Газовый состав атмосферы

Прежде чем перейти к рассмотрению механизма молекулярного поглощения, кратко вспомним о газовом составе атмосферы.

Все газы, составляющие земную атмосферу, принято разбивать на 3 группы – основные газовые составляющие, малые газовые составляющие (МГС) и свободные радикалы.

Основные газовые составляющие атмосферы: азот (78.1 %), кислород (20.9 %) и аргон (0.9 %) по объему. Они находятся в атмосфере примерно в постоянном соотношении до высоты порядка 95 км. Отметим, что эти газы (кроме кислорода) сравнительно инертны в химическом отношении и слабо поглощают электромагнитное излучение.

В верхних слоях атмосферы содержание основных газов несколько отличается от их содержания в нижней атмосфере. При этом сумма их процентной концентрации становится меньше 100 % вследствие разрушения части молекул и на атомарные азот и кислород.

МГС (0.1 %) – эти газовые компоненты постоянно присутствуют в атмосфере, но их содержание может варьироваться во времени и пространстве. К МГС относят прежде всего (водяной пар), (углекислый газ) и (озон) – соединения, сильно поглощающие электромагнитное излучение и активно участвующие в различных реакциях и химических превращениях. В силу этих свойств они играют большую роль в формировании климата нашей планеты. Полный список МГС в настоящее время включает десятки соединений.

В особую группу иногда выделяют газы (примеси), имеющие значительные антропогенные источники. Эти соединения, поступающие в атмосферу в значительном количестве в результате хозяйственной деятельности человека, однако во многих случаях у этих примесей могут быть и заметные естественные источники.

Ниже – данные о важнейших атмосферных примесях, имеющих заметные антропогенные источники.

Важность рассматриваемых примесей связана с тем, что многие из них активно поглощают тепловое излучение и участвуют в создании (и изменении) так называемого "парникового эффекта", о котором подробнее мы поговорим чуть ниже, а также в фотохимии озона. Наконец, подчеркнем, что такие соединения, как , , , имеют также значительные естественные источники и стоки.

Свободные радикалы – весьма активные в химическом отношении, хотя и короткоживущие, соединения.

К ним относят атомарный кислород , гидроксил , пергидроксил и т.д. Отметим также, что в литературе встречаются и другие классификации газовых примесей атмосферы, например, по величинам их отношений смеси.

Кислород и углекислый газ имеют постоянное отношение смеси до высот порядка 80 – 100 км (они равномерно перемешаны).

Содержание водяного пара быстро убывает в тропосфере, примерно постоянно в стратосфере и вновь убывает в мезосфере.

Метан равномерно перемешан в тропосфере.

Максимум концентрации озона наблюдается в стратосфере. Подобный высотный ход (с максимумом содержания в стратосфере) имеет и ряд других атмосферных газов ( , и т.д.). Отношение смеси в нижних слоях атмосферы падает с высотой, а в стратосфере и мезосфере возрастает. Характер вертикального хода содержаний МГС определяется сложным взаимодействием процессов турбулентного перемешивания, наличием различных источников и стоков и т.д.