Экология, окружающая среда и человек - [13]

Первый научный труд, в котором обобщаются представления об атмосфере, принадлежит Аристотелю, высказавшему предположение, что Земля имеет форму шара и поэтому окружающая ее воздушная оболочка должна быть сферической. Это и выражается словом «атмосфера» (гр. атмос — пар, дыхание, сфера — шар). В русскую науку это понятие ввел М. В. Ломоносов.

По-видимому, вначале атмосфера нашей планеты состояла из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: водорода, воды, углекислого газа, метана, аммиака. Свободный азот, выходивший наружу в результате вулканической деятельности, превращался в аммиак. Условия для этого были самые подходящие: избыток водорода, повышенные температуры: поверхность Земли еще не остыла.

Толщина воздушной оболочки, которая окружает земной шар, не меньше тысячи километров — почти четверть земного радиуса. Масса этой оболочки округленно составляет 5 х 10¹⁵ т (пять квадра-тильонов). Хотя это эквивалентно менее чем одной миллионной доле массы Земли, без атмосферы жизнь на планете была бы невозможна. Человек ежедневно потребляет 12—15 кг воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100 л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде.

Кроме того, атмосфера надежно оберегает человека от многочисленных опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты (только над Москвой их ежесуточно сгорает около двухсот). На верхнюю границу атмосферы ежесекундно обрушивается лавина космических излучений. Если бы они достигли земной поверхности, то все живущее на Земле мгновенно исчезло.

Основной потребитель воздуха в природе — флора и фауна Земли. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные живые организмы, включая человека, примерно за 10 лет. Воздух необходим всему живому на Земле. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды — пять дней, без воздуха — пять минут, но нормальная жизнедеятельность людей требует не только воздуха, но и определенной его чистоты, от качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв.

Долгое время люди считали воздух простым веществом, и только в XVIII в. французский ученый Антуан Лоран Лавуазье установил, что воздух — это механическая смесь различных газов. Атмосфера имеет сложное строение. Непосредственно к земной поверхности примыкает тропосфера. Она простирается до высоты 8—10 км над полюсами и 18 км — над экватором. В этом слое воздух непрерывно перемешивается как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к понижению температуры по мере приближения к Земле примерно на 6,5°С на каждый километр. В тропосфере сконцентрировано 75% всей массы атмосферы, основное количество водяного пара и мельчайших частиц примесей, способствующих образованию облаков.

Верхняя граница тропосферы (на высоте около 11 км) — тропопауза, область, в которой температура перестает понижаться.

Выше тропопаузы примерно на 50 км простирается стратосфера. Для нее характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и постоянство температуры (—56°С) до высоты примерно 25 км. Потом температура начинает повышаться (в среднем на 0,6°С на каждые 100 м) и на уровне стратопаузы (45-54 км) достигает 0°С.

Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы Земли, способствует перераспределению тепла на земном шаре. Лучистая энергия Солнца — практически единственный источник тепла для поверхности Земли — частично поглощается атмосферой, и достигшая поверхности Земли энергия — почвой и водоемами, морями и океанами, частично отражается в атмосферу.

Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Благодаря ей на Земле не бывает резких перепадов от морозов к жаре и обратно. Если бы Земля не была окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200°С: днем стояла бы сильная жара (выше 100°С), а ночью мороз (— 100°С). Еще большая разница была бы между зимними и летними температурами. Именно благодаря атмосфере средняя температура на Земле составляет приблизительно 15°С.

Газовая оболочка спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Верхние слои атмосферы частично поглощают, частично рассеивают эти лучи. Атмосфера защищает нас и от «звездных осколков». Метеориты, в подавляющем большинстве не превышающие по величине горошину, под влиянием земного притяжения с огромной скоростью (от 11 до 64 км/с) врезаются в атмосферу планеты, раскаляются там в результате трения о воздух и на высоте около 60—70 км по большей части сгорают.

Велико значение атмосферы и в распределении света. Ее воздух разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому мы привыкли. Воздушная оболочка придает нашему небу голубой цвет, так как молекулы основных элементов воздуха и различные примеси, содержащиеся в нем, рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т. е. фиолетовые, синие и голубые. По мере удаления от Земли, а следовательно, уменьшения плотности и загрязнения воздуха, цвет неба становится темнее, воздушная оболочка приобретает густо-синюю, а в стратосфере черно-фиолетовую окраску.