2. Состав атмосферы

Слоистая структура атмосферы имеет много разнообразных проявлений. Изменения хода температуры в разных слоях атмосферы связаны с изменением химического состава воздуха в них 10, с.43.

Атмосфера Земли состоит преимущественно из азота и кислорода с небольшой примесью других газов (табл.2).

Таблица 2

Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности

Газ	Объемная доля, %	Газ	Объемная доля, %
Азот	78,084	Оксид азота (I)	3,04810^-5
Кислород	20,9476	Ксенон	8,710^-6
Аргон	0,934	Диоксид серы	710^-6
Диоксид углерода	3,5410^-2	Озон	210^-6 зимой 710^-6 летом
Неон	1,81810^-3	Диоксид азота (IV)	210^-6
Гелий	5,2410^-4	Оксид углерода (I)	510^-6 – 810^-6
Метан	1,7510^-4	Оксид азота (II)	110^-6
Криптон	1,1410^-4	Аммиак	10^-6
Водород	510^-5

Основные составные части атмосферы можно разделить на три группы: постоянные, переменные и случайные. К первой группе относятся кислород (21% по объему), азот (78%) и инертные газы (около 1%). Содержание этих составных частей практически не зависит от того, в каком месте поверхности Земли взята проба сухого воздуха. Ко второй группе относятся углекислый газ (0,035%) и водяной пар (до 3%). К третьей группе – случайные компоненты, определенные местными условиями.

Большой интерес для реконструкции истории атмосферы представляет геохимия инертных газов. Относительно высокое содержание аргона (0,93%) связано с тем, что большая часть этого газа представлена изотопом ⁴⁰Ar, образованным за счет распада распространенного ⁴⁰K. Количество гелия в атмосфере, наоборот, в 1000 раз меньше, чем должно быть (5,2410^-4 %). Это обусловлено непрерывной диссипацией этого элемента. Остальные инертные газы содержатся в том количестве, в каком они выделены на протяжении всего времени существования Земли.

В целом область атмосферы ниже 90 км характеризуется интенсивным перемешиванием и поэтому имеет довольно постоянный состав. Однако концентрации отдельных компонентов колеблются в относительно широком интервале. К ним относится в первую очередь водяной пар 8,10. Его содержание сильно варьирует как в широтном направлении, так и по высоте. Так, в тропических районах под пологом вечнозеленых лесов оно достигает 3%, тогда как в Антарктиде может быть на уровне 2 млн ^-1 (2 части на миллион по объему, т.е. 210^-4 % (об.)). Высотный же профиль концентрации водяного пара от земной поверхности примерно 80 км над уровнем моря очень напоминает приведенный на рис.1 ход температуры. От поверхности до высот тропопаузы содержание паров H₂O монотонно уменьшается примерно до 2 млн ^-1. В пределах тропопаузы оно остается примерно постоянным (эту область иногда называют гидропаузой), а затем, как и температура, начинает возрастать. Однако в отличие от температуры максимальное значение концентрации водяного пара (около 6 млн ^-1) приходится на высоты 75–80 км, т.е. в мезосфере. Выше содержание воды монотонно уменьшается.

Водяной пар – один из основных поглотителей ИК-радиации Солнца и теплового излучения земной поверхности. Поэтому уменьшение его концентрации с высотой в тропосфере и приводит к снижению температуры.

Существенное влияние на атмосферные процессы, особенно на тепловой режим стратосферы, оказывает озон. Нагревание воздуха стратосферы происходит благодаря экзотермическому разложению озона. В мезосфере концентрации озона и паров воды ничтожны, поэтому температура в ней ниже чем в тропосфере и стратосфере.

Рост температуры в термосфере связан с другим явлением – поглощением жесткой компоненты солнечной радиации молекулами и атомами кислорода и азота. В этой области наблюдается наиболее значительное изменение химического состава воздуха: по мере удаления от земной поверхности вследствие гравитационной сепарации атмосфера обогащается более легкими газами. Если в слое, расположенном на высоте 100–200 км, основными компонентами воздуха все еще остаются азот и кислород, то выше 600 км преобладают гелий и водород.

Наибольшее значение для живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере. Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов.

Охарактеризуйте свойства озона…

1 трехатомный кислород; неустойчив; легко переходит в двухатомную устойчивую форму кислорода O + O₂  O₃; сильный окислитель, убивает бактерии, подавляет рост и развитие растений;

2 концентрация озона в приземных слоях воздуха высокая и это влияет на состояние живых систем; молекула озона несет электрический заряд;

3 озон в основном сосредоточен в тропосфере; средние месячные значения общего содержания озона не изменяются в зависимости от широты и времени года;

4 в природе наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсу и годовой ход с минимумом осенью и максимумом весной; озон поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на молекулярный и атмосферный кислород.