Атмосфера не имеет резкой верхней поверхности: с высотой газ становится всё более разреженным и постепенно переходит в околоземную среду. Большая часть массы сосредоточена близко к поверхности, поскольку вышележащий воздух создаёт давление на нижние слои. Высотная структура поэтому важна не меньше химического состава.[1]
Основные компоненты сухого воздуха у поверхности — азот и кислород, но малые примеси могут выполнять непропорционально большую роль. Водяной пар участвует в облакообразовании и переносе скрытой теплоты, а радиационно активные газы изменяют уход тепла в космос. Количество компонента и его экологическое значение не связаны простым правилом «чем меньше доля, тем меньше влияние».
Как устроены слои и обмен энергией
В тропосфере происходит большая часть погодных процессов: облакообразование, осадки и интенсивный обмен с поверхностью. Выше располагается стратосфера, затем мезосфера, термосфера и экзосфера. Границы меняются с условиями, а деление по температурному профилю отличается от деления по составу или степени ионизации. Ионосфера, например, не просто дополнительный одинаково устроенный «этаж».[1]
Поверхность поглощает часть солнечного излучения и отдаёт энергию в виде теплового излучения и потоков тепла. Парниковые газы поглощают и испускают инфракрасное излучение, меняя радиационный баланс. NASA[2][1] описывает естественный парниковый эффект как важное условие температурного режима Земли; его усиление при изменении состава следует отличать от самого существования этого механизма.[2]
Стратосферный озон поглощает значительную часть опасного ультрафиолетового излучения. Это другой физический процесс, чем удержание уходящего теплового излучения парниковыми газами. Поэтому истощение озонового слоя и глобальное потепление не являются двумя названиями одного явления, хотя отдельные вещества и химические процессы связывают эти проблемы.[3]
Атмосфера как часть экологической системы
Воздух переносит водяной пар, тепло, пыль и продукты деятельности человека. Вещество, поступившее в одном месте, может воздействовать далеко от источника, вступить в реакции и выпасть на поверхность. Атмосферу поэтому нельзя рассматривать как бесконечный приёмник, в котором выброс автоматически исчезает после разбавления.
Живые организмы одновременно зависят от атмосферы и изменяют её: фотосинтез, дыхание, испарение растениями и микробные превращения участвуют в обмене газами. Океан и суша поглощают и выделяют углерод, а изменение их состояния меняет атмосферный баланс. Это динамическое взаимодействие, а не изолированная оболочка с неизменным набором веществ.
Для оценки состояния различают климатические характеристики, химический состав и качество воздуха на уровне воздействия. Один температурный рекорд не описывает весь климат, а концентрация газа в столбе атмосферы не обязательно равна приземной. Понимание атмосферы соединяет эти масштабы и позволяет обсуждать погоду, климат, озоновую защиту и загрязнение с учётом разных механизмов.