50.Специфические особенности воздуха как среды жизни.

Воздух как среда жизни также обладает следующими специфическими особенностями:

• высокое содержание кислорода (21%) – определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма, например, возникновение в такой среде гомойотермных животных, имеющих высокий уровень энергетики организма, высокую биологическую активность и большой степень автономности от внешних воздействий;

• низкая и изменчивая влажность, которая лимитировало возможности освоения воздушной среды, у ее обитателей формировались в процессе эволюции системы водно-солевого обмена и структура органов дыхания;

• низкая плотность воздуха, благодаря которому жизнь в воздушной среде в основном сосредоточена вблизи поверхности земли или субстрата (высокогорья), поэтому жизнь в атмосфере не отличается вертикальной структурированностью потоков вещества и энергий;

• климатическая зональность обусловила многообразие жизненных форм в наземной среде, т.к. в зависимости от условий климата, рельефа, вод, почвенного и растительного покрова образуют комплексы, которые обозначают как ландшафтно-климатические зоны. Крупнейшие их них – полярные пустыни, тундры, леса умеренного климата, степи, саванны, пустыни и тропические леса;

• прозрачность атмосферы определяется потоком солнечного света падающего на поверхность планеты, часть которой составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной волны 380-710нм. ФАР является энергетической основой фотосинтеза – процесса создания органического вещества из неорганических составляющих, на котором основывается сама возможность биологического круговорота веществ.

51. Атмосфера. Структура.

Современная атмосфера Земли по химическому составу относится азотно-кислородному типу (табл.3) и этим качественно отличается от газовых оболочек всех известных ныне небесных тел, включая планеты Солнечной системы.

Состав атмосферы сильно отличается от вулканических газов, за счет которых она возникла в далеком прошлом. Это свидетельствует о том, что в течение геологической истории Земли происходили мощные процессы, изменившие состав ее газовой оболочки. Эти процессы связывают с активностью живого населения биосферы, т.к. расчеты показывают, что в добиологический период атмосфера Земли мало отличалась от атмосферы Венеры, близкой к ней по размерам и расстоянию от Солнца.

Человечество обитает на дне Великого воздушного океана, который является оболочкой непрерывно, полностью окружающей земной шар. Наиболее изученный участок атмосферы простирается от уровня моря до высоты 100км. В целом атмосфера делится на несколько сфер: тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера (термосфера), экзосфера. Границы между ними называются паузами (рис.22) По химическому составу атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до100км) – гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом (табл. ), и верхнюю – гетеросферу, неоднородного химического состава. Кроме того, в атмосфере присутствуют различные аэрозоли – пылеватые и водяные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газообразной среде. Они имеют как естественное, так и техногенное происхождение.

Тропосфера – это приземная нижняя часть атмосферы, т.е. зона, где обитает большинство живых организмов, в том числе и человек. В этой сфере сосредоточено более 80% массы всей атмосферы. Ее высота определяется интенсивностью вертикальных (нисходящих и восходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности. Поэтому тропосфера на экваторе простирается до высоты 16-18км, в средних (умеренных) широтах – до 10-11км, а на полюсах – до 8км. Температура воздуха закономерно понижается с высотой в среднем на 0,6⁰ С на каждые 100м. В тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, азота, кислорода и инертных газов. Она практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Но содержащиеся в ней пары воды, озон и углекислый газ достаточно сильно поглощают тепловое (длинноволновое) излучение нашей планеты, в результате чего происходит некоторое нагревание тропосферы. Это приводит к вертикальному перемещению потоков воздуха, конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению осадков. Стратосфера располагается выше тропосферы до высоты 50-55км. Температура ее растет в связи с наличием озона. Мезосфера – верхняя граница этого слоя фиксируется на высотах около 80км. Главная ее особенность – резкое понижение температуры (минус 75⁰ – 90⁰ С) у верхней границы. Здесь наблюдаются серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов. Ионосфера (термосфера) располагается до высоты 800км, и для нее характерно значительное повышение температуры (более1000⁰ С). Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы атмосферы находятся в ионизированном состоянии. С этим состоянием связано возникновение полярного сияния, как свечения газов. Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на Земле. Экзосфера распространяется от высоты 800км до высот 2000-3000км. В этом диапазоне высот температура растет до 2000⁰ С. Скорость движения газов приближается к критическому значению и составляет 11,2 км/с. В составе преобладают атомы водорода и гелия, которые формируют вокруг нашей планеты так называемую корону, которая простирается до высоты 20 тыс. км. Выше гомосферы уровень ионизации газов возрастает за счет фотодиссоциации, увеличивается содержание свободных атомов, возрастает летучесть и часть вещества теряется в окружающем космическом пространстве. Озоновый слой также является продуктом процесса фотодиссоциации из молекулярного кислорода и располагается на высоте 10-100км, хотя его максимальная концентрация регистрируется на высоте около 20км. Роль озонового слоя велика для сохранения жизни на Земле, т.к. им поглощается большая часть ультрафиолетового излучения (в основном его коротковолновая часть) наиболее губительная для живых организмов. На этом основании многие исследователи проводят границу биосферы именно на высоте озонового слоя.