Состав атмосферного воздуха

Содержание газов в атмосфере (по объему) у поверхности земли остается практически неизменным на всей территории планеты: 78% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислого газа и около 1% аргона, неона и криптона. Стабильность газового состава атмосферы поддерживается непрерывными круговоротами веществ, происходящими в результате процессов фотосинтеза, дыхания и разложения органических веществ. Кроме вышеперечисленных газов в атмосфере присутствуют водяные пары, летучие органические вещества, газообразные и твердые выбросы промышленных предприятий и автомобилей, почвенная пыль и некоторые другие примеси.

Атмосфера — важный фактор в жизни леса. Из атмосферного воздуха растения получают необходимый для фотосинтеза углекислый газ, а для дыхания — кислород. Доказано, что высокое содержание кислорода и пониженное — углекислого газа в современной атмосфере является результатом жизнедеятельности растений. По данным некоторых ученых, лесные биогеоценозы примерно на 60% обеспечивают нынешний газовый состав атмосферы.

Основой вещественного обмена между атмосферой и биогеоценозами являются кислород и углекислый газ. Кислород необходим для дыхания всех аэробных организмов, которых несравнимо больше, чем анаэробных организмов. Огромное количество кислорода потребляется и при окислении органических и минеральных веществ. Все больше кислорода расходуется при сжигании различных видов топлива. Тем не менее, в атмосфере содержание этого газа не уменьшается. Это связано с постоянным поступлением кислорода в атмосферу в результате фотосинтеза и восстановительных процессов. Дефицит в кислороде может возникать лишь для почвенных организмов в условиях плохой аэрации — на тяжелых и переувлажненных почвах.

Поглощение углекислого газа из воздуха происходит в основном только в результате фотосинтеза. Например, в летний солнечный день в среднем 1 га таежного леса, образуя 120—150 кг абсолютно сухого вещества (далее — а. с. в.), поглощает из атмосферы 220—275 кг углекислого газа и выделяет 180—215 кг кислорода [3]. Пополнение запасов углекислого газа в атмосфере происходит также за счет дыхания растений и других организмов, процессов горения, разложения органического вещества, извержения вулканов и сжигания топлива.

Содержание углекислого газа в лесу по вертикали распределяется довольно неравномерно. В дневное время летом в области крон вследствие ассимиляции оно падает до 0,022%, а в приземном слое из-за разложения подстилки увеличивается до 0,070%. Поэтому даже небольшое движение воздуха, приводящее к перемешиванию слоев воздуха, способствует усилению фотосинтеза.

Содержание углекислого газа в приземном слое воздуха лесных биогеценозов характеризуется определенной сезонной динамикой. Зимой в высоких широтах из-за отсутствия фотосинтеза его содержание здесь выше, чем летом. В летний период концентрация углекислого газа днем снижается, а ночью — увеличивается. Поэтому интенсивность фотосинтеза к полудню ослабевает, а в утренние и предвечерние часы — усиливается. Концентрация углекислого газа в воздухе также зависит и от погодных условий: в холодные годы с обильными осадками она выше, чем в годы жаркие и сухие.

В связи с тем, что углекислый газ имеет высокую удельную теплоемкость, он играет роль своеобразного парника, пропускающего тепловые лучи, идущие к Земле, и частично задерживающие их в противоположном направлении. Поэтому амплитуда температуры воздуха приземных слоев воздуха значительно снижается.

Азот в атмосфере не имеет для растений никакого значения, так как в виде газа они не могут его усваивать. Лишь некоторые микроорганизмы способны переводить этот элемент в доступные для растений минеральные соединения. Кроме того, при грозовых разрядах связывается небольшое количество атмосферного азота.

Леса обогащают воздух озоном, количество которого здесь в 2—3 раза больше, чем вблизи морских акваторий. Содержание отрицательно заряженных ионов в лесном воздухе примерно в 10 раз выше, чем в воздухе города. Наземные растения выделяют летучие органические вещества. Некоторые из них — фитонциды — губительно действуют на патогенные организмы растений, животных и человека. Подсчитано, что 1 га лиственного леса выделяет за лето 2—3 кг этих веществ, а хвойные — 6—10 кг. Считается, что 2 кг фитонцидов вполне достаточно для обеззараживания воздуха в небольшом городе.

В атмосферном воздухе присутствует пыль, источниками которой являются выветривание горных пород, ветровая эрозия почвы, вулканическая деятельность, лесные пожары, сжигание топлива и метеориты. В состав пыли могут входить органические и неорганические вещества. Пыль снижает прозрачность атмосферы, забивает устьица, что приводит к уменьшению транспирации и газообмена фотосинтезирующего аппарата растений с атмосферой. Во время пыльных бурь растения не только повреждаются механически, но и заносятся пылью.

Копоть, сажа, дым, различные газы и аэрозоли — отходы производства — очень вредно сказываются на жизнедеятельности всех организмов в процессе газообмена со средой. Кроме того, поступая в почву вместе с осадками, эти токсические соединения продолжают оказывать негативное влияние на растения, животных и микроорганизмы, обитающие в этой среде.

Ветви, листва и хвоя, обладая огромной поверхностью, служат своеобразным фильтром, поглощающим вредные газы и осаждающим пыль и копоть. Способность древесных растений очищать воздух от различных загрязнителей используются в практике зеленого строительства.

Таким образом, современная атмосфера одновременно является ареной, условием и результатом деятельности живых организмов всех биогеоценозов планеты.