Номер 5, страница 62, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Атмосфера и атмосферное давление. Параграф 60. Исследовательская работа. Темы исследовательских и проектных работ - номер 5, страница 62.

Условие.

• Загадки атмосферы.

Решение.

Атмосфера Земли, защитная газовая оболочка нашей планеты, хранит множество тайн и явлений, которые до сих пор не до конца поняты учеными. Вот некоторые из наиболее интригующих загадок атмосферы:

Шаровая молния

Шаровая молния — это редкое и загадочное атмосферное явление, представляющее собой светящийся сферический объект, который может перемещаться непредсказуемым образом. Она обычно появляется во время грозы и существует от нескольких секунд до нескольких минут. Очевидцы описывают ее как огненный шар размером от апельсина до футбольного мяча, который может проходить сквозь стены, окна и другие препятствия, иногда бесшумно исчезая, а иногда взрываясь. Единой общепринятой теории, объясняющей природу шаровой молнии, до сих пор не существует. Среди гипотез выделяют:
- Гипотеза горения кремния: При ударе обычной молнии в почву, богатую кремнием, образуется пар из оксида кремния. Этот пар конденсируется в наночастицы, которые медленно окисляются в воздухе, выделяя свет и тепло.
- Микроволновая гипотеза: Предполагается, что атмосферные мазеры (источники когерентного микроволнового излучения) могут создавать в атмосфере замкнутую полость, наполненную плазмой.
- Гипотеза аннигиляции: Экзотическая теория, предполагающая взаимодействие антиматерии, принесенной из космоса, с веществом атмосферы.
Сложность изучения этого явления заключается в его спонтанности и кратковременности, что делает практически невозможным его контролируемое исследование в лабораторных условиях.

Ответ: Шаровая молния — это необъясненное природное явление в виде светящегося шара, возникающего в грозовых условиях, природа которого остается одной из главных загадок физики атмосферы.

Спрайты, эльфы и голубые джеты

Это высотные электрические разряды, происходящие в мезосфере и ионосфере (на высотах 50-95 км) над мощными грозовыми облаками. Они были открыты сравнительно недавно, в конце XX века, так как они очень кратковременны (длительность — тысячные доли секунды) и не видны с земли невооруженным глазом из-за облачности.
- Спрайты выглядят как огромные, тускло-красные вспышки, напоминающие медуз или морковки, которые "бьют" из верхушки грозового облака вверх на десятки километров.
- Эльфы — это еще более быстрые и обширные (до 400 км в диаметре) кольцеобразные вспышки красного света на высоте около 100 км, возникающие в результате электромагнитного импульса от мощной молнии.
- Голубые джеты (струи) — это конусообразные струи голубой плазмы, которые выстреливают из верхушек грозовых облаков вверх до высоты 40-50 км со скоростью более 100 км/с.
Эти явления — часть глобальной электрической цепи Земли, и они показывают, насколько сложны и взаимосвязаны процессы в разных слоях атмосферы. Их точные механизмы формирования и влияние на химию верхней атмосферы все еще являются предметом активных исследований.

Ответ: Спрайты, эльфы и джеты — это кратковременные высотные оптические явления над грозами, представляющие собой электрические разряды в верхней атмосфере, изучение которых помогает понять глобальные электрические процессы планеты.

Парадокс слабого молодого Солнца

Согласно моделям звездной эволюции, около 4 миллиардов лет назад наше Солнце светило на 25-30% слабее, чем сегодня. При таком уровне солнечной энергии поверхность Земли должна была быть полностью покрыта льдом. Однако геологические данные, такие как следы осадочных пород и ископаемые останки микроорганизмов, неопровержимо свидетельствуют о наличии жидкой воды и умеренных температур в ту эпоху. Этот парадокс — как на Земле могла существовать жидкая вода при значительно более слабом Солнце — является одной из ключевых загадок палеоклиматологии.
Наиболее вероятное решение парадокса заключается в том, что атмосфера ранней Земли имела гораздо более мощный парниковый эффект. Предполагается, что концентрация парниковых газов, таких как диоксид углерода ($CO_2$) и метан ($CH_4$), была в сотни, а то и в тысячи раз выше, чем сейчас. Эти газы удерживали тепло, не давая планете замерзнуть. Точный состав этой древней атмосферы и баланс газов, поддерживавший жизнь, до сих пор являются предметом научных дебатов.

Ответ: Парадокс слабого молодого Солнца — это противоречие между низкой светимостью раннего Солнца и геологическими доказательствами существования жидкой воды на древней Земле. Вероятное объяснение — мощный парниковый эффект из-за высокой концентрации $CO_2$ и $CH_4$ в атмосфере.

Серебристые облака

Серебристые облака (или мезосферные облака) — это самые высокие облака в земной атмосфере, образующиеся на высоте 75-85 км в мезосфере. Они состоят из мельчайших кристалликов водяного льда (размером около 100 нанометров), которые намерзают на частицах метеорной пыли. Эти облака можно наблюдать только в глубоких сумерках, когда Солнце находится на 6-16 градусов ниже горизонта. В это время нижние слои атмосферы уже погружены в тень, а высокие серебристые облака все еще освещаются солнечными лучами, что придает им характерное серебристо-голубое свечение.
Загадки, связанные с ними, включают:
- Условия формирования: Для образования льда в чрезвычайно разреженной и сухой мезосфере требуются экстремально низкие температуры (ниже -120 °C), которые достигаются только летом в полярных регионах.
- Связь с климатом: Наблюдения показывают, что частота появления и яркость серебристых облаков увеличиваются. Некоторые ученые связывают это с глобальным изменением климата, в частности с увеличением концентрации метана. Окисление метана ($CH_4$) в стратосфере является источником водяного пара ($H_2O$), который затем переносится в мезосферу.

Ответ: Серебристые облака — это ледяные облака в верхней мезосфере, видимые в сумерках. Их загадка заключается в условиях их формирования и возможной связи с антропогенными изменениями климата, в частности с ростом концентрации метана.