ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение атмосферы и ее состав из "Атмосферная оптика Т.8 " Атмосфера Земли — это сложная многопараметрическая система с сетью прямых или опосредованных связей. В ее состав входят молекулярные и атомарные газы, а также частицы аэрозолей, образующиеся в основном за счет космогенных факторов, геологической и биологической активности планеты. [c.7] В последние десятилетия все возрастающее воздействие на атмосферную среду оказывают антропогенные факторы. Индустриальная деятельность человечества привела к существенным изменениям в составе и структуре атмосферы, которые, по мнению ряда специалистов, могут стать необратимыми. [c.7] Все составляющие атмосферы оптически активны и могут быть использованы для определения ее состояния и мониторинга при лазерном зондировании. Подробное описание строения и состава земной атмосферы можно найти, например, в монографии 15]. Здесь же представлена лишь краткая характеристика атмосферы, как объекта исследования, которая потребуется при последующем изложении материала. [c.7] Структура земной атмосферы по своим физическим свойствам неоднородна как по вертикали, так и по горизонтали, хотя горизонтальная неоднородность проявляется значительно слабее. В соответствии с характерной температурной стратификацией атмосферы ее принято делить на тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу. Промежуточные тонкие переходные слои называются тропопаузой, стратопаузой и мезопаузой. [c.7] В тропосфере, верхняя граница которой изменяется примерно от 10 км над полюсами до 17 км над экватором, содержится основная часть атмосферного воздуха. Из-за понижения температуры с высотой в тропосфере в среднем на 6,5 К/км, состояние воздуха в ней обычно характеризуется безраличным равновесием. [c.7] Стратопауза расположена на высотах 47... 52 км и характеризуется постоянством температуры, около 273 К, мезопауза на высотах 85... 95 км с тем же характерным постоянством средней температуры. [c.7] По характеру взаимодействия атмосферы с земной поверхностью ее подразделяют на пограничный слой (или слой трения). [c.7] Земная атмосфера в основном состоит из азота и кислорода. В состав воздуха входит 99 % этих газов. Почти 1 % составляет аргон. Оставшаяся мизерная часть принадлежит всем другим атмосферным газам. [c.8] Водяной пар (Н2О) играет доминирующую роль во всех процессах превращения энергии в масштабе планеты. От его содержания существенно зависит радиационный обмен и тепловой баланс планеты, процессы климато- и погодообразования. Концентрация водяного пара в атмосфере значительно более изменчива, чем температура, из-за непрерывных фазовых превращений из газообразного состояния в жидкое или твердое, и наоборот. Эти превращения в зависимости от направления сопровождаются либо выделением энергии в окружающий воздух, либо ее отбором. [c.8] Они в значительной степени определяют динамику атмосферного воздуха, по крайней мере в тропосфере. Распределение средних значений концентрации водяного пара в тропосфере находится в соответствии с распределением температуры. Внизу оно подвержено сезонным и широтным изменениям. Максимальное содержание водяного пара здесь может достигать 5 % [32]. С высотой значения средних концентраций водяного пара убывают по экспоненциальному закону, причем значительно быстрее, чем общее давление. Так, в среднем концентрация водяного пара на высоте 10 км практически на 2 порядка ниже, чем у поверхности Земли, в то время как давление меньше лишь в 10 раз. [c.9] Озон (Оз) играет значительную роль в поглощении солнечной радиации в УФ-диапазоне спектра. Он является своеобразным природным фильтром, полностью поглощающим в толще атмосферы вредное для биологических форм жизни излучение Солнца с длинами волн короче 0,3 мкм. Озон содержится в воздухе в ничтожном количестве (объемная доля 10 ... 10 %). Характерным для этого газа является наличие в атмосфере выраженного озонного слоя, максимум которого расположен на высотах примерно от 15 км на полюсах до 26 км на экваторе [15]. Существенной характеристикой атмосферного озона является его общее содержание в вертикальном столбе атмосферы. Эту характеристику называют суммарным озоном и обычно выражают в единицах Добсона (1 Д. Е.==10 атм-см). Суммарный озон меняется в широких пределах, от 68 до 760 Д. Е. [15], имеет выраженную зависимость от широты и времени года. [c.9] Среди других малых газовых составляющих земной атмосферы в первую очередь выделим стабильные долгоживущие газы метан (СН4) и закись азота (N20). Они равномерно перемешаны во всем слое атмосферы до высоты примерно 15—16 км. На больших высотах концентрация СН4 уменьшается за счет разрушения атомарным кислородом и радиакалами ОН, а МгО — за счет реакции с возбужденными атомами кислорода, ведущей к образованию N0. Остальные малые газовые составляющие атмосферы, как правило, химически активны в поле солнечной радиации и поэтому нестабильны. В табл. 1.1, заимствованной из [31], приведены данные об источниках, скоростях поступления в атмосферу и временах жизни ряда малых газовых составляющих. Здесь же представлены значения их фановых концентраций и наиболее типичных концентраций в загрязненной городской атмосфере. [c.9] Современное представление о природе образования атмосферного аэрозоля предполагает одновременное существование двух процессов внедрение частиц вещества извне и генерация их внутри атмосферы из газовой фазы за счет коагуляции или конденсации паров [17, 19, 23, 33, 38]. [c.11] Размер аэрозольной частицы определяется радиусом или диаметром эффективного шара, имеющего площадь сечения, равную площади сечения реальной частицы, так как большинство аэрозольных частиц в атмосфере имеет форму, мало отличающуюся от сферической. Эта характеристика изменяется в широких пределах от 10 мкм, свойственного молекулярным кластерам, до гигантских частиц размерами в несколько десятков микрометров. [c.11] Частицы радиусами 0,002 мкм а 0,1 мкм принято называть мелкодисперсными (МКД-частицы). Часть наиболее крупных частиц этой фракции регистрируется счетчиком Айткена и поэтому получила название ядер Айткена. [c.11] Среднедисперсная или субмикронная (СБМ) фракция атмосферного аэрозоля представлена размерами частиц радиусом от 0,1 до 1,0 мкм. [c.11] Грубодисперсную (ГД) фракцию аэрозоля образуют частицы радиусом а 1,0 мкм. Эта фракция активно влияет на процессы облакообразования и отвечает за ослабление солнечной радиации в инфракрасной области спектра. [c.11] Химический состав аэрозольных частиц весьма разнообразен. Тропосферный аэрозоль, вдали от моря и промышленных районов на 50... 80 %, является продуктом ветровой эрозии почв. В основном, это кварц и.другие соединения кремния, глиноземы, карбонаты и кальциты, окислы железа. Количество органических соединений в аэрозолях почвенного происхождения невелико,— около 10%. [c.12] Вернуться к основной статье