Характеристика и состав атмосферы

Атмосфера Земли (от греческих слов atmos – пар и sphaira – шар) – это воздушная оболочка вокруг Земли, вращающаяся вместе с ней.

Атмо­сфера включает в себя слой воздуха в подпочве, почве и над её поверх­ностью. Масса атмосферы примерно равна 5,51*10¹⁵ т. Эта огромная величина равна только одной миллионной части всей массы нашей пла­неты.

Наибольшей плотности воздух достигает у земной поверхности, где его 1 кубический метр имеет массу около 1290 г. С высотой его плотность и масса быстро уменьшаются и в 20 км от поверхности Земли 1 кубический метр воздуха имеет массу только 90 г, а в 40 км – всего 4 г. В приземном слое молекулярная масса воздуха составляет 29 углеродных единиц (у.е.), а грамм/моль – 29 г и при 20^оС занимает объём 22,4 литра.

Состав атмосферы.В атмосфере у поверхности Земли содержится (по объёму) 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначитель­ных долях процента – вода, углекислый газ, метан и другие газы. Например, водорода (Н₂) – около 10^-4%.

Атмосферу земли относят к азотно-кислородному типу. С современной точки зрения, возникновение биологической жизни во вселенной возможно только в атмосфере такого типа.

В нижних слоях атмосферы на высоте до 20 км содержится водяной пар (у земной поверхности: от 3 % в тропиках, до 2·10^-5 % в Антаркти­де). Количество водяного пара с увеличением высоты быстро снижается.

Газовый состав остается почти неизменным до высоты 100 - 110 км. Выше воз­дух также сохраняет в основном свой состав, но под действием ультра­фиолетовых лучей Солнца молекулярный кислород распадается на ато­мы, а с высоты 200 км и азот подвергается расщеплению на атомы (т.е. до 50 - 110 км – N₂, O₂, O₃; 200 - 250 км – N, O)

Азот – газ (молекула состоит из двух атомов N₂ с массой 28 у.е.), являющийся основной составляющей воздуха, не под­держивает дыхания и горения, но необходим для роста растений, жизни животных и человека. Азот вырабатывается микроорганизмами, нахо­дящимися в земной коре.

Кислород – газ (молекула состоит из двух атомов О₂ с массой 32 у.е.)самый важный для жизнедеятельности компонент возду­ха. Он является составной частью всех животных и растительных орга­низмов, входя в состав белков, жиров и углеводов.

Кислород вырабатывается зелеными растениями в процессе фото­синтеза. Растения суши производят около 155Гт кислорода в год (основной вклад вносят леса). Флора океана производит ещё 80Гт в год. Итого в сумме – 235Гт О₂ каждый год. Полное обновление кислорода планеты осуществляется в течение от 3000 лет до 5800 лет (по данным разных источников).

За миллионы лет доля накопленного природой в атмосфере кисло­рода составила около 21%, но его запасы, ранее считавшиеся неисчер­паемыми, сейчас катастрофически уменьшаются в результате интенсив­ного хозяйственного воздействия. Воспроизводство его природой сильно замедлилось из-за уничтожения зеленого пояса планеты.

За предшест­вующие 100 лет содержание кислорода в воздухе уменьшилось на 240 млрд. тонн, а в настоящее время уменьшается на 10 млрд. тонн ежегодно, причем 95 % этой величины используется в техногенных про­цессах. Например, межконтинентальный перелет одного самолета тре­бует сжигания около 100 т кислорода.

Ученые предупреждают: возникает угроза мирового кислородного голода. Если количество кислорода в атмосфере снизится до 16 % (свеча гаснет), будут остановлены основные природные процессы - дыхание, горение, гниение, то есть прекратится жизнь.

Озон (молекула состоит из трёх атомов О₃ с массой 48 у.е.)образуется в атмосфере из молекулярного кислорода, к кото­рому присоединяется атомарный кислород при электрических разрядах в атмосфере и под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца.

Углекислый газ (молекула СО₂ с массой 44 у.е.)поступает в воздух в результате процессов гниения и разложения органических веществ, дыхания животных и сжигания топлива. Биосфера в год выделяет 204 – 234 Гт СО₂ в пересчете на углерод, а сгорание органического топлива даёт около 6,5 Гт. Однако существенного накопления углекислого газа в атмо­сфере не происходит, так как растения поглощают его в процессе фото­синтеза. Ежегодно растения извлекают из атмосферы более 270 млрд. тонн углекислого газа. В результате процентная доля углекислого газа в атмосфере незначительна и составляет около 0,0325%, что соответствует теплому началу ХХ века.

В последние годы отмеча­ется некоторое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, что вызывает отрицательные экологические последствия, что будет рассмотрено позже.