Атмосфера в складі біосфери - студопедія

Атмосфера в складі біосфери - газове середовище існування організмів. До появи фотосинтезуючих організмів вона формувалася в основному з вулканічних газів. З перетворенням безкисневому атмосфери в кисневу пов'язані основні етапи біологічної еволюції біосфери. Сьогоднішній склад атмосфери істотно відрізняється про вулканічних газів, за рахунок яких вона виникла. Це свідчить про те, що протягом геологічної історії Землі відбувалися потужні процеси, що змінили склад її газової оболонки. Ці процеси пов'язують з активністю живого населення біосфери. Розрахунки показують, що в добіологічних період атмосфера Землі мало відрізнялася від близької до неї за розмірами і відстанню від поверхні Сонця Венери. Спочатку атмосфера Землі складалася з вуглекислого газу (98%) і азоту (1,5%).

Чисте повітря на рівні моря являє собою механічну суміш декількох газів. Співвідношення між головними складовими атмосферу газами - азотом (об'ємна концентрація 78,08%) і киснем (20,95%) постійно. Крім них в атмосферному повітрі міститься аргон (0,93%) і вуглекислий газ (0,03%). Кількість інших газів неону, гелію, криптону, ксенону, водню, йоду, чадного газу та оксидів азоту - мізерно мало (менше 0,01%). Найважливішими компонентами атмосфери є озон і вуглекислий газ, які контролюють функціонування біосфери.

Майже 50% всієї маси атмосфери зосереджено в нижньому 5-кілометровому її шарі, 75% - в 10-кілометровому і 90% - в 16-кілометровому. Вище 3 тис. Км щільність атмосфери мало чим відрізняється від щільності міжпланетного простору, хоча сліди атмосфери виявлені на висоті 10 тис. Км.

Озон - трьохатомний кисень (О3) присутній в атмосфері Землі до висоти 70 км. У приземному шарі він утворюється під впливом випадкових чинників (грозові розряди, окислення органічної речовини і ін.). Озон надзвичайно отруйний (більше ніж чадний газ - СО). У більш високих шарах атмосфери (стратосфері) озон утворюється в результаті впливу ультрафіолетового випромінювання на молекулу кисню, яка спочатку розпадається на атомарний кисень (О2 ® Про + О). В кінцевому підсумку цієї фотохімічної реакції з'являється озон (О2 + О ® О3). Озоновий шар розташовується на висоті 10 - 100 км; максимальна його концентрація спостерігається на висоті 25 км. Шар максимальної концентрації озону на висоті 20 - 25 км отримав назву озонового екрану. Озоновий екран має величезне значення для збереження життя на Землі. У озоновому шарі поглинається велика частина, що йде від Сонця, ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі менше 400 нм. Поверхня Землі досягає лише частина ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 280 нм. Завдяки озоновому шару (хоча його товщина, приведена до нормальних умов тиску атмосфери і температури на поверхні Землі, складає близько 3 мм) найбільш активна в біологічному відношенні частина сонячної радіації не може згубно впливати на живі організми.

В цілому озоновий шар поглинає близько 13% сонячної енергії. Завдяки цьому поглинанню температура в стратосфері (вище 10 км) значно підвищується. Якщо в тропосфері (до 10 км) температура знижується в середньому на 0,6 0 С на кожні 100 м, до -60 0 С і більше, то в стратосфері, завдяки наявності озону, вона підвищується, досягаючи над екватором 0 0 С і над полюсами 10 0 С. В мезосфері на висоті 75 - 80 км температура знову знижується до - 80 0 С і більше.

Коливання кількості озону в стратосфері відбувається під впливом природних причин (зміна інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, активності Сонця і ін.). Ці варіації, ймовірно, є, однією з причин зміни клімату на Землі.

Крім захисту Землі від ультрафіолетового випромінювання Сонця, найважливішим властивістю атмосфери є акумуляція тепла, яка викликає парниковий ефект. Сучасна середня температура повітря біля поверхні Землі становить 14,6 0 С і відображає динамічну рівновагу між приходить і йде радіацією. Практично єдиним енергетичним джерелом всіх природних процесів в біосфері служить сонячна радіація, яка постачає 99,98% всього тепла на земну поверхню. Його інтенсивність дорівнює 1,95 кал / (см 2 × хв) і називається сонячної постійної. Річні коливання її складають ± 3,5%. Близько 33% сонячної енергії, що надходить на верхню межу атмосфери, відбивається в світовий простір. Приблизно скільки ж цієї енергії відбивається верхнім шаром хмар і земною поверхнею. Атмосфера поглинає до 20% сонячної радіації (в тому числі озоновий шар до 13%) і бере активну участь у створенні парникового ефекту. Інша частина (близько 15%) сонячної енергії досягає земної поверхні і нагріває верхні шари грунту, гірських порід і воду, а також бере участь в різних фотохімічних реакціях, в тому числі і в фотосинтезі. Нагріваючись за рахунок поглинання сонячної енергії, земна поверхня стає джерелом земного, в основному довгохвильового випромінювання, яке майже повністю поглинається атмосферою. Основним поглиначем цього випромінювання є водяна пара. Вночі при ясному небі втрати теплової енергії сприяють охолодженню земної поверхні. З інших поглиначів довгохвильового випромінювання слід назвати різні домішки в атмосфері і вуглекислий газ, який прозорий для короткохвильового сонячного випромінювання і непрозорий для довгохвильового земного.

В якості основних причин, що викликають зміну клімату можна назвати мінливість сонячної активності, зміна магнітного поля Землі і атмосферного електричного поля, варіації концентрації озону і вуглекислого газу в атмосфері. Зокрема, похолодання за останні 25 млн. Років пов'язано зі зменшенням вуглекислого газу в атмосфері. Ймовірна причина зменшення вуглекислого газу обумовлена ​​зменшенням вулканічної діяльності.

Антропогенне забруднення повітряного басейну вуглекислим газом не тільки запобігло подальшому можливе зниження його концентрації при сучасній малоактивною вулканічної діяльності, а й призвело до деякого його збільшення, посиливши «парниковий ефект» атмосфери.