Атмосфера: її склад, будова та функції

Атмосфера — це газова оболонка, що оточує Землю. Наявність атмосфери — одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води — тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин. Вона є носієм тепла, вологи, захисником екосистем від згубних ультрафіолетових випромінювань, важливим чинником фотосинтезу. Це своєрідний «скафандр» для Землі і одночасно велетенський резервуар кисню. Вона становить лише одну мільйонну частину від маси нашої планети. Проте повітря дуже багато. Й воно лише на перший погляд невагоме. Загальна маса атмосфери вражає: вона дорівнює вазі мідної кулі діаметром у 10 км.

Наша планета – великий магніт. Тому атмосферу утримує біля її поверхні сила земного тяжіння. Повітряна оболонка обертається разом з Землею як єдине ціле. Зрозуміло, що нижньою межею атмосфери є тверда поверхня планети. Тому повітряну оболонку можна порівняти з океаном, на дні якого ми живемо. Чим далі від поверхні планети, тим сила тяжіння менша. Тому й щільність повітря не однакова на різних висотах [9].

Атмосфера Землі має шарувату будову і відповідно до змін температури з висотою виділяють п’ять основних оболонок. Від земної поверхні до висоти 8-18 км підіймається тропосфера. У зв’язку з приплюснутою формою нашої планети, сила тяжіння не однакова в різних широтах. Тому верхня межа тропосфери біля екватора сягає 18-20 км, у наших широтах – 10 км, біля полюсів – 8-9 км. У тропосфері зосереджено близько 80% усього атмосферного повітря та завдяки випаруванню з поверхні Океану – майже уся атмосферна вода, з якої формуються хмари й випадають опади. Тобто погода зароджується саме у прилеглому до Землі шарі повітря. Вище знаходиться стратосфера. Вона тягнеться вище тропосфери до висоти 51-55 км й містить понад 29% повітря атмосфери. Там повітря холодне й сухе. Лише інколи у стратосфері виникають перламутрові хмари – тонкі прозорі утворення з кришталиків криги, які ледь помітні після заходу та перед сходом Сонця (рис.1.1).

Рис.1.1. Будова атмосфери

Вище стратосфери знаходяться верхні шари атмосфери: мезосфера, термосфера та екзосфера. Вони усі разом концентрують менше 1% атмосферного повітря, яке тут дуже розріджене й легко пропускає заряджені частки з Космосу. Ці частки притягуються, як магнітом, до полюсів Землі. Тому там на висоті 80-1000 км спостерігаються яскраві полярні сяйва від кількох хвилин до кількох діб. Світіння буває жовто-зеленим, біло-блакитним, фіолетовим у вигляді плям, смуг, стовпів. У верхніх шарах атмосфери також поширюються радіохвилі, а у періоди підвищеної сонячної активності зароджуються магнітні бурі (рис.1.2).

Рис.1.2. Будова атмосфери

Атмосферне повітря це не лише оксиген. За своїм складом воно являє суміш близько 20 різних газів. Більшу частку повітря складає нітроген: понад 79%. Значно меншу – оксиген: майже 21%. Ще 1% становлять інші гази:

вуглекислий газ, аргон, неон, гелій, метан, криптон, гідроген, ксенон. Маса атмосфери складає 1/1000000 маси Землі. Однак її роль і значення в житті планети є надзвичайно важливі. Вона, як елемент глобальної екосистеми, виконує кілька основних функцій:

· Захисні функції атмосфери проявляються з одного боку в екрануванні земної поверхні від попадання на неї різноманітних космічних тіл (метеорів, метеоритного пилу), більшість яких згоряє в щільних шарах атмосфери.

· Кліматорегулюючі функції атмосфери проявляються в регуляції нею основних кліматичних параметрів: температури, вологості, тиску, швидкості і напрямку вітру. Завдяки атмосферній регуляції основних кліматичних параметрів на Землі представлені різноманітні кліматичні пояси і погодні умови. Присутність атмосфери істотно нівелює добові і сезонні контрасти температур біля земної поверхні. Циркуляція атмосфери виступає одним із провідних кліматоутворюючих чинників.

· Атмосфера регулює інтенсивність протікання процесів кругообігу речовин і енергії, кожен з яких проходить атмосферну стадію. В залежності від прозорості атмосфери регулюється процес поступлення до земної поверхні сонячних променів.

Атмосфера – невід’ємна складова частина середовища існування живих організмів. Повітря насичує воду і пронизує ґрунти і гірські породи. Води насичені атмосферними газами, вони присутні в ґрунтах і гірських породах. Атмосферні гази: оксиген, вуглекислий газ і нітроген приймають безпосередню участь в біохімічних циклах і є важливими чинниками функціонування різноманітних екосистем [9].

Сучасна атмосфера містить приблизно двадцяту частину оксигену, що є на нашій планеті. Головні запаси оксигену зосереджені в карбонатах, органічних речовинах і окислах феруму, частина оксисену розчинена у воді. В атмосфері склалася приблизна рівновага між виробництвом оксигену у процесі фотосинтезу та його споживанням живими організмами. Але останнім часом з'явилась небезпека, що в результаті людської діяльності запаси оксисену в атмосфері можуть зменшуватися. Особливу небезпеку становить руйнування озонового шару, яке спостерігається впродовж останніх років. Більшість учених пов'язує це певною мірою з діяльністю людини.

Кругообіг оксигену в біосфері надзвичайно складний, оскільки з ним вступає в реакцію велика кількість органічних і неорганічних речовин, а також гідроген, у сполученні з яким оксиген утворює воду [6].

Вуглекислий газ (діоксид карбону) використовується в процесі фотосинтезу для створення органічних речовин. Завдяки саме цьому процесу замикається кругообіг карбону в біосфері. Як і оксиген, карбон входить до складу ґрунтів, рослин, тварин, бере участь у різноманітних механізмах кругообігу речовин у природі. Вміст вуглекислого газу в повітрі, який ми вдихаємо, приблизно однаковий у різних районах планети. Виняток становлять великі міста, в яких вміст цього газу в повітрі буває більшим від норми.

Деякі коливання вмісту вуглекислого газу в повітрі тієї чи іншої місцевості залежать від часу доби, пори року, біомаси рослинності. У той же час, дослідження показують, що з початку минулого століття середній вміст вуглекислого газу в атмосфері, хоча й повільно, але постійно збільшується. Цей процес пов'язаний з діяльністю людини [4].

Нітроген - незамінний біогенний елемент, оскільки він входить до складу білків і нуклеїнових кислот. Атмосфера - невичерпний резервуар нітрогену, але головна частина живих організмів не може безпосередньо використовувати цей елемент: він повинен бути попередньо зв'язаний у вигляді хімічних сполук.

Частково нітроген потрапляє з атмосфери в екосистеми у вигляді оксидунітрогену, який утворюється під дією електричних розрядів під час грози. Проте головна частина нітрогену потрапляє у воду та ґрунт у результаті його біологічної фіксації. Існує кілька видів бактерій і синьо-зелених водоростей, які здатні фіксувати нітроген атмосфери [3].

У результаті їх діяльності, а також внаслідок розкладання органічних залишків у ґрунті, нітроген перетворюється в доступну для засвоєння рослинами форму [4].