Представление о природе Земли не было бы полным, если бы мы ничего не знали о ее газовой оболочке. Если бы не существовало той смеси газов, которая называется атмосферным воздухом, ни животные, ни растения не могли бы существовать. Состояние атмосферы во многом определяет погоду и климат, постоянно и разнообразно влияющие на жизнь человека.
Воздушный океан, в котором мы живем, простирается до высоты более 2000 км. Эта всюду проникающая масса воздуха — настоящий океан. В некоторых местах она стремительно несется, в других чрезвычайно медленно движется.
Люди и животные, живущие в нижнем слое атмосферы, подобно организмам, обитающим на дне океана, испытывают действие значительного давления. На уровне Земли среднее давление воздуха составляет около 1 кг/см, а полное давление на тело человека — около 10 тонн. В атмосфере, как и в море, давление в нижней части больше, чем у верхнего края. Действие же гравитационных сил ведет к тому, что основные массы атмосферы концентрируются ближе к поверхности Земли.
Почти половина атмосферы лежит в нижнем пятикилометровом слое и более 99% — в слое толщиной 40 км. На высоте 100 км атмосфера так разрежена, что представляет почти вакуум.
Хотя процессы в атмосфере необычайно сложны, ее химический состав сравнительно прост. Это смесь газов, среди которых азот и кислород составляют 99%, а другие газы — 1%, в том числе такие важные, как озон и водяной пар. До высоты 100 км состав воздуха остается примерно постоянным. Распределение же озона и водяного пара зависит от времени года, географической широты, высоты и многих других условий.
Озон чаще всего обнаруживается на большой высоте, где он образуется в результате так называемых фотохимических реакций, происходящих под действием света. Под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца происходит разложение молекул кислорода на атомарный кислород (O), который, соединяясь с молекулярным кислородом (O2), образует озон. На высоте 80 км и выше озон легче разрушается, чем образуется, и его там почти нет. На высотах 30-80 км озон быстро образуется и разрушается, его концентрация достигает максимума на высоте около 35 км. В «чистом виде» озон образовал бы слой толщиной всего около 3 см.
Какую же функцию выполняет озон? Оказывается, необычайно велика защитная роль озона. Приток солнечной энергии к верхней границе атмосферы поистине колоссален. Однако менее половины ее достигает поверхности Земли. В верхних слоях атмосферы поглощается опасная для жизни ультрафиолетовая радиация, которая и превращает кислород в озон. Создается так называемый «озоновый экран» защищающий нас от ультрафиолетовых лучей Солнца. Без озонового экрана жизнь на Земле просто не развивалась бы.
Солнце является источником почти всей энергии на Земле. Но даже, несмотря на это, только около одной двухмиллиардной доли энергии, излучаемой Солнцем, приходит к верхней границе атмосферы, остальная же часть теряется в космическом пространстве. Основная масса солнечной энергии проходит через атмосферу, практически не изменяясь, пока не достигнет плотной нижней тропосферы, содержащей водяной пар, облака и пылевые частицы. Здесь солнечные лучи поглощаются, рассеиваются и отражаются обратно в космическое пространство.
Почти полностью пропуская солнечную коротковолновую радиацию и задерживая земную длинноволновую, атмосфера служит как бы «утепляющим» одеялом для нашей планеты. Без атмосферы температурные скачки были бы таковы, что днем наша Земля напоминала бы раскаленную пустыню, а ночью — заснеженные просторы Антарктиды. О существовании сколько-нибудь сложных живых организмов в подобных условиях не могло бы быть и речи.
Атмосфера сглаживает и распределяет эти температурные контрасты так, что большинство людей живут в местах, где десятиградусный мороз — событие, о котором говорят вплоть до следующей зимы.
