Atmosféra a hydrosféra
Přednáška č. 1
Mgr. Veronika Korvasová
ATMOSFÉR A
HLAVNÍ CHAR AKTERISTIKY A JEJÍ DĚLENÍ
Organizační pokyny
1 hod přednášky každý týden (Po 9:00 hod, učebna 1)
1 hod semináře každý týden (Po 8:00, Út 8:00, Út 10:00) - povinná účast!
•kontaktní e-mail: vkorvasova@mail.muni.cz
•konzultace možná po předchozí domluvě, v pracovně na katedře geografie, 3. NP, Poříčí 7
• Předmět je zakončen zkouškou: nutné získat 60 % bodů, písemná forma (zahrnuje i obsah seminářů) formou
(v případě 3. pokusů eventuálně ústní přezkoušení)
• K účasti u zkoušky je nutné splnění požadavků ze seminářů!
•Zkušební termíny budou zveřejněny v IS, nejvíce termínů bude od začátku zkouškového do cca 10. června!
Primární studijní literatura a materiály
• Ruda, A. (2014): Klimatologie a hydrogeografie pro učitele. Pedagogická fakulta MU, Brno. 257 s.
http://is.muni.cz/do/rect/el/estud/pedf/ps14/fyz_geogr/web/index.html
• Další články a materiály v interaktivní osnově a studijních materiálech předmětu v IS MU!
Další doporučená literatura
•STRAHLER, A.H. a A.N. STRAHLER (2006): Introducing physical geography. Hoboken, N.J., J.
Wiley. 728 s.
•NETOPIL, R., R. BRÁZDIL a J. DEMEK (1984): Fyzická geografie. Praha, SPN. 272 s.
•THURMAN, H.V. a A.P. TRUJILLO (2005): Oceánografie. Praha, Computer Press. 479 s.
•TRIZNA, M. [ed.] (2007): Meteorológia, klimatológia a hydrológia pre geografov. Bratislava,
Geografika. 143 s.
•KOPÁČEK, J. a J. BEDNÁŘ (2005): Jak vzniká počasí. Praha, Univerzita Karlova v Praze,
nakladatelství Karolinum. 226 s.
Obsah předmětu
1. Meteorologie a klimatologie jako vědní obory, klimatotvorné faktory, kategorie klimatu, meteorologická měření a pozorování
2. Atmosféra - chemické a fyzikální vlastnosti atmosféry
3. Sluneční záření v systému zemský povrch – atmosféra
4. Teplota a vlhkost vzduchu, změna s výškou a v čase
5. Atmosférický tlak, měření tlaku, barické pole, barický gradient, tlakové útvary, vítr
6. Atmosférické fronty, vzduchové hmoty, druhy a projevy atmosférických front
7. Planetární cirkulace atmosféry, cirkulace tropických a mimotropických šířek
8. Předpovědi počasí
9. Klimatické klasifikace, Köppenova a Alisovova klimatická klasifikace
10. Změny a kolísání klimatu, příčiny, předpoklady dalšího vývoje
11. Definice a členění hydrologie, zásoby a oběh vody na Zemi
12. Měrné jednotky odtoku, odtok vody z povodí, tvar a vývoj říční sítě
13. Režim vodních stavů a průtoků, teplotní poměry a ledové jevy řek, splaveniny
14. Druhy podpovrchových vod
15. Druhy jezer, teplotní poměry a ledové jevy
16. Světový oceán, fyzikální a chemické vlastnosti oceánské vody
Atmosféra
Vznik atmosféry
stáří Země cca 4,7 miliardy let
dvě varianty vzniku Země a
atmosféry
horká cesta: zbytky hmoty ⟶ postupné ochlazování ⟶ tvorba
všech sfér Země
studená cesta: zbylá studená hmota ⟶ přeměna kinetické
energie na energii tepelnou ⟶ natavení hmoty a vytvoření
gravitační diferenciace hmoty ⟶ vytvoření praatmosféry
unikajícími plyny
převládá názor, že zemská atmosféra vznikla v důsledku
odplyňování lávy
Jak vznikl kyslík?
Vznik kyslíku
• přítomnost kyslíku vysvětlována převážně činností rostlin během fotosyntézy (což pro nejstarší
období planety není dostačující)
• Ve výškách nad 50 km probíhá účinkem UV záření rozklad vodní páry (fotodisociace)
• Tzn. lehčí vodík stoupal vzhůru a těžší kyslík difundoval k zemskému povrchu!
• Proces rozkladu vodní páry by byl opakován do té doby, než bychom se dostali do současného
stavu.
•Je to ale možné? Není? Proč?
• Další dva zdroje: činnost chemicky redukujících bakterií a fotosyntetická aktivity zelených
rostlin
Vznik atmosféry napříč sluneční soustavou
• Na Zemi: dostatek vodíku ⟶ tvorba sloučenin ⟶ působení UV záření ⟶ přeměna na CO2 a N
• Tento proces neprobíhal na všech planetách sluneční soustavy!
•Jupiter, Saturn, Uran, Neptun ⟶ příliš vzdálené tzn. jsou v rané stádiu vývoje atmosféry
• Venuše ⟶ převaha CO2 v atmosféře, což signalizuje rychlejší přeměnu metanu a amoniaku
• Jak je to na Marsu?
Film Marťan (2015)
Zdroj: Lidovky
Fyzikálně-chemické vlastnosti atmosféry
atmosféra: ze dvou latinských
slov atmos „pára“ a sphaira
„obal“
hmotnost: jedna miliontina
hmotnosti planety Země
50 % hmotnosti soustředěno
do 6 km, 75 % asi do 11 km a
99 % asi do 30 km
Do výšky 50-80 km se nemění chemické
složení, nad 80 km už je proměnlivé vinou
působení krátkovlnného slunečního
záření disociací a ionizací molekul. Lehké
plyny už mají tendenci rozpínat se do
meziplanetárního prostoru.
Hustota a tlak vzduchu s rostoucí vzdáleností od zemského povrchu klesá!
Hlavní plynné
složky
atmosféry v
suchém čistém
vzduchu
Zdroj: HULEC, F., MÜLLER, M. (2022): Zemská atmosféra. Geografické rozhledy, 32(2), 10–13.
Stopovéprvky
Dusík (N2) – vysoce inertní plyn, především z vulkanické činnosti, nepodílí se na pohlcování energie a látkových
výměnách
Kyslík (O2) – reaktivní plyn, nezbytný pro život na Zemi!, významný účinek při pohlcování slunečního záření , kdy
dochází k disociaci molekul kyslíku
Argon (Ar) – inertní plyn, vzniká rozpadem radioaktivního izotopu K40
Oxid uhličitý (CO2) – z vulkanické činnosti, požárů, antropogenní činnosti, byl fixován v odumřelých organismech;
podílí se na pohlcování a vyzařování dlouhovlnného tepelného záření; souvisí se skleníkovým efektem
Ozon (O3) – ač stopový plyn, opravdu nezbytná součást atmosféry, vznik díky UV záření disociací kyslíku, tvoří
ozonosféru (v rámci stratosféry) a chrání organismy před účinky UV záření
Vodní pára – obsah ve vzduchu je různorodý, v nejvlhčích oblastech až 4 % objemu vody, u nás jen asi 1,3 % v létě
a kolem 0,4 % v zimě, intenzivně pohlcuje dlouhovlnné záření
Ozon
pohlcování UV záření (λ = 280–320 nm)
90 % ozonu ve stratosféře ve výšce 20–30 km (ozonosféra)
troposférický ozon jako důsledek antropogenní činnosti (uvolněné oxidy dusíku a uhlovodíky)
negativní dopady na člověka (zejm. dýchací ústrojí), významný skleníkový plyn
ozon měřen v DU
ozonová díra – pozorování od 80. let 20. století, zejména v Antarktidě (září až listopad), ale i jižní
Americe, Austrálii, Arktidě nebo severní Evropě (jaro 2011)
princip vzniku ozonové díry: halogenované uhlovodíky (freony, CFC) pronikají do stratosféry, kde se
z nich odštěpuje chlór, který katalyticky rozkládá ozon. Zeslabená vrstva ozonu umožňuje průnik
UV-B a UV-C (karcinogenního) záření k Zemi.
řešení problému: Montrealský protokol (1987), ale freony v atmosféře nicméně vydrží stovky let.
Rozdíl mezi
troposférickým
a
stratosférickým
ozonem
Zdroj: https://pbs.twimg.com/media/DZ9xnDiVQAEiNCU.jpg
Velký smog v Londýně v roce 1952
Zdroj: Reflex
Smog v Los Angeles
Zdroj: LA Magazine
Kde je největší problém se smogem v Česku?
Zdroj: hlidacipes.cz
Zdroj: in-pocasi.cz
Atmosférické
aerosoly
• kosmický prach (1,4.1010 kg ročně) je pozůstatkem pronikajících
meteoritických částic,
• vulkanický prach (vulkanické erupce), pomalu se rozptyluje a snižuje
intenzitu přímého slunečního záření,
• kouřové částice (lesní a rašeliništní požáry),
• částice z povrchu půdy a moře (zvednuty větrem – písečné a prachové
bouře, vlnění mořské vody),
• vodní kapičky,
• aeroplankton (např. pyl, bakterie)
Přírodní aerosoly
• mají toxické účinky na živé organismy,
• dálkovým přenosem jsou transportovány z průmyslových oblastí,
• hygroskopické částice se stávají kondenzačními jádry atmosférických
srážek,
• největší koncentrace je v přízemní atmosféře, dále pak u tropopauzy,
• problém představují oxid uhelnatý, oxid siřičitý a oxidy dusíku,
• aktuálním problémem jsou produkty umělého radioaktivního rozpadu,
• částice jsou srážkami vymývány z atmosféry – nebezpečí kyselých
dešťů.
Antropogenní aerosoly
Vertikální členění atmosféry
podle změny teploty vzduchu s výškou (troposféra, stratosféra, mezosféra,
termosféra, exosféra)
podle stálosti chemického složení (homosféra, heterosféra)
podle fyzikálně-chemických procesů (neutrosféra, chemosféra, ionosféra)
podle interakce aktivního povrchu a atmosféry (planetární mezní vrstva a volná
atmosféra)
Členění atmosféry podle
teploty vzduchu
• Troposféra: cca do 3 km, vzduch zde klesá s výškou podle vertikálního
teplotního gradientu, na hranicích s tropopauzou můžeme sledovat jet-streamy.
• Stratosféra: do 50-55 km, ve spodní části se teplota nemění (-60° C) a od 25 km
začíná postupně stoupat, což je způsobeno pohlcováním UV záření ozonosférou,
můžeme pozorovat perleťová oblaka.
• Mezosféra: až do 80-85 km, teplota opět klesá až do -80 až -90°C, dají se zde
pozorovat stříbřitá oblaka, pozorujeme hořící meteory tzv. bolidy.
• Termosféra: až do 500 km, případně až do 700 km, vzniká zde polární záře,
prudký nárůst teploty vzduchu.
• Exosféra: nad 800 km, atomy mají tak velké rychlosti, že překonávají gravitační
sílu a unikají do meziplanetárního prostoru.
Zdroj: HULEC, F., MÜLLER, M. (2022): Zemská atmosféra. Geografické rozhledy, 32(2), 10–13.
Zdroj: Wikimedia.org
Perleťová oblaka
Zdroj: Astro.cz
Stříbřitá oblaka
Jasný a velmi dlouhý
bolid
13. ledna 2022
nad česko-slovenskou
hranicí
Zdroj: asu.cas.cz