Надземная атмосфера

Надземная атмосфера простирается на расстояние свыше 1000 км, её масса составляет сотые доли процента от массы земной коры. По термодинамическим условиям она разделяется на ряд оболочек: тропо­сферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу (термосферу) и метасферу (экзосферу). Около 80% газов сосредоточено в тропосфере, которая на экваторе простирается до 16, а над полюсами до 8 км. На уровне моря сухой воздух (за вычетом паров воды) содержит 78,09% N₂ и 20,95% (объёмных) O₂, т.е. атмосфера имеет азотно-кислородный состав, и этим она принципиально отличается от атмосфер других планет. Третий главный компонент тропосферы – Ar (0,93%). В тро­посфере есть также водяной пар (0,021-4%), CO₂ (0,03%). Зна­чительно меньше оксидов азота, NH₃, O₃, H₂, CH₄, He, Ne, Kr, Xe, Rn, Hg и т. д. Так, содержание Ne равно 10^-3, СH₄ – 2∙10^-3, He – 5,2∙10^-4, H₂ – 5∙10^-5, Rn – 10^-21 объёмных процента. Для тропосферы характерны также частицы коллоидных размеров (аэрозоли), живые организмы.

В формировании приземного слоя воздуха большую роль играют почва и растительный покров. Микроорганизмы почвы, растения и жи­вотные выделяют в приземную и почвенную атмосферу CO₂, H₂O, N₂, O₂ (только растения), разнообразные летучие органические соеди­нения, такие как CH₄, C₂H₄ и другие, вплоть до элементарных соеди­нений. Летучие органические соединения – фитонциды создают харак­терный аромат лесов, лугов, степей и других ландшафтов. Многие фи­тонциды полезны для здоровья, некоторые – вредны.

Американские геохимики в летучих выделениях хвойных деревьев установили 25 элементов: Li, Be, B, Na, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Sr, Zr, Mo, Ag, Pb, Bi, Cd, Sn, Sb, Ba. На состав атмосферы существенное влияние оказы­вает вулканизм, поставляющий H₂O и CO₂, а также H₂, CO, N₂, SO₂, Cl₂, H₂S, HCl, H₃BO₃, NH₃, CH₄ и другие газы. В течение года действующие вулканы выделяют в атмосферу миллионы тонн HF и HCl. В вулканических районах идут «кислые дожди» с pH 2,4-2,5 и минерализацией до 250 мг/л.

Радиоактивные излучения, космические лучи и другие факторы частично ионизируют тропосферу, приводят к образованию положи­тельно и отрицательно заряженных частиц размером около 10^-7cм. Это так называемые лёгкие аэроионы. Взвешенные частицы воды и пы­ли размером около 10^{-5 см также заряжены – это тяжёлые аэроионы. Их обычно значительно больше, чем лёгких ионов (}n∙10² - n∙10⁵ в 1 см³ против n∙10 - n∙10³ лёгких ионов). Лёгкие анионы полезны для здоровья человека. Этим частично объясняется благотворность пре­бывания на морском берегу, у водопадов, фонтанов, на берегах бур­ных горных рек, где образуется много таких аэроионов. Высокое со­держание лёгких катионов вредно для здоровья.

В стратосфере сосредоточено около 20% массы атмосферы, а в более высоких слоях не более 0,5%. Плотность верхних слоёв атмосферы крайне мала и на высоте 250 км составляет лишь 4∙10^-13 г/см³. Частицы здесь движутся с большой скоростью, и температура среды местами превышает 100⁰С (250⁰ на высоте 180 км).

В стратосфере и мезосфере в результате фотохимических реак­ций образуется озон: O₂ + O → O₃. Его общая масса невелика и при нормальном давлении (10⁵ Па) составила бы слой мощностью лишь 1,7-4,0 мм. Но и такое количество задерживает губительную ко­ротковолновую радиацию Солнца. Поэтому жизнь на земной поверхнос­ти могла развиваться только после образования озонового экрана (в начале палеозоя).

В последние годы установлено уменьшение концентрации озона над Антарктидой на площади в миллионы квадратных километров. Ме­нее выражено данное явление в Арктике. Происхождение «озонной ды­ры» неясно: имеющиеся гипотезы отводят ведущую роль фреонам (хло­ристым соединениям, входящим в состав антропогенных аэрозолей), вулканизму, изменению солнечной активности, изменению атмосферной циркуляции.

В верхних слоях атмосферы под влиянием электромагнитного (особенно рентгеновского) и корпускулярного излучения Солнца происходит диссоциация газов с образованием свободных атомов. Так, выше 150 км преобладает свободный кислород, выше 300 км полностью дис­социирован азот. На высотах 100-400 км газы ионизируются, этот слой получил название ионосферы. Здесь протекают и различные ядерные реакции, в том числе образование ³H и ¹⁴C. На больших высотах обнаружен также Na. Самые высокие слои атмосферы состоят из H и He, которые медленно улетучиваются (диссипируют) в космос. Крайне разреженные ионизированные газы установлены ещё на высоте 20 тыс. км.