Состав атмосферы. 
Эволюция атмосферы

Воздух — смесь газов, отличающаяся, за исключением водяных паров, постоянством химического состава. В сухом воздухе у земной поверхности содержится (% по объёму): азот — 78,08; кислород — 20,96; аргон — 0,93; углекислый газ — 0,03. Есть в воздухе и другие газы (криптон, ксенон, неон, гелий, водород, йод, радон, метан и некоторые другие), но их содержание ничтожно — тысячные и миллионные доли процента. Таким образом, химический состав воздуха, состоящего более чем на ¾ из азота, резко отличен от земной коры, бедной азотом.

Пять основных компонентов воздушной тропосферы — азот, кислород, аргон, углекислый газ, водяной пар — различны по своим свойствам, а отсюда — и функциональной роли в географической оболочке. Один из них — аргон — принадлежит к группе инертных газов и не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на процессы, протекающие в географической оболочке.

Азот, самый распространённый газ в воздушной тропосфере, химически мало активен. Являясь составной частью белков и их производных, он, тем не менее, усваивается большинством живых организмов не непосредственно из воздуха, а посредством азотфиксирующих бактерий и водорослей.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. И наличие большой массы свободного (несвязанного) кислорода в современной атмосфере представляется парадоксальным явлением. Парадокс этот находит объяснение в захоронении органического углерода в процессе фотосинтеза растений. Атмосфера питает кислородом воды океанов, озёр и рек. Специфическая функция кислорода — окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокислённых газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мёртвого органического вещества.

Подсчёты показывают, что в результате фотосинтеза в атмосферу ежегодно поступает 20 * 1016 г. кислорода. При общем его содержании в атмосфере 1,2 * 1021 г. время одного оборота массы О2 в атмосфере равно примерно 6 тыс. лет.

Углекислого газа в атмосфере немного, но его роль в функционировании географической оболочки исключительно велика. Он представляет основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе:

6СО2 + 6Н2О + Энергия = С6Н12О6 + О2.

В процессе фотосинтеза используется углекислый газ не только атмосферы, но и океана. При деструкции органического вещества большая часть углекислого газа, затраченного на его создание, возвращается обратно в атмосферу и гидросферу. Меньшая часть его захороняется в земной коре в виде каменного угля, нефти, горючих газов и рассеянного органического вещества. Возникающий дисбаланс углекислого газа в атмосфере исправляется выносом его из недр Земли вулканами.

Значение углекислого газа атмосферы для географической оболочки не ограничивается его участием в создании органического вещества. Важные последствия имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаёт так называемый парниковый эффект, выраженный в повышении температуры воздуха вблизи поверхности Земли.

В нижних 20 км. содержится водяной пар. В отличие от других газов содержание водяного пара во влажном воздухе не постоянно и зависит от температуры воздуха и характера подстилающей поверхности. Его содержание у земной поверхности колеблется в среднем от 0,2% в полярных широтах до 2,5% в экваториальных.

При оценке водяного пара следует иметь в виду, что он:

поддерживает парниковый эффект, так как задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности;

представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги;

влияет на климат, повышая температуру воздуха при конденсации водяных паров.

Соотношение газов в сухом воздухе в тропосфере почти не изменяется с высотой. Что касается водяного пара, то его процентное содержание с высотой уменьшается.

На высоте 20 — 30 км. («озоновая завеса») расположен слой озона (О3). Озон образуется под действием ультрафиолетовых лучей Солнца, и хотя общее количество его незначительно, играет важную роль в атмосфере. Озон обладает способностью поглощать ультрафиолетовую радиацию Солнца и тем самым предохраняет животный и растительный мир от её губительного действия.

В воздухе тропосферы всегда присутствует примесь аэрозолей — мельчайших жидких и твёрдых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Это:

пыль земного и космического прохождения, микрометеориты, метеориты и продукты их сгорания — Al, Fe, Ni (14 * 106 т/год);

твёрдые частицы дыма и пепла от лесных пожаров, сжигания топлива, извержения вулканов — C, S;

частицы почвы и продукты выветривания горных пород — Si, Al;

морская соль — NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2;

частицы органического происхождения — бактерии, микроорганизмы (770 — 2200 Мт/год);

выбросы цементного производства — Са;

выбросы химических, металлургических производств — S, Pb, фенолы, хлорфторметаны, фреоны, CF2Cl2, CCl4.

В среднем над каждым квадратным сантиметром в воздухе «висит» 108−109 аэрозольных частиц. Особенно много их в городах и крупных промышленных центрах, где к аэрозолям добавляются выбросы в атмосферу вредных газов, их примесей, образующихся при сжигании топлива. Общее их содержание 250−450 Мт/год или 1,5−2,0 кг/м2 год.

Та или иная концентрация аэрозолей в атмосфере определяет её прозрачность, что сказывается на солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Наиболее крупные аэрозоли — ядра конденсации — способствуют превращению водяного пара в водяные капли.