Значение атмосферного воздуха. Роль и значение атмосферы в органической жизни земли

Атмосфера является последним слоем нашей планете, после которого начинается космос, и имеет несколько ключевых функций для сохранения жизни.

Происхождение и состав атмосферы

Состав атмосферы в истории планеты менялся многократно. Например, как об этом свидетельствуют ископаемые останки, раньше, несколько сотен миллионов лет назад, кислород в атмосфере не содержался, а количество углекислого газа было выше. Тогдашние животные при синтезе необходимых для жизни организмов использовали углекислый газ и брали из него углерод. Именно из-за этих примитивных организмов за миллионы лет попало огромное количество кислорода, и все живое начало дышать им.

В более древние времена, когда планета только образовалась, вода, которая сейчас находится в океанах, пребывала преимущественно в газообразном состоянии. Плотность атмосферы была тогда более высокой.

Главные функции атмосферы

Атмосфера имеет следующие ключевые функции:

1. Защита Земли от ультрафиолетового излучения Солнца.
2. Обмен веществ (например, участие в круговороте воды).
3. Обеспечение кислородом живых организмов.
4. Сохранение тепла, полученного от солнечных лучей.

Во сколько плотность атмосферы на Земле довольно высока, большая часть излучения Солнца, которая была бы смертельно для живых организмов, через неё не проходит. Именно это является одним из ключевых отличий нашей планеты от остальных. С другой стороны, атмосфера не образует над Землей сплошного покрова, как, например, на Венере, так что часть лучей через нее проникает и в результате мы получаем световой день.

Поскольку воздух является хорошим изолятором, полученное тепло, благодаря воздушным токам, равномерно распространяется по поверхности, а не экранируется обратно в космос. В природе это можно заметить, когда днем от полученных солнечных лучей поверхность нагревается, а ночью равномерно охлаждается. При этом разница температур не очень высока. Этим Земля отличается от Марса, где атмосфера разрежена и разница температур между днем и ночью велика и составляет около 80°C.

Окружающий мир образован из трех очень разных частей: земли, воды и воздуха. Каждая из них по-своему уникальна и интересна. Сейчас речь пойдет только о последней из них. Что такое атмосфера? Как она возникла? Из чего состоит и на какие части делится? Все эти вопросы чрезвычайно интересны.

Само название «атмосфера» образовано из двух слов греческого происхождения, в переводе на русский они означают «пар» и «шар». А если посмотреть точное определение, то можно прочитать следующее: «Атмосфера - это воздушная оболочка планеты Земля, которая несется вместе с ней в космическом пространстве». Она развивалась параллельно геологическим и геохимическим процессам, которые происходили на планете. И сегодня от нее зависят все процессы, протекающие в живых организмах. Без атмосферы планета стала бы безжизненной пустыней, подобной Луне.

Из чего она состоит?

Вопросом о том, что такое атмосфера и какие элементы в нее входят, заинтересовал людей уже давно. Основные составляющие этой оболочки были известны уже в 1774 году. Их установил Антуан Лавуазье. Он обнаружил, что состав атмосферы большей частью образован из азота и кислорода. С течением времени ее составляющие уточнялись. И теперь известно, что в ней находятся еще многие другие газы, а также вода и пыль.

Рассмотрим более подробно то, из чего состоит атмосфера Земли возле ее поверхности. Самый распространенный газ - азот. Его содержится немного больше 78 процентов. Но, несмотря на такое большое количество, в воздухе азот практически не активен.

Следующий по количеству и очень важный по значению элемент - кислород. Этого газа содержится почти 21%, и он как раз проявляет очень высокую активность. Его специфическая функция состоит в окислении мертвого органического вещества, которое в результате этой реакции разлагается.

Газы с низким содержанием, но важным значением

Третий газ, который входит в состав атмосферы, - аргон. Его чуть-чуть меньше, чем один процент. После него идут углекислый газ с неоном, гелий с метаном, криптон с водородом, ксенон, озон и даже аммиак. Но их содержится настолько мало, что процентное содержание таких компонентов равняется сотым, тысячным и миллионным частям. Из них только углекислый газ играет существенную роль, поскольку он является строительным материалом, который необходим растениям для фотосинтеза. Другая его важная функция состоит в том, чтобы не пропускать радиацию и поглощать часть солнечного тепла.

Еще один малочисленный, но важный газ - озон существует для удержания ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца. Благодаря этому свойству все живое на планете надежно защищено. С другой стороны, озон влияет на температуру стратосферы. Из-за того, что он поглощает это излучение, происходит нагревание воздуха.

Постоянство количественного состава атмосферы поддерживается безостановочным перемешиванием. Ее слои перемещаются как по горизонтали, так и по вертикали. Поэтому в любом месте земного шара достаточно кислорода и нет избытка углекислого газа.

Что еще присутствует в воздухе?

Следует отметить, что в воздушном пространстве можно обнаружить пар и пыль. Последняя состоит из пыльцы и частичек почвы, в городе к ним присоединяются примеси твердых выбросов из выхлопных газов.

А вот воды в атмосфере много. При определенных условиях она конденсируется, и появляются облака и туман. По сути это одно и то же, только первые появляются высоко над поверхностью Земли, а последний стелется по ней. Облака принимают разнообразную форму. Этот процесс зависит от высоты над Землей.

Если они образовались в 2 км над сушей, то их называют слоистыми. Именно из них проливается на землю дождь или падает снег. Над ними до высоты 8 км формируются кучевые облака. Они всегда самые красивые и живописные. Именно их рассматривают и гадают, на что они похожи. Если такие образования появятся на следующих 10 км, они будут очень легкими и воздушными. Их название перистые.

На какие слои делится атмосфера?

Хотя они и имеют сильно отличающиеся друг от друга температуры, очень сложно сказать, на какой конкретной высоте начинается один слой и заканчивается другой. Это деление весьма условное и носит приблизительный характер. Однако слои атмосферы все же существуют и выполняют свои функции.

Самая нижняя часть воздушной оболочки названа тропосферой. Ее толщина увеличивается при перемещении от полюсов к экватору с 8 до18 км. Это самая теплая часть атмосферы, поскольку воздух в ней нагревается от земной поверхности. Большая часть водяного пара сосредоточена в тропосфере, поэтому в ней образуются тучи, выпадают осадки, гремят грозы и дуют ветра.

Следующий слой имеет толщину около 40 км и называется стратосферой. Если наблюдатель переместится в эту часть воздуха, то обнаружит, что небо стало фиолетовым. Это объясняется малой плотностью вещества, которое практически не рассеивает солнечные лучи. Именно в этом слое летают реактивные самолеты. Для них там открыты все просторы, поскольку практически нет облаков. Внутри стратосферы имеется слой, состоящий из большого количества озона.

После нее идут стратопауза и мезосфера. Последняя имеет толщину около 30 км. Она характеризуется резким понижением плотности воздуха и его температуры. Небо для наблюдателя видится в черном цвете. Здесь можно даже днем наблюдать звезды.

Слои, в которых практически нет воздуха

Продолжает строение атмосферы слой под названием термосфера - самая протяженная из всех остальных, ее толщина достигает 400 км. Этот слой отличается огромной температурой, которая может достигать 1700 °C.

Последние две сферы часто объединяют в одну и называют его ионосферой. Это связано с тем, что в них протекают реакции с выделением ионов. Именно эти слои позволяют наблюдать такое явление природы, как северное сияние.

Следующие 50 км от Земли отведены экзосфере. Это внешняя оболочка атмосферы. В ней происходит рассеивание частиц воздуха в космос. В этом слое обычно перемещаются спутники погоды.

Атмосфера Земли заканчивается магнитосферой. Именно она приютила большинство искусственных спутников планеты.

После всего сказанного, не должно остаться вопросов о том, что такое атмосфера. Если возникли сомнения в ее необходимости, то их легко развеять.

Значение атмосферы

Главная функция атмосферы заключается в защите поверхности планеты от перегрева в дневное время и чрезмерного остывания ночью. Следующее важное значение этой оболочки, которое никто не будет оспаривать, в том, чтобы снабжать кислородом всех живых существ. Без этого они задохнулись бы.

Большинство метеоритов сгорают в верхних слоях, так и не долетев до поверхности Земли. И люди могут любоваться летящими огнями, принимая их за падающие звезды. Без атмосферы вся Земля была бы усеяна кратерами. А о защите от солнечного излучения уже говорилось выше.

Как влияет человек на атмосферу?

Очень негативно. Это связано с разрастающейся деятельностью людей. Основная доля всех отрицательных моментов приходится на промышленность и транспорт. Кстати, именно автомобили выделяют почти 60% всех загрязняющих веществ, которые проникают в слои атмосферы. Оставшиеся сорок делят между собой энергетика и промышленность, а также отрасли по уничтожению отходов.

Список вредных веществ, которые ежедневно пополняют состав воздуха, очень длинный. Из-за транспорта в атмосфере оказываются: азот и сера, углерод, синец и сажа, а также сильный канцероген, вызывающий рак кожи - бензопирен.

На долю промышленности приходятся такие химические элементы: сернистый газ, углеводород и сероводород, аммиак и фенол, хлор и фтор. Если процесс будет продолжаться, то скоро ответы на вопросы: «Что такое атмосфера? Из чего она состоит?» будут совсем другими.

Вопрос 1. Что такое воздух?

Воздух - естественная смесь газов (главным образом азота и кислорода - 98-99 %, а также аргона, углекислого газа, воды, водорода), образующая земную атмосферу.

Вопрос 2. Какова роль воздушной оболочки для нашей планеты?

Воздушная оболочка нашей планеты – атмосфера – защищает живые организмы на земной поверхности от губительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца и других жестких космических излучений. Предохраняет Землю от метеоритов и космической пыли. Атмосфера служит также «одеждой», не позволяющей осуществляться потерям тепла, излучаемого Землей в пространство. Атмосферный воздух – это источник дыхания человека, животных и растительности.

Вопрос 3. Каково значение атмосферы в жизни нашей планеты?

Предохраняет Землю от метеоритов и космической пыли. Атмосфера служит также «одеждой», не позволяющей осуществляться потерям тепла, излучаемого Землей в пространство. Атмосферный воздух – это источник дыхания человека, животных и растительности. Особую роль для всего живого на Земле имеет озоновый слой, который защищает живые организмы от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.

Вопрос 4. Из каких газов состоит воздух?

Атмосфера представляет собой смесь газов, в которой 78% составляет азот, около 21% - кислород, а 1% приходится на другие газы, в том числе углекислый газ и пары воды.

Вопрос 5. За какими облаками вы можете наблюдать?

Различают перистые, слоистые и кучевые облака.

Вопрос 6. Что такое ветер?

Движение воздуха вдоль поверхности Земли называют ветром. Ветер может дуть в разных направлениях и с разной скоростью. Чем больше скорость ветра, тем больше его сила.

Вопрос 7. Почему происходит гроза?

Она происходит, когда между мощными дождевыми облаками или между облаками и землёй возникают многократные электрические разряды - молнии. Электрические искры, пробивая воздух, мгновенно разогревают его, он резко расширяется, производя сильный шум, и мы слышим удар грома.

Вопрос 8. Что такое погода? О каких показателях состояния атмосферы сообщают в прогнозах погоды, передаваемых по радио и телевидению?

Погода - это состояние нижнего слоя атмосферы в данном месте и в данный момент. Погода характеризуется температурой, влажностью, облачностью, направлением и скоростью ветра, осадками.

Вопрос 9. Что такое климат? Чем он отличается от погоды?

Для каждой местности характерны определённые типы погоды и их смена, т. е. режим погоды. Многолетний режим погоды называют климатом. Климат, так же как и погода, включает важнейшие характеристики состояния атмосферы: температуру, влажность, облачность, осадки, ветры.

Погода – единовременное состояние природы, а климат – постоянное для данной местности.

Вопрос 10. Какой климат характерен для вашей местности: холодный, умеренный или жаркий; сухой или влажный?

Для нашей местности характерен умеренный климат.

Вопрос 11. Возникают ли в вашей местности ураганы? Чем они опасны?

В нашей местности ураганов нет. Обычно ураганы сопровождаются проливными дождями, приводящими к наводнениям. Всё это приносит большие разрушения, приводит к человеческим жертвам.

Вопрос 12. Опишите погоду сегодняшнего дня.

Температура воздуха – 5 градусов по Цельсию, низкая влажность, небольшая облачность. Скорость ветра 3,1 м/с, направление – юго-западный. Осадков не ожидается.

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.

Атмосфера Земли (от греч. atmos – пар и sphaira – шар) – газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Масса атмосферы составляет около 5,15–10 15 т. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества.

Происхождение и роль атмосферы

Современная земная атмосфера имеет, по-видимому, вторичное происхождение и образовалась из газов, выделенных твердой оболочкой Земли (литосферой) после сформирования планеты. В течение геологической истории Земли атмосфера претерпела значительную эволюцию под влиянием ряда факторов: диссипации (улетучивания) атмосферных газов в космическое пространство; выделения газов из литосферы в результате вулканической деятельности; диссоциации (расщепления) молекул под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения; химических реакций между компонентами атмосферы и породами, слагающими земную кору; аккреции (захвата) межпланетной среды (например, метеорного вещества). Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, а также с деятельностью живых организмов. Атмосферные газы, в свою очередь, оказывали большое влияние на эволюцию литосферы. Например, громадное количество углекислоты, поступившей в атмосферу из литосферы, было затем аккумулировано в карбонатных породах. Атмосферный кислород и поступающая из атмосферы вода явились важнейшими факторами, которые воздействовали на горные породы. На протяжении всей истории Земли атмосфера играла большую роль в процессе выветривания. В этом процессе участвовали атмосферные осадки, которые образовывали реки, изменявшие земную поверхность. Не меньшее значение имела деятельность ветра, переносившего мелкие фракции горных пород на большие расстояния. Существенно влияли на разрушение горных пород колебания температуры и другие атмосферные факторы. Наряду с этим атмосфера защищает поверхность Земли от разрушительного действия падающих метеоритов, большая часть которых сгорает при вхождении в плотные слои атмосферы.

Деятельность живых организмов, оказавшая сильное влияние на развитие атмосферы сама в очень большой степени зависит от атмосферных условий. Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на многие организмы. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания животными и растениями, атмосферная углекислота – в процессе питания растений. Климатические факторы, в особенности термический режим и режим увлажнения, влияют на состояние здоровья и на деятельность человека. Особенно сильно зависит от климатических условий сельское хозяйство. В свою очередь, деятельность человека оказывает все возрастающее влияние на состав атмосферы и на климатический режим.

Наибольшее значение для жизни, а также происходящих процессов на Земле имеет нижний слой атмосферы - тропосфера, в которой находится 4/5 всей массы воздуха. В тропосфере образуются облака, дождь, снег, град, ветер. Поэтому тропосферу называют «фабрикой погоды». Процессы, происходящие в ней, часто становятся причиной страшных стихийных бедствий - засух, наводнений, ураганов и других явлений, в результате которых гибнут люди, животные и растения.

Атмосферный воздух – один из важнейших природных ресурсов, без которого жизнь на Земле была бы совершенно невозможна. Без воды человек может прожить одну неделю, без пищи – пять недель, без воздуха 5-6 минут.

Через атмосферу осуществляется фотосинтез, обмен энергией и информацией – основные процессы биосферы. Под воздействием атмосферы происходят сложные экзогенные процессы (выветривание, деятельность природных вод, мерзлоты и др.). В верхних сферах атмосферы, не долетая до поверхности земли, сгорает большая часть метеоритов. Атмосфера защищает живые существа от губительного действия космических излучений, регулирует сезонный и суточный тепловой режим. Без атмосферы суточные колебания температуры на земле составляли бы +-200 градусов. Для некоторых организмов (бактерии, летающие насекомые, птицы) атмосфера – основная жизненная среда. Атмосфера является средой, в которой распространяются звуки. Озоновый слой атмосферы, расположенный на высоте 16-26 км поглощает 13% солнечной радиации и большую часть жесткого ультрафиолетового излучения, защищая органический мир от их разрушающего действия.

Роль атмосферы в удержании тепла на планете

В связи с наклоном оси вращения Земли на 23,5° к плоскости эклептики количество солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы, является функцией географической широты местности и времени года.

При прохождении через земную атмосферу интенсивность солнечного излучения заметно уменьшается. Ослабление зависит от свойств облачного покрова, содержания пыли в атмосфере, а также от суточных и сезонных изменений различных физических величин.
В среднем за год 25-30% приходящего солнечного излучения отражается облаками обратно в космическое пространство. Еще 25% излучения поглощается, а затем переизлучается облаками, пылью, газами, т. е. в виде нисходящей, диффузно рассеянной радиации. Примерно столько же поступает на поверхность Земли в виде прямой солнечной радиации.

Соотношение между прямым и рассеянным светом закономерно меняется в зависимости от географической широты. В полярных районах преобладает рассеянная радиация, составляющая до 70% суммарного лучистого потока, а в экваториальных областях она не превышает 30% . Это связано с лучшим прохождением лучей прямой радиации через атмосферу вертикально вниз, а не под малым углом к горизонту.

Часть излучения, достигающего поверхности, возвращается в атмосферу. Ее количество зависит от альбедо (отражающей способности) поверхности: снег отражает около 80-95%, травянистая поверхность - 20%, а темные почвы - только 8-10% потока приходящего излучения. Среднее альбедо Земли- 35-45%.
Большая часть поглощаемой водоемами и почвой солнечной энергии затрачивается на испарение воды.

Возобновима ли атмосфера?

Загрязнение атмосферы – это привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических агентов и веществ, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами. К природным относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, выветривание, морская соль, бактерии, споры плесени, продукты разложения растений и животных и др.

Атмосферный воздух лишь условно можно считать неисчерпаемым природным ресурсом. При антропогенном воздействии человека, химический состав и физические свойства воздуха постоянно ухудшаются. На земле практически не осталось таких участков, где воздух сохраняет естественную чистоту и качество, а в большинстве промышленных районов состояние атмосферы представляет серьёзную опасность для здоровья. Человек в сутки потребляет до 25 кг воздуха. Но нормальная жизнедеятельность человека и всех живых организмов требует не только присутствие воздуха, а и определённая его чистота. От качественного состава воздуха зависит не только здоровье людей, состояние и качество биологических ресурсов, но и безопасность сырья для производства товаров народного потребления. Загрязнения из воздуха попадают в воду, почву, а по пищевым цепям – в организм человека. Многие вещества могут оказывать вредное воздействие на человека и животных даже в незначительных концентрациях – в десятитысячных долях мг на 1м 3 воздуха.