2. Атмосфера

Масса воздушной оболочки планеты определяется астрономической цифрой в 5,2∙10¹⁵ т. В атмосфере выделяют пять основных слоев: тропо-сферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу; основная масса воздуха (до 90 %) размещается в пределах тропосферы – приземного слоя атмосферы высотой от 8 до 18 км. Атмосферный воздух в нижних слоях атмосферы представляет собой практически неизменную смесь газов (в процентах): азота – 78,084, кислорода – 20,946, аргона – 0,934, диоксида углерода – 0,027 и 0,009 водорода, неона, гелия, криптона, метана и др.

Молекулярный азот N₂, являющийся относительно инертным газом, составляет основную массу атмосферы (3,7∙10¹⁵ т) и имеет исключительно длительный цикл обновления в процессе фотосинтеза (он измеряется многими тысячами лет, в отличие от диоксида углерода, разлагающегося менее чем за 4 года).

1. Роль атмосферы в жизни планеты

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле.

Атмосфера:

• участвует в формировании климата на планете;

• регулирует тепловой режим планеты;

• способствует перераспределению тепла у поверхности;

• предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности Земли в течение суток колебалась бы в интервале 200 ⁰С;

• благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере. В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу;

• газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей;

• атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов;

• в атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение;

• атмосфера является средой, где распространяется звук.

Из–за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружает Землю, вращается вместе с ней.

2. Состав атмосферы

Основной (по массе) компонент воздуха – азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09 %. В газообразном состоянии азот инертен, а в соединениях в виде нитратов он играет важную роль в биологическом обмене веществ.

Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы – кислород. Содержание его в атмосфере составляет около 20,94 %. Кислород поглощают животные в процессе дыхания и выделяют растения как обычный продукт фотосинтеза.

Важная составляющая часть атмосферы – диоксид углерода (CO₂), который составляет 0,03 % ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида углерода в атмосфере не постоянно. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане 1,3 –1,014 %.

В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (CO). Инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Из них больше всего аргона – 0,934 %. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.

В верхних слоях стратосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часто называют озоновым экраном. Озон играет большую роль в формировании температурного режима нижележащих слоев атмосферы и, следовательно, воздушных течений. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше – в средних и низких. Весной озона больше, чем осенью. Озон является продуктом соединения молекулярного кислорода с атомарным, образующимся под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей. Общее содержание озона в атмосфере невелико – 2,10 %, но он отражает до 95 % ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20 % инфракрасных излучений, достигающих Земли, озон повышает утепляющее действие атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обусловливающих фотохимические реакции разрушения озона.

Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом (лед, снег), жидком (капли) и газообразном (пар) состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров в атмосфере происходит за 9 – 10 суток.

В атмосфере также встречаются вещества и в ионном состоянии до нескольких десятков тысяч в 1 см³ воздуха.