Общие сведения об атмосфере
Атмосфера – это воздушная оболочка Земли.
Специалисты считают, что эта газовая оболочка планеты, мощностью до 1000 км, является результатом геологической эволюции и постоянной деятельности организмов. За миллиарды лет живые существа изменяли её состав, и сегодня она характеризуется высокой динамичностью, физической неоднородностью и большой уязвимостью к биологическим факторам.
Общая масса земной атмосферы равна 5,3⋅1015 т (по разным оценкам 5,15—5,9⋅1015). В околоземном слое, толщиной около 16 км, сосредоточено 90% воздуха.
Эта наружная оболочка Земли находится между планетой и космическим пространством, ослабляя космическое излучение и сглаживая резкие колебания температуры в биосфере. Атмосфера – это прекрасная среда распространения микроорганизмов, семян, плодов и местообитание многих насекомых, птиц, млекопитающих.
Значительное влияние на атмосферу оказывают солнечная активность и магнитные бури, температура в атмосфере изменяется неравномерно, а плотность и давление уменьшаются с высотой. На разных высотах поглощение солнечной энергии атмосферными газами разное, поэтому в границах атмосферы происходит изменение температуры. Тепловые процессы наиболее интенсивно происходят в тропосфере, а нагревание происходит от поверхности океана и суши.
С высотой содержание кислорода в атмосфере сокращается, и дыхание становится невозможным на высоте 9 км, а на отметке 5 км появляется кислородное голодание – здесь кончается физиологическая зона атмосферы. На отметке 100 км атмосфера теряет свое свойство поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путем конвекции.
Атмосфера имеет большое экологическое значение, защищая все живые организмы Земли:
- Задерживает космическое излучение;
- Защищает планету от ударов метеоритов;
- Регулирует сезонные колебания температуры;
- Уравновешивает и выравнивает суточные колебания.
- Является носителем тепла и влаги.
Характер и динамика всех экзогенных процессов, происходящих в литосфере – физическое и химическое выветривание, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников – так или иначе, связаны с атмосферой.
История развития атмосферы
Воздух – это смесь разных газов, хотя на первый взгляд он кажется совершенно однородным. Разнообразие состава воздуха появилось не сразу, а в результате уникальных совпадений химических элементов и наличия жизни. Геологические следы этих процессов планета сохранила, поэтому можно заглянуть в историю развития атмосферы.
Водород и гелий были первыми газами с небольшой концентрацией, окутавшие Землю. Они быстро улетучивались в космос. Вулканы выбрасывали из недр Земли большое количество аммиака, метана, углекислого газа, а при разложении аммиака и метана появлялся азот, который со временем стал преобладающим газом. Вулканы выделяли и водяной пар, при расщеплении он образовывал водород и кислород.
С появлением кислорода в составе атмосферы планеты началась настоящая революция. Правда, вступая в реакции с угарным газом, свободным железом, серой, находящимися на поверхности планеты, кислород долго задерживаться в атмосфере не мог. Солнечное излучение и высокие температуры катализировали химические процессы. Ситуация изменилась с появлением живых организмов, выделявших кислорода столько, что он начал накапливаться и за два миллиарда лет его количество выросло до 21% всей массы атмосферы.
Для построения собственных скелетов живые организмы активно использовали углерод атмосферы, результатом деятельности которых явились целые геологические пласты органических материалов и ископаемых. Количество углекислого газа в связи с этим уменьшилось. Избыточный кислород сформировал озоновый слой, ставший главным барьером на пути ультрафиолетовых лучей. С наличием кислорода жизнь стала активнее эволюционировать и приобретать новые, более сложные формы. Среди бактерий и водорослей появились высокоорганизованные существа.
Кислород создает синий цвет неба – из всего радужного спектра Солнца он лучше рассеивает короткие волны света, отвечающие за синий цвет. В космосе действует этот же эффект – Земля на расстоянии как бы окутывается голубой дымкой, превращаясь в синюю точку.
Кроме известных газов, присутствующих в составе атмосферы, есть в ней и благородные газы, например, аргон. Попадает он на поверхность по микротрещинам в плитах литосферы, и через вулканическую деятельность, а источником этого газа являются ядерные процессы в глубинах планеты. Гелий в атмосфере появляется таким же образом. Гелий и аргон поднимаются в верхние слои атмосферы и улетучиваются в космическое пространство.
За всю историю существования планеты состав её атмосферы существенно менялся не один раз, на что ушли миллионы лет, но последние 50 млн. лет, как считают ученые, состав атмосферы стабилизировался.
Роль атмосферы в природных процессах
Центральным компонентом климата выступает атмосфера. Состояние атмосферы – температура и влажность воздуха, облачность, осадки и ветер, воздействующие на погоду и климат – непрерывно меняются. Особенности прохождения солнечной радиации через воздушную оболочку определяются наличием облачности, аэрозольных частичек, водяного пара, различных примесей и препятствуют уходу теплового излучения Земли в космос.
Солнечная радиация определяет жизнь и деятельность на Земле, а также действие и направленность природных процессов. Поверхность Земли достигает только часть солнечной энергии, 13 общего её количества, поступающей на верхнюю границу атмосферы, отражается в мировое пространство, а 13% поглощается озоновым слоем.
Только за одни сутки Земля получает суммарной солнечной радиации в виде энергии столько, сколько человечество получило за последнее тысячелетие в результате сжигания всех видов топлива. Распределение солнечной радиации на поверхности планеты тесно связано с облачностью и прозрачностью атмосферы. Максимальное количество рассеянной радиации приходится на полярные районы. В аридных тропических и субтропических поясах в засушливый период в атмосфере содержится много пыли. Потоки теплого воздуха выносят эту пыль в верхние слои, где она может находиться продолжительное время.
Содержание водяного пара в атмосфере переменное и в абсолютном исчислении его количество составляет от 2−5%. Водяной пар, первоисточником которого является поверхность Мирового океана, усиливает парниковый эффект. С поверхности океана ежегодно испаряется слой воды толщиной до 110 см. После конденсации часть влаги возвращается в океан, а другая часть с помощью воздушных потоков движется в сторону суши. Происходит увлажнение почвы в областях переменно-влажного климата, а во влажных областях происходит накопление грунтовых вод.
Это говорит о том, что атмосфера является аккумулятором влажности и резервуаром осадков.
Распределение влаги происходит благодаря подвижности атмосферы – сложной системы ветров и распределения атмосферного давления, которые постоянно меняются.
Движение атмосферы или циркуляция может изменяться от микрометеорологических размеров до глобальных размеров. Общую циркуляцию атмосферы определяют огромные атмосферные вихри, принимающие участие в создании систем воздушных течений и, являющиеся источниками катастрофических атмосферных явлений.
С атмосферным давлением связано распределение на планете погодных и климатических условий, а также функционирование живого вещества. При изменении давления происходят фронтальные явления, приводящие к изменениям погоды. Колебание давления в небольших пределах не оказывает большого влияния на самочувствие людей, поведение животных и не отражается на физиологических функциях растений.
Атмосферное давление имеет фундаментальное значение для формирования ветра, который является рельефообразующим фактором и сильнейшим образом воздействует на животный и растительный мир.
