чином, зумовлює проходження сонячної ультрафіолетової радіації до поверхні планети й затримує довгохвильове випромінювання, яке йде назовні. У зв'язку із цим дія СO2 біля земної поверхні нагадує ефект парника, який пропускає короткохвильову сонячну радіацію до поверхні й затримує довгохвильове теплове випромінювання, що йде від неї. У результаті збільшення вмісту СO2 в атмосфері відбувається підвищення температури біля поверхні. Однак з висотою вплив парникового ефекту слабшає, а у верхній тропосфері й особливо в нижній стратосфері вуглекислий газ сприяє охолодженню атмосфери. Проте середня температура атмосфери зі збільшенням CO2, зростає. Основним джерелом збільшення концентрації СO2 є промислове забруднення й видобуток вапняків.
Вплив атмосфери на радіаційний баланс Землі
Унаслідок наявності атмосфери сонячна радіація на земній поверхні розподіляється нерівномірно.
Атмосфера складається з азоту, кисню й аргону, які майже на 100 % є прозорими для радіації — від короткохвильової ультрафіолетової до довгохвильової інфрачервоної. Кисень, взаємодіючи з короткохвильовим ультрафіолетовим світлом, перетворюється на озон. Молекула озону поглинає ультрафіолетове світло. У результаті на висоті приблизно 20 км від земної поверхні утворюється шар озону, який адсорбує ультрафіолетове світло, що приходить від Сонця; у такий спосіб озоновий шар захищає поверхню Землі від цих променів. Без цього фільтра життя на земній поверхні, як відомо, було б неможливим. Якби наша атмосфера складалася тільки з основних газів: азоту, кисню й аргону, то вона 6 була прозорою для інфрачервоної радіації. Тому відбита від поверхні Землі радіація могла б без перешкод пройти через атмосферу. Однак повітря, крім трьох основних газів, містить невелику кількість вуглекислого газу (0,03%) й водяної пари. І вуглекислий газ, і водяна пара в атмосфері значною мірою адсорбують інфрачервону радіацію. Крім того, у процесі конденсації водяної пари утворюються хмари, які відбивають і розсіюють частину сонячної радіації, що надходить з космосу. Атмосфера прозора в діапазоні від 0,3 до 0,7 мкм. В інфрачервоному спектрі залишається кілька зон для хвиль з довжинами менше 13 мкм, так званих інфрачервоних вікон, у яких атмосфера прозора. У той час як атмосфера є прозорою для більшої частини прямої сонячної радіації, вона майже непрозора для теплового радіаційного випромінювання Землі при температурі 300 К. Відбивається в навколоземний простір 35% усієї сонячної радіації. Земля поглинає 47% її кількосте і суходіл, і океани), верхні шари атмосфери — 3%, нижні шари атмосфери — 15%.
Передавання тепла від земної поверхні в атмосферу відбувається трьома способами. Частина енергії передається завдяки тепловому випромінюванню. Частина — шляхом нагрівання повітря, яке контактує із поверхнею. Однак найбільша частина перелається завдяки випаровуванню води. Водяна пара, підіймаючись в атмосферу, конденсується, при цьому утворюються різні види хмар та опади, що випадають на земну поверхню (дощ, сніг та ін.), — в такий спосіб атмосфера одержує тепло завдяки випаровуванню.
Поглинута атмосферою інфрачервона радіація і теплота конденсації водяної пари затримують тепло біля земної поверхні. Вода на Землі відіграє важливу роль як акумулятор тепла, тому що вона поглинає інфрачервону радіацію. Важлива роль води як механізму випаровування й конденсації. Над посушливими районами ці впливи зменшуються і тому саме тут ми спостерігаємо найбільші добові й річні амплітуди температури. З іншого боку, у вологих океанічних районах спостерігаються найменші коливання температури. Кількість сонячного випромінювання, що надходить наземну поверхню, зменшується від екватора до полюсів. Крім того, на Землі повітряні й океанічні течії можуть переносити тепло з одних районів в інші. Течії в океані й атмосфері переносять тепло з низьких широт у високі. На Землі неоднакове нагрівання поверхні в районі екватора і в полярних областях зумовлює перенесення тепла в напрямку до полюсів, у результаті чого виникають течії в атмосфері й океанах. У напрямку до полюса потоки нагрітого повітря або океанічні течії переносять тепло, а спрямовані до екватора повітряні маси і течії несуть холод. У середньому за рік перенесення енергії через екватор дуже незначне. Перенесення тепла в напрямку до полюса досягає максимуму приблизно на широті 40° і дорівнює нулю біля полюсів.
Гідросфера
За сучасними уявленнями, гідросфера — це переривчаста волна оболонка Землі, яка знаходиться між атмосферою і твердою земною корою — літосферою. Вона являє собою сукупність океанів, морів, озер, рік, боліт, а також підземних вод. Гідросфера вкриває близько 71% земної поверхні; її об'єм становить приблизно 1370 мли км3 (1/800 загального об'єму планети); маса 1,4-1018 кг, з яких 98,3% зосереджено в океанах і морях. Хімічний склад гідросфери приблизно такий же, як і склад морської води. Крім того, вода є складовою частиною атмосфери, у якій вона знаходиться у вигляді пари, водяних крапельок і крижаних кристалів. Вола також є основною складовою частиною рослин і тварин.
Вода (Н2O) є продуктом поєднання найлегшого елемента — водню — з киснем. На поверхні Землі вода існує в трьох станах — твердому (лід), рідкому (вода) і газоподібному (водяна пара). Тиск і температура визначають стан, у якому перебуває вода. Точка на діаграмі температура — тиск, у якій вода співіснує в трьох станах, — рідкому, твердому й газоподібному — називається потрійною точкою. Це явище можна спостерігати при температурі 0,01 С и тиску 105 Паскаль. Вода має велику теплоємність, тобто потрібна велика кількість тепла для того, щоб перетворити її на водяну пару або щоб розтопити лід.
При вертикальному переміщенні води в озерах і морях її питомий об'єм змінюється залежно від температури й тиску. Лід має меншу щільність, ніж рідка вода. У результаті лід плаває на поверхні води. Коли вода замерзає, проникаючи в тріщини гірських порід, то об'єм води збільшується і породи із часом руйнуються. Лід, плава* юч и на воді, захищає життя в озерах і морях. Шар льоду ізолює воду від холодного повітря над нею і тим самим сповільнює подальше замерзання. Якби лід був щільнішим за воду, то, утворившись на поверхні водойми, він опускався б на дно, сприяючи утворенню нових порцій льоду на поверхні. У кінцевому підсумку озеро промерзло б до дна. Для життя в озерах та інших водоймах дуже важливим є те, що прісна вода з температурою 4 °С при тиску 1 атм. має мінімальний питомий об'єм, отже, максимальну щільність. Як тільки температура верхніх шарів на поверхні озера знизиться, холодна вода стане більш щільною, ніж шари, що лежать нижче, і вона опускається вниз, на дно. Однак, якщо температура в озері становитиме 4 °С, подальше охолодження не призведе до опускання води. Температура води на дні водойми взимку буде близько 4 С, хоч на поверхні озера може бути більш холодна вода і навіть лід.
Іншою важливою властивістю води є те, що вона — прекрасний розчинник. Більшість речовин якоюсь мірою розчиняються у воді, а багато речовин розчиняються дуже добре.
Морська вода є розчином складної суміші солей у воді. У морській воді відкритого океану незалежно від абсолютної концентрації кількісні співвідношення основних солей завжди приблизно однакові. Коли вміст солей збільшується, щільність води зростає, а температура замерзання й максимальна щільність знижуються. Солоність морської води визначається за вмістом хлоридів або за її електропровідністю. Наявність солей завжди трохи знижує теплоємність води. Тому зростання вмісту солей сприяє швидшому нагріванню води.
Коли морська вода замерзає, більша частина солей виділяється з льоду й переходить у рідину. Кількаразовим заморожуванням морську воду можна очистити й одержати прісну.
Взаємодія океану та атмосфери
Поверхня океану являє собою арену взаємодії гідросфери та атмосфери. Межа розділу між океаном та атмосферою не є різкою границею між рідкою і газоподібною оболонками Землі. Океанічна поверхня являє собою транзитну зону, де здійснюється взаємодія та обмін речовиною й енергією між оболонками планети. Це своєрідна сполучна ланка в ланцюгу взаємодії океану й атмосфери.
Повітря й верхній шар води в океані перебувають у постійному контакті. Якщо повітря тепліше від води, то тепло переноситися з атмосфери у воду; якщо теплішою виявиться вода, перенесення тепла відбуватиметься в протилежному напрямку. Тенденція перенесення завжди спрямована до вирівнювання температури. Перенесення тепла з океану в атмосферу здійснюється через поверхню океану шляхом турбулентного обміну. Якщо вода тепліша за повітря, то повітря, яке перебуває в контакті з водною поверхнею, нагрівається доти, поки температура не вирівняється. Чим більша різниця температур, тим більша швидкість перенесення тепла. Однак для встановлення рівноваги між повітрям і водою недостатньо однієї рівності їх температур. Крім перенесення явного тепла, яке нагріває повітря, існує ще й перенесення тепла випаровування. Тільки за умови одночасного дотримання рівності температур повітря й води та насиченні повітря водяною парою вода й повітря перебувають у стані рівноваги. Контактуючи з більш теплою водою, повітря потребує більшого вмісту водяної пари, щоб залишатися насиченим.
Щоб перетворити рідку воду на водяну пару, необхідно затратити певну кількість
