Вопрос 24

Строение, состав, особенности атмосферы.

Хотя изучение атмосферы началось еще в античное время, наука об атмосфере – метеорология – сложилась только в XIX веке. Она включает ряд дисциплин, которые различаются по применяемым в них методам исследований и по изучаемым объектам: физику атмосферы, химию атмосферы, климатологию, синоптическую метеорологию, динамическую метеорологию и др. Влияние атмосферных факторов на биологические процессы изучает биометеорология. Хрустальный атмосферный купол биосферы включает нижнюю, наиболее плотную часть атмосферы – тропосферу (0-10 км), где сосредоточено около 80 % ее массы, и часть стратосферы, простирающуюся до 50 км. Далее по физическим свойствам (плотности, температуре) выделяют мезосферу (50 - 100 км), термосферу (100 - 800 км) и экзосферу (800 - 1 100 км). Примерно до 80 -100 км наблюдается постоянство содержания основных химических составляющих воздуха. На больших высотах изменяется и состав, главным образом, из-за фотохимических реакций, определяющих одну из особенностей химизма атмосферы. Фотоны высоких энергий излучения Солнца способны «выбивать» электроны даже в прочных молекулах и атомах на высотах 100 - 1100 км. На высоте 130 км половина кислорода находится не в молекулярной, а в атомарной форме, а на 400 км доля атомарного кислорода уже составляет 99 %. В результате подобных превращений «гасится» ионизирующее излучение (гамма-рентгеновское) с λ < 102,7 нм.

Диссоциирующее излучение (102,7 < λ < 242,4 нм) «гасится» на высотах 70 - 120 км в фотохимических превращениях молекулярных форм в ион-радикалы, а фотоны с меньшими энергиями – с образованием радикалов.

Появление ионов, радикалов, свободных электронов, т.е. частиц высоких энергий, в свою очередь, порождает целый ряд химических реакций:

О+ + N2 → NО+ + N

О2+ + NO → О2 + NO+

NO+ + e → N + О

Заметим, что активную роль в этих реакциях играют не только главные газы атмосферы, но и те, которые представлены следовыми количествами. А их общий итог – экранирование биосферы от разрушительного действия фотонов высоких энергий. Поэтому изменение состава атмосферы даже за счет примесных химических форм может вызвать эффекты глобального характера.

Выше 600 км преобладающим компонентом становится гелий, а еще выше, в 2–20 тыс. км, простирается водородная корона Земли. На этих высотах Земля окружена оболочкой из заряженных частиц, температура которых достигает нескольких десятков тысяч градусов. Здесь располагаются внутренний и внешний радиационные пояса Земли. Вследствие большой подвижности атмосферного воздуха на всех высотах атмосферы наблюдаются ветры.

Еще одна особенность атмосферы - это ее давление, которое уменьшается с высотой. Эволюция живых организмов на нашей планете происходила при атмосферном давлении 760 мм ртутного столба на уровне моря, и оно считается «нормальным». С увеличением высоты, например при восхождении людей в горы, от недостаточной насыщенности крови кислородом может наступить состояние гипоксии или аноксии. Возникает оно вследствие того, что с возрастанием высоты над уровнем моря парциальное давление кислорода, так же как и других газов, содержащихся в атмосферном воздухе, падает. На высоте 5450 м атмосферное давление в два раза меньше, чем на уровне моря. И хотя воздух содержит здесь столько же процентов кислорода, концентрация его на единицу объема вдвое меньше.