Атмосфера – зовнішня оболонка Землі. Склад, вплив людини.

Життя на Землі існує доти, доки є земна атмосфера. Вона надійно захи­щає планету від космічного та ультрафіолетового випромінювання, ви­значає загальний тепловий режим поверхні Землі, впливає на кліма­тичні умови, а через них — на режим річок, грунтово-рослинний покрив та процеси рельєфоутворення. Існують припущення, що якби метеорити повністю не згоряли в атмосфері, то кожні 3 - 4 дні на кожний 1 км² земної поверхні падав би один метеорит. Та оскільки пробити атмос­ферний захист може лише дуже великий метеорит (масою в десятки її сотні тонн, а то й більше), то це явище може бути лише надзвичайним.

Важливою захисною функцією атмосфери є терморегуляція Землі. Якби не було атмосфери, Сонце розпікало б удень земну поверхню до 100 °С, а вночі температура тут знижувалася б до мінус 100 °С. Такий 200-градусний перепад температур неприйнятний для усіх існуючих форм земного життя.

Коли у відкритий Космос вперше вийшов космонавт, його захищав надійний скафандр. Ми ж на Землі навіть не замислюємося над тим, що маємо щасливу можливість одягатися відповідно до погодних умов та естетичних міркувань.

Щосекунди на верхню межу атмосфери падає космічне випроміню­вання широкого діапазону дії. Якби воно досягло земної поверхні, все живе загинуло б за кілька хвилин. Завдяки наявності шару атмосфери цього не трапляється і на Землі вирує життя. Для проникнення різних випромінювань крізь атмосферу в ній є лише два "вікна прозорості" іоносфера ("електричне небо") та озоновий екран.

Атмосфера є сумішшю газів, водяної пари, космічного пилу та інших пилових часточок. Верхня межа її сягає висоти 2000 км, хоч сліди зем­них газів виявлено на висоті 10 — 20 тис. м. Атмосфера складається з таких основних шарів: тропосфери, стратосфери, мезосфери, іоносфери та екзосфери (рис. 24).

Загальна маса атмосферного повітря становить 5000 трлн т, з яких 99,9999 % зосереджено в шарі 70 км завтовшки.

Тропосфера - найщільніший шар повітря, розташований над Землею. Маса її повітря — понад 4/5 маси повітря земної атмосфери. Через нерівномірне нагрівання земної поверхні тут утворюються верти­кальні повітряні течії, спостерігається мінливість температури, вологості, тиску. Температура повітря в тропосфері знижується із збільшенням висоти на 0,5 °С на кожні 100 м і коливається від 40 °С до мінус 50 °С.

Над тропосферою (на висоті близько 40 км) знаходиться стра­тосфера. Повітря тут розріджене, вологість його дуже незначна. Тем­пература повітря від межі тропосфери до висоти 30 км є сталою близько мінус 50 °С, потім вона підвищується на висоті 50 км і ста­новить 10 °С. Під впливом соняч­ного випромінювання молекули повітря стратосфери іонізуються, в результаті чого утворюється озон. Верхня межа мезосфери сягає висоти 80 км. Головна її особ­ливість -- різке зниження темпе­ратури (мінус 70 — 90 °С). Тут утво­рюються сріблясті хмари, що скла­даються з кристалів льоду.

Далі йде термосфера (іоносфера), для якої харак­терне постійне підвищення темпера­тури із зростанням висоти. На ви­соті 150 км температура сягає 200 — 240 °С, а на висоті 200 км — пере­вищує 1500 °С. Гази в термосфері дуже розріджені. Під впливом со­нячної радіації тут відбувається значна кількість хімічних реакцій за участю кисню, азоту, озону, водяної пари та ін.

Екзосфера - найбільше віддалений від Землі шар атмосфери. Тут ще є атмосферні гази, а також спостерігається вилучення їх з екзо­сфери за межі атмосфери.

Над атмосферою розташована магнітосфера — простір, у яко­му формується магнітне поле Землі. Магнітосфера захищає біосферу від впливу на неї високотемпературної сонячної плазми.

Газовий склад атмосфери такий: азот - 78 %, кисень — 21 %, ар­гон - 0,9 %, вуглекислий газ — 0,03 %. Крім того, в ній є незначна кількість інертних газів (неон, гелій, криптон, ксенон), аміаку, метану, озону, оксидів сірки та ін. В атмосфері містяться також тверді часточки, які надходять з поверхні Землі (продукти згоряння, вулканічної діяль­ності, часточки грунту) та з Космосу. Важливу роль в атмосфері відіграє водяна пара. Найважливіше значення для різних екологічних систем мають, звичайно, гази — кисень, вуглекислий газ та азот.

Запаси повітря атмосфери вимірюються астрономічними величина­ми понад . Тому в декого існує уявлення про невичерпність повітряного басейну. Однак розміри втручання людини в атмосферні процеси також вимірюються астрономічними величинами. Наприклад, щороку спалюється понад 10'° т кисню, в атмосферу викидається 5 - 10 млрд т СО₂.

Газовий баланс атмосфери має істотне значення для біосфери.

Азот входить до складу молекул "носіїв життя" - білків і нуклеїно­вих кислот, є сировиною для виробництва азотних добрив, бере участь у життєдіяльності азотфіксуючих мікроорганізмів. Зростання темпів про­мислової фіксації азоту дещо скоригувало уявлення про невичерпність запасів азоту в атмосфері. Істотними є також деякі побічні наслідки збільшення виробництва азотних добрив. До них передусім належать перенасичення азотом водойм, внаслідок чого погіршуються умови жит­тя їх мешканців, якість води. Поки що проблема збереження і збалансу­вання кругообігу азоту в природі очікує свого розв'язання. Набагато складнішим є баланс кисню та вуглекислого газу.

Газовий баланс атмосфери змінювався ще до появи людини. Кисню в ній було 3 — 3,5 млрд. років тому в 100 — 200 разів менше, ніж СО₂. Процес фотосинтезу докорінно реконструював атмосферу: вона значно збагатилася на кисень, у ній дуже зменшився вміст СО_Г Проте 100 — 150 років тому людина почала втручатися в природний баланс цих газів, збільшуючи своєю діяльністю кількість СО₂ і зменшуючи вміст О,.

Надходження кисню в атмосферу зменшується нині внаслідок: зменшення зеленого покриву Землі; значного зменшення кількості зелених водоростей Світового океану (вони дають 30 — 70 % річного надходжен­ня кисню); швидкого збільшення використання кисню. Нині вже мож­на говорити про істотні зміни в утворенні і споживанні кисню. Перед­бачається, що через 150 — 170 років загальна його кількість може змен­шитись на третину, тоді як людина реагує навіть на зменшення його концентрації в повітрі на 1 %.

Вуглекислого газу в повітрі дуже мало. Проте екологів нині хвилює не його нестача, а надлишок. Відомо, що при збільшенні вмісту СО₂ в повітрі на 0,1 % у тварин утруднюється дихання, підвищення його вмісту до 4 % означає аварійну ситуацію. За даними ООН, в останні 100 років кількість СО, в атмосфері зросла на 10 % і найближчим часом може становити 0,04 %. На перший погляд, це начебто не становить серйозних проблем, адже СО, не токсичний газ, а із збільшенням його кількості поліпшується живлення рослин. Проте він має одну особливість - затримує відбите від Землі довгохвильове теплове випромінювання, яке безпосередньо впливає на тепловий баланс атмосфери.

Не є сталим і стан атмосферної водяної пари, її кількість у нижніх шарах атмосфери, а також розподіл за часом і територією дуже важливі для людини.

В атмосфері постійно відбуваються різні фізичні процеси: змінюють­ся температура, вологість, утворюються хмари, тумани, сонячне випро­мінювання нагріває атмосферу, іонізує її.

Для багатьох живих істот атмосферне повітря є частиною середови­ща існування, важливим екологічним фактором. Його фізичні власти­вості мають значення для всіх мешканців суші.

Для живих істот важливою є така особливість атмосфери, як про­зорість. Від неї залежить ступінь проникнення крізь атмосферу соняч­ного випромінювання, а від кількості світла, що падає на Землю, - інтенсивність фотосинтезу, єдиного природного процесу фіксації соняч­ної енергії на земній поверхні.

Підвищення рівня ультрафіолетового випромінювання шкідливе для всього живого, може викликати опіки та інші небезпечні явища. Зни­ження його створює умови для існування і розмноження хвороботвор­них мікроорганізмів. Від прозорості атмосфери залежить певною мірою тепловий баланс Землі.

Життя на планеті без атмосфери неможливе. Якщо без їжі людина може проіснувати кілька тижнів, без води — кілька днів, то без повіт­ря -- лічені хвилини, без атмосферного тиску — секунди. Багато на­земних організмів можуть запасати поживні речовини і метаболічну воду у вигляді жиру, проте не спроможні (за деякими винятками) запа­сати кисень, якого для процесів життєдіяльності потрібно набагато більше, ніж води та їжі. Так, за добу людина в середньому використовує понад 500 л кисню, через ЇЇ легені проходить до 10 тис. л (до 12 кг) повітря, а води та їжі їй потрібно всього 1,5 — 2 кг.

У процесі еволюції у тварин і людини утворилися досить надійні системи захисту від отруйних речовин, які можуть потрапити у травний канал з їжею та водою. Організм виявляє неякісну їжу за допомогою органів смаку і не вживає її. Проте навіть коли вони потраплять у шлу­нок, то частково нейтралізуються печінкою. Така складна система кон­тролю склалася в процесі еволюції як надійний захист від смертельних наслідків.

Є свої захисні системи і в органах дихання, хоч і менш складні за описані вище: бар'єри на шляху мікроскопічних часточок і мікроор­ганізмів, механізми підігрівання і зволоження повітря, яким людина дихає. У процесі еволюції виникли й інші засоби захисту від пилу, пере­охолодження, перегрівання. Однак людина і тварини зовсім не захи­щені від будь-яких порушень в атмосфері, наприклад, від отруйних газів техногенного походження, які не мають ні кольору, ні смаку. Через ди­хальні шляхи з повітрям проходять і еліксир життя, і смертоносна отрута, тому що людина не в змозі розпізнати їх.