Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.
Химический состав атмосферы Земли
Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.
Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.
Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).
В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.
Формирование погоды и климата
Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.
Рассмотрим факторы по порядку.
1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.
2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) - это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.
Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.
3. Атмосферное давление - еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.
Всего выделено 7 зон. Экватор - зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт - область высокого давления. От 30° до 60° - опять низкое давление. А от 60° до полюсов - зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов - ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.
Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление - 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. - это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление - 748 мм рт.ст.
Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.
Строение атмосферы
Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.
. Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.
Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.
. Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.
. Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.
. Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.
. Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.
В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.
. Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.
. Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.
. Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.
Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.
Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.
. Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".
Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.
Роль атмосферы в жизни Земли
Атмосфера - газовая оболочка, окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата - климатология.
Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.
Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.
В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа - 40 мм рт. ст., а паров воды - 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным - около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.
На высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека, "космос" начинается уже на высоте 15-19 км.
Плотные слои воздуха - тропосфера и стратосфера - защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация - первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра. атмосфера кислород стратосфера радиация
По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др.
В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60-90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта.
Но начиная с высот 100-130 км знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.
На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства - способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т.е. с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, - с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.
Газовая оболочка предохраняет Землю от близкого к абсолютному нулю холода межпланетного пространства; защищает все живое от смертоносных космических лучей, несущихся из глубин Галактики, и от губительного же ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не было спасительной газовой оболочки вокруг Земли, она была бы такой же безводной и безжизненной, как Луна.
Действительно, ни воды, ни жизни не может быть на планете, лишенной газовой оболочки. Следовательно, вся органическая жизнь на земном шаре, во всех ее многообразных формах существования, даже возникновение органических веществ, приведшее в последующем развитии к возникновению живых организмов и к видоизменению самой газовой оболочки, обязана сложнейшим взаимодействиям между лучистой энергией Солнца и воздушным океаном, на самом дне которого развивалась и существует теперь вся органическая жизнь.
Физико-химические свойства нашей атмосферы и процессы распространения и превращения в ней солнечной энергии, включая ее самою, создали в далеком геологическом прошлом условия для возникновения из неживой материи органической жизни и поддерживают ее, способствуя дальнейшим процессам качественных и количественных изменений форм ее существования.
Напомним вкратце, что земная атмосфера почти на 99 процентов состоит из кислорода и азота. Молекулы этих газов занимают ведущее (после углерода) место в составе любых белков или белковых веществ, способ существования которых и является жизнью, как учит Энгельс.
Следовательно, без кислорода и азота, то есть без воздуха, жизнь на Земле невозможна.
Воздух, так же как и вода, - неотъемлемая составная часть каждого живого организма.
Подавляющая масса растений и животных, за редким исключением особых, так называемых анаэробных бактерий, не может существовать без кислорода воздуха, без газообмена. Человек может прожить без пищи более месяца, собака свыше двух месяцев. А продолжительность жизни без дыхания исчисляется немногими минутами. Так эволюционировала сама живая материя, принимавшая те или иные органические формы.
Сложна и многообразна роль воздушного океана для любого наземного организма. Каждое его движение и перемещение, естественно, должны происходить в воздушной среде. Она, с одной стороны, оказывает всем движениям некоторое сопротивление, а с другой - помогает и облегчает очень многим организмам и их зачаткам (семенам и спорам) перемещение на большие расстояния.
И мы увидим дальше на ряде примеров, как вся эволюция растительных и животных организмов совершалась в неразрывном единстве с условиями окружающей их среды и, хотя бы временно, в воздушной среде. Каждый организм строит свое тело из окружающей его среды. В результате организм и необходимые для его жизни условия становятся единством.
Все зеленые растения путем фотосинтеза включают в свой организм и солнечный свет, дошедший до зерен хлорофилла через толщу атмосферы.
Мы увидим что красивое образное выражение - «Рожденный ползать - летать не может» - не всегда приложимо к эволюции органической жизни на планете.
Так же как некогда живые организмы впервые «выползли» из водной стихии, где они зародились, на сушу, так и «ползавшие» по суше в своем постепенном развитии и совершенствовании под воздействием именно воздушной оболочки Земли видоизменялись и через многие миллионы лет простерли наконец свои формирующиеся крылья, чтобы начать завоевывать не только освоенную жизнью воду и землю, но и воздушную стихию.
Между водным и воздушным океанами по отношению к органической жизни существует полная противоположность: на самом дне глубоких океанов, ниже 7-8 километров от их поверхности, органическая жизнь хотя и существует в очень своеобразных формах, но количественно она несоизмеримо беднее, чем в мелководье и особенно у берегов.
В воздушном океане наблюдается совершенно обратное явление: самая обильная и многообразная жизнь органической природы находится именно на самом его дне, то есть на поверхности Земли. Чем выше мы будем подниматься в воздушную среду, тем беднее и малочисленнее живые существа или их зародыши. Мы имеем в виду не столько вздымающиеся ввысь горы, сколько свободную атмосферу.
Основная масса летающих насекомых, птиц, семян растений и т. д. сконцентрирована в приземном слое воздуха, примерно до 100-200 метров от поверхности Земли. Правда, отдельные виды насекомых встречаются на высоте 4-5 километров; хищные птицы поднимаются до 6-7 километров. Но уже в стратосфере живые организмы существовать не могут. Это невозможно не только из-за царящих там низких температур и малого давления, но и из-за космической лучистой энергии, в частности ультрафиолетовых солнечных лучей, убивающих самые стойкие споры грибов и бактерий.
Как вода в океанах поглощает и рассеивает солнечный свет, препятствуя его проникновению в глубину, так и воздушный океан поглощает и преобразует космические и ультрафиолетовые лучи, охраняя от их пагубного действия жизнь на своем дне - Земле.
Нужно сказать несколько слов об условиях жизни организмов в почве. Трудами наших выдающихся ученых - В. В. Докучаева, П. А. Костычева, В. Р. Вильямса, а в наши дни и профессора М. С. Гилярова, изучающего жизнь и развитие самых разнообразных организмов, обитающих в почве, и др., мы знаем, что сама почва является продуктом сложных взаимоотношений между лучистой энергией Солнца, воздушной средой и деятельностью микроорганизмов наряду с другими организмами, поселившимися целиком или частично, как корни растений, в почве.
Но вся почва тоже напитана воздухом - воздушный океан проникает на десятки метров, а иногда и больше под поверхность земных пластов. И подавляющая масса почвообитающих организмов дышит почвенным воздухом, приспособившись к такому типу дыхания.
Итак, мы подчеркиваем, что органическая жизнь на нашей планете возникла, развивалась, видоизменялась и совершенствовалась под непосредственным воздействием, газовой оболочки, окружавшей Землю.
Поэтому абсолютное большинство наземных организмов самым тесным образом связано во всех своих жизненных проявлениях е атмосферным воздухом, являющимся для них в большей или меньшей степени средой обитания.
И если бы вдруг воздушная сфера, в которой обитают и в зависимости от которой развиваются все организмы, исчезла, то они перестали бы существовать, наступила бы смерть, разрушение.
Если самой ранней весной, как только подсохнут проталины, но кое-где еще лежат сугробы, выйти в ясный солнечный день на безжизненную по виду лесную опушку, где растут кусты орешника, или подойти к пруду, над которым склонились ольховые деревья, можно наблюдать очень интересную картину.
Полное безветрие. Тишина. Вдруг из желтой, сильно удлинившейся сережки орешника или ольхи вылетает маленькая, едва заметная желтоватая дымка и рассеивается в воздухе, тихо опускаясь вниз. Это лопнули пыльники мужских цветков, собранные сотнями в сережке, и пыльца разлетелась. Иногда неуловимые нами воздушные течения уносят пыльцу, и она в конце концов может все же попасть на скромные, едва заметные красноватые рыльца невзрачных женских цветков. Произошло оплодотворение. Летом можно будет собирать орехи.
Подобным же образом «пылит» ольха. Пыльца попадает не только на женские цветки своего же куста или дерева в пределах той же кроны. Ветер перебрасывает легчайшую пыльцу сосны за сотни километров и гораздо дальше на другие деревья. Когда цветут сосны, ветер несет от бора тучи желтой пыльцы, оседающей иногда в огромных количествах далеко от сосновых насаждений.
Природа как бы требует перекрестного оплодотворения для развития более устойчивых, лучших, не вырождающихся потомков. Так ветер - движение воздуха - помогает не только размножению очень многих наших древесных пород и других растений, но и улучшению их породных качеств.
Мы знаем большую группу так называемых споровых растений. К ним относятся всем известные папоротники. Их мельчайшие споры, подобно тому как пыльцу у орешника, ольхи или хвойных деревьев, ветер переносит иногда на громадные расстояния.
Однажды экспедиция ботаников, работавших в горных областях экваториальной Африки, нашла на скалах группу неизвестных им папоротников. До тех пор этот новый вид совершенно не был известен на Африканском материке. Оказалось, что это южноамериканский вид, широко там распространенный. Как мог попасть он в неизведанные, не посещавшиеся людьми африканские дебри?
Очевидно, споры его были переброшены воздушными потоками за 4-5 тысяч километров. В этом, как мы увидим дальше, нет ничего невероятного. Известно, что воздушные потоки на этих высотах могут двигаться со скоростью 120-150 километров в час в течение двух-трех суток, почти не меняя своего основного направления. Легкие споры в массе могли быть подняты восходящими воздушными токами на высоту 4-5 тысяч километров и, будучи подхвачены горизонтальными течениями, могли через несколько дней, а может быть и раньше, оказаться над Африкой.
Ветер разносит мириады спор грибов, начиная от комнатных плесневых и общеизвестных округлых дождевиков до лучших съедобных видов, как белые грибы и шампиньоны.
Ветер разносит и семена цветковых растений - в июне, в разгар лета, ежегодно улицы Москвы, как и многих других городов и деревень, покрываются пушистым, не тающим «снегом». Он иногда в массах летает в воздухе, проникает через окна и двери в комнаты, попадает в нос и глаза.
Это обсеменяются женские деревья тополей. Не у всех ветроопыляемых растений и мужские и женские цветки находятся на одних и тех же деревьях, как у орешника и ольхи. Среди них есть так называемые двудомные, или раздельнополые. К ним принадлежат тополя и осины. Ранней весной ветер переносит пыльцу с мужских деревьев на женские, вызывая их оплодотворение, а летом он далеко разносит пушистые семена, способствуя расселению этих видов деревьев.
Так неподвижные, прочно укоренившиеся организмы получают возможность перебрасывать свое потомство на сотни километров.
Можно было бы привести множество подобных примеров и из травянистой растительности. Вспомним наш обычный желтый одуванчик. Отцветая, он превращается в прекрасный ажурный шарик, образованный множеством замечательных парашютиков, которые удерживаются до поры до времени семянками на материнском растении.
Но вот семена созрели. Ветер слегка качнул высоко вытянувшийся к этому времени стебелек одуванчика - и десятки белых парашютов понесли семена в воздушную посевную кампанию.
Так же распространяют свои семена наши первые весенние цветы - мать-и-мачеха, а летом злостные сорняки полей - осот и бодяк, красивый лиловый иван-чай, обитатель лесных порубок и мало удобных для других растений склонов и кустарниковых зарослей.
Приведем еще один из многих подобных примеров, в котором воздушные течения играют основную роль в расселении растений. Есть такое растение перекати-поле, или курай. Оно оригинальнейшим образом приспособлено для того, чтобы путешествовать на далекие расстояния по степям и во время этого путешествия рассеивать понемногу свои семена.
Ко времени созревания семян у курая клетки ткани около основания стебля начинают отмирать, и стебелек легко переламывается, подобно тому как легко отпадает осенью от ветки желтеющий лист. Ветви перекати-поля образуют округлую форму, и такие отмершие, но еще не обсеменившиеся шары, гонимые ветром, катятся десятки километров даже тогда, когда зима покроет степные просторы снежной пеленой.
В песчаных пустынях среди безбрежных барханов произрастает несколько видов кустарников, приспособившихся к условиям этих пустынь. У них своеобразные семена. Маленькое семя окружено ажурным сплетением твердых коричневых выростов. Получается легкий шарик размером с крупную вишню. И такие «перекати-пустыню» шарики-семена ветры гонят за сотни километров через барханы, пока не остановит их бег какое-нибудь препятствие, чаще всего другие растения, среди которых и прорастают остановившиеся семена.
Приведенные примеры говорят об исключительной роли воздушного океана в жизни и распространении громадного количества растений. Но была бы слишком узкой оценка роли воздуха только как механического переносчика пыльцы и семян.
Воздушный океан снабжает растительный мир необходимейшей ему влагой, а без воды немыслима органическая жизнь вообще. Все организмы состоят и из воды; при недостаче ее замедляется рост и развитие растений и животных.
А водой снабжает все материки воздух.
В других главах книги говорилось о том, как тепловая энергия солнечных лучей совершает через посредство атмосферы постоянный круговорот воды, поднимая с поверхности океанов, морей, озер, рек и с самой суши ежегодно многие тысячи кубических километров воды. Воздух принимает в себя ее пары, поднимает их до пределов тропосферы, забрасывает за высочайшие горные пики и несет в выжженные пустыни, давая и там возможность развиваться органической жизни.
Нужно побывать в пустынях, чтобы наглядно представить себе совершенно исключительную роль воздушного океана в жизни этих скудных областей земного шара. Автору довелось побывать в американских пустынях Аризоны и Калифорнии, в нагорных пустынях Мексики, в пустынях западной и южной Азии. Скупы и суровы они во время засух. Почва и грунт раскаляются до 82-85 градусов. Знойный воздух иссушает все. Мучит жажда. На запыленных колючих кустах не видно зеленого листика: они не имеют зимнего листопада, а только летний, обусловленный засухой. Некоторые низкорослые растения сжались в плотные буроватые комочки. Не видно ни ящериц, ни насекомых - все живое притаилось в укромных убежищах.
«В пустыне чахлой и скупой, на почве зноем раскаленной…» все кажется мертвым, безжизненным.
Но вот воздушные потоки, рожденные воздействием солнечной радиации на газовую оболочку Земли, начинают менять свои направления и приносят, скажем для примера, в индийские или аравийские пустыни обильные муссонные дожди.
Пустыни буквально преображаются. С изумительной быстротой появляется свежая зелень однолетников, семена которых лежали в сухой почве. Расцветают душистые цветы. Колючие кусты и деревья покрываются свежей листвой или, до ее появления,- ароматными цветами. Повсюду суетятся насекомые, летают яркие бабочки.
Воздушные течения принесли влагу и возродили активную жизнь в пустынях. Но как только кончают дуть муссоны, перестанут идти дожди, пустыни снова выгорают, и в них едва теплится скудная жизнь наиболее стойких, приспособившихся к сухости и зною организмов.
В тех областях земного шара, куда более постоянные ветры несут влагу с океанов, пышно разрастаются экваториальные леса - джунгли, в которых круглый год кипит самая многообразная жизнь, не знающая перерывов, вызываемых засухами. Обусловил эту пышную и обильную жизнь все тот же воздушный океан своими могучими потоками, проносящимися над морем и над сушей.
На этом не кончается огромная роль, которую играет воздух в жизни живых организмов и особенно растений Велико его значение и как источника питания, но об этом вы прочтете в других главах.
Не меньшую роль воздушная стихия играет и в жизни животных, начиная от громадных кондоров и кончая маленькими паучками и едва заметными мошками и москитами.
Пытливый ум человека, читающего «летописи земли и воды» - отложившиеся некогда осадочные породы, лежащие сейчас на больших глубинах, обнаружил там отпечатки и останки древнейших первоптиц - зубастых хищных ящеров, приобретших в процессе эволюции крылья.
В черной глине, встречающейся прослойками среди пластов каменного угля, хорошо сохранились отпечатки крыльев гигантских стрекоз, почти в метр величиной, древних тараканов и многих других крылатых насекомых. Следовательно, уже сотни миллионов лет назад воздушная сфера, как среда обитания животных, влияла на их эволюцию, заставляла организмы изменяться под воздействием на них условий существования в газовом покрове земного шара.
Поэтому. сейчас мы наблюдаем такое множество своеобразных приспособлений в самом устройстве тела и в поведении тысяч видов живых существ, которые в прошлом казались людям сверхъестественным чудом, совершенным богом. Только божественным провидением могли быть созданы быстрокрылые птицы и все другие твари, говорили служители религиозного культа и идеалисты.
Мы же теперь знаем, что и птицы в воздухе появились в результате длившейся миллионы лет эволюции - приспособления наземных животных к новым для них условиям существования в воздушной стихии.
Как легок скелет птицы, как идеально приспособлены ее крылья к передвижению в воздушной среде! Как замечательно уменье орла парить с распростертыми в вышине, кажущимися неподвижными крыльями, или коршуна, когда он высматривает на земле свою добычу! Он то замрет, то быстро машет крыльями, то не сдвигается ни на сантиметр - и вдруг падает камнем вниз, хватает свою жертву и снова взмывает в воздушный океан.
Глядя на них, мы вправе сказать образно: «Птиц сделал воздух».
По далеким воздушным путям совершают перелеты мириады птиц. С берегов Нила, от пальмовых лесов Шатт-Эль-Араба, или с южных берегов Каспийского моря, где лебеди, гуси, утки, чайки, журавли и тысячи других пернатых проводят зимние месяцы, ранней весной пускаются они в далекие северные края. Мы говорим, видя первых грачей, ходящих по намокшим зимним дорогам: «Прилетели вестники весны».
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Атмосфера (от. греч. ατμός - «пар» и σφαῖρα - «сфера») - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Атмосфера - газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.
Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.
Атмосфера есть у всех массивных тел - планет земного типа, газовых гигантов.
Состав атмосферы
Атмосфера - это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.
Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО 2 примерно на 10-12 %.Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.
Начальный состав атмосферы планеты обычно зависит от химических и температурных свойств солнца в период формирования планет и последующего выхода внешних газов. Затем состав газовой оболочки эволюционирует под действием различных факторов.
Атмосфера Венеры и Марса в основном состоят из двуокиси углерода с небольшими добавлениями азота, аргона, кислорода и других газов. Земная атмосфера в большой степени является продуктом живущих в ней организмов. Низкотемпературные газовые гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - могут удерживать в основном газы с низкой молекулярной массой - водород и гелий. Высокотемпературные газовые гиганты, такие как Осирис или 51 Пегаса b, наоборот, не могут её удержать и молекулы их атмосферы рассеиваются в пространстве. Этот процесс протекает медленно, постоянно.
Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.
Кислород , в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода - окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.
Структура атмосферы
Структура атмосферы складывается из двух частей: внутренней- тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, или ионосферы, и внешней - магнитосферы (экзосферы).
1)Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено 3\4 т.е. ~ 80% всей земной атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности и океана, поэтому толщина тропосферы на экваторе составляет 16 – 18 км, в умеренных широтах 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. Температура воздуха в тропосфере на высоте понижается на 0,6ºС на каждые 100м и колеблется от +40 до - 50ºС.
2)Стратосфера находится выше тропосферы и имеет высоту до 50км от поверхности планеты. Температура на высоте до 30км постоянная -50ºС. Затем она начинает повышаться и на высоте 50 км достигает +10ºС.
Верхней границей биосферы являются озоновый экран.
Озоновый экран – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющей максимальную плотность озона на высоте 20-26 км.
Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7 - 8 км, у экватора в 17-18км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. Если спрессовать все молекулы озона, то получится слой ~ 3мм вокруг планеты.
3)Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80км. Главная её особенность – резкое понижение температуры -90ºС у её верхней границы. Здесь фиксируется серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.
4)Ионосфера (термосфера)- располагается до высоты 800 км и для неё характерно значительное повышение температуры:
150км температура +240ºС,
200км температура +500ºС,
600км температура +1500ºС.
Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний.
Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на планете.
5)Экзосфера – располагается выше 800км и простирается до 3000км. Здесь температура >2000ºС. Скорость движения газов приближается к критической ~ 11,2 км/сек. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли светящуюся корону, простирающуюся до высоты 20000км.
Функций атмосферы
1) Терморегулирующая – погода и климат на Земле зависит от распределения тепла, давления.
2) Жизнеобеспечивающая.
3) В тропосфере происходит глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс определяющий круговорот воды, теплообмен.
4) Практически все поверхности геологические процессы обусловлены взаимодействием атмосферы, литосферы и гидросферы.
5) Защитная – атмосфера защищает землю от космоса, солнечной радиации и метеоритной пыли.
Функции атмосферы . Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Человек ежедневно потребляет 12-15 кг. воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде. Кроме того, атмосфера надежно оберегает человека от опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты, космические излучения. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха - пять минут. Нормальная жизнедеятельность людей требует не только воздуха, но и определенной его чистоты. От качества воздуха воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв. Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы земли, способствует перераспределению тепла на земном шаре. Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Если бы наша планета не была бы окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200 С. Атмосфера спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Велико значение атмосферы в распределении света. Ее воздух разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает равномерное освещение. Атмосфера служит проводником звуков.
Значение и строение атмосферы
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Значение и строение атмосферы |
| Рубрика (тематическая категория) | Экология |
В случае если воду, которой издавна не хватало, называли "ресурсом жизни", то о воздухе вспомнили лишь в нашу урбанизированную эпоху. Напомним, что без пищи человек может прожить несколько десятков дней, а без воздуха – только до 5-7 мин. Вместе с тем, человеку необходим чистый воздух, которого, в особенности в городах и индустриальных центрах, не хватает.
Значение атмосферы. Атмосферный воздух - важнейший природный ресурс, его назначение (для Земли и человечества):
Снабдить людей, животный и растительный мир жизненно необходимыми газовыми элементами (кислородом, углекислым газом);
Смягчить температурные перепады (воздух - плохой проводник тепла и холода), ᴛ.ᴇ. обеспечить терморегуляцию на планете;
Защитить поверхность Земли от космического, радиационного и ультрафиолетового солнечного излучений;
Защитить Землю от метеоритов и прочих космических тел, подавляющая масса которых сгорает в атмосфере;
Обеспечить производственные антропогенные процессы кислородом, азотом, водородом и нейтральными газами.
Атмосфера "согревает" нашу планету, поглощая тепло, излучаемое Землей в мировое пространство, и частично возвращая его в виде встречного излучения. Атмосфера рассеивает солнечные лучи, благодаря чему создается постепенный переход от света к тени (сумерки). В ночное время она излучает световые лучи и служит источником освещения земной поверхности.
Ночное свечение атмосферы (люминесценция) - это свечение разреженных газов воздуха на высотах от 80 до 300 км. Оно обеспечивает 40 – 45 % общей освещенности земной поверхности в безлунную ночь, в то время как звездный свет составляет около 30 %, а на свет, рассеиваемый межзвездной пылью, приходятся остальные 25 – 30 %. Разновидностью свечения атмосферы являются полярные сияния. На Земле они наблюдаются в высоких широтах только ночью при отсутствии облаков. Из космоса полярные сияния видны всегда, и при этом одновременно над большими территориями.
Строение атмосферы. В составе атмосферы выделяют несколько слоев - сфер, между которыми нет резко выраженных границ.
1. Тропосфера - нижний основной слой атмосферы. Он наиболее хорошо изучен. Высота тропосферы достигает 10 км над полюсами, 12 км в умеренных широтах и до 18 км над экватором.
Тропосфера содержит более 4/5 всей массы атмосферного воздуха. В ней наиболее ярко проявляются разнообразные погодные явления. Известно, что с подъемом на 1 км температура воздуха в данном слое снижается более чем на 6 градусов . Это происходит потому, что воздух пропускает к поверхности Земли солнечные лучи, которые ее нагревают. От земной поверхности нагреваются и прилегающие к Земле слои атмосферы.
Зимой поверхность Земли сильно охлаждается, чему способствует снежный покров, отражающий большую часть солнечных лучей. По этой причине воздух у поверхности Земли оказывается холоднее, чем вверху, то есть образуется так называемая инверсия температуры. Инверсия температуры часто наблюдается и в ночное время суток.
Летом поверхность Земли сильно и неравномерно нагревается солнечными лучами. От наиболее нагретых ее участков поднимаются вверх воздушные вихри. На смену поднявшемуся воздуху притекает воздух со стороны менее нагретых участков Земли, в свою очередь, замещаемый воздухом из верхних слоев атмосферы. Возникает конвекция, которая вызывает перемешивание атмосферы в вертикальном направлении. Конвекция способствует рассеиванию тумана и снижает запыленность нижнего слоя атмосферы.
В верхних слоях тропосферы на высоте 12 - 17 км при пролете самолетов часто образуются белые облачные следы, хорошо видимые с большого расстояния. Эти следы называются конденсационными , или следами инверсии. Основной причиной конденсационных следов является конденсация, или сублимация водяного пара, попадающего в атмосферу с отработавшими газами авиационных двигателей, так как при сжигании керосина в авиационном двигателе образуется водяной пар.
Важно заметить, что для сжигания в двигателе 1 кг топлива расходуется около 11 кг атмосферного воздуха, при этом образуется около 12 кг отработавших газов, содержащих почти 1,4 кг водяного пара.
2. Стратосфера находится над тропосферой до высоты 50-55 км. В ней содержится менее 20 % массы всего атмосферного воздуха. В этом слое имеется незначительное перемещение газов и происходит возрастание температуры с высотой (до 0 0 С у верхней границы).
Нижняя часть стратосферы представляет мощный задерживающий слой, под которым скапливаются водяной пар, кристаллы льда и другие твердые частицы. Относительная влажность воздуха здесь всегда близка к 100 %.
В стратосфере расположен озоновый слой, отражающий губительное для жизни космическое излучение и частично ультрафиолетовые лучи Солнца. Наибольшая концентрация озона имеется на высоте 15-35 км, где свободный кислород под влиянием солнечной радиации превращается в озон.
3. Мезосфера простирается выше стратосферы на высоте приблизительно от 50 до 80 км. На её долю приходится менее 1 % воздуха. Стоит сказать, что для неё характерно понижение температуры с увеличением высоты, приблизительно от 0° С на границе со стратосферой до -90° С в верхних слоях мезосферы.
4. Ионосфера находится над мезосферой. Она характеризуется значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. В ионосфере происходит под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации ионизация сильно разреженного воздуха, а также космического излучения, которые вызывают разложение молекул атмосферных газов на ионы и электроны. Особенно интенсивна ионизация на высоте от 80 до 400 км. Ионосфера способствует распространению радиоволн. Верхняя граница ионосферы является внешней частью магнитосферы Земли. Ионосферу часто называют термосферой .
Значение и строение атмосферы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Значение и строение атмосферы" 2017, 2018.