Склад та будова атмосфери.

 

Тема. Склад та будова атмосфери.

 

 

 

Мета:

формування знань про склад та будову повітряної оболонки Землі;

розвиток первинних практичних навичок характеристики особливостей атмосферних шарів;

формування розуміння важливості атмосфери для людства;

формування знань про температуру повітря та причини її змін;

розвиток первинних практичних навичок аналізування та обробки результатів спостережень, використання знань математичної науки; підведення учнів до розуміння важливості спостережень за температурою повітря в різних місцях Землі.

Обладнання: підручники, атласи, схема «Будова атмосфери».

Опорні поняття: повітря, температура, оболонка. температура, термометр, кут, графік, середнє арифметичне.

Базові поняття: атмосфера, тропосфера, стратосфера, озоновий шар, амплітуда температур, середня добова температура, графік ходу температур.

Зміст уроку

Іміні модуль У - М

Організаційний момент

Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності

Прийом «Дивуй!»

Чи знаєте ви, що люди нашої планети живуть на дні океану? Ні, не океану у звичному розумінні, а «океану» повітряного, який турботливо та надійно з усіх боків оточує Землю. І хоча цей «океан» невидимий, значення його величезне, адже саме завдяки йому існує життя на нашій планеті. Цей повітряний океан, непізнаний і загадковий, завжди надив людину. З давніх-давен, схиляючись перед стихіями неба, людина створювала міфи та легенди про всесильних і могутніх богів, що керували блискавками та вітрами, дощами та снігопадами. Але в усі часи людина мріяла піднятися в небо. Зразком для наслідування були птахи. Але всі намагання підкорити повітряний океан за допомогою літального апарату з крилами, що махають, виявлялися безуспішними. В Китаї та Японії намагалися піднятися на повітряних зміях, на початку ХХ століття в Європі — на планерах і дельтапланах. А от піднятися високо та здійснювати далекі польоти стало можливим лише після створення братами Монгольф’є повітряної кулі. Навіть сьогодні, понад 200 років потому, люди використовують повітряні кулі для вивчення процесів, що відбуваються в повітряному океані, але головну наукову роботу виконують тепер космічні апарати. Наукова назва по-вітряного океану — атмосфера. Саме в атмосфері формуються погодні явища, живуть організми, пересуваються транспортні засоби. Знання про атмосферу дозволяє не лише передбачати погоду, але й запобігати її негативним наслідкам, впливати на неї. На уроках теми «Атмосфера» ви дізнаєтесь про різноманітні атмосферні процеси та явища,навчитесь складати прогноз погоди, аналізувати дані спостережень, а головне — дізнаєтесь, як людина може впливати на атмосферу.

Вивчення нового матеріалу

1. Склад атмосферного повітря.

Зовні наша планета оточена оболонкою з повітря. Від земної поверхні вона простирається вверх на кілька тисяч кілометрів. Тому можна сказати, що ми живемо на дні повітряного океану. Повітряну оболонку Землі називають атмосферою. Чому повітря не розсіюється у космічному просторі? Його утримує земне тяжіння. Тому атмосфера обертається разом з Землею як єдине ціле.

Атмосферне повітря – це суміш газів. До його складу входить 20 різних газів. Проте основними є азот (78 %) і кисень (21 %). На інші припадає лише 1 %. Такий склад газів майже скрізь на Землі однаковий до висоти 100 км.

Кожний з газів виконує свою роль. Азот входить до складу різноманітних сполук, з яких складаються всі живі істоти.Кисень необхідний всьому живому для дихання. Вуглекислий газ – "утеплювач” Землі. До неї він пропускає сонячні промені, а її тепло затримує. Озону в атмосфері дуже мало. Проте на висоті 20-30 км він концентрується і утворює озоновий шар. Цей шар затримує ультрафіолетові сонячні промені, згубні для всього живого.

Крім того, у повітрі міститься водяна пара. Є в ньому і різні тверді домішки: пил, попіл від лісових пожеж і вулканічних вивержень, кристалики льоду і морської солі, сажа. Так, над пустелями в атмосфері багато пилу, над океанами – кристаликів солі, над великими містами – сажі.

Нижньою межею атмосфери вважають земну поверхню. Проте повітря проникає в пори і тріщини гірських порід. Воно є у воді, грунті, живих організмах. В атмосфері повітря розподілене нерівномірно: з висотою його кількість зменшується. Приблизно 50 % всієї маси повітря розташовується до висоти 5 км, і майже усе (99,5 %) – до висоти 80 км. Біля земної поверхні, де тяжіння сильніше, повітря щільніше і важче. З висотою воно стає більш розрідженим. Тому чіткої верхньої межі атмосфера не має. Умовно її проводять на висоті 3 000 км. Там атмосфера поступово переходить у космічний простір.

Мал. Склад повітря

 

2. Атмосфера — повітряна оболонка Землі.

3. Будова атмосфери.

Як можна розглянути будову атмосфери, якщо повітря прозоре і зовні не відрізняється в різних її частинах? З’ясувалося, що з висотою змінюється щільність, вміст водяної пари, температура та інші особливості повітря. За цими ознаками в атмосфері виділяють окремі шари: тропосферу, стратосферу, верхні шари.

Тропосфера – нижній (приземний) шар атмосфери. Його товща над полюсами становить 9 км, в середніх широтах – 11 км, над екватором – до 18 км. Тропосфера є найщільнішим шаром: у ній зосереджено близько 80 % всієї маси повітря. У тропосфері знаходиться майже вся водяна пара, з якої утворюються хмари, а потім і опади. Тому саме в тропосфері формується погода Землі.

Стратосфера розміщується над тропосферою і простягається до висоти в 55 км. Повітря там дуже розріджене. В ньому майже немає домішок і водяної пари. Тому хмари, як правило, відсутні. На висоті 20–30 км концентрується газ озон, утворюючи озоновий шар. Він поглинає смертоносне ультрафіолетове проміння Сонця, згубне для всього живого на Землі.

У верхніх шарах атмосфери повітря так сильно розріджене, що майже не поглинає сонячне тепло і не розсіює сонячне світло. Тому космонавти, пролітаючи там, бачать небо не блакитним, а чорним. Там одночасно світять і Сонце, і зорі. Крайня зовнішня частина атмосфери складена в основному з атомів кисню, гелію і водню. Вони можуть долати земне тяжіння і "вислизати” в космічний простір.

Мал. Будова атмосфери

Завдання

Заповнити таблицю, опираючись на текст підручника і карти атласу

 

Назва шару атмосфери

Висота шару

Температура

Особливості

II міні модуль З - П

Значення атмосфери.

Без атмосфери життя на нашій планеті було б неможливим. Завдяки кисню, що міститься у повітрі, дихають всі організми на Землі. Тільки одній людині на добу потрібно близько 11 000 л (залізнична цистерна) повітря.

Атмосфера вберігає Землю від надмірного нагрівання сонячними променями вдень і сильного охолодження вночі. Тому її порівнюють з невидимою ковдрою, яка вкриває планету, зберігаючи тепло.

Прозора повітряна оболонка слугує Землі... бронежилетом. Так, саме повітря захищає Землю від метеоритів. Більшість з них згоряє в атмосфері, не долітаючи до поверхні. Це явище – "падаючі зорі” – добре видно літньої зоряної ночі.

 

 

Вивчення атмосфери.

 Вивченням атмосфери займається наука метеорологія. Про стан атмосфери і її зміни найближчим часом потрібно знати практично всім людям. Але особливо це важливо для тих, хто працює на транспорті (на флоті, в авіації), в сільському господарстві.

Для спостереження за станом атмосфери в різних куточках планети розміщені тисячі метеорологічних станцій. У важкодоступних місцях (високо в горах, пустелях, полярних районах) діють автоматичні радіометеорологічні станції. В океанах вони встановлені на плавучих платформах (буйках), що утримуються якорями. Досліджують атмосферу також і з науково-дослідницьких суден.

У наш час досліджують не тільки приземні, а й високі шари. Для цього застосовують спеціальну техніку. До висоти 40 км піднімаються повітряні кулі, до яких прилаштовані прилади. Вони відмічають температуру, вологість і переміщення повітря на різних висотах. Ще вище, до 120 км піднімаються метеорологічні ракети. Метеорологічні супутники, що оснащені теле- і фотоапаратурою, з висоти 900 км передають на Землю повідомлення про хмарність, межі снігового покриву на поверхні, забруднення повітря.

Мал. Науково-дослідне судно

Мал. Метеостанція

Зміна висоти Сонця над горизонтом протягом року.

Щоб зрозуміти, чому протягом року Сонце в полудень буває на різній висоті над горизонтом, пригадайте з уроків природознавства особливості руху Землі навколо Сонця. На глобусі видно, що земна вісь має нахил. Під час руху Землі навколо Сонця кут нахилу не змінюється. Завдяки цьому Земля повертається до Сонця то Північною, то Південною півкулею. Від цього змінюється кут падіння сонячних променів на земну поверхню. І відповідно більше освітлюється та нагрівається то одна, то інша півкуля. Якби земна вісь була б не нахилена, а перпендикулярна площині орбіти Землі, то кількість сонячного тепла на кожній паралелі протягом року, не змінювалася.Тоді б у своїх спостереженнях за висотою полуденного Сонця, ви цілий рік записували б одну й ту саму довжину тіні гномона. Це вказувало б на те, що протягом року тривалість дня завжди дорівнює ночі. Земна поверхня нагрівалася протягом року однаково і пір року не існувало.

Освітлення й нагрівання поверхня Землі протягом року. По поверхні кулястої Землі сонячне тепло і світло розподіляються нерівномірно. Це пояснюється тим, що кут падіння променів на різних широтах різний.

Ви вже знаєте, що земна вісь нахилена до площини орбіти під кутом. Своїм північним кінцем вона спрямована в бік Полярної зорі. Сонце завжди освітлює половину Землі. При цьому більше освітлюється то Північна півкуля (і день там триває довше, ніж у іншій півкулі), то, навпаки, Південна. Двічі на рік обидві півкулі бувають освітлені однаково (тоді й тривалість дня в обох півкулях однакова). Коли Земля звернена до Сонця Північним полюсом, тоді воно більше освітлює і нагріває Північну півкулю. Дні стають довші за ночі. Настає тепла пора року – літо. На полюсі і в приполярній частині Сонце світить цілодобово і не заходить за горизонт (ніч не настає). Це явище називається полярний день. На полюсі він триває 180 діб (півроку), але чим далі на південь, тим його тривалість зменшується до однієї доби на паралелі 66,5⁰ пн. ш. Цю паралель називаютьПівнічним полярним колом. Південніше цієї лінії Сонце вже опускається за горизонт і зміна дня і ночі відбувається у звичному для нас порядку – щодоби. 22 червня сонячні промені падатимуть прямовисно (під найбільшим кутом – 90⁰) на паралель 23,5 пн. ш. Цей день буде найдовшим, а ніч найкоротшою в році. Цю паралель називають Північними тропіком, а день 22 червня – літнім сонцестоянням.

У цей час Південний полюс відвернутий від Сонця і воно менше освітлює і нагріває Південну півкулю. Там зима. На полюс і приполярну частину протягом доби сонячні промені зовсім не потрапляють. Сонце не з’являється з-за горизонту і день не настає. Це явище називається полярна ніч. На самому полюсі вона триває 180 днів, а чим далі на північ, тим стає коротшою до однієї доби на паралелі 66,5⁰ пд. ш. Цю паралель називають Південним полярним колом.Північніше від неї Сонце вже з’являється на горизонті і зміна дня і ночі відбувається кожної доби. 22 червня день буде найкоротшим у році. Для Південної півкулі він буде зимовим сонцестоянням.

Через три місяця, 23 вересня, Земля займе таке положення відносно Сонця, коли сонячні промені однаково освітлюватимуть як Північну, так і Південну півкулю. Прямовисно сонячні промені падають на екваторі. На всій Землі, окрім полюсів, день дорівнюватиме ночі (по 12 год). Цей день називають днем осіннього рівнодення.

Ще через три місяці, 22 грудня до Сонця повернеться Південна півкуля. Там настане літо. Цей день буде найдовшим, а ніч – найкоротшою. У приполярній області настане полярний день. Промені Сонця прямовисно падатимуть на паралель 23,5⁰ пд. ш. Натомість, у Північній півкулі буде зима. Цей день буде найкоротшим, а ніч найдовшою. Паралель 23,5⁰ пд. ш. називають Південним тропіком, а день 22 грудня – зимовим сонцестоянням.

Ще через три місяці, 21 березня, знову обидві півкулі будуть освітлені однаково, день буде рівний ночі. Промені сонця прямовисно падатимуть на екваторі. Цей день називають весняним рівноденням.

В Україні найбільша висота Сонця опівдні – 61–69⁰ (22 червня), найменша – 14–22⁰ (22 грудня).

Цікава географія

Слов’янський бог Сонця

Стародавні слов’яни бога світла і Сонця називали Дажбогом. У відомому літературному творі "Слово о полку Ігоревім” наших пращурів – русичів названо внуками Дажбога. Поряд з іншими богами, поставленими князем Володимиром у Києві, стояв і Дажбог. За стародавніми міфами його в небі супроводжують три сонячні побратими: Ярило – бог весняного рівнодення, Семиярило – бог літнього сонцестояння та Коляда – бог зимового сонцестояння. Днем народження молодого Сонця вважався день зимового сонцестояння. Опікуном цієї світлоносної трійці вважався бог Троян – владика неба, землі і потойбічного царства.

Мал. Річний рух Землі навколо Сонця

Теплові пояси Землі. Нерівномірне нагрівання земної поверхні обумовлює різні температури повітря на різних широтах. Широтні смуги з певними температурами повітря називаються тепловими поясами. Пояси різняться між собою кількістю тепла, що надходить від Сонця. Їх простягання залежно від розподілу температур добре ілюструютьізотерми (від грецького "ізо” – однаковий, "терма” – тепло). Це лінії на карті, що з’єднують точки з однаковою температурою.

Жаркий пояс розміщений обабіч екватора, між Північним і Південним тропіками. Він обмежений з обох боків ізотермою +20 ^°С. Цікаво, що межі поясу співпадають з межами поширення пальм на суходолі і коралів в океані. Тут земна поверхня отримує найбільше сонячного тепла. Двічі на рік (22 грудня і 22 червня) опівдні сонячні промені падають майже прямовисно (під кутом 90^°). Повітря від поверхні сильно нагрівається. Тому там жарко протягом року.

Помірні пояси (в обох півкулях) примикають до жаркого поясу. Вони простяглися в обох півкулях між полярним колом і тропіком. Сонячні промені там падають на земну поверхню з деяким нахилом. Причому, чим північніше, тим нахил більший. Тому сонячне проміння менше нагріває поверхню. У результаті менше нагрівається і повітря. Ось чому в помірних поясах холодніше, ніж у жаркому. Сонце там ніколи не буває в зеніті. Чітко виражені пори року: зима, весна, літо, осінь. При цьому чим ближче до полярного кола, тим зима триваліша і холодніша. Чим ближче до тропіка, тим триваліше і тепліше літо. Помірні пояси з боку полюсів обмежує ізотерма найтеплішого місяця +10 ^°С. Вона є межею поширення лісів.

Холодні пояси (північний і південний) обох півкуль лежать між ізотермами +10 ^°С і 0 ^°С найтеплішого місяця. Сонце там взимку по кілька місяців не з’являється над горизонтом. А влітку, хоча й не заходить за горизонт місяцями, проте стоїть дуже низько над горизонтом. Його промені лише ковзають поверхнею Землі і нагрівають її слабо. Поверхня Землі не лише нагріває, а й охолоджує повітря. Тому температури повітря там низькі. Зими холодні та суворі, а літо коротке і прохолодне.

Два пояси вічного холоду (північний і південний) оконтурюються ізотермою з температурами всіх місяців нижче 0 ^°С. Це царство вічних снігів і льоду.

Отже, нагрівання і освітлення кожної місцевості залежить від положення в тепловому поясі, тобто – від географічної широти. Чим ближче до екватора, тим більший кут падіння сонячних променів, тим сильніше нагрівається поверхня і вища температура повітря. І навпаки, з віддаленням від екватора до полюсів кут падіння променів зменшується, відповідно температура повітря знижується.

Важливо пам’ятати, що лінії тропіків і полярних кіл за межі теплових поясів приймаються умовно. Оскільки в дійсності температура повітря визначається ще й низкою інших умов.

Мал. Теплові пояси Землі

Зміни температури повітря залежно від кута падіння сонячних променів:

а) прийом «Мозковий штурм»;

На дошці записуються всі можливі варіанти відповіді на питання, поставлене під час мотивації.

б) «Вибір головного».

Аналізування запропонованих відповідей, виключення неправильних, неточних; формулювання залежності температури від кута падіння сонячних променів, тобто від широти місцевості.

Температура — найважливіший показник погоди.

Аналіз спостережень за погодою:

а) побудова графіка ходу температур;

б) обчислення середніх температур;

в) обчислення амплітуди температур.

III міні модуль З – П

Нагрівання повітря. Повітря атмосфери пропускає сонячні промені до земної поверхні. Проте саме воно променями не нагрівається. Нагрівається Сонцем земна поверхня. А потім від неї нагрівається повітря. Тому, чим далі від земної поверхні, тим стає холодніше. Ось чому за бортом літака температура повітря дуже низька. На верхній межі тропосфери вона опускається до –56 ^°С.

Встановлено, що на кожний кілометр висоти температура повітря знижується в середньому на 6 ⁰С. Високо в горах земна поверхня отримує більше сонячного тепла, ніж біля підніжжя. Проте з висотою тепло швидше випромінюється. Тому при підйомі в гори температура повітря загалом знижується. Ось чому на вершинах високих гір лежать сніг і лід.

Вимірювання температури повітря. Кожний знає, що температуру повітря вимірюють за допомогою термометра. Проте варто пам’ятати, що неправильно встановлений термометр, наприклад на сонці, покаже не температуру повітря, а на скільки градусів нагрівся сам прилад.

На метеорологічних станціях для отримання точних температур повітря термометр розташовують у спеціальній будці. Її стінки решітчасті. Це дозволяє повітрю вільно проникати в неї, водночас решітки захищають термометр від попадання сонячних променів. Будку встановлюють на висоті 2 м від землі. Показники термометра записують кожні 3 години.

Рекордно висока температура повітря на Землі +58 ⁰С була зареєстрована в м. Тріполі на півночі Африки. Найнижча температура –89,2 ⁰С зафіксована на науковій станції "Восток” в Антарктиді. В Україні найвища температура +40 ⁰С спостерігалася у м. Куп’янську (Харківська область), найнижча – –43 ⁰С в Українських Карпатах.

Закріплення вивченого матеріалу

Альтернативні варіанти

 Прийом «Географічний практикум»

Завдання 1.

Побудуйте графік добового ходу температур, обчисліть

середню добову температуру та добову амплітуду коливань температур,

користуючись наведеними даними.

Прийом «Географічний крос»           

• Від ультрафіолетової радіації живі організми оберігає... (Озоновий шар)

• Найбільша частка атмосферного повітря припадає на газ... (Азот)

• Нижній шар атмосфери називають... (Тропосферою)

• Озоновий шар знаходиться в... (Стратосфері)

• Найпотужнішим шар тропосфера є на... (Екваторі)

• У тропосфері температура з висотою... (Знижується)

Завдання 2

Використовуючи текст підручника та схему в атласі, порівняйте тропосферу та стратосферу.

Результати занесіть до таблиці.

Спільні риси

Відмінності

 Прийом «Географічний практикум»

Задача.

Над узбережжям Чорного моря летить літак на висоті 6 км. Температура за бортом літака —( –18 °С). Якою є температура в цей момент на березі моря?

Розв’язання

1) Відомо, що на 1 км підйому температура повітря знижується на 6 °С. Обчислюємо різницю в температурах на висоті 6 км та узбережжі:

6 км ∙ 6 °С = 36 °С.

2) Обчислюємо температуру на узбережжі:

–18 °С + 36 °С = +18 °С.

Підсумок уроку

Заключне слово вчителя

• Атмосфера — повітряна оболонка Землі, що складається із суміші газів, водяної пари та домішок.

• У вертикальному напрямку в атмосфері виокремлюють кілька шарів.

Нижній, найбільш щільний шар називається тропосферою.

• У стратосфері знаходиться шар озону, що оберігає живі організми від

ультрафіолетової радіації.

• Атмосфера відіграє найважливішу роль у забезпеченні життя на нашій

планеті.

• Найважливішою характеристикою стану погоди є температура. Для її вимірювання використовують термометр.

• Показники температури залежать від кута падіння сонячних променів і багатьох інших причин.

• Для аналізу спостережень за температурою будують графіки зміни

температури протягом доби, місяця, року, обчислюють середню тем-

пературу та амплітуду коливань температур

Домашнє завдання

• Опрацювати параграф.

• Записати в зошит можливі способи вивчення атмосфе

 

Додатковий матеріал до уроку

• Учені спостерігають зменшення товщини озонового шару і навіть у деяких місцях зниження кількості озону вдвічі, що спричинило утворення так званих «озонових дір». Найбільшу озонову діру виявлено над Антарктидою. Існує теорія виникнення «озонових дір», за якою озоновий шар «пробивається» запусками ракет, супутників та руйнується легким газом фреоном. Фреоном заповнені холодильні та морозильні агрегати холодильників, з яких фреон поступово випаровується. Крім того, всі аерозольні балончики (дезодоранти, лаки та ін.) працюють на фреоні.

• Високо в атмосфері, на відстані понад 80 км від земної поверхні, у нічному небі іноді з’являються величезні ділянки палаючих різнобарвних вогнів. Це видовище вчені називають полярним сяйвом. Першим досліджував і науково пояснив це явище М. В. Ломоносов ще майже 250 років тому. Сьогодні більшість учених вважає, що полярні сяйва створюють потоки швидких електричних частинок, які разом зі світлом ідуть до нас від Сонця. Потрапляючи в магнітне поле Землі, цей потік відхиляється в полярні області. У верхніх шарах атмосфери електричні частинки стикаються з газами, що входять до складу повітря. Гази починають світитись, утворюючи полярне сяйво. Полярне сяйво часто називають північним сяйвом. Це неправильно: такі сяйва звичайні не тільки для північних, але й для південних полярних районів. Що далі від магнітних полюсів Землі, то рідше

спостерігаються сяйва, хоча іноді вони бувають помітні і далеко від полярних областей. Так, у 1958 році, в ніч на 9 липня, яскравим полярним сяйвом милувалися тисячі москвичів.

• Сонце випромінює в космічний простір справжній океан енергії. З того

колосального потоку наша Земля отримує лише дещицю — всього половину мільярдної частки! Але ця частка чималенька — лише за одну хвилину наша планета одержує стільки сонячної енергії, скільки її виробляють усі електростанції світу протягом півтора року!

• «Полюс спеки» нашої планети знаходиться поблизу лівійського міста

Тріполі. Там термометр показав у затінку +57,8 °С! Це абсолютний рекорд температури суходолу. Майже дістався цього рекорду температурний показник у північноамериканській Долині Смерті, де було зафіксовано +57°С.

• «Полюс холоду» міститься в центральній частині Антарктиди на відстані 1260 км від берега на вершині льодового купола заввишки 3488 м над рівнем океану. Поблизу станції «Восток» 21 липня 1983 року тут було зафіксовано найнижчу температуру планети —( –89,2 °С).

• 1 м² земної поверхні щохвилини одержує стільки сонячного тепла, скільки його потрібно, щоб довести до кипіння склянку води, а на 1 га землі щосекунди падає така кількість енергії, яка може привести в рух електродвигуни потужністю 10 тис. кіловат.