Значение, строение, состав и свойства атмосферы

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.