Структура и состав атмосферы

Атмосфера является основной частью биосферы и представляет собой газообразную оболочку Земли. Атмосфера (от греческого “атмос” - воздух) является основой жизни, определяет окислительные процессы живой и неживой природы, предохраняет от резких суточных перепадов температуры (они могли бы достигать 150-200^оС), защищает от вредных солнечных и космических излучений.

По сравнению с другими компонентами биосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей: высокую подвижность, изменчивость составляющих ее компонентов, своеобразие физико-химических процессов. Распределение тепла и влаги в атмосфере - основная причина существования природных зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно-растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.

Общая масса газовой оболочки нашей планеты - атмосферы составляет 5,14 10¹⁵ т. Это примерно одна миллионная часть от веса Земли. Внутренняя часть этой оболочки, толщиной до 200 км, имеет одинаковую плотность. Выше 200 км, температура и плотность воздуха сильно меняются, атмосфера пульсирует, расширяется и сжимается, поэтому внешняя часть атмосферы имеет неправильную форму. Атмосфера мощностью до 20000 км имеет слоистое строение и состоит из тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы (термосферы) и экзосферы.

Тропосфера - нижний, наиболее плотный слой воздуха высотой 10-15км, составляет 90% от массы атмосферы. Стратосфера расположена над тропосферой до высоты 50 км. В ней находится озоновый слой, защищающий все живое от воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Мезосфера расположена на высотах 50-85 км. Падение температуры достигает здесь -70-80 ^оС, строение ее еще мало изучено.

Ионосфера расположена до высоты 1000 км, характеризуется повышенной ионизацией молекул и защищает все живое от воздействия космической радиации.

Экзосфера - внешний слой атмосферы, характеризуется разреженностью вещества, близкой к межпланетному пространству.

Условно принято атмосферу делить на две большие части: верхнюю и нижнюю. В этом случае тропосферу и стратосферу относят к нижним слоям атмосферы, а мезосферу и ионосферы объединяют в понятие верхние слои атмосферы. Верхние слои атмосферы по составу образующих ее компонентов в значительной степени отличаются от нижних слоев.

Для экологов наибольший интерес представляет нижняя часть атмосферы, главным образом тропосфера.

В атмосфере происходят основные метеорологические явления влияющие на загрязнение атмосферного воздуха. Тропосфера практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней водяной пар, углекислота довольно сильно поглощают длинноволновое (тепловое) излучение нашей планеты, в результате чего тропосфера нагревается. Это нагревание является причиной вертикального перемещения потоков воздуха, конденсации водяного пара, образования облаков и выпадения осадков.

Установлено, что в тропосфере температура падает на 0,5-0,6 ^оС на каждые 100 м высоты.

Состав газов тропосферы остается неизменным, и эта смесь газов называется атмосферным воздухом. До высоты 100 км воздух атмосферы имеет стабильный состав вследствие хорошего перемешивания.

Постоянный состав атмосферы сохраняется в природе миллионы лет и определяется сбалансированностью всех веществ, участвующих в круговороте материи и энергии.

Главным компонентом атмосферы (табл. 3) является азот, на долю которого в приземном слое приходится  78 об. долей, %; кислород  21 об. доля, % и аргон  0,9 об. долей, %. На долю всех остальных компонентов приходится менее 0,1 об. доли, %, но роль их в общей характеристике атмосферы чрезвычайно велика. Концентрация квазипостоянных компонентов (N₂, О₂, Аr, He, Xe, Kr, H₂) остается неизменной вплоть до высоты 100 км. “Активные” газы и аэрозоли испытывают существенные вариации в зависимости от сезона, географического положения и высоты над уровнем моря.

Таблица 3

Состав атмосферы в приземном слое атмосферы

Азот воздуха является веществом инертным и почти не принимает участия в поглощении энергии и превращениях веществ в атмосфере. Кислород необходим для дыхания живых организмов и процессов окисления, он участвует в реакциях со многими веществами атмосферы, его молекулы поглощают солнечную энергию в ультрафиолетовой части спектра. Аргон и другие инертные газы пассивны в атмосфере. Диоксид углерода принимает большое участие в процессах поглощения и излучения тепла в атмосфере. Он энергично потребляется растениями на земной поверхности и водорослями океана, имея важное значение в биотических процессах. В последнее столетие концентрация СО₂ в атмосферном воздухе увеличилась почти на 0,003 об. долей, %. По некоторым теоретическим оценкам из-за накопления СО₂ в атмосфере должно произойти повышение средней температуры приземного воздуха. Озон (О₃) постоянно образуется в стратосфере из свободного кислорода. Озон стратосферы занял бы слой толщиной 2,5-3 мм, если бы он был собран весь вместе. Но в рассеянных атомах этого количества достаточно, чтобы защитить все живое от воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца.

В результате постоянно усиливающегося воздействия человека на окружающую среду баланс веществ в атмосфере стал нарушаться. Возникли качественные изменения состава воздуха и структуры атмосферы. Хотя атмосферный воздух относится к неисчерпаемым природным ресурсам Земли., но при современном научно-техническом прогрессе использование атмосферного воздуха можно считать неисчерпаемым только при реализации крупномасштабных затрат на восстановление его качества.