Экологические функции атмосферы

Приблизительный состав атмосферы

Элементы и газы	Содержание в нижних слоях атмосферы, % по объему	Содержание в нижних слоях атмосферы, % по массе
Азот ислород Аргон Неон Гелий риптон Водород Углекислый газ (в среднем) Водяной пар: в полярных широтах у экватора Озон: в тропосфере в стратосфере Метан Окись азота Окись углерода	78,084 20,946 0,934 0,0018 0,000524 0,000114 0,00005 0,034 0,2 2,6 0,000001 0,001-0,0001 0,00016 0,000001 Тысячные доли, в воздухе городов - до 0,000008	75,5 23,14 1,28 0,0012 0,00007 0,0003 0,000005 0,0466 - - - - 0,00009 0,0000003 0,0000078

Таким образом, мощность воздушной оболочки, защищающей жизнь на нашей планете от безжизненного космоса, по земным масштабам, значительна— 1,5 тыс. км, или около 1/4 радиуса Земли, по масштабам космическим ничтожна — составляет 1/100000 расстояния от Земли до Солнца. 3/4 воздуха сосредоточено в нижнем ее слое — тропосфере.
Плотность атмосферы существенно падает с высотой, но даже у самого уровня моря — около 0,001 г/см2, т. е. почти в 1000 раз меньше плотности воды — она, по житейским нашим меркам, вообще не укладывается в средства защиты. И тем не менее именно «невесомый» воздух — безотказная защита планеты от губительных для живого воздействия космоса. Пробить эту «броню» в состоянии лишь крупные, с исходной массой в десятки и сотни тонн метеориты — явление чрезвычайное.
Количество пыли в атмосфере зависит от интенсивности вулканизма, антропогенных выбросов и скорости осаждения частиц, поэтому трудно определимо. Состав атмосферы в среднем не меняется.

Атмосфера, воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с нею. Ат­мосфера — окружающая Землю газовая среда. Ее масса — около 5,5×10¹⁵т, или менее одной миллионной всей массы Земли. Тол­щина нижнего слоя атмосферы (тропосферы), содержащего око­ло 80% ее массы, — от 8 км в полярных широтах до 18 км в экваториальном поясе. В стратосфере, расположенной на высоте до 55 км над поверхностью, находится до 20% массы атмосферы. Сухой воздух у поверхности Земли содержит по объему 73% азота и 21% кислорода, малые дозы аргона и углекислого газа.

Атмосфера, со всех сторон окружающая земной шар, выполняет важнейшие функции, связанные с жизненными процессами, направленными на поддержание живых организмов. Атмосфера является важнейшим условием появления и развития жизни на Земле.

Атмосфера задерживает свыше половины энергии солнечного излучения, достигающего наружной ее границы. Коротковолно­вое и гамма-излучение, которые могли бы быть губительными для жизни на Земле, целиком поглощаются атмосферой (точнее, находящейся в ее верхних слоях ионосферой, а также слоем озона) и до поверхности Земли не доходят. Атмосфера защищает поверх­ность Земли и от падения метеоритов. Между атмосферой и по­верхностью Земли происходит постоянный тепло-, влаго- и га­зообмен, изменяется атмосферное давление, совершается цирку­ляция воздуха, что имеет большое значение для погоды.

В связи с наличием в атмосфере водяного пара и углекислого газа, она почти не пропускает теплового излучения, создавая так называемый «парниковый эффект» Увеличение содержания уг­лекислого газа в атмосфере в результате человеческой деятельности, процессов горения, в которых сжигается кислород и обра­зуются углекислый газ и другие газы, приводит к усилению «пар­никового эффекта», может вызвать повышение средней темпера­туры, угрожает таянием полярных льдов[1].

Атмосфера регулирует и такие важнейшие параметры в жизни всего живого, как темпера­тура, влажность, давление. Самой общей характеристикой состоя­ния атмосферы является климат. Формирование климата планеты определяется притоком солнечной энергии, особенностями строения подстилающей поверхности, интен­сивностью механизмов тепло-, влаго- и массообмена между различ­ными регионами Земли.

Влияние климата на здоровье человека, да и всех живых организ­мов, проявляется, прежде всего, в их тепловом состоянии, обусловленном теплообменом с окружающей средой. На процессы тер­морегуляции живых организмов существен­ное влияние оказывают темпера­тура и влажность воздуха, ветер. На­пример, внезапные изменения ветро­вого режима, атмосферного давления и температуры - рассматриваются как причины ухуд­шения состояния здоровья у большинства людей, т. н. метеозависимость.

Циклы кислорода, углерода, азо­та, воды обязательно проходят ат­мосферную стадию. Атмосфера — это гигантский резервуар, где раз­личные вещества накапливаются, а главное — благодаря такому ее свойству, как динамичность, распределяются с господствующи­ми ветрами по всему земному шару. Это позволяет обеспечить ин­тенсивность и скорость круговоро­та веществ в природе и поддержи­вать целостность природы Земли.

Для всего живого на Земле важ­ны основные физические и хими­ческие свойства атмосферы как час­ти природной среды. Давление атмо­сферы считается нормальным при величине у поверхности Земли 760,1 мм рт. ст. В пределах земного шара существуют постоянные облас­ти высокого и низкого давления, что обеспечивает динамику атмосферы и формирование системы господству­ющих ветров. Это обеспечивает вер­тикальное и горизонтальное переме­шивание воздуха, рассеивание и ас­симиляцию загрязняющих веществ. Когда загрязнители смешиваются с достаточно большими объемами воз­духа, их концентрация понижается вплоть до порогового уровня, ниже которого их отрицательное воздейст­вие не наблюдается[4].

Давление атмосферы мы не за­мечаем, хотя на каждого человека давит примерно около 12 т. возду­ха. Для нас ощутимы лишь откло­нения давления при подъеме на высоту (понижение), при погруже­нии в воду (повышение). В абсо­лютном вакууме гибель живого наступает мгновенно. Однако ис­чезновение или резкое уменьшение атмосферного давления нашей пла­нете не угрожает.

Прозрачность атмосферы имеет очень важное средообразующее значение. Именно от нее зави­сит проницаемость атмосферы для солнечных излучений видимых час­тей спектра. Количество (интенсив­ность) солнечной энергии определя­ет интенсивность фотосинтеза — единственного природного процесса фиксации солнечной энергии на Зем­ле. Установлено влияние прозрач­ности на тепловой баланс Земли. Современные изменения прозрачнос­ти атмосферы в значительной мере определяются антропогенным вли­янием, что уже привело к возник­новению ряда проблем.

Весьма существенное значение имеет состоя­ние газового баланса в ат­мосфере. Атмосфера в пределах тропосферы (до высоты 15—16 км), где заключено более 90% всей ее массы, состоит по объему из азота (78,09%), кисло­рода (20,96%), аргона (0,93%), уг­лекислого газа (0,03%); она содер­жит также весьма малые доли инертных газов и озона.

Атмосферный азот является гигант­ским источником первичного «сы­рья» как для деятельности азотфиксирующих микроорганизмов и водо­рослей, так и для промышленности азотистых удобрений.

Без кислорода невозможно дыха­ние, а значит, энергетика многокле­точных животных. Вместе с тем кислород - это продукт жизнедея­тельности, выделяемый фотосинтезирующими организмами. Накопление в ходе эволюции атмосферы и био­сферы всего 1% кислорода создало условия для бурного развития совре­менных форм жизни. При этом обра­зовался озоновый экран - защита от космических лучей высоких энергий. Однако происходит катастрофичес­кое уменьшение кислорода в атмо­сфере. За последние 10 лет количест­во его уменьшилось настолько, насколько уменьшилось за предыду­щие 10 тыс. лет сокраще­ния.

К серьезным последствиям может привести резкое сокращение кислорода в атмосфе­ре Его потеря вызвала бы неизбеж­ную замену аэробных форм жизни анаэробными.

Углекислого газа (диоксида уг­лерода) в атмосфере значительно меньше, чем кислорода и азота. Однако именно его увеличение за счет антропогенной деятельности сегодня волнует человечество. По данным Национальной исследова­тельской лаборатории США в г. Боулдере, штат Колорадо, в на­стоящее время количество СО в ат­мосфере Земли увеличивается на 10% каждые 20 лет. Имеется мно­го прогностических моделей буду­щего количества CO₂ в атмосфере. Выводы их различаются количест­венно, но факт роста CO₂ в атмо­сфере в нынешнем столетии признается всеми. Эти изменения, касаю­щиеся ничтожной (по масштабам атмосферы) величины нетоксично­го газа, вызывают глобальную эко­логическую проблему, связанную с изменением климата Земли. Повышение доли углекислого газа всего на 0,1% вызывает затруднение дыха­ния у животных, сказывается на здоровье человека.

В слое атмосферы от поверхнос­ти Земли до 70 км присутствует озон (О₃) — трехатомный кислород, возникающий в результате расщеп­ления молекул обычного кислоро­да и перераспределения его атомов. Название газу дал в 1840 г. швейцарский химик Шойбен. Пря­мой перевод с греческого означает «пахнущий». Озон называют атмо­сферным щитом всего живого, с ним связывают синеву неба и со­хранение благодатного тепла пла­неты. Однако ученые отмечают, что сам по себе озон, содержащийся в приземных слоях воздуха в высо­кой концентрации, например на предприятиях химической про­мышленности, при высоковольт­ных испытаниях, электросварке становится типичным промышлен­ным ядом. В этом вопросе уже существует общее мнение, что при концентрации в количестве 1—10 мг на 1 м³ озон действитель­но вызывает изменения в организ­ме. Изучение медико-биологичес­кого действия озона становится се­годня серьезной научной проб­лемой, прежде всего, потому, что расширяется его промышленное применение.

Опоясывающая Землю атмосфера, состоит, как известно, из множества различных слоев.

Каждый из таких слоев выполняет важные задачи, направленные на обеспечение полезных свойств живых организмов. В ходе исследования атмосферных слоев выяснилось, что каждый из них способен возвращать обратно вещества или лучи, достигшие его границ, либо в космическое пространство, либо к земной поверхности. Например, тропосфера, расположенная в 13-15 км от поверхности Земли, уплотняет массы водяного пора, поднимающиеся с земной поверхности, и возвращает их обратно на Землю в виде дождя. Озоновый слой атмосферы, т.е. озоносфера, расположенная на высоте 25 км от Земли, отражая идущие из космического пространства радиацию и вредные ультрафиолетовые лучи, возвращает их обратно, не позволяя пробиться к земной поверхности.

Рассматривая различные экологические функ­ции атмосферы Земли, можно сделать однозначный вывод, что жизнь на Земле без этой воздуш­ной оболочки была бы невозмож­на.

Дата добавления: 2015-04-24