Самый распространенный газ в атмосфере земли


Атмосфера Земли — (от греч. atmos — пар и сфера) — воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса ок. 5,15.1015 т. В сегодняшнем химическом составе атмосферы преобладает азот и кислород. Представительство таких элементов как углекислый газ, аргон и других инертных газов очень мало, в общей сложности около 1%, но минимальное изменение их содержания может оказать серьёзное влияние на жизнь нашей планеты. Состав ее уповерхности Земли:
78,1% азота,
21% кислорода,
0,9% аргона,
внезначительных долях процента уклекислый газ, водород, гелий, неон идругие газы. В нижних 20 км содержится водный пар (у земной поверхности -от 3% в тропиках до 2.10-5% в Антарктиде) , количество которого с высотой быстро убывает. На высоте 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы иионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли свысотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Атмосфера Земли обладает электрическим полем. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли.


Доминирующие газы.
Азот – самый распространенный газ в атмосфере, около 78%. «Азот атмосферы играет огромную роль в геохимических процессах, активно участвуя в дифференциации минерального вещества, с одной стороны, в синтезе органических веществ – с другой. Последнее обеспечивается биохимическими реакциями. Известно, что азот участвует в фотосинтезе, синтезе белков и нуклеиновых кислот. Следовательно, без азота жизнь в том виде, в котором мы её знаем, невозможна» .
Кислород. Кислород является одним из основных газов атмосферы (почти 21%), наиболее важен для жизни на планете. «Атмосфера содержит порядка 1015 тонн свободного кислорода, тогда как в земной коре его наверняка больше 1019 тонн» . Самый распространенный элемент на Земле. Именно благодаря нему возможно дыхание живых организмов. Кислород химически активен, легко вступает в реакции со многими химическими элементами и соединениями. Известны три изотопа кислорода – 16O, 17O, 18O. В обычных условиях их содержание в атмосфере составляет соответственно (%) 99,74, 0,04 и 0,20. Сильнейшим окислителем является трехатомное соединение кислорода – озон (О3).
составляет в атмосфере незначительную примесь» . На высоте примерно 22 – 25 км озон достигает максимальной концентрации – озоновый экран, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца (0,29 микрона) , губительное для всего живого. Азот. «Азот – одна из основных компонент органической материи, и ввиду того, что он химически гораздо менее активен, чем кислород, необходимы особые условия для образования соединений азота и для усвоения его живыми организмами. Эти условия еще пока недостаточно изучены» .
Углерод. Углерод в земной атмосфере в основном представлен углекислым газом (CO2). Углекислый газ необходим растениям, так как используется ими для дыхания. Содержание CO2 в атмосфере так же влияет на тепловой баланс Земли. Деятельность человека (сжигание угля и нефти) ведет к повышению его концентрации.
Водяной пар. Водяной пар играет главную роль в образовании парникового эффекта. Водяной пар пропускает коротковолновую солнечную радиацию, и поглощает длинноволновое излучение Земли. С ним связано образование
облачных систем.

Источник: otvet.mail.ru

Общие сведения

Под термином «атмосфера» понимают газовый слой, который окутывает нашу планету и многие другие небесные тела во Вселенной. Он образует оболочку, которая возвышается над Землей на несколько сотен километров. В составе присутствуют разнообразные газы, основным из которых является кислород.

Атмосфера характеризуется:

  • Неоднородностью с физической точки зрения.
  • Повышенной динамичностью.
  • Зависимостью от биологических факторов (высокая уязвимость в случае неблагоприятных явлений).

Основное влияние оказывают на состав и процессы его изменяющие, живые существа (включая, микроорганизмы). Эти процессы продолжаются с момента возникновения атмосферы – несколько миллиардов лет. Защитная оболочка планеты соприкасается с такими образованиями, как литосфера и гидросфера, верхние же границы определить с высокой точность сложно, ученые могут назвать только примерные значения. Атмосфера переходит в межпланетное пространство в экзосфере – на высоте
500-1000 км от поверхности нашей планеты, некоторые источники называют цифру в 3000 км.

Значение атмосферы для жизни на земле велико, так как она предохраняет планету от столкновения с космическими телами, обеспечивает оптимальные показатели для формирования и развития жизни в различных ее формах.
Состав защитной оболочки:

  • Азот – 78%.
  • Кислород – 20,9%.
  • Смесь газовая – 1,1% (эта часть образована такими веществами, как озон, аргон, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, углекислый газ, водяные пары).

Газовая смесь выполняет важную функцию – поглощение излишнего количества солнечной энергии. Состав атмосферы изменяются в зависимости от высоты – на высоте 65 км от поверхности Земли азота в ней будет содержаться
уже 86%, кислорода – всего 19%.


Состав атмосферы
Состав атмосферы

Составные элементы атмосферы

Разнообразный состав атмосферы Земли позволяет ей выполнять различные функции и оберегать жизнь на планете. Основные его элементы:

  • Углекислый газ (CO₂) – является неотъемлемым компонентом, задействованным в процессе питания растений (фотосинтезе). Выделяется он в атмосферу благодаря дыханию всех живых организмов, гниению и горению органических веществ. Если углекислый газ исчезнет, то вместе с ним перестанут существовать и растения.
  • Кислород (O₂) – обеспечивает оптимальную среду для жизни всех организмов на планете, обязателен для дыхания. С его исчезновением прекратиться жизнь для 99% организмов на планете.
  • Озон (O3) – газ, который выступает естественным поглотителем ультрафиолета, выделяемого солнечным излучением. Его излишки негативно влияют на живые организмы. Газ формирует особый слой в атмосфере —озоновый экран. Под влияние внешних условий и деятельности человека он начинает постепенно разрушаться, поэтому важно проводить мероприятия для восстановления озонового слоя нашей планеты, чтобы сохранить на ней жизнь.

Также в составе атмосферы присутствуют водяные пары – они определяют влажность воздуха. Процентное содержание этого компонента зависит от разных факторов. Влияние оказывают:

  • Показатели температуры воздуха.
  • Расположение местности (территория).
  • Сезонность.

Оказывает влияние на количество водяного пара и температура – если она низкая, то концентрация не превышает 1%, при повышенной – достигает показателей в 3-4%.
Дополнительно в составе земной атмосферы присутствуют твердые и жидкие примеси – сажа, пепел, морская соль, разнообразные микроорганизмы, пыль, капли воды.

Атмосфера: ее слои

Необходимо знать строение атмосферы земли по слоям, чтобы иметь полное представление о том, чем ценна для нас эта газовая оболочка. Они выделяются потому, что состав и плотность газовой смеси на разных высотах неодинаковы. Каждый из слоев отличается по химическому составу и выполняемым функциям. Расположить атмосферные слои земли по порядку следует так:

Тропосфера – располагается ближе остальных к земной поверхности. Высоты этого слоя достигают 16-18 км в тропических зонах и 9 км в среднем над полюсами. В этом слое концентрируется до 90% всего водяного пара.
енно в тропосфере происходит процесс образования облаков. Также здесь наблюдаются движение воздуха, турбулентность и конвекция. Температурные показатели различны и составляют от +45 до -65 градусов — в тропиках и на полюсах, соответственно. С повышением на 100 метров наблюдается понижение температуры на 0,6 градуса. Именно тропосфера по причине скопления водяного пара и воздуха отвечает за циклонические процессы. Соответственно, правильным ответом на вопрос, как называется слой атмосферы земли в котором развиваются циклоны и антициклоны будет название этого атмосферного слоя.

Стратосфера – этот слой располагается на высоте 11-50 км от поверхности планеты. В нижней его зоне температурные показатели стремятся к значениям в -55. В стратосфере имеется зона инверсии – граница между этим слоем и следующим, называемым мезосферой. Температурные показатели достигают значений в +1 градус. Самолеты летают в нижней зоне стратосферы.

Озоновый слой – небольшой по высоте участок на границе между стратосферой и мезосферой, но именно озоновый слой атмосферы предохраняет все живое на земле от действия ультрафиолета. Также он отделяет комфортные и благоприятные условия для существования живых организмов и суровые космические, где невозможно выжить без специальных условий даже бактериям. Образовался он в результате взаимодействия органических компонентов и кислорода, который контактирует с ультрафиолетовым излучением и вступает в фотохимическую реакцию, что позволяет получить газ под названием озон. Так как озон поглощает ультрафиолет, он способствует нагреву атмосферу, поддерживая оптимальные для жизни в ее привычном виде, условия. Соответственно, отвечать на вопрос: слой какого газа защищает землю от космической радиации и чрезмерного солнечного излучения, следует озон.


Рассматривая слои атмосферы по порядку от поверхности земли следует отметить, что следующей идет мезосфера. Она располагается на высоте 50-90 км от поверхности планеты. Температурные показатели – от 0 до -143 градусов (нижняя и верхняя границы). Она защищает Землю от метеоритов, которые сгорают, проходя через
нее – явление свечения воздуха. Давление газов в этой части атмосферы крайне маленькое, что не позволяет изучить мезосферу полностью, так как специальное оборудование, включая спутники или зонды, не могут там работать.

Термосфера – слой атмосферы, который располагается на высоте 100 км над уровнем моря. Это нижняя граница, которая носит название линия Кармана. Ученые условно определили, что здесь начинается космос. Непосредственная толщина термосферы достигает 800 км. Температурные показатели достигают 1800 градусов, но сохранить обшивку космических аппаратов и ракет в целости позволяет незначительная концентрация воздуха. В этом слое земной атмосферы возникает особое
явление — северное сияние – особый вид свечения, который можно наблюдать в некоторых регионах планеты. Появляются они вследствие взаимодействия нескольких факторов — ионизации воздуха и действия на него космического излучения и радиации.


Какой слой атмосферы находится дальше всего от земли – Экзосфера. Здесь находится зона рассеивания воздуха, так как концентрация газов небольшая, в результате чего происходит их постепенный выход за пределы атмосферы. Этот слой располагается на высоте 700 км над поверхностью Земли. Основной элемент, составляющий этого слоя – водород. В атомарном состоянии можно встретить такие вещества, как кислород или азот, которые будут сильно ионизированы солнечным излучением.
Размеры экзосферы Земли достигают 100 тысяч км от планеты.

Состав атмосферы Земли
Состав атмосферы Земли

Интересные сведения и научные факты

Изучая слои атмосферы по порядку от поверхности земли, люди получили много ценной информации, которая помогает в развитии и совершенствовании технологических возможностей. Некоторые факты являются удивительными, но именно их наличие позволило живым организмам успешно развиваться.


Известно, что вес атмосферы составляет более 5 квадриллионов тонн. Слои способны передавать звуки до достижения 100 км от поверхности планеты, выше это свойство исчезает, так как изменяется состав газов.
Атмосферные движения существуют, потому что нагрев Земли различается. Поверхность на полюсах холодная, а ближе к тропикам прогрев увеличивается, на температурные показатели оказывают влияние циклонические вихри, сезоны, время суток. Силу давления атмосферы можно узнать – для этой цели используется барометр. Ученые в результате наблюдений установили, что наличие защитных слоев позволяет не допустить контакта с поверхностью планеты метеоритов общей массой 100 тонн ежедневно.

Интересным фактом является то, что состав воздуха (смесь газов в слоях) оставалась неизменной на протяжении длительного временного промежутка – известно о нескольких сотнях миллионов лет. Значительные изменения происходят в последние столетия – с того момента, как человечество переживает значительный подъем производства.

Давление, оказываемое атмосферой, отражается на самочувствии людей. Нормальными для 90% считаются показатели в 760 мм ртутного столба, такое значение должно возникать при 0 градусов. Нужно учитывать, что это значение справедливо для тех участков земной суши, где уровень моря проходит с ней в одной полосе (без перепадов). Чем больше высота, тем ниже будет давление. Также оно изменяется во время прохождения циклонов, так как изменения происходят не только по вертикали, но и по горизонтали.


Физиологическая зона земной атмосферы составляет 5 км, после прохождения этой отметки у человека начинает проявляться особое состояние — кислородное голодание. При этом процессе у 95% людей наблюдается выраженное снижение работоспособности, также значительно ухудшается самочувствие даже у подготовленного и тренированного человека.

Именно поэтому значение атмосферы для жизни на земле велико – люди и большинство живых организмов не смогут существовать без этой газовой смеси. Благодаря их наличию появилась возможность развития привычной для современного общества жизни на Земле. Необходимо оценивать ущерб, который наносится производственной деятельностью, проводить мероприятия по очистке воздуха, чтобы снизить концентрацию определенных видов газов и привнести те, которых недостаточно для нормального состава. Важно задуматься уже сейчас о дальнейших мерах сохранения и восстановления слоев атмосферы, чтобы сохранить оптимальные условия для будущих поколений.

 

Источник: CosmosPlanet.ru

1. Смесь

Атмосфера Земли имеет толщину 480 км и состоит из смеси около 16 газов:

  • Азот (78,08%)
  • Кислород (20,94%)
  • Аргон (0,934%)
  • Углекислый газ (0,035%)
  • Неон (0,0018%)
  • Гелий (0,00052%)
  • Метан (0,00017%)
  • Криптон (0,000114%)
  • Водород (0,000053%)
  • Закись азота (0,000031%)
  • Ксенон (0,0000087%)

Другими газами являются окись углерода, двуокись серы, двуокись азота и аммиак, которые занимают 0,00003% атмосферы Земли.

2. Пять слоев

Атмосфера делится на 5 слоев:

Тропосфера — это слой, ближайший к поверхности Земли. Он имеет толщину от 7 до 20 км и содержит половину атмосферы Земли.
Стратосфера начинается над тропосферой и заканчивается около 50 км над землей. В этом слое летают самолеты, чтобы избежать турбулентности и преодолеть большее расстояние, используя меньше топлива.
Мезосфера начинается в 50 км и простирается до 85 км в высоту. Это самая прохладная часть атмосферы с усреднением температуры минус 90 градусов по Цельсию.
Термосфера простирается от 90 км до 500-1000 км. Температура может доходить до 1500 градусов по Цельсию. Здесь летал космический челнок.
Экзосфера является высшим слоем и широко содержит частицы водорода и гелия.

3. Большая высота, тонкая атмосфера

По мере увеличения высоты атмосфера становится все тоньше и тоньше. Давление воздуха в экзосфере (самый высокий слой) чрезвычайно низкое из-за его большой высоты и расстояния между молекулами, которые у него есть.

4. Линия Кармана

Согласно Международной авиационной федерации, высота в 100 км над уровнем моря Земли представляет собой границу между атмосферой и космосом. Эта граница называется линией Кармана.

5. Тропосфера плотнее

Самая низкая часть тропосферы — это самый теплый участок слоя, и он плотнее, чем все его наложенные слои, поскольку больший атмосферный вес находится сверху тропосферы и вызывает ее сильное сжатие.

6. Температура Земли растет

Глобальный климат нагревался и охлаждался на протяжении всей истории. В настоящее время мы наблюдаем необычное быстрое потепление. Это происходит из-за парниковых газов, которые увеличиваются из-за человеческой деятельности, и они задерживают тепло в атмосфере.

7. Озоновый слой

Одной из самых важных вещей в атмосфере является озоновый слой. Это 19-32 км над поверхностью Земли. Это острый запах голубого газа, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца.

В 1985 году над Антарктикой была обнаружена дыра в озоновом слое. Ситуация улучшилась после запрета хлорфторуглерода.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

8. Хлор влияет на озон

Один атом хлора может уничтожить более ста тысяч молекул озона. Это ухудшение позволяет огромному количеству ультрафиолетовых лучей B достигать Земли, что может вызвать рак кожи и катаракту у людей, а также нанести вред животным.

9. Северное сияние

Аврора (ы) (также называемая полярным светом) видна в областях высоких широт. Это мерцающие завесы света, видимые ночью. Они образуются из-за заряженных частиц от Солнца, ударяющих верхнюю атмосферу над полюсами.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

10. Почему Земля кажется синей?

Солнечный свет рассеивается во всех направлениях всеми газами, присутствующими в атмосфере Земли. Поскольку синий свет имеет короткие длины волн, он рассеивается больше, чем другие цвета. Это дает Земле синий ореол при наблюдении из космоса на борту МКС на высоте от 402 до 424 км.

11. Температура на каждом слое

Температура в разных слоях земной атмосферы зависит от влажности, солнечной радиации и высоты. Самые холодные температуры могут быть найдены около мезопаузы (85 км — 100 км над поверхностью Земли). В то время как самые теплые температуры лежат в термосфере, которая получает сильное ионизирующее излучение.

12. Метеоры сгорают в атмосфере

Метеоры сгорают в холодной атмосфере Земли – слой мезосферы. Когда метеорит начинает входить в этот слой, он быстро натыкается на частицы мезосферы и царапает их. А поскольку скорость метеорита очень высока, он быстро генерирует большое количество тепла (из-за высокого трения между частицами мезосферы и метеором). Он начинает светиться.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

13. Кислотный дождь

Кислотные дожди образуются в результате химической реакции, которая начинается, когда диоксид серы и оксиды азота соединяются в атмосфере с парами воды. Это приводит к кислотным дождям, способным уничтожить животных и растения, а также целые леса. Фактически, это может убить организмы, живущие в океанах.

14. Ионосферный слой

Ионосфера — это область верхних слоев атмосферы с высотой от 60 до 1000 км, которая охватывает термосферу, а также части мезосферы и экзосферы. Заряжается излучением от Солнца. Ионосфера играет решающую роль в распространении радиосигнала вокруг Земли.
Геомагнитные солнечные бури, вызванные солнечными ветрами и солнечными вспышками, могут нарушить активность в ионосфере, что может вызвать трудности с передачей радиосигнала и сигналов глобальной системы позиционирования.

15. Магнитосфера Земли — самая сильная

Магнитное поле Земли достигает 58 000 км в космос, и эта область называется магнитосферой. Она предотвращает попадание на Землю большинства частиц Солнца, переносимых солнечным ветром. У Солнца и других планет есть магнитосферы, но у Земли самая сильная из всех. Кроме того, южный и магнитный полюсы Земли изменяются с нерегулярными интервалами в сотни тысяч лет.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

16. Природа экзосферы

Частицы, присутствующие в экзосфере, на самом деле не ведут себя как газы. Это связано с тем, что частицы находятся так далеко друг от друга, что могут перемещаться на тысячи километров, не сталкиваясь. Свободно движущиеся частицы непрерывно уходят в космос, следуя баллистическим траекториям.

17. Инверсионные следы

Возможно, вы видели струи, оставляющие белые следы конденсации. Они обычно образуются, когда холодный атмосферный воздух смешивается с горячим, влажным выхлопом. Через доли секунды выходящий из выхлопа пар замерзает и становится видимым. Это очень похоже на ваше теплое дыхание в холодную погоду.

Эти следы становятся тонкими на больших высотах и ​​при низкой влажности. Чем влажнее атмосфера, тем толще следы.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

18. Загрязненный воздух

Приблизительно 20 процентов населения мира дышит сильно загрязненным воздухом, особенно с помощью диоксида серы и оксида углерода, возникающих в результате промышленных операций. Это повышает количество респираторных заболеваний, особенно среди пожилых людей и детей.

19. Общее количество воды в атмосфере

Наша атмосфера несет почти 37,5 миллионов миллиардов галлонов воды в любой конкретный момент. Всей этой воды — присутствующей в форме пара (невидимой невооруженным глазом) — достаточно, чтобы покрыть всю поверхность Земли 2,5 см дождя.

Каждый год это огромное количество воды перерабатывается 40 раз. Каждая молекула водяного пара проводит в атмосфере всего 9 дней.

20. Энергия, необходимая для испарения воды

Для испарения одного грамма воды требуется около 600 калорий. И когда природа превращает эту воду в жидкость, такая же энергия выделяется в атмосферу.

21. Пассаты

Пассивные ветра дуют в самых теплых частях Земли, между 23,5 ° С и 23,5 ° С. Именно поэтому большинство гроз и муссонов происходят в этих нестабильных регионах. Чем слабее становятся пассаты, тем больше осадков можно ожидать в соседних массивах.

22. Атмосфера Земли протекает

Земля постоянно теряет свою атмосферу — каждый день около 90 тонн материала выходит из верхних слоев атмосферы и уходит в космос. Тем не менее, 90 тонн в день — это маленькая утечка. Атмосфера Земли весит 5 квадриллионов тонн, поэтому в ближайшее время нам не грозит угасание атмосферы.

23. Почему закат выглядит красным?

На закате большая часть световых лучей отражается и рассеивается в атмосфере, а Солнце кажется тусклым. Кажется, что цвет самого Солнца меняется сначала на оранжевый, а затем на красный. Это происходит потому, что более короткие волны (зеленый и синий) рассеивают больше, оставляя только более длинные волны (красный и оранжевый). Вот почему закат выглядит красным.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

24. Живые Микробы

В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показано, что в атмосфере на высоте от 8 до 15 км над поверхностью Земли существует множество различных видов микроорганизмов. Многие из микробов, обнаруженных высоко в небе, похожи на те, что обитают в океанах и пресноводных средах. Около 25 процентов микробов были похожи на те, которые были найдены в фекалиях.

25. Тепло от молнии

Один удар молнии может нагреть окружающий воздух до 27 000 градусов по Цельсию. Поскольку молния движется с чрезвычайно высокой скоростью (299 792 458 м / с), нагретый воздух не успевает расширяться. Этот быстрый нагрев вызывает взрывное расширение воздуха поблизости, который формирует ударную волну сжатых частиц во всех направлениях. Подобно взрыву, быстро расширяющиеся волны производят очень громкий взрыв звука.

26. Показатель преломления воздуха

Показатель преломления воздуха немного больше 1. Изменения показателя преломления могут привести к смешиванию световых лучей по длинным оптическим путям. Показатель преломления воздуха зависит от температуры. Эффекты преломления возрастают с увеличением градиента температуры. Мираж — прекрасный пример.

Самый распространенный газ в атмосфере земли

27. Преодоление звукового барьера

В 2012 году австрийский парашютист Феликс Баумгартнер прыгнул с гелиевого шара на высоте 37 км (верхняя стратосфера). Первоначально он свободно падал на атмосферном уровне низкого давления со скоростью, превышающей скорость звука, достигая максимальной скорости 1358 км в час. Сделав это, он стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер без помощи автотранспорта. Когда он упал, воздух сгустился, что помогло ему замедлиться.

Источник: new-science.ru

Состав Земли. Воздух

Воздух — это механическая смесь из различных газов, составляющих атмосферу Земли. Воздух необходим для дыхания живых организмов, находит широкое применение в промышленности.

То, что воздух представляет собой именно смесь, а не однородную субстанцию, было доказано в ходе экспериментов шотландского учёного Джозефа Блэка. В ходе одного из них учёный обнаружил, что при нагревании белой магнезии (углекислый магний) выделяется «связанный воздух», то есть углекислый газ, и образуется жжёная магнезия (окись магния). При обжиге известняка, напротив, происходит удаление «связанного воздуха». На основе этих экспериментов учёный сделал вывод, что различие между углекислыми и едкими щелочами заключается в том, что в состав первых входит углекислый газ, являющийся одной из составных частей воздуха. Сегодня же мы знаем, что кроме углекислого, в состав земного воздуха входят:

Указанное в таблице соотношение газов в земной атмосфере характерно для её нижних слоёв, до высоты 120 км. В этих областях лежит хорошо перемешанная, однородная по составу область, называемая гомосферой. Выше гомосферы лежит гетеросфера, для которой характерно разложение молекул газов на атомы и ионы. Области отделены друг от друга турбопаузой.

Химическая реакция, при которой под воздействием солнечного и космического излучения происходит разложение молекул на атомы, называется фотодиссоциацией. При распаде молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, являющийся основным газом атмосферы на высотах свыше 200 км. На высотах от 1200 км начинают преобладать водород и гелий, являющиеся наиболее лёгкими из газов.

Поскольку основная масса воздуха сосредоточена в 3 нижних атмосферных слоях, изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы.

Азот — самый распространенный газ, на долю которого приходится более трёх четвертей объёма земного воздуха. Современный азот образовался при окислении ранней аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом, который образуется в процессе фотосинтеза. В настоящее время небольшое количество азота в атмосферу поступает в результате денитрификации — процесса восстановления нитратов до нитритов, с последующим образованием газообразных оксидов и молекулярного азота, который производится анаэробными прокариотами. Часть азота в атмосферу поступает при вулканических извержениях.

В верхних слоях атмосферы при воздействии электрических разрядов при участии озона молекулярный азот окисляется до монооксида азота:

N2 + O2 → 2NO

В обычных условиях монооксид тотчас же вступает в реакцию с кислородом с образованием закиси азота:

2NO + O2 → 2N2O

Азот является важнейшим химическим элементом земной атмосферы. Азот входит в состав белков, обеспечивает минеральное питание растений. Он определяет скорость биохимических реакций, играет роль разбавителя кислорода.

Вторым по распространённости газом атмосферы Земли является кислород. Образование этого газа связывают с фотосинтезирующей деятельностью растений и бактерий. И чем более разнообразными и многочисленными становились фотосинтезирующие организмы, тем более значительным становился процесс содержания кислорода в атмосфере. Небольшое количество тяжёлого кислорода выделяется при дегазации мантии.

В верхних слоях тропосферы и стратосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения (обозначим его как hν) образуется озон:

O2 + hν → 2O

2O + O → O3

В результате действия того же ультрафиолетового излучения происходит и распад озона:

О3 + hν → О2 + О

О3 + O → 2О2

В результате первой реакции образуется атомарный кислород, в результате второй — молекулярный кислород. Все 4 реакции носят название «механизм Чепмена», по имени британского учёного Сидни Чепмена открывшего их в 1930 году.

Кислород служит для дыхания живых организмов. С его помощью происходят процессы окисления и горения.

Озон служит для защиты живых организмов от ультрафиолетового излучения, которое вызывает необратимые мутации. Наибольшая концентрация озона наблюдается в нижней стратосфере в пределах т.н. озонового слоя или озонового экрана, лежащего на высотах 22-25 км. Содержание озона невелико: при нормальном давлении весь озон земной атмосферы занимал бы слой толщиной всего 2,91 мм.

Образование третьего по распространенности в атмосфере газа аргона, а также неона, гелия, криптона и ксенона связывают с вулканическими извержениями и распадом радиоактивных элементов.

В частности гелий является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия: 238U → 234Th + α, 230Th → 226Ra + 4He, 226Ra → 222Rn + α (в этих реакция α-частица является ядром гелия, которая в процессе потери энергии захватывает электроны и становится 4He).

Аргон образуется в процессе распада радиоактивного изотопа калия: 40K → 40Ar + γ.

Неон улетучивается из изверженных пород.

Криптон образуется как конечный продукт распада урана (235U и 238U) и тория Th.

Основная масса атмосферного криптона образовалась ещё на ранних стадиях эволюции Земли как результат распада трансурановых элементов с феноменально малым периодом полураспада или поступила из космоса, содержание криптона в котором в десять миллионов раз выше чем на Земле.

Ксенон является результатом деления урана, но основная масса этого газа осталась с ранних стадий образования Земли, от первичной атмосферы.

Содержание всех инертных газов, кроме аргона, в современной атмосфере Земли в тысячи и миллионы раз меньше чем в космическом пространстве, что указывает на их непрерывную утечку в межпланетное пространство.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате вулканических извержений и в процессе разложения органического вещества. Его содержание в атмосфере средних широт Земли сильно различается в зависимости от сезонов года: зимой количество CO2 возрастает, а летом — снижается. Связано данное колебание с деятельностью растений, которые используют углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Водород образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Но, будучи самым лёгким из газов, входящих в состав атмосферы, постоянно улетучивается в космическое пространство, и потому содержание его в атмосфере очень невелико.

Водяной пар является результатом испарения воды с поверхности озёр, рек, морей и суши.

Концентрация основных газов в нижних слоях атмосферы, за исключением водяных паров и углекислого газа, постоянна. В небольших количествах в атмосфере содержатся оксид серы SO2, аммиак NH3, монооксид углерода СО, озон O3, хлороводород HCl, фтороводород HF, монооксид азота NO, углеводороды, пары ртути Hg, йода I2 и многие другие. В нижнем атмосферном слое тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц.

Источниками твёрдых частиц в атмосфере Земли являются вулканические извержения, пыльца растений, микроорганизмы, а в последнее время и деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива в процессе производства. Мельчайшие частицы пыли, которые являющиеся ядрами конденсации, служат причинами образования туманов и облаков. Без твёрдых частиц, постоянно присутствующих в атмосфере, на Землю не выпадали бы осадки.

Источник: gect.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.