Bầu khí quyển là lớp vỏ khí của hành tinh, chuyển động cùng với hành tinh trong không gian như một tổng thể duy nhất. Hầu như tất cả các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta đều có bầu khí quyển riêng, nhưng chỉ có bầu khí quyển của trái đất mới có khả năng hỗ trợ sự sống. Trong bầu khí quyển của các hành tinh có các hạt sol khí: các hạt bụi rắn bốc lên từ bề mặt rắn của hành tinh, các hạt lỏng hoặc rắn do sự ngưng tụ của khí quyển, bụi thiên thạch. Chúng ta hãy xem xét chi tiết thành phần và đặc điểm của bầu khí quyển của các hành tinh trong hệ mặt trời.
Thủy ngân. Có dấu vết của bầu khí quyển trên hành tinh này: helium, argon, oxy, carbon và xenon đã được ghi lại. Áp suất khí quyển trên bề mặt Sao Thủy cực kỳ thấp: chỉ bằng hai phần nghìn tỷ áp suất khí quyển bình thường trên Trái đất. Với bầu khí quyển loãng như vậy, việc hình thành gió và mây là không thể; nó không bảo vệ hành tinh khỏi sức nóng của Mặt trời và bức xạ vũ trụ.
Sao Kim. Năm 1761, Mikhail Lomonosov, khi quan sát sự di chuyển của Sao Kim qua đĩa Mặt trời, đã nhận thấy một vành ánh kim mỏng bao quanh hành tinh này. Đây là cách bầu khí quyển của sao Kim được phát hiện. Bầu khí quyển này cực kỳ mạnh mẽ: áp suất trên bề mặt lớn hơn 90 lần so với bề mặt Trái đất. Bầu khí quyển của sao Kim có 96,5% carbon dioxide. Không quá 3% là nitơ. Ngoài ra, còn phát hiện tạp chất của khí trơ (chủ yếu là argon). Hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển của sao Kim làm tăng nhiệt độ lên 400 độ!
Bầu trời trên sao Kim có màu xanh vàng tươi. Sương mù kéo dài đến độ cao khoảng 50 km. Xa hơn tới độ cao 70 km có những đám mây chứa những giọt axit sulfuric nhỏ. Nó được cho là được hình thành từ sulfur dioxide, có thể đến từ núi lửa. Tốc độ quay ở mức đỉnh của các đám mây khác với tốc độ quay trên bề mặt hành tinh. Điều này có nghĩa là phía trên đường xích đạo của Sao Kim ở độ cao 60-70 km, gió bão liên tục thổi với tốc độ 100-300 m/s theo hướng chuyển động của hành tinh. Các lớp trên cùng của bầu khí quyển sao Kim được cấu tạo gần như hoàn toàn bằng hydro.
Bầu khí quyển của sao Kim kéo dài tới độ cao 5500 km. Theo sự quay của sao Kim từ đông sang tây, bầu khí quyển cũng quay theo cùng một hướng. Theo đặc điểm nhiệt độ của nó, bầu khí quyển của Sao Kim được chia thành hai vùng: tầng đối lưu và tầng nhiệt điện. Trên bề mặt nhiệt độ là + 460°C, ít thay đổi ngày và đêm. Về phía ranh giới phía trên của tầng đối lưu, nhiệt độ giảm xuống -93°C.
Sao Hỏa. Bầu trời của hành tinh này không phải màu đen như mong đợi mà có màu hồng. Hóa ra bụi lơ lửng trong không khí hấp thụ 40% ánh sáng mặt trời tới, tạo ra hiệu ứng màu sắc. Bầu khí quyển của sao Hỏa chứa 95% carbon dioxide. Khoảng 4% đến từ nitơ và argon. Lượng oxy và hơi nước trong bầu khí quyển sao Hỏa nhỏ hơn 1%. Áp suất khí quyển trung bình ở bề mặt thấp hơn 15.000 lần so với sao Kim và thấp hơn 160 lần so với bề mặt Trái đất. Hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ bề mặt trung bình thêm 9°C.
Sao Hỏa được đặc trưng bởi sự dao động nhiệt độ mạnh: ban ngày nhiệt độ có thể lên tới +27°C, nhưng đến buổi sáng có thể đạt tới -50°C. Điều này xảy ra do bầu khí quyển mỏng của sao Hỏa không có khả năng giữ nhiệt. Một trong những biểu hiện của sự chênh lệch nhiệt độ là gió rất mạnh, tốc độ lên tới 100 m/s. Trên sao Hỏa có những đám mây có hình dạng và chủng loại rất đa dạng: ti, lượn sóng.
Nếu bạn để ý, nước ở biển đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 độ. Tại sao điều này lại xảy ra? Tất cả phụ thuộc vào nồng độ muối trong đó. Càng cao thì nhiệt độ đóng băng càng thấp. Trung bình, độ mặn của nước tăng thêm 2 ppm sẽ làm giảm điểm đóng băng của nó xuống 1/10 độ. Vì vậy, hãy tự đánh giá xem nhiệt độ môi trường xung quanh nên là bao nhiêu để một lớp băng mỏng hình thành trên mặt biển, với độ mặn của nước là 35 ppm. Tối thiểu, nó phải thấp hơn hai độ.
Biển Azov tương tự, với độ mặn của nước là 12 ppm, đóng băng ở nhiệt độ âm 0,6 độ. Đồng thời, Sivash liền kề vẫn không bị đóng băng. Vấn đề là độ mặn của nước ở đây là 100 ppm, có nghĩa là để hình thành băng ở đây cần có ít nhất sáu độ sương giá. Để bề mặt Biển Trắng, nơi có độ mặn của nước lên tới 25 ppm, được bao phủ bởi băng, nhiệt độ phải giảm xuống âm 1,4 độ.
Điều đáng ngạc nhiên nhất là trong nước biển nguội đến âm một độ, tuyết vẫn không tan. Anh ta cứ tiếp tục bơi trong đó cho đến khi biến thành một tảng băng. Nhưng khi nó rơi vào nước ngọt đã nguội, nó sẽ tan chảy ngay lập tức.
Quá trình đóng băng nước biển có những đặc điểm riêng. Đầu tiên, các tinh thể băng sơ cấp bắt đầu hình thành, trông cực kỳ giống những chiếc kim mỏng trong suốt. Không có muối trong đó. Nó được ép ra khỏi tinh thể và đọng lại trong nước. Nếu chúng ta thu thập những chiếc kim như vậy và nấu chảy chúng trong một loại thùng chứa nào đó, chúng ta sẽ có được nước ngọt.
Một đống kim băng trông giống như một vết dầu mỡ khổng lồ, nổi trên mặt biển. Do đó tên ban đầu của nó - mỡ lợn. Khi nhiệt độ giảm hơn nữa, mỡ lợn sẽ đóng băng, tạo thành lớp vỏ băng mịn và trong suốt, được gọi là nilas. Không giống như mỡ lợn, nilas có chứa muối. Nó xuất hiện trong đó trong quá trình đông lạnh chất béo và kim tiêm thu giữ những giọt nước biển. Đây là một quá trình khá hỗn loạn. Đây là lý do tại sao muối trong băng biển phân bố không đều, thường ở dạng tạp chất riêng lẻ.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng lượng muối trong băng biển phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường vào thời điểm nó hình thành. Khi có sương giá nhẹ, tốc độ hình thành nilas thấp, lá kim thu được ít nước biển nên độ mặn của băng thấp. Trong sương giá nghiêm trọng, tình hình hoàn toàn ngược lại.
Khi băng biển tan, thứ đầu tiên chảy ra là muối. Kết quả là nó dần dần trở nên tươi mới.
Nước biển đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 độ. Độ mặn của nước biển càng cao thì điểm đóng băng của nó càng thấp. Điều này có thể được nhìn thấy từ bảng sau:
| Độ mặn tính bằng °/00 |
Điểm đóng băng |
Độ mặn tính bằng °/00 | Điểm đóng băng (tính bằng độ) |
| 0 (nước ngọt) | 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 |
Bảng này cho thấy rằng độ mặn tăng 2°/00 sẽ làm giảm điểm đóng băng khoảng 1/10 độ.
Để nước có độ mặn đại dương 35 °/00 bắt đầu đóng băng, nó phải được làm lạnh xuống dưới 0 gần hai độ.
Khi rơi xuống dòng nước sông trong lành chưa đóng băng, tuyết thông thường có nhiệt độ nóng chảy bằng 0 độ thường sẽ tan chảy. Nếu tuyết rơi trên vùng nước biển chưa đóng băng ở nhiệt độ -1° thì nó sẽ không tan.
Biết được độ mặn của nước, bạn có thể xác định điểm đóng băng của bất kỳ vùng biển nào bằng bảng trên.
Độ mặn của biển Azov vào mùa đông khoảng 12 °/00; do đó, nước chỉ bắt đầu đóng băng ở nhiệt độ 0°,6 dưới 0.
Ở phần mở của Biển Trắng, độ mặn đạt tới 25 °/00. Điều này có nghĩa là để nước đóng băng, nó phải nguội xuống dưới âm 1°.4.
Nước có độ mặn 100 °/00 (độ mặn này có thể được tìm thấy ở Sivashi, được ngăn cách với Biển Azov bởi Mũi đất Arabat) sẽ đóng băng ở nhiệt độ âm 6 °.1, và ở Kara-Bogaz-Gol độ mặn lớn hơn 250°/00, và nước chỉ đóng băng khi nhiệt độ của nó giảm đáng kể xuống dưới 10° dưới 0!
Khi nước biển mặn nguội đi đến điểm đóng băng thích hợp, các tinh thể băng sơ cấp bắt đầu xuất hiện, có hình dạng giống như những lăng kính lục giác rất mỏng trông giống như những chiếc kim.
Vì vậy, chúng thường được gọi là kim băng. Các tinh thể băng sơ cấp hình thành trong nước biển mặn không chứa muối; nó tồn tại trong dung dịch, làm tăng độ mặn. Điều này rất dễ dàng để xác minh. Sau khi thu thập các kim đá bằng lưới làm bằng gạc hoặc vải tuyn rất mỏng, bạn cần rửa sạch bằng nước ngọt để rửa sạch nước muối, sau đó đun chảy trong một bát khác. Bạn sẽ nhận được nước ngọt.
Như bạn đã biết, băng nhẹ hơn nước nên các kim băng nổi lên. Sự tích tụ của chúng trên bề mặt nước giống như sự xuất hiện của vết mỡ trên món súp đã nguội. Những tích lũy này được gọi là mỡ lợn.
Nếu sương giá tăng cường và bề mặt biển nhanh chóng mất nhiệt, thì chất béo bắt đầu đóng băng và khi thời tiết lặng gió, một lớp băng đều, mịn, trong suốt xuất hiện, mà người Pomors, cư dân bờ biển phía bắc của chúng ta gọi là nilas. Nó tinh khiết và trong suốt đến mức trong những túp lều làm bằng tuyết, nó có thể được sử dụng thay vì kính (tất nhiên, nếu không có hệ thống sưởi bên trong túp lều như vậy). Nếu bạn làm tan chảy nilas, nước sẽ có vị mặn. Đúng vậy, độ mặn của nó sẽ thấp hơn nước mà từ đó các kim băng được hình thành.
Những chiếc kim băng riêng lẻ không chứa muối, nhưng muối xuất hiện trong băng biển hình thành từ chúng. Điều này xảy ra vì các kim băng nằm ngẫu nhiên khi đông lạnh sẽ thu được những giọt nước biển mặn nhỏ. Do đó, muối phân bố không đều trong băng biển - thành các thể vùi riêng biệt.
Độ mặn của băng biển phụ thuộc vào nhiệt độ mà nó hình thành. Khi có sương giá nhẹ, các kim băng đóng băng từ từ và thu được ít nước mặn. Trong thời tiết sương giá khắc nghiệt, những chiếc kim băng đóng băng nhanh hơn nhiều và thu được nhiều nước muối. Trong trường hợp này, băng biển sẽ mặn hơn.
Khi băng biển bắt đầu tan chảy, thứ đầu tiên tan ra khỏi nó là các tạp chất mặn. Vì vậy, lớp băng vùng cực cũ nhiều năm từng bay qua nhiều lần sẽ trở nên tươi mới. Những người mùa đông ở vùng cực thường sử dụng tuyết để làm nước uống và khi không có sẵn thì dùng băng biển cũ.
Nếu tuyết rơi trong quá trình hình thành băng, thì nó không tan chảy mà vẫn tồn tại trên bề mặt nước biển, bão hòa với nó và đóng băng, tạo thành băng đục, trắng đục, không đều - băng non. Cả nilas và non, khi gió và sóng vỡ ra, vỡ thành từng mảnh, va chạm vào nhau, va vào các góc và dần dần biến thành những tảng băng tròn - nhấp nháy. Khi cảm giác hưng phấn lắng xuống, những chiếc bánh xèo đông lại với nhau, tạo thành những tảng băng bánh xèo rắn chắc.
Ngoài khơi, ở vùng nước nông, nước biển nguội đi nhanh hơn nên băng xuất hiện sớm hơn ở vùng biển khơi. Thông thường băng đóng băng sát bờ, đây là băng nhanh. Nếu sương giá đi kèm với thời tiết lặng gió, băng sẽ phát triển nhanh chóng, có khi đạt chiều rộng hàng chục km. Nhưng gió mạnh và sóng làm tan băng nhanh. Các bộ phận rời ra sẽ trôi xuôi dòng và bị gió cuốn đi. Đây là cách băng trôi xuất hiện. Tùy theo kích thước mà chúng có tên gọi khác nhau.
Bãi băng là tảng băng nổi có diện tích lớn hơn một hải lý vuông.
Băng trôi dài hơn một chiều dài cáp được gọi là mảnh vụn băng.
Băng thô ngắn hơn một chiều dài cáp, nhưng hơn một phần mười chiều dài cáp (18,5 m). Đá vụn mịn không quá một phần mười chiều dài cáp, cháo đá gồm những mảnh nhỏ lăn trên sóng.
Dòng hải lưu và gió có thể đẩy các tảng băng trôi về phía băng nhanh hoặc đẩy nhau. Áp lực của các trường băng lên nhau gây ra sự phân mảnh của băng trôi. Điều này thường tạo ra những đống băng vỡ mịn.
Khi một tảng băng nổi lên và ở vị trí này đóng băng vào lớp băng xung quanh, nó sẽ tạo thành một ropac. Ropacas phủ đầy tuyết rất khó nhìn thấy từ máy bay và có thể gây ra thảm họa khi hạ cánh.
Thông thường, dưới áp lực của các cánh đồng băng, các rặng băng được hình thành - các gò đất. Đôi khi bướu đạt tới độ cao vài chục mét. Băng Hummocky rất khó vượt qua, đặc biệt là đối với xe trượt chó. Nó đặt ra một trở ngại nghiêm trọng ngay cả đối với những tàu phá băng mạnh mẽ.
Một mảnh gò đất nổi lên trên mặt nước và dễ dàng bị gió cuốn đi được gọi là nesak. Một con cá mắc cạn được gọi là stamukha.
Xung quanh Nam Cực và Bắc Băng Dương có những ngọn núi băng - tảng băng trôi. Đây thường là những mảnh băng lục địa.
Ở Nam Cực, như các nhà nghiên cứu đã xác định gần đây, các tảng băng trôi cũng hình thành trên biển, trên vùng nông của lục địa. Chỉ một phần của tảng băng trôi có thể nhìn thấy được trên mặt nước. Hầu hết (khoảng 7/8) đều ở dưới nước. Diện tích phần dưới nước của tảng băng trôi luôn lớn hơn nhiều so với diện tích bề mặt. Vì vậy, tảng băng trôi rất nguy hiểm cho tàu thuyền.
Giờ đây, người ta có thể dễ dàng phát hiện các tảng băng trôi ở khoảng cách xa và trong sương mù bằng các thiết bị vô tuyến chính xác trên tàu. Trước đây từng xảy ra trường hợp tàu va chạm với tảng băng trôi. Ví dụ, đây là lý do khiến tàu chở khách bằng hơi nước khổng lồ Titanic bị chìm vào năm 1912.
CHU KỲ NƯỚC TRÊN ĐẠI DƯƠNG THẾ GIỚI
Ở các vùng cực, nước khi nguội đi sẽ trở nên đặc hơn và chìm xuống đáy. Từ đó nó dần dần trượt về phía xích đạo. Vì vậy, ở mọi vĩ độ, vùng nước sâu đều lạnh. Ngay cả ở gần xích đạo, vùng nước dưới đáy cũng có nhiệt độ chỉ trên 0 độ 1-2.
Vì các dòng hải lưu mang nước ấm từ xích đạo đến các vĩ độ ôn đới nên nước lạnh từ dưới sâu dâng lên rất chậm để thay thế nó. Trên bề mặt, nó nóng lên trở lại, đi đến các vùng cực, nơi nó nguội đi, chìm xuống đáy và lại di chuyển dọc theo đáy đến xích đạo.
Do đó, trong các đại dương tồn tại một loại chu trình nước: nước di chuyển dọc theo bề mặt từ xích đạo đến các vùng cực và dọc theo đáy đại dương - từ các vùng cực đến xích đạo. Quá trình hòa trộn nước này cùng với các hiện tượng khác nêu trên tạo nên sự thống nhất của Đại dương Thế giới.
Các điều kiện cần thiết để nước đóng băng là nó nguội đến điểm đóng băng (siêu lạnh), cũng như sự hiện diện của các hạt nhân kết tinh trong nước, là những hạt nhân xung quanh mà băng phát triển. Hạt nhân kết tinh có thể là hạt bụi, tinh thể tuyết hoặc hạt băng đã tồn tại trong nước.
Đóng băng nước ngọt và nước biển
Kế hoạch
1. Đóng băng nước biển và nước ngọt.
2. Phân loại băng biển.
3. Phân bố địa lý của băng.
4. Hỗ trợ điều hướng trên băng.
Khi lớp nước ngọt bề mặt nguội đi, mật độ của nó tăng lên và sự trộn nước xảy ra, tiếp tục ở độ sâu cho đến khi mật độ nước đạt giá trị cao nhất ở nhiệt độ +4 o C, trong toàn bộ độ sâu của bể. Khi lớp bề mặt đạt nhiệt độ -0,13 o C, băng bắt đầu hình thành.
Đối với vùng nước có độ mặn từ 0 đến 24,7 ‰ gọi là mặn, quá trình đóng băng xảy ra tương tự như trong nước ngọt, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn với mật độ lớn nhất và sự đóng băng của nước tùy thuộc vào độ mặn của nó. Ở độ mặn 24,7‰, nhiệt độ có mật độ lớn nhất và điểm đóng băng có cùng giá trị - 1,3 o C.
Trong nước biển có độ mặn lớn hơn 24,7‰, nhiệt độ có mật độ lớn nhất nằm dưới nhiệt độ đóng băng nên khi lớp bề mặt đạt đến nhiệt độ đóng băng, hiện tượng trộn nước không dừng lại và không thể xảy ra sự hình thành các tinh thể băng. chỉ ở bề mặt mà xuyên suốt toàn bộ lớp trộn. Hiện tượng này xảy ra khi nước bị hòa trộn dưới tác động của gió, sóng và dòng chảy. Nước đá hình thành trong cột nước hoặc ở đáy gọi là sâu Và đáy hoặc neo. Lớp băng ở đáy có lực nâng lớn nên thường đẩy đá, mỏ neo và các vật chìm lên trên bề mặt.
Quá trình đóng băng của nước lợ và nước biển cũng có một đặc điểm chung - nhiễm mặn lượng nước còn lại. Điều này được giải thích là do sau khi nước trong biển đạt đến nhiệt độ đóng băng, băng tươi nguyên chất bắt đầu tách ra khỏi nó, do đó độ mặn của lượng nước còn lại tăng lên. Do đó, sự hình thành băng tiếp theo đòi hỏi phải giảm nhiệt độ mới của lớp bề mặt.
Sự hình thành băng trên biển bắt đầu bằng sự xuất hiện của những mũi băng mỏng - tinh thể băng nguyên chất. Sự phát triển của tinh thể ban đầu xảy ra theo hướng ngang và sau đó theo hướng thẳng đứng. Các muối hòa tan trong nước biển và bọt khí nằm trong khoảng trống giữa các tinh thể băng. Như vậy, băng biển sau khi hình thành bao gồm các tinh thể băng nguyên chất, xen kẽ giữa đó là các tế bào có chứa nước muối và bọt khí.
Sau khi bề mặt biển được bao phủ bởi băng rắn, sự phát triển tiếp theo của nó chỉ xảy ra từ bên dưới do nước nguội đi. Tốc độ tăng trưởng băng trung bình hàng ngày dao động từ 0,5 đến 2 cm.
Tính chất của băng biển. Một trong những đặc tính quan trọng nhất của băng biển là độ mặn của nó, phụ thuộc vào độ mặn của nước, tốc độ hình thành băng, trạng thái của biển, tuổi của băng và độ dày của nó. Tốc độ hình thành băng càng cao thì độ mặn của băng càng lớn vì dung dịch muối có thời gian thoát vào nước càng ít. Băng càng cũ thì dung dịch muối chảy vào nước càng nhiều, độ mặn của nó càng thấp. Trong băng gói nhiều năm, nó chỉ là 1-2 ‰, trong khi ở vùng biển Nam Cực và Bắc Cực, độ mặn của băng là 22-23 ‰, và ở các lưu vực khác trung bình là 3-8 ‰.
Sự hiện diện của nước muối bên trong băng biển cũng ảnh hưởng đến các đặc tính khác của nó.
Ví dụ, mật độ của băng biển nhiều năm, trong đó các tế bào muối thoát ra khỏi dung dịch chứa đầy bọt khí, có mật độ thấp nhất. Nhìn chung, mật độ của băng biển có thể nằm trong khoảng 0,85-0,94 g/cm2. Do đó, độ nổi của băng (độ cao so với mặt nước) thay đổi rất nhiều từ 1/6 đến 1/15.
Khi nhiệt bắt đầu, do sự giãn nở nhiệt, các chuyển động băng mạnh xảy ra, có thể gây hư hỏng cho bến cảng, cơ sở vật chất của cảng cũng như các tàu đứng gần tường hoặc trôi trong băng.
Các tính chất cơ học quan trọng của băng biển là độ cứng, độ đàn hồi và sức mạnh. Độ cứng của băng cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn. Băng biển kém bền hơn băng sông nhưng có độ đàn hồi và độ dẻo cao hơn. Để tính toán thực tế về tải trọng có thể có trên băng và sự di chuyển của băng bằng tàu, cường độ uốn khi băng vỡ là rất quan trọng. Đá tươi hoặc đá đã khử muối bền nhất ở nhiệt độ thấp.