В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Морские организмы, вызывающие реверберацию, образуют звукорассеивающие слои, которые могут иметь значительную протяженность, зависящую от биологической продуктивности. За время реверберации принимается время уменьшения интенсивности звука в 106 раз. Реверберация мешает работать гидроакустикам. Сравнительно недавно открыто явление, противоположное реверберации — предреверберация.
Это явление заключается в том, что при распространении звука в звуковом канале на больших расстояниях от источника звука перед приходом отдельных составляющих звуковых колебаний появляется звуковой фон, который опережает по времени приход основного сигнала. Уровень его не спадает с течением времени, а нарастает и достигает максимального значения в конце перед приходом основного сигнала. Причины этого явления — отражение и рассеяние сигнала на внутренних волнах, рассеяние от поверхностных волн, рассеяние и дифракция на больших градиентах С,в, рассеяние на неоднородностях морской среды.
Теория этого явления в отличие от реверберации не разработана до конца. Глава 12 Структура и состав атмосферы. Внешние факторы Состав и структура Атмосфера представляет собой газовую оболочку (сферу) Земли. Слово «атмосфера» происходит от греческого слова чатмо», что означает пар или газ. Эта газовая оболочка играет важнейшую роль в существовании человечества и биосферы в целом. Существует несколько различных классификаций структуры атмосферы, названий областей, на которые разделяют атмосферу. Классификации могут строиться по различным признакам, например, по составу атмосферы, в частности, по преобладающим компонентам, ионному составу, а также по температурному ходу.
Зависимость температуры от высоты определяет различные «сферы» уже внутри самой атмосферы. Начиная от поверхности Земли температура атмосферы с высотой уменьшается, причем с примерно постояш|ым градиентом около 6,5'С па километр. Ближайшая к Земле область атмосферы, где наблюдается такое линейное спадание температуры с высотой, называется тропосферой. Уменьшение температуры с высотой происходит до высоты примерно в 10 км, далее температура начинает возрастать.
Область, где температурный ход меняет направление, называется тропопаузой. Высота тропопаузы зависит от многих факторов, прежде всего, от географической широты, сезона и солнечной активности. На полюсе высота тропопаузы находится в пределах 8-10 км, па зкваторе — 1б- 18 км. Вылив, в области стратосферы, температура растет примерно до высоты 50 км. Область, где температура перестает расти, на высоте около 50 км, называется стратопаузой. Выше расположена мезосфера, где температура снова убывает.
Эта область простирается до высоты около 80-100 км, где находится мезопауза - самая холодная зона земной атмосферы. За мезопаузой находится термосфера, в которой температура растет с высотой и достигает 800-1000 К (в годы высокой солнечной активности может достигать 1500- 2000 К и более). 248 Вп. 18. Структура и еоетае аепмоеферы. Внешние факепоры экзосфера 5000 1000 800 200 М В 1ое0 Ю фера ~00 0 0 200 400 000 800 1000 1200 1400 1000 Температура,'К Рис.120. Структура атмосферы. Сплошной линией изображена ти- пичная высотная зависимость температуры атмосферы Однако дальнейший рост температуры с высотой ограничен. На расстояниях в несколько радиусов Земли само понятие температуры теряет смысл, так как длина свободного пробега достигает масштабов радиуса Земли, и атомы и молекулы со скоростями, превышающими вторую космическую скорость, покидают земную атмосферу.
Для этой части атмосферы используется термин аэкзосфераеа Кроме того, на больших высотах атомы и молекулы в основном ионизированы, т.е. ионов и электронов намного больше, чем нейтральных частиц, поэтому движение среды определяется в основном магнитным полем. Область околоземного пространства, где движение определяется в основном магнитным полем, именуется магнитосферой. Нередко условной нижней границей магнитосферы считают высоту около 1000 км, выше которой концентрация ионизовапных компонент становится больше, чем нейтральных. На рис. 12.1 схематично изображена типичная !'а. 12.
Струкпн1ра а «о«к~а« итмоеферы. Вне иные факторы 249 высотная зависимость температуры и соответствующая классификация структуры атмосферы. Температурная зависимость имеет два локальных минимума в тропопаузе и мезопаузе и локальный максимум в стратопаузе. Почти вся приведенная терминология: мезосфера (средняя), термосфера, экзосфера (внешняя), магнитосфера и т.д. имеет греческое происхождение, кроме стратосферы.
БСгаСо по латыни обозначает слоистость. Существует и другая классификация структуры атмосферы по составу. До высот около 80 — 100 км выделяется гомо- сфера, а выше гетеросфера. В гомосфере из-за турбулентного перемешивания относительный процентный состав газов практически не меняется, т.е. атмосфера остается однородной по составу. В гетеросфере турбулентное перемешивание компонент существенно слабее, и спадание каждой компоненты атмосферы происходит по «своей» барометрической формуле, поэтому относительный состав гетеросферы заметно меняется с высотой.
Переходная область (80-.110 км) между гомосферой и гетеросферой называется турбопаузой. Состав воздуха в гомосфере практически не меняется и остается таким же, как в приземном слое. Преобладают азот (78%») и кислород (21%), около 1% инертного газа аргона. Вклад остальных постоянных компонент, перечисленных в табл.
12.1, существенно меньше. Однако несмотря на малое количество данные газы заметно влияют на многие атмосферные процессы. В частности, метан, составляющий всего 1О 4%«, играет существенную роль в парниковом эффекте. Наряду с постоянными компонентами воздуха имеется ряд компонент, заметно меняющихся во времени и пространстве.
К переменным компонентам относится вода/водяной пар от 0 до 7%», озон, двуокиси углерода, серы и азота (табл. 12.2) [8, 142). Таким образом, в атмосфере существует ряд газов, составляющих в совокупности десятые, сотые и менее доли процентов. Такие газы нередко называют «малыми» газами. Тем не менее, невзирая на свою «малость» данные газы оказывают заметное влияние па состояние атмосферы, погоду и климат.
Это происходит потому, что эти газы существенно поглощают солнечное излучение разных областей спектра, что приводит к различным эффектам нагрева атмосферы, которые могут вызывать колебания атмосферы, парниковый эффект. Различные загрязнения, например фтор, хлор, бром и их соединения, накапливаются в атмосфере. Число их в процентном отношении ничтожно, по 250 Рл. 42. Структура и еоетае агам»аферы. Внетние фанеаоры Табл и ц а 12.1. Постоянные компоненты воздуха Относительная % объема Компонента Формула.
молекулярная масса Таблица 12.2. Переменные компоненты воздуха тем пе менее, они оказывают значительное влияние на химию и физику атмосферы. Здесь полезно привести и сопоставить некоторые данные об атмосферах других планет, которые были получены с помощью советских космических аппаратов «Марс», «Венера» и американских космических аппаратов «Пионер», «Вояджер», «Маринер». В отличие от азотно-кислородной атмосферы Земли, в атмосфере Марса и Венеры преобладает углекислый газ, а па Юпитере и кислород аргон неон гелий криптон ксенон водород метан закись азота 5~2 02 Аг 7хе Не Кг Хе Н2 СН4 Р~20 28.,016 31,9986 39,942 20,182 4.,003 83,80 131,3 2,016 16,043 44,015 78,110 ~ 0,004 20,957 ~ 0,001 0,937 ~ 0,001 (18 18 ~ 11 04)10 — 4 (5.,24 ~ 0,004) 10 4 (1,14 4- 0,01) 10-4 (0,087~0,001)10 4 05 104 2 104 (0 5 с0 1)10 — 4 12>.
12. Струньььура и еоетае итмоефер»ь. Вне инне фана>ори 251 Сатурне водород и его соединения. Вблизи поверхности Венеры, Земли и Марса давление атмосферы находится примерно в отношении 100: 1: 0,01ь а температура равна 750, 300 и 250 К соответственно.
Рассмотрим распределение по высоте основных газов атмосферы. В области гомосферы общая концентрация меняется с высотой, по состав остается практически постоянным, т.е. все газы синхронно меняются по единой барометрической формуле, что иллюстрирует рис. 12.2. а. В гетеросфере начинает происходить физически очевидное изменение состава. На рис. 12.2ь б сплошной кривой изображена в логарифмическом масштабе зависимость концентрации воздуха от высоты, а различными штриховыми кривыми изображены концентрации азота, кислорода, атомарного кислорода, аргона и гелия.
Поскольку кислород тяжелее, его концентрация убывает несколько быстрее концентрации азота. На высоте около 120 км концентрация атомарного кислорода начинает превышать концентрацию молекулярного кислорода, а на высоте около 200 км и концентрации> азота. Иными словами., каждый газ меняется по своей отдельной формуле. Интересно, что атомарный кислород имеет даже локальный максимум концентрации, что связано с процессами ионизации, диссоциации, рекомбинации и соответствующего дрейфа.
Таким образом, выше 80-100 км тяжелые газы «заканчиваются» быстрее, и относительная концентрация более легких газов возрастает. На больших высотах (рис. 12.2, в) щ>еобладают атомарный кислород (200 .600 км), гелий 1б00 1300 км), водород (вы>не 1300 — 1500 км). Приведенные кривые с рис. 12.2 представляют собой так называемые модели атмосферы: рис. 12.2, б модель С1ВА (СОБРАВ 1п1егь>айьопа1 ВеГегеььсе А1п>овр1>еге, 1972), рис. 12.2, о -- та же модель распределения концентрации основных газов в термосфере на больших высотах при температуре зкзосферы 800 К.
Подобные модели неплохо описывают «усредненную» высотную структуру атмосферы, при зтом концентрации газов зависят от температуры., особенно в термосфере, где температура определяется уровнем солнечной активности ~8). Сведения о распределении температуры, плотности и давления в атмосфере важно для многих военных и гражданских целей. Вариации плотности атмосферы действуют на поправку при стрельбе на дальние расстояния, па торможение летательных аппаратов и продолжительность жизни спутников. В частности, повышение интенсивности УФ излучения при высокой солнечной активности разогревает и расширяет верхнюю атмосферу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
