Категории
Корзина
Информация
Хиты продаж
Укажите широты с постоянно высоким атмосферным давлением
Укажите широты с постоянно высоким атмосферным давлением. 1)умеренные и тропические...
Toggle navigation
Ответ-
- Имя пользователя или адрес электронной почты
- Пароль
- Запомнить
- Вход
- Регистрация | Я забыл свой пароль
- Все задания и ответы
- Популярное
- Метки
Распределение атмосферного давления по широтам — урок. География, 7 класс.
Изобары — линии, соединяющие на карте точки с одинаковым атмосферным давлением.
С температурой воздуха тесно связано атмосферное давление. Из-за различного нагревания воздуха у земной поверхности формируются пояса высокого и низкого давления.
Формирование поясов атмосферного давления
В экваториальных широтах хорошо прогретый воздух поднимается вверх — образуется пояс низкого давления. Далее воздух постепенно охлаждается, водяной пар конденсируется и проливается сильным дождём. На высоте \(10\)–\(12\) км охлаждённый и плотный воздух начинает растекаться на север и на юг, к тропикам. Нисходящие потоки воздуха формируют в тропических широтах пояса высокого давления.
В полярных областях из-за низких температур плотный и тяжёлый воздух образует области высокого давления.
Между тропическими и полярными поясами повышенного атмосферного давления в умеренных широтах находятся пояса относительно пониженного атмосферного давления.
В экваториальных и умеренных широтах формируются пояса пониженного давления, в тропических и полярных — высокого давления.
Основная причина образования поясов атмосферного давления — неодинаковое поступление солнечного тепла на разных широтах.
Контрольный срез по географии в 7 классе
Контрольный срез по географии в 7 классе
за первое полугодие по темам:
«Главные особенности природы Земли»
«Природа Земли»
ЧАСТЬ А.
А1. Что образуется при столкновении двух литосферных плит с материковой земной корой?
1) срединно-океанические хребты; 2) глубоководные желоба;
3) складчатые области; 4) платформы.
А2. Чем отличается материковая земная кора от океанической?
1) есть гранитный слой; 2) есть базальтовый слой;
2) есть осадочный слой; 4) отличий нет.
А3. Что не относится к равнинам?
1) возвышенности; 2) низменности; 3) равнины; 4) плоскогорья.
А4. Где располагаются равнины?
1) в складчатых областях; 2) на платформах;
3) на срединно-океанических хребтах; 4) на поднятиях.
А5. Горные породы, образовавшиеся при остывании излившейся на поверхность магмы, называются:
1) метаморфические; 2) осадочные; 3) магматические.
А6. Полезные ископаемые осадочного происхождения приурочены в основном к:
1) щитам платформ; 2) плитам платформ; 3) складчатым областям.
А7. Сколько крупных литосферных плит выделяют ученые на Земле?
1) 7; 2) 4; 3) 5; 4) 6.
А8. Полезные ископаемые магматического происхождения приурочены в основном к:
1) щитам платформ; 2) плитам платформ; 3) складчатым областям.
А9. Сколько поясов освещенности Земли выделяют ученые?
1) 6; 2) 7; 3) 5; 4) 4.
А10. От чего прогревается воздух?
1) от земной поверхности; 2) от солнечных лучей
А11. Что является границами тепловых поясов?
1) южный и северный тропики; 2) тропики и полярные круги; 3) полярные круги; 4) изотермы.
А12. В каком поясе освещенности Солнце дважды в год бывает в зените?
1) южном умеренном; 2) тропическом; 3) северном умеренном; 4) южном полярном.
А13. Сколько поясов низкого атмосферного давления выделяют на Земле?
1) 2; 2) 3; 3) 5; 4) 4.
А14. Изотермы – это линии на карте, соединяющие точки с одинаковой (-вым)
1) температурой; 2) давлением; 3) количеством осадков; 4) солнечным излучением.
А15. В каком поясе освещенности бывает полярная ночь?
1) южном умеренном; 2) тропическом; 3) северном умеренном; 4) южном полярном.
А16. Сколько поясов высокого атмосферного давления выделяют на Земле?
2; 2)3; 3)5; 4) 4;
А17. Где выпадает наибольшее количество осадков?
1) в области низкого АД; 2) в области высокого АД.
А18. В каком климатическом поясе в течение года господствуют две воздушные массы: умеренная и тропическая?
1) в умеренном; 2) в тропическом; 3) в субтропическом; 4) в субэкваториальном
А19. Какие почвы преобладают в природной зоне тайга?
1)бурые; 2)ферролитные; 3)тундро-глеевые; 4)подзолистые;
А20. Укажите широты с постоянно высоким атмосферным давлением:
1) умеренные и тропические; 2) арктические и умеренные; 3) арктические и тропические; 4) экваториальные и умеренные.
А21. Какие ветры не относятся к постоянным?
1) муссоны; 2) пассаты; 3) бризы; 4) западные ветры.
А22. Пассаты – это:
1) постоянные ветры, дующие от 30 - градусных широт к экватору;
2) ветры, летом дующие с океана на сушу;
3) ветры, зимой дующие с океана на сушу;
4) ветры западного переноса.
А23. Устойчивые в течение года ветры, направленные из тропических широт к умеренным, называются:
1) пассаты; 2) западные ветры; 3) восточные ветры; 4) муссоны.
А24. Каких воздушных масс не бывает?
1) субэкваториальных ; 2) экваториальных; 3) тропических; 4) умеренных.
А25. Эндемиками какого материка являются утконос и ехидна?
1) Австралии; 2) Африки; 3) Южной Америки; 4) Евразии.
А26. Что повлияло на различие флоры и фауны на разных материках?
1) различие климата; 2) разное происхождение материков;
3) удаленность материков друг от друга; 4) древнее оледенение.
А27. Носороги, буйволы, слоны обитают в природной зоне:
1) в саваннах; 2) в пустынях; 3) во влажных экваториальных лесах; 4) в тайге.
А28. Укажите холодное течение Атлантического океана:
1)Гольфстром; 2)Канарское; 3)Бразильское; 4)Норвежское;
А29.При движении от полюсов к экватору температура поверхностных вод океана:
а) понижается; б)повышается; в)не изменяется;
А30. Главная причина образования течений – это …...
1) перемешивание в мантии
2) неравномерное прогревание воды и господствующие ветры
3) вертикальное и горизонтальное движение вод
4) круговорот воды в природе
ЧАСТЬ В.
В1. Дайте определение. Рельеф – это …
В2. Перечислите основные факторы, влияющие на образование климата:
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….
В3. Перечислите факторы почвообразования………………………..
………………………………………………………………………………..
Ответы
ЧастьВ
В1. Рельеф – это все неровности на поверхности земли(горы, низменности ,равнины, плоскогорья)
В2. Основные факторы, влияющие на образование климата – географическая широта, рельеф, подстилающая поверхность, удаленность от океанов, океанические течения.
В3. Факторы почвообразования – почвообразующая порода, время, климат, животные организмы и растения.
А2
2
А20
3
А3
4
А21
1,3
А4
2
А22
1
А5
3
А23
2
А6
2
А24
1
А7
1
А25
1
А8
3
А26
1
А9
5
А27
1
А10
1
А28
2
А11
2
А29
2
А12
2
А30
2
А13
3
А14
1
А15
4
А16
4
А17
1
А18
2
Пояса низкого и высокого давления.
Климатические пояса и атмосферное давление
Атмосферное давление зависит от климатических поясов освещённости и увлажнения, от нагрева Земли лучами Солнца.
Причина возникновения поясов атмосферного давления – разница температур самих воздушных масс, вследствие нагрева от земной поверхности. Из-за шарообразной формы Земли, разные участки прогреваются Солнцем неравномерно. Это влияет на образование различных зон атмосферного воздействия.
Причем здесь температура воздуха и пояса низкого и высокого давления? Чем отличается холодный воздух от тёплого? Какие существуют пояса атмосферного давления?
Плотность холодных масс воздуха больше тёплых. А чем больше плотность, тем воздух тяжелее. В полярных районах холодно, даже летом. Холодный воздух плотный и тяжелый. Поэтому, там высокое атмосферное давление. Другими словами, арктический и антарктический полярные зоны – это пояса высокого давления Земли. В экваториальных районах всегда жарко. Тёплый воздух – лёгкий. Поэтому на экваторе – пояс низкого давления Земли.
Пояса давления на земномВ районах тропиков тоже жарко, но при этом формируется тропический пояс высокого атмосферного давления. В чём причина возникновения такого несоответствия при жарких и сухих тропиках?
Всё просто. На экваторе теплый воздух поднимается до верхних пределов тропосферы, и имеет определённую плотность, которая постепенно изменяется по мере охлаждения воздуха. Растекаясь от экватора к тропическим зонам, те же воздушные массы, но уже с другой плотностью и холодные, опускаются к поверхности Земли из тропосферы, (см. «Пояса увлажнённости Земли»).
Между двумя поясами высокого давления (между тропическими и полярными) лежит зона с низким давлением. То есть, выполняется чередование:
- Экватор – низкое атмосферное д.;
- Тропики – высокое атмосферное д.;
- Умеренные зоны – н.д.;
- Полярные – в.д.
- Сухой климат – Арктический и Антарктический, Тропические – пояса высокого атмосферного давления.
- Влажный климат – Умеренные и Экваториальный – пояса низкого атмосферного давления.
Зависимость между поясами давления и осадками.
В климатических поясах с низким атмосферным давлением преобладают осадки в большом количестве. И, наоборот – в климатических зонах с высоким давлением воздушных масс осадки наблюдаться в меньшей мере. Почему так? Потому, что происходит процесс конденсации водяных паров в капли жидкости при подъёме тёплых воздушных масс в тропосферу. Это физическое явление характерно для климатических поясов с низким атмосферным давлением – экваториальных и умеренных зон.
Зависимость между поясами атмосферного давления и осадкамиТест по географии 7 класс Давление воздуха и осадки на разных широтах с ответами
Тесты по географии 7 класс. Тема: "Давление воздуха и осадки на разных широтах"
Правильный вариант ответа отмечен знаком +
1. Какой воздух сильнее давит на поверхность?
1) Теплый
+ 2) Холодный
3) Сила давления не зависит от температуры
2. Что такое восходящее движение воздуха?
Распределение воздушной массы между слоями атмосферы
+2) Поднятие воздуха, которое сопровождается его охлаждением
3) Образование воздушных масс на больших высотах
4) Нет правильного ответа
3. Выберите правильные утверждения:
А) В жарком тепловом поясе атмосферное давление у поверхности земли ниже, чем в холодном.
Б) Холодный воздух легче теплого
В) При нисходящем движении воздух нагревается и становится суше.
1) А, Б
+ 2) А, В
3) А, Б, В
4. Какова главная причина образования поясов атмосферного давления?
+1) Неодинаковое поступление солнечного тепла на разных широтах
2) Неодинаковое распределение осадков на разных широтах
3) Неравномерный рельеф земной поверхности
4) Восходящие и нисходящие потоки воздуха
тест 5. Для какой области характерно повышенное атмосферное давление?
1) вблизи экватора
2) в умеренных широтах
+3) вокруг полюсов
4) нет правильного ответа
6. Связаны ли осадки с давлением воздуха?
+ 1) Да
2) Нет
7. Какой цифрой обозначена зона с наибольшим среднегодовым количеством осадков?
1) 1
2) 2
+ 3) 3
4) 4
8. Какие широты являются самыми сухими на планете?
1) умеренные
+2) тропические
3) экваториальные
4) полярные
9. Почему карта распределения осадков не совпадает с картой распределения давления?
+1) на количество осадков кроме давления также оказывают влияние рельеф, ветра и другие факторы
2) атмосферное давление не оказывает влияние на распределение осадков
3) оба ответа правильные
4) нет правильного ответа
10. Какие утверждения верны:
А) Экваториальные широты – самые влажные на Земле
Б) Поднимаясь на полюсах, на высоте 5-7 км воздух начинает растекаться в сторону экватора.
В) Пониженное атмосферное давление характерно для области тропиков.
1) все утверждения верны
+2) А
3) Б
4) В
7 (d) Атмосферное давление
Введение
Воздух - материальный материал вещества и в результате имеет массу . На любой объект с массой действует универсальная сила известный как гравитация . Закон всемирного тяготения Ньютона гласит: любые два объекта, разделенные в пространстве, притягиваются к каждому другой силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояние между ними.На Земле гравитация также может быть выраженным как сила ускорения около 9,8 метра в секунду в секунду. В результате этой силы скорость любого объект, падающий на поверхность Земли, ускоряется (1-я секунда - 9,8 метра в секунду, 2-я секунда - 19,6 метра в секунду, 3-я секунда - 29,4 метра в секунду второй и так далее.) до терминала скорость достигается.
Гравитация формирует и влияет на все атмосферные процессы. Это вызывает уменьшение плотности и давления воздуха экспоненциально по мере удаления от поверхности Земля. Рисунок 7d-1 ниже моделирует среднее изменение в атмосферном давлении с высотой над поверхностью Земли.На этом графике показано давление воздуха у поверхности. как примерно 1013 мбар ( мб ) или 1 килограмм на квадратный сантиметр площади поверхности.
Рисунок 7д-1: Изменить в среднем атмосферном давлении с высотой.
Измерение атмосферного давления
Любой прибор для измерения давления воздуха. называется барометр .Первое измерение атмосферного давления началось с простой эксперимент, выполненный Evangelista Торричелли в 1643 году. В своем эксперименте Торричелли погрузили трубку, запаянную с одного конца, в контейнер ртути (см. Рисунок 7d-2 ниже). Атмосферный давление затем заставило ртуть подняться в трубку, чтобы уровень, который был значительно выше, чем ртуть в контейнере.Торричелли определил из этого эксперимента что давление атмосферы примерно 30 дюймов или 76 сантиметров (один сантиметр ртутного столба равно 13,3 мбар ). Он также заметил, что высота ртути менялась с изменениями снаружи погодные условия.
Барометр Торричелли
Рисунок 7d-2: Диаграмма показывая конструкцию барометра Торричелли.
Барометр наиболее распространенного типа, используемый в Homes - это барометр-анероид (рисунок ). 7д-3 ). Внутри этого инструмента находится небольшой гибкий металлическая капсула называется анероидной ячейкой. В строительстве аппарата внутри капсулы создается вакуум так что небольшие изменения внешнего давления воздуха вызывают капсула расширяться или сжиматься.Размер анероида затем ячейка калибруется, и любое изменение ее объема передается пружинами и рычагами на индикатор рука, указывающая на соответствующее атмосферное давление.
Рисунок 7д-3: Анероид барометр.
Для климатологических и метеорологические цели, стандарт давление на уровне моря считается равным 76.0 см или 29,92 дюйма или 1013,2 миллибар . Ученые часто используют кПа ( кПа ). как предпочтительная единица измерения давления. 1 килопаскаль равен 10 миллибар. Другой блок силы, иногда используемой учеными для измерения атмосферное давление - ньютон . Один миллибар равен 100 ньютонам на квадратный метр. (Н / м 2 ).
Атмосферное давление у Земли Площадь
На рисунке 7d-4 показано среднемесячное давление на уровне моря для поверхности Земли. Эта анимация указывает на то, что давление приземного воздуха изменяется как в пространстве и временно. В зимние месяцы (с декабря по Февраль), области повышенного давления развиваются над центральным Азия ( Сибирское Высокое ), у побережья Калифорнии ( гавайский Высокая ), центральная часть Северной Америки ( канадская Высокий ), простираясь над Испанией и северо-западной Африкой. в субтропическую Северную Атлантику ( Азорские острова Высокий ), а над океанами в Южном Полушарие в субтропиках.Возникают области низкого давления к югу от Алеутских островов ( Алеутских Низкая ), на южной оконечности Гренландии ( Исландия Низкий ) и широты от 50 до 80 ° южной широты.
В летние месяцы (с июня по август), ряд доминирующих зимних систем давления исчезает. Исчезли Сибирский высокий Центральной Азии и доминирующих систем низкого давления вблизи Алеутские острова и южная оконечность Гренландии. Гавайские и Азорские острова Высокий усиливается и расширяется на север в свои относительные бассейны океана. Системы высокого давления над субтропические океаны в Южном полушарии также интенсивность и расширяться на север. Новые области доминирующего высокого давления над Австралией и Антарктидой ( юг. Полярный высокий ).Области низкого давления формы над Центральной Азией и Юго-Западной Азией ( Азиатских Низкий ). Эти системы давления несут ответственность на лето муссона дождя Азии.
Мы еще раз рассмотрим этот рисунок в теме 7p , когда обсуждается глобальная циркуляция.
| Рисунок 7д-4: Ежемесячно среднее давление на уровне моря и преобладающие ветры для поверхности Земли, 1959–1997 гг.Атмосфера значения давления скорректированы по высоте и описываются относительно уровня моря. Слайдер внизу изображения позволяет изменить время месяца. 07.05.2009 10:08 цветовая штриховка. Синие оттенки указывают на давление ниже среднемирового, а желтый до оранжевые оттенки выше средних измерений.( Источник: Климат. Лабораторная секция исследования изменения окружающей среды Группа кафедры географии Университета г. Орегон - Глобальный Климатическая анимация). (Кому просмотреть эту анимацию, в вашем браузере должен быть Плагин Apple QuickTime .Доступен плагин QuickTime для Macintosh и операционной системы Windows компьютеров и может быть загружен БЕСПЛАТНО Сайт в Интернете www.apple.com/quicktime ). |
.
АТМОСФЕРА | Естественная изменчивость климата в масштабе времени от десятилетия к веку
ВВЕДЕНИЕ
За последние 25 лет были приложены значительные усилия для улучшения наших знаний и понимания климатических процессов и механизмов, связанных с изменениями климата (Saltzman, 1983; Trenberth, 1992). Основным стимулом для большей части недавних исследований климата стали глобальные и региональные климатические прогнозы, сделанные с помощью физических моделей климата (так называемые модели общей циркуляции или МОЦ) для удвоения концентрации двуокиси углерода в атмосфере.
Большинство оценок климатических последствий увеличения выбросов «парниковых» газов (CO 2 , метан, закись азота, хлорфторуглероды) более или менее последовательно пришли к выводу, что глобальные температуры должны повыситься (при удвоении самых распространенных этих парниковых газов CO 2 ) от 1,5 ° C до 4,5 ° C (NRC, 1982; Bolin et al., 1986; IPCC, 1990; Schlesinger, 1984, 1991). Такие изменения, если они произойдут, будут накладывается на естественную изменчивость климата, которая довольно велика во всех временных масштабах (Karl et al., 1989). В зависимости от ряда предположений, степень глобального потепления, которая должна была произойти к настоящему моменту, кажется более совместимой с нижней границей приведенных выше оценок (Bloomfield, 1992).
Karl et al. (1991b) выполнили множество тестов с использованием выходных данных трех разных GCM, чтобы установить, учитывая их различную чувствительность к климату, когда в центральной части Соединенных Штатов может быть обнаружен статистически значимый парниковый сигнал. Они пришли к выводу, что вполне вероятно, что на сегодняшний день парниковый сигнал был замаскирован естественной изменчивостью климата, и что, вероятно, потребуется еще от двух до четырех десятилетий, прежде чем парниковый сигнал по температуре и осадкам может быть однозначно обнаружен в этом регионе.
Следует отметить возможность того, что другие антропогенные факторы могут противодействовать радиационным эффектам увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере. Недавние исследования показали, что сульфатные аэрозоли, которые увеличивают планетарное альбедо (Charlson et al., 1992; Hansen and Lacis, 1990; Wigley, 1989, 1991), могли в некоторой степени противодействовать усилению инфракрасного потепления (см. Michaels and Stooksbury , 1992). Эти и другие факторы, антропогенного происхождения или нет (например,g., изменения вулканизма), несомненно, «замутят» климатическую картину и могут затруднить однозначную идентификацию современного парникового сигнала.
В этой статье мы рассматриваем два аспекта обнаружения изменения климата, которые, по нашему мнению, имеют большое значение в вопросе естественной и антропогенной изменчивости климата. Фактически, один из аспектов проблемы состоит в том, в какой момент отвергают нулевую гипотезу (отсутствие изменения климата) и принимают предпосылку о том, что климат последних нескольких десятилетий принадлежит другой выборке населения.Сложность здесь возникает из-за того, что мы оцениваем относительно короткие записи наблюдений, зная, что климат колебался за последние несколько столетий на величину, которая может быть той же величины, что и колебания, наблюдаемые в недавних записях (см. Bradley and Jones, 1992).
Второй аспект проблемы изменения климата в сравнении с естественной изменчивостью, который мы рассматриваем здесь, - это временные изменения этой изменчивости, то есть дисперсии. Изменения климатической изменчивости важны, поскольку они, вероятно, будут иметь большее влияние на способность общества смягчать климатические изменения и адаптироваться к ним, чем медленное изменение средних климатических режимов.Мы изучили множество записей наблюдений различной продолжительности (обычно от 100 до 150 лет), которые представляют разные пространственные масштабы (от полушария до региональных бассейнов). Мы сосредоточимся на десятилетних временных масштабах, поскольку можно утверждать, что климатические изменения будут лучше измеряться во временных масштабах, которые в некоторой степени усредняют высокочастотный климатический «шум», связанный с сезонной изменчивостью и другими воздушно-морскими процессами, действующими в течение года. шкалы (например, система Эль-Ниньо / Южного колебания).Мы сравниваем эти инструментальные серии с набором климатических косвенных записей высокого разрешения, а именно, годичных колец и изотопов кислорода, извлеченных из ледяных кернов, за последние 300-800 лет. Наша цель - дать читателю некоторое представление о диапазоне этой промежуточной (от десятилетия до века) климатической изменчивости, а также дать некоторую оценку неопределенностей, присущих существующим записям (инструментальным, историческим и палеоэкологическим). .
Отметим, что метод обнаружения изменения климата по «отпечаткам пальцев» (Barnett, 1986; Barnett and Schlesinger, 1987; Barnett et al., 1991) предоставляет очень полезную методологию для проверки гипотезы (прогнозы изменения климата GCM) на основе наблюдений. Мы попытаемся здесь выделить некоторые аспекты климатической изменчивости в десятилетних и более длительных временных масштабах и еще раз подчеркнем вывод Barnett et al. (1991), которые отметили, что наличие высокой степени «необъяснимой» меж десятилетней климатической изменчивости (см. Также Ghil and Vautard, 1991 и Karl et al., 1991b) значительно усложнит обнаружение сигнала парникового изменения климата.
СОВРЕМЕННЫЙ (ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ) РЕКОРД
Характеристики изменений индексов среднеквадратической температуры в десятилетнем масштабе
Имеющиеся данные предполагают, что в течение последнего столетия изменения средней годовой температуры в глобальном масштабе в десятилетнем масштабе составляли порядка 0,1–0,3 ° C (см. Folland et al., 1990). На рисунке 1 показаны годовые и сезонные изменения температуры на суше в Северном полушарии.Данные на графике от Jones et al. (1986a) с последующими обновлениями, представляют собой последовательные 10-летние средневзвешенные по площади с 1891-1900 по 1981-1990 годы температурные аномалии с привязкой к сетке, относящиеся к периоду 1951-1970 годов. На этом "дек-
.ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Ответ. Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением доли P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа. Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет
. Тропосфера составляет 90% общей массы атмосферы на 30 ° с.ш. (85% в мире).
Доля Fstrat от общей массы атмосферы в стратосфере выражается долей над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), минус доля над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность).Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что
Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой. Мезосфера содержит лишь около 0,1% общей массы атмосферы.
2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗАКОН
Мы рассмотрим факторы, управляющие вертикальным профилем атмосферной температуры в главах 4 и 7. Мы сосредоточимся здесь на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:
.
Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы
Атмосфера оказывает восходящую силу давления P (z) A на нижнюю часть плиты и силу давления, направленную вниз P (z + dz) A, на верхнюю часть плиты; чистая сила, (P (z) -P (z + dz)) A, называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновешивать силу градиента давления:
(2.3)
Переставляем урожайность
(2,4)
Левая часть по определению равна dP / dz. Следовательно,
(2,5)
Итак, из закона идеального газа,
(2.6)
где Ma - молекулярная масса воздуха, T - температура. Подстановка (2,6) в (2,5) урожайность:
(2,7)
Теперь сделаем упрощающее предположение, что T постоянна с высотой; как показано в Рисунок 2-2 , T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2,7) чтобы получить
(2,8)
что эквивалентно
(2.9)
Уравнение (2,9) называется барометрический закон. Удобно определить шкала высоты H для атмосферы:
(2.10)
приводя к компактной форме Барометрического закона:
(2.11)
Для средней температуры атмосферы T = 250 K масштаб высоты H = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона Рисунок 2-2 вызваны колебаниями температуры с высотой, которые мы не учли в нашем выводе.
Аналогично можно сформулировать вертикальную зависимость плотности воздуха. Из (2,6) , ra и P связаны линейно, если T предполагается постоянным, так что
(2.12)
Аналогичное уравнение применяется к плотности воздуха na. Для каждого подъема высоты H давление и плотность воздуха падают в е = 2,7 раза; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.
При расчете высоты шкалы от (2.10) мы предположили, что воздух ведет себя как однородный газ с молекулярной массой Ma = 29 г / моль. Закон Дальтона гласит, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Тогда можно было бы ожидать, что разные компоненты будут иметь разные шкала высоты определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно было ожидать, что соотношение смешивания O2 будет уменьшаться с высотой. Тем не мение, гравитационное разделение воздушной смеси происходит за счет молекулярная диффузия, которая значительно медленнее турбулентного вертикального перемешивания воздуха на высотах ниже 100 км ( проблема 4. 9 ). Таким образом, турбулентное перемешивание поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только на высоте более 100 км начинает происходить значительное гравитационное разделение газов, причем более легкие газы обогащаются на больших высотах. Во время дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень уважаемые ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокого молекулярного веса и, следовательно, низкого масштаба. В действительности турбулентное перемешивание воздуха гарантирует, что соотношения смешивания CFC в воздухе, поступающем в стратосферу, по существу такие же, как и в приземном воздухе.
.
Meteorology Indigo Que Bank Часть 3 (299-311)
Скорость охлаждения восходящего насыщенного воздуха меньше скорости охлаждения восходящего ненасыщенного воздуха, потому что: a) тепло выделяется в процессе конденсации б) влажный воздух тяжелее сухого в) водяной пар не остывает так быстро, как сухой воздух г) водяной пар поглощает поступающее тепло от солнца Слой абсолютно неустойчив, если падение температуры с высотой a) более 1 ° C на 100 м b) от 1 ° C на 100 м до 0.65 ° C на 100 м d) менее 0,65 ° C на 100 м Слой, в котором температура остается постоянной с высотой г) условно нестабильное Слой, температура в котором увеличивается с высотой, равен в) условно нестабильная Слой, в котором температура снижается на 1 ° C на 100 м, составляет г) условно нестабильное Если в слое толщиной 100 м температура внизу слоя 10 ° C, а вверху 8 ° C, то этот слой равен в) условно нестабильная 50.3.3.1 (3580) Инверсия:а) абсолютно стабильный слой
б) условно нестабильный слой г) слой, который может быть как стабильным, так и нестабильным В слое воздуха понижение температуры на 100 метров увеличения высоты составляет более 1 ° C. Этот слой можно описать как . в) условно нестабильная Какое утверждение верно для условно нестабильного слоя? a) Погрешность воздействия окружающей среды менее 1 ° C / 100 м b) Коэффициент погрешности окружающей среды меньше 0.65 ° C / 100 м в) Слой неустойчив к ненасыщенному воздуху d) Скорость адиабатического градиента во влажном состоянии составляет 0,65 ° C / 100 м Стабильность слоя увеличивается, если a) теплый воздух адвектируется в верхней части и холодный воздух в нижней части б) теплый воздух поступает в нижнюю часть, а холодный - в верхнюю в) теплый и влажный воздух поступает в нижнюю часть г) холодный и сухой воздух поступает в верхнюю часть Какое из следующих утверждений относительно подъема пакета воздуха является правильным a) Ненасыщенные участки охлаждаются быстрее, чем насыщенные участки b) Ненасыщенные участки охлаждаются медленнее, чем насыщенные участки c) Ненасыщенные посылки охлаждаются со скоростью 0.65 ° C на 100 м d) Насыщенные посылки всегда охлаждаются со скоростью 0,65 ° C на 100 м Высота подъема уровня конденсации определяется по a) Температура и точка росы на поверхности б) температура у поверхности и атмосферное давление в) ветер и точка росы у поверхности г) влажный адиабатический градиент и точка росы на поверхности Влажный, но ненасыщенный воздух становится насыщенным a) подъем посылки на более высокий уровень б) опускание посылки до уровня ниже c) перемещение посылки в зону с более низким давлением и равной температурой г) перемещение посылки в зону с более высоким давлением и равной температурой
Образец влажного, но ненасыщенного воздуха может стать насыщенным
.Высокое кровяное давление (гипертония) - Симптомы и причины
Обзор
Высокое кровяное давление - распространенное состояние, при котором длительное воздействие крови на стенки артерий достаточно велико, что в конечном итоге может вызвать проблемы со здоровьем, например, болезни сердца.
Артериальное давление определяется как количеством крови, перекачиваемой вашим сердцем, так и величиной сопротивления кровотоку в артериях. Чем больше крови перекачивает ваше сердце и чем уже ваши артерии, тем выше ваше кровяное давление.
У вас может быть высокое кровяное давление (гипертония) в течение многих лет без каких-либо симптомов. Даже без симптомов повреждение кровеносных сосудов и сердца продолжается и может быть обнаружено. Неконтролируемое высокое кровяное давление увеличивает риск серьезных проблем со здоровьем, включая сердечный приступ и инсульт.
Высокое кровяное давление обычно развивается в течение многих лет и в конечном итоге затрагивает почти всех. К счастью, высокое кровяное давление можно легко обнаружить. И как только вы узнаете, что у вас высокое кровяное давление, вы можете обратиться к врачу, чтобы контролировать его.
Продукты и услуги
Показать больше продуктов от Mayo ClinicСимптомы
У большинства людей с высоким артериальным давлением нет никаких признаков или симптомов, даже если показания артериального давления достигают опасно высокого уровня.
У некоторых людей с высоким кровяным давлением могут быть головные боли, одышка или носовые кровотечения, но эти признаки и симптомы не являются специфическими и обычно не возникают, пока высокое кровяное давление не достигнет тяжелой или опасной для жизни стадии.
Когда обращаться к врачу
Скорее всего, вам будут измерять артериальное давление во время обычного приема к врачу.
Попросите своего врача измерять артериальное давление не реже одного раза в два года, начиная с 18 лет. Если вам 40 лет и старше, или вам от 18 до 39 лет с высоким риском высокого кровяного давления, попросите своего врача сдать кровь. чтение давления каждый год.
Артериальное давление обычно следует проверять в обеих руках, чтобы определить, есть ли разница.Важно использовать манжету подходящего размера.
Ваш врач, скорее всего, порекомендует более частые измерения, если вам уже поставили диагноз высокого кровяного давления или есть другие факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний. У детей в возрасте 3 лет и старше артериальное давление обычно измеряется во время ежегодных осмотров.
Если вы не посещаете своего врача регулярно, вы можете пройти бесплатное обследование артериального давления на ярмарке ресурсов здравоохранения или в других местах в вашем районе.Вы также можете найти в некоторых магазинах приборы, которые бесплатно измерят ваше кровяное давление.
Аппараты для измерения артериального давления общего пользования, например в аптеках, могут предоставить полезную информацию о вашем артериальном давлении, но могут иметь некоторые ограничения. Точность этих машин зависит от нескольких факторов, таких как правильный размер манжеты и правильное использование машин. Обратитесь к врачу за советом по использованию общественных аппаратов для измерения артериального давления.
Причины
Есть два типа высокого кровяного давления.
Первичная (эссенциальная) гипертензия
У большинства взрослых причина высокого кровяного давления не определяется. Этот тип высокого кровяного давления, называемый первичной (эссенциальной) гипертонией, имеет тенденцию постепенно развиваться в течение многих лет.
Вторичная гипертензия
У некоторых людей высокое кровяное давление вызвано каким-либо заболеванием. Этот тип высокого кровяного давления, называемый вторичной гипертензией, обычно появляется внезапно и вызывает более высокое кровяное давление, чем первичная гипертензия.Различные состояния и лекарства могут привести к вторичной гипертонии, в том числе:
- Обструктивное апноэ сна
- Проблемы с почками
- Опухоли надпочечников
- Проблемы с щитовидной железой
- Определенные дефекты кровеносных сосудов, с которыми вы родились (врожденные)
- Определенные лекарства, такие как противозачаточные таблетки, средства от простуды, противоотечные, безрецептурные обезболивающие и некоторые рецептурные препараты
- Незаконные наркотики, такие как кокаин и амфетамины
Дополнительная информация
Показать дополнительную информациюФакторы риска
Высокое кровяное давление имеет множество факторов риска, в том числе:
- Возраст. Риск высокого кровяного давления увеличивается с возрастом. Примерно до 64 лет высокое кровяное давление чаще встречается у мужчин. У женщин повышенное артериальное давление выше после 65 лет.
- Гонка. Высокое кровяное давление особенно распространено среди лиц африканского происхождения, часто оно развивается в более раннем возрасте, чем у белых. Серьезные осложнения, такие как инсульт, сердечный приступ и почечная недостаточность, также чаще встречаются у лиц африканского происхождения.
- Семейная история. Высокое кровяное давление, как правило, передается по наследству.
- Избыточный вес или ожирение. Чем больше вы весите, тем больше крови вам нужно для снабжения тканей кислородом и питательными веществами. По мере того, как объем крови, циркулирующей по кровеносным сосудам, увеличивается, увеличивается и давление на стенки артерий.
- Не ведёт физическую активность. У малоподвижных людей частота пульса выше. Чем выше частота пульса, тем интенсивнее должно работать ваше сердце при каждом сокращении и тем сильнее нагрузка на артерии.Недостаток физической активности также увеличивает риск ожирения.
- Использование табака. Курение или жевание табака не только мгновенно повышают кровяное давление, но и химические вещества, содержащиеся в табаке, могут повредить слизистую оболочку стенок артерий. Это может привести к сужению артерий и увеличить риск сердечных заболеваний. Пассивное курение также может увеличить риск сердечных заболеваний.
- Слишком много соли (натрия) в вашем рационе. Слишком много натрия в вашем рационе может привести к задержке жидкости в организме, что повысит кровяное давление.
- Слишком мало калия в вашем рационе. Калий помогает сбалансировать количество натрия в ваших клетках. Если вы не получаете достаточное количество калия в своем рационе или удерживаете его в достаточном количестве, у вас может накапливаться слишком много натрия в крови.
-
Слишком много алкоголя. Со временем чрезмерное употребление алкоголя может повредить ваше сердце. Употребление более одного напитка в день для женщин и более двух напитков в день для мужчин может повлиять на ваше кровяное давление.
Если вы употребляете алкоголь, делайте это умеренно.Для здоровых взрослых это означает до одного напитка в день для женщин и двух напитков в день для мужчин. Один напиток равен 12 унциям пива, 5 унциям вина или 1,5 унциям крепкого алкоголя.
- Напряжение. Высокий уровень стресса может привести к временному повышению артериального давления. Если вы попытаетесь расслабиться, переедая, употребляя табак или алкоголь, у вас могут только усилиться проблемы с высоким кровяным давлением.
- Определенные хронические состояния. Определенные хронические состояния также могут увеличить риск высокого кровяного давления, например, заболевание почек, диабет и апноэ во сне.
Иногда беременность тоже способствует повышению артериального давления.
Хотя высокое кровяное давление чаще всего встречается у взрослых, дети тоже могут подвергаться риску. У некоторых детей высокое кровяное давление вызвано проблемами с почками или сердцем. Но для растущего числа детей неправильный образ жизни, такой как нездоровое питание, ожирение и отсутствие физических упражнений, способствует повышению артериального давления.
Осложнения
Чрезмерное давление на стенки артерий, вызванное высоким кровяным давлением, может привести к повреждению кровеносных сосудов, а также внутренних органов.Чем выше ваше кровяное давление и чем дольше оно остается неконтролируемым, тем больше ущерб.
Неконтролируемое высокое кровяное давление может привести к осложнениям, включая:
- Сердечный приступ или инсульт. Высокое кровяное давление может вызвать затвердение и утолщение артерий (атеросклероз), что может привести к сердечному приступу, инсульту или другим осложнениям.
- Аневризма. Повышенное кровяное давление может привести к ослаблению кровеносных сосудов и их вздутию, образуя аневризму.Если аневризма разрывается, это может быть опасно для жизни.
- Сердечная недостаточность. Чтобы перекачивать кровь, преодолевая повышенное давление в сосудах, сердце должно работать больше. Это приводит к утолщению стенок насосной камеры сердца (гипертрофия левого желудочка). В конце концов, утолщенная мышца может с трудом перекачивать кровь, достаточную для удовлетворения потребностей вашего организма, что может привести к сердечной недостаточности.
- Ослабленные и суженные кровеносные сосуды в почках. Это может помешать нормальному функционированию этих органов.
- Утолщенные, суженные или разорванные кровеносные сосуды в глазах. Это может привести к потере зрения.
- Метаболический синдром. Этот синдром представляет собой группу нарушений обмена веществ в организме, включая увеличение окружности талии; высокие триглицериды; низкий холестерин липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), «хороший» холестерин; высокое кровяное давление и высокий уровень инсулина. Эти условия повышают вероятность развития диабета, сердечных заболеваний и инсульта.
- Проблемы с памятью или пониманием. Неконтролируемое высокое кровяное давление также может повлиять на вашу способность думать, запоминать и учиться. Проблемы с памятью или пониманием концепций чаще встречаются у людей с высоким кровяным давлением.
- Деменция. Суженные или заблокированные артерии могут ограничивать приток крови к мозгу, что приводит к определенному типу деменции (сосудистой деменции). Инсульт, который нарушает приток крови к мозгу, также может вызвать сосудистую деменцию.
Научное путешествие от безвестности к климатической суперзвезде
Особенности исследования
Метан: научное путешествие от безвестности к климатической суперзвезде
Гэвин Шмидт, Сентябрь 2004
Как показывает химическая модель «мяч и палка», молекула метана состоит из одного атома углерода, окруженного четырьмя атомами водорода.
В первом исследовании 1971 г. о возможности непреднамеренного изменения климата человеком было заявлено, что «Метан не имеет прямого воздействия на климат или биосферу [и] считается не имеющим значения».Этот газ даже не фигурировал в указателе главной книги по климатологии того времени (Лэмба Климат прошлого, настоящего и будущего ). Тем не менее, в отчете МГЭИК за 2001 год большие части нескольких глав посвящены изучению источников, поглотителей, химии, истории и потенциального будущего этой скромной молекулы. Ежемесячно публикуются новые статьи, в которых изменения палеоклимата связаны с изменчивостью метана и обсуждаются возможности значительного уменьшения антропогенного изменения климата в будущем за счет агрессивного управления выбросами метана.Новые гипотезы, такие как «гипотеза клатратной пушки» (подробнее см. Ниже), ставят изменчивость метана в центр дебатов о быстром изменении климата.
Что способствовало быстрому превращению метана из малоизвестного газа-следа в основной фактор в прошлом, настоящем и будущем изменении климата? Как это обычно бывает в науке, это смешение нескольких линий доказательств, и только когда они взяты вместе, связи и возможные обратные связи кажутся очевидными.
Примерная схема источников и стоков метана.(Изображение: NASA GISS)
Природные источники метана включают водно-болотные угодья, термитов, разлагающиеся органические материалы в океане и пресной воде, а также гидрат метана. Источники, подверженные антропогенному влиянию, включают метеоризм домашнего скота, рисовые поля, сжигание биомассы, свалки, добычу угля и производство газа, причем рисовые поля и метеоризм домашнего скота являются основными источниками метана. (Изображение: Департамент энергетических технологий США, Национальная программа по гидрату метана)
Метан как парниковый газ
Сначала некоторые основы: метан (CH 4 ) - очень простая молекула (один углерод окружен четырьмя атомами водорода) и создается преимущественно бактериями, которые питаются органическими веществами.В сухих условиях атмосферного кислорода достаточно, поэтому предпочтительны аэробных бактерий, производящих углекислый газ (CO 2 ). Но во влажных районах, таких как болота, водно-болотные угодья и в океане, не хватает кислорода, и поэтому сложные углеводороды расщепляются до метана анаэробными бактериями. Часть этого метана может попасть в ловушку (в виде газа, твердого вещества, растворенного или съеденного), а часть попадает в атмосферу, где постепенно расщепляется до CO 2 и водяного пара (H 2 O) в серия химических реакций.
Хотя метан был обнаружен в атмосфере в 1948 году, его важность для климата была выявлена лишь недавно благодаря трем ключевым открытиям. Во-первых, Вэй-Чён Ван и его коллеги из NASA GISS в 1976 году утверждали, что метан в атмосфере на самом деле является значительным парниковым газом - он поглощает некоторые частоты инфракрасного излучения (испускаемого с поверхности Земли), которое в противном случае пошло бы прямо на пространство. В сочетании с другими парниковыми газами (водяной пар, CO 2 и N 2 O) это приводит к тому, что температура поверхности примерно на 30 ° C выше, чем при отсутствии атмосферы.
Второй ключевой результат был достигнут благодаря извлечению и анализу кернов льда Гренландии и Антарктики. Эти многокилометровые керны, пробуренные через ледяные щиты европейскими и американскими исследовательскими группами, продемонстрировали беспрецедентно подробные изменения климата на протяжении веков, тысячелетий и сотен тысяч лет. Действительно, годовые слои можно различить на большей части кернов, что позволило исследователям построить чрезвычайно точную шкалу времени для обнаруженных ими климатических изменений.
Наряду с изотопным анализом самого льда (который в основном связан с температурой) исследователи (такие как Жером Шаппелла из Гренобля, Франция) смогли выделить газы, заключенные внутри крошечных пузырьков во льду. Парниковые газы CO 2 и CH 4 внутри этих пузырей показали, что с начала промышленного периода (примерно в середине 1800-х годов) концентрации CO 2 и CH 4 быстро увеличивались. Фактически, концентрации CH 4 более чем удвоились за последние 150 лет, а вклад в усиление парникового эффекта составляет почти половину от того, что из-за увеличения CO 2 за тот же период.
Изменения, произошедшие за последнее столетие, по-видимому, в основном связаны с увеличением выбросов в результате деятельности человека: утечки из горнодобывающих предприятий и трубопроводов природного газа, свалки, усиление орошения (особенно рисовых полей, которые по сути являются искусственными водно-болотными угодьями) и увеличение поголовья скота, производящего больше кишечных CH 4 (!) Среди прочих факторов. Однако во время последнего ледникового периода, и особенно в неспокойном мире незадолго до современного периода голоцена (примерно последние 11500 лет), метан колебался почти рука об руку в ответ на быстрые климатические изменения, такие как младший период. Холодный интервал дриаса (возврат к условиям почти полного ледникового периода 12500 лет назад).
Чувствительность метана к климату
Третьим ключевым доказательством стало исключительное расследование Джеффа Северингхауса из Института океанографии Скриппса и Эда Брука из Университета штата Вашингтон. Они убедительно показали (используя новую геохимию с участием изотопов азота, которые реагируют на быстрые изменения температуры поверхности), что содержание метана быстро увеличивается в условиях потепления климата с небольшим отставанием от температуры. Таким образом, метан не только влияет на климат через парниковые эффекты, но и, в свою очередь, очевидно, может зависеть от самого климата.
Записи ледяных кернов о концентрациях CH 4 во времени, рассчитанных по концентрации в захваченном воздухе внутри льда. В течение длительного периода времени, наблюдаемого в записи Восток (Антарктида), CH 4 колеблется в соответствии с температурой (от 400 до 700 частей на миллиард в холодный и теплый периоды соответственно). (Рисунок: Petit et al., Nature 399 , 429-436.)
В современный период, наблюдаемый в ядре с более высокой аккумуляцией в Ло-Доум (Антарктида), относительно стабильное доиндустриальное значение 700 частей на миллиард, как показано, сегодня увеличилось до 1750 частей на миллиард.
Эти наблюдения - что метан является парниковым газом, что изменения в выбросах могут влиять на концентрацию в атмосфере и что климат может вызывать изменения выбросов метана - есть потенциал для очень интересных положительных отзывов. Затем возникает вопрос, что контролирует эту изменчивость и насколько велики могут быть эти эффекты. Исследователи только начали вникать в детали, необходимые для более глубокого понимания ссылок.
Я уже обсуждал основные источники метана, но другая сторона медали - это сток метана.Что с ним происходит после выброса в атмосферу? Ответ тесно связан с атмосферной химией.
В нижней части атмосферы, ниже 10–12 км (тропосфера), ключевые циклы опосредуются, прежде всего, присутствием так называемых радикалов ОН - в просторечии известных как атмосферный детергент. Все испускаемые углеводородные химические соединения могут в конечном итоге расщепляться (или окисляться) этими радикалами до CO 2 и H 2 O, и метан не является исключением.Средняя молекула CH 4 существует около восьми-девяти лет, прежде чем она окисляется. Это долгий период времени по сравнению с большинством атмосферных химикатов, но он достаточно быстрый, так что возможны значительные колебания от года к году. Около 10% CH 4 попадает в верхние слои атмосферы (стратосферу, на высоте от 15 до 50 км над уровнем моря)), где он также окисляется, хотя и посредством немного другого набора реакций. Ключевым моментом является то, что в очень сухой стратосфере вода, образующаяся в результате окисления метана, составляет большую часть водного баланса, а водяной пар стратосферы сам по себе является парниковым газом! Этот косвенный процесс усиливает влияние изменения метана на климат примерно на 15%.
Воздействие климата на метан
Существует множество возможных климатических воздействий на сток метана. Например, когда климат нагревается или охлаждается, количество воды в воздухе меняется, что, в свою очередь, влияет на уровень OH. По мере того, как становится теплее, мойка становится более эффективной, и уровни CH 4 упадут, если не будет других изменений. Изменение выбросов других химикатов (например, окиси углерода при сжигании биомассы, сложных углеводородов из растительности) может конкурировать за ОН и снова вызывать пропорциональное изменение CH 4 .Фактически, уровень CH 4 сам по себе имеет положительную обратную связь о своем собственном сроке службы: то есть, чем больше метана, тем больше OH «израсходовано» и тем дольше метан может оставаться.
А как насчет вариаций выбросов, которые можно контролировать с учетом климата? Выше я упоминал, что выбросы природного метана зависят от степени разложения органических веществ в очень влажных условиях. Оказывается, что для отдельного водно-болотного угодья увеличение уровня грунтовых вод (например, при увеличении количества дождя) и / или повышение температуры приведет к увеличению выбросов в очень короткие сроки.В течение более длительных периодов времени водно-болотные угодья и дельты рек приходят и уходят в зависимости от уровня моря или изменений в структуре крупномасштабных осадков. В высоких широтах замерзание и таяние вечной мерзлоты может значительно изменить размер торфяных болот и, следовательно, выбросы. Недавнее исследование в Швеции показало, что выбросы увеличились на 20–60% за 30-летний период из-за таяния вечной мерзлоты.
Гидрат метана состоит из клетки молекул воды, удерживающих молекулу метана. в пределах.Это может образовывать большие кристаллы гидрата в холодных условиях и в условиях сильного давления (в основном на континентальном склоне в океанах). (Изображение: Slim Films для Suess et al., Scientific American , ноябрь 1999 г., стр. 76-83).
При поднятии на поверхность газообразный метан выйдет из гидрата и может быть сожжен, как показано на этом рисунке. (Фото: Гэри Клинкхаммер, OSU-COAS)
В течение последних десятилетий скорость роста метана значительно колебалась и, действительно, практически равнялась нулю (т.е.е., без увеличения) за последние три года. Сочетание изменений в выбросах водно-болотных угодий и связанного с климатом похолодания во время Mt. Извержение Пинатубо (1991–1993 гг.) В сочетании с изменениями в экономической активности, особенно в бывшем Советском Союзе, кажется, объясняет большую часть этой изменчивости, хотя в этих оценках все еще есть большие погрешности. Однако есть еще один резервуар метана, о котором очень мало известно: резервуар клатрата метана в океанах - 600-фунтовая горилла изменчивости метана!
Клатраты и климат метана
Клатраты - это класс соединений, которые состоят из клетки молекул, которые могут удерживать газы, такие как метан, в твердой форме.Для метана наиболее важной «клеткой» является клетка, состоящая из молекул воды, поэтому ее иногда называют гидратом. Некоторые ключевые факты о клатратах делают их особенно интересными для климатологов. Во-первых, они могут составлять значительную часть общих запасов ископаемого углерода, включая уголь и нефть. На сегодняшний день наилучшие предположения предполагают, что от 500 до 2000 гигатонн углерода могут храниться в виде клатратов метана (5-20% от общих оценочных запасов). По некоторым оценкам, она достигает 10 000 гигатонн.Они встречаются в основном на континентальном шельфе, где вода относительно холодная, имеется достаточное давление и достаточно органического вещества, чтобы поддерживать бактерии, производящие метан, благополучно. Что наиболее важно, клатраты могут быть взрывоопасными при повышении температуры или понижении давления, что может произойти в результате изменения климата, тектонического подъема или подводных оползней.
Значение этих клатратов в изменении климата начали оценивать только недавно.Первой подсказкой были некоторые загадочные данные, полученные за период 55 миллионов лет назад. В начале 1990-х годов Джим Кеннетт из Института океанографии Скриппса и его коллеги заметили, что в течение чрезвычайно короткого промежутка времени (с геологической точки зрения) на переходе между эпохами палеоцена и эоцена соотношение изотопов углерода повсюду (глубоководье, на суше, на полюсах и в тропиках) внезапно изменилось в пользу более легкого изотопа углерода 12 C за счет 13 C.Скорость и масштабы этого изменения были беспрецедентными в период после исчезновения динозавров, и эта экскурсия была одновременной с коротким периодом экстремального глобального потепления (примерно на 3-4 градуса в глобальном масштабе, больше в высоких широтах).
В 1995 году Джерри Диккенс из Университета Райса предположил, что единственное возможное возмущение глобального углеродного цикла, чтобы соответствовать этим данным, было массивным поступлением легкого углерода, который хранился в виде клатратов метана, которые, как наблюдается, особенно высоки при температуре 12 ° C. .Ничто другое не могло быть столь же быстродействующим или иметь достаточно легкого изотопа, чтобы вызвать наблюдаемые эффекты. Учитывая, что и CH 4 , и продукт его окисления CO 2 являются парниковыми газами, это также может объяснить глобальное потепление.
Последующая работа, включая исследования химии атмосферы, проведенные мной и Дрю Шинделлом из NASA GISS, подтвердила, что эта гипотеза все еще является наиболее вероятным кандидатом, хотя первоначальный механизм запуска неизвестен. Подобные идеи были предложены для объяснения краткосрочных событий в юре, на границе перми и триаса и в неопротерозое, хотя доказательства уникальной роли метана в этих случаях гораздо слабее, чем на границе палеоцена и эоцена.
Учитывая вероятную роль клатратов метана в палеоцене, вполне естественно изучить, играли ли они аналогичную роль в более поздних климатических изменениях, таких как быстрая изменчивость климата во время последнего ледникового периода. Есть несколько заманчивых подсказок. В океанических отложениях у берегов Калифорнии Кай-Уве Хинрикс и его коллеги недавно обнаружили геохимические следы выбросов клатратов, совпадающие с потеплениями в записях кернов льда Гренландии. В некоторых записях есть совпадающие всплески в записи изотопов углерода, напоминающие всплески палеоцена / эоцена, но меньшей амплитуды.Это побудило Джима Кеннета выдвинуть так называемую «гипотезу клатратной пушки», согласно которой метан накапливается в клатратах в холодные периоды, а в начале потепления он резко выделяется, что приводит к дальнейшему ускоренному потеплению климата. Эта идея еще не получила широкого признания, в основном потому, что записи метана в ледяных кернах, кажется, отстают от изменений температуры, а соответствующие величины не кажутся достаточно большими, чтобы существенно нарушить радиационный баланс планеты. Более традиционное объяснение состоит в том, что по мере потепления климата в тропиках увеличивается количество дождей и, следовательно, увеличиваются выбросы из тропических водно-болотных угодий, которые должны быть достаточно большими, чтобы противодействовать вероятному увеличению стока метана.Однако мы многого не знаем о цикле метана во время ледниковых периодов, и, возможно, гидраты в конечном итоге будут считаться частью истории быстрого изменения климата.
Когда люди начали влиять на климат?
Билл Руддиман из Университета Вирджинии недавно предположил, что влияние человека на атмосферный метан могло начаться задолго до нынешнего индустриального периода. Он предполагает, что начало повсеместного земледелия, и особенно выращивания риса, 8000 лет назад стало спусковым крючком для увеличения выбросов и, возможно, действительно предотвратило возникновение нового цикла ледникового периода к настоящему времени.Его выводы в основном основаны на сравнении этого текущего теплого периода с изменениями метана, наблюдаемыми в ледяном ядре Востока, которые коррелируют с изменениями орбиты Земли (на 400 000 лет назад). Эта идея, безусловно, интригует.
Однако расчеты изменений орбиты Земли, которые, как считается, вызывают ледниковые периоды, проведенные Андре Бергером из Университета Лувен-ле-Нев в Бельгии, демонстрируют, что нынешний теплый период на самом деле довольно аномален по сравнению с недавним прошлым, и, следовательно, предыдущие корреляции могут быть неприменимы к настоящему.Действительно, недавние результаты чрезвычайно длинного ядра EPICA показывают, что значения на этапе 11 (лучший аналог настоящего) очень похожи на те, которые наблюдались в доиндустриальном периоде. По сравнению с 5000 лет назад наблюдается небольшое увеличение концентрации метана, и общепринятое мнение связывает это с развитием бореальных водно-болотных угодий и дельт крупных рек (например, в устьях рек Нил, Миссисипи, Нигер и Амазонка). Уровень моря в основном стабилизировался после дегляциации.
Кроме того, крайне неясно, что низкая численность населения и низкая площадь возделываемых земель до промышленной революции приведут к выбросам, достаточным для существенного изменения.Прежде чем эта идея будет полностью принята, потребуется более точная количественная оценка этих факторов.
Метан и будущее
Этот пример действительно приводит к более широкому вопросу: какую роль играет метан (включая клатраты метана) в глобальном углеродном цикле? Диккенс, например, предположил, что все модели круговорота углерода должны учитывать явно значительный резервуар метана. Однако о клатратах еще предстоит многое узнать. Насколько они обширны? Сколько времени нужно, чтобы резервуар наполнился? Что происходит, когда клатраты попадают в океан? Какова роль в отложениях метаноядных бактерий? До недавнего времени эти вопросы считались чрезвычайно эзотерическими, но теперь они стали основным направлением исследований углеродного цикла.
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи в настоящее время работают над улучшением понимания многих аспектов цикла метана. Это усовершенствованные методы измерения изотопов углерода в метане из ледяных кернов, чтобы, возможно, различать разные источники. Модели климата и химии атмосферы пересматриваются и улучшаются, чтобы смоделировать изменения в метане, наблюдаемые в записях ледяных кернов. Глубоко в океане исследователи уделяют пристальное внимание химии и биологии, происходящей вокруг клатратных отложений.В высоких широтах ученые лучше определяют потоки метана из торфяных болот и оттаивающих районов вечной мерзлоты. Медленно, но верно некоторые неопределенности уменьшаются.
А что насчет будущего? Концентрация метана в атмосфере за последние несколько лет практически не изменилась. Это явно хорошая новость для тех, кто обеспокоен продолжающимся потеплением парниковых газов, но до тех пор, пока ученые не поймут, почему, нет никаких гарантий, что увеличение выбросов не возобновится. Это является четким напоминанием о том, что мы еще не знаем всего, что нам нужно о метане.Однако многие антропогенные источники метана, такие как ирригация, горнодобывающая промышленность, фермерские хозяйства и т. Д., Относительно дешевы и просты в контроле. Например, основная доля Новой Зеландии в выбросах парниковых газов связана с пищеварительными процессами овец, и там ученые экспериментируют с изменениями кормов, которые могут значительно снизить производство метана. Точно так же улучшенное улавливание метана, выделяемого при добыче и добыче нефти, обеспечивает более чистый источник топлива и увеличивает прибыль для соответствующих компаний.
Трудно предвидеть реакцию водно-болотных угодий и клатратных отложений на изменение климата, и одна дикая карта - это степень, в которой потенциальная эксплуатация клатратного резервуара для производства энергии может привести к увеличению выбросов в атмосферу. Однако используемые для этого технологии еще не полностью разработаны, поэтому прогнозы крайне неопределенны. В настоящее время проводятся исследования по сокращению выбросов метана почти из всех источников, что, возможно, может позволить относительно краткосрочное (<50 лет) снижение концентрации метана и, как следствие, снижение сил, вызывающих глобальное потепление.
За последние 30 лет метан превратился из газа, не имеющего никакого значения, в - по крайней мере, в глазах некоторых исследователей - возможно, в самый важный парниковый газ как для понимания изменения климата, так и в качестве экономически эффективной цели для будущего сокращения выбросов. Еще неизвестно, выдержат ли некоторые из этих новых идей тщательное изучение более широкого сообщества исследователей климата, но одно можно сказать наверняка: научный путь метана еще не завершен.
Ссылки и дополнительная литература
переулок, р.Б. 2000 г. Двухмильная машина времени: ледяные керны, резкое изменение климата и наше будущее . Издательство Принстонского университета.
Кристенсен, Т.Р., Т. Йоханссон, Х.Дж. Окерман, М. Мастепанов, Н. Малмер, Т. Фрибург, П. Крилл, Б.Х. Свенсон 2004. Таяние субарктической вечной мерзлоты: влияние на растительность и выбросы метана. Geophys. Res. Lett. 31 , L04501, DOI: 10.1029 / 2003GL018680.
членов сообщества EPICA 2004. Восемь ледниковых циклов из антарктического ледяного керна. Природа 429 , 623-628, DOI: 10,1038 / природа02599.
Hinrichs, K.-U., L.R. Хмело, С.П. Сылва 2003. Молекулярная летопись окаменелостей повышенных уровней метана в прибрежных водах позднего плейстоцена. Наука 299 , 1214-1217, DOI: 10.1126 / science.1079601.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата, 2001 г. Изменение климата 2001: научная основа . Издательство Кембриджского университета.
Kennett, J.P., K.G. Каннариато, И.Л. Хенди, Р.Дж. Бех 2003. Гидраты метана в четвертичном изменении климата: Гипотеза клатратной пушки 900 12. Американский геофизический союз.
Lamb, HH 1972. Климат: прошлое, настоящее и будущее , т. 1. Метуэн.
Руддиман, W. 2003. Эра антропогенных теплиц началась тысячи лет назад. Изменение климата 61 , 261-293, DOI: 10.1023 / B: CLIM.0000004577.17928.fa.
Шмидт Г.А. и Д.Т. Шинделл 2003. Состав атмосферы, радиационное воздействие и изменение климата как следствие массового выброса метана из газовых гидратов. Палеоокеанография 18 , DOI: 10.1029 / 2002PA000757.
Северингхаус, Дж. П. и Э. Дж. Брук 1999. Резкое изменение климата в конце последнего ледникового периода, вызванное задержкой воздуха в полярных льдах. Наука 286 , 930-934, DOI: 10.1126 / science.286.5441.930.
Wang, W.-C., Y.L. Юнг, А.А. Лацис, Т. Мо, и Дж. Э. Хансен, 1976. Парниковые эффекты из-за антропогенного воздействия газовых примесей. Наука 194 , 685-690.
Об авторе
Гэвин Шмидт - научный сотрудник Института космических исследований имени Годдарда НАСА и Центра исследований климатических систем Колумбийского университета в Нью-Йорке. Он работает над моделями климатической системы и их применением к проблемам прошлого, настоящего и будущего изменения климата. Эта статья была заказана для выпуска La Recherche , Париж, сентябрь 2004 г., и этот перевод на английский язык публикуется здесь с их разрешения.
.
