4.5.1.1. Характеристика, строение и состав атмосферы

Атмосфера нашей планеты состоит в основном из азота и кислорода, которые в сухом воздухе составляют по объему соответственно 78 и 21%. Кроме того, в состав атмосферы входят углекислый газ, озон, аргон, водород, гелий и некоторые другие газы, а также водяной пар.

Атмосфера в ее нынешнем состоянии является продуктом длительного исторического процесса, в ходе которого она претерпевала ряд значительных изменений.

Общая масса атмосферы составляет около 5,2·10¹⁵ т. Плотность воздуха и атмосферное давление убывают с высотой таким образом, что при увеличении высоты приблизительно на 5 км давление уменьшается вдвое. Относительное количество основных химических компонентов атмосферы с высотой изменяется незначительно.

Атмосфера структурно подразделяется на тропосфе­ру, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Тропо­сфера – это нижний слой атмосферы, который простирает­ся до высоты 8-10 км в полярных широтах и до 16-18 км в тропиках. Практически вся масса наземных живых организмов существует в тропосфере.

Физические процессы, происходящие в тропосфере, определяют изменения погоды и оказывают основное влияние на климат планеты. К таким процессам относятся поглощение солнечной радиации, влагооборот, циркуляция атмосферы.

Стратосфера простирается до высоты 50-60 км от поверхности суши. Этот слой атмосферы весьма разряжен, в нем с высотой постепенно уменьшается количество кислорода и азота, но увеличивается количество легких газов – водорода, гелия и др. На высоте 20-25 км от поверхности Земли в стратосфере находится озоновый слой, который поглощает и частично отражает губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Озоновый слой в значительной мере влияет на тепловые условия у поверхности Земли и основные физические процессы в тропосфере.

За стратосферой простирается мезосфера до высоты 80-­85 км. Основным энергетическим процессом в мезосфере является лучистый теплообмен. На нижней границе температура атмосферы составляет примерно 0°С, а на верхней – минус 90°С.

Термосфера простирается начиная с высоты 80-90 км. Температура в этом слое атмосферы вначале растет до 1 200-1 300°С на высотах 200-300 км, а затем до границы с экзосферой остается почти постоянной.

Самая верхняя, сильно разреженная часть атмосферы, называется экзосферой. Температура здесь достигает 2000°С. В экзосфере газы пребывают в атомарном состоянии. Экзосфера постепенно переходит в межпланетное пространство.

В составе термосферы и экзосферы выделяют ионосферу, которая начинается с высот 50-80 км и простирается до нескольких тысяч километров. Она в основном образована ионами и свободными электронами, продуктами разрушения молекул атмосферных газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Вследствие ионизации газов возникают магнитные бури и свечение, которое на Земле наблюдается в виде полярного сияния. Благодаря ионо­сфере возможно распространение радиоволн на дальние расстояния.

Атмосфера оказывает огромное влияние на живые ор­ганизмы и биологические процессы, которые происходят на суше и на море. Наибольшее значение имеют:

• кислород атмосферы, который используется в процессах дыхания и минерализации органического вещества;

• углекислый газ, необходимый для нормального протекания процесса фотосинтеза автотрофных организмов;

• озон, задерживающий смертоносное для всего живого ультрафиолетовое излучение Солнца.

Кислород в атмосферу поступает исключительно в процессе фотосинтеза, в ходе которого ежегодно выделяется около 2•10¹¹ т кислорода. В современной же атмосфере всего содержится 1,2•10¹⁵ т кислорода.

Практически вся масса выделяемого автотрофами ки­слорода расходуется на минерализацию (окисление) органического вещества.

Современная атмосфера содержит всего 2,41•10⁹ углекислого газа, что составляет по объему 0,035% атмосферного воздуха. Относительное количество углекислого газа в разных районах земного шара и с высотой меняется незначительно.

Основным источником водяного пара в атмосфере служит испарение с поверхности наземных водоемов и, прежде всего, Мирового океана. Наличие водяного пара в атмосфере создает определенную влажность, что имеет большое значение для жизнедеятельности организмов.

За последние сто лет атмосфера, как природный ресурс, претерпела значительные изменения вследствие антропогенного воздействия, что выражается в поступлении огромного количества веществ, являющихся загрязнителями и влияющих на эволюционно сложившиеся физико-химические процессы, происходящие в атмосфере. Антропогенное влияние хозяйственной деятельности приобрело в настоящее время глобальный характер.

В последние годы характерной особенностью атмо­сферы Северного полушария является дефицит общего содержания озона, особенно в полярных и приполярных областях.

На основании наблюдений показано, что над территорией Республики Беларусь также наблюдается стойкая тенденция снижения содержания озона в атмосфере. Наи­более сильно из года в год это наблюдается в весенне-летние месяцы (май–июнь).

Снижение общего содержания озона в атмосфере сопровождается повышением уровня приземного ультрафиолетового излучения и может негативно отразиться на здоровье населения республики и функционировании экосистем.

Анализ результатов радиационного мониторинга атмосферного воздуха показал, что на территории республики повышенные уровни экспозиционной дозы гамма-излучения фиксируются исключительно в районах, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС, на остальной территории эти уровни сопоставимы с доаварийными.