Атмосферне повітря і його значення

За останнє десятиліття в атмосферу надійшло свинцю більше, ніж за всю історію цивілізації до 1900 р. Кількість вуглекислого газу, що щорічно утвориться в сфері товарного виробництва, у 100-200 разів більше, ніж його надходження при виверженні вулканів. Під дією земного радіоактивного випромінювання і космічних променів в атмосфері утвориться багато іонів. У 1 див3 повітря їх може міститися від декількох сотень до декількох десятків тисяч.

Таким чином, атмосфера складається з чотирьох основних і декількох другорядних газів і містить багато домішок. Середній хімічний склад сухого атмосферного повітря в об'ємних частках, %, характеризується даними:

Компонент N2 O2 Ar CO2 Kr N He H2

Об'ємна

частка, % 78, 1 20, 93 0, 93 0, 03-0, 04 0, 0001 0, 0018 0, 0005 0, 00005

Безпосередніми складовими атмосфери природного походження є SO2, HF, HC1 (вулканічного походження), а також H2S (із природного газу). В атмосфері завжди присутня водяна пара. Кількість водяної пари в тропосфері залежить від часу року і географічної широти. Маса води, що міститься в атмосфері, досягає 13, 25 • 1012 т.

У тропосферу безупинно надходить пил різного походження – космічний, вулканічний, ґрунтова, пил лісових пожеж. Звичайно в природних умовах на 1 км2 щорічно випадає близько 5 т пилу.

Хімічний склад атмосфери залишається практично постійним протягом багатьох мільйонів років. Це можна пояснити тим, що її склад регулюється біологічними процесами, що відбуваються в напрямку оптимізації умов розвитку біосфери. Як писав В. И. Вернадський, життя створює в оточуючому її середовищі умови, сприятливі для свого існування.

Маса атмосфери складає 5, 15 • 1018 т. 50% маси атмосфери зосереджено в шарі товщиною 5, 5 км від поверхні Землі, а в шарі товщиною 40 км – 99%. По характеру зміни температури із збільшенням висоти можна виділити кілька шарів, розділених вузькими перехідними зонами. У нижньому, що примикає до Землі шарі – тропосфері – до висоти 8-12 км температура може змінюватися в інтервалі +40... -50 °С. У цьому шарі зосереджена значна кількість води (у вигляді хмар і водяної пари). У стратосфері (12-40 км) температура залишається приблизно постійної до висоти 25 км, а потім поступово зростає до +10 °С. У стратосферу входить озоновий шар (25-40 км). У термосфері (іоносфері) є значна кількість іонізованих часток.

В іоносфері містяться іони:  ,  ,  ,   ,  ,   і інші, котрі утворяться з кисню, азоту, оксидів азоту під дією сонячної радіації. Незважаючи на те що в атмосфері протікають численні фізичні і хімічні процеси, її приземний шар зберігає практично незмінний склад, що обумовлюється інтенсивним переміщенням. Однак концентрації окремих компонентів коливаються у відносно широкому інтервалі. Наприклад, вміст водяної пари швидко зменшується з висотою. Молекула води в атмосфері в середньому знаходиться десять діб і переміщається приблизно на відстань до 3000 км. Водяна пара є одним з основних поглиначів сонячної енергії, і тому зменшення його концентрації з висотою приводить до зниження температури.

Вирішальний вплив на тепловий режим стратосфери здійснює вміст у ній озону. Поглинання шаром озону ультрафіолетового випромінювання Сонця не тільки визначає тепловий режим стратосфери, але і має велике біологічне значення для існування життя на нашій планеті. Загальний вміст озону досягає 3, 2 млрд. т, чи 0, 0006% усієї маси атмосфери. Під час відсутності озонового екрана життя в біосфері була б неможлива.

Найбільша кількість сонячної енергії поглинається в низьких широтах, у результаті чого атмосфера в різних районах нагрівається нерівномірно. Особливо великі різниці температури спостерігаються між північним і південним полюсами й екватором. Таке нерівномірне нагрівання викликає циркуляцію атмосфери, що сприяє переміщенню великих мас повітря на великі відстані. Тому що в атмосфері присутні численні хімічні сполуки, то між ними відбуваються різні хімічні реакції, особливо фотохімічні. Наприклад, оксид азоту (II), вступаючи в хімічну взаємодію з озоном, може призвести до руйнування озонового шару:

NO + O3   NO2 + O2; NO2 + O   NO + O2.

Взаємодія водяної пари з кислотоутворюючими оксидами призводить до утворення кислот, що сприяє виводу цих оксидів з атмосфери, наприклад:

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3; H2O + SO2   H2SO3; 2H2SO3 + O2 = 2H2SO4.

Між атмосферою, гідросферою і літосферою відбувається взаємодія шляхом передачі як енергії, так і маси. Наприклад, атмосферний оксид вуглецю (IV) і кисень у залежності від умов розчиняються у воді, особливо при знижених температурах. Тому вночі й узимку океан поглинає гази, а влітку і вдень їх виділяє. Світовий океан протягом року поглинає з атмосфери 29, 3 млрд. т CO2, а виділяє на 4, 7 млрд. т менше. Підвищене поглинання СO2 можна