АТМОСФЕРНІ ГАЗОВІ РЕСУРСИ

Атмосфера (від грец. Atmos - пар і sphdira - куля) - це повітряне середовище навколо Землі, що обертається разом з нею. Атмосфера включає в себе шар повітря в підґрунті, грунті і над її поверхнею. Маса атмосфери приблизно дорівнює 5,51 • 10 15 т. Ця величезна величина дорівнює тільки однієї мільйонної частини всієї маси нашої планети. Найбільшою щільності повітря досягає у земної поверхні, де його кубічний метр важить близько 1290 г. З висотою його щільність і вага швидко зменшуються, і в 20 км від поверхні Землі 1 м 3 повітря важить лише 90 г, а в 40 км - всього 4 г .

Газовий склад атмосфери. Склад повітря, з якого складається атмосфера, відносно постійний. В атмосфері біля поверхні Землі міститься 78,1% азоту, 21% - кисню, 0,9% - аргону, в незначних частках відсотка присутні вуглекислий газ, водень і інертні гази (рис. 2.2).

У нижніх шарах атмосфери на висоті до 20 км міститься водяна пара (у земної поверхні - від 3% в тропіках до 2 • 10 ~ 5 % в Антарктиді). Кількість водяної пари з ростом висоти швидко знижується. Газовий склад залишається майже незмінним до висоти 100-110 км. Вище повітря також зберігає в основному свій склад, але під дією ультрафіолетових променів Сонця молекулярний кисень розпадається на атоми, а з висоти 200 км і азот піддається розщепленню на атоми.

Азот - газ, який є основною складовою повітря, не підтримує дихання і горіння, але необхідний для росту рослин, життя тварин і людини. Азот виробляється мікроорганізмами, що знаходяться в земній корі.

Зміна газового складу повітря з висотою атмосфери

Мал. 2.2. Зміна газового складу повітря з висотою атмосфери:

N 2 - молекулярний азот; 0 2 - молекулярний кисень;

N - атомарний азот; Про - атомарний кисень; Про е - озон

Кисень - найважливіший для життєдіяльності компонент повітря. Він є складовою частиною всіх тварин і рослинних організмів, входячи до складу білків, жирів і вуглеводів. Кисень необхідний для дихання і горіння. Без їжі людина може обходитися 5 тижнів, без води - 5 днів, без атмосферного кисню - 5 хв.

Кисень виробляється зеленими рослинами в процесі фотосинтезу - 100 млрд т щорічно. Але основна роль належить фітопланктону, який виділяє приблизно 70% всього атмосферного кисню. Повне оновлення кисню планети здійснюється за допомогою живих організмів протягом 5200-5800 років.

За мільйони років частка накопиченого природою в атмосфері кисню склала близько 21%, але його запаси, які раніше вважалися невичерпними, зараз катастрофічно зменшуються в результаті інтенсивного господарського впливу. Відтворення його природою сильно сповільнилося через знищення лісів планети. За попередні 100 років вміст кисню в повітрі зменшилася на 240 млрд т, а в даний час зменшується на 10 млрд т щорічно, причому 95% цього обсягу використовується в техногенних процесах. Наприклад, міжконтинентальний переліт одного літака вимагає спалювання 100 т кисню. Вчені попереджають про можливу загрозу світового кисневого голоду. Якщо кількість кисню в атмосфері знизиться до 16%, будуть зупинені основні природні процеси - дихання, горіння, гниття, тобто припиниться життя.

Озон утворюється в атмосфері з молекулярного кисню, до якого приєднується атомарний кисень при електричних розрядах в атмосфері (наприклад, під час грози) і під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Вуглекислий газ надходить в повітря в результаті процесів спалювання палива, гниття і розкладання органічних речовин, дихання людей і тварин. Однак істотного накопичення вуглекислого газу в атмосфері не відбувається, так як рослини поглинають його в процесі фотосинтезу. Щорічно рослини витягають з атмосфери понад 160 млрд т вуглекислого газу. В результаті процентна частка вуглекислого газу в атмосфері незначна і становить 0,03%. В останні роки відзначається деяке збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері, що викликає негативні екологічні наслідки.

Значення атмосфери. Атмосферне повітря - найважливіший природний ресурс. Його перше призначення - забезпечити людей, тваринний і рослинний світ життєво необхідними газовими елементами (киснем, вуглекислим газом). Він використовується в господарському житті, забезпечуючи виробничі процеси киснем, азотом, воднем і нейтральними газами.

Атмосфера виконує також захисну функцію - захищає поверхню Землі від космічного, радіаційного та ультрафіолетового сонячного випромінювання, від метеоритів і інших космічних тіл, переважна маса яких згорає в атмосфері. Пробити «броню» багатокілометрової товщі повітря можуть лише метеорити з масою, що дорівнює десяткам і сотням тонн. Більш дрібні метеорити згорають в атмосфері, не досягаючи поверхні Землі.

Атмосферне повітря сприяє підтримці теплового режиму на планеті. Він може пом'якшити температурні перепади (повітря - поганий провідник тепла і холоду). Повітряні потоки перерозподіляють тепло між різними областями земної поверхні, згладжуючи відмінності в тепловому режимі і пом'якшуючи умови існування організмів. Атмосфера «зігріває» нашу планету, поглинаючи тепло, що випромінюється Землею в світовий простір, і частково повертаючи його у вигляді зустрічного випромінювання. Якщо уявити, що на Землі не було б атмосфери, вдень Сонце розжарювало б поверхню планети до температури 100 ° С, а вночі поверхню Землі остигала б до -100 ° С; такі перепади температури в діапазоні 200 ° С зробили б існування життя на Землі неможливим. Тільки близько 50% сонячної енергії, що досягає зовнішніх кордонів атмосфери, проникає крізь неї і доходить до поверхні Землі. Інша енергія відбивається і поглинається атмосферними газами і хмарами.

Завдяки наявності атмосфери на Землі здійснюється круговорот води, яка випаровується з поверхні планети, конденсується в повітрі і випадає у вигляді атмосферних опадів.

Розселення деяких видів живих організмів відбувається в результаті перенесення суперечка, насіння, самих організмів повітряними потоками. В атмосферному повітрі поширюється звук зі швидкістю 340 м / с.

Атмосфера розсіює сонячні промені, в результаті чого створюється поступовий перехід від світла до тіні (сутінки). У нічний час вона випромінює світлові промені і служить джерелом освітлення земної поверхні. Нічне світіння атмосфери (люмінесценція) - це світіння розріджених газів повітря на висотах від 80 до 300 км. Воно забезпечує 40-45% загальної освітленості земної поверхні в безмісячну ніч, в той час як зоряне світло становить близько 30%, а на світло, розсіюється міжзоряним пилом, припадають решта 25-30%. З поверхні Землі побачити світло, що випускається атмосферою, практично неможливо, так як його важко відокремити від світла інших джерел. Нічне світіння атмосфери добре проглядається з космосу у вигляді тонкого світиться пояса, що оточує Землю над горизонтом.

Різновидом світіння атмосфери є полярні сяйва. На Землі вони спостерігаються у високих широтах тільки вночі при відсутності хмар. З космосу полярні сяйва видно завжди і при цьому одночасно над великими територіями.

Розсіювання сонячного світла атмосферними газами, головним чином променів з короткою довжиною хвилі, тобто фіолетових, синіх і блакитних, надає неба блакитний колір. З підвищенням висоти над поверхнею Землі зменшуються щільність повітря і ступінь його забруднення різними домішками, що впливає на розсіюють здатність атмосфери, поетом) 'колір неба темніє і переходить в темно-синій, а ще вище - в чорно-фіолетовий.

Будова атмосфери. Атмосфера простягається на відстань понад 500 км від поверхні Землі. У складі атмосфери виділяють кілька шарів - сфер, між якими немає різко виражених кордонів.

Тропосфера - нижній основний шар атмосфери. Він вивчений найкраще. Висота тропосфери досягає 10 км над полюсами, 12 км в помірних широтах і до 18 км над екватором. Тропосфера містить понад 4/5 всієї маси атмосферного повітря. У ній найбільш яскраво проявляються різноманітні погодні явища. Відомо, що з підйомом на 1 км температура повітря в цьому шарі знижується більш ніж на б ° С. Це відбувається тому, що повітря пропускає до поверхні Землі сонячні промені, які її нагрівають. Від земної поверхні нагріваються і прилеглі до Землі шари атмосфери.

Взимку поверхня Землі сильно охолоджується, чому сприяє сніговий покрив, що відображає більшу частину сонячних променів. З цієї причини повітря біля поверхні Землі виявляється холодніше, ніж вгорі, тобто утворюється так звана інверсія температури. Інверсія температури часто спостерігається і в нічний час доби.

Влітку поверхня Землі сильно і при цьому нерівномірно нагрівається сонячними променями. Від найбільш нагрітих її ділянок піднімаються вгору повітряні потоки. На зміну піднявся повітрю притікає повітря з боку менш нагрітих ділянок Землі, в свою чергу замінний повітрям з верхніх шарів атмосфери. Виникає конвекція, яка викликає перемішування атмосфери в вертикальному напрямку. Конвекція сприяє розсіюванню туману і знижує запиленість нижнього шару атмосфери. Таким чином, в нижньому шарі атмосфери відбувається активне безладне перемішування газів в вертикальному і горизонтальному напрямках, виникають хмари, циклони і антициклони.

У тропосфері міститься також дрібний пил різноманітного складу. Головними джерелами пилу є продукти руйнування гірських порід, частинки грунту, що піднімаються вгору під дією висхідних потоків повітря і вітру, частки вулканічного походження та ін. В тропосфері накопичується дим, засмічує повітря, особливо в містах; багато диму утворюється під час лісових, торф'яних і степових пожеж. У районах пилеобразующих виробництв (залізорудні кар'єри, цементні розробки та ін.) Повітря забруднюється на великих відстанях.

У верхніх шарах тропосфери на висоті 12-17 км при прольоті літаків часто утворюються білі хмарні сліди, що абсолютно очевидно з великої відстані. Ці сліди називаються конденсаційними, або слідами інверсії. Основною причиною конденсаційних слідів є конденсація, або сублімація, водяної пари, що потрапляє в атмосферу з відпрацьованими газами авіаційних двигунів, так як при спалюванні гасу утворюється водяна пара. Для спалювання в двигуні 1 кг палива витрачається близько 11 кг атмосферного повітря, при цьому утворюється близько 12 кг відпрацьованих газів, що містять майже 1,4 кг водяної пари. Період існування конденсаційного сліду в атмосфері і його розпад залежать від турбулентного стану атмосфери, температури і вологості повітря.

Стратосфера знаходиться над тропосферою до висоти 50-55 км. У ній міститься менше 20% маси всього атмосферного повітря. У цьому шарі є незначне переміщення газів і відбувається зростання температури з висотою (до 0 ° С у верхньої межі). Нижня частина стратосфери є потужний затримує шар, йод яким скупчуються водяна пара, кристали льоду і інші тверді частинки. Відносна вологість повітря тут завжди близька до 100%.

У стратосфері виникає особливе природне явище - перламутрові хмари. Вимірювання показали, що вони знаходяться на висоті 25-30 км. Їх відмінними рисами є яскравий блиск і широка гама кольорів. Оптичні явища в перламутрових хмарах дозволяють зробити висновок, що вони складаються з крапельок переохолодженої води або крижаних кристалів, що відбивають світло і поділяють її але спектру. Це свідчить про те, що водяна пара досягає таких висот в незначних кількостях. Перламутрові хмари спостерігалися неодноразово в північній частині Європи і над Аляскою. Швидкість руху їх неоднакова - від декількох кілометрів на годину до 300 км / год і більше.

У стратосфері розташований озоновий шар, що відображає згубний для життя космічне випромінювання і частково ультрафіолетові промені Сонця. Найбільша концентрація озону є на висоті 15-35 км, де вільний кисень під впливом сонячної радіації перетворюється в озон.

Мезосфера простягається вище стратосфери на висоті від 50 до 80 км. На її частку припадає менше 1% повітря. Для неї характерно зниження температури зі збільшенням висоти - приблизно від 0 ° С на кордоні зі стратосферой до -90 ° С в самих верхніх шарах мезосфери.

Іоносфера знаходиться над мезосферою. Вона характеризується значним вмістом атмосферних іонів і вільних електронів. Іонізація сильно розрідженого повітря в іоносфері відбувається під дією ультрафіолетового й рентгенівської сонячної радіації, а також космічного випромінювання. Іоносфера сприяє поширенню радіохвиль. Верхня межа іоносфери є зовнішньою частиною магнітосфери Землі.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >