Людина й середовище її існування

Атмосфера є непоганим передавачем звуку. Крім того, розсіюючи світло, вона освітлює ділянки земної кулі, куди не потрапляють прямі сонячні промені. Невичерпна енергія вітру відкриває можливість для розвитку вітроенергетики. Людина користується атмосферою для повітряних сполучень, адже швидкість літака значно більша, ніж потягу або пароплава. Нарешті, верхні шари атмосфери — іоносфера, дає людству можливість користуватися далеким радіозв’язком на коротких хвилях.

Атмосфера (грец. аtmos — повітря, spharia — куля, сфера) — природна зовнішня газова (повітряна) оболонка Землі. Вона сягає від поверхні Землі на висоту 1500—2000 км. Різкої верхньої межі атмосфера не має й на значних висотах (майже 20 000 км) переходить у міжпланетне середовище. Її вертикальна протяжність становить близько трьох земних радіусів (середній радіус Землі — 6371 км), а загальна маса атмосфери 5,271015 тонн при масі Землі близько 6•1021 тонн, тобто менше однієї мільйонної частки маси Землі. Майже 99 % маси атмосфери зосереджено в шарі, розташованому від земної поверхні на висоті 30—35 км. Вона забезпечує фізіологічні процеси дихання, регулює інтенсивність сонячної радіації, захищає живі організми від шкідливої дії космічного випромінювання, утворює клімат планети, підтримує середню температуру поверхні Землі близько +14 0С, є джерелом атмосферної вологи, а також середовищем, куди видаляються залишкові газоподібні продукти життєдіяльності людей та інших живих істот — вуглекислий газ тощо. Нижня її частина — тропосфера (до 8—15 км від поверхні Землі) є місцем існування аеробіонтів і формування аеробіосфери. Атмосферне повітря в товщі літосфери називають підземною тропосферою.

Через атмосферу проходить фотосинтез та обмін енергії в біосфері. Склад, температура, рух повітряних мас в атмосфері — необхідні умови існування всіх живих організмів на Землі.

Для атмосфери характерна стійка саморегуляція якісного стану. Якість атмосфери, як і інших компонентів біосфери, — узагальнений показник, який свідчить про такий її стан, за якого забезпечується постійний обмін речовини та енергії між живими й неживими компонентами природи, що й зумовлює постійне й безперервне відтворення життя на Землі. 

Атмосфера складається із суміші різних газів, яку називають повітрям. Основними компонентами цієї суміші є азот (78 %) і кисень (21 %). У невеликій кількості до складу атмосферного повітря входять аргон, неон, гелій, криптон, водень, озон, ксенон (табл. 1.1).

У складі повітря є гази, такі як водяна пара, вуглекислий газ, метан, окисли азоту та сірки. Крім того, в ньому постійно знаходиться велика кількість дуже маленьких рідких і твердих частинок пилу, диму, сажі, кіптяви, солей, води. У 1 см3 повітря містяться десятки, а в промислових центрах сотні тисяч пилинок.

Атмосферний пил має різне походження. Найбільша його кількість піднімається вітром з поверхні землі. Багато пилу надходить в атмосферу під час вулканічних вивержень, а також руйнування метеоритів.

Завислі в повітрі тверді та рідкі домішки мають велике значення для перебігу різноманітних явищ і процесів, які протікають в атмосфері. Особливо важливу роль відіграють частинки гігроскопічних речовин (наприклад, частинки солі), які служать ядрами конденсації. Завдяки ним водяна пара стає густішою й утворюються краплі води.

Гази й частинки можна розглядати як газові домішки атмосферного повітря. Їхня кількість змінюється залежно від місцевості, пори року, погоди, висоти та інших чинників.

Найважливішою змінною складовою частиною атмосфери є водяна пара, кількість якої на поверхні Землі коливається в значних межах: від 0,2—0,3 % за низьких температур над сушею 

(у полярних районах), до 3—4 % за високих температур над екватором (тропіками). Водяна пара потрапляє в атмосферу в результаті випаровування води з поверхні водойм і ґрунту. Основну її масу зосереджено в тропосфері.

Однією з важливих змінних складових частин атмосфери є вуглекислий газ, кількість якого за останні 100 років зросла приблизно на 10 %. Він поглинає теплове випромінювання Землі, створюючи так званий «парниковий ефект».

З віддаленням від поверхні землі атмосфера стає все більш розрядженою й поступово переходить у міжпланетний простір, тому яскраво вираженого зовнішнього кордону атмосфера не має. Раніше умовним кордоном атмосфери вважали ту найбільшу її висоту, на якій спостерігалися будь-які відомі метеорологічні явища.

Залежно від характеру й причин фізичних процесів, що проходять в атмосфері, вона може бути поділена на кілька горизонтальних шарів. В основу такого поділу покладено відмінності у складі повітря, характер взаємодії атмосфери із земною поверхнею й розподіл температури повітря з висотою.

За складом повітря атмосфера поділяється на гомосферу («гомо» — людський) і гетеросферу («гетеро» — різний). У гомосфері (шар від земної поверхні до висоти приблизно 90—100 км) у зв’язку з турбулентним переміщуванням склад сухого повітря, його молекулярна маса з висотою майже не змінюється. У гетеросфері (шар атмосфери вище 90—100 км), що складається з молекул азоту N2 і кисню О2, а також атомів О, Не, Н, під дією дифузного розподілу газів і процесу дисоціації молекул склад повітря змінюється: поступово збільшується вміст кисню та зменшується молекулярна маса. Під час дисоціації гази переходять в атомарний стан. Частина молекул і газів при цьому отримують електричний заряд.

За цим самим принципом в атмосфері виділяють озоносферу (шар щонайбільшої концентрації озону на висоті 20—25 км) та іоносферу. Остання складається з кількох шарів (D — на висоті близько 60 км, Е — на висоті 90—120 км,