3.Состав сухого воздуха у земной поверхности. Водяной пар в воздухе. Изменение состава воздуха с высотой.

Атмосферный воздух у земной поверхности, как правило, влажный. Это значит, что в его состав вместе с другими газами входит водяной пар, т.е. газообразная фаза воды Н₂О. В отличие от других составных частей воздуха содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах: у земной поверхности оно колеблется между сотыми долями процента и несколькими процентами. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере температурах и давлениях водяной пар может переходить в жидкое (вода) и твердое (лед) состояния и наоборот, может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности. Поэтому обычно в метеорологии сначала рассматривают отдельно сухой воздух и водяной пар, а затем влажный воздух. Кроме водяного пара существенно меняется в воздухе также содержание углекислого газа и озона.

Воздух без водяного пара называют сухим. У земной поверхности сухой воздух содержит 78% по объему (76% по массе) азота и 21% по объему (23% по массе) кислорода, т. е.сухой воздух на 99% состоит из двухатомных молекул азота N₂ и кислорода О₂. Оставшийся 1% почти целиком приходится на аргон Аг (табл. 1). Всего 0,03% приходится на диоксид углерода (углекислый газ) СО₂. Содержание многочисленных других газов, входящих в состав приземного воздуха, составляет тысячные, миллионные и миллиардные доли процента. Это неон Ne, гелий Не, метан СН₄, криптон Кr, водород Н₂. закись азота N₂O, ксенон Хе, озон О₃, диоксид азота NO₂, диоксид серы SO₂, аммиак NH₃, угарный газ СО, йод, радон Rn и др.

Все перечисленные выше составляющие сухого воздуха всегда сохраняют газообразное состояние при наблюдающихся в атмосфере температурах и давлении не только у земной поверхности, но и в высоких слоях.

Процентный состав сухого воздуха у земной поверхности очень постоянен. Однако в настоящее время в атмосферу поступает большое количество газов, которых не было в ее составе раньше, например некоторые хлорфторуглеводороды, в том числе фреоны. Особенно важное значение имеет изменение содержания диоксида углерода и озона. Сжигание огромных количеств ископаемого органического топлива привело к систематическому увеличению концентрации СО₂. Так, по данным наблюдений глобальное содержание СО₂ увеличилось на 30% от 280 ppmv (ррm - миллионная доля) в конце XVIII в. до 358 ppmv в 1994 г. Кроме такого общего фонового возрастания диоксида углерода наблюдаются и локальные увеличения объемного содержания СО₂ в промышленных центрах, в воздухе закрытых плохо вентилируемых помещений, в городах со скоплениями автотранспорта, где его содержание может достигать 0,1-0,2%. В связи с этим, конечно, уменьшается, но весьма незначительно, процентное содержание азота и кислорода.

Каждый газ в атмосфере выполняет определенные функции. Наиболее велика роль свободного кислорода - без него невозможно дыхание, горение, окислительные процессы.

Азот - важный биогенный элемент, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот, его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Углекислый газ пропускает солнечную энергию, но задерживает тепловое излучение, он же используется растениями для построения органического вещества. Важна и роль озона, который поглощает большую часть ультрафиолетовой радиации Солнца, губительно действующего на живые организмы.

В воздухе содержится много мелких твердых частиц, количество которых увеличивается после извержения вулканов, массовых лесных пожаров, пыльных бурь и т. д. Твердые частицы служат ядрами конденсации, вокруг которых образуются осадки.

Таблица 1 – Состав сухого атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли