Страница 377 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. К чему приводит изменение количества углекислого газа (и водяных паров) в атмосферах планет земной группы?

1. Изменение количества углекислого газа ($CO_2$) и водяных паров ($H_2O$) в атмосферах планет земной группы (Венера, Земля, Марс) приводит в первую очередь к изменению их климата из-за явления, называемого парниковым эффектом.

Суть парникового эффекта заключается в следующем:

1. Атмосфера планеты относительно прозрачна для коротковолнового солнечного излучения (видимого света), которое достигает поверхности и нагревает ее.
2. Нагретая поверхность, в свою очередь, излучает энергию обратно в виде длинноволнового инфракрасного (теплового) излучения.
3. Молекулы парниковых газов, к которым относятся углекислый газ и водяной пар, эффективно поглощают это уходящее тепловое излучение.
4. Поглотив энергию, эти газы переизлучают ее во всех направлениях, в том числе и обратно к поверхности планеты, дополнительно разогревая её и нижние слои атмосферы.

Таким образом, эти газы действуют как "одеяло", удерживая тепло у поверхности планеты. Соответственно, изменение их концентрации напрямую влияет на температуру.

Последствия изменения концентрации:

• Увеличение количества парниковых газов усиливает их способность удерживать тепло. Это приводит к росту средней температуры на планете, то есть к глобальному потеплению.
• Уменьшение количества парниковых газов ослабляет парниковый эффект. Атмосфера хуже удерживает тепло, и оно свободнее уходит в космос. Это приводит к снижению средней температуры, то есть к глобальному похолоданию.

Проявления на планетах земной группы:

• Венера: Обладает чрезвычайно плотной атмосферой, состоящей на 96.5% из $CO_2$. Это стало причиной развития безудержного парникового эффекта, который разогрел поверхность планеты до экстремальных температур (в среднем +462 °C), сделав её самой горячей планетой Солнечной системы.
• Земля: Умеренное количество $CO_2$ (около 0.04%) и водяных паров в атмосфере создают естественный парниковый эффект, который поддерживает среднюю температуру на уровне +15 °C. Без него средняя температура на Земле была бы около -18 °C, и жизнь в привычной нам форме была бы невозможна. Антропогенный рост концентрации $CO_2$ в настоящее время является причиной глобального потепления.
• Марс: Атмосфера Марса очень разрежена, и хотя она состоит в основном из $CO_2$ (95%), её малая плотность обеспечивает лишь очень слабый парниковый эффект (повышение температуры всего на 5-10 °C). Считается, что в далёком прошлом атмосфера Марса была плотнее, парниковый эффект был сильнее, что позволяло существовать на поверхности жидкой воде. Потеря атмосферы привела к резкому похолоданию и превращению Марса в холодную пустыню.

Ответ: Изменение количества углекислого газа и водяных паров в атмосферах планет земной группы приводит к изменению силы парникового эффекта, что является ключевым фактором, определяющим среднюю температуру и общие климатические условия на планете. Увеличение концентрации этих газов вызывает потепление, а уменьшение — похолодание.

2. Почему температура поверхности Венеры столь высокая?

2. Почему температура поверхности Венеры столь высокая?

Высокая температура поверхности Венеры, достигающая в среднем $467^{\circ}C$ (что выше температуры плавления свинца), является следствием мощнейшего парникового эффекта, который на планете приобрел неуправляемый, "бесконтрольный" характер. Этот эффект обусловлен уникальным составом и плотностью венерианской атмосферы.

Ключевые факторы, определяющие экстремальную температуру на Венере:

1. Состав атмосферы. Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа ($CO_2$) — одного из самых эффективных парниковых газов. Для сравнения, атмосфера Земли содержит менее 0,05% $CO_2$. Углекислый газ свободно пропускает к поверхности планеты солнечное излучение в видимом диапазоне, но эффективно поглощает и задерживает инфракрасное (тепловое) излучение, которое испускает нагретая поверхность. Это создает своего рода "тепловую ловушку".
2. Плотность атмосферы. Атмосфера Венеры чрезвычайно плотная. Давление у ее поверхности примерно в 92 раза выше, чем на Земле на уровне моря. Такое огромное количество газа значительно усиливает парниковый эффект. Массивная газовая оболочка действует как толстое одеяло, которое не позволяет теплу уходить в космос.
3. Облачный покров. Венера окутана сплошным слоем густых облаков, состоящих в основном из капелек серной кислоты ($H_2SO_4$). Эти облака отражают около 75% падающего на них солнечного света, что делает Венеру очень ярким объектом на небе. Однако та часть солнечной энергии, которая все же достигает поверхности и нагревает ее, затем переизлучается в виде тепла. Это тепловое излучение эффективно блокируется как слоем $CO_2$, так и плотными облаками, что еще больше усугубляет нагрев.
4. Бесконтрольный парниковый эффект. Считается, что в далеком прошлом на Венере, возможно, существовали океаны. По мере того как Солнце становилось ярче, испарение воды усиливалось. Водяной пар также является сильным парниковым газом. Это запустило цепную реакцию: повышение температуры вызывало еще большее испарение, что, в свою очередь, усиливало парниковый эффект и еще больше повышало температуру. В итоге все океаны выкипели, а молекулы воды в верхних слоях атмосферы были разрушены ультрафиолетовым излучением Солнца. Легкий водород улетучился в космос, а кислород соединился с углеродом, увеличив концентрацию $CO_2$. Этот процесс и привел к необратимому перегреву планеты.

Интересно, что Венера горячее Меркурия, хотя и находится дальше от Солнца. У Меркурия практически нет атмосферы, поэтому он не может удерживать тепло. Его дневная сторона раскаляется, а ночная — сильно остывает. На Венере же плотная атмосфера не только удерживает тепло, но и равномерно распределяет его по всей поверхности, поэтому температура почти одинакова и днем, и ночью, и на экваторе, и у полюсов.

Ответ: Температура поверхности Венеры чрезвычайно высока из-за мощного бесконтрольного парникового эффекта. Её очень плотная атмосфера, состоящая на 96,5% из углекислого газа, вместе с облаками из серной кислоты, создает тепловую ловушку: солнечное излучение нагревает поверхность, а исходящее от нее тепло не может уйти обратно в космос, так как поглощается атмосферой.