Атмосфера
АТМОСФЕРА (от греч. atmos-nap и sphaira - шар), газовая оболочка Земли, простирающаяся более чем на 1500 км от ее пов-сти. Суммарная масса воздуха, т.е. смеси газов, составляющих А.,-(5,1-5,3)*1015 т. Мол. масса чистого сухого воздуха 28,966, давление при 0°С на уровне моря 1013,25 гПа; критич. т-ра —140,7°С, критич. давление 3,7 МПа; С. 10,045*103 Дж/(кг*К) (в интервале 0-100°С), Сv 8,3710*103 Дж/(кг-К) (0-1500°С). Р-римость воздуха в воде при 0°С 0,036%, при 25°С - 0,22%
Для А. характерен постоянный обмен в-вом и энергией с гидросферой, литосферой и живыми организмами, а также с космич. пространством. Плотность, давление и состав воздуха непрерывно меняются при увеличении расстояния от поверхности Земли. А. делят на оболочки - тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Переходные области А. между соседними оболочками называют соотв. тропопауза, стратопауза и т.п.
Высота ближайшей к Земле части А - тропосферы - составляет 8-10 км у полюсов и 16-18 км у экватора. В тропосфере сосредоточено ок. 80% по массе газов А. Осн. компоненты чистого сухого воздуха у пов-сти Земли приведены в таблице.
СОСТАВ ВОЗДУХА
|
Содержание, %
|
Газ
|
Содержание, %
|
||
|
по массе
|
по объему
|
по массе
|
||
|
78,09
|
75,50
|
Кг
|
1,1*10-4
|
2,9*10-4
|
|
20,95
|
23,10
|
|||
|
0,932
|
1,286
|
N2O
|
5*10-5
|
7,7*10-5
|
|
0,032
|
0,046
|
Н2
|
5*10-5
|
7,6*10- s
|
|
I.8*10-3
|
1,3*10-3
|
|||
|
4,6*10-4
|
7,2*10-5
|
O3
|
2*10-7
|
3,3*10-6
|
Кроме указанных в таблице газов в А. содержатся Н2О (0,02-4% по массе), SO2, CH4, NH3, CO, углеводороды, НС1, HF, пары Hg, I, Rn, Xe, а также NO и мн. др. газы в незначит. кол-вах. В тропосфере постоянно находится большое кол-во взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).
Состав А. - результат длительных эволюц. процессов в недрах Земли и на ее пов-сти, причем решающим фактором была деятельность зеленых растений, животных и микроорганизмов.
Образование большого кол-ва N2 обусловлено окислением первичной аммиачно-водородной А. молекулярным О2, к-рый стал поступать с пов-сти планеты в результате фотосинтеза, как предполагается, ок. 3 млрд. лет назад. Азот окисляется до NO в верхних слоях А., используется в пром-сти и связывается азотфиксирующими бактериями, в то же время N2 выделяется в А. в результате денитрификации нитратов и др. азотсодержащих соединений.
Наличие О2 в А. обеспечивает возможность существования высших форм жизни на Земле. Выведение О2 из А. при дыхании живых организмов, а также его расходование при сжигании топлива, выплавке металлов и т. п. компенсируется фотосинтезом зеленых растений.
Источник инертных газов (Аr, Не и Кп)-вулканич. извержения и распад радиоактивных элементов. наиб. легкий из газов - Не непрерывно рассеивается в космич. пространство.
Водород, как и Не, непрерывно утекает в мировое пространство, но эта потеря компенсируется разл. процессами.
Громадные кол-ва СО2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в А. благодаря разложению карбонатных горных пород и орг. в-в растений и живых организмов, а также вследствие вулканизма и производств. деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО2 в А. возросло на 10%, причем осн. часть (360 млрд. т) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 50-60 лет кол-во СО2 в А. удвоится, что может привести к глобальным изменениям климата.
Сжигание топлива - осн. источник загрязняющих газов (СО, NO, SO2). Диоксид серы окисляется О2 воздуха до SO3, к-рый взаимод. с парами Н2О и NH3, а образующиеся при этом H2SO4 и (NH4)2SO4 возвращаются на пов-сть Земли вместе с атм. осадками. Использование двигателей внутр. сгорания приводит к значит. загрязнению А. оксидами азота, углеводородами и соединениями Рb.
Аэрозольное загрязнение А. обусловлено как естеств. причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и частиц пыльцы растений и др.), так и хозяйств. деятельностью человека (добыча руд и строит. материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твердых частиц в А. - причина изменений климата планеты.
В стратосфере и мезосфере плотность газов уменьшается. В стратосфере находится ок. 20% массы всех газов, в остальных слоях - всего ок. 0,5%. Важный компонент стратосферы и мезосферы - О3, образующийся в результате фотохим. р-ций наиб. интенсивно на высоте ~ 30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7-4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни УФ-излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимод. со своб. радикалами, NO, галогенсодержащими соед. (в т.ч. фреонами).
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации
молекулы газов диссоциируют на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2
и Н2, выше 150 км-О2, выше 300 KM-N2).
На высоте 100-400 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте
320 км концентрация заряженных частиц (О2+, O2-,
N2+) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных
частиц. В верх, слоях А. присутствуют своб. радикалы-
и др.
До высоты 100 км А. представляет собой гомогенную, хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их мол. массы -концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от пов-сти Земли. Вследствие уменьшения плотности газов т-ра понижается от 0°С в стратосфере до — 110°С в мезосфере. Однако кинетич. энергия отдельных частиц на высотах 200-250 км соответствует т-ре ~1500°С. Выше 200 км наблюдаются значит. флуктуации т-ры и плотности газов во времени и пространстве. Самые высокие слои А. состоят из Н2 и Не, к-рые медленно рассеиваются в мировое пространство.
Лит.: Соколов В. А., Геохимия природных газов, М., 1971; Мак-Ивен М., Филлипс Л.. Химия атмосферы, М., 1978; Уорк К., Уорнер С, Загрязнение воздуха. Источники и контроль, пер. с англ., М., 1980; Мониторинг фонового загрязнения природных 9РВД, в. 1, Л., 1982. А.И. Перемман.
