Повітря як екологічний фактор. Будова і властивості атмосфери

Розподіл води гідросфери і активність водообміну її складових

Частина гідросфери	Об’єм води, ´10^3 км^3	Елемент балан-су, ´10^3 км^3/рік	Активність водообміну, рік
Світовий океан	1 370 000
Підземні води	60 000
Льодовики	24 000
Озера
Річки	1,2		0,030
Ґрунтова вода
Атмосферна волога			0,027
Вся гідросфера	1 454 000

В руслах річок міститься всього 1200 км³ води, але з врахуванням активності водообміну ця величина в річному циклі зростає ~ в 35 разів. Річкові води поновлюються в середньому кожні 11 діб, що свідчить про швидку їх поновлюваність. От чому річкова вода в природних умовах завжди практично прісна і є основним джерелом водних ресурсів. Із величини активності водообміну можна робити висновки про вміст солей у складових гідросфери. Чим швидше проходить поновлення води у водному джерелі, тим більш прісною буде вода в даному водному джерелі.

Як видно з представленої таблиці, запаси води на Землі величезні, проте це переважно солона вода Світового океану. Запаси прісної води, потреба людей у якій є особливо великою, незначні і вичерпні. Прісні води слід розглядати як найбільш цінний компонент гідросфери, що зумовлено широким їх використанням в житті людини. Проблема глобальних та регіональних балансів прісних вод суходолу виступає як одна з актуальних проблем гідрології. В багатьох місцях планети відчувається нестача її для зрошення, потреб промисловості, пиття та інших побутових потреб.

Ми живемо на дні великого повітряного океану – атмосфери. Повітряне середовище є однією з найбільш важливих складових частин біосфери – “живої” оболонки Землі. Існування флори і фауни, а також всього живого на Землі, в тому числі і людини, неможливо без повітря. Хоча загальна потужність повітряної оболонки досягає половини радіусу Землі, за космічними масштабами вона виглядає тонкою плівкою. Загальна вага атмосфери ~ 5,15´10¹⁵ т є надзвичайно мала – всього 1/1000000 ваги Землі, але захисні функції атмосфери переоцінити важко. Земне життя вразливе для космічних променів та потребує постійного і надійного захисту.

Характеризуючи атмосферу виділяють два основних аспекти:

- захисні функції атмосфери;

- повітря як середовище існування живих істот.

Повітряна оболонка Землі, як і будь-який зовнішній шар, здійснює захисні функції. Хоча за нашими міркуваннями атмосфера ніяк не вкладається в поняття засобу захисту, саме атмосфера – безвідмовна перешкода для згубного впливу космосу. Атмосфера надійно захищає планету від космічного та ультрафіолетового випромінювання, визначає загальний тепловий режим поверхні Землі, впливає на кліматичні умови, а через них – на режими річок, грунтово-рослинний шар та процеси рельєфоутворення. Пробити атмосферу можуть лише метеорити з початковою вагою в сотні тонн – явище, як відомо, надзвичайне. Метеорити меншої ваги – явище не рідке, проте вони повністю згорають в атмосфері.

Від Сонця на Землю потрапляє енергія, а значить і сама можливість життя. Атмосфера “відміряє” життєву дозу сонячної енергії. Якщо б не було атмосфери, вдень Сонце розігрівало б земну поверхню до плюс 100°С, а вночі до мінус 100°С охолоджував би її космос. Такий перепад добових температур набагато перевищує адаптаційні можливості більшості, якщо не всіх, форм земного життя.

На Землі існує життя завдяки атмосфері.

Для нормальної життєдіяльності людини та всього живого на Землі необхідно не тільки присутність повітря, але і його певний склад. Від складу повітря залежить стан організму, його здоров’я. Порушення нормального хімічного складу повітряного середовища може надавати негативного впливу не тільки на здоров’я людини або тварин та рівень їх захворюваності, але і на їх розвиток, і як наслідок, призвести до генетичних змін в живих організмах.

Повітряне середовище – необхідна умова існування фауни та флори Землі – визначає процеси геологічного розвитку Землі, кругообіг речовин в природі, її режими вологості та температури. Без повітряного середовища на сучасному етапі розвитку людства неможливо здійснення життєво важливих технологічних процесів.

Атмосфера – газоподібна оболонка Землі, являє собою рівноважну систему, в якій безперервно проходять процеси обміну речовин, які протікають за певними законами. Характер цих процесів визначається багатьма факторами і, в першу чергу, складом самої атмосфери.

Атмосфера складається із суміші газів. До 50% всієї ваги атмосфери зосереджено в шарі до висоти 5,5 км та 99% – в шарі до 40 км. По розподілу температури у вертикальному напрямку атмосферу розділяють на тропосферу, висота якої досягає над екватором 16-18 км та 8-10 км над полюсами; стратосферу, яка охоплює шар атмосфери від тропосфери до висоти 45-50 км; мезосферу – шар від стратосфери до висоти 80 км; термосферу (іоносферу) – до висоти 800 км; екзосферу (магнітосферу) – вище 800 км. Густина атмосфери, яка безперервно зменшується з висотою, поступово наближається до густини міжпланетного простору.

В тропосфері зосереджено понад 79% всієї ваги атмосфери та біля 75% її вологи, а також основна кількість твердих включень, які спричиняють утворення хмар. Тропосфера характеризується практично повною прозорістю по відношенню до потрапляючої в неї короткохвильової сонячної радіації та значним поглинанням довгохвильового випромінювання Землі. Тому, тропосфера нагрівається, переважно, від земної поверхні, наслідком чого є пониження температури з висотою ~ на 0,5-0,6^оС на кожні 100 м підйому. Це, в свою чергу, призводить до виникнення конвективних потоків, переміщення повітряних мас, конденсації водяного пару, утворення хмар та випадання опадів. Фізичні процеси в тропосфері суттєво впливають на формування погодних та кліматичних умов на Землі. Температурна інверсія тропосфери, яка відіграє найважливішу роль в розсіюванні забруднювачів атмосфери, є небажаною, тому що перешкоджає вертикальному розсіюванню забруднення. Створюються зони з підвищеною забрудненістю в приземному шарі. Верхня межа тропосфери – тропопауза – область, температура в якій не змінюється із збільшенням висоти.

Для стратосфери характерні порівняна постійність температури, понижений вміст вологи, слабкі повітряні потоки (переважно горизонтального напрямку), мала кількість хмар. До висоти 25-30 км температура стратосфери є сталою і складає мінус 56^оС. Починаючи з висоти 30-35 км температура починає різко підвищуватися і на висоті 40 км досягає плюс 30^оС. Вище 50 км температура знову понижається до мінімуму – мінус 75^оС.

Стратосфера характеризується наявністю в ній шару озону, який енергійно поглинає ультрафіолетове сонячне випромінювання. Саме це зумовлює підвищення температури в середній частині стратосфери. Озон, переважно, зосереджений в шарі атмосфери на висоті 25-40 км і походження його пов’язано з фотодисоціацією кисню під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця. Якщо б зосередити весь озон біля поверхні Землі, то товщина його шару складала б 2-4 мм. Реально ця умовна плівка озону розподілена в шарі атмосфери товщиною до 10 км.

Мезосфера, яка розташована на висоті 50-80 км від поверхні Землі, є найбільш холодним шаром атмосфери. Температура в мезосфері коливається в межах мінус 80^оС – мінус 95^оС. В мезосфері наявна значна кількість льодових хмар (амоніак, оксиди Нітрогену). Вони відіграють важливу роль в розсіюванні сонячного випромінювання і, завдяки цьому, в полярних районах спостерігається таке явище як полярне сяйво.

Термосфера умовно поділяється на три ділянки: D – на висоті до 100 км, E – на висоті 100-150 км, F – на висоті 150-800 км. В термосфері наявна значна кількість іонізованих часток, які відбивають електромагнітні хвилі, в тому числі g- і рентгенівське випромінювання і, за рахунок цього термосфера використовується для радіозв’язку. В області D температура переважно коливається від мінус 70^оС до плюс 100^оС. В області E температура на окремих ділянках підвищується до плюс 600^оС.

В магнітосфері, яка оточує Землю на висоті вище 800 км, спостерігається наявність атомарного Оксигену (до 1000 км), атомів Гелію (до 1500 км) та Гідрогену – на висоті понад 1500 км. Частина Гідрогену може віддалятись в космос. В свою чергу із космосу в атмосферу Землі потрапляють потоки плазми, які викидаються Сонцем, та космічний пил.

Одним із важливіших показників стану атмосфери, як середовища існування живих організмів, є хімічний склад її приземного шару. При всьому різноманітті протікаючих в атмосфері фізичних та хімічних процесів, приземний її шар залишається практично постійним за своїм складом. Дослідження показали, що до висоти 20 км тенденцій до зміни хімічного складу атмосфери не спостерігається, що зумовлено, очевидно, інтенсивним її перемішуванням конвективними потоками.

Атмосфера приземного шару являє собою суміш постійних та змінних газів. В групу постійних газів входять азот, кисень, аргон та інші інертні гази, а змінні – діоксиди Карбону, Сульфуру та Нітрогену, озон, водяна пара. Природний хімічний склад приземного шару атмосферного повітря наведено в табл. 1.2 (Вронський В.А., 1995).

Таблиця 1.2.

Дата добавления: 2015-05-26