Значение и свойства атмосферы

При изучении этой темы следует руководствоваться поло­жениями Федерального закона № 7-ФЗ «Об охране окружаю­щей среды» [1] и тем, что атмосфера является неотъемлемой частью биосферы, обусловившей возникновение жизни на Земле и её функционирование.

Существует много теорий происхождения жизни на Земле, в том числе теория «о первичном бульоне» русского биохимика А.И. Опарина и английского генетика Джона Холдейна, сфор­мулировавших её в 1924 и 1929 гг. как абиогенный синтез орга­ники [28]. Они считали, что в древнейшем Мировом океане рас­творилась органика, синтезированная химическим путём в атмосфере. Эту теорию экспериментально подтвердил в 1925 г. аспирант Чикагского университета Стендли Миллер. Он смоде­лировал состав первобытной атмосферы Земли и провёл в ней абиогенный органический синтез. В результате определённого воздействия мощными электрическими разрядами на смесь газов в составе примитивной атмосферы из метана, аммиака, водорода и водяного пара в замкнутой колбе выяснилось, что исходные вещества не только прореагировали между собой и дали це­лый набор органических соединений, включая формалин, моче­вину, синильную кислоту и даже аминокислоты. Таким образом, было доказано, что биологические молекулы могут синтезиро­ваться абиогенным путём из простейшего сырья.

По мнению этих учёных, сначала атмосфера Земли была вос­становительной — бескислотной. В ней под влиянием космиче­ского излучения и грозовых разрядов или химических реакций были созданы мелкие органические молекулы. Ливни вымывали их из атмосферы в океан. Перейдя в раствор, органические моле­кулы стали взаимодействовать друг с другом, постепенно давая всё более сложные соединения — близкие к белкам, нуклеино­вым кислотам и др. В конечном счёте возникли надмолекуляр­ные комплексы, способные к самокопированию. Окружённые мембраной, они дали первых живых существ на Земле.

Во Вселенной известно более 100 химических элементов, но живое состоит в основном из четырёх — углерода, азота, кислорода и водорода. Основным является углерод. Обладая особыми свойст­вами, этот элемент способен соединяться со многими другими и себе подобными, образуя длинные и устойчивые цепочки — макро­молекулы с разнообразными свойствами. Это оказалось необхо­димым условием для зарождения жизни на Земле.

Кроме того, атмосфера участвует в формировании климата на планете, регулирует тепловой режим, способствует перерас­пределению тепла у поверхностного слоя Земли. Атмосфера пре­дохраняет Землю от резких перепадов температур. При отсутст­вии атмосферы и водоёмов среднесуточная температура у поверхности Земли имела бы разброс температур в пределах 200 °С.

Составляющие воздуха участвуют в обмене и круговороте веществ в биосфере.

Воздух — естественная смесь газов, главным образом азота и кислорода, составляющая земную атмосферу. Кислород необхо­дим для нормального существования подавляющего числа живых организмов (дыхание, аэробы). В 1754 г. Джозеф Блэк [16] экс­периментально доказал, что воздух представляет собой смесь га­зов, а не однородную субстанцию. Состав воздуха приведён в табл. 1. Необходимо отметить, что состав воздуха может менять­ся: в крупных городах содержание углекислого газа будет выше, чем в лесах.

Кроме того, воздух всегда содержит пары воды. Так, при тем­пературе 0 °С в 1 м³ воздуха может содержаться максимально 5 г воды, а при температуре +10 °С — уже 10 г.

К физическим свойствам воздуха относятся температура, влаж­ность, подвижность, барометрическое давление, электрическое состояние, интенсивность солнечной радиации, ионизирующее излучение. Каждый из этих факторов имеет самостоятельное зна­чение, однако на организм они оказывают комплексное влияние.

Почти не изменяясь в течение сотен миллионов лет, атмо­сфера Земли обеспечила возможность приспособления всего жи­вого к её составу. При этом газовая оболочка одновременно защищает живые организмы Земли от губительного влияния ультрафиолетового, ионизирующего, электромагнитного излу­чения. Атмосфера предохраняет Землю от падения на неё метео­ритов. Распределяя и рассеивая солнечные лучи, атмосфера создаёт равномерную освещённость Земли. Она является одно­временно и средой для распространения звука. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом про­странстве, а, окружая Землю, вращается вместе с ней. Масса ат­мосферы составляет около 5,15 • 10¹⁵ т [18].

Таблица 1

Состав воздуха