Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует её тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощается атмосферой, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.
Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности Земли в течение суток колебалась бы в интервале 200°С. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере.
В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенном её составу. Газовая оболочка защищает живые организмы о губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космически лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов.
В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она является средой где распространяется звук. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружая Землю, вращается вместе с ней.
В тропосфере находится около 80% всего атмосферного воздуха, где содержится почти весь водяной пар. Температура в тропосфере понижается с высотой со средним градиентом 0,6°С/100 м.
На границе тропосферы расположен относительно тонкий переходной слой — тропопауза. Затем следует стратосфера верхняя граница которой проходит на высоте около 55 км. этом слое температура воздуха повышается с градиентом 0,1-0,2°С/100 м, а у верхней границы достигает положительных значений. В стратосфере воздух также перемещается, его количество составляет около 19% от всей массы атмосферы, содержание водяных паров очень мало. Стратосфера заканчивается стратопаузой.
Следующий слой атмосферы — мезосфера, заканчивающийся мезопаузой. Выше находится термосфера, которую часто называют ионосферой, т. к. газы здесь находятся в ионном состоянии. Наиболее интенсивно процесс ионизации происходит в диапазоне высот от 60-80 до 220-400 км. Эти слои оказывают влияние на распространение радиоволн. Самая верхняя часть атмосферы экзосфера.
Основной (по массе) компонент воздуха — азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09%. В газообразном состоянии азот инертен, а в соединениях в виде нитратов он играет важную роль в биологическом обмене веществ.
Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы — кислород. Он содержится в атмосфере в количестве около 20,94%. Кислород поглощается животными в процессе дыхания и выделяется растениями как обычный продукт фотосинтеза.
Важная составляющая часть атмосферы — диоксид углерода (С02), который составляет 0,03% ее объёма. Он существенно
влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида в атмосфере не остается постоянным. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане - 1,3-10".
В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (СО). Инертных газов, таких как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон также немного. Из них больше всего аргона — 0,934%. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.
В верхних слоях стратосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часто называют озоновым экраном. Озон играет большую роль в формировании температурного режима нижележащих слоев атмосферы и, следовательно, воздушных течений. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше в средних и низких. Весной озона больше, чем осенью.
Озон является продуктом соединения молекулярного кислорода с атомарным, образующимся под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей. Общее содержание озона в атмосфере невелико — 2,10%, но он отражает до 95% ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20% инфракрасных излучений, достигающих Земли, озон повышает утепляющие действия атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обеспечивающих фотохимические реакции разрушения озона.
Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом (лед, снег), жидком (капли) и газообразном (пар) состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров в атмосфере происходит за 9-10 суток.
В атмосфере также встречаются вещества и в ионном состоянии до нескольких десятков тысяч на 1 см воздуха.
Чтобы понять и решить проблему охраны атмосферы, необходимо изучить ее особенности. Существующая в настоящее время атмосфера Земли является результатом многообразных
географических и биологических процессов, которые продолжаются в настоящее время.
Первичным источником энергии атмосферного тепла дл Земли служит Солнце. Излучение Солнца эквивалентно излучению абсолютно черного тела с температурой около 6000° К длиной волны 0,15-4 мкм. Поверхности Земли достигает малая доля лучистой энергии Солнца. Часть энергии, достигшей поверхности, отражается, а остальная поглощается, превращаясь в тепловую. Эта энергия вызывает конвективное движение в атмосфере. Так как 71% поверхности Земли занято водой, поглощение солнечной энергии сопровождается испарением. Теплота затраченная на испарение, освобождается в атмосфере, способствуя ее перемещению.
Неравномерность нагревания воздуха определяет горизонтальные перемещения в атмосфере из области высокого давления в область низкого, т. е. из холодных зон в теплые. Вращение Земли изменяет их характер движения. Кроме давления действует сила Кориолиса, возникающая от вращения Земли которая зависит от скорости ветра, широты местности и угла вой скорости.
Атмосфера неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Воздух, перемешиваясь над различными участками поверхности (материки, океаны, горы, леса, болота, степи, пустыни), изменяет свои физические свойства, т. е происходит трансформация воздуха. Поскольку воздух никогда не находится в полном покое, он трансформируется непрерывно Особенно интенсивно физические свойства воздуха изменяются при его перемешивании из одних широт в другие — с суши к океану и наоборот.
Неодинаковые направления воздуха над различными участками поверхности Земли формируют теплые и холодные, устойчивые и неустойчивые массы воздуха. При горизонтальном переносе теплые и холодные воздушные потоки могут сближаться или удаляться друг от друга. При сближении объёмов воздуха с различными физическими свойствами горизонтальные градиенты температуры, влажности, давления увеличиваются, скорость ветра возрастает. При удалении же их друг от друга градиенты и скорость ветра уменьшаются.
Зоны, в которых происходит сближение масс воздуха, называют фронтами. Они непрерывно возникают и разрушаются.Ширина фронтальных зон относительно невелика, но в них концентрируются большие запасы энергии, образуются крупнейшие вихри-циклоны и антициклоны. Они в свою очередь оказывают большое влияние на рассеивание или большую концентрацию загрязнителей в атмосфере.
