Углерод в атмосфере

Атмосферы Марса, Земли и Венеры

Повторное использование: ГРИД Аренддал ЮНЕП, Кэлвин Дж. Хэмислтон

Обсуждать

Вместе с партнером или группой сравните атмосферы Марса, Земли и Венеры на изображении выше, а затем используйте следующие вопросы, чтобы направить обсуждение.

• На какой планете вы могли бы жить? Почему?
• Какая планета будет иметь большее разнообразие жизни (биоразнообразие)? Почему?
• Какую связь вы видите между количеством углекислого газа и температурой в этих трех атмосферах?
• Вы, вероятно, слышали о «парниковом эффекте» на предыдущих уроках естествознания или в средствах массовой информации. Основываясь на вашем нынешнем понимании парникового эффекта, как вы думаете, какая планета имеет самый сильный парниковый эффект? У кого самый слабый? Почему?

Парниковый эффект.

Парниковые газы регулируют температуру нижних слоев атмосферы Земли посредством парникового эффекта.

В этом разделе вы узнаете, как углеродный цикл регулирует климат Земли посредством парникового эффекта. Без парникового эффекта климат Земли был бы холодным, как на Марсе, со средней температурой поверхности около -15 градусов по Цельсию (5 градусов по Фаренгейту). При такой низкой температуре вся вода на Земле замерзла бы, и жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы. С очень сильным парниковым эффектом климат Земли может быть больше похож на климат Венеры, где температура составляет около 420 градусов по Цельсию (788 градусов по Фаренгейту). Большинство живых организмов, с которыми мы знакомы, не могли бы существовать в таком жарком климате. Изучите изображение парникового эффекта Земли справа, а затем посмотрите видео НАСА ниже. Обратите внимание на то, как каждый из следующих факторов способствует парниковому эффекту Земли:

• солнечное коротковолновое излучение энергия, излучаемая Солнцем в основном в виде видимого света, с небольшим количеством ультрафиолетового и инфракрасного излучения; солнечное излучение обычно называют коротковолновым излучением, а инфракрасное излучение называют длинноволновым излучением.
• инфракрасное длинноволновое излучение (ИК) лежит между видимой и микроволновой частями электромагнитного спектра; «ближний инфракрасный» свет ближе всего по длине волны к видимому свету, а «дальний инфракрасный» ближе всего к микроволновой области электромагнитного спектра; дальние инфракрасные волны являются тепловыми, которые мы ощущаем как тепло.
• парниковые газы
• облака

https://www.youtube.com/watch?v=ZzCA60WnoMk&feature=youtu.be

ПРИМЕЧАНИЕ. Если видео не загружается, нажмите «Парниковый эффект».

Обсуждать

С партнером или классом обсудите следующее:

• Опишите, как парниковые газы CO₂ и Н₂O способствуют парниковому эффекту Земли.
• Что, если бы парниковые газы не возвращали обратно на поверхность Земли инфракрасное излучение? Как вы думаете, климат Земли был бы холоднее, теплее или таким же? Объясните, почему вы так думаете.

Происхождение: Пенсильванский государственный университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы под аналогичной лицензией.

Нижняя атмосфера Земли (тропосфера) состоит из парниковых и непарниковых газов в различных концентрациях.

Как вы можете видеть на круговой диаграмме справа, нижняя атмосфера состоит в основном из азота (N₂) и кислород (O₂) молекул газа. Хотя и азот, и кислород важны для поддержания жизни на Земле, они не являются парниковыми газами. Парниковые газы, такие как двуокись углерода и водяной пар, составляют очень небольшую часть нижних слоев атмосферы и обнаруживаются лишь в следовых количествах.

Рассмотрите приведенную ниже таблицу и ответьте на Регистрация следующие вопросы.

Частей на миллион описывает концентрацию одного типа атмосферного газа по отношению к концентрации других газов в атмосфере. Например, двуокись углерода была выражена как 397 частей на миллион. Это означает, что на каждый миллион молекул в атмосфере приходится примерно 397 молекул углекислого газа. ПРИМЕЧАНИЕ. Концентрация CO2 продолжает расти. Проверьте этот сайт, чтобы получить текущую глобальную концентрацию CO2 в частях на миллион: NASA Vital Signs of the Planet

Среднее время пребывания описывает примерное количество времени, которое различные типы атмосферных газов проводят в атмосфере, прежде чем химически разлагаться или перемещаться в другой резервуар. Парниковый газ с длительным временем пребывания имеет больший потенциал для достижения более высоких концентраций. Это, в свою очередь, приведет к большему поглощению инфракрасного излучения и усилению парникового эффекта.

Изменчивость во времени и в пространственных масштабах описывает, как концентрация атмосферного газа изменяется во времени и пространстве. Например, концентрации азота и кислорода остаются довольно постоянными по всему миру.Напротив, концентрация CO₂ изменяется как во времени, так и в пространстве. Например, в северном полушарии (большой пространственный масштаб полушария) концентрация CO₂ меняется от сезона к сезону. ЧАС₂Пары O в атмосфере очень изменчивы, потому что они являются частью круговорота воды. Некоторые дни и регионы сухие, в то время как в другие идет довольно много дождя.

Состав атмосферы

Происхождение: CDIAC
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может свободно использоваться повторно без ограничений.

Чтобы увидеть молекулярные изображения молекул парниковых газов, щелкните Концентрации парниковых газов.

Регистрация

Парниковые газы поглощают и переизлучают инфракрасные фотоны

Почему некоторые газы в атмосфере поглощают инфракрасное излучение фотоны очень маленькие пакеты энергии, связанные с разными длинами волн электромагнитного излучения; фотоны, связанные с определенными длинами волн и частотами электромагнитного излучения, могут поглощаться молекулами с соответствующими частотами. а другие нет? Азот (Н₂) и кислород ( O₂) молекулы не поглощают инфракрасные фотоны, хотя они составляют более 90% земной атмосферы. И наоборот, СО₂молекулы составляют всего 0,0397% атмосферы, но при этом являются сильными поглотителями инфракрасных фотонов. Почему? Оказывается, строение молекулы парникового газа определяет ее способность поглощать и переизлучать инфракрасные фотоны. Физические свойства поглощения и повторного излучения инфракрасных фотонов создают парниковый эффект.

В следующих двух видеороликах вы исследуете молекулярную структуру молекул парниковых газов и простую физику поглощения и повторного излучения инфракрасных фотонов.

1. Во-первых, посмотрите видео-анимацию «Как на самом деле работают парниковые газы?» Minute Earth и Kurzgesagt
2. Затем посмотрите, как геолог Скотт Деннинг использует свой личный танцевальный стиль, чтобы проиллюстрировать, как молекулы парниковых газов поглощают инфракрасное излучение и нагревают Землю. ПРИМЕЧАНИЕ: Вы можете приостанавливать и повторно запускать разделы видео по мере необходимости.
3. При просмотре двух видеороликов обратите внимание на следующее:
   • Как молекулярная структура парникового газа связана с его способностью поглощать инфракрасное излучение.
   • Почему Н₂и О₂ не может поглощать инфракрасные фотоны.
   • Когда молекула парникового газа поглощает инфракрасный фотон, что происходит дальше?
   • Как поглощение и повторное излучение инфракрасных фотонов согревает Землю
4. Когда вы закончите, поделитесь своими заметками из видео с вашим партнером или группой.
5. Ответьте на вопросы «Отметка» и «Остановись и подумай» ниже.

Видео 1: Как действуют парниковые газы? Если видео не воспроизводится, его можно посмотреть здесь

Видео 2: Почему парниковые газы делают Землю теплее. Если видео не воспроизводится, его можно посмотреть здесь