Основные компоненты современной атмосферы. Температурный профиль атмосферы

По своему химическому составу атмосферный воздух представляет собой смесь газов. Различают постоянные, переменные и случайные составные части воздуха.

По постоянным компонентам состав воздуха выражается след. цифрами:

	%, по объему	%, по массе
Азот	78,16	75,5
кислород	20,9	23,2
Аргон	0,93	1,28
Неон и др. инертн. газы	0,01	0,02

Установлено, что состав воздуха в тропосфере, стратосфере и части ионосферы по постоянным компонентам одинаков по своей высоте и над любой точкой земной поверхности.

К переменным составляющим относятся углекислый газ и водяной пар. Их содержание в воздухе может изменяться. Так, содержание СО₂ изменяется в пределах одной сотой процента в ту и другую сторону от средней величины 0,03%об. Ежедневно на планете сжигается несколько миллионов тонн топлива, и это неизбежно повышает среднее содержание СО₂ в атмосферном воздухе. Установлено, что концентрация СО₂ в воздухе увеличивается за год примерно на 5*10^-7%об. Этот прирост возрастает с развитием промышленности и может оказать заметное влияние на тепловой баланс планеты.

Содержание водяного пара в воздухе зависит от метеорологических условий в данный момент (температуры, барометрического давления, скорости и направления ветра) и наличия источников испарения воды и поэтому колеблется в довольно больших пределах; от малых долей до 4% вес. При образовании облаков и туманов происходит конденсация водяных паров.

В составе воздуха имеются случайные составные части, содержание которых зависит от источника их выделения, количества выхода в атмосферу, метеорологических условий и от плотности рассматриваемых примесей. Случайными примесями к воздуху являются:

· различные газы, которые могут образовываться в результате жизнедеятельности организмов, разложения органических веществ, пожаров, деятельности вулканов или иных выбросов природных (подземных) газов в атмосферу, а также в итоге промышленной деятельности человека;

· пары или капельки жидкостей, происхождение которых относят главным образом за счет загрязнения воздуха промышленными процессами;

· твердые составные примеси - пыль, дым и прочие, образующиеся как при распылении горных пород и почвы у поверхности земли, так и при производственной деятельности людей;

· микроорганизмы и их споры, пыльца растений, составляющие биологический мир атмосферы.

Среди примесей воздуха особое место занимают такие, которые появляются в результате производственной деятельности людей. Подразделяют производственные загрязнения воздуха по их происхождению на следующие группы.

Хвостовые газ ы, получающиеся в конечной стадии производственного процесса. Сюда относятся дымовые газы от сжигания топлива или газа, образующиеся при различных химических процессах, и т.д. Обычно хвостовые газы выбрасываются через заводские трубы на различную высоту над поверхностью земли. Эти выбросы могут и должны подвергаться очистке.

Абгазы образуются на промежуточных стадиях производства. Их выбрасывают на небольшой высоте почти у поверхности земли. Абгазы чаще всего представляют собой вредные вещества. Их обеззараживание необходимо и возможно.

Газы аспирационных систем, или местной вентиляции. Это воздух из вентиляционных укрытий (шкафов, зонтов, кожухов), устанавливаемых над работающими машинами (дробилками, мельницами, грохотами). Концентрация загрязнений в таких газах обычно высока, Их надо подвергать очистке.

Вентиляционный воздух из производственных помещений, то есть загрязненный примесями из-за неплотностей аппаратуры, несовершенства производственных процессов и др. Очистка такого воздуха весьма затруднительна из-за больших его объемов и обходится дорого.

Аэрационный воздух, поступающий из производственных помещений через окна, двери, аэрационный фонари. Очистку такого воздуха организовать почти невозможно.

Различные неорганические выбросы. Например, загрязнения, возникающие при наружных работах с возможным распылением продукции, сырья или отходов производства, испарение вредных газов и паров из сточных вод, открытых канав и т.д.

В перечисленных группах многие из загрязнений являются ценными материалами, теряющимися безвозвратно, если их не улавливать и не возвращать в производство. Сюда относятся летучие растворители, распыленные материалы. Сернистый газ и некоторые другие вещества. Рационально в таких случаях сооружать установки для улавливания этих ценных теряющихся веществ. Такие установки очень быстро окупаются.

Температурный профиль атмосферы. Высотные исследования выявили сложную структуру атмосферы. По характеру изменения температуры с увеличением высоты можно выделить несколько слоев, разделенных узкими переходными зонами – паузами. Тропосфера характеризуется средним вертикальным градиентом температуры 6^о/км. Высота верхней границы тропосферы меняется от 8 км в полярных широтах до 16-18 км над экватором. От более высокого слоя –стратосферы – тропосферу отделяет сравнительно тонкая зона – тропопауза. Высота тропосферы в различных широтах меняется не монотонно, а имеет разрывы. В стратосфере температура остается приблизительно постоянной до высоты 25 км, а затем постепенно возрастает до 265-270^оК на нижней границе стратопаузы (около 55км). Расположенная выше мезосфера характеризуется новым понижением температуры до 190-180^оК на высоте 80 км. Над ней находится отделенная переходным слоем термосфера, в которой кинетическая температура почти равномерно увеличивается с высотой до 1000-1500^оК.

Изменения температуры в различных слоях атмосферы связаны с изменением в них химического состава воздуха. Атмосфера Земли состоит преимущественно из азота и кислорода с небольшой примесью других газов. В целом область ниже 90 км характеризуется интенсивным перемешиванием и поэтому имеет довольно постоянный состав. Одной из наиболее важных переменных по количеству составных частей атмосферы является водяной пар. Содержание паров воды быстро уменьшается с высотой вплоть до тропопаузы. В стратосфере оно чрезвычайно мало (около 2*10^-8%) и мало зависит от высоты. Водяной пар является одним из поглотителей солнечной энергии и теплового излучения земной поверхности. Поэтому уменьшение его концентрации с высотой приводит к снижению температуры. Решающее влияние на тепловой режим стратосферы оказывает содержание в ней озона. Нагревание воздуха стратосферы происходит благодаря поглощению ультрафиолетовой радиации Солнца озоном. В мезосфере концентрации озона и паров воды ничтожны, поэтому температура в ней ниже, чем в тропосфере и стратосфере. Рост температуры в термосфере связан с поглощением жесткой компоненты солнечной радиации молекулами и атомами кислорода и азота. В этой области наблюдается наиболее значительное изменение химического состава воздуха с высотой: по мере удаления от земной поверхности вследствие гравитационной сепарации атмосфера обогащается более легкими газами. Если в слое, расположенном на высоте 100-2—км, основными компонентами все еще остаются азот и кислород, то выше 600 км преобладают гелий и водород.