Значение атмосферы для развития географической оболочки. Изучение атмосферы

Значение атмосферы исключительно велико и многообразно, поскольку она, с одной стороны, является посредником между Землей и Космосом, с другой – тесно взаимодействует со всеми земными оболочками – гидросферой (особенно океаносферой), литосферой, биосферой.

В географическую оболочку входят только тропосфера и нижняя стратосфера. Географически чрезвычайно важен тепловой режим тропосферы. Солнечные лучи проходят через нее, не нагревая воздуха. Источником тепла служит земная поверхность, нагретая Солнцем. Влияние земной поверхности простирается приблизительно до высоты 20 км, а далее нагревание воздуха происходит непосредственно Солнцем.

Таким образом, принадлежность 20-километрового слоя к биосфере и географической оболочке обозначается и проникновением живых организмов, и тепловым воздействием земной поверхности.

Огромное значение для температуры географической оболочки и для жизни в ней имеет незначительное увеличение концентрации озона на высоте 25-30 км («озоновая завеса»). Озон поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, нагревается сам и нагревает атмосферу, не пропуская ультрафиолетовое излучение Солнца в нижние слои атмосферы и к твердой поверхности Земли. Поэтому озоновая завеса предохраняет от гибели живые организмы, для которых полная доза ультрафиолетового излучения смертельна. Озоновый экран, положивший предел распространению организмов и тепловому влиянию земной поверхности, и является верхней границей биосферы, то есть сферы распространения жизни. По отношению к биосфере защитную функцию выполняет и термосфера (ионосфера), поглощая рентгеновское излучение, она защищает жизнь от вредного воздействия солнечной короны.

Атмосфера не только защищает органический мир Земли от пагубного воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации, корпускулярных потоков, космических лучей различного происхождения. Она служит броней для железокаменных метеорных потоков. Атмосфера создает благоприятные тепловые условия для жизни на земной поверхности, предохраняя ее от губительного зноя и леденящего холода, а также огромных суточных и годовых колебаний температур. Без атмосферы не было бы пи осадков, ни ветра, ни звука, пи сумерек, ни полярных сияний и никаких других метеорологических явлений, а небо было бы абсолютно черным. Воздух атмосферы современного состава, будучи сам в значительной степени продуктом жизнедеятельности организмов, нужен всему живому, а кислород поддерживает жизнь на Земле.

Между атмосферой, с одной стороны, и гидросферой и литосферой – с другой, происходит непрерывный обмен теплом и влагой, т. е. это своеобразная термодинамическая система. Причем основным аккумулятором тепла и поставщиком влаги является Мировой океан. Кроме того, Мировой океан, наряду с зеленым покровом суши, выполняет функции легких нашей планеты: он активный поглотитель диоксида углерода, содержащегося в воздухе, и в то же время место обитания водорослей, вносящих большой вклад в снабжение атмосферы кислородом. Тем самым Океан поддерживает постоянный состав воздуха. Эти взаимосвязи столь значительны и многогранны, что атмосфера и Океан сейчас рассматриваются как единая сложная взаимодействующая система. К тому же эта связь обусловлена генетически, ибо эволюция атмосферы и гидросферы, по существу, представляет собой единый процесс.

Атмосфера в своем развитии тесно связана и с литосферой. Благодаря геологическим и геохимическим процессам она получила и продолжает получать из недр Земли значительную часть газов. В то же время и атмосфера всегда оказывала влияние на литосферу, развитие которой совершалось под мощным влиянием физического и химического выветривания. Колебания температур, ветер, осадки, кислород и другие газы существенно видоизменяли и переотлагали горные породы, являясь экзогенным фактором рельефообразования.

Из краткого обзора строения и состава атмосферы следует:

1. воздушная оболочка Земли находится под совместным и противоречивым воздействием с одной (нижней) стороны Земли, а с другой (верхней) Солнца;
2. атмосфера развивалась вместе со всеми природными комплексами земной поверхности – географической оболочкой;
3. растения и животные используют атмосферу для фотосинтеза и дыхания, и создают её; все атмосферные газы, как показал В.И. Вернадский (1927) биогенные;
4. биосфера несколькими слоями – магнитосферой, ионосферой и озоновым экраном – изолирована от космоса;
5. верхняя граница географической оболочки – биосферы лежит на высотах в 20 км, под озоновым экраном;
6. атмосферные газы вверху покидают Землю, а недра Земли в результате дегазации мантии пополняют воздушную оболочку, поставляя приблизительно 1 млн. т газов в год;
7. по характеру изменения температуры с высотой атмосфера делится на несколько сфер, между которыми располагаются переходные слои, так называемые паузы, где температура с высотой мало изменяется.

Изучение атмосферы

Метеорология (греч. meteora – небесные явления и logos – учение) как наука об атмосфере, о ее составе, строении, свойствах и происходящих в ней процессах сформировалась во второй половине XVIII в. С тех пор начались систематические наблюдения за отдельными метеорологическими элементами.

Основные сведения о физическом состоянии приземных слоев атмосферы, о погоде и климате получают на метеорологических станциях с помощью инструментальных и визуальных наблюдений. В мире более 8000 метеостанций и 800 аэрологических станций. Есть и автоматические метеостанции в труднодоступных районах (во льдах Арктики, высоко в горах).

С 30-х гг. нашего столетия начали осуществляться аэрологические наблюдения за состоянием свободной атмосферы с помощью воздухоплавательных аппаратов – аэростатов и стратостатов. Стратосфера была первой трудной ступенькой на дороге в Космос. Одновременно стали применяться шары-зонды, поднимающиеся до высоты 15-16 км, и радиозонды – до высоты 40-50 км. После Второй мировой войны появились метеорологические ракеты, поднимающиеся до 100-120 км с весом научной аппаратуры до 1,5 т. Для исследования ионосферы начали применяться геофизические ракеты (в том числе с подопытными животными), достигшие высоты почти 500 км с весом научной аппаратуры более 1,5 т. Первый в истории человечества искусственный спутник Земли (ИСЗ) был запущен в СССР 4 октября 1957 г. на высоту 947 км (в апогее), а 12 апреля 1961 г. – первый космический аппарат «Восток», пилотируемый Ю. А. Гагариным. Начиная с 60-х гг. высокие слои атмосферы исследуются ИСЗ серии «Космос», систематически запускаются метеорологические спутники и др.

С конца 90-х гг. XX столетия постоянные наблюдения из Космоса осуществляют четыре полярно-орбитальных спутника, движущиеся вокруг Земли па высоте от 800 до 1000 км, и пять геостационарных спутников – нa высоте около 36 000 км. Орбита последних совпадает с плоскостью экватора, они движутся с той же угловой скоростью, что и Земля, на меридианах 0° в, д., 74° в. д., 140° в. д., 75° з. д. и 135° з. д. Они как бы подвешены над одной и той же точкой Земли и своими наблюдениями охватывают широтный пояс от 50° с. ш. до 50° ю. ш. и передают из Космоса на Землю непрерывную информацию о температуре земной и морской поверхности, облачности, ведут наблюдения за смежным и ледовым покровом и т. д. Исключительно ценную и разностороннюю информацию, в том числе и об атмосфере Земли, дают долговременные научные экспедиции на автоматических космических станциях, в частности до 2001 г. на станции «Мир, а в наши дни МКС. Исследования верхних слоев атмосферы существенно уточнили наши знания о строении воздушной оболочки Земли, а космонавтика открыла огромные перспективы в ее изучении. В России руководство метеослужбой осуществляет Федеральная служба РФ по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

Ресурсы атмосферы

Классификация природных ресурсов атмосферы (по Н.Ф. Реймерсу).

Примечание: таблица приведена с сокращениями, она содержит только сведения об атмосфере.

Антропогенное изменение и загрязнение атмосферы

Атмосфера играет важную роль в жизни человека и его хозяйственной деятельности, но испытывает серьезное антропогенное воздействие, особенно в последние десятилетия. Оно чаще всего отрицательное. Тому много примеров глобального масштаба. Загрязняющие вещества попадают в атмосферу в виде аэрозолей и газов. Аэрозоли поступают в воздух при открытой добыче угля и руд, при производстве цемента и стройматериалов, от предприятий черной металлургии и т. д. Общее количество аэрозолей составляет около 60 млн. т.

На долю газов приходится до 80-90% всех антропогенных выбросов. Загрязнение атмосферы диоксидом углерода и другими газами способствует поглощению земного излучения и повышению температуры воздуха. Соединения таких ядовитых газов, как сера (сернистый газ) и азот (окись и перекись), образуют в атмосфере кислотные дожди, т. е. фактически на землю выпадают осадки в виде разбавленной серной и азотной кислот. Такие осадки представляют угрозу жизни и здоровью людей и животных, способствуют высыханию лесов, увеличивают кислотность почв, угнетающе действуют на флору и фауну водоемов, разрушают различные постройки и т. д. Общее количество поступлений сернистого газа в атмосферу достигает, по разным оценкам, 100-150 млн. т в год. Поэтому актуальной задачей является запрет использования высокосернистых угля, нефти и газа, утилизация отходов при производстве серной кислоты.

Рост концентраций аэрозолей и газов, разрушение озонового слоя, уничтожение лесов, особенно экваториальных, поставляющих в атмосферу кислород, изменения в характере поверхности суши (распашка земель, мелиорация и др.) и Океана (нефтяная пленка и др.), военные действия – все это влияет на атмосферу и климат и может вызвать цепную реакцию ряда нежелательных природных явлений.

Изменение атмосферы человеком (по Н.Ф. Реймерсу).

Примечание: таблица приведена с сокращениями, содержатся только сведения об атмосфере.

Литература

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.
2. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М.: Просвещение, 2004. - 288 с.