Vertikalna podela atmosfere

Παρουσίαση με θέμα: "Vertikalna podela atmosfere"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Vertikalna podela atmosfere
1-3

2 troposferu 8 – 18 km (tropopauzu debljine 1 – 3 km)
Vertikalna podela atmosfere Prema promeni temperature i karakterističnim procesima koji se u njima odigravaju atmosfera je podeljena na sledeće slojeve: troposferu 8 – 18 km (tropopauzu debljine 1 – 3 km) stratosferu do 50 km (stratopauzu u sloju od 50 do 55 km) mezosferu 80 – 85 km (mezopauzu) termosferu .

3 Vertikalna podela atmosfere
Troposfera Dostiže visinu od 8 km na polovima, 9-11 km u umerenim širinama i km na Ekvatoru Temperatura opada sa visinom u troposferi 4 – 8 0C/km Najveći broj atmosferskih procesa se odvija u troposferi. Karakterišu je vertikalna, horizontalna, kosa i vrtložna vazdušna strujanja. U tropopauzi se temperatura ne menja ili sporo raste sa visinom. Karakteristična je pojava inverzije

4 Stratosfera Dostiže visinu do 50 km
Vertikalna podela atmosfere Stratosfera Dostiže visinu do 50 km Karakterišu je horizontalna (advektivna) vazdušna strujanja, vrlo malo mešanje, zanemarljive količine vodene pare i dugo zadržavanje čestica u atmosferi Temperatura se ne menja u prvih 30 km a zatim raste sa visinom usled apsorpcije UV zračenja Ozon se formira u sloju od 20 – 60 km ali je koncentracija najveća na 22 – 25 km.

5 Mezosfera Sloj atmosfere od 50 km do 85 km
Vertikalna podela atmosfere Mezosfera Sloj atmosfere od 50 km do 85 km Temperatura opada sa visinom usled smanjenog zagrevanja od sunca i povećanog izračivanja od strane CO2 Vrh mezosfere je najhladniji deo atmosfere. Temperatura pada na -100 oC. Završava se mezopauzom

6 Vertikalna podela atmosfere
Termosfera Sloj atmosfere od 85 km do 250 (500) km zavisno od aktivnosti Sunca Temperatura raste sa visinom usled intenzivne apsopcije sunčevog zračenja (kiseonik) Vazduh je izuzetno razređen (put mešanja je oko 1 km) Temperatura dostiže u proseku 80 oC na 120 km visine. Temperaturu treba ovde doslovno shvatiti kao srednju kinetičku energiju molekula

7 Vertikalna podela atmosfere
Egzosfera Donja granica se nalazi na visini od 250 km, odnosno 500 km, zavisno od aktivnosti Sunca Čine je samo najlakši gasovi i joni pojedinih elemenata Čestice lako napuštaju ovaj sloj Najbliža je vakuumu

8 Sastav atmosfere 1-3

9 Stalni sastojci atmosfere su Azot Kiseonik Ozon Argon Ugljen-dioksid
Sastav atmosfere Atmosferski vazduh je fizička smeša stalnih gasova, hemijskih jedinjenja i različitih čvrstih, tečnih i gasovitih pridodataka. Stalni sastojci atmosfere su Azot Kiseonik Ozon Argon Ugljen-dioksid Medju stalnim sastojcima atmosfere najpromenljiviji sadržaj u prostoru i vremenu ima vodena para. Od neutralnih gasova u atmosferi su najzustepljeniji ( Ne, Ar, Xc)

10 Sastav atmosfere Troposferski ozon je jedna od komponenti zagađenja vazduha i štetan za živi svet Stratosferski ozon se fromira u fotohemijskim reakcijama u atmosferi u sloju od 20 – 60 km čak i u zagađenom vazduhu. Ovaj ozonski sloj štiti Zemlju od štetnog dejstva UV zračenja

11 Gustina vazduha 1-3

12 Gustina vazduha je brojno jednaka masi vazduha u 1 m3 vazduha.
Zavisi od temperature, pritiska i zapremine vazduha pV= RT Za m = 1 kg p= rRT Gustina vazduha opada sa visinom ρ=ρ0 exp(-z/H)

13 temperatura na nivou mora
Gustina vazduha Standardna atmosfera: pritisak na nivou mora p0 = Pa temperatura na nivou mora T0 = K ubrzanje sile zemljine teže g = m/s2 gradijent temperature L = 6.5 K/km univerzalna gasna konstanta R = J/(mol·K) Molarna masa suvog vazduha M = kg/mol

14 Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
3-5

15 Toplotni izvori iz unutrašnjosti Zemlje Poluprečnik Zemlje je 6 500 km
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Toplotni izvori iz unutrašnjosti Zemlje Poluprečnik Zemlje je km Temperatura Zemlje raste sa dubinom Geotermički stupanj iznosi 1 oC/35 m (verovatno do oko 400 m)

16 Sunce kao izvor toplote
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Sunce kao izvor toplote Sunce je zvezda. Gasovita lopta užarenih gasova uglavnom vodonika (75 %) i helijuma (25 %) Temperatura Sunca se menja od oC u unutrašnjosti do 5800 oC na površini. Energija na Suncu nastaje procesom termonuklearne fuzije u jezgru Sunca. Tom prilikom se 4 atoma H (deuterijum i tricijum) spajaju u atom He uz oslobadjanje energije. Fotosfera je vidlljivi deo Sunca u kome se generiše najveći deo elektromagnetnog zračenja koje stiže do Zemlje. Sastoji se od hladnijih (sunčeve pege temp. oko 4500 oC) i toplijih delova (fakule)

17 Primer 1 n= 3 106 s-1 E=? Sunce kao izvor toplote
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Sunce kao izvor toplote Srednje rastojanje Zemlje od Sunca iznosi 1.5108 km Zračenje je prenošenje energije u vidu talasa pravolinijskim putem od izvora Karakteristike: v(c), l, n KT, DT Sunčevo zračenje do Zemlje stiže u vidu elektromagnetnih talasa koji se prostiru brzinom c. Sunčevo zračenje je kratkotalasno zračenje Intenzitet zračenja. J/(m2s)=W/m2 Solarna konstanta 1368 W/m2 E=hn (h= 6, J s) n=c/l Primer 1 n= s-1 E=?

18 Zracenje apsolutno crnog tela
Stefan Boltzmanov zakon Vinov zakon

19 Spektar Sunčevog zračenja je podeljen na
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Spektar zračenja pokazuje raspodelu intenziteta zračenja po talasnim dužinama Spektar Sunčevog zračenja je podeljen na ultraljubičasti (0,20 – 0,40 µm) vidljivi (0,40 – 0,75 µm) infracrveni (0,75 – 2,4 µm) Maksimum zračenja u vidljivom delu spektra 500 (480) nm žuto – zelena boja Fotosintetski aktivno zračenje: 380 – 710 nm

20 Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje Selektivna apsorpcija Zraci odredjenih talasnih dužina bivaju apsorbovani pri prolasku kroz atmosferu Ako je atmosfera podeljena na N slojeva koeficijenta transmisije q, i ako je intenzitet sunčevog zračenja na gornjoj granici atmosfere S0 onda je intenzitet zračenja na tlu Bugerov zakon Ozon je sastojak atmosfere koji dobro apsorbuje i KT i DT zračenje.

21 Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje Refleksija zračenja je odbijanje zračenja od (ravne) površine pod istim uglom (u odnosu na normalu) pod kojim su dospeli na tu površinu

22 Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje Difuzna refleksija
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje Difuzna refleksija Javlja se kada zraci padaju na neravnu površinu. Snop paralelnih zraka posle odbijanja od površine nije više paralelan (jer u svakoj tački neravne površine normala ima drugačiji položaj pa je i drugačiji pravac zraka koji se odbijaju pod određenim uglom u odnosu na nju)

23 Nakon prolaska kroz atmosferu ...
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Nakon prolaska kroz atmosferu ... Uticaj “visine” Sunca na jačinu zagrevanja J2 = J1 sinα Lambertov zakon (J2 – intenzitet zračenja koje pada pod uglom α; J1 – intenzitet zračenja kada zračenje pada normalno na površinu) Intenzitet zračenja tokom dana je najveći u podne kada je Sunce najviše iznad horizonta

24 Vrste KT zračenja na površini Zemlje
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Vrste KT zračenja na površini Zemlje Direktno zračenje Difuzno zračenje Globalno zračenje. Kada je nebo u potpunosti prekriveno oblacima globalno zračenje se svodi na difuzno. Kada je nebo potpuno vedro globalno zračenje čine i direktno i difuzno zračenje Raspodela globalnog zračenja na Zemlji ( ). Januar Jul 3-5

25 Prosečan godišnji albedo Zemlje (1987)
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Vrste KT zračenja na površini Zemlje Reflektovano zračenje Albedo A=R/G Refleksivnost, tj. albedo površine Zemlje se menja u zavisnosti od karaktera površine. svež sneg do 95% suv pesak % zimzelene šume 5-10 % listopadne šume % travnata vegetacija %. Albedo suvog snega je veći od albeda vlažnog snega. Prosečan albedo planete je oko 30 %. Prosečan godišnji albedo Zemlje (1987) Primer: Ako na površinu vinograda stiže 200 W/m2 kratkotalasnog zračenja i albedo listova je 0.2, koliko zračenja se vratilo u atmosferu a koliko je ostalo da zagreje biljni sklop? 5-7

26 Prosečna godišnja količina KT zračenja apsorbovana
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Vrste KT zračenja na površini Zemlje Apsorbovano KT zračenje na površini Zemlje Gz = G – R = G (1-A) Prosečna godišnja količina KT zračenja apsorbovana na površini Zemlje (1987) 5-7

27 Apsorpcija KT zračenja od strane vegetacije
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Apsorpcija KT zračenja od strane vegetacije Biljni sklop apsorbuje 90 – 95 % zračenja koje dolazi na gornju granicu sklopa 5-7

28 DT zračenje na površini Zemlje
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu DT zračenje na površini Zemlje Empirijske formule su one formule u kojima znak jednakosti stoji samo uslovno između leve i desne strane. Parametri koji se u njima javljaju rezultat su iskustva. Zemljino izračivanje. Bz=esTz4 Dugotalasno zračenje Zemlje u pravcu atmosfere. Intenzitet ovog zračenja može da se meri bilansmetrom ako se na njega postave kupole koje apsorbuju KT zračenje ili kombinacijom Šulcovog bilansmetra i piranometra Protivzračenje atmosfere. (Atmosfersko zračenje) Dugotalasno zračenje koje iz pravca atmosfere stiže na površinu Zemlje. Najviše na njegov intenzitet utiče sadržaj vodene pare u atmosferi. Ovo zračenje kompenzuje gubitak toplote Zemljinim izračivanjem tokom noći. Efektivno izračivanje Ef= Bz - BA Primer Koliko DT zračenja emituje zemljište čija je temperatura 26,85 oC? 5-7

29 Prosečna godišnja količina DT zračenja Zemlje apsorbovana u atmosferi
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Propustljivost vazduha za dugotalasno zračenje. “Efekat staklene bašte”. “Efekat staklene bašte” - zagrevanje površine Zemlje i atmosfere koji je posledica apsorpcije DT zračenja Zemlje od strane gasova “staklene bašte” (CO2, H2O, CH4, O3, NOx). Bez ovih procesa, prosečna temperatura vazduha na planeti bi bila oko -18 oC i nebi bilo uslova za život. Navedeni procesi NEMAJU NIKAKVE VEZE sa mehanizmom zagrevanja vazduha u STAKLENOJ BAŠTI. Prosečna godišnja količina DT zračenja Zemlje apsorbovana u atmosferi

30 Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Prostiranje energije Kondukcija (provođenje) – unutar supstance energija se prenosi sudarima molekula Konvekcija – vertikalna razmena delića fluida (vrtloga) koji sobom nose toplotu (količinu kretanja, vlagu ...). U procesu konvekcije energija se prenosi u vidu osetne i latentne toplote Osetna top. – dovodi do promene temperature tela Latentna top. – ne stvara osećaj promene temp. već dovodi do promene agregatnog stanja pri ne promenjenoj temperaturi. Iznad vodene površine, fluks latentne toplote je veći od fluksa osetne toplote. Zračenje – prenošenje energije talasima 5-7

31 Bilans zračenja na površini Zemlje
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Bilans zračenja na površini Zemlje Aktivna apsorpciona površina (sloj) – površinski sloj Zemlje u kome se, sa izuzetkom reflektovanog zračenja, apsorbuje skoro svo zračenje koje dospeva u ovaj sloj. Različite površine različito apsorbuju upadno zračenje. Pri istim atmosferskim uslovima sa pšeničnog polja se izrači manje energije nego sa gole stene. B = G – R + BA – r – Bz (+/- H +/- LE) dan B = BA – r – Bz (+/- H +/- LE) noć Atmosfera apsorbuje 19% zračenja koje stiže od Sunca. 5-7

32 Bilans zračenja na površini Zemlje
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu Bilans zračenja na površini Zemlje Aktivna apsorpciona površina (sloj) – površinski sloj Zemlje u kome se, sa izuzetkom reflektovanog zračenja, apsorbuje svo zračenje koje dospeva u ovaj sloj. Različite površine različito apsorbuju upadno zračenje. Pri istim atmosferskim uslovima sa pšeničnog polja se izrači manje energije nego sa gole stene. B + LE + H + Gz = 0 ##95 116 Primer Ako je bilans zračenja na površini tla 350 W/m2, toplota utrošena na isparavanje sa površine zemljišta 100 W/m2 , a toplota razmenjena sa usled kontakta sa hladnijim vazduhom 50 W/m2, koliko toplote je otišlo u dublje slojeve zemljišta ? 5-7

33 Fotosinteza Biljke imaju sposobnost usvajanja CO2 iz atmosfere koji se koristi u kompleksnim hemijskim reakcijama obuhva-ćenim terminom - fotosinteza. Fotosinteza je proces pretvaranja energija sunčevog zra-čenja u hemijsku energiju, pri čemu vodonik iz vode sa CO2 iz atmosfere gradi makroenergetsko jedinjenje (glu-kozu (CH2O)n), uz oslobađanje kiseonika, kao sporednog proizvoda. Oslobođeni kiseonik potiče iz molekula vode.

34 Produkti fotosinteze služe kao izvor energije za skoro sve energetske procese živog sveta planete.
U procesu fotosinteze koristi se vidljivi deo spektra elektromagnetnog zračenja, označen kao fotosintetski aktivno zračenje (photosynthetic active radiation,PAR). Intenzitet fotosinteze predstavlja količinu usvojenog CO2 ili odanog O2 po jedinici lisne površine ili mase u jedinici vremena, a najčešće se izražava u μmol CO2 m-2 s-1 ili u mg CO2 m-2 h-1. U svetu biljaka koje poseduju sposobnost fotosinteze, izvršena je podela na dve velike grupe, C3 biljke i C4 bi-ljke. Broj u nazivu grupe zapravo predstavlja broj veza-nih atoma ugljenika u primarnom organskom jedinjenju koje je produkt fotosinteze.

35 Proces fotosinteze se deli na dve faze: svetlu i tamnu.
Za reakcije svetle faze, kao što joj i ime govori, potrebno je svetlo, a tamna faza koristi produkte svetle faze. Svetla faza se odvija uz pomoć molekula hlorofila U okviru svetle faze odvija se transformacija svetlosne energije u hemijsku, fotoliza vode, sinteza ATP (adenozin trifosfat) i NADPH (nikotinamid adenin dinucleotid fosfat), jedninjenja koja su osnovni izvor energije živog sveta. Spektar apsorpcije hlorofila ima dva maksimuma, jedan u plavom i jedan u crvenom delu spektra PAR. Tamna faza fotosinteze obuhvata fiksaciju atmosferskog CO2 i njegovu redukciju pomoću proizvoda svetle faze, ATP i NADPH, u tzv. Kalvinovom ciklusu.

36 Jedan od prvih modela, čiji cilj je bio proračun intenziteta fotosinteze preko direktne veze između asimilacije CO2 i produkcije biljne mase, razvio je Montit (Monteith, 1977). Eksperiment koji je sproveo Montit pokazao je snažnu zavisnost između intenziteta zračenja i rasta i razvoja biljke.

37

38 gde je Ft ukupan intenzitet zračenja koji je dospeo na gornju granicu biljnog sklopa za fiksan vremenski period od jednog dana, fs - deo zračenja koji je apsorbovan od strane biljaka i e – koeficijent efikasnosti konverzije.