Каков состав атмосферы


Воздушная оболочка Земли — земная атмосфера — представляет собой газообразное тело.

Произведя химический анализ сухого воздуха, взятого вблизи поверхности Земли, мы найдем в нем такие газы: азот в количестве 78,09 процента от взятого для анализа объема, кислород — 20,95 процента, аргон — 0,93 процента, углекислоту 0,03 процента. Далее идут газы, количества которых ничтожны: неон — 0,0018 процента, гелий — 0,0004 процента, озон 0,000003 процента и следы криптона и ксенона. Такой состав сухого воздуха очень постоянен.

Но в атмосфере всегда присутствует еще и вода, находящаяся в газообразном состоянии, — водяной пар. Он попадает в воздух при испарении с поверхности океанов, морей, рек и листьев растений. Количество водяного пара в атмосфере невелико. В отдельных редких случаях наблюдается почти полное его отсутствие; самое большое из возможных количеств составляет 4 процента по объему. И все же водяной пар, как и находящийся в еще меньших количествах озон, оказывают огромное влияние на развитие многих явлений, совершающихся в земной атмосфере.

Кроме газообразных составных частей атмосферы, в ней находится мною примесей. Они не так постоянны и «заражение» ими атмосферы часто ограничивается только небольшим районом. Многие из этих примесей обязаны своим происхождением дыму и газам от промышленных предприятии. Большое значение при этом имеет попадающий в атмосферу сернистый ангидрид, при соединении с водяным паром образующий в воздухе серную кислоту. Хотя количество серной кислоты в атмосфере ничтожно, она имеет очень большое значение для образования облаков. Заводские дымовые трубы выбрасывают в атмосферу огромное количество несгоревших частиц углерода — сажу. Было подсчитано, что в Лондоне в один из воскресных дней в атмосферу оказалось выброшенным более 100 тонн сажи, а. над всей Англией в год в воздух выбрасывается около 2 420 000 тонн.

Помимо сажи, в атмосфере постоянно находятся семена и пыльца растений - споры. Они столь легки, что воздушные потоки долго поддерживают их во взвешенном состоянии, не позволяя им упасть на землю, и далеко относят от того места, где они попали в атмосферу.

В воздухе можно также найти много бактерий. В городах их значительно больше, в горах и над океаном меньше. Так, например, в 1 кубическом метре воздуха в средней части Атлантического океана не всегда можно обнаружить хотя бы одну бактерию, на высоких горах в среднем всегда найдется одна, а в большом городе — от 3480 до 36 000.

В атмосфере постоянно находится огромное количество пыли. Часть ее попадает в атмосферу из межпланетного пространства. Это так называемая космическая пыль, часто образующая там огромные «облака». В некоторых случаях космическая пыль выпадает на Землю в очень большом количестве. Например, 3 мая 1892 года она выпала на площади 660 000 квадратных километров. По произведенным подсчетам это составило около 500 000 тонн, то есть на 1 квадратный метр выпало от 0,5 до 2,0 грамма пыли. Впрочем, к таким подсчетам следует относиться с большой осторожностью, так как отделить выпавшую космическую пыль от пыли земного происхождения практически почти невозможно.

Вторым источником пыли в атмосфере являются извержения вулканов. При этом иногда на высоту до 50 километров выбрасываются огромные количества пыли, которые разносятся воздушными течениями на большие расстояния.

Например, при извержении в 1883 году вулкана Кракатау (в Зондском проливе) в воздух было выброшено около 18 000 кубических километров пыли и пара весом до 36 миллиардов килограммов. Эта примесь носилась в воздухе около двух лет. При извержении 6 июня 1912 года вулкана Катмай на Аляске вулканическая пыль на расстоянии 150 километров от вулкана покрыла землю слоем в 30 сантиметров.

Огромное количество пыли попадает в атмосферу с почвы при сильном ветре. Воздух при этом буквально наполняется пылью, образуются настоящие «пыльные бури». Вспомним о постоянных, имеющихся на Земле, источниках пыли: это пустыни и голые пески. Уже небольшой: ветер поднимает с них огромное количество мелких частиц и насыщает' ими воздух. Такое явление обычно в наших среднеазиатских пустынях и в Африке (самум). Переносимые ветром мельчайшие частицы с солончаковых пустынь Азии иногда покрывают соседние районы заметным слоем соли. При ветрах из Сахары корабли в Атлантическом океане на большом расстоянии от берега покрываются густым слоем пыли.

Большая часть пыли попадает в атмосферу снизу и с высотой количество ее уменьшается. Это подтверждает следующая табличка:

 

Высота над уровнем моря, в метрах . : 100 1000 2000 3000 4000  5000  6000
Число пылинок в 1 кубическом сантиметре воздуха 45000 6000 700 200 100 50 20

 

Заметную и существенную долю примесей в земную атмосферу доставляет море. Прибой о берег и срывание ветром гребешков волн образуют брызги, содержащие морскую соль (в основном хлористый натрий). Мельчайшие частицы соли переносятся воздушными потоками на огромные расстояния. Они играют очень большую роль в образовании облаков и дождя.

Пока говорилось главным образом о сухом воздухе и упоминалось о воде лишь в газообразном ее состоянии. Но в атмосфере вода находится также и в жидком виде (облачные капли, капли дождя) и в твердом (ледяные кристаллы, снежинки). В нижней части атмосферы тропосфере — вода зачастую присутствует во всех трех видах, что является очень существенной особенностью этого слоя атмосферы.

Итак, воздушная оболочка Земли — это сложная смесь с почти неизменным составом основных газов, но с очень непостоянным количеством различных примесей. Непостоянство их содержания особенно сильно проявляется внизу. Именно снизу в воздух постоянно попадают пыль, бактерии, споры растений, морская соль. С высотой количество примесей уменьшается.

Продолжительное время господствовало мнение о том, что и основной газовый состав атмосферы с высотой резко меняется. По теоретическим расчетам, смесь газов в атмосфере должна вести себя таким образом, как будто каждый из них является независимым от других. Следовательно, внизу должен располагаться наиболее тяжелый газ — азот, вверху наиболее легкие — водород и гелий.

Подъемы стратостатов нанесли первый серьезный удар этому мнению, так как состав воздуха на всех высотах до 22 километров (высота, достигнутая советским стратостатом «Осоавиахим 1») оказался совершенно таким же, как и внизу. Одновременно в стратосфере были обнаружены сильные ветры. Очевидно, они-то и являются причиной перемешивания воздуха, что и обеспечивает его однородность.