ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ

Атмосфера – газовая оболочка Земли, которая простирается на высоту 1,5 – 2 тыс. км над уровнем моря или суши. Ее суммарная масса составляет около 5,15·10¹⁵ т.

Структурно атмосфера делится на тропосферу, стратосферу и ио-носферу. Нижний, прилегающий к земной поверхности слой атмосферы называется тропосферой. Он простирается до высоты 8 – 10 км над по-

люсами и 16 – 18 км над экватором. Здесь содержится 80 % всей массы воздуха, основное количество атмосферных примесей и практически весь водяной пар. Именно в этом слое атмосферы формируются погод-ные условия и климат планеты.

Над тропосферой располагается стратосфера. Верхняя ее граница проходит на высоте 50 – 55 км от поверхности суши. Стратосфера силь-но разряжена. Она содержит озоновый слой, который поглощает губи-тельное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца, влияет на тепловые условия у поверхности Земли и физические процес-сы в тропосфере.

За стратосферой располагается ионосфера. Протяженность ее дос-тигает сотен километров. Под действием космических излучений атомы в ионосфере ионизируются , и поэтому ионосфера представляет собой область заряженных частиц – ионов и электронов.

Наибольшее воздействие на живые организмы и биологические процессы, протекающие на суше и в океане, оказывает приземный слой атмосферы.

Атмосферный воздух у поверхности Земли – это естественная смесь газов, сложившаяся в ходе эволюции планеты. Современный ее состав включает 78,08 % азота (N₂), 20,9 % кислорода (О₂), около 1 % аргона (Ar) и 0,03 % углекислого газа (СО₂). Это и есть тот воздух, ко-торым дышат все живые организмы. Без пищи человек может жить 5 недель, без воды – 5 дней, без воздуха – 5 минут.

Атмосфера Земли уникальна. Кислород, содержащийся в воздухе, жизненно необходим для дыхания растений и животных. Он появился на Земле примерно 2 млрд. лет тому назад, когда происходило формо-образование ее поверхности при активной вулканической деятельности. Постепенное возрастание доли кислорода в атмосфере происходило в течение последних 20 млн. лет. Главную роль в этом играло развитие растительного мира суши и океана. Как известно, кислород образуется в результате фотосинтеза органических продуктов в растениях и поступа-ет затем в атмосферу.

Кислород – химически очень активный газ. Если бы не жизнедея-тельность растений, то молекулы этого газа вступили бы в различные химические реакции и примерно за 100 тыс. лет исчезли из атмосферы. В то же время избыток кислорода может угрожать нашему существова-нию, так как чистый кислород становится ядом, если дышать им очень долго. К тому же, если бы в атмосфере было слишком много О₂, то го-рючие материалы стали бы слишком огнеопасны, и их трудно было бы держать под контролем. В настоящее время пока наблюдается пример-ное сохранение равновесия между производством кислорода и его по-треблением. Однако интенсивное потребление О₂ промышленностью и транспортом в последнее время вызывает опасение, так как может на-рушить баланс кислорода в окружающей среде.

Углекислый газ оказывает существенное влияние на температуру планеты. Обладая большей плотностью, чем кислород или азот, этот газ плотно покрывает водный и почвенный покров Земли . Сам по себе СО₂ является опасным компонентом атмосферы для всего живого. Повыше-ние содержания СО₂ в приземном слое атмосферы может привести к массовому уничтожению живого в почвенном покрове и ухудшению его плодородия.

В отличие от кислорода, который поставляется в атмосферу зеле-ными растениями, углекислый газ улавливается этими же растениями и связывается в органические соединения. Образование СО₂ связано с окислением органических веществ в различных процессах.

Азот, входящий в состав атмосферного воздуха в наибольших ко-личествах, является инертным газом (в переводе с греческого – “без-жизненный”). В воздухе он находится в молекулярном состоянии в без-действии. Азот практически не участвует в геохимических процессах и лишь накапливается в атмосфере. В тоже время N₂ является важнейшим строительным материалом для белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Элементом жизни он становится только в химических со-единениях – легко растворимых азотнокислых и аммиачных солях. Од-нако связанного азота в воздухе нет и в обычных условиях большинство организмов не в состоянии извлечь его из атмосферы.

Атмосфера не только поддерживает жизнь, она служит также за-щитным экраном. На высоте 20 – 25 км от поверхности Земли под воз-действием ультрафиолетового излучения Солнца часть молекул кисло-рода расщепляется на свободные атомы. Последние могут вновь всту-пать в соединения с молекулами О₂ и образовывать трехатомную его форму О₃ – озон.

Озон играет исключительную роль в жизни планеты . Он образует в высших слоях атмосферы тонкий слой – так называемый озоновый эк-ран, который отфильтровывает вредный компонент солнечного излуче-ния – ультрафиолетовые лучи. Прямое влияние этих лучей губительно для всего живого. Не будь озонового слоя, это излучение уничтожило бы жизнь на Земле.

Газовая оболочка предохраняет Землю от метеоритной бомбарди-ровки. Большинство метеоритов никогда не достигает земной поверхно - сти, так как сгорает при вхождении в атмосферу с огромной скоростью.

Кроме того, атмосфера способствует сохранению тепла на плане-те, которое в противном случае рассеивалось бы в холоде космического пространства. Солнечная энергия, проникающая в форме коротких электромагнитных волн через атмосферу к земной поверхности, в зна-

чительной мере отражается от нее в виде более длинных волн. Частично отраженные волны задерживаются и экранируются нижними слоями атмосферы обратно на поверхность Земли. Так наша планета использует солнечное тепло дважды. Это явление носит название парникового эф-фекта. Без него жизнь на Земле была бы невозможна, так как первичные лучи Солнца разогревают ее поверхность лишь до -18 ^оС. Отраженные же тропосферой потоки тепловой энергии повышают эту среднюю тем-пературу до +15 ^оС. При такой температуре поверхность планеты и ат-мосфера находятся в тепловом равновесии.

Нагревание атмосферы происходит благодаря наличию в ней так называемых парниковых газов : углекислого газа, метана, оксида азота (N₂O) и паров воды, которые способны, с одной стороны , поглощать (улавливать) инфракрасное излучение Земли , а с другой – отражать часть его обратно на Землю (рисунок 8.1). Без “газового одеяла”, окуты-вающего планету, температура на ее поверхности была бы ниже на 30 – 40 ^оС, а существование живых организмов в таких условиях весьма про-блематично.

Атмосфера оказывает благотворное воздействие на климат Земли, предохраняя ее от чрезмерного охлаждения и нагревания. Суточные ко-лебания температуры на нашей планете без атмосферы достигли бы 200 ^оС. Кроме того, атмосфера выполняет роль переносчика влаги и являет-ся средой распространения света и звука.

Атмосферный воздух широко используется как природный ресурс в народном хозяйстве. Он является источником сырья и энергии, средой перемещения летательных аппаратов. Из атмосферного азота произво-дятся минеральные азотные удобрения, азотная кислота и ее соли . Азот и аргон используются в технологических процессах металлургии, хими-ческой и нефтехимической промышленности. Из атмосферного воздуха получают также кислород и водород.

Изменение сложившихся физических и химических свойств атмо-сферы может отрицательно сказаться на жизненно важных процессах Земли и привести к ухудшению состояния растительного и животного мира. Загрязненный воздух оказывает негативное влияние на здоровье людей , их работоспособность и продолжительность жизни.

Рисунок 8.1 – Схема парникового эффекта