Розділ «5. АТМОСФЕРА»

5.1. Поняття про атмосферу

Атмосфера (від грец. atmos — повітря і сфера — куля) Землі — повітряна оболонка, що оточує Землю і обертається разом з нею під дією сили тяжіння. Маса атмосфери становить 5,15 ∙ 1015 т (майже 0,000001 частка маси Землі). Нижньою межею атмосфери є поверхня Землі; верхня — на висоті 2000-3000 км, хоч вона поширюється до 20 000 км і поступово переходить у міжпланетний простір.

Основними складовими повітря (за об'ємом) е азот (78.10%), кисень (20,93%), аргон (0,93 %).

Крім цих основних газів, у повітрі в мізерній кількості містяться водень, гелій, неон, криптон, ксенон. До складу повітря входять також вуглекислий газ, озон, метан, водяна пара. У зваженому стані в повітрі утримуються водяні краплі, частинки льоду і дрібні частинки пилу різного походження. Азот, кисень, аргон, водень, гелій, неон, криптон, ксенон за вмістом у повітрі сталі, а решта — несталі. Через те, що в природі відбувається кругообіг речовин і повітря безперервно перемішується у вертикальному і горизонтальному напрямах, ці складові частини скрізь на Землі лишаються незмінними. Це стосується і відносно високих шарів повітря. З висотою склад повітря мало змінюється. За даними штучних супутників, на висоті понад 250 км повітря складається з атомарних іонів кисню й азоту. Серед них більше іонів атомарного кисню. Найвища атмосфера складається в основному з гелію і водню.

Несталі складові повітря, властиві головним чином тропосфері, — це вуглекислий газ, озон, метан, водяна пара і різні частинки у зваженому стані. їхня кількість невелика і змінюється в часі і просторі. Проте і вони відіграють важливу роль у процесах, що відбуваються в географічній оболонці.

Із сталих складових атмосфери найважливішу роль у життєвих процесах, що відбуваються в географічній оболонці, відіграє кисень. Він прямо впливає на життя людини. Збільшення або зменшення кисню в природі призвело б до згубних для організмів наслідків. Кисень витрачається на окислення багатьох елементів земної кори тощо. Проте кількість його лишається незмінною. Кисень у повітря безперервно постачають рослини. Майже весь вільний кисень атмосфери — продукт життєдіяльності зелених рослин. У процесі життєдіяльності вони розкладають вуглекислий газ на вуглець і кисень. Вуглець іде на побудову їхнього тіла, а кисень виділяється в атмосферу.

Азот засвоюють рослини, його вдихають тварини і люди.

З групи несталих складових атмосфери на особливу увагу заслуговують вуглекислий газ і водяна пара. Вуглекислого газу в повітрі небагато —0,03 %, але він відіграє важливу роль у географічній оболонці. В атмосферу він надходить з вулканів, мінеральних джерел, ґрунтів, організмів, промислових підприємств.

Нерівномірно розподіляється вуглекислий газ і поземній поверхні. Над океаном, у полярних країнах, сільській місцевості його менше, ніж у містах (особливо у промислових), у вулканічних областях.

Роль вуглекислого газу не вичерпується тим, що він основний матеріал для побудови органічної речовини рослин. Він має велике значення як отеплювач Землі. Вуглекислий газ легко пропускає до Землі короткохвильове проміння Сонця, але затримує довгохвильове.

Водяна пара — найбільш нестала із складових атмосфери. Вона надходить у повітря в результаті випаровування води з морів та океанів, з поверхні суші та внаслідок транспірації рослинами. Вона відіграє важливу роль у географічній оболонці: поглинає і затримує тепло, яке випромінює Земля, з неї утворюються хмари й опади, під час конденсації водяної пари виділяється тепло, яке нагріває повітря.

Атмосфера відіграє важливу роль у перетворенні сонячної енергії — поглинанні, розсіюванні, відбиванні. Вона одержує тепло від суші й моря і охолоджується зверху, випромінюючи тепло в міжпланетний простір, і, отже, проводить тепло від Землі. Проте більше вона затримує тепла і таким чином відіграє роль отеплювача Землі. Атмосфера пропускає 3/4 сонячного випромінювання до Землі й затримує довгохвильове випромінювання земної поверхні. Цим атмосфера збільшує кількість тепла на Землі, яке впливає на розвиток різних фізико-географічних процесів.

Між атмосферою і поверхнею Землі відбувається безперервна взаємодія. Атмосфера зумовлює безпосередньо ряд процесів на Землі й впливає на їхній хід. Повітря разом з водою фізично і хімічно впливає на земну кору, спричиняє її вивітрювання, яке відіграє одну з першорядних ролей в утворенні рельєфу. Атмосферні опади дають початок текучим водам, а вони, в свою чергу, впливають на рельєф поверхні Землі.

Атмосфера перебуває в безперервному русі. Внаслідок цього здійснюється обмін теплом і холодом між різними зонами й ділянками, які по-різному нагріваються. Атмосфера переносить вологу в стані пари і в краплиннорідкому з одних ділянок в інші і так розподіляє її на Землі. Атмосфера є також величезним, практично невичерпним джерелом мінеральної сировини. З повітря добувають азот, кисень, аргон та інші гази для потреб народного господарства.

До складу атмосфери входять азот (78 %), кисень (21 %), інші гази становлять лише 1 %, вт. ч. вуглекислий газ —0,03 %. Таке співвідношення газів зберігається до висоти 100 км. Кожний з газів забезпечує дихання і горіння. Азот входить до складу білків—речовин, з яких складається все живе. Шар озону (озоносфера) вбирає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, захищаючи життя на Землі. Основна маса озону знаходиться на висоті 20—25 км. Вуглекислий газ, вміст якого в атмосфері з розвитком виробництва зростає (від 0,029 % на початку XX ст. до 0,033 % у 80-х роках), має здатність вбирати довгохвильове випромінювання Землі, що створює парниковий ефект атмосфери і зменшує тепловіддачу Землі.

Атмосфера підтримує різні форми життя на Землі, регулює теплообмін планети з космічним простором, впливає на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів.

5.2. Висота, межі й будова атмосфери

Межі атмосфери умовні. Верхню межу тонно не визначено. Густина повітря з висотою зменшується, атмосфера поступово, без чіткої межі переходить у міжпланетний простір. За верхню межу іноді беруть таку висоту, на якій окремі розрізнені частини повітря ще обертаються разом із Землею, де сила притягання ще більша за відцентрову силу.

За даними сучасних досліджень, верхня межа атмосфери простежується до 3000 км. Там її густина наближається до густини міжпланетного простору.