1.Состав воздуха у земной поверхности, водяной пар в воздухе, давление водяного пара и относительная влажность, изменение состава воздуха с высотой, распределение озона в атмосфере.

Атмосферный воздух у земной поверхности, как правило, влажный. В его состав вместе с др. газами входит водяной пар, т.е. газообразная вода (Н2О). Содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах: у земной пов-ти оно колеблется между сотыми долями процента и несколькими процентами. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере температурах и давлениях, водяной пар может переходить в жидкое и твердое состояния и наоборот, может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности. Поэтому рассматривают сухой и водяной пар отдельно.

Воздух без водяного пара – сухой. У земной поверхности сухой воздух содержит 78% по объему (76% по массе) азота и 21% по объему (23% по массе) кислорода, т.е. сухой воздух на 99% состоит из двухатомных молекул азота N2 и кислорода O2. Оставшийся 1% - аргон. 0,03% приходится на диоксид углерода (углекислый газ). Очень маленькое содержание других газов: неон, гелий, метан, криптон, водород, закись азота, ксенон, озон, диоксид азота, аммиак и др. Всегда сохраняют газообразное состояние при наблюдающихся в атмосфере давлении и температурах не только у земной поверхности, но и в высоких слоях.

Процентный состав сухого воздуха у земной поверхности очень постоянен. Однако в настоящее время в атмосферу поступает большое количество газов, которых не было в ее составе раньше. Особенно важное значение – диоксид углерода и озона. (из-за сжигания ископаемого органического топлива)

Во влажном воздухе у земной поверхности содержание водяного пара составляет в среднем 0,2% в полярных широтах 2,5% у экватора, а в отдельных случаях колеблется до 4%. Процентное содержание переменное. Чем больше в воздухе водяного пара, тем меньшая часть объема воздуха приходится на постоянные газы при тех же давлении и температуре. Поступает путем испарения с водных поверхностей и влажной почвы, а так же в результате транспирации растениями. Поступает в разных местах в различных количествах.

Для каждого значения температуры существует предельно возможное количество водяного пара. Когда такое количество достигнуто, водяной пар называют насыщенным. Состояние насыщения обычно достигается при понижении температуры воздуха. Если состояние насыщения достигнута, а температура продолжает падать, часть водяного пара конденсируется, в воздухе возникают водяные капли и ледяные кристаллы облаков и туманов. В одних случаях облака снова испаряются, в других могут выпасть осадки. Содержание водяного пара все время меняется.

Водяной пар сильно поглощает длинноволновую инфракрасную радиацию, которую излучает земная поверхность. Он сам излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой идет к земной поверхности. Это уменьшает ночное охлаждение земной поверхности, так же нижних слоев воздуха. Облака, возникающие в результате конденсации, отражают и поглощают солнечную радиацию.

Содержание водяного пара в воздухе называют влажностью воздуха. Мера влажности – парциальное давление водяного пара и относительная влажность. Давление водяного пара пропорционально его плотности и его абс. Температуре. Давление водяного пара в состоянии насыщения Е называют давлением насыщенного ВП. (максимальное давление ВП при данной температуре). Оно определяется эмпирической формулой Магнуса:

,

где Е₀ – давление насыщенного пара при температуре 0С. Давление насыщенного пара над чистой водой и надо льдом различно, поэтому различны и коэффициенты в формуле Магнуса.

Степень близости воздуха к состоянию насыщения характеризуется относительной влажностью. Относительная влажность – отношение фактического парциального давления водяного пара е, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара Е при температуре этого воздуха, выраженное в процентах:

.

Если воздух находится в состоянии насыщения, относительная влажность равна 100%.

В зависимости от распределения газов по высоте выделяют гомо- и гетеросферу. В гомосфере (до 100 км) перемешивание настолько велико, что гравитационное распределение газов (по закону Дальтона – в покоящейся смеси газов каждый распределяется в пространстве независимо от присутствия других) не наблюдается. Выше 100 км происходит процесс расслоения газов по плотности, осложненный диссоциацией молекул на атомы. Кислород диссоциирует на атомы уже на высоте 20 км. На высоте 200 км число атомов кислорода становится равным числу молекул азота. Гравитационное разделение происходит в чистом виде только с благородными газами – аргоном и гелием. Вся внешняя часть атмосферы (выше 100 км) характеризуется непрерывным изменением состава воздуха как по слоям, так и во времени. Эта часть атмосферы носит название гетеросферы.

Озон (О3) – трехатомный кислород. Образуется в слоях от 15 до 70 км и поглощает у/ф солнечную радиацию. С высотой содержание его возрастает. Max содержание озона в полярных областях - 15-20 км, в умеренных широтах – 20-25, в тропических и субтропических 25-30км. Выше содержание убывает.

Если бы можно было сосредоточить весь атмосферный озон под нормальным давлением, он образовал бы слой около 3 мм толщиной. Это так называемая приведенная толщина озона, которая служит мерой его содержания.

Озон поглощает солнечную радиацию, повышает температуру воздуха на высотах 30-55 км.

Целиком поглощая коротковолновую радиацию солнца защищает организмы на Земле.