Газов състав на атмосферния въздух

Газовият състав на въздуха, който дишаме, е 78% азот, 21% кислород и 1% други газове. Но в атмосферата на големите индустриални градове това съотношение често се нарушава.

Значителна част се състои от вредни примеси, причинени от емисии от предприятия и превозни средства. Автомобилният транспорт внася много примеси в атмосферата: въглеводороди с неизвестен състав, бензо (а) пирен, въглероден диоксид, серни и азотни съединения, олово, въглероден окис.

Атмосферата се състои от смес от редица газове – въздух, в който са суспендирани колоидни примеси – прах, капчици, кристали и пр. Съставът на атмосферния въздух се променя слабо с височината. Въпреки това, като се започне от височина около 100 km, заедно с молекулния кислород и азота, в резултат на дисоциацията на молекулите се появява и атомен кислород и започва гравитационното разделяне на газовете. Над 300 km атмосферата е доминирана от атомен кислород, над 1000 km от хелий и след това от атомен водород. Налягането и плътността на атмосферата намаляват с височината; около половината от общата маса на атмосферата е съсредоточена в долните 5 км, 9/10 - в долните 20 км и 99,5% - в долните 80 км. На височини от около 750 km плътността на въздуха пада до 10-10 g/m3 (докато близо до земната повърхност е около 103 g/m3), но дори такава ниска плътност все още е достатъчна за появата на полярни сияния. Атмосферата няма остра горна граница; плътността на съставните му газове

Съставът на атмосферния въздух, който всеки от нас диша, включва няколко газа, основните от които са: азот (78,09%), кислород (20,95%), водород (0,01%), въглероден диоксид (въглероден диоксид) (0,03%) и инертен газове (0,93%). Освен това във въздуха винаги има определено количество водна пара, чието количество винаги се променя с температурата: колкото по-висока е температурата, толкова по-голямо е съдържанието на пари и обратно. Поради колебанията в количеството водна пара във въздуха, процентът на газовете в него също е променлив. Всички газове във въздуха са безцветни и без мирис. Теглото на въздуха варира в зависимост не само от температурата, но и от съдържанието на водна пара в него. При същата температура теглото на сухия въздух е по-голямо от това на влажния въздух, т.к водната пара е много по-лека от въздушната пара.

Таблицата показва газовия състав на атмосферата в обемно масово съотношение, както и живота на основните компоненти:

Свойствата на газовете, които съставляват атмосферния въздух, се променят под налягане.

Например: кислородът под налягане над 2 атмосфери има токсичен ефект върху тялото.

Азотът под налягане над 5 атмосфери има наркотичен ефект (азотна интоксикация). Бързото издигане от дълбочината причинява декомпресионна болест поради бързото освобождаване на азотни мехурчета от кръвта, сякаш я разпенва.

Увеличаването на въглеродния диоксид с повече от 3% в дихателната смес причинява смърт.

Всеки компонент, който е част от въздуха, с повишаване на налягането до определени граници се превръща в отрова, която може да отрови тялото.

Изследвания на газовия състав на атмосферата. атмосферна химия

За историята на бързото развитие на сравнително млад клон на науката, наречен атмосферна химия, терминът „спурт“ (хвърляне), използван във високоскоростните спортове, е най-подходящ. Изстрелът от началния пистолет може би са две статии, публикувани в началото на 70-те години. Те се занимаваха с възможното разрушаване на стратосферния озон от азотни оксиди - NO и NO 2 . Първият принадлежеше на бъдещия нобелов лауреат, а след това и служител на Стокхолмския университет П. Крутцен, който смята, че вероятният източник на азотни оксиди в стратосферата е естествено срещащият се азотен оксид N 2 O, който се разпада под действието на слънчевата светлина. Авторът на втората статия, Г. Джонстън, химик от Калифорнийския университет в Бъркли, предполага, че азотните оксиди се появяват в стратосферата в резултат на човешката дейност, а именно от емисиите на продукти от горенето от реактивни двигатели с високо- самолет на височина.

Разбира се, горните хипотези не са възникнали от нулата. Съотношението най-малко на основните компоненти в атмосферния въздух - молекулите азот, кислород, водна пара и т.н. - беше известно много по-рано. Още през втората половина на XIX век.

в Европа бяха направени измервания на концентрацията на озон в повърхностния въздух. През 30-те години на миналия век английският учен С. Чапман открива механизма на образуване на озон в чисто кислородна атмосфера, което показва набор от взаимодействия на кислородни атоми и молекули, както и на озон в отсъствието на други компоненти на въздуха. Въпреки това, в края на 50-те години на миналия век метеорологичните ракетни измервания показаха, че в стратосферата има много по-малко озон, отколкото би трябвало да бъде според цикъла на реакцията на Чапман. Въпреки че този механизъм остава основен и до днес, стана ясно, че има някои други процеси, които също участват активно в образуването на атмосферния озон.

Струва си да се спомене, че до началото на 70-те години на миналия век знанията в областта на атмосферната химия се получават предимно с усилията на отделни учени, чиито изследвания не са обединени от никаква обществено значима концепция и най-често имат чисто академичен характер. Друго нещо е дело на Джонстън: според неговите изчисления 500 самолета, летящи по 7 часа на ден, биха могли да намалят количеството стратосферен озон с поне 10%! И ако тези оценки бяха справедливи, тогава проблемът веднага щеше да стане социално-икономически, тъй като в този случай всички програми за развитие на свръхзвукова транспортна авиация и свързаната с нея инфраструктура ще трябва да претърпят значителна корекция и може би дори приключване. Освен това тогава за първи път наистина възникна въпросът, че антропогенната дейност може да причини не локален, а глобален катаклизъм. Естествено, в сегашната ситуация теорията се нуждаеше от много тежка и в същото време бърза проверка.

Припомнете си, че същността на горната хипотеза беше, че азотният оксид реагира с озон NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, след което образуваният при тази реакция азотен диоксид реагира с кислородния атом NO 2 + O ® NO + O 2 , по този начин се възстановява присъствието на NO в атмосферата, докато молекулата на озона е безвъзвратно загубена. В този случай такава двойка реакции, съставляващи азотния каталитичен цикъл на унищожаване на озона, се повтаря, докато всякакви химични или физични процеси доведат до отстраняване на азотните оксиди от атмосферата. Така например NO 2 се окислява до азотна киселина HNO 3, която е силно разтворима във вода и следователно се отстранява от атмосферата чрез облаци и валежи. Азотният каталитичен цикъл е много ефективен: една молекула NO успява да унищожи десетки хиляди озонови молекули по време на престоя си в атмосферата.

Но, както знаете, неприятностите не идват сами. Скоро специалисти от американските университети - Мичиган (Р. Столярски и Р. Цицерон) и Харвард (С. Уофси и М. Макелрой) - откриха, че озонът може да има още по-безмилостен враг - хлорните съединения. Според техните оценки хлорният каталитичен цикъл на разрушаване на озона (реакции Cl + O 3 ® ClO + O 2 и ClO + O ® Cl + O 2) е бил няколко пъти по-ефективен от азотния. Единствената причина за предпазлив оптимизъм е, че количеството на естествено срещащия се хлор в атмосферата е сравнително малко, което означава, че цялостният ефект от въздействието му върху озона може да не е твърде силен. Ситуацията обаче се променя драстично, когато през 1974 г. служителите на Калифорнийския университет в Ървайн, С. Роуланд и М. Молина, откриват, че източникът на хлор в стратосферата са хлорфлуоровъглеродните съединения (CFC), които се използват широко в охлаждането растения, аерозолни опаковкии т.н. Тъй като са незапалими, нетоксични и химически пасивни, тези вещества бавно се транспортират чрез възходящи въздушни течения от земната повърхност към стратосферата, където техните молекули се унищожават. слънчева светлина, което води до освобождаване на свободни хлорни атоми. Промишленото производство на CFC, започнало през 30-те години на миналия век, и техните емисии в атмосферата непрекъснато нарастват през всички следващи години, особено през 70-те и 80-те години. Така в рамките на много кратък период от време теоретиците са идентифицирали два проблема в атмосферната химия, причинени от интензивно антропогенно замърсяване.

Въпреки това, за да се провери последователността на предложените хипотези, беше необходимо да се изпълнят много задачи.

първо,разширяване на лабораторните изследвания, по време на които би било възможно да се определят или изясняват скоростите на фотохимичните реакции между различните компоненти на атмосферния въздух. Трябва да се каже, че много оскъдните данни за тези скорости, които съществуваха по това време, също имаха справедливи (до няколкостотин процента) грешки. Освен това условията, при които са направени измерванията, като правило, не отговарят много на реалностите на атмосферата, което сериозно влошава грешката, тъй като интензитетът на повечето реакции зависи от температурата, а понякога и от налягането или атмосферния въздух плътност.

второ,интензивно изследване на радиационно-оптичните свойства на редица малки атмосферни газове в лабораторни условия.

Молекулите на значителен брой компоненти на атмосферния въздух се разрушават от ултравиолетовото лъчение на Слънцето (при реакции на фотолиза), сред тях са не само споменатите по-горе CFC, но и молекулен кислород, озон, азотни оксиди и много други. Следователно оценките на параметрите на всяка реакция на фотолиза са също толкова необходими и важни за правилното възпроизвеждане на атмосферните химични процеси, както и скоростите на реакциите между различните молекули.

Химичният състав на въздухаиграе важна роля в осъществяването на дихателната функция. Атмосферният въздух е смес от газове: кислород, въглероден диоксид, аргон, азот, неон, криптон, ксенон, водород, озон и др. Кислородът е най-важният. В покой човек абсорбира 0,3 l / min. При физическа активност потреблението на кислород се увеличава и може да достигне 4,5–8 л/мин. Колебанията в съдържанието на кислород в атмосферата са малки и не надвишават 0,5%. Ако съдържанието на кислород намалее до 11-13%, има явления на кислороден дефицит. Съдържанието на кислород от 7-8% може да доведе до смърт. Въглероден диоксид - безцветен и без мирис, се образува при дишане и разпадане, изгаряне на гориво. В атмосферата е 0,04%, а в индустриалните зони - 0,05-0,06%. При голяма тълпа от хора може да се увеличи до 0,6 - 0,8%. При продължително вдишване на въздух със съдържание на въглероден диоксид 1-1,5% се забелязва влошаване на благосъстоянието, а при 2-2,5% - патологични промени. При 8-10% загуба на съзнание и смърт, въздухът има налягане, наречено атмосферно или барометрично. Измерва се в милиметри живак (mm Hg), хектопаскали (hPa), милибари (mb).

Нормално налягане се счита за атмосферно налягане на морското равнище на географска ширина 45˚ при температура на въздуха 0˚С. То е равно на 760 mm Hg. (Вътрешният въздух се счита за лошо качество, ако съдържа 1% въглероден диоксид. Тази стойност се приема като изчислена при проектиране и инсталиране на вентилация в помещенията.

Замърсяване на въздуха.Въглеродният окис е газ без цвят и мирис, образуван при непълно изгаряне на горивото и навлиза в атмосферата с промишлени емисии и отработени газове от двигателя. вътрешно горене. В мегаполисите концентрацията му може да достигне до 50-200 mg/m3. Когато пушите тютюн, въглеродният оксид навлиза в тялото. Въглеродният окис е кръвна и общотоксична отрова. Той блокира хемоглобина, губи способността да пренася кислород до тъканите. Острото отравяне настъпва, когато концентрацията на въглероден окис във въздуха е 200-500 mg/m3. В този случай има главоболие, обща слабост, гадене, повръщане. Максимално допустимата концентрация е среднодневна 0 1 mg/m3, единична - 6 mg/m3. Въздухът може да бъде замърсен със серен диоксид, сажди, смолисти вещества, азотни оксиди, въглероден дисулфид.

Микроорганизми.В малки количества те винаги са във въздуха, където се пренасят с почвен прах. Микробите от инфекциозни заболявания, които навлизат в атмосферата, бързо умират. Особено опасен в епидемиологичните отношения е въздухът на жилищните помещения и спортните съоръжения. Например в залите за борба се наблюдава съдържание на микроби до 26 000 в 1 m3 въздух. Аерогенните инфекции в такъв въздух се разпространяват много бързо.

ПрахТова е леки плътни частици от минерален или органичен произход, попадайки в белите дробове на прах, той се задържа там и причинява различни заболявания. Промишлен прах (олово, хром) може да причини отравяне. В градовете прахът не трябва да надвишава 0,15 mg/m3 Спортните площадки трябва да се поливат редовно, да имат зелена площ и да се извършва мокро почистване. Създадени са санитарно-охранителни зони за всички предприятия, замърсяващи атмосферата. Според класа на опасност имат различни размери: за предприятия от 1-ви клас - 1000 м, 2 - 500 м, 3 - 300 м, 4 -100 м, 5 - 50 м. При поставяне на спортни съоръжения в близост до предприятия е необходимо да се вземе предвид розата на вятъра, санитарните защитни зони, степента на замърсяване на въздуха и др.

Една от важните мерки за опазване на въздушната среда е превантивният и текущ санитарен надзор и системно наблюдение на състоянието на атмосферния въздух. Произвежда се с помощта на автоматизирана система за наблюдение.

Чистият атмосферен въздух в близост до земната повърхност има следния химичен състав: кислород - 20,93%, въглероден диоксид - 0,03-0,04%, азот - 78,1%, аргон, хелий, криптон 1%.

Издишаният въздух съдържа 25% по-малко кислород и 100 пъти повече въглероден диоксид.
Кислород.Най-важната съставка на въздуха. Той осигурява протичането на окислително-редукционните процеси в организма. Възрастен човек в покой консумира 12 литра кислород, по време на физическа работа 10 пъти повече. В кръвта кислородът е свързан с хемоглобина.

озон.Химически нестабилен газ, способен да абсорбира слънчевата късовълнова ултравиолетова радиация, която има пагубен ефект върху всички живи същества. Озонът абсорбира дълговълновата инфрачервена радиация, идваща от Земята и по този начин предотвратява прекомерното й охлаждане (озоновия слой на Земята). Под въздействието на UV лъчение озонът се разлага на молекула и кислороден атом. Озонът е бактерицидно средство за дезинфекция на вода. В природата се образува при електрически разряди, при изпаряване на вода, при ултравиолетово лъчение, по време на гръмотевични бури, в планините и в иглолистните гори.

Въглероден двуокис.Образува се в резултат на окислително-редукционни процеси, протичащи в тялото на хора и животни, изгаряне на гориво, разпадане на органични вещества. Във въздуха на градовете концентрацията на въглероден диоксид се повишава поради промишлени емисии - до 0,045%, в жилищни помещения - до 0,6-0,85. Възрастен човек в покой отделя 22 литра въглероден диоксид на час, а по време на физическа работа - 2-3 пъти повече. Признаци на влошаване на благосъстоянието на човек се появяват само при продължително вдишване на въздух, съдържащ 1-1,5% въглероден диоксид, изразени функционални промени - при концентрация 2-2,5% и изразени симптоми (главоболие, обща слабост, задух, сърцебиене , намаляване на производителността) - при 3-4%. Хигиеничното значение на въглеродния диоксид се крие във факта, че той служи като косвен индикатор за общото замърсяване на въздуха. Нормата на въглероден диоксид във фитнес залите е 0,1%.

Азот.Безразличен газ служи като разредител за други газове. Повишеното вдишване на азот може да има наркотичен ефект.

Въглероден окис.Образува се при непълно изгаряне на органични вещества. Няма цвят или мирис. Концентрацията в атмосферата зависи от интензивността на автомобилния трафик. Прониквайки през белодробните алвеоли в кръвта, той образува карбоксихемоглобин, в резултат на което хемоглобинът губи способността си да пренася кислород. Максимално допустимата среднодневна концентрация на въглероден окис е 1 mg/m3.

Токсичните дози въглероден оксид във въздуха са 0,25-0,5 mg/l. При продължително излагане, главоболие, припадък, сърцебиене.

серен диоксид.Той навлиза в атмосферата в резултат на изгаряне на горива, богати на сяра (въглища). Образува се при печене и топене на серни руди, при боядисване на тъкани. Той дразни лигавиците на очите и горните дихателни пътища. Прагът на усещане е 0,002-0,003 mg / l. Газът е вреден за растителността, особено иглолистни дърветадървета.
Механични примеси на въздухаидват под формата на дим, сажди, сажди, натрошени почвени частици и други твърди частици. Запрашеността на въздуха зависи от естеството на почвата (пясък, глина, асфалт), нейното санитарно състояние (поливане, почистване), замърсяването на въздуха с промишлени емисии и санитарното състояние на помещенията.

Прахът дразни механично лигавиците на горните дихателни пътища и очите. Системното вдишване на прах причинява респираторни заболявания. При дишане през носа се задържа до 40-50% прах. Микроскопичният прах, който е в окачено състояние за дълго време, е най-неблагоприятен от гледна точка на хигиената. Електрическият заряд на праха повишава способността му да прониква в белите дробове и да се задържа в тях. Прах. съдържащи олово, арсен, хром и други токсични вещества, причинява типични явления на отравяне и при проникване не само при вдишване, но и през кожата и стомашно-чревния тракт. В прашен въздух интензитетът на слънчевата радиация и йонизацията на въздуха са значително намалени. За да се предотврати неблагоприятното въздействие на праха върху тялото, жилищните сгради се изхвърлят на замърсители на въздуха от наветрената страна. Между тях са уредени санитарно-охранителни зони с ширина 50-1000 m и повече. В жилищни помещения систематично мокро почистване, проветряване на помещенията, преобуване и връхни дрехи, използване на непрашни почви и поливане на открити площи.

въздушни микроорганизми. Бактериално замърсяване на въздуха, подобно на други обекти външна среда(вода, почва), е опасно в епидемиологично отношение. Във въздуха има различни микроорганизми: бактерии, вируси, плесенни гъби, дрожди. Най-често срещаният е въздушно-капковият начин на предаване на инфекции: голям броймикроби, които навлизат в дихателните пътища по време на дишане здрави хора. Например при високо говорене и още повече при кашляне и кихане най-малките капчици се пръскат на разстояние 1-1,5 м и се разпространяват с въздух до 8-9 м. Тези капчици могат да бъдат в суспензия за 4-5 часа , но в повечето случаи се утаяват за 40-60 минути. В прах грипният вирус и дифтерийните бацили остават жизнеспособни 120-150 дни. Има добре известна връзка: колкото повече прах е във въздуха на закрито, толкова по-обилно е съдържанието на микрофлора в него.

Въздухът е естествена смес от газове, която се е развила по време на еволюцията на Земята. Въздухът е най-важният елемент от човешката среда и всички живи същества на нашата планета. Въздухът постоянно обгражда човешкото тяло и е жизненоважен за нормалното му функциониране. Самият живот е невъзможен без дихателни процеси.

Състав на въздуха

Земната атмосфера е многопластова. Най-близкият до Земята слой от атмосферата, който дишаме, се състои от следните елементи на периодичната таблица: азот, кислород, аргон, както и въглероден двуокис. Следват газове, чийто дял в общия обем на въздуха е по-малък от 0,002%, - хелий, неонов газ, криптон, водород, ксенон, метанИ озон.

Такъв състав може да варира значително в зависимост от мястото, например, той се различава в града и в гората, по морския бряг и в планините.

Водната пара, озонът и въглеродният диоксид играят важна роля за предотвратяване на нагряване на слънчевите лъчи и унищожаване на живите организми, които живеят на повърхността на планетата.

Отделно трябва да се каже за въглеродния диоксид: той се издишва от всички живи същества на планетата, излъчва се от гниещи растения и организми, съдържа се в дима от огъня. Само растенията могат да "вдишват" въглероден диоксид и да "издишват" кислород. Хората и животните, от друга страна, вдишват кислород и издишват въглероден диоксид.

Състав на въздуха

Свойства на въздуха

Въздухът може да се компресира и да стане еластичен. Хората са се научили да използват силата на сгъстен въздух, благодарение на което работят много механизми. Това са например компресор за аквариум, помпа за помпане на гуми за велосипеди и автомобили.

Въздухът задържа топлината добре. Това свойство помага на хората, животните и дори растенията. Човек вмъква двойни рамки, между крилата на които има въздух, и така изолира къщата си. Птиците и бозайниците поддържат тялото си топло благодарение на въздуха, който е между перата или козината им. При слана растенията се затоплят от въздуха под снега, който се намира между снежинките. Ето защо растенията се нуждаят от снежна покривка през зимата.

Озонов слой

Миризмата на свежест след гръмотевична буря е миризма озон. Под въздействието на слънчевата ултравиолетова радиация кислородът се превръща в озон. Такова газово покритие покрива Земята на височина 18-25 км. Именно тя забавя слънчевите лъчи, разрушителни за всичко живо. Освен това озонът се образува поради електрически разряди, например по време на гръмотевични бури и по време на окисляването на морски водиплевели или смоли от иглолистни дървета.

Озонът се разрушава от химични съединения, съдържащи хлор или флуор. Например, това е фреон, използван като хладилен агент. В резултат на излагане на тези вещества озоновият слой в атмосферата става по-тънък, образувайки озонова дупка. Въпреки това, нарастването и свиването на озоновите дупки също са естествени явления и не зависят изцяло от човешката дейност.

Към днешна дата учените са установили, че дебелината на озоновия слой над Антарктида е намаляла значително. Поради това голям брой ултравиолетови лъчидостига до повърхността на земята.

Атмосферни смущения

Човекът замърсява атмосферата, като изпуска в нея вредни газове, които имат различни имена: метан, въглероден окис, серен диоксид. Вредни газовепроизведено чрез изгаряне различни вещества: бензин, който управлява автомобили, въглища, които загряват печката, изкуствено създадени материали и химични веществакоито горят различни предприятия. Това води до факта, че съдържанието на кислород във въздуха, който дишаме, е значително намалено, а съдържанието на въглероден диоксид се увеличава.

Особено опасни за всички живи вещества, които се наричат аерозоли. Ако вдишвате такива вещества, може да се разболеете сериозно. По-горе главни градовеколичеството на аерозолите е много голямо. Поради това често е трудно да се диша в градовете.

Съставът и структурата на атмосферата.

Атмосферата е газовата обвивка на Земята. Вертикалната дължина на атмосферата е повече от три земни радиуса (средният радиус е 6371 km), а масата е 5,157 x 10 15 тона, което е около една милионна част от масата на Земята.

Разделянето на атмосферата на слоеве във вертикална посока се основава на следното:

- състав на атмосферния въздух,

— физични и химични процеси;

— разпределение на температурата по височина;

— взаимодействие на атмосферата с подлежащата повърхност.

Атмосферата на нашата планета е механична смес от различни газове, включително водни пари, както и определено количество аерозоли. Съставът на сухия въздух в долните 100 км остава почти постоянен. Чистият и сух въздух, в който няма водна пара, прах и други примеси, е смес от газове, главно азот (78% от обема на въздуха) и кислород (21%). Малко по-малко от един процент е аргонът, а в много малки количества има много други газове – ксенон, криптон, въглероден диоксид, водород, хелий и др. (Таблица 1.1).

Азотът, кислородът и другите компоненти на атмосферния въздух винаги са в атмосферата в газообразно състояние, тъй като критичните температури, тоест температурите, при които те могат да бъдат в течно състояние, са много по-ниски от температурите, наблюдавани на земната повърхност . Изключението е въглеродният диоксид. Но за преминаването в течно състояние, освен температура, е необходимо да се достигне и състояние на насищане. В атмосферата няма много въглероден диоксид (0,03%) и той е под формата на отделни молекули, равномерно разпределени между молекулите на другите атмосферни газове. През последните 60-70 години съдържанието му се е увеличило с 10-12%, под влияние на човешката дейност.

Повече от останалите подлежи на промяна съдържанието на водна пара, чиято концентрация на земната повърхност при високи температури може да достигне 4%. С увеличаване на надморската височина и понижаване на температурата съдържанието на водна пара рязко намалява (на височина 1,5-2,0 km - наполовина и 10-15 пъти от екватора до полюса).

Масата на твърдите примеси през последните 70 години в атмосферата на северното полукълбо се е увеличила с около 1,5 пъти.

Постоянството на газовия състав на въздуха се осигурява чрез интензивно смесване на долния слой въздух.

Газов състав на долните слоеве на сух въздух (без водна пара)

Ролята и значението на основните газове на атмосферния въздух

КИСЛОРОД (ОТНОСНО)жизненоважен за почти всички жители на планетата. Това е активен газ. Участва в химичните реакции с други атмосферни газове. Кислородът активно абсорбира лъчиста енергия, особено много къси дължини на вълната под 2,4 μm. Под въздействието на слънчева ултравиолетова радиация (Х< 03 µm), кислородната молекула се разпада на атоми. Атомен кислород, комбинирайки се с кислородна молекула, образува ново вещество - триатомен кислород или озон(Оз). Озонът се намира най-вече на голяма надморска височина. Там неговатаролята на планетата е изключително полезна. На повърхността на Земята озонът се образува по време на светкавични разряди.

За разлика от всички други газове в атмосферата, които нямат нито вкус, нито мирис, озонът има характерна миризма. В превод от гръцки, думата "озон" означава "остра миризма". След гръмотевична буря тази миризма е приятна, възприема се като миризма на свежест. В големи количества озонът е отровно вещество. В градовете с голям брой автомобили, а оттам и големи емисии на автомобилни газове, озонът се образува под действието на слънчева светлина при безоблачно или леко облачно време. Градът е обвит в жълто-син облак, видимостта се влошава. Това е фотохимичен смог.

АЗОТЪТ (N2) е неутрален газ, не реагира с други газове на атмосферата, не участва в усвояването на лъчиста енергия.

До височини от 500 км атмосферата се състои главно от кислород и азот. В същото време, ако азотът преобладава в долния слой на атмосферата, тогава на голяма надморска височина има повече кислород, отколкото азот.

АРГОН (Ag) - неутрален газ, не влиза в реакция, не участва в поглъщането и излъчването на лъчиста енергия. По същия начин - ксенон, криптон и много други газове. Аргонът е тежко вещество, той е много оскъден във високите слоеве на атмосферата.

ВЪглеродният диоксид (CO2) в атмосферата е средно 0,03%. Този газ е много необходим за растенията и се усвоява активно от тях.

Действителното количество във въздуха може да варира донякъде. В индустриалните зони количеството му може да се увеличи до 0,05%. В провинцията, над горите, има по-малко ниви. Над Антарктида приблизително 0,02% въглероден диоксид, т.е. почти Узпо-малко от средното количество в атмосферата. Същото количество и дори по-малко над морето - 0,01 - 0,02%, тъй като въглеродният диоксид се абсорбира интензивно от водата.

В слоя въздух, който е в непосредствена близост до земната повърхност, количеството въглероден диоксид също изпитва ежедневни колебания.

Повече през нощта, по-малко през деня. Това се обяснява с факта, че през деня въглеродният диоксид се абсорбира от растенията, но не и през нощта. Растенията на планетата през годината поемат около 550 милиарда тона кислород от атмосферата и връщат около 400 милиарда тона кислород в нея.

Въглеродният диоксид е напълно прозрачен за късовълнови слънчеви лъчи, но интензивно поглъща топлинната инфрачервена радиация на Земята. С това е свързан и проблемът за парниковия ефект, за който периодично се разпалват дискусии по страниците на научната преса и най-вече в средствата за масова информация.

ХЕЛИЙ (He) е много лек газ. Навлиза в атмосферата от земната кораот радиоактивния разпад на тория и урана. Хелият излиза в космоса. Скоростта на намаляване на хелия съответства на скоростта на навлизането му от недрата на Земята. От височина от 600 км до 16 000 км, нашата атмосфера се състои главно от хелий. Това е "хелиевата корона на Земята" по думите на Вернадски. Хелият не реагира с други атмосферни газове и не участва в излъчване на топлина.

ВОДОРОД (Hg) е още по-лек газ. Има много малко от него близо до повърхността на Земята. Издига се до горните слоеве на атмосферата. В термосферата и екзосферата атомният водород става доминиращ компонент. Водородът е най-горната, най-отдалечената обвивка на нашата планета.

Над 16 000 km до горната граница на атмосферата, тоест до височини от 30-40 хиляди km, преобладава водородът. Така химичният състав на нашата атмосфера с височина се доближава до химическия състав на Вселената, в която водородът и хелият са най-разпространените елементи.

В най-външната, изключително разредена част горна атмосфера, водородът и хелият излизат от атмосферата. Техните отделни атоми имат достатъчно високи скорости за това.

Атмосферата е въздушната обвивка на Земята. Простира се на 3000 км от земната повърхност. Следите му могат да бъдат проследени на височина до 10 000 км. A. има неравномерна плътност 50 5, масите му са концентрирани до 5 km, 75% - до 10 km, 90% - до 16 km.

Атмосферата се състои от въздух - механична смес от няколко газа.

Азот(78%) в атмосферата играе ролята на кислороден разредител, регулиращ скоростта на окисление и следователно скоростта и интензивността на биологичните процеси. Азотът е основният елемент на земната атмосфера, който непрекъснато се обменя с живата материя на биосферата, а компоненти на последната са азотни съединения (аминокиселини, пурини и др.). Извличането на азот от атмосферата се извършва по неорганичен и биохимичен начин, въпреки че те са тясно взаимосвързани. Неорганичната екстракция е свързана с образуването на нейните съединения N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 . Те се намират в атмосферните валежи и се образуват в атмосферата под действието на електрически разряди по време на гръмотевични бури или фотохимични реакции под въздействието на слънчевата радиация.

Биологичната азотфиксация се осъществява от някои бактерии в симбиоза с висши растения в почвите. Азотът също се фиксира от някои планктонни микроорганизми и водорасли в морската среда. В количествено отношение биологичното свързване на азота надвишава неговата неорганична фиксация. Обменът на целия азот в атмосферата отнема приблизително 10 милиона години. Азотът се намира в газове от вулканичен произход и в магматични скали. При нагряване на различни проби от кристални скали и метеорити се отделя азот под формата на N 2 и NH 3 молекули. Въпреки това, основната форма на присъствие на азот, както на Земята, така и на земните планети, е молекулярна. Амонякът, попадайки в горните слоеве на атмосферата, бързо се окислява, отделяйки азот. В седиментните скали той е заровен заедно с органична материя и се среща в повишено количество в битумни отлагания. В процеса на регионален метаморфизъм на тези скали в земната атмосфера се отделя азот в различни форми.

Геохимичен азотен цикъл (

Кислород(21%) се използва от живите организми за дишане, е част от органичната материя (протеини, мазнини, въглехидрати). Озон O 3 . блокиране на животозастрашаваща ултравиолетова радиация от Слънцето.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в атмосферата, който играе изключително важна роля в много процеси в биосферата. Доминиращата форма на неговото съществуване е O 2 . В горните слоеве на атмосферата под въздействието на ултравиолетова радиация настъпва дисоциация на кислородни молекули и на височина от около 200 km отношението на атомния кислород към молекулния (O: O 2) става равно на 10. Когато тези форми на кислород взаимодействат в атмосферата (на височина 20-30 km), озоновия пояс (озонов щит). Озонът (O 3) е необходим за живите организми, като забавя по-голямата част от вредното за тях слънчево ултравиолетово лъчение.

В ранните етапи на развитието на Земята свободният кислород възниква в много малки количества в резултат на фотодисоциацията на въглеродния диоксид и водните молекули в горните слоеве на атмосферата. Тези малки количества обаче бързо се изразходват при окисляването на други газове. С появата на автотрофни фотосинтезиращи организми в океана ситуацията се промени значително. Количеството свободен кислород в атмосферата започна постепенно да нараства, активно окислявайки много компоненти на биосферата. Така първите порции свободен кислород допринесоха основно за прехода на железните форми на желязо в оксид и сулфидите в сулфати.

В крайна сметка количеството свободен кислород в земната атмосфера достигна определена маса и се оказа балансирано по такъв начин, че произведеното количество стана равно на погълнато количество. Установено е относително постоянство на съдържанието на свободен кислород в атмосферата.

Геохимичен кислороден цикъл (V.A. Вронски, Г.В. Войткевич)

Въглероден двуокис, отива към образуването на жива материя и заедно с водните пари създава т. нар. „парников (парников) ефект“.

Въглерод (въглероден диоксид) - по-голямата част от него в атмосферата е под формата на CO 2 и много по-малко под формата на CH 4. Значението на геохимичната история на въглерода в биосферата е изключително голямо, тъй като той е част от всичко живи организми. В живите организми преобладават редуцираните форми на въглерода, а в околната среда на биосферата окислените. Така се установява химичният обмен на жизнения цикъл: CO 2 ↔ жива материя.

Основният източник на въглероден диоксид в биосферата е вулканична дейност, свързана със светско дегазиране на мантията и долните хоризонти на земната кора. Част от този въглероден диоксид възниква от термичното разлагане на древни варовици в различни метаморфни зони. Миграцията на CO 2 в биосферата протича по два начина.

Първият метод се изразява в усвояване на CO 2 в процеса на фотосинтеза с образуване на органични вещества и последващо заравяне при благоприятни редуциращи условия в литосферата под формата на торф, въглища, нефт, нефтени шисти. Според втория метод въглеродната миграция води до създаване на карбонатна система в хидросферата, където CO 2 се превръща в H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. След това, с участието на калций (по-рядко магнезий и желязо), утаяването на карбонати става по биогенен и абиогенен начин. Появяват се дебели пластове от варовици и доломити. Според A.B. Ронов, съотношението на органичен въглерод (Corg) към карбонатен въглерод (Ccarb) в историята на биосферата е 1:4.

Наред с глобалния цикъл на въглерода, има редица негови малки цикли. И така, на сушата зелените растения поглъщат CO 2 за процеса на фотосинтеза през деня, а през нощта го изпускат в атмосферата. Със смъртта на живите организми на земната повърхност органичната материя се окислява (с участието на микроорганизми) с отделяне на CO 2 в атмосферата. През последните десетилетия специално място във въглеродния цикъл заема масовото изгаряне на изкопаеми горива и увеличаването на съдържанието му в съвременната атмосфера.

Цикълът на въглерода в географска обвивка (според F. Ramad, 1981)

аргон- третият най-разпространен атмосферен газ, което рязко го отличава от изключително рядко разпространените други инертни газове. Въпреки това, аргонът в своята геоложка история споделя съдбата на тези газове, които се характеризират с две характеристики:

1. необратимостта на натрупването им в атмосферата;
2. тясна връзка с радиоактивния разпад на някои нестабилни изотопи.

Инертните газове са извън циркулацията на повечето циклични елементи в биосферата на Земята.

Всички инертни газове могат да бъдат разделени на първични и радиогенни. Основните са тези, които са били уловени от Земята по време на нейното формиране. Те са изключително редки. Първичната част на аргона е представена основно от изотопи 36 Ar и 38 Ar, докато атмосферният аргон се състои изцяло от изотопа 40 Ar (99,6%), който несъмнено е радиогенен. В калий-съдържащите скали се натрупва радиогенен аргон поради разпадането на калий-40 чрез улавяне на електрони: 40 K + e → 40 Ar.

Следователно съдържанието на аргон в скалите се определя от тяхната възраст и количеството калий. До тази степен концентрацията на хелий в скалите е функция на тяхната възраст и съдържанието на торий и уран. Аргон и хелий се отделят в атмосферата от земните недра по време на вулканични изригвания, през пукнатини в земната кора под формата на газови струи, а също и при изветряне на скалите. Според изчисленията, направени от P. Dimon и J. Culp, хелият и аргонът се натрупват в земната кора в съвременната епоха и навлизат в атмосферата в относително малки количества. Скоростта на навлизане на тези радиогенни газове е толкова ниска, че по време на геоложката история на Земята не може да осигури наблюдаваното съдържание от тях в съвременната атмосфера. Следователно остава да се предположи, че по-голямата част от аргона в атмосферата идва от недрата на Земята в най-ранните етапи от нейното развитие, а много по-малка част е добавена по-късно в процеса на вулканизъм и по време на изветряването на калий- съдържащи скали.

Така през геоложкото време хелият и аргонът са имали различни миграционни процеси. В атмосферата има много малко хелий (около 5 * 10 -4%), а "хелиевият дъх" на Земята беше по-лек, тъй като той, като най-лекия газ, избяга в космоса. И "аргонов дъх" - тежък и аргон остана в рамките на нашата планета. Повечето от първичните инертни газове, като неон и ксенон, са свързани с първичния неон, уловен от Земята по време на нейното формиране, както и с изпускането в атмосферата по време на дегазирането на мантията. Съвкупността от данни за геохимията на благородните газове показва, че първичната атмосфера на Земята е възникнала най-много ранни стадиина неговото развитие.

Атмосферата съдържа водна параИ водав течно и твърдо състояние. Водата в атмосферата е важен акумулатор на топлина.

Долните слоеве на атмосферата съдържат голямо количество минерален и техногенен прах и аерозоли, продукти на горенето, соли, спори и растителен прашец и др.

До височина 100-120 км, поради пълното смесване на въздуха, съставът на атмосферата е хомогенен. Съотношението между азот и кислород е постоянно. Отгоре преобладават инертни газове, водород и др. В долните слоеве на атмосферата има водна пара. С отдалечаване от земята съдържанието му намалява. По-горе съотношението на газовете се променя, например на височина 200-800 km, кислородът преобладава над азота с 10-100 пъти.

Съставът на земята. Въздух

Въздухът е механична смес от различни газове, които изграждат земната атмосфера. Въздухът е от съществено значение за дишането на живите организми и се използва широко в промишлеността.

Фактът, че въздухът е смес, а не хомогенно вещество, беше доказано по време на експериментите на шотландския учен Джоузеф Блек. По време на едно от тях ученият открива, че когато бялата магнезия (магнезиев карбонат) се нагрява, се отделя „свързан въздух“, тоест въглероден диоксид и се образува изгорял магнезий (магнезиев оксид). За разлика от това, когато варовикът се изпича, „свързаният въздух“ се отстранява. Въз основа на тези експерименти ученият стига до заключението, че разликата между въглеродните и каустични алкали е, че първите включват въглероден диоксид, който е един от съставни частивъздух. Днес знаем, че в допълнение към въглеродния диоксид, съставът на земния въздух включва:

Съотношението на газовете в земната атмосфера, посочено в таблицата, е характерно за нейните по-ниски слоеве, до височина от 120 km. В тези области се намира добре смесена, хомогенна област, наречена хомосфера. Над хомосферата се намира хетеросферата, която се характеризира с разлагане на газовите молекули на атоми и йони. Регионите са разделени един от друг с турбопауза.

Химическата реакция, при която под въздействието на слънчева и космическа радиация, молекулите се разлагат на атоми, се нарича фотодисоциация. При разпадането на молекулния кислород се образува атомен кислород, който е основният газ на атмосферата на височини над 200 km. На височини над 1200 км започват да преобладават водородът и хелият, които са най-леките газове.

Тъй като по-голямата част от въздуха е съсредоточена в 3-те по-ниски атмосферни слоя, промените в състава на въздуха на височини над 100 km не оказват забележимо влияние върху общия състав на атмосферата.

Азотът е най-разпространеният газ, който представлява повече от три четвърти от обема на земния въздух. Съвременният азот се образува чрез окисляване на ранната амонячно-водородна атмосфера с молекулен кислород, който се образува по време на фотосинтезата. Понастоящем малко количество азот навлиза в атмосферата в резултат на денитрификация - процесът на редукция на нитратите до нитрити, последван от образуването на газообразни оксиди и молекулен азот, който се произвежда от анаеробни прокариоти. Част от азот навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания.

В горните слоеве на атмосферата, когато е изложен на електрически разряди с участието на озон, молекулният азот се окислява до азотен монооксид:

N 2 + O 2 → 2NO

При нормални условия монооксидът незабавно реагира с кислород, за да образува азотен оксид:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азотът е най-важният химичен елемент в земната атмосфера. Азотът е част от протеините, осигурява минерално хранене на растенията. Той определя скоростта на биохимичните реакции, играе ролята на кислороден разредител.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в земната атмосфера. Образуването на този газ е свързано с фотосинтетичната активност на растенията и бактериите. И колкото по-разнообразни и многобройни ставаха фотосинтезиращите организми, толкова по-значим ставаше процесът на съдържание на кислород в атмосферата. По време на дегазирането на мантията се отделя малко количество тежък кислород.

В горните слоеве на тропосферата и стратосферата, под въздействието на ултравиолетова слънчева радиация (означаваме го като hν), се образува озон:

O 2 + hν → 2O

В резултат на действието на същото ултравиолетово лъчение, озонът се разпада:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

В резултат на първата реакция се образува атомен кислород, в резултат на втората - молекулен кислород. Всичките 4 реакции се наричат ​​механизма на Чапман, на името на британския учен Сидни Чапман, който ги открива през 1930 г.

Кислородът се използва за дишането на живите организми. С негова помощ протичат процесите на окисление и горене.

Озонът служи за защита на живите организми от ултравиолетово лъчение, което причинява необратими мутации. Най-висока концентрация на озон се наблюдава в долната стратосфера в рамките на т.нар. озонов слой или озонов екран, разположен на височина 22-25 km. Съдържанието на озон е малко: при нормално налягане целият озон от земната атмосфера ще заема слой с дебелина само 2,91 mm.

Образуването на третия най-разпространен газ в атмосферата, аргон, както и неон, хелий, криптон и ксенон, се свързва с вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи.

По-специално, хелият е продукт на радиоактивния разпад на уран, торий и радий: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в тези реакции α- частицата е хелиево ядро, което в процеса на загуба на енергия улавя електрони и се превръща в 4 He).

Аргонът се образува при разпадането на радиоактивния изотоп на калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неонът избяга от магматични скали.

Криптонът се образува като краен продукт от разпадането на уран (235 U и 238 U) и торий Th.

По-голямата част от атмосферния криптон се е образувала в ранните етапи на еволюцията на Земята в резултат на разпадането на трансуранови елементи с феноменално кратък период на полуразпад или идва от космоса, съдържанието на криптон в който е десет милиона пъти по-високо, отколкото на Земята .

Ксенонът е резултат от деленето на уран, но по-голямата част от този газ е останал от ранните етапи на формирането на Земята, от първичната атмосфера.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата в резултат на вулканични изригвания и в процеса на разлагане на органична материя. Съдържанието му в атмосферата на средните географски ширини на Земята варира значително в зависимост от сезоните на годината: през зимата количеството на CO 2 се увеличава, а през лятото намалява. Това колебание е свързано с дейността на растенията, които използват въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза.

Водородът се образува в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Но, тъй като е най-лекият от газове, съставляващи атмосферата, той непрекъснато излиза в космоса и затова съдържанието му в атмосферата е много малко.

Водната пара е резултат от изпаряването на водата от повърхността на езера, реки, морета и сушата.

Концентрацията на основните газове в долните слоеве на атмосферата, с изключение на водните пари и въглеродния диоксид, е постоянна. В малки количества атмосферата съдържа серен оксид SO 2, амоняк NH 3, въглероден оксид CO, озон O 3, хлороводород HCl, флуороводород HF, азотен оксид NO, въглеводороди, живачни пари Hg, йод I 2 и много други. В долния атмосферен слой на тропосферата постоянно има голямо количество суспендирани твърди и течни частици.

Източници на прахови частици в земната атмосфера са вулканични изригвания, растителен прашец, микроорганизми, а напоследък и човешки дейности като изгарянето на изкопаеми горива в производствените процеси. Най-малките прахови частици, които са ядрата на кондензацията, са причините за образуването на мъгли и облаци. Без твърди частици, които постоянно присъстват в атмосферата, валежите не биха паднали на Земята.

Структурата и съставът на земната атмосфера, трябва да се каже, не винаги са били постоянни стойности в един или друг период от развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, която има обща "дебелина" от 1,5-2,0 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения, тук се формират времето, валежите и климатичните условия. Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните райони (там - до 15 км). В тропосферата се наблюдава постепенно намаляване на температурата, приблизително 6,4 ° C с всеки километър надморска височина. Тази цифра може да се различава за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

Азот - около 78 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

Въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единична композиция до височина до 90 километра

Освен това тук могат да се намерят прах, водни капчици, водна пара, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и др. Този състав на земната атмосфера се наблюдава до приблизително деветдесет километра височина, така че въздухът е приблизително еднакъв по химичен състав не само в тропосферата, но и в горните слоеве. Но там атмосферата е коренно различна. физични свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Какви други елементи има в земната атмосфера? Като процент (по обем, в сух въздух), газове като криптон (около 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), водород (5,0 x 10 -5), метан (около 1,7 x 10 - 4), азотен оксид (5,0 х 10 -5) и др. По отношение на масовия процент на изброените компоненти най-много са азотният оксид и водородът, следвани от хелия, криптона и др.

Физически свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с нейната привързаност към повърхността на планетата. Оттук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се изпраща обратно нагоре, включително процесите на топлопроводимост и конвекция. Ето защо температурата пада с отдалечаване от земната повърхност. Такова явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата остава практически непроменена до маркировката от 34-35 km, а след това отново има повишаване на температурите до височини от 50 километра (горна граница на стратосферата). Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 km), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° C и по-долу. Над полюсите тропопаузата се "загрява" през лятото до минус 45°C, през зимата температурите тук се колебаят около -65°C.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Има относително малко от него близо до повърхността (десет до минус шеста степен на процент), тъй като газът се образува под въздействието на слънчева светлина от атомен кислород в горните части на атмосферата. По-специално, по-голямата част от озона е на височина от около 25 км, а целият "озонов екран" е разположен в области от 7-8 км в района на полюсите, от 18 км на екватора и до петдесет километра като цяло над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха в земната атмосфера играе много важна роля за опазването на живота, тъй като индивидът химични елементии композиции успешно ограничават достъпа на слънчевата радиация до земната повърхност и хората, животните и растенията, живеещи върху нея. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички диапазони на инфрачервено лъчение, с изключение на дължини в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът, от друга страна, абсорбира ултравиолетовите лъчи до дължина на вълната 3100 A. Без неговия тънък слой (средно 3 mm, ако е поставен на повърхността на планетата), само вода на дълбочина над 10 метра и подземни пещери, където слънчевата радиация не достига, могат да бъдат обитавани. .

Нула по Целзий в стратопауза

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой – стратопаузата. Тя приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и тук се наблюдава относително комфортна температура за човека - около 0°C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 km и завършва на височина 80-90 km), отново има спад на температурата с увеличаване на разстоянието от земната повърхност (до минус 70-80 ° ° С). В мезосферата метеорите обикновено изгарят напълно.

В термосферата - плюс 2000 К!

Химичният състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от височини от около 85-90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенното нагряване на слоеве от много разреден "въздух" под въздействието на слънчевите лъчи. радиация. В тази част на "въздушната покривка" на планетата се появяват температури от 200 до 2000 К, които се получават във връзка с йонизацията на кислорода (над 300 km е атомният кислород), както и рекомбинацията на кислородните атоми в молекули , придружено от отделяне на голямо количество топлина. Термосферата е мястото, където произхождат сиянията.

Над термосферата е екзосферата – външният слой на атмосферата, от който светлината и бързо движещите се водородни атоми могат да избягат в космоса. Химическият състав на земната атмосфера тук е представен повече от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните и почти изключително водородни атоми в горните. Тук преобладават високи температури - около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се е образувала земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв състав на атмосферата. Общо има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета в процеса на натрупване от протопланетен облак. Днес обаче тази теория е обект на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера трябва да е била унищожена от слънчевия „вятър“ от звезда в нашата планетарна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да останат в зоната на формиране на планети като земната група поради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както се предполага от втората хипотеза, може да се формира поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, пристигнали от околностите на Слънчевата система в ранните етапи на развитие. Доста е трудно да се потвърди или опровергае тази концепция.

Експериментирайте в IDG RAS

Най-правдоподобна е третата хипотеза, която смята, че атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди около 4 милиарда години. Тази концепция е тествана в Института по геология и геохимия на Руската академия на науките в хода на експеримент, наречен "Царев 2", при нагряване на проба от метеоритно вещество във вакуум. Тогава е регистрирано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и т. н. Ето защо учените основателно приемат, че химическият състав на първичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, флуороводород пара (HF), газ въглероден оксид (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячна пара (NH 3), аргон и др. Водните пари от първичната атмосфера участваха в образуването на хидросферата, въглеродният диоксид се оказа по-свързано състояние в органичната материя и скалите, азотът премина в състава на съвременния въздух, както и отново в седиментните скали и органичната материя.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил на съвременните хора да бъдат в нея без дихателни апарати, тъй като тогава не е имало кислород в необходимите количества. Този елемент се е появил в значителни количества преди милиард и половина години, както се смята, във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелените и други водорасли, които са най-старите жители на нашата планета.

Кислород минимум

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти аноксичен, се посочва от факта, че в най-древните (катарчийски) скали се намира лесно окислен, но не окислен графит (въглерод). Впоследствие се появяват така наречените лентови железни руди, които включват междинни слоеве от обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата на мощен източник на кислород в молекулярна форма. Но тези елементи се срещат само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват като малки острови в аноксична пустиня), докато останалата част от света е била анаеробна. Последното се подкрепя от факта, че лесно окисляемият пирит е открит под формата на обработени от потока камъчета без следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, възгледът се е развил, че атмосферата от предкамбрия съдържа по-малко от един процент кислород от днешния състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се състоя „кислородната революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което 38 могат да бъдат получени от една хранителна молекула (глюкоза), а не две (както при анаеробно дишане) енергийни единици. Съставът на земната атмосфера по отношение на кислорода започна да надвишава един процент от съвременния и започна да се появява озонов слой, предпазващ организмите от радиация. Именно от нея са „скрити“ под дебели черупки, например, такива древни животни като трилобитите. От тогава до нашето време съдържанието на основния „дихателен” елемент постепенно и бавно се увеличава, осигурявайки разнообразно развитие на формите на живот на планетата.

Атмосферата е смес от различни газове. Той се простира от повърхността на Земята до височина до 900 км, като предпазва планетата от вредния спектър на слънчевата радиация и съдържа газове, необходими за целия живот на планетата. Атмосферата улавя топлината на слънцето, затопляйки близо до земната повърхност и създавайки благоприятен климат.

Състав на атмосферата

Земната атмосфера се състои основно от два газа – азот (78%) и кислород (21%). Освен това съдържа примеси от въглероден диоксид и други газове. в атмосферата съществува под формата на пара, капки влага в облаци и ледени кристали.

Слоеве на атмосферата

Атмосферата се състои от много слоеве, между които няма ясни граници. Температурите на различните слоеве се различават значително една от друга.

• безвъздушна магнитосфера. Повечето от земните спътници летят тук извън земната атмосфера.
• Екзосфера (450-500 км от повърхността). Почти не съдържа газове. Някои метеорологични спътници летят в екзосферата. Термосферата (80-450 км) се характеризира с достигане на високи температури горен слой 1700°С.
• Мезосфера (50-80 км). В тази сфера температурата пада с увеличаване на надморската височина. Именно тук изгарят повечето метеорити (фрагменти от космически скали), които влизат в атмосферата.
• Стратосфера (15-50 км). Съдържа озонов слой, тоест слой от озон, който абсорбира ултравиолетовото лъчение от слънцето. Това води до повишаване на температурата близо до земната повърхност. Тук обикновено летят реактивни самолети, като видимостта в този слой е много добра и почти няма смущения, причинени от метеорологични условия.
• Тропосфера. Височината варира от 8 до 15 км от земната повърхност. Именно тук се формира времето на планетата, тъй като през този слой съдържа най-много водни пари, прах и ветрове. Температурата намалява с отдалечаване от земната повърхност.

Атмосферно налягане

Въпреки че не го усещаме, слоевете на атмосферата оказват натиск върху повърхността на Земята. Най-високата е близо до повърхността и с отдалечаването от нея тя постепенно намалява. Зависи от температурната разлика между сушата и океана и следователно в райони, разположени на една и съща височина над морското равнище, често има различно налягане. Ниското налягане води до влажно време, докато високото налягане обикновено определя ясно време.

Движението на въздушните маси в атмосферата

И наляганията причиняват смесване на долната атмосфера. Така духат ветровете от районите високо наляганев ниската зона. В много региони се появяват и местни ветрове, причинени от разликите в температурите на сушата и морето. Планините също оказват значително влияние върху посоката на ветровете.

Парниковия ефект

Въглеродният диоксид и други газове в земната атмосфера улавят слънчевата топлина. Този процес обикновено се нарича парников ефект, тъй като в много отношения е подобен на циркулацията на топлина в оранжериите. Парниковият ефект причинява глобалното затопляне на планетата. В райони с високо налягане - антициклони - се установява ясно слънчево такова. В регионите ниско налягане- циклони - обикновено има нестабилно време. Топлина и светлина навлизат в атмосферата. Газовете улавят топлината, отразена от земната повърхност, като по този начин причиняват повишаване на температурата на земята.

В стратосферата има специален озонов слой. Озонът блокира по-голямата част от ултравиолетовото лъчение от Слънцето, предпазвайки Земята и целия живот на нея от нея. Учените са установили, че причината за разрушаването на озоновия слой са специални газове хлорфлуоровъглероден диоксид, съдържащи се в някои аерозоли и хладилно оборудване. Над Арктика и Антарктида са открити огромни дупки в озоновия слой, които допринасят за увеличаване на количеството ултравиолетова радиация, засягаща земната повърхност.

Озонът се образува в долните слоеве на атмосферата в резултат между слънчевата радиация и различни отработени газове и газове. Обикновено се разпръсква в атмосферата, но ако се образува затворен слой студен въздух под слой топъл въздух, озонът се концентрира и възниква смог. За съжаление, това не може да компенсира загубата на озон в озоновите дупки.

Сателитното изображение ясно показва дупка в озоновия слой над Антарктида. Размерът на дупката варира, но учените смятат, че тя непрекъснато се увеличава. Правят се опити за намаляване на нивото на отработените газове в атмосферата. Намалете замърсяването на въздуха и използвайте бездимни горива в градовете. Смогът причинява дразнене на очите и задавяне при много хора.

Появата и еволюцията на земната атмосфера

Съвременната атмосфера на Земята е резултат от дълго еволюционно развитие. Възникна в резултат на съвместното действие на геоложки фактори и жизнената дейност на организмите. През цялата геоложка история земната атмосфера е преминала през няколко дълбоки пренареждания. Въз основа на геоложки данни и теоретични (предпоставки), първичната атмосфера на младата Земя, съществувала преди около 4 милиарда години, може да се състои от смес от инертни и благородни газове с малка добавка на пасивен азот (Н. А. Ясаманов, 1985 г. ; AS Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. В момента възгледът за състава и структурата на ранната атмосфера е малко променен. Първичната атмосфера (протоатмосфера) е на най-ранния протопланетен етап. 4,2 милиарда години , може да се състои от смес от метан, амоняк и въглероден диоксид. В резултат на дегазирането на мантията и активните процеси на изветряне, протичащи на земната повърхност, водни пари, въглеродни съединения под формата на CO 2 и CO, сяра и нейните съединенията започнаха да навлизат в атмосферата, както и силни халогенни киселини - HCI, HF, HI и борна киселина, които са допълнени с метан, амоняк, водород, аргон и някои други благородни газове в атмосферата. Тази първична атмосфера беше изключително разредена. Следователно температурата близо до земната повърхност е била близка до температурата на радиационното равновесие (AS Monin, 1977).

С течение на времето газовият състав на първичната атмосфера започва да се трансформира под влиянието на изветряването на скалите, които стърчат на земната повърхност, жизнената активност на цианобактериите и синьо-зелените водорасли, вулканичните процеси и действието на слънчевата светлина. Това доведе до разлагането на метана на въглероден диоксид, амоняка - на азот и водород; въглероден диоксид започва да се натрупва във вторичната атмосфера, която бавно се спуска към земната повърхност, и азот. Благодарение на жизнената активност на синьо-зелените водорасли, кислородът започва да се произвежда в процеса на фотосинтеза, който обаче в началото се изразходва главно за „окисляване на атмосферни газове, а след това и скали. В същото време амонякът, окислен до молекулен азот, започва интензивно да се натрупва в атмосферата. Предполага се, че значителна част от азота в съвременната атмосфера е реликт. Метанът и въглеродният оксид се окисляват до въглероден диоксид. Сярата и сероводородът се окисляват до SO 2 и SO 3, които поради високата си подвижност и лекота бързо се отстраняват от атмосферата. Така атмосферата от редуцираща, каквато е била през архея и ранния протерозой, постепенно се превръща в окисляваща.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата както в резултат на окисление на метан, така и в резултат на дегазиране на мантията и изветряне на скалите. В случай, че целият въглероден диоксид, освободен през цялата история на Земята, остане в атмосферата, неговото парциално налягане може да стане същото като на Венера (О. Сорохтин, С. А. Ушаков, 1991). Но на Земята процесът беше обратен. Значителна част от въглеродния диоксид от атмосферата се разтваря в хидросферата, в която се използва от водните организми за изграждане на техните черупки и биогенно се превръща в карбонати. Впоследствие от тях се образуват най-мощните пластове от хемогенни и органогенни карбонати.

Кислородът се доставя в атмосферата от три източника. Дълго време, започвайки от момента на образуването на Земята, той се отделя при дегазирането на мантията и се изразходва основно за окислителни процеси.Друг източник на кислород е фотодисоциацията на водните пари от твърдата ултравиолетова слънчева радиация. изяви; свободният кислород в атмосферата доведе до смъртта на повечето от прокариотите, които са живели в редуциращи условия. Прокариотните организми са променили местообитанията си. Те оставиха повърхността на Земята до нейните дълбини и региони, където все още бяха запазени редуциращите условия. Те бяха заменени от еукариоти, които започнаха енергично да преработват въглеродния диоксид в кислород.

През архея и значителна част от протерозоя почти целият кислород, възникващ както абиогенно, така и биогенно, е изразходван главно за окисляване на желязо и сяра. До края на протерозоя цялото метално двувалентно желязо, което е било на земната повърхност, или се окислява, или се премества в земното ядро. Това доведе до факта, че парциалното налягане на кислорода в ранната протерозойска атмосфера се промени.

В средата на протерозоя концентрацията на кислород в атмосферата достига точката Ури и възлиза на 0,01% от сегашното ниво. От това време кислородът започва да се натрупва в атмосферата и вероятно вече в края на Рифея съдържанието му достига точката на Пастьор (0,1% от сегашното ниво). Възможно е озоновият слой да е възникнал през вендския период и тогава никога да не е изчезнал.

Появата на свободен кислород в земната атмосфера стимулира еволюцията на живота и води до появата на нови форми с по-съвършен метаболизъм. Ако по-ранните еукариотни едноклетъчни водорасли и цианиди, които се появяват в началото на протерозоя, изискват съдържание на кислород във водата само 10 -3 от съвременната й концентрация, то с появата на нескелетни метазои в края на ранния венд, т.е. преди около 650 милиона години концентрацията на кислород в атмосферата е трябвало да бъде много по-висока. В крайна сметка Metazoa използва кислородно дишане и това изисква парциалното налягане на кислорода да достигне критично ниво - точката на Пастьор. В този случай процесът на анаеробна ферментация беше заменен от енергийно по-обещаващ и прогресивен кислороден метаболизъм.

След това по-нататъшното натрупване на кислород в земната атмосфера се случи доста бързо. Прогресивното увеличаване на обема на синьо-зелените водорасли допринесе за постигането в атмосферата на нивото на кислород, необходимо за поддържането на живота на животинския свят. Известно стабилизиране на съдържанието на кислород в атмосферата е настъпило от момента, в който растенията са излезли на сушата - преди около 450 милиона години. Появата на растения на сушата, настъпила през силурийския период, доведе до окончателното стабилизиране на нивото на кислород в атмосферата. От това време концентрацията му започва да се колебае в доста тесни граници, като никога не надхвърля съществуването на живот. Концентрацията на кислород в атмосферата се е стабилизирала напълно след появата на цъфтящи растения. Това събитие се случва в средата на периода Креда, т.е. преди около 100 милиона години.

Основната част от азота се е образувала в ранните етапи на развитието на Земята, главно поради разлагането на амоняка. С появата на организмите, процесът на свързване на атмосферния азот в органична материяи заравяне в морски седименти. След освобождаването на организмите на сушата, азотът започва да се заравя в континенталните седименти. Процесите на преработка на свободния азот се засилват особено с появата на сухоземните растения.

На границата на криптозоя и фанерозоя, т.е. преди около 650 милиона години, съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата намаля до десети от процента и едва наскоро достигна съдържание, близко до сегашното ниво, около 10-20 милиона преди години.

По този начин газовият състав на атмосферата не само осигурява жизнено пространство на организмите, но и определя характеристиките на тяхната жизнена дейност, насърчава заселването и еволюцията. Получените неуспехи в разпределението на благоприятния за организмите газов състав на атмосферата, както поради космически, така и планетарни причини, доведоха до масово изчезване на органичния свят, което многократно се случваше през криптозоя и на определени граници на фанерозойската история.

Етносферни функции на атмосферата

Земната атмосфера осигурява необходимото вещество, енергия и определя посоката и скоростта на метаболитните процеси. Газовият състав на съвременната атмосфера е оптимален за съществуването и развитието на живота. Като зона на формиране на времето и климата, атмосферата трябва да създава комфортни условия за живот на хора, животни и растителност. Отклонения в една или друга посока в качеството на атмосферния въздух и метеорологични условиясъздават екстремни условия за живота на животното и флора, включително за хората.

Атмосферата на Земята не само осигурява условия за съществуване на човечеството, като е основният фактор в еволюцията на етносферата. В същото време се оказва енергиен и суровинен ресурс за производство. Като цяло атмосферата е фактор, опазващ човешкото здраве, а някои райони, поради физико-географските условия и качеството на атмосферния въздух, служат като зони за отдих и са зони, предназначени за санаториално лечение и отдих на хората. Така атмосферата е фактор за естетическо и емоционално въздействие.

Етносферните и техносферните функции на атмосферата, определени съвсем наскоро (Е. Д. Никитин, Н. А. Ясаманов, 2001), се нуждаят от самостоятелно и задълбочено изследване. По този начин изследването на атмосферните енергийни функции е много актуално както от гледна точка на възникването и функционирането на процеси, които увреждат околната среда, така и от гледна точка на въздействието върху здравето и благосъстоянието на човека. В този случай говорим за енергията на циклони и антициклони, атмосферни вихри, атмосферно налягане и други екстремни атмосферни явления, чието ефективно използване ще допринесе за успешното решаване на проблема с получаването на незамърсяващи заобикаляща средаалтернативни източници на енергия. В крайна сметка въздушната среда, особено тази част от нея, която се намира над Световния океан, е зона за освобождаване на колосално количество безплатна енергия.

Например, установено е, че тропическите циклони средна якостсамо за ден те отделят енергия, еквивалентна на енергията на 500 хиляди атомни бомби, хвърлени над Хирошима и Нагасаки. За 10 дни от съществуването на такъв циклон се отделя достатъчно енергия, за да задоволи всички енергийни нужди на страна като САЩ в продължение на 600 години.

IN последните годиниПубликувани са голям брой трудове на природо-учени, по един или друг начин, засягащи различни аспекти на дейността и влиянието на атмосферата върху земните процеси, което показва засилване на интердисциплинарните взаимодействия в съвременното природознание. В същото време се проявява интегриращата роля на някои негови направления, сред които е необходимо да се отбележи функционално-екологичното направление в геоекологията.

Това направление стимулира анализа и теоретичното обобщение на екологичните функции и планетарната роля на различните геосфери, а това от своя страна е важна предпоставка за развитието на методологията и научните основи за цялостно изследване на нашата планета, рационално използванеи опазването на неговите природни ресурси.

Земната атмосфера се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, йоносфера и екзосфера. В горната част на тропосферата и в долната част на стратосферата има слой, обогатен с озон, наречен озонов слой. Установени са определени (дневни, сезонни, годишни и др.) закономерности в разпределението на озона. Още от създаването си атмосферата оказва влияние върху хода на планетарните процеси. Първичният състав на атмосферата е напълно различен от сегашния, но с течение на времето съотношението и ролята на молекулния азот постоянно нарастват, преди около 650 милиона години се появява свободен кислород, чието количество непрекъснато нараства, но концентрацията на въглероден диоксид съответно намалява . Високата подвижност на атмосферата, газовият й състав и наличието на аерозоли определят нейната изключителна роля и активно участие в различни геоложки и биосферни процеси. Голяма е ролята на атмосферата в преразпределението слънчева енергияи развитието на катастрофални природни явления и бедствия. Атмосферните вихри – торнадо (торнадо), урагани, тайфуни, циклони и други явления оказват негативно влияние върху органичния свят и природните системи. Основните източници на замърсяване, наред с природните фактори, са различни форми на човешка стопанска дейност. Антропогенните въздействия върху атмосферата се изразяват не само в появата на различни аерозоли и парникови газове, но и в увеличаване на количеството на водните пари и се проявяват под формата на смог и киселинни дъждове. Парниковите газове се променят температурен режимЗемната повърхност, емисиите на определени газове намаляват обема на озоновия слой и допринасят за образуването на озонови дупки. Етносферната роля на земната атмосфера е голяма.

Ролята на атмосферата в природните процеси

Повърхностната атмосфера в междинно състояние между литосферата и космическото пространство и газовият й състав създава условия за живот на организмите. В същото време изветряването и интензивността на разрушаването на скалите, пренасянето и натрупването на детритен материал зависят от количеството, естеството и честотата на валежите, от честотата и силата на ветровете и особено от температурата на въздуха. Атмосферата е централният компонент на климатичната система. Температура и влажност на въздуха, облачност и валежи, вятър - всичко това характеризира времето, тоест непрекъснато променящото се състояние на атмосферата. В същото време същите тези компоненти характеризират и климата, т.е. средния дългосрочен метеорологичен режим.

Съставът на газовете, наличието на облаци и различни примеси, които се наричат ​​аерозолни частици (пепел, прах, частици от водни пари), определят характеристиките на преминаването на слънчевата радиация през атмосферата и предотвратяват изпускането на топлинната радиация на Земята в космическото пространство.

Земната атмосфера е много подвижна. Възникващите в него процеси и промените в неговия газов състав, дебелина, облачност, прозрачност и наличието на определени аерозолни частици в него влияят както на времето, така и на климата.

Действието и посоката на природните процеси, както и животът и дейността на Земята се определят от слънчевата радиация. Той дава 99,98% от топлината, идваща на земната повърхност. Годишно прави 134*10 19 kcal. Това количество топлина може да се получи чрез изгаряне на 200 милиарда тона въглища. Запасите от водород, които създават този поток от термоядрена енергия в масата на Слънцето, ще бъдат достатъчни за поне още 10 милиарда години, тоест за период, два пъти по-дълъг от съществуването на самата планета.

Около 1/3 от общото количество слънчева енергия, влизаща в горната граница на атмосферата, се отразява обратно в световното пространство, 13% се абсорбира озонов слой(включително почти цялото ултравиолетово лъчение). 7% - останалата част от атмосферата и само 44% достига до земната повърхност. Общата слънчева радиация, достигаща до Земята за един ден, е равна на енергията, която човечеството е получило в резултат на изгарянето на всички видове гориво през последното хилядолетие.

Количеството и характерът на разпределението на слънчевата радиация върху земната повърхност са тясно зависими от облачността и прозрачността на атмосферата. Количеството на разсеяната радиация се влияе от височината на Слънцето над хоризонта, прозрачността на атмосферата, съдържанието на водни пари, прах, общото количество въглероден диоксид и др.

Максималното количество разсеяна радиация попада в полярните области. Колкото по-ниско е Слънцето над хоризонта, толкова по-малко топлина влиза в дадена област.

Атмосферната прозрачност и облачността са от голямо значение. В облачен летен ден обикновено е по-студено, отколкото в ясен, тъй като дневните облаци не позволяват на земната повърхност да се нагрява.

Съдържанието на прах в атмосферата играе важна роля в разпределението на топлината. Фино диспергираните твърди частици прах и пепел в него, които влияят на неговата прозрачност, влияят неблагоприятно на разпределението на слънчевата радиация, по-голямата част от която се отразява. Фините частици навлизат в атмосферата по два начина: те са или пепел, отделена по време на вулканични изригвания, или пустинен прах, пренесен от ветрове от сухи тропически и субтропични региони. Особено много такъв прах се образува по време на суша, когато се пренася в горните слоеве на атмосферата от потоци топъл въздух и може да остане там за дълго време. След изригването на вулкана Кракатау през 1883 г. прахът, хвърлен на десетки километри в атмосферата, остава в стратосферата за около 3 години. В резултат на изригването на вулкана Ел Чичон (Мексико) през 1985 г. прахът достига Европа и следователно има леко понижение на повърхностните температури.

Земната атмосфера съдържа променливо количество водна пара. В абсолютно изражение, тегловно или обемно, количеството му варира от 2 до 5%.

Водната пара, подобно на въглеродния диоксид, засилва парниковия ефект. В облаците и мъглите, които възникват в атмосферата, протичат своеобразни физико-химични процеси.

Основният източник на водна пара в атмосферата е повърхността на океаните. От него ежегодно се изпарява слой вода с дебелина от 95 до 110 см. Част от влагата се връща в океана след кондензация, а другата се насочва към континентите чрез въздушни течения. В райони с променлив влажен климат валежите овлажняват почвата, а във влажни райони създават резерви подземни води. Така атмосферата е акумулатор на влага и резервоар на валежи. и мъглите, които се образуват в атмосферата, осигуряват влага на почвената покривка и по този начин играят решаваща роля в развитието на животинския и растителния свят.

Атмосферната влага се разпределя по земната повърхност поради подвижността на атмосферата. Има много сложна система от ветрове и разпределение на налягането. Поради факта, че атмосферата е в постоянно движение, естеството и степента на разпределение на ветровите потоци и налягането непрекъснато се променят. Скалите на циркулацията варират от микрометеорологични, с размери само няколкостотин метра, до глобални, с размери от няколко десетки хиляди километра. Огромни атмосферни вихри участват в създаването на системи от мащабни въздушни течения и определят общата циркулация на атмосферата. Освен това те са източници на катастрофални атмосферни явления.

Разпределението на метеорологичните и климатичните условия и функционирането на живата материя зависят от атмосферното налягане. В случай, че атмосферното налягане се колебае в малки граници, то не играе решаваща роля за благосъстоянието на хората и поведението на животните и не засяга физиологичните функции на растенията. По правило фронталните явления и промените на времето са свързани с промени в налягането.

Атмосферното налягане е от основно значение за образуването на вятъра, който като релефообразуващ фактор оказва най-силно въздействие върху флората и фауната.

Вятърът е в състояние да потиска растежа на растенията и в същото време насърчава пренасянето на семена. Ролята на вятъра във формирането на метеорологичните и климатичните условия е голяма. Той също така действа като регулатор на морските течения. Вятърът като един от екзогенните фактори допринася за ерозията и дефлацията на изветрения материал на дълги разстояния.

Екологична и геоложка роля на атмосферните процеси

Намаляването на прозрачността на атмосферата поради появата на аерозолни частици и твърд прах в нея влияе върху разпределението на слънчевата радиация, увеличавайки албедото или отразяващата способност. Различни химични реакции водят до същия резултат, причинявайки разлагането на озона и генерирането на "перлени" облаци, състоящи се от водна пара. Глобалната промяна в отразяващата способност, както и промените в газовия състав на атмосферата, главно парниковите газове, са причина за изменението на климата.

Неравномерно нагряване, което причинява разлики в атмосферното налягане по-горе различни секцииземната повърхност, води до атмосферна циркулация, която е отличителен белег на тропосферата. Когато има разлика в налягането, въздухът се втурва от зони с високо налягане към зони с ниско налягане. Тези движения въздушни масизаедно с влажността и температурата определят основните екологични и геоложки особености на атмосферните процеси.

В зависимост от скоростта вятърът произвежда различни геоложки работи на земната повърхност. Със скорост 10 m/s разклаща дебели клони на дърветата, вдига и носи прах и фин пясък; чупи клони на дървета със скорост 20 m/s, пренася пясък и чакъл; при скорост 30 m/s (буря) откъсва покривите на къщи, изкоренява дървета, чупи стълбове, мести камъчета и носи дребен чакъл, а ураган със скорост 40 m/s разрушава къщи, чупи и събаря електропровода стълбове, изкоренява големи дървета.

Шквалови бури и торнадо (торнадо) имат голямо негативно въздействие върху околната среда с катастрофални последици - атмосферни вихри, които се появяват през топлия сезон върху мощни атмосферни фронтове със скорост до 100 m/s. Шквалите са хоризонтални вихри със скорости на ураганен вятър (до 60-80 m/s). Те често са придружени от силни валежи и гръмотевични бури с продължителност от няколко минути до половин час. Шривовете обхващат райони с ширина до 50 км и изминават разстояние от 200-250 км. Силна буря в Москва и Московска област през 1998 г. повреди покривите на много къщи и събори дървета.

Торнадо, извикани Северна АмерикаТорнадото са мощни атмосферни вихри с форма на фуния, често свързани с гръмотевични облаци. Това са колони от въздух, стесняващи се в средата с диаметър от няколко десетки до стотици метра. Торнадото има вид на фуния, много подобна на хобота на слон, спускаща се от облаците или издигаща се от повърхността на земята. Притежавайки силно разреждане и висока скорост на въртене, торнадото изминава до няколкостотин километра, изтегляйки прах, вода от резервоари и различни предмети. Мощните торнадо са придружени от гръмотевични бури, дъжд и имат голяма разрушителна сила.

Торнадото рядко се появяват в субполярни или екваториални райони, където постоянно е студено или горещо. Малко торнадо в открития океан. Торнадо се срещат в Европа, Япония, Австралия, САЩ, а в Русия са особено чести в района на Централна Черна Земя, в районите на Москва, Ярославъл, Нижни Новгород и Иваново.

Торнадото повдига и мести коли, къщи, вагони, мостове. Особено разрушителни торнадо (торнадо) се наблюдават в САЩ. Годишно се регистрират между 450 и 1500 торнадо със средно около 100 жертви. Торнадото са бързодействащи катастрофални атмосферни процеси. Те се образуват само за 20-30 минути, а времето им на съществуване е 30 минути. Следователно е почти невъзможно да се предвиди времето и мястото на възникване на торнадото.

Други разрушителни, но дълготрайни атмосферни вихри са циклоните. Те се образуват поради спадане на налягането, което при определени условия допринася за възникването на кръгово движение на въздушните потоци. Атмосферните вихри възникват около мощни възходящи течения от влажен топъл въздух и се въртят с висока скорост по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо. Циклоните, за разлика от торнадото, възникват над океаните и произвеждат разрушителните си действия над континентите. Основните разрушителни фактори са силни ветрове, интензивни валежи под формата на снеговалеж, валежи, градушка и наводнения. Ветровете със скорост 19 - 30 m / s образуват буря, 30 - 35 m / s - буря и повече от 35 m / s - ураган.

Тропическите циклони - урагани и тайфуни - имат средна ширина от няколкостотин километра. Скоростта на вятъра вътре в циклона достига сила на урагана. Тропическите циклони продължават от няколко дни до няколко седмици, като се движат със скорост от 50 до 200 км/ч. Циклоните на средната ширина имат по-голям диаметър. Напречните им размери варират от хиляда до няколко хиляди километра, скоростта на вятъра е бурна. Те се движат в северното полукълбо от запад и са придружени от градушка и снеговалеж, които са катастрофални. Циклоните и свързаните с тях урагани и тайфуни са най-големите природни бедствия след наводненията по отношение на броя на жертвите и причинените щети. В гъсто населените райони на Азия броят на жертвите по време на урагани се измерва в хиляди. През 1991 г. в Бангладеш, по време на ураган, който предизвика образуването на морски вълни с височина 6 м, загинаха 125 хиляди души. Тайфуните нанасят големи щети на Съединените щати. В резултат на това загиват десетки и стотици хора. В Западна Европа ураганите причиняват по-малко щети.

Гръмотевичните бури се считат за катастрофално атмосферно явление. Те се появяват, когато топъл, влажен въздух се издига много бързо. На границата на тропическите и субтропичните зони гръмотевични бури се случват 90-100 дни в годината, в умерения пояс - 10-30 дни. У нас най-голям брой гръмотевични бури се срещат в Северен Кавказ.

Гръмотевичните бури обикновено продължават по-малко от час. Особена опасност представляват интензивни валежи, градушки, мълнии, пориви на вятъра и вертикални въздушни течения. Опасността от градушка се определя от размера на градушката. В Северен Кавказ масата на градушките някога е достигала 0,5 кг, а в Индия са отбелязани градушки с тегло 7 кг. Най-опасните зони у нас се намират в Северен Кавказ. През юли 1992 г. градушка повреди 18 самолета на летище Минерални води.

Светкавицата е опасно метеорологично явление. Те убиват хора, добитък, предизвикват пожари, повреждат електрическата мрежа. Около 10 000 души умират всяка година от гръмотевични бури и последиците от тях в световен мащаб. Освен това в някои части на Африка, във Франция и Съединените щати, броят на жертвите от мълния е по-голям, отколкото от други природни феномени. Годишните икономически щети от гръмотевични бури в Съединените щати са най-малко 700 милиона долара.

Засушаването е характерно за пустинните, степните и лесостепните райони. Липсата на валежи води до изсъхване на почвата, понижаване на нивото подземни водии в резервоари, докато изсъхнат напълно. Дефицитът на влага води до загиване на растителността и посевите. Сушите са особено тежки в Африка, Близкия и Близкия изток, Централна Азия и Южна Северна Америка.

Сушите променят условията на човешкия живот, оказват неблагоприятно въздействие върху природната среда чрез процеси като засоляване на почвата, сухи ветрове, прашни бури, ерозия на почвата и горски пожари. Пожарите са особено силни по време на суша в районите на тайгата, тропическите и субтропичните гори и саваните.

Засушаването е краткотраен процес, който продължава един сезон. Когато сушата продължава повече от два сезона, съществува заплаха от глад и масова смъртност. Обикновено ефектът от сушата се простира до територията на една или повече страни. Особено често се случват продължителни засушавания с трагични последици в района на Сахел в Африка.

Атмосферни явления като снеговалежи, периодични обилни дъждове и продължителни продължителни дъждове причиняват големи щети. Снеговалежите предизвикват масивни лавини в планините, а бързото топене на падналия сняг и продължителните обилни дъждове водят до наводнения. Огромна маса вода, падаща върху земната повърхност, особено в безлесни райони, причинява тежка ерозия на почвената покривка. Наблюдава се интензивен растеж на дерново-гредовите системи. Наводненията възникват в резултат на големи наводнения по време на период на обилни валежи или наводнения след внезапно затопляне или пролетно снеготопене и следователно са атмосферни явления по произход (те са разгледани в главата за екологичната роля на хидросферата).

Антропогенни промени в атмосферата

В момента има много различни източници от антропогенна природа, които причиняват замърсяване на атмосферата и водят до сериозни нарушения на екологичното равновесие. По отношение на мащаба, два източника имат най-голямо въздействие върху атмосферата: транспортът и промишлеността. Средно транспортът представлява около 60% от общото количество замърсяване на атмосферата, индустрията - 15%, топлинната енергия - 15%, технологиите за унищожаване на битови и промишлени отпадъци - 10%.

Транспортът, в зависимост от използваното гориво и видовете окислители, отделя в атмосферата азотни оксиди, сяра, въглеродни оксиди и диоксиди, олово и неговите съединения, сажди, бензопирен (вещество от групата на полицикличните ароматни въглеводороди, което е силен канцероген, който причинява рак на кожата).

Промишлеността отделя серен диоксид, въглеродни оксиди и диоксиди, въглеводороди, амоняк, сероводород, сярна киселина, фенол, хлор, флуор и други съединения и химикали. Но доминиращата позиция сред емисиите (до 85%) заема прахът.

В резултат на замърсяването се променя прозрачността на атмосферата, в нея се появяват аерозоли, смог и киселинни дъждове.

Аерозолите са диспергирани системи, състоящи се от твърди частици или течни капчици, суспендирани в газообразна среда. Размерът на частиците на дисперсната фаза обикновено е 10 -3 -10 -7 см. В зависимост от състава на дисперсната фаза, аерозолите се разделят на две групи. Единият включва аерозоли, състоящи се от твърди частици, диспергирани в газообразна среда, вторият - аерозоли, които са смес от газообразна и течна фаза. Първите се наричат ​​димове, а вторите - мъгли. Кондензационните центрове играят важна роля в процеса на тяхното формиране. Като кондензационни ядра действат вулканична пепел, космически прах, продукти от промишлени емисии, различни бактерии и др. Броят на възможните източници на концентрационни ядра непрекъснато нараства. Така например, когато сухата трева е унищожена от пожар на площ от 4000 m 2, се образуват средно 11 * 10 22 аерозолни ядра.

Аерозолите започнаха да се образуват от момента на появата на нашата планета и повлияха на природните условия. Въпреки това, техният брой и действия, балансирани с общото движение на веществата в природата, не предизвикаха дълбоки екологични промени. Антропогенните фактори на тяхното формиране изместиха този баланс към значителни биосферни претоварвания. Тази особеност е особено изразена, откакто човечеството започва да използва специално създадени аерозоли както под формата на токсични вещества, така и за растителна защита.

Най-опасни за растителната покривка са аерозолите от серен диоксид, флуороводород и азот. При контакт с мокра повърхност на листата те образуват киселини, които имат пагубен ефект върху живите същества. Киселинните мъгли, заедно с вдишвания въздух, навлизат в дихателните органи на животните и хората и влияят агресивно на лигавиците. Някои от тях разграждат жива тъкан, а радиоактивните аерозоли причиняват рак. Сред радиоактивните изотопи SG 90 е особено опасен не само поради своята канцерогенност, но и като аналог на калция, замествайки го в костите на организмите, причинявайки тяхното разлагане.

По време на ядрени експлозии в атмосферата се образуват радиоактивни аерозолни облаци. Малки частици с радиус от 1 - 10 микрона попадат не само в горните слоеве на тропосферата, но и в стратосферата, в която могат да бъдат дълго време. Аерозолни облаци се образуват и по време на работа на реактори на промишлени предприятия, произвеждащи ядрено гориво, както и в резултат на аварии в атомни електроцентрали.

Смогът е смес от аерозоли с течни и твърди диспергирани фази, които образуват мъглива завеса над индустриални зони и големи градове.

Има три вида смог: леден, мокър и сух. Леденият смог се нарича Аляски. Това е комбинация от газообразни замърсители с добавка на прахови частици и ледени кристали, които се появяват, когато капчици мъгла и пара от отоплителните системи замръзват.

Мокър смог, или смог от лондонски, понякога се нарича зимен смог. Това е смес от газообразни замърсители (главно серен диоксид), прахови частици и капчици мъгла. Метеорологичната предпоставка за появата на зимен смог е тихото време, при което над повърхностния слой студен въздух (под 700 m) се намира слой топъл въздух. В същото време липсва не само хоризонтален, но и вертикален обмен. Замърсителите, които обикновено са разпръснати във високи слоеве, в този случай се натрупват в повърхностния слой.

Сух смог се появява в лятно времеи често се нарича смог от типа на Лос Анджелис. Това е смес от озон, въглероден окис, азотни оксиди и киселинни пари. Такъв смог се образува в резултат на разлагането на замърсители от слънчевата радиация, особено неговата ултравиолетова част. Метеорологичната предпоставка е атмосферната инверсия, която се изразява в появата на слой студен въздух над топлия. Газовете и твърдите частици, обикновено повдигани от токове на топъл въздух, след това се разпръскват в горните студени слоеве, но в този случай те се натрупват в инверсионния слой. В процеса на фотолиза азотните диоксиди, образувани по време на изгарянето на гориво в автомобилните двигатели, се разлагат:

NO 2 → NO + O

След това настъпва синтез на озон:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Процесите на фотодисоциация са придружени от жълто-зелено сияние.

Освен това, реакциите протичат според вида: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, т.е. образува се силна сярна киселина.

При промяна на метеорологичните условия (поява на вятър или промяна на влажността) студеният въздух се разсейва и смогът изчезва.

Наличието на канцерогени в смога води до дихателна недостатъчност, дразнене на лигавиците, нарушения на кръвообращението, астматично задушаване и често смърт. Смогът е особено опасен за малките деца.

Киселинният дъжд е атмосферни валежи, подкиселени от промишлени емисии на серни окиси, азотни оксиди и пари на перхлорна киселина и разтворен в тях хлор. В процеса на изгаряне на въглища и газ по-голямата част от сярата в него, както под формата на оксид, така и в съединения с желязо, по-специално в пирит, пиротин, халкопирит и др., се превръща в серен оксид, който заедно с въглерода диоксид се отделя в атмосферата. Когато атмосферният азот и промишлените емисии се комбинират с кислород, се образуват различни азотни оксиди, а обемът на образуваните азотни оксиди зависи от температурата на горене. Основната част от азотните оксиди се срещат при експлоатацията на моторни превозни средства и дизелови локомотиви, а по-малка част се среща в енергетиката и промишлените предприятия. Серните и азотните оксиди са основните киселинни образуващи. При взаимодействие с атмосферния кислород и водните пари в него се образуват сярна и азотна киселини.

Известно е, че алкално-киселинният баланс на средата се определя от стойността на рН. Неутралната среда има pH стойност 7, киселата среда има pH стойност 0, а алкалната среда има pH стойност 14. В съвременната епоха pH стойността на дъждовната вода е 5,6, въпреки че в близкото минало тя беше неутрален. Намаляването на стойността на pH с един съответства на десетократно повишаване на киселинността и следователно в момента дъждовете с повишена киселинност падат почти навсякъде. Максималната киселинност на дъждовете, регистрирана в Западна Европа, е 4-3,5 pH. Трябва да се има предвид, че стойността на pH, равна на 4-4,5, е фатална за повечето риби.

Киселинните дъждове имат агресивен ефект върху растителната покривка на Земята, върху промишлени и жилищни сгради и допринасят за значително ускоряване на изветряването на откритите скали. Повишаването на киселинността предотвратява саморегулирането на неутрализиране на почвите, в които се разтварят хранителните вещества. Това от своя страна води до рязко намаляване на добивите и причинява деградация на растителната покривка. Киселинността на почвата допринася за отделянето на тежки, които са в свързано състояние, които постепенно се абсорбират от растенията, причинявайки сериозно увреждане на тъканите в тях и прониквайки в хранителната верига на човека.

Промяната в алкално-киселинния потенциал на морските води, особено в плитките води, води до спиране на размножаването на много безгръбначни, причинява смъртта на рибите и нарушава екологичното равновесие в океаните.

В резултат на киселинните дъждове горите на Западна Европа, Балтийските държави, Карелия, Урал, Сибир и Канада са застрашени от смърт.