Сторінка
4

Повітря та атмосфера

Приблизно до висоти 100-200 км переважним газом атмосфери все-таки залишається азот. Однак вище 100 км таке розшарування газів по щільності починається і поступово збільшується з висотою.

Вище починає переважати кисень, причому кисень в атомарному стані: під дією ультрафіолетової радіації Сонця його двохатомні молекули розпадаються на заряджені атоми.

Вище 1000 км атмосфера складається, головним чином, із гелію і водню, причому гелій - також в атомарному стані, тобто у вигляді заряджених атомів, - переважає. Починаючи з 2400 км, в атмосфері зустрічається, в основному, водень, що полишає атмосферу Землі і дисипує в космічний простір по причині настільки малої питомої ваги, що земне тяжіння не здатне його втримати в атмосфері.

2. Відсотковий вміст водяної пари в повітрі змінюється з висотою. Водяна пара постійно надходить в атмосферу знизу, а розповсюджуючись нагору, конденсується, згущається. Тому тиск і щільність водяної пари убувають із висотою швидше, ніж тиск і щільність інших газів повітря. Загальна щільність повітря стає вдвічі менше, ніж у земної поверхні, на висоті 5-6 км, а щільність водяної пари в середньому убуває удвічі вже на висоті 1,5-2 км. На висоті 5-6 км тиск водяної пари і, отже, його утримання в повітрі в 10 разів менше, ніж у земної поверхні, а на висоті 10-12 км в сто разів менше. Таким чином, вище 10-15 км утримання водяної пари в повітрі мізерно мале і хмари, від яких можна чекати опадів, тут не утворюються.

5. Розподіл озону в атмосфері

Зміна з висотою утримання озону в повітрі особливо цікаво. У земної поверхні озон міститься в незначних кількостях. З висотою утримання його зростає, причому не тільки у відсотковому відношенні, але і по абсолютних значеннях. Максимальне утримання озону спостерігається на висотах 25-30 км; вище воно убуває і на висотах біля 70 км сходить нанівець. Процес утворення озону з кисню відбувається в шарах від 70 до 15 км при поглинанні киснем ультрафіолетової сонячної радіації. Частина двохатомних молекул кисню розкладається на атоми, а атоми приєднуються до збережених молекул, створюючи трьохатомні молекули озону. Одночасно відбувається зворотний процес перетворення озону в кисень. У шари нижче 15 км озон заноситься із шарів , що лежать вище, при перемішуванні повітря.

Зростання утримання озону з висотою практично не позначається на частці азоту і кисню, тому що в порівнянні з ними озону й у верхніх шарах дуже мало. Якби можна було зосередити весь атмосферний озон під нормальним тиском, він утворив би шар тільки біля 3 мм товщиною (приведена товщина озону). Але й у такій незначній кількості озон важливий тому, що, сильно поглинаючи сонячну радіацію, він підвищує температуру тих шарів атмосфери, у яких він знаходиться. Ультрафіолетову радіацію Сонця з довжинами хвиль від 0,15 до 0,29 мкм (один мікрометр - мільйонна частка метра) він поглинає повністю. Ця радіація робить фізіологічно шкідливу дію, і озон, поглинаючи її, охороняє від неї живі організми на земній поверхні.

6. Рідкі і тверді домішки в атмосферному повітрі

1. Крім перерахованих вище атмосферних газів, у повітря місцями можуть проникати інші гази, особливо з'єднання, що виникають при згорянні палива (окисли сірки, вуглецю, фосфору й ін.). Найбільша кількість таких домішок надходить у повітря великих міст і промислових районів.

До складу атмосфери входять також тверді і рідкі частки, завислі в атмосферному повітрі: водяні краплі і кристали, що виникають в атмосфері при конденсації водяної пари, пил ґрунтового й органічного походження, тверді частки диму, сажа, попіл і краплі кислот, що потрапляють у повітря при лісових пожежах, спалюванні палива і вулканічних виверженнях, частки морської солі, що потрапляють у повітря при розбризкуванні морської води під час хвилювання (звичайно в силу своєї гігроскопічності це не тверді частки, а дрібні краплі насиченого розчину солі у воді), мікроорганізми (бактерії), пилок, спори, нарешті, космічний пил, що потрапляє в атмосферу (біля 1 млн. т у рік) із міжпланетного простору, а також виникає при згорянні метеорів в атмосфері. Особливе місце серед атмосферних домішок займають продукти штучного радіоактивного розпаду, що заражають повітря при іспитових вибухах атомних і термоядерних бомб. Невелику частину перерахованих домішок складає великі частки пилу, радіусом більш 5 мкм. Майже 95% часток має радіуси менше 5 мкм. Внаслідок такої малості вони можуть тривалий час утримуватися в атмосфері в завислому стані. Видаляться з атмосфери вони головним чином при випаданні опадів, приєднуючись до крапель і сніжинок. Є ряд методів і приладів для визначення їхнього утримання в повітрі.

2. Всі ці домішки, або аерозолі, у найбільшій кількості містяться в самих нижніх шарах атмосфери: адже основне їхнє джерело - земна поверхня. Особливо забруднений ними повітря великих міст. Не говорячи про шкідливі газові домішки (SO2, СО і ін.), на кожний кубічний сантиметр повітря тут доводяться десятки тисяч аерозольних часток, а за рік на кожний квадратний кілометр випадають з атмосфери сотні тонн аерозолів. У сільських місцевостях кількість часток аерозольних домішок у приземному повітрі обчислюється тільки тисячами в кубічному сантиметрі, а над океанами - тільки сотнями. З висотою число завислих часток швидко убуває; на висотах 5-10 км їх усього десятки на кубічний сантиметр. У загальному в атмосферному стовпі над кожним квадратним сантиметром земної поверхні міститься 108-109 аерозольних часток. Загальна їхня маса в атмосфері не менше 108 т. Це величезна маса, але вона мала в порівнянні з усією масою атмосфери, що, як ми побачимо далі, визначається в 5 х1015 т.

Бактерії в центральних частинах океанів зустрічаються в кількості декількох одиниць на кубічний метр повітря; у великих містах їх уже тисяча і десятки тисяч у тому ж об'ємі. Від кількості і роду аерозольних домішок залежать явища поглинання і розсіювання радіації в атмосфері, тобто її велика або менша прозорість для радіації. Наявність завислих часток створює в атмосфері також ряд оптичних явищ, властивих колоїдним розчинам. Найбільші великі аерозольні частки, що мають гігроскопічні властивості, грають в атмосфері роль ядер конденсації, тобто центрів, до яких приєднуються молекули водяної пари, створюючи водяні краплі.

3. Аерозольні домішки можуть легко переноситися повітряними течіями на великі відстані. Піщаний пил, що потрапляє в повітря над пустелями Африки і Передньої Азії, неодноразово випадав у великих кількостях на території Південної і Середньої Європи. Дим лісових пожеж у Канаді переносився сильними повітряними течіями на висотах 8-13 км через Атлантику до берегів Європи, ще зберігаючи достатню концентрацію. Дим і попіл великих вулканічних вивержень неодноразово поширювалися у високих шарах атмосфери на величезні відстані, закутуючи всю земну кулю. Помутніння повітря й аномально червоний колір зорі спостерігалися протягом багатьох місяців після виверження. Після падіння Тунгуського метеорита в 1908 р. також спостерігалося помутніння повітря на великих відстанях. Радіоактивні продукти, що потрапляють в атмосферу при термоядерних вибухах, поширюються у високих шарах атмосфери над величезними просторами земної кулі.