Воздух — один из важнейших элементов окружающей среды. Его наличие — необходимое условие поддержания жизни на Земле.
Атмосфера Земли является важным климатообразующим фактором, влияет на терморегуляцию человека, участвует в жизнеобеспечении населения, служит источником сырья промышленного производства при добыче из воздуха азота, кислорода, аргона, гелия.
Качество воздуха — это совокупность свойств, определяющих существование человека в воздушной среде. К постоянству его состава предъявляют высокие требования.
Ближайший к поверхности Земли слой атмосферы — тропосфера. Это место постоянного обитания человека. Верхняя граница тропосферы на экваторе простирается в среднем до высот 15–18 км, на полюсах — до 8–10 км, в средних широтах — до 10–12 км. В этом слое в основном происходят явления, которые мы именуем погодой. Здесь возникают все основные виды облаков, выпадают осадки, формируются воздушные массы и фронты, образуются циклоны и антициклоны.
Циклон — область пониженного атмосферного давления в атмосфере с минимумом в центре, составляющая в диаметре
2,5–3,0 тыс. км. Циклоны характеризуются системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой — в Южном. В центральной зоне воздушные потоки направлены вверх. Восходящие воздушные массы формируют плотную облачность. Признаки циклонного процесса — неустойчивая, пасмурная погода со значительными перепадами температуры, дожди, сопровождающиеся грозами, порывистым ветром. В летний сезон циклон вызывает охлаждение воздуха, в зимний — оттепель.
Антициклон — воздушный поток, характеризующийся повышенным (высоким) барометрическим давлением, определенной направленностью ветра (по часовой стрелке в Северном полушарии, против — в Южном), диаметром 5–6 тыс. км. Формируется в субтропиках и приполярных поясах в нижних атмосферных слоях (низкие антициклоны) при образовании холодного фронта (вторжении холодной воздушной массы в теплую). Антициклоны характеризуются: летом — ясной, безветренной, безоблачной или малооблачной погодой, в результате чего возможны лесные пожары, очень редко возможны кратковременные ливни с градом и громом. Зимой они приносят сильные морозы с устойчивым туманом.
Тропосфера характеризуется наибольшей плотностью воздуха, наличием вертикальных и горизонтальных конвекционных потоков, вертикального температурного градиента (температура воздуха снижается на 0,65 °С на каждые 100 м высоты), значительными изменениями влажности, относительным постоянством химического состава, неустойчивостью физических свойств воздуха. Конвекция — постоянное турбулентное (беспорядочное, хаотичное) перемешивание воздушных масс в теплое время года в тропосфере и перенос тепла потоками воздуха.
Иногда в тропосфере из-за отражения снежным покровом Земли солнечных лучей и охлаждения приземных слоев воздуха могут возникать аномальные явления — так называемые инверсии (от лат. inversio — перестановка). При инверсии наблюдается возрастание температуры воздуха в атмосфере с высотой вместо обычного для тропосферы ее убывания (главным образом при антициклонах).
Стратосфера — второй слой атмосферы от поверхности Земли, от тропосферы простирается до высот 50–60 км. Стратосфера характеризуется:
- прогрессирующей разряженностью;
- низкой влажностью воздуха;
- высокой интенсивностью ультрафиолетового излучения;
- постепенным повышением температуры воздуха от –56,5 °С на высоте 25 км до 0,1 °С на высоте 55 км;
- наличием большого количества озона.
Высокое содержание озона обусловливает ряд оптических явлений (миражи), оказывает существенное влияние на интенсивность и спектральный состав электромагнитных излучений. Озон поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение.
Мезосфера — третий слой атмосферы, который находится на высотах от 60 до 90 км. Отличительной особенностью мезосферы является вторичное понижение температуры от 0,1 до –90 °С. В стратосфере и мезосфере на высоких и средних широтах наблюдается муссонная циркуляция воздуха, т.е. смена воздушных течений определенного направления: зимой преобладают западные ветры, летом — восточные. Именно в мезосфере на высоте 80 км иногда можно наблюдать блестящие серебристые облака, ярко освещенные солнцем, находящимся за горизонтом.
Термосфера (ионосфера) — четвертый слой атмосферы, который простирается от 900 до 1000 км и характеризуется прогрессивным повторным повышением температуры до 250 °С. Важнейшая физическая особенность этого слоя — повышенная ионизация, т.е. наличие огромного количества электрически заряженных частиц, вызванных солнечным излучением. В термосфере, преимущественно на высоких широтах Земли, наблюдаются полярные сияния.
Экзосфера — внешний, пятый, самый высокий слой атмосферы, расположенный на высотах от 1000 до 3000 км. Он характеризуется наличием большого количества протонов высоких энергий (от 20 до 800 МэВ), свободных электронов, образующих 1-й, 2-й и 3-й радиационные пояса Земли.
По электрическим параметрам атмосфера делится на две большие зоны: нейросферу и ионосферу.
К физическим свойствам воздуха относятся:
- температура, влажность, скорость движения (подвижность) воздуха;
- атмосферное давление;
- солнечная радиация;
- электрическое состояние (грозовые разряды, ионизация воздуха, электрическое поле атмосферы);
- радиоактивность.
Температура воздуха. Одно из условий нормального хода жизненных процессов — температурное постоянство, при нарушении которого возможны значительные, иногда необратимые изменения в человеческом организме.