Дані про склад атмосфери
Великий інформаційний архів
Дані про склад атмосфери
Атмосфера Землі складається із механічної суміші газів. Якщо видалити з повітря вологу і частинки пилу, сухе повітря поблизу земної поверхні за обсягом містить 78,09% азоту, 20,95% кисню, 0,93% аргону, 0,03% вуглекислого газу. Кількість інших газів у повітрі дуже мало. До цих газів належать: водень, неон, гелій, криптон, ксенон, радон, закис азоту, йод, водяна пара, озон, метан та ін.
Вперше проби повітря на висотах були взяті в 30-х роках при підйомі стратостатів. Пізніше це виконувалося за допомогою автоматичних приладів та запусків ракет. Виявилося, що до висоти близько 100 км склад склад атмосфери істотно не змінюється. Вище вона також складається переважно з азоту та кисню. Майже постійний газовий склад атмосфери у першій сотні кілометрів пояснюється тим, що в ній постійно відбувається безладний вихровий (турбулентний) рух, що викликає перемішування газів не лише у нижніх шарах, а й на висотах. Так, за даними ракетного зондування, за спостереженнями за хмарами, що світяться, і рухом метеорних слідів встановлено, що у високих шарах атмосфери переважають сильні вітри, що супроводжуються турбулентними рухами. Безперервний рух повітря перешкоджає поділу газів відповідно до їх питомої ваги, і процес повільного дифузного проникнення одних газів в інші практично стає неможливим.
Кількість вуглекислого газу атмосфері непостійно. У промислових районах його дещо більше, ніж далеко від них. Наприклад, над Антарктикою в повітрі знаходиться близько 0,02% вуглекислого газу, тобто майже на 1/3 менше від звичайної кількості. У приземному шарі повітря кількість вуглекислого газу зазнає ідобові зміни. Вночі його дещо більше, ніж удень. Пояснюється це тим, що вуглекислий газ поглинається рослинами лише у світлий час доби, а вночі поглинання припиняється, тоді як промислові об'єкти та тваринний світ виділяють його безперервно.
Вимірювання показують, що загальна кількість вуглекислого газу в повітрі через спалювання вугілля протягом останнього століття поступово зростала. За 35 років (1900-1935) воно збільшилося з 0,029 до 0,032. Вміст вуглекислого газу повітря з висотою повільно зменшується.
При низькій температурі крапельки води зазвичай замерзають і перетворюються на крижані кристали. Але, як свідчать спостереження, навіть за температури 10—15° нижче нуля, котрий іноді нижче найдрібніші водяні крапельки можуть залишатися незамерзлими, т. е. перебувати у переохолодженому стані. При дуже низькій температурі (нижче -40 °) і великому перенасиченні повітря водяна пара перетворюється на крижані кристали, минаючи фазу води. Цей процес називаєтьсясублімацієюводяної пари.
Так як у нижньому шарі атмосфери температура повітря з висотою, як правило, знижується, то кількість водяної пари швидко зменшується. Досить сказати, що в першому п'ятикілометровому шарі повітря знаходиться близько 90% усієї кількості водяної пари, а решта його міститься в межах до 12—15 км/кв. планети, оскільки цим обумовлено утворення хмар та опадів.
В атмосфері завжди міститься значна кількість пилу, що надходить із поверхні землі та з космічного простору. Вона складається з дрібних твердих і рідких частинок, надзвичайно різноманітних за своїм походженням. Це руйнування та вивітрювання ґрунту, гірських порід,солі, продукти горіння, мінерали та різні хімічні сполуки.
Головним джерелом пилу у нижніх шарах атмосфери є безводні пустелі та степи. Маси повітря, що проходять над посушливими районами материків, містять значну кількість пилу, великі частинки якого швидко випадають, а дрібні у зваженому стані переносяться вітром на величезні відстані та викликають помутніння повітря.
Найбільше забруднено нижні шари атмосфери. Навіть після дощу в 1 з 6 м 3 міститься близько 30 тис. порошинок, а в суху погоду їх кількість зростає в 4-5 разів. При суховіях, що супроводжуються курними бурями, вітром переносяться мільйони тонн поверхневого шару ґрунту. Від морів та океанів повітря збагачується сольовими домішками. При хвилюванні бризки води, що містять солі, несуть вітром, крапельки води швидко випаровуються, а дрібні частки солі залишаються у повітрі у зваженому стані та переносяться на материки.
За допомогою ракет і штучних супутників Землі в атмосфері виявлено зони пилу між висотами 100—150 км. За наближеними розрахунками щодня на Землю випадає близько 1000 т космічного пилу.
Значна кількість пилу надходить у повітря від великих промислових підприємств. Заводські труби викидають у повітря разом із димом шкідливі здоров'ю гази (окису вуглецю, сірчистий ангідрид, оксиди азоту та інших.). Їх шкідлива дія поширюється як на тваринний світ, а й у рослинність. У великих містах багато кіптяви дають автомобілі. Два-три мільйони автомобілів в одному місті щодня викидають сотні тонн кіптяви, забруднюючи повітря.
У той же час всі ці найдрібніші частинки пилу, гару, солей тощо є, як уже говорилося, ядрами конденсації, тобто ядрами, на яких при насиченні повітряосідають молекули водяної пари, що призводить до утворення хмар, опадів та інших гідрометеорів.
Колір неба.Сторонні домішки, що містяться в повітрі, впливають на колір неба вдень. Молекули газів, що становлять повітря, пил, крапельки води та кристалики льоду частково розсіюють сонячні промені. При цьому молекули газів сильніше розсіюють радіацію найбільш коротких хвиль видимої частини спектра сонця (фіолетовий та синій ділянку) порівняно з видимою червоною ділянкою спектру.
Відповідно до закону Релея, молекулярне розсіювання світла обернено пропорційно четвертого ступеня довжини хвилі світлового променя. Внаслідок цього крайні фіолетові промені розсіюються у 14 разів більше, ніж крайні червоні. Домішки, що містяться в повітрі, будучи значно більшими за молекули газів, розсіюють промені з інтенсивністю, також обернено пропорційною довжині хвилі, але вже не в четвертому ступені, а значно менше. Однак і вони короткохвильову радіацію розсіюють більше, ніж довгохвильову. Тому сприймається людським оком розсіяне світло, що посилається небесним склепінням при безхмарній погоді, представляється блакитним і синім. У цьому ступінь синяви неба найбільша в зеніті, де маса повітря, прохідна променями, найменша.
Зі збільшенням висоти над рівнем моря насиченість кольору піднебіння зростає: воно поступово з блакитного переходить у фіолетовий. У стратосфері і вище колір піднебіння стає чорно-сірим, а потім чорно-фіолетовим. При великій запиленості повітря або наявності великої кількості водяної пари розсіювання світла відхиляється від закону Релея і небо набуває білуватого відтінку, а при суцільній хмарності виглядає сірим.
Гомосфера і гетеросфера.За хімічним складом атмосферу по вертикалі ділять на два шари: гомосферу (однорідну) - відповерхні землі до 100-110кмі гетеросферу (неоднорідну) - вище 100-110км.
У гомосфері склад атмосфери, у сенсі відсоткового співвідношення газів, її складових, крім водяної пари, озону та вуглекислого газу, мало змінюється з висотою. У гетеросфері склад атмосфери з висотою зазнає значних змін внаслідок розкладання молекул газів, а також через прагнення газів до дифузної рівноваги під дією сили тяжіння. Гетеросфера відокремлюється від гомосфери шаром гомопаузи, розташованого над мезопаузою.
Гомопауза в залежності від адвекції, турбулентності, дифузії і, мабуть, від зміни сонячної активності коливається в межах 10-20 км.
Вище 100кмпід впливом ультрафіолетової радіації Сонця молекули газів розщеплюються на атоми. На висотах 100 - 200кмкисень (О2) частково вже знаходиться в атомарному (атомному) стані, а в шарі 200-1000кматоми кисню (О) переважають. Вище 500кмбільша частина азоту ( N 2 ) також знаходиться в атомарному стані ( N ).
Розщеплення молекулярного кисню (С2) на атоми (О) процес досить повільний. Тому, судячи з даних проб повітря з висот 100—120 км, на цих висотах кількість молекулярного і атомарного кисню протягом денного і нічного часу доби не зазнає істотних змін.
На висотах 500—1000 км, а при максимумі сонячної активності на висотах 1000—2000 км переважає газ гелій.
Погосян, Х.П. Атмосфера Землі/Х.П. Погосян [і д.р.]. - М.: Просвітництво, 1970. - 318 с.