Атмосфера и ее защитные функции


Атмосфера и ее защитные функции.

Земная жизнь уязвима для космических лучей и нуждается в постоянной и надежной от них защите. Воздушная оболочка Земли, как любой внешний покров, осуществляет и защитные функции. Хотя по житейским нашим меркам атмосфера никак не укладывается в понятие средства защиты, именно “невесомый” воздух – безотказная преграда для губительных воздействий космоса.

Пробить эту “броню” могут лишь крупные метеориты с исходной массой в десятки и сотни тонн – явление, как известно, чрезвычайное. Метеориты помельче – отнюдь не редкость. Ежесуточно в небо над Москвой, например, вонзается до 200 метеоритов, нацело сгорающих в атмосфере. От Солнца поступает на Землю энергия, а следовательно, и сама возможность жизни. Но жизненную дозу солнечной энергии “отмеряет” атмосфера. Не будь ее, днем Солнце раскаляли бы земную поверхность до + 100 °С, а ночью до – 100 °С выстуживал бы ее ледяной космос; 200-градусный перепад суточных температур намного превышает возможности к выживанию большинства живых организмов. Когда впервые в открытый космос вышел Алексей Леонов, его жизнь и здоровье оберегал прочнейший скафандр. А на Земле мы надежно защищены воздушным покрывалом. На верхнюю границу атмосферы ежесекундно обрушивается мощный поток солнечных и иных космических излучений широкого диапазона волн и энергий:- гамма-излучение, рентгеновские, ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасное излучение и т. п. Если бы все они достигли земной поверхности, то мгновенно убийственная их энергия испепелила бы все живое. Этого не случается, и на Земле существует жизнь благодаря атмосфере. Для всего разнообразия излучений атмосфера оставляет лишь два “окна прозрачности”, две узкие “щелочки”, сквозь которые проникают некоторые радиоволны, а также свет с частью ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Главную роль в этом играют ионосфера и озоновый экран на высоте 20-55 км. Хотя озон крайне разрежен, именно здесь большая часть энергии ультрафиолетовых лучей расходуется на разрушение молекул кислорода. Процеженные через озоновый фильтр, они еще опасны для некоторых микроорганизмов, в том числе болезнетворных, и полезны для человека.

В конечном счете, свет и тепло, несущие Земле жизнь, сквозь атмосферу пропускаются; все, сеящее смерть, задерживается атмосферой. Климат и погода. Атмосфера регулирует важнейшие параметры климата – влажность, температуру, давление. Скопление капелек влаги или кристаллов льда, т. е. образование облаков, возможно лишь при наличии в воздухе ядер конденсации – твердых частиц диаметром в сотые доли микрометра, или, проще говоря, тончайшей пыли. В абсолютно “стерильной” атмосфере дождь невозможен. Вертикальные и горизонтальные перемещения теплых и холодных, сухих и увлажненных масс воздуха, местное распределение температур и осадков, т. е. формирование погоды, осуществляется за счет различий атмосферного давления и возникновения ветров. Роль атмосферы в круговороте веществ. Циклы кислорода, углерода, азота, воды обязательно проходят атмосферную стадию. Воздушный бассейн выступает в роли гигантского резервуара, где все эти вещества накапливаются и, главное, распределяются по земному шару. Тем самым осуществляется регуляция скорости и интенсивности круговорота веществ в природе.

Атмосфера – часть жизненной среды. Для большинства обитателей суши, и человека в их числе, важны физические свойства атмосферы. Атмосферное давление у поверхности Земли (около 9,8 – 104 Па) называют нормальным. Это норма существования наземных организмов, которую мы, как любую норму, не замечаем, хотя на человека при этом давит 10-12 т воздуха. Для нас ощутимы лишь отклонения от нее: при понижении давления на высоте около 5 тыс. м появляются признаки “горной болезни” (головокружение, тошнота, слабость); при погружении в воду на глубину 10 м давление оказывает заметное влияние на человеческий организм (боль в барабанных перепонках, затрудненное дыхание и т. п.). В абсолютном вакууме гибель наступает мгновенно. Прозрачность, т. е. проницаемость, атмосферы для солнечных излучений – видимых, ультрафиолетовых, инфракрасных – исключительно важна для живых организмов. Количество и качество света определяют интенсивность фотосинтеза – единственного природного процесса фиксации солнечной энергии на Земле. Повышение уровня ультрафиолетового облучения может привести к ожогам и другим болезненным явлениям, понижение создает условия для массового размножения болезнетворных организмов. Установлено сложное влияние прозрачности на тепловой баланс Земли, о чем подробнее будет сказано ниже. Современные изменения прозрачности атмосферы в значительной мере определяются антропогенными влияниями, что уже привело к возникновению ряда серьезных проблем. Весьма существенно для биосферы состояние газового баланса. Свыше 3/4 воздуха составляет азот, названный Лавуазье “безжизненным”. Он входит в первооснову носителей жизни – белков и нуклеиновых кислот. Правда, в их синтезе атмосферный азот непосредственного участия не принимает, но является гигантским резервуаром первичного “сырья” как для деятельности азотфиксирующих микроорганизмов и водорослей, так и для промышленности азотных удобрений. Масштабы и особенно темпы роста промышленной фиксации азота уже вносят некоторые коррективы в представление о неисчерпаемости его запасов в атмосфере. Сказанное в еще большей мере приложимо к кислороду, составляющему четвертую часть всех атомов живого вещества. Без кислорода невозможно дыхание и, следовательно, энергетика многоклеточных животных. Вместе с тем кислород – это продукт жизнедеятельности, выделяемый фотосинтезирующими организмами. Накопление в ходе взаимной эволюции атмосферы и биосферы всего 1% кислорода создало условия для бурного развития современных форм жизни. При этом образовался озоновый экран – защита от космических лучей высоких энергий. Сокращение кислорода в атмосфере повлекло бы за собой замедление процессов жизнедеятельности. Утеря кислорода вызвала бы неизбежную замену аэробных форм жизни анаэробными. Углекислого газа в атмосфере Земли содержится всего 0,03%. Но сегодня это предмет большого внимания и немалых тревог. При увеличении доли углекислого газа всего до 0,1% животные испытывают затруднения в дыхании, свыше 4% углекислоты в воздухе означает аварийную ситуацию. Даже совсем ничтожные (на тысячные доли процента) изменения содержания углекислого газа в атмосфере меняют ее проницаемость для отраженных от земной поверхности тепловых лучей. Жизнь на Земле без атмосферы невозможна. Но она невозможна и без воды, и без питательных веществ, и без многого другого. Без пищи человек может прожить недели, без воды – дни, без воздуха – минуты, без атмосферной защиты – секунды. Столь разительные отличия обоснованы, в частности, разной способностью организма запасать те или иные вещества. В среднем человек потребляет в сутки свыше 500 л кислорода, пропуская через легкие свыше 10 тыс. л (около 12 кг) воздуха и 1,5-2 кг воды и пищи. Еще одно существенное обстоятельство. В ходе эволюции у животных выработались многоступенчатые и достаточно надежные системы защиты от ядовитых и иных неблагоприятных для организма веществ естественного происхождения (недоброкачественной воды и пищи, пыли, дыма и т. п.). Поэтому и животный и человеческий организмы оказались полностью безоружными против того, чего нет в естественной среде их обитания,- против ядовитых газов без цвета, запаха и вкуса, которых немало в техногенных выбросах: оксида азота (II), свинца в выхлопах автомобилей, угарного газа (СО) и многих других соединений. В этих случаях наши дыхательные пути пропускают беспрепятственно и эликсир жизни, и смертельный яд, не имея средств различать их.



Зараз ви читаєте: Атмосфера и ее защитные функции