Строение и динамика атмосферы Земли

Атмосфера – это газовая оболочка нашей планеты с содержащимися в ней аэрозоль­ными частицами. Газовая оболочка движется вместе с Зем­лей в мировом пространстве как единое це­лое и одновременно принимающая участие во вращении Земли.

Изучением атмосферы занимаются науки климатология и метеорология. Полеты спутников Земли на высотах в несколько тысяч километров, наблюдения с помощью ракет и космических станций типа «Венера» и других, которые неоднократно пронизывали атмосферу и выходили в меж­планетное пространство, позволили в по­следние годы существенно уточнить сведе­ния о составе и структуре атмосферы, ее динамике.

Воздушная оболочка Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях, т.е. тогда, когда планету потрясали природные катаклизмы. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера, состоящая в естественном состоянии до высоты 106 км из азота – (объемная доля 78 %), кислорода (21 %) и других газов (аргона, углекислого газа, гелия, метана, озона) 1 %. Таким образом, атмосфера состоит из смеси газов, на­зываемой воздухом. Атмосферный воздух у земной поверхности до высоты 3000 м, как правило, влажный. Важной составной частью атмосферы является водяной пар, хотя на его долю приходится только 3 % её объёма. Влажность воздуха – один из факторов, объясняющих меньшую величину суточных и сезонных колебаний температуры в тропиках по сравнению с очень сильными колебаниями температуры в пустынях. Кроме этого, в атмосфере содержится мириады микроскопических твердых частиц (сажа, песок, морская соль, пепел вулканов, метеоритов и т.д.). Состояние атмосферы может меняться при изменении содержания пыли и газа.

Современная атмосфера и ее состав – продукт живого вещества биосферы. Живое вещество способствовало превращению ее из углекисло-метановой (архей, протерозой, кембрий, ордовик, силур) в азотно-кислородную. До высоты 106 км этот химический состав атмосферы не меняется. Относительно постоянный состав воздуха поддерживается непрерывно идущим процессом – использование газов живыми организмами и выделение их в атмосферу. Естественные процессы потребления газов и их поступление в атмосферу сбалансированы.

Но в настоящее время в атмосферу поступает большое количество техногенных газов, которых не было в ее составе (промышленный дым, окись углерода, сернистый газ и другие загрязнители). Известно три экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферы: «парниковый эффект», «кислотные дожди», «озоновые дыры».

Особенно большое зна­чение имеет изменение содержания углекис­лого газа. В результате сжигания огромных количеств ископаемого органичес­кого топлива с середины XIX в. глобальное содержание СО₂ к концу XX в. увеличилось примерно на 12–15 %. Некоторые ученые считают, что увеличение содержания углекислого газа может привести к потеплению климата на Земле – «парниковому эффекту». Например, соединения серной, азотной кислот явля­ются причиной выпадения так на­зываемых «кислотных дождей» (рН =3–5), оказывающих губительное действие на все живое на Земле. Все при­меси в наибольших количествах содержат­ся в нижних слоях атмосферы.

Важнейшую же роль в регулировании поступления солнечной радиации на Землю играет природный озон. Озон О₃ (трехатомарный кислород) образу­ется в слоях на высотах 14–25 км и, поглощая солнечную ультрафиолетовую радиацию с длинами волн от 0, 15 до 0, 29 мкм, защищает живые организмы на Земле от ее вредного и даже губительного действия. В последние годы появилось опа­сение, что выбросы в атмосферу различных химических веществ антропогенного проис­хождения, в особенности фреонов и оксидов азота, вместе с выбросами стратосферной авиации могут привести к разрушению слоя озона, т.е. образованию «озоновых дыр», а это будет иметь пагубные биологи­ческие последствия.

Каковы функции атмосферы относительно Земли?

1. Атмосфера защищает живые организмы от вредного воздействия космических ультрафиолетовых лучей, от метеоритного воздействия и резких колебаний температур.

2. Атмосфера обеспечивает человека, животных и растительность мира земли жизненно необходимыми газовыми элементами, в частности, кислородом. Ресурс атмосферного кислорода очень велик (объем атмосферы около 4× 10¹² км³) и возобновим. Но чувствительность живых организмов даже к небольшим изменениям состава воздуха в результате его загрязнения, заставляет рассматривать загрязнение атмосферы как существенное изъятие важнейшего природного ресурса.