Η ατμόσφαιρα έχει πολύ μεγάλη σημασία για τη ζωή ,παρέχοντας  το οξυγόνο για την αναπνοή ανθρώπων, ζώων και φυτών και λειτουργώντας σαν φίλτρο προστασίας της γης από ένα ποσοστό της υπεριώδους και υπερύθρου ακτινοβολίας του ήλιου. Επίσης , λόγω του “ήπιου” φαινομένου του θερμοκηπίου  που δημιουργεί , προστατεύει την γη από τις απότομες αλλαγές θερμοκρασιών που θα επικρατούσαν , αν δεν υπήρχε . Απορροφά , δηλαδή ένα μέρος της ανακλώμενης από την γη θερμικής ακτινοβολίας μην επιτρέποντας την απότομη και μεγάλης κλίμακας ψύξη της κατά την νύχτα ή κατά την διάρκεια του χειμώνα, παίζοντας έτσι ένα σταθεροποιητικό ρόλο μεγάλης σημασίας για το γήινο κλίμα . Έχει υπολογιστεί πως χωρίς τα αέρια της ατμόσφαιρας που παγιδεύουν την υπέρυθρη ακτινοβολία , η μέση θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας θα ήταν -18^oC .

Η φυσική σύσταση του αέρα κοντά στο έδαφος ή την επιφάνεια της θάλασσας φαίνεται στον πίνακα 1.1. Εκτός των ενώσεων και στοιχείων που περιέχονται στον πίνακα , η ατμόσφαιρα περιέχει και άλλα στοιχεία και ενώσεις σε μικρότερες ποσότητες όπως μεθάνιο , υδρόθειο , μονοξείδιο του άνθρακα , οξείδια του αζώτου και του θείου , υδρογονάνθρακες και διάφορα σωματίδια . Το ποσοστό του νερού ποικίλει από 0% μέχρι και 4% κατ’ όγκο στην τροπόσφαιρα (το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας) . Το ποσοστό αυτό εξαρτάται από την θερμοκρασία του αέρα . Ο ζεστός αέρας μπορεί να συγκρατήσει περισσότερους υδρατμούς από τον κρύο.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1. Τα κυριότερα χημικά στοιχεία και ενώσεις που αποτελούν τον αέρα και η περιεκτικότητά τους σε αυτόν.

Είδη ατμοσφαιρικής ρύπανσης

Η χημική ρύπανση είναι η προκαλούμενη από τοξικές χημικές ουσίες, η θερμική ρύπανση προέρχεται από την παροχέτευση θερμών υδάτων σε ποταμούς λίμνες ή θάλασσες, αλλά και από την αύξηση της θερμοκρασίας των πόλεων λόγω των αυξημένων παντοειδών καύσεων, η ραδιενεργός ρύπανση είναι το αποτέλεσμα ραδιενεργών ουσιών που σχετίζονται με τη λειτουργία πυρηνικών αντιδραστήρων, αλλά και πυρηνικών εκρήξεων. Η ηχορύπανση είναι αυτή που προέρχεται από θόρυβο, ενώ μικρόβια και μικροοργανισμοί θεωρείται πως προκαλούν μόλυνση (και όχι ρύπανση). Η ατμοσφαιρική ρύπανση σε γενικές γραμμές επηρεάζει δυσμενώς τη βλάστηση, τα ζώα, τα εδάφη, την ποιότητα του νερού, τα κτίρια και την ανθρώπινη υγεία.

Αέριοι ρύποι

Οι αέριοι ρύποι μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: τους πρωτογενείς και τους δευτερογενείς Πρωτογενείς είναι αυτοί που εκπέμπονται απευθείας στον αέρα από τις πηγές ρύπανσης, όπως τα αιωρούμενα σωματίδια, τα οξείδια του θείου, το μονοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του αζώτου και οι υδρογονάνθρακες Δευτερογενείς ρύποι λέγονται αυτοί που παράγονται μέσω χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα μεταξύ κάποιων από τους πρωτογενείς ρυπαντές και φυσικών συστατικών της ατμόσφαιρας με την καταλυτική επίδραση του ηλιακού φωτός, της θερμοκρασίας κλπ. Έτσι παράγεται το διοξείδιο του αζώτου και το όζον, κατά τη διάρκεια ημερών με υψηλή συγκέντρωση πρωτογενών ρύπων και επίσης υψηλή ηλιοφάνεια. Το προηγούμενο φαινόμενο ονομάζεται φωτοχημική ρύπανση, ταλανίζει μεγαλουπόλεις όπως το Λος Άντζελες, τη Βαρκελώνη, τη Ρώμη, την Αθήνα και την Κωνσταντινούπολη και χαρακτηρίζει το “νέφος” τύπου Λος Άντζελες το οποίο ορίζεται παρακάτω.

Οι κυριότεροι αέριοι ρύποι απαντούν είτε σε αέρια μορφή όπως τα οξείδια αζώτου και θείου, το μονοξείδιο του άνθρακα, το όζον, οι υδρογονάνθρακες είτε σε σωματιδιακή μορφή όπως η σκόνη, ο αμίαντος, ο μόλυβδος.

Κάθε χρόνο πάνω από ένα δισεκατομμύριο τόνοι όλων των προηγούμενων ρύπων παράγονται παγκοσμίως από τον άνθρωπο. Η μισή περίπου από την ποσότητα αυτή είναι μονοξείδιο του άνθρακα. Εννοείται πως, αν οι ρύποι αυτοί ήταν διασκορπισμένοι ομοιόμορφα στην επιφάνεια του πλανήτη δε θα δημιουργούσαν πρόβλημα. Το πρόβλημα δημιουργείται από το γεγονός της υψηλής τοπικής συγκέντρωσής τους κυρίως σε πόλεις όπου οι καιρικές και κλιματικές συνθήκες συνδυαζόμενες με έντονη αστικοποίηση και βιομηχανοποίηση λειτουργούν ευνοϊκά για τον εγκλωβισμό των ρύπων και τη δημιουργία του “νέφους”. Υπάρχουν δύο τύποι νέφους: (1) ο τύπος του Λονδίνου ή αιθαλομίχλη (smog) που χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη μεγάλων συγκεντρώσεων πρωτογενών ρύπων και κυρίως διοξειδίου του θείου (SO₂)         και καπνού και (2) ο τύπος του Λος Άντζελες ή φωτοχημική αιθαλομίχλη που χαρακτηρίζεται από έντονη ηλιοφάνεια και παραγωγή δευτερογενώς φωτοχημικών οξειδωτικών. Σαν νέφος ορίζεται το ορατό αποτέλεσμα ρύπων είτε φωτοχημικής ρύπανσης είτε αιθαλομίχλης, που συσσωρεύονται σε χαμηλό ύψος πάνω από την επιφάνεια της γης, εξαιτίας κυρίως των θερμοκρασιακών αναστροφών.

Θερμοκρασιακή αναστροφή

Έτσι ονομάζονται οι μετεωρολογικές συνθήκες που συσχετίζονται με την αυξημένη ατμοσφαιρική ρύπανση, ο μηχανισμός δημιουργίας των οποίων έχει ως εξής: Συνήθως η θερμοκρασία των αερίων μαζών που βρίσκονται πάνω από την επιφάνεια της γης μειώνεται αναλόγως του ύψους στο οποίο βρίσκονται αυτές. Τα αέρια στρώματα που είναι κοντά στην επιφάνεια της γης έχουν θερμοκρασία 25^oC περίπου, ενώ η θερμοκρασία των υπεράνω τους ευρισκομένων στρωμάτων περιγράφεται από την ευθεία Α του σχήματος 1.

Σχήμα 1. Ο μηχανισμός της θερμοκρασιακής αναστροφής και του σχηματισμού του νέφους (πηγή: Botkin and Keller 1987). Οι πόλεις που βρίσκονται χτισμένες σε λεκανοπέδια είναι περισσότερο επιρρεπείς στη δημιουργία νέφους. Ο συνδυασμός λεκανοπεδίου και μετεωρολογικών συνθηκών που ευνοούν τις θερμοκρασιακές αναστροφές κάνει τα πράγματα χειρότερα. Ο υπερκείμενος σχετικά ζεστός αέρας λειτουργεί ως «καπάκι» που εμποδίζει τον υποκείμενο σχετικά κρύο αέρα, αλλά και τους περιεχόμενους ρύπους να διαχυθούν στην ευρύτερη ατμόσφαιρα.

Όταν τα χαμηλότερα στρώματα αέρα γίνουν θερμότερα, γίνονται ταυτόχρονα ελαφρότερα και ανεβαίνουν παραχωρώντας τη θέση τους σε άλλα ψυχρότερα τα οποία με τη σειρά τους θερμαίνονται και αυτά, ανέρχονται κ.ο.κ. Αυτός είναι ο μηχανισμός με τον οποίο ρυθμίζονται οι θερμοκρασίες των αερίων στρωμάτων σε διάφορα ύψη της τροπόσφαιρας. Είναι ευνόητο πως, επειδή οι εκπεμπόμενοι αέριοι ρύποι έχουν υψηλές θερμοκρασίες, ο μηχανισμός μετατόπισης των αερίων μαζών, συντελεί στην ταχεία άνοδο τους στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας εξασφαλίζοντας την απομάκρυνση τους. Είναι, επίσης, το ίδιο ευνόητο, πως αν για οποιοδήποτε λόγο η θερμοκρασία των αερίων μαζών αρχίσει να αυξάνει με το ύψος ( αντί να μειώνεται ) όπως δείχνει, π.χ. η τεθλασμένη ευθεία Β στο Σχήμα 1, ο μηχανισμός απομάκρυνσης των αερίων ρύπων καταρρέει και πυροδοτεί την έναρξη σχηματισμού του νέφους. Αυτή η αναστροφή της κατακόρυφης μεταβολής της θερμοκρασίας του αέρα λέγεται θερμοκρασιακή αναστροφή. Κάτω από το στρώμα του σχετικά ζεστού αέρα, παγιδεύονται οι αέριοι ρύποι που εκπέμπονται από την βιομηχανική δραστηριότητα και την κυκλοφορία της πόλης. Αν αυτή η πόλη βρίσκεται μεταξύ ορεινών όγκων (λεκανοπέδιο) τότε καθίσταται πιο επιρρεπής προς καταστάσεις σχηματισμού νέφους. Όσο μικρότερο είναι το ύψος της αναστροφής και όσο διαρκέστερη είναι αυτή τόσο πιο δυσμενείς καταστάσεις ρύπανσης δημιουργούνται.