Строение и газовый состав атмосферы. Баланс газов в атмосфере

Атмосфера (от греч. atmos - пар и sphaira - шар) - газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает их от пагубного воздействия космических лучей и температуры.
Атмосфера, общая масса которой составляет 5,15-10 т, простирается вверх от поверхности Земли примерно до 3000 км. С высотой меняются химический состав и физические свойства атмосферы, и в соответствии с этим ее подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу (термосферу) и экзосферу (схема)
На высоте 18-20 км плавное уменьшение температуры прекращается, она остается почти постоянной: -60 - 70°С. Этот участок атмосферы называется тропопаузой. Следующий слой - стратосфера - занимает высоту 20-50 км от земной поверхности. В ней сосредоточена остальная (20%) часть воздуха. Далее идет слой мезопаузы, расположенный на высоте 55 - 80 км. При удалении от Земли температура в нем понижается на 2-3°С на 1 км, и на высоте 80 км, в мезопаузе, она достигает -75-90°С. Слои термосфера и экзосфера, соответственно занимающие высоты 80-1000 и 1000-2000 км, представляют собой наиболее разреженные части атмосферы. Здесь встречаются лишь отдельные молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Следы газов обнаружены до высоты 10-20 тыс. км.
Толщина воздушной оболочки сравнительно невелика при сопоставлении с космическими расстояниями: она составляет одну четвертую часть радиуса Земли и одну десятитысячную часть расстояния от Земли до Солнца.
Между атмосферой, земной поверхностью и другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и газами, что вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие процессы. Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Ежесекундно на верхние слои атмосферы обрушивается поток космических лучей: гамма, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные. Если бы все они достигали земной поверхности, то в течение нескольких мгновений уничтожили бы все живое.
Важнейшее защитное значение имеет озоновый экран.
Основное значение озонового экрана в том, что он защищает живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения (рис).
Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли.
По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю - гетеросфсру - с неоднородным химическим составом. Одним из важных компонентов атмосферы является кислород. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессом фотосинтеза. В живых организмах в результате химического взаимодействия веществ с кислородом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.
Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с космосом, при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и теряет самые легкие газы - водород и гелий. Атмосфера пронизана мощной солнечной радиацией, которая определяет тепловой режим планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Обширная разреженная верхняя часть атмосферы состоит преимущественно из ионов.

Наибольшее значение для живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере. Баланс газов в атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов использования живыми организмами и поступления газов в атмосферу.
Азотвыделяется при мощных геологических процессах (извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Жизнедеятельность живых организмов поддерживает современное соотношение кислорода и диоксида углерода. В результате фотосинтеза зеленые растения потребляют диоксид углерода и выделяют кислород. Он используется для дыхания всеми живыми организмами. Естественные процессы потребления СО2 и О, и их поступление в атмосферу хорошо сбалансированы.
Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказывается положительне влияние на продуктивности сельскохозяйственных растений.
Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов. Климатическая система включает в себя атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу и биосферу.
Подвижность и инерционные характеристики этих составляющих имеют разнос время реакции на возмущения в смежных системах. Так, для атмосферы и поверхности суши оно составляет несколько недель или месяцев. С атмосферой связаны циркуляционные процессы переноса влаги и тепла, циклоническая деятельность.