Структура атмосферы
По степени ионизации выделяют:
- нейтросферу (до высот 80-100 км – до ионосферы);
- сильно ионизированную ионосферу.
Средняя температура воздуха в нижнем двухметровом слое составляет 14°С.
Существуют колебания температуры в течение суток и года. С величием широты амплитуда годовых колебаний возрастает. Так на экваторе: 1-2°С над океаном и 5°С над сушей; в умеренных широтах: 10-15°С над океаном и до 60°С над сушей; в полярных широтах: 30-40°С.
Давление атмосферы на подстилающую поверхность в среднем составляет 1,033 кг/см2 , измеряется в мм рт.ст. (0,75 мм рт.ст.= 1 мБ = 1 гПа). Максимальное давление атмосферы зарегистрировано зимой в Туруханске (816 мм рт.ст.). Минимальное – в урагане Ненси (641 мм рт.ст.).
Основные характеристики процессов в атмосфере Ультрафиолетовое излучение (уфи) Солнца.
Из всей энергии Солнца электромагнитные излучения в ультрафиолетовом спектре составляют 9%. Различают ближнее УФИ с длинной волны 200-400 нм, и дальнее (вакуумное) с длинной волны 10-200 нм.
Дальнее жёсткое УФИ является сильным мутагенным фактором для живого, т.к. непосредственно действует на аминокислоты и косвенно на белки.
По биологическому эффекту в диапазоне ближнего УФИ выделяют три области:
УФИ – А, 320< λ <400
УФИ – В, 290< λ <320
УФИ – С, 200< λ <290
УФИ-А примыкает к фиолетовому концу области видимого света, положительно влияет на всё живое. Под его действием на кожном покрове вырабатывается витамин D. Играет ключевую роль в кальциевом обмене.
УФИ-В в малых дозах полезно активизирует обмен веществ, однако в больших дозах и при λ = 297 нм либо 240-260 нм вызывает ожоги вплоть до фотоканцерогенеза.
УФИ-С особенно вредно воздействует на нуклеиновые кислоты и белки, умертвляет живые клетки и обладает выраженным бактерицидным действием.
В спектре солнечного света, достигающего поверхности Земли наряду с видимым светом и инфракрасным излучением присутствуют только УФИ-А и сильно-ослабленное УФИ-В. Большая часть УФИ-В задерживается озоном.
УФИ-С задерживается кислородом и к нам не попадает, дальнее УФИ - другими газами.
Ослабление электромагнитного излучения Солнца
Важнейшим процессом, протекающим в верхних слоях атмосферы является диссоциация О2, протекающая с образованием атомарного кислорода:
О2 + hν → О + О
Такая реакция требует много энергии (энергия связи кислород – кислород составляет 498 кДж/моль). Такое количество энергии, возможно, получить за счёт УФИ или в дуге электрического разряда. В результате в атмосфере на высотах более 100 км кислород находиться как в молекулярной, так и в атомарной формах. На высоте 130 км содержание кислорода (О2) и О одинаково, на высоте более 200 км практически только атомарный кислород (О). Поступающая из космоса радиация проходит через верхние слои атмосферы, встречает присутствующие там газы и наиболее коротковолновая часть излучения вызывает их ионизацию.
N2 + hν (<80 нм) → N2 + ē
O + hν (<91,2 нм ) → +O + ē
О2 + hν (<99,2 нм) → +O2 + ē
NO + hν (<134,5 нм) → +NO + ē
До расстояния 90 км большая часть коротковолнового излучения оказывается поглощённой, однако излучение, способное вызвать диссоциацию О2 ещё интенсивно. На высотах 30-50 км взаимодействие атомарного кислорода с молекулярным приводит к образованию озона.
О2 + О + М → О3 + М
М – третье тело – это либо молекула кислорода, либо N2 , либо аэрозоли или какие-то другие вещества. Они снимают с О3 избыточную энергию и стабилизируют синтезирующийся озон.
С уменьшением высоты скорость образования озона увеличивается пропорционально соотношению концентраций газов и уменьшается из-за поглощения света с длинной волны <240 нм. В результате максимальное содержание озона наблюдается на высоте 25 км.