Woda w atmosferze:
Woda jest jedyną substancją, która może występować w przyrodzie w trzech stanach skupienia:
*ciekłym (oceany, rzeki, jeziora),
* stałym (lód, śnieg)
*gazowym (para wodna).
Para wodna, podobnie jak inne składniki suchego, czystego powietrza, jest niewidoczna i bezwonna. Woda zawarta w atmosferze stanowi mniej niż 0,001% całej wody występującej na Ziemi, jednak odgrywa ona bardzo ważną rolę w systemie klimatycznym.
Jej zawartość ulega ustawicznym zmianom w czasie i przestrzeni. Głównym jej źródłem jest parowanie z otwartych zbiorników wodnych oraz sublimacja z lodowców i lądolodów.
Wzrost intensywności parowania zależy od:
Rozmieszczenia kontynentów i oceanów - z otwartych zbiorników wodnych więcej wody paruje aniżeli z powierzchni lądowych
Parowania potencjalnego - jest to maksymalna wartość parowania z określonej powierzchni przy stałym dostępie wody
Parowania rzeczywistego - rzeczywista objętość wody, która wyparowała z danego obszaru
Pokrycia terenu - flora ziemska posiada zdolności retencjonowania wody, dlatego duże powierzchniowo zbiorowiska leśne dostarczają atmosferze znacznych ilości pary wodnej poprzez transpirację. Przeciwieństwem tego są pokłady piasków i żwirów, które z duża zdolnością chłonięcia wody uniemożliwiają jej wyparowanie.
Prędkości wiatru przy powierzchni parującej - wielkość parowania wzrasta wprost proporcjonalnie do zwiększającej się prędkości wiatru.
Ukształtowania powierzchni - proces parowania zachodzi szybciej na obszarach o płaskiej lub wklęsłej powierzchni aniżeli na obszarach o znacznym nachyleniu, gdzie następuje szybki spływ powierzchniowy i podziemny wody oraz brakuje czasu na jej parowanie. Nasłonecznione stoki szybciej oddają wodę w postaci pary wodnej aniżeli stoki zacienione.
Procesem kondensacji pary wodnej w atmosferze nazywamy zamianę pary wodnej ze stanu gazowego w stan ciekły. Jednak aby tak się stało musi wystąpić zjawisko obniżenia temperatury do punktu rosy, gdzie następuje nasycenie para wodna danej masy powietrza. W tych warunkach jest możliwa zamiana ary wodnej w postać skroploną. W wyniku czego powstają osady, które zaobserwować można na przedmiotach pokrywających Ziemię.
Stężenie pary wodnej:
Para wodna jest głównym gazem cieplarnianym w atmosferze ziemskiej. Efekt cieplarniany wywołany przez parę wodną zawiera się pomiędzy 36% - 60%, a wzrost stężenia pary wodnej w atmosferze zwiększa efekt cieplarniany. Dodatkowo para wodna jest gazem, którego stężenie w powietrzu silnie zależy od warunków lokalnych i pogodowych. Widmo absorpcyjne pary wodnej pokrywa się też z widmami absorpcyjnymi innych gazów, dlatego para wodna oprócz bezpośredniego, ma też pośredni wpływ na efekt cieplarniany. Efekty pary wodnej zależą od tego czy jest ona skoncentrowana wysoko czy nisko w atmosferze.
Jonosfera - zjonizowana warstwa atmosfery występująca powyżej 50-60 km nad powierzchnią Ziemi (do wysokości 1000 km) w termosferze.
Zawiera duże ilości plazmy powstającej na skutek jonizacji cząsteczek gazów obecnych w atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego oraz ultrafioletowego promieniowania słonecznego. W jonosferze następuje załamywanie, odbijanie, pochłanianie i polaryzacja fal radiowych. Zaburzenia w jonosferze wywołują zakłócenia w łączności radiowej. Jonosferę bada się określając rozchodzenie się fal elektromagnetycznych w atmosferze w tym specjalnie do tego celu konstruowanymi jonosondami.
Wraz z wysokością zmieniają się czynniki jonizacyjne oraz skład chemiczny i gęstość gazu atmosferycznego, dlatego też w jonosferze wyróżnić można kilka warstw różniących się zawartością elektronów w jednostce objętości.
Najniżej położona warstwa jonosfery, rozciągająca się na wysokości 60-90 km, z maksimum gęstości na wysokości około 75 km. Warstwa ta powstaje na skutek fotojonizacji tlenku azotu(II) (NO) przez promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 121,5 nm. Dodatkowo, gdy Słońce ma dużą aktywność (z ponad 50 plamami słonecznymi) twarde promieniowanie X (o długości fali poniżej 1 nm) jonizuje składniki powietrza (N2, O2).
Gęstość elektronowa jest względnie niska i wynosi od 2∙108/m3 do 7∙108/m3 (największa jest w południe). Po zachodzie słońca na skutek rekombinacji warstwa ta niemal zanika i istnieje tylko dzięki działaniu galaktycznego promieniowania kosmicznego. Warstwa ta powoduje silne tłumienie fal radiowych (z maksimum dla ok. 1 MHz) i odbija jedynie fale długie. Jest głównie odpowiedzialna za absorpcję fal krótkich, szczególnie poniżej 10 MHz, z coraz mniejszym pochłanianiem przy wzroście częstotliwości. Absorpcja jest niewielka w nocy i największa około południa. Typowym przykładem działania warstwy D jest zanik odbioru dalekich radiowych stacji średniofalowych w ciągu dnia.
Poniżej warstwy D wyróżnia się niekiedy warstwę C, położoną na wysokości 65-70 km, z nieco mniejszą gęstością elektronową. Występuje ona przed wschodem słońca i tuż po nim w okresach niskiej aktywności słonecznej.
Warstwa ta położona jest na wysokości od 90 do 120 km i charakteryzuje ją maksymalna gęstość elektronowa od 4∙1010 do 1,2∙1011/m3. Jonizację powoduje tutaj miękkie promieniowanie X (1-10 nm) i daleki ultrafiolet promieniowania słonecznego - jonizacji ulegają cząsteczki tlenu. Warstwa ta odbija jedynie fale radiowe o częstotliwości mniejszej niż około 10 MHz. Jej negatywny wpływ na częstotliwości powyżej 10 MHz wynika z częściowego pochłaniania krótszych fal w tej warstwie. W nocy wskutek braku obecności źródła jonizacji warstwa E zaczyna zanikać.
Warstwa sporadyczna ES występuje w warstwie E w postaci małych "obłoków" o dużej jonizacji, które mogą odbijać fale radiowe o częstotliwościach z zakresu 25–225 MHz. Jej powstawanie nie zostało dotychczas bliżej wyjaśnione. Warstwa ta często przemieszcza się z prędkością kilkuset km/godz. w kierunku zachodnim. Czas jej trwania może wynosić od kilku minut do kilkunastu godzin. Odgrywa ona dużą rolę w amatorskich łącznościach w górnych zakresach krótkofalowych oraz UKF i umożliwia nawiązywanie łączności na odległości powyżej 1000 km. Może też powodować zakłócenia w odbiorze stacji radiofonicznych UKF-FM w wyniku krótkotrwałego odbioru kilku stacji z różnych krajów na tej samej częstotliwości.
Nie stwierdzono wyraźnej korelacji częstości pojawiania się warstwy sporadycznej ES z aktywnością słoneczną, natomiast obserwacje wskazują, że jest to zjawisko sezonowe. Najczęściej występuje w miesiącach letnich w godzinach 10-24, a najrzadziej zimą.
Warstwa ta występuje na wysokości od 120 do 400 km, gdzie promieniowanie ultrafioletowe Słońca z zakresu 10-100 nm jonizuje tlen atomowy (O). Warstwa F ma duże znaczenie w propagacji fal radiowych i umożliwia dalekie łączności w paśmie fal krótkich.
W ciągu dnia wyróżnia się w niej dwie warstwy o różnej gęstości elektronowej, nazwane F1 i F2. Warstwa F1 w mniejszym stopniu zależy od pory roku, ale podobnie jak warstwa E zanika po zachodzie słońca. Warstwa F2, choć ma znaczną nieregularność gęstości elektronowej, jest trwała i w nocy nie zanika. Zmienia się jedynie wysokość jej położenia, a także maleje gęstość elektronowa. Maksymalna gęstość elektronowa warstwy F1 jest rzędu 4∙1011/m3 i ma mniejsze znaczenie dla propagacji fal radiowych niż F2, której gęstość elektronowa dochodzi do 2∙1012/m3.
Równowagi za udziałem wapnu
Zawarte w wodzie oceanicznej jony wapnia reagują z jonami dwuwęglanu tworząc węglan wapnia:
Ca2+ + 2HCO3 → CaCO3 + H2CO3
W podobny sposób węglan wapnia tworzony jest przez różne organizmy morskie budujące sobie skorupki. Po ich śmierci skorupki te, opadają na dno. Akumulacja węglanu wapnia następuje na dnie stosunkowo płytkich mórz, ponieważ na dużych głębokościach kwasowość wody jest na tyle duża, że węglan wapnia rozpuszcza się zanim dotrze do dna.
Wietrzenie wapieni pod wpływem wody deszczowej zawierającej słaby kwas węglowy tworzący się w reakcji wody z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu:
CO2 + H2O ⇔ H2CO3
prowadzi do powrotu węgla do atmosfery:
CaCO3 + H2CO3 → Ca2+ + 2HCO3-
Węgiel nieorganiczny bierze również udział w cyklu krzemianowo-węglanowym regulującym dostępność jonów wapnia niezbędnych do tworzenia węglanów. W tym cyklu wapienie ulegają przekształceniu w skały metamorficzne, a uwolniony w tym procesie dwutlenek węgla wraca do atmosfery podczas erupcji wulkanicznych
Biosfera - sfera biotyczna, ekosfera - strefa, w której występuje życie na Ziemi; obejmuje dolną warstwę atmosfery do wys. ok. 10 km (troposfera), wszystkie wody do głęb. ponad 11 km (hydrosfera), łącznie z gorącymi źródłami o temp. powyżej 100 stopni, zamieszkiwanymi przez mikroorganizmy termofilne, oraz górną warstwę skorupy ziemskiej (litosfera, do głęb. kilku km, gdzie żyją jeszcze zespoły bakterii chemolitoautotroficznych). Większość organizmów żywych oraz największe natężenie procesów życiowych koncentruje się jednak w cienkiej warstwie rzędu 100m, na powierzchni lądu, w glebie i powierzchniowej warstwie oceanu. Biosfera stanowi ekosystem globalny, w którym dzięki udziałowi procesów fizycznych i żywych organizmów w zamkniętych obiegach krążą pierwiastki. Proces ten zasilany jest energią promieniowania słonecznego oraz, w niewielkim stopniu, energią reakcji promieniotwórczych w głębi planety. W biosferze, jak w każdym ekosystemie, istnieją niewątpliwie sprzężenia zwrotne, przyczyniające się do utrzymywania procesów w stanie zbliżonym do równowagi dynamicznej przez stosunkowo długie okresy. Warunki stabilności biosfery nie są znane i stanowią przedmiot intensywnych badań. Postulowana niekiedy zdolność biosfery do samoregulacji (homeostazy) nie znajduje potwierdzenia w faktach, pozostaje natomiast w sprzeczności z mocno ugruntowaną teorią ewolucji w drodze doboru naturalnego. Termin biosfera wprowadził australijski geolog H. Suess, a spopularyzował go rosyjski geochemik W. I. Wiernadski (1929). Według zarzuconej obecnie hierarchicznej klasyfikacji biosfera dzieli się na: biocykle (lądy, morza), te zaś na biochory (np. lasy, pustynie) itd. Nie można wykluczyć istnienia biosfery na innych planetach.
Podział cząsteczek za rozmiarami. Ze względu na wielkość cząsteczek substancji rozpuszczonej rozróżnia się: -roztwór właściwy-zwany też roztworem rzeczywistym to układ, w którym cząstki substancji rozproszonej mają rozmiary mniejsze od 1 nm (nanometr- 10-9 m) -roztwór koloidalny to układ rozproszony, w których substancja rozpraszająca odgrywa rolę rozpuszczalnika, a substancja rozproszona jest odpowiednikiem substancji rozpuszczonej w roztworze rzeczywistym. Rozmiar cząsteczek wynosi od 10-7 do 10-9m. -zawiesina jest to mieszanina (układ heterogeniczny) ciało stałe-ciecz, w którym cząstki fazy rozproszonej mają średnicę powyżej 10-7m. W zależności od średnicy cząstki te mogą być widoczne pod mikroskopem i ulegać sedymentacji w ziemskim polu grawitacyjnym.
Jonizacja substancji następuje na skutek zderzeń z tzw. jonami pierwotnymi występującymi w źródle jonów (najczęściej są to jony gazów obojętnych, metanu, izobutanu, amoniaku). Jonizacja w polu elektrycznym jest jedna z metod jonizacji próbki w spektrometrii masowej. Próbka ulega jonizacji pod ciśnieniem atmosferycznym przy użyciu napięcia rzędu 2000-5000V. Rozpylanie jonowe wykorzystuje zjawisko wyładowania i jonizacji gazów rozrzedzonych. Duże natężenie pola elektrycznego rozpędza jony i elektrony do tak wielkiej prędkości, że w czasie zderzeń z obojętnymi cząsteczkami gazu te ostatnie ulegają dalszej jonizacji. Dzięki temu liczba jonów może się lawinowo zwiększyć, nawet jeśli początkowo było ich niewiele. Taki mechanizm wyładowania odgrywa szczególnie ważną rolę w niskich ciśnieniach, gdyż wtedy zderzenia jonów i cząsteczek są rzadsze, a więc długość drogi swobodnej jest większa. Obecnie definiujemy zjawisko rozpylania elektrostatycznego jako takie, kiedy pole elektryczne jest jedynym czynnikiem powodującym deformację kropli cieczy lub gazu i jej rozpylenie na drobne cząstki. Jonizacja cząsteczki związana jest z wybiciem elektronu obojętnej cząsteczki w wyniku wzajemnych zderzeń cząsteczek. Dzięki jonizacji zwiększa się ilość nośników ładunku, co sprzyja wyładowaniu.
Każda cząsteczka posiada swój ładunek. Jeśli umieścimy ją w układzie
dyspergowanym to osiągnie ona inny ładunek i to właśnie jest najwyższy
możliwy ładunek tej cząsteczki.