Atmosfäär on planeedi gaasiline kest, mis liigub koos planeediga kosmoses ühtse tervikuna. Peaaegu kõigil meie päikesesüsteemi planeetidel on oma atmosfäär, kuid ainult Maa atmosfäär on võimeline toetama elu. Planeetide atmosfääris on aerosooliosakesed: planeedi tahkelt pinnalt tõusnud tahked tolmuosakesed, atmosfäärigaaside kondenseerumisel tekkivad vedelad või tahked osakesed, meteoriitne tolm. Vaatleme üksikasjalikult Päikesesüsteemi planeetide atmosfääri koostist ja omadusi.
Elavhõbe. Sellel planeedil on jälgi atmosfäärist: registreeritud on heeliumi, argooni, hapnikku, süsinikku ja ksenooni. Atmosfäärirõhk Merkuuri pinnal on äärmiselt madal: see on kaks triljonit Maa normaalsest atmosfäärirõhust. Sellise haruldase atmosfääriga on tuulte ja pilvede teke selles võimatu, see ei kaitse planeeti Päikese kuumuse ja kosmilise kiirguse eest.
Veenus. 1761. aastal märkas Mihhail Lomonossov Veenuse läbimist üle Päikese ketta jälgides planeeti ümbritsevat õhukest sillerdavat ääri. Nii avastati Veenuse atmosfäär. See atmosfäär on äärmiselt võimas: rõhk maapinnal oli 90 korda suurem kui Maa pinnal. Veenuse atmosfäär koosneb 96,5% ulatuses süsinikdioksiidist. Mitte rohkem kui 3% on lämmastik. Lisaks tuvastati inertgaaside (peamiselt argooni) lisandid. Kasvuhooneefekt Veenuse atmosfääris tõstab temperatuuri 400 kraadi võrra!
Veenuse taevas on ere kollakasroheline toon. Udune udu ulatub umbes 50 km kõrgusele. Edasi kuni 70 km kõrgusel on väikeste väävelhappepiiskade pilved. Arvatakse, et see moodustub vääveldioksiidist, mis võib pärineda vulkaanidest. Pöörlemiskiirus pilvede tipu tasandil on erinev kui planeedi enda pinnast kõrgemal. See tähendab, et Veenuse ekvaatori kohal 60-70 km kõrgusel puhub orkaanituul pidevalt kiirusega 100-300 m/s planeedi liikumissuunas. Veenuse atmosfääri ülemised kihid koosnevad peaaegu täielikult vesinikust.
Veenuse atmosfäär ulatub 5500 km kõrgusele. Vastavalt Veenuse pöörlemisele idast läände pöörleb atmosfäär samas suunas. Temperatuuriprofiili järgi jaguneb Veenuse atmosfäär kaheks piirkonnaks: troposfääriks ja termosfääriks. Pinnal on temperatuur + 460°C, päeval ja öösel varieerub vähe. Troposfääri ülemise piiri suunas langeb temperatuur -93 °C-ni.
Marss. Selle planeedi taevas pole ootuspäraselt must, vaid roosa. Selgus, et õhus rippuv tolm neelab 40% sissetulevast päikesevalgusest, luues värviefekti. Marsi atmosfäär koosneb 95% ulatuses süsinikdioksiidist. Umbes 4% pärineb lämmastikust ja argoonist. Marsi atmosfääris on hapnikku ja veeauru alla 1%. Keskmine õhurõhk pinnatasandil on 15 000 korda väiksem kui Veenusel ja 160 korda väiksem kui Maa pinnal. Kasvuhooneefekt tõstab keskmist pinnatemperatuuri 9°C võrra.
Marsile on iseloomulikud teravad temperatuurikõikumised: päeval võib temperatuur küündida +27°C, hommikuks aga -50°C-ni. See juhtub seetõttu, et Marsi õhuke atmosfäär ei suuda soojust säilitada. Temperatuuride erinevuste üheks ilminguks on väga tugev tuul, mille kiirus ulatub 100 m/s. Marsil on väga erineva kuju ja tüüpi pilvi: rünkpilvi, lainelisi.
Kui märkasite, külmub vesi meres tunduvalt alla nulli kraadi. Miks see juhtub? Kõik sõltub soola kontsentratsioonist selles. Mida kõrgem see on, seda madalam on külmumistemperatuur. Vee soolsuse suurenemine kahe ppm võrra vähendab keskmiselt selle külmumispunkti kümnendiku kraadi võrra. Seega otsustage ise, milline peaks olema ümbritseva õhu temperatuur, et mere pinnale tekiks õhuke jääkiht, mille vee soolsus on 35 ppm. Külma peaks olema vähemalt kaks kraadi.
Seesama Aasovi meri, mille vee soolsus on 12 ppm, külmub temperatuuril miinus 0,6 kraadi. Samal ajal jääb külgnev Sivash külmutamata. Asi on selles, et selle vee soolsus on 100 ppm, mis tähendab, et jää tekkeks on siin vaja vähemalt kuuekraadist pakast. Selleks, et Valge mere pind, kus vee soolsus ulatub 25 ppm-ni, kataks jääga, peab temperatuur langema miinus 1,4 kraadini.
Kõige hämmastavam on see, et miinus kraadini jahtunud merevees lumi ei sula. Ta muudkui ujub selles, kuni muutub jäätükiks. Jahtunud magevette sattudes aga sulab kohe ära.
Merevee külmutamise protsessil on oma eripärad. Esiteks hakkavad moodustuma primaarsed jääkristallid, mis näevad uskumatult välja nagu õhukesed läbipaistvad nõelad. Neis pole soola. See pressitakse kristallidest välja ja jääb vette. Kui me sellised nõelad kokku kogume ja mingisse anumasse sulatame, saame värsket vett.
Mere pinnal hõljub jäänõelte segadus, mis näeb välja nagu tohutu rasvane koht. Sellest ka selle esialgne nimi – seapekk. Temperatuuri edasisel langemisel seapekk külmub, moodustades sileda ja läbipaistva jääkooriku, mida nimetatakse nilas. Erinevalt searasvast sisaldab nilas soola. See ilmub selles rasva külmumise protsessis ja nõelad püüavad merevee tilka. See on üsna kaootiline protsess. Seetõttu jaotub sool merejääs ebaühtlaselt, tavaliselt üksikute lisanditena.
Teadlased on leidnud, et soola kogus merejääs oleneb ümbritseva õhu temperatuurist selle tekkimise ajal. Kerge pakasega on nilas moodustumise kiirus madal, nõelad püüavad merevett vähe, mistõttu jää soolsus on madal. Tugeva pakase korral on olukord täpselt vastupidine.
Kui merejää sulab, tuleb esimese asjana välja sool. Selle tulemusena muutub see järk-järgult värskeks.
Merevesi külmub alla null kraadi juures. Mida kõrgem on merevee soolsus, seda madalam on selle külmumispunkt. Seda võib näha järgmisest tabelist:
| Soolsus °/00 |
Külmumispunkt |
Soolsus °/00 | Külmumispunkt (kraadides) |
| 0 (värske vesi) | 0 | 20 | -1,1 |
| 2 | -0,1 | 22 | -1,2 |
| 4 | -0,2 | 24 | -1,3 |
| 6 | -0,3 | 26 | -1,4 |
| 8 | -0,4 | 28 | -1,5 |
| 10 | -0,5 | 30 | -1,6 |
| 12 | -0,6 | 32 | -1,7 |
| 14 | -0,8 | 35 | -1,9 |
| 16 | -0,9 | 37 | -2,0 |
| 18 | -1,0 | 39 | -2,1 |
See tabel näitab, et soolsuse suurenemine 2°/00 alandab külmumispunkti umbes kümnendiku kraadi võrra.
Selleks, et vesi, mille ookeaniline soolsus on 35 °/00, hakkaks külmuma, tuleb see jahutada peaaegu kahe kraadi võrra alla nulli.
Jäätumata magedale jõeveele langedes sulab reeglina tavaline nullkraadise sulamistemperatuuriga lumi. Kui see sama lumi langeb külmutamata mereveele, mille temperatuur on -1°, siis see ei sula.
Teades vee soolsust, saate ülaltoodud tabeli abil määrata iga mere külmumispunkti.
Aasovi mere vee soolsus on talvel umbes 12 °/00; seetõttu hakkab vesi jäätuma alles temperatuuril 0°.6 alla nulli.
Valge mere avaosas ulatub soolsus 25 °/00-ni. See tähendab, et vee külmumiseks peab see jahtuma alla miinus 1°.4.
Vesi, mille soolsus on 100 °/00 (seda soolsust võib leida Sivashis, mis on Aasovi merest eraldatud Arabati säärega) külmub temperatuuril miinus 6 °,1 ja Kara-Bogaz-Golis soolsus on üle 250°/00 ja vesi külmub alles siis, kui selle temperatuur langeb oluliselt alla 10° alla nulli!
Kui soolane merevesi jahtub sobiva külmumispunktini, hakkavad ilmuma esmased jääkristallid, mis on kujundatud väga õhukeste kuusnurksete prismade kujul, mis näevad välja nagu nõelad.
Seetõttu nimetatakse neid tavaliselt jäänõelteks. Soolases merevees moodustuvad primaarsed jääkristallid ei sisalda soola, see jääb lahusesse, suurendades selle soolsust. Seda on lihtne kontrollida. Olles kogunud jäänõelad väga õhukesest marlist või tüllist valmistatud võrguga, peate need soolase vee mahapesmiseks värske veega loputama ja seejärel teises kausis sulatama. Saate värsket vett.
Jää, nagu teate, on veest kergem, nii et jäänõelad ujuvad. Nende kogunemine veepinnale meenutab rasvaplekkide ilmumist jahtunud supile. Neid kogunemisi nimetatakse seapekiks.
Kui pakane tugevneb ja merepind kiiresti soojust kaotab, hakkab rasv jäätuma ja tuulevaikse ilmaga tekib ühtlane sile läbipaistev jääkoorik, mida meie põhjaranniku elanikud pomoorid kutsuvad nilasteks. See on nii puhas ja läbipaistev, et lumest onnides saab seda kasutada klaasi asemel (muidugi juhul, kui sellises onnis pole kütet). Kui nilas sulatad, osutub vesi soolaseks. Tõsi, selle soolsus on madalam kui vesi, millest jäänõelad tekkisid.
Üksikud jäänõelad ei sisalda soola, kuid sool ilmub neist tekkinud merejäässe. See juhtub seetõttu, et juhuslikult paiknevad jäänõelad püüavad külmutades kinni pisikesed soolase merevee tilgad. Seega jaotub sool merejääs ebaühtlaselt – eraldi kandetena.
Merejää soolsus sõltub temperatuurist, mille juures see tekkis. Kerge pakasega jäänõelad külmuvad aeglaselt ja võtavad endasse vähe soolast vett. Tugeva pakase korral külmuvad jäänõelad palju kiiremini ja hõivavad palju soolast vett. Sel juhul on merejää soolasem.
Kui merejää hakkab sulama, sulab sealt esimese asjana välja soolased kanded. Seetõttu muutub värskeks vana, mitmeaastane polaarjää, mis on mitu korda üle lennanud. Polaartalvitajad kasutavad joogiveeks tavaliselt lund ja kui seda pole, siis vana merejääd.
Kui jää tekkimise ajal sajab lund, jääb see sulamata merevee pinnale, on sellega küllastunud ja moodustab külmumisel hägune, valkjas, läbipaistmatu, ebaühtlane jää - noor jää. Nii nilad kui ka noored purunevad tuule ja lainete murdmisel tükkideks, mis üksteisega kokku põrkudes põrkuvad nurkadesse ja muutuvad järk-järgult ümmargusteks jäätükkideks - pilgud. Kui põnevus vaibub, külmuvad pannkoogid kokku, moodustades tahke pannkoogijää.
Ranniku lähedal madalikul merevesi jahtub kiiremini, mistõttu tekib jää varem kui avameres. Tavaliselt jää külmub kallasteni, see on kiire jää. Kui pakastega kaasneb vaikne ilm, kasvab kiire jää kiiresti, ulatudes kohati mitmekümne kilomeetri laiuseks. Kuid tugev tuul ja lained lõhuvad kiire jää. Osad, mis sealt lahti tulevad, ujuvad allavoolu ja kantakse tuulega minema. Nii ilmub ujuv jää. Sõltuvalt suurusest on neil erinevad nimed.
Jääväli on ujuv jää, mille pindala on suurem kui üks ruutmeremiil.
Ühest kaabli pikkusest pikemat ujuvat jääd nimetatakse jäävälja prahiks.
Jäme jää on lühem kui üks kaabli pikkus, kuid üle kümnendiku kaabli pikkusest (18,5 m). Peeneks purustatud jää ei ületa kümnendikku kaabli pikkusest ning jääpuder koosneb väikestest lainetel möllavatest tükkidest.
Hoovused ja tuul võivad lükata jäätükid vastu kiiret jääd või üksteise vastu. Jääväljade surve üksteisele põhjustab ujuva jää killustumist. See tekitab tavaliselt peeneks purustatud jää hunnikuid.
Kui üksik jäätükk kerkib üles ja külmub selles asendis ümbritsevasse jäässe, moodustab see ropaki. Lumega kaetud ropacasid on lennukilt raske näha ja need võivad maandumisel põhjustada katastroofi.
Tihti tekivad jääväljade survel jääharjad – kühmukesed. Mõnikord ulatuvad kübarad mitmekümne meetri kõrgusele. Hummocky jää on raskesti läbitav, eriti koerarakenditel. See on tõsine takistus isegi võimsatele jäämurdjatele.
Veepinnast kõrgemale kerkivat kübarakildu, mida tuul kergesti kaasa kannab, nimetatakse nesakiks. Karile jooksnud kala nimetatakse stamuhhaks.
Antarktika ümbruses ja Põhja-Jäämeres on jäämäed – jäämäed. Need on tavaliselt mandrijää killud.
Antarktikas, nagu teadlased hiljuti tuvastasid, tekivad jäämäed ka meres, mandri madalikul. Veepinna kohal on nähtav ainult osa jäämäest. Suurem osa sellest (umbes 7/8) on vee all. Jäämäe veealuse osa pindala on alati palju suurem kui pindala. Seetõttu on jäämäed laevadele ohtlikud.
Nüüd saab jäämägesid hõlpsasti tuvastada kaugelt ja udus, kasutades laeval olevaid täppisraadioseadmeid. Varem on juhtumeid, kui laev põrkas kokku jäämägedega. Nii uppus 1912. aastal näiteks hiiglaslik ookeanireisijate aurik Titanic.
VEETÜKKEL MAAILMA OOKEANIS
Polaaraladel muutub vesi jahtudes tihedamaks ja vajub põhja. Sealt libiseb see aeglaselt ekvaatori poole. Seetõttu on sügavad veed kõigil laiuskraadidel külmad. Isegi ekvaatori lähedal on põhjavetes temperatuur vaid 1-2° üle nulli.
Kuna hoovused kannavad sooja vett ekvaatorilt parasvöötme laiuskraadidele, tõuseb külm vesi sügavusest väga aeglaselt oma kohale. Pinnal soojeneb uuesti, läheb polaarvöönditesse, kus jahtub, vajub põhja ja liigub mööda põhja uuesti ekvaatorini.
Seega toimub ookeanides omamoodi veeringe: vesi liigub mööda pinda ekvaatorilt polaarvöönditeni ja ookeanide põhja mööda - polaarvöönditest ekvaatorini. See vee segamise protsess koos teiste eespool käsitletud nähtustega loob maailma ookeani ühtsuse.
Vee külmutamiseks vajalikud tingimused on selle jahutamine külmumispunktini (ülejahutus), samuti kristallisatsioonituumade olemasolu vees, mis on tuumad, mille ümber kasvab jää. Kristallisatsioonituumadeks võivad olla vees juba olemasolevad tolmuosakesed, lumekristallid või jääosakesed.
Mageda ja merevee külmutamine
Plaan
1. Mere ja magevee külmutamine.
2. Merejää klassifikatsioon.
3. Jää geograafiline levik.
4. Navigeerimisvahendid jääl.
Magevee pinnakihi jahtudes selle tihedus suureneb ja toimub vee segunemine, mis jätkub sügavuses kuni vee tiheduse saavutamiseni temperatuuril +4 o C kogu basseini sügavuses. Kui pinnakihi temperatuur saavutab -0,13 o C, hakkab tekkima jää.
Vete puhul, mille soolsus on vahemikus 0 kuni 24,7 ‰, mida nimetatakse soolane, külmumisprotsess toimub samamoodi nagu magevees, kuid madalamatel temperatuuridel suurima tihedusega ja vee külmumine sõltuvalt selle soolsusest. Soolsuse 24,7‰ korral on suurima tihedusega temperatuur ja külmumistemperatuur sama väärtusega - 1,3 o C.
Merevees, mille soolsus on üle 24,7 ‰, on suurima tihedusega temperatuur madalam kui külmumistemperatuur, mistõttu pinnakihi külmumistemperatuuri saavutamisel vee segunemise nähtus ei peatu ja jääkristallide teket ei saa ainult pinnal, vaid kogu segamiskihi ulatuses. See nähtus ilmneb siis, kui vesi seguneb tuule, lainete ja hoovuste mõjul. Veesambas või põhjas tekkinud jääd nimetatakse sügav Ja põhi või ankur. Suure tõstejõuga põhjajää toob sageli pinnale kive, ankruid ja uppunud esemeid.
Riimvee ja merevee külmumisprotsessil on ka ühine omadus - sooldumine järelejäänud veekogus. Seda seletatakse asjaoluga, et pärast seda, kui vesi meres jõuab külmumistemperatuurini, hakkab sellest eralduma puhas värske jää, mille tulemusena suureneb ülejäänud veekoguse soolsus. Seetõttu eeldab jää edasine moodustumine pinnakihi temperatuuri uut langust.
Jää moodustumine meres algab õhukeste jäänõelte - puhta jää kristallide - ilmumisega. Kristallide kasv toimub alguses horisontaalsuunas ja seejärel vertikaalsuunas. Merevees lahustunud soolad ja õhumullid asuvad jääkristallide vahel. Seega koosneb merejää pärast tekkimist puhta jää kristallidest, mille vahel on soolasoolvee ja õhumullidega rakud.
Pärast seda, kui mere pind on kaetud tahke jääga, toimub selle edasine kasv altpoolt ainult vee jahtumise tõttu. Keskmine päevane jääkasv jääb vahemikku 0,5–2 cm.
Merejää omadused. Merejää üheks olulisemaks omaduseks on soolsus, mis sõltub vee soolsusest, jää tekkimise kiirusest, mere seisundist, jää vanusest ja paksusest. Mida suurem on jää moodustumise kiirus, seda suurem on jää soolsus, kuna vähemal soolalahusel on aega vette nõrguda. Mida vanem on jää, seda rohkem soolalahust vette voolab, seda madalam on selle soolsus. Mitmeaastases pakijääs on see vaid 1-2 ‰, samas kui Antarktika ja Arktika vetes on jää soolsus 22-23 ‰ ning teistes basseinides keskmiselt 3-8 ‰.
Soolvee olemasolu merejää sees mõjutab ka selle muid omadusi.
Näiteks mitmeaastase merejää tihedus, milles lahusest vabanenud soolarakud on täidetud õhumullidega, on väikseima tihedusega. Üldiselt võib merejää tihedus jääda vahemikku 0,85-0,94 g/cm2. Järelikult varieerub jää ujuvus (kõrgus vee kohal) laialdaselt vahemikus 1/6 kuni 1/15.
Kuuma tulekuga tekivad soojuspaisumise tõttu tugevad jää liikumised, mis võivad kahjustada kaid, sadamarajatisi, aga ka müüride läheduses seisvaid või jääs triivivaid laevu.
Merejää olulised mehaanilised omadused on kõvadus, elastsus ja tugevus. Madalamatel temperatuuridel on jää kõvadus kõrgem. Merejää on vähem tugev kui jõejää, kuid sellel on suurem elastsus ja plastilisus. Võimaliku jääkoormuse ja laevade jää läbimise praktilistel arvutustel on suur tähtsus paindetugevusel, mille juures jää murdub. Värske või magestatud jää on madalatel temperatuuridel kõige vastupidavam.