1. Состав воздуха у земной поверхности, водяной пар в воздухе, давление водяного пара и относительная влажность, изменение состава воздуха с высотой, распределение озона в атмосфере.

Атмосферный воздух у земной поверхности влажный. Значит, что в его состав вместе с другими газами входит водяной пар. В отличие от других составных частей воздуха содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах: у земной поверхности оно колеблется между сотыми долями процента и несколькими процентами.

Воздух без водяного пара называется сухим. У земной поверхности сухой воздух содержит 78% азота и 21% кислорода, т.о. 99% сухого воздуха это двухатомные молекулы азота и кислорода, оставшийся 1% почти целиком приходится на аргон и 0,03% приходится на СО2.

Во влажном воздухе у земной поверхности содержание водяного пара колеблется от 0,2% в полярных широтах до 2,5 у экватора, а иногда от нуля до 4%. Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу путём испарения с водных поверхностей и влажной почвы. При этом в разных местах и в разное время он поступает в атмосферу в различных количествах. Для каждого значения температуры существует предельно возможное количество водяного пара. Когда такое кол-во достигнуто, водяной пар и воздух называют насыщенным. С водяным паром в воздухе и с его переходами из газообразного состояния в жидкое и твёрдое связаны важнейшие процессы погоды и особенности климата.

Содержание водяного пара в воздухе называют влажностью воздуха. Мерой влажности является парциальное давление водяного пара и относительная влажность. Давление водяного пара пропорционально его плотности и абсолютной температуре. Давление водяного пара в состоянии насыщения называют давлением насыщенного водяного пара Е. Это максимальное давление водяного пара, возможное при данной температуре. Оно определяется эмпирической формулой Магнуса:

,

где Е₀ – давление насыщенного пара при температуре 0С. Давление насыщенного пара над чистой водой и надо льдом различно, поэтому различны и коэффициенты в формуле Магнуса.

Степень близости воздуха к состоянию насыщения характеризуется относительной влажностью. Относительная влажность – отношение фактического парциального давления водяного пара е, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара Е при температуре этого воздуха, выраженное в процентах:

.

Если воздух находится в состоянии насыщения, относительная влажность равна 100%.

В зависимости от распределения газов по высоте выделяют гомо- и гетеросферу. В гомосфере (до 100 км) перемешивание настолько велико, что гравитационное распределение газов (по закону Дальтона – в покоящейся смеси газов каждый распределяется в пространстве независимо от присутствия других) не наблюдается. Выше 100 км происходит процесс расслоения газов по плотности, осложненный диссоциацией молекул на атомы. Кислород диссоциирует на атомы уже на высоте 20 км. На высоте 200 км число атомов кислорода становится равным числу молекул азота. Гравитационное разделение происходит в чистом виде только с благородными газами – аргоном и гелием. Вся внешняя часть атмосферы (выше 100 км) характеризуется непрерывным изменением состава воздуха как по слоям, так и во времени. Эта часть атмосферы носит название гетеросферы.

Озон – трёхатомный кислород. Образуется от 15 до 70 км и поглощает ультрафиолетовую солнечную радиацию. В чистой атмосфере у земной поверхности озон содержится в ничтожных количествах. С высотой содержание его возрастает, причём не только в процентном отношении, но и по абсолютным значениям. Максимальное содержание озона в полярных областях наблюдается на высотах 15-20 км, в умеренных широтах – 20-25 и в тропических и субтропических широтах 25-30 км; выше содержание озона убывает и на высоте 70 км сходит на нет.