4.2. Природне середовище.

Навколишнє природне середовище в широкому розумінні — космічний простір, а у вужчому — біосфера, — зовнішня оболонка Землі, яка охоплює нижню частину атмосфери (25÷30 км), всю гідросферу і верхню частину літосфери (до глибини 3÷5 км), що взаємозв’язані складними біогеохімічними циклами міграції речовин та енергії.

Біосфера є одною з геологічних оболонок земної кулі, глобальною системою Землі, в якій геохімічні і енергетичні перетворення визначаються сумарною активністю всіх живих організмів — живої речовини.

4.2.1. Атмосфера.

Атмосфера — газова оболонка Землі, яка обертається разом з нею. Маса атмосфери становить приблизно одну мільйонну маси Землі — 5,15·10¹⁵ т.

Атмосферне повітря — один з найважливіших природних ресурсів, без якого життя на Землі було б абсолютно неможливим. Якби не було атмосфери, то середня температура поверхні земної кулі була б не +15, а -23 °С при добових коливаннях температури 200 °С.

За характером зміни різних параметрів атмосферу Землі розділяють на такі шари: тропосфера (9÷18 км.), стратосфера (50÷55 км.), мезосфера (80÷90 км.), термосфера (вище 90 км до 800÷1000 км.) і екзосфера (вище 800÷1000 км). За складом повітря виділяють також озоносферу, яка приблизно збігається зі стратосферою і має максимальну концентрацію озону на висотах 20÷25 км.

Дуже своєрідні кліматичні умови в атмосфері. Атмосфера поділяється на шари, в яких з висотою змінюється температура. На висоті 810 км температура становить 4050°С нижче нуля, а на висоті біля 6070 км знаходиться повітряний шар з досить помірною температурою, близькою до 0°С. Причини виникнення цього теплого шару атмосфери пояснюються явищем абсорбції (поглинання) молекулами озону і кисню ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Основна маса атмосферного повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі — тропосфері, в якому щільність повітря з висотою швидко зменшується. Тому 1 м³ повітря на рівні моря має масу 1033 г, а на висоті 40 км всього 4 г.

З віддаленням від Землі змінюється не тільки густина повітря, а й його склад. Склад повітря залишається порівняно постійним на висотах до 100 км. До складу атмосфери входять азот — 78,08 %, кисень — 20,95 %, аргон — 0,93 %, вуглекислий газ — 0,03 %. На частку неону, гелію, озону і всіх інших газів, які присутні у повітрі в мікрокількості, припадає приблизно 0,01 %. Крім того, атмосферне повітря містить водяну пару та домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих часток як природного, так і штучного походження: сірчистих (Н₂SО₄), мінеральних (пил із земної поверхні), вуглеводневих (сажа), морських (частинки морських солей) та ін.

Приблизно до висоти 400600 км зберігається переважно киснево-азотний склад атмосфери. Істотна зміна складу повітря спостерігається лише з висоти близько 600 км. Тут починає переважати гелій. „Гелієва корона Землі”, як назвав гелієвий пояс В. І. Вернадський, простягається приблизно до висоти 1600 км від поверхні Землі, а далі, вище 2÷3 тис. км, переважає водень. Так поступово газова оболонка Землі перетворюється у міжзоряний газ, який складається на 76 % (за масою) з водню і на 23 % з гелію.

Азот (N₂) — газ без кольору і запаху, є обов’язковим компонентом отримання білкових сполук. Складні білкові сполуки започаткували життя на Землі. Азот входить до складу всіх видів білків в організмі людини. Ось чому високий вміст азоту в атмосфері є необхідною умовою життя.

Кисень (О₂) — активний окислювач в усіх життєвих процесах, обов’яз-ковий учасник будь-якого горіння. Зниження кількості кисню в атмосфері (нижче 15 %) становить небезпеку для життя. Кисень забезпечує фізіологічні процеси організму людини. Газ без кольору і запаху, густина — 1,23 г/л, хімічно найактивніший (після фтору) неметал, взаємодіє з більшістю інших елементів (процес окислення). При підвищенні температури окислення може перейти в горіння. Люди, тварини, рослини отримують необхідну для життя енергію за рахунок біологічного окислення різних речовин киснем, який надходить в організм різними шляхами (легені, шкіра). Кисень — найрозповсюдженіший на Землі елемент. У вигляді складових він становить 1/2 маси Земної кори, входить до складу води, живих організмів.

Аргон (А_r) — інертний газ з густиною 1,73 г/л.

Озон (О₃) — модифікація кисню. Газ синього кольору з різким запахом. Основна маса озону сконцентрована на висотах 2050 км, але озон присутній також і у приземному шарі повітря, де він відіграє важливу роль у фотохімічних перетвореннях продуктів антропогенних забруднень атмосфери. Озон утворюється в стратосфері за рахунок звичайного двоатомного кисню (О₂), що поглинає „жорстке” ультрафіолетове випромінювання — УФ(В) (довжина хвилі 280315 нм) та УФ(С) (довжина хвилі 100280 нм), енергія якого витрачається на фотохімічну реакцію 3О₂2О₃. Озоновий екран має велике значення для збереження життя на Землі. В умовах існування озонового прошарку до поверхні Землі доходить тільки м’яка частина потоку ультрафіолетового випромінювання — УФ(А) (довжина хвилі 315400 нм), яка необхідна для нормального розвитку і функціонування живих організмів без заподіяння їм серйозної шкоди.

Вуглекислий газ (СО₂) — основний газовий компонент процесу фотосинтезу зелених рослин. Він надходить в атмосферу внаслідок виверження вулканів, розпаду органічних речовин, дихання живих організмів, виділення з поверхні теплих океанів, а витрачається атмосферою на фотосинтез рослин, розчинення в холодній воді океанів, перетворення силікатів вивітрюваних гірських порід у карбонати. Щорічно в результаті фотосинтезу поглинається близько 300 млрд. т СО₂, виділяється близько 200 млрд. т О₂, утворюється близько 150 млрд. т органічних речовин. Важливим фактором стабілізації вмісту оксиду вуглецю є світовий океан, у водах якого розчинено принаймні в сто разів більше оксиду вуглецю, ніж його є у всій атмосфері.

З основних компонентів атмосфери найбільше змінюється вміст у повітрі водяної пари. Вміст водяної пари в атмосфері визначається співвідношенням процесів випарювання, конденсації і горизонтального перенесення.

Водяна пара — це джерело утворення хмар, туманів, опадів. Наявна в атмосфері водяна пара також захищає земну поверхню від надмірного охолодження, приймаючи участь у парниковому ефекті.

Атмосфера регулює теплообмін Землі з космічним простором, впливає на її радіаційний та водяний баланс. Одним з найважливіших факторів, що визначають стан атмосфери, є її взаємодія з океаном, оскільки процеси газообміну і теплообміну між ними суттєво впливають на клімат Землі.

Клімат — це багаторічний режим погоди, властивий тій чи іншій місцевості. Кліматичні умови Землі створюються внаслідок взаємопов’язаних процесів теплообміну, вологообміну і загальної циркуляції атмосфери. Клімат характеризується середніми показниками світла, температури, вологості повітря, рівнем опадів, рівнем радіації, атмосферного тиску, напрямками вітрів тощо.

Вологість визначається місцем на Землі і кліматичними умовами та залежить від пори року та доби. Вологість повітря суттєво впливає на теплообмін організму з навколишнім середовищем, має велике значення для життєдіяльності людини. За низької температури і високої вологості повітря підвищується тепловіддача і людина зазнає охолодження; при високій температурі і високій вологості повітря тепловіддача різко скорочується, що призводить до перегріву організму, особливо при виконанні фізичної роботи. Висока температура краще переноситься, якщо вологість понижена. Найбільш сприятливою для людини є відносна вологість повітря 4060 %.

Великий вплив на погоду та життєдіяльність людини мають процеси, які відбуваються на Сонці. Виплески сонячної активності розігрівають зовнішні шари атмосфери Землі, змінюють їх густину і хімічний склад, могутні потоки заряджених частинок і випромінювань проникають в атмосферу, „переколочують” всю повітряну оболонку. Від цього змінюється і сама погода, і реакція на її зміни в організмі людини.

Газова оболонка захищає все, що є на Землі від згубного впливу космічних випромінювань та падіння „зоряних уламків”. Метеорити, що не перевищують розміру горошини, під впливом земного тяжіння з великою швидкістю (від 11 до 64 км/с) потрапляють в атмосферу планети, нагріваються там в результаті тертя об повітря і на висоті 6070 км згоряють. Атмосфера частково захищає Землю і від великих космічних уламків.

Велике значення атмосфери і в розподілі світла. Повітря атмосфери розбиває сонячні промені на мільйони малих променів, розсіює їх і утворює те рівномірне освітлення, до якого ми звикли. Наявність повітряної оболонки дає нашому небосхилу голубий колір.

Атмосфера зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).