:  1. Ресурсний потенціал атмосфери своєї місцевості та приклади його використання.   2. Система протидії засухам у своїй місцевості