Kemijski sastav Zemljine atmosfere. Sastav Zemljine atmosfere u postocima

Struktura i sastav Zemljine atmosfere, mora se reći, nisu uvijek bile konstantne vrijednosti u jednom ili drugom razdoblju razvoja naše planete. Danas je vertikalna struktura ovog elementa, koji ima ukupnu „debljinu“ od 1,5 do 2,0 tisuća km, predstavljena s nekoliko glavnih slojeva, uključujući:

1. Troposfere.
2. Tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. Mesosfera i Mesopause.
6. Termalna sfera.
7. Egzosfera.

Glavni elementi atmosfere

Troposfera je sloj u kojem se promatraju jaki vertikalni i horizontalni pokreti, ovdje nastaju vremenski uvjeti, sedimentni fenomeni, klimatski uvjeti. Proteže se na 7-8 kilometara od površine planeta gotovo svugdje, s izuzetkom polarnih područja (do 15 km). U troposferi se postupno smanjuje temperatura, oko 6,4 ° C sa svakim kilometrom visine. Ovaj se pokazatelj može razlikovati za različite zemljopisne širine i godišnja doba.

Sastav Zemljine atmosfere u ovom dijelu predstavlja sljedeće elemente i njihove postotke:

- dušik - oko 78 posto;

- kisik - gotovo 21 posto;

- argon - oko jedan posto;

- ugljični dioksid - manji od 0,05%.

Pojedinačna kompozicija do visine od 90 kilometara

Osim toga, možete pronaći prašinu, vodene kapljice, vodenu paru, produkte izgaranja, ledene kristale, morske soli, mnoge čestice aerosola itd. Ovaj sastav Zemljine atmosfere je promatran do oko devedeset kilometara u visinu, tako da je zrak približno jednak kemijskom sastavu, ne samo u troposferi, ali iu slojevima iznad. Ali tamo atmosfera ima fundamentalno različite fizičke osobine. Sloj koji ima opći kemijski sastav naziva se homosfera.

Koji su elementi još uvijek dio Zemljine atmosfere? Kao postotak (po volumenu, u suhom zraku), takvi plinovi kao kripton (oko 1,14 x 10 ^-4 ), ksenon (8,7 x 10-7), vodik (5,0 x 10 ^-5 ), metan (oko 1,7 x 10 ^{- 4} ), dušikov oksid (5,0 x 10 ^-5 ) i dr. U postocima mase tih komponenti najviše su dušikov oksid i vodik, zatim helij, kripton, itd.

Fizička svojstva različitih slojeva atmosfere

Fizička svojstva troposfere usko su povezana s njegovim prianjanjem na površinu planeta. Odavde se reflektirana sunčeva toplina u obliku infracrvenih zraka šalje natrag prema gore, uključujući procese provođenja topline i konvekcije. Zbog toga se temperatura smanjuje s udaljenosti od zemljine površine. Takav fenomen se promatra do visine stratosfere (11-17 kilometara), zatim temperatura postaje gotovo nepromijenjena do razine od 34-35 km, a zatim se temperatura ponovno diže na visine od 50 kilometara (gornja granica stratosfere). Između stratosfere i troposfere nalazi se tanak srednji sloj tropopauze (do 1-2 km), gdje su konstantne temperature promatrane iznad ekvatora - oko minus 70 ° C i niže. Iznad polova, tropopauza se ljeti zagrijava na minus 45 ° C, a zimi temperature ovdje variraju oko oznake -65 ° S.

Sastav plina u Zemljinoj atmosferi uključuje tako važan element kao što je ozon. Relativno je mali na površini (deset do minus šest posto), budući da se plin stvara pod utjecajem sunčeve svjetlosti iz atomskog kisika u gornjim dijelovima atmosfere. Konkretno, većina ozona je na nadmorskoj visini od oko 25 km, a cijeli "ozonski zaslon" nalazi se u područjima od 7-8 km u polju polova, od 18 km na ekvatoru i do pedeset kilometara općenito iznad površine planeta.

Atmosfera štiti od sunčevog zračenja

Sastav zraka Zemljina atmosfera igra vrlo važnu ulogu u spašavanju života, jer pojedini kemijski elementi i kompozicije uspješno ograničavaju pristup sunčevog zračenja na Zemljinu površinu i ljude, životinje i biljke koje žive na njemu. Na primjer, molekule vodene pare učinkovito apsorbiraju gotovo sve raspone. infracrveno zračenje osim duljina u rasponu od 8 do 13 mikrona. Ozon upija ultraljubičasto svjetlo do valna duljina na 3100 A. Bez njenog tankog sloja (prosječno samo 3 mm ako se postavi na površinu planeta), može se naseliti samo voda na dubini većoj od 10 metara i podzemne pećine u kojima sunčevo zračenje ne doseže.

Nula Celzijusa u stratopauzi

Između sljedeće dvije razine atmosfere, stratosfere i mezosfere, nalazi se izvanredan sloj - stratopauza. To približno odgovara visini ozonskih maksimuma i ovdje se vidi relativno ugodna temperatura za ljude - oko 0 ° C. Iznad stratopauze, u mezosferi (počinje negdje na visini od 50 km i završava se na nadmorskoj visini od 80-90 km), ponovno dolazi do pada temperature s povećanjem udaljenosti od Zemljine površine (na minus 70-80 ° C). U mezosferi meteori obično izgaraju.

U termosferi - plus 2000 K!

Kemijski sastav Zemljine atmosfere u termosferi (počinje nakon meopauze od visina od oko 85–90 do 800 km) određuje mogućnost takvog fenomena kao što je postupno zagrijavanje vrlo razrijeđenih "zračnih" slojeva pod utjecajem sunčevog zračenja. U ovom dijelu "zračnog pokrova" planeta postoje temperature od 200 do 2000 K, koje se dobivaju u vezi s ionizacijom kisika (atomski kisik je iznad 300 km), kao i rekombinacija atoma kisika u molekule, praćene oslobađanjem velikih količina topline. Termosfera je mjesto gdje se pojavljuju aurore.

Iznad termosfere nalazi se egzosfera - vanjski sloj atmosfere, iz kojeg svjetlosni i brzo pokretljivi atomi vodika mogu pobjeći u svemir. Kemijski sastav Zemljine atmosfere ovdje je više predstavljen pojedinačnim atomima kisika u donjim slojevima, helijskim atomima u sredini i gotovo isključivo vodikovim atomima u gornjim. Ovdje prevladavaju visoke temperature - oko 3000 K i nema atmosferskog tlaka.

Kako je nastala zemljina atmosfera?

Ali, kao što je već spomenuto, planet nije uvijek imao takav sastav atmosfere. Ukupno postoje tri koncepta porijekla ovog elementa. Prva hipoteza sugerira da je atmosfera uzeta u procesu akrekcije iz protoplanetarnog oblaka. Međutim, danas je ova teorija podložna značajnim kritikama, budući da je takva primarna atmosfera trebalo je uništiti solarni "vjetar" iz zvijezde u našem planetarnom sustavu. Osim toga, pretpostavlja se da se hlapljivi elementi ne mogu držati u zoni formiranja planeta po tipu Zemljine skupine zbog previsokih temperatura.

Kompozicija primarne atmosfere Zemlje, kako to sugerira druga hipoteza, mogla je nastati zbog aktivnog bombardiranja površine asteroidima i kometima, koji su došli iz blizine Sunčevog sustava u ranim fazama razvoja. Potvrditi ili negirati ovaj koncept je vrlo teško.

Eksperiment na IDG RAS

Čini se da je treća hipoteza najvjerojatnija, jer smatra da je atmosfera nastala kao posljedica emisije plinova iz kore od oko 4 milijarde godina. Ovaj je koncept ispitan u IDG RAS tijekom eksperimenta nazvanog Tsarev 2, kada je uzorak tvari meteorskog podrijetla zagrijan u vakuumu. Zatim je zabilježeno otpuštanje takvih plinova kao što su H ₂ , CH ₄ , CO, H ₂ O, N ₂ itd. Stoga su znanstvenici s pravom pretpostavili da kemijski sastav primarne atmosfere Zemlje uključuje vodu i ugljični dioksid, hidrogen fluorid (HF), ugljik plin (CO), vodikov sulfid (H ₂ S), dušikovi spojevi, vodik, metan (CH ₄ ), para amonijaka (NH ₃ ), argon, itd. Vodena para iz primarne atmosfere bila je uključena u formiranje hidrosfere, a ugljični dioksid je bio više vezan organska tvar i stijene, dušik je prenesen u sastav suvremenog zraka, a također opet u sedimentne stijene i organske tvari.

Sastav primarne atmosfere Zemlje ne bi dopustio modernim ljudima da budu u njemu bez aparata za disanje, jer u to vrijeme nije bilo kisika u potrebnim količinama. Taj se element u značajnim količinama pojavio prije pola milijarde godina, a vjeruje se da je posljedica razvoja procesa fotosinteze u plavo-zelenim i drugim algama, koje su najstariji stanovnici našeg planeta.

Minimalni kisik

Činjenica da je sastav Zemljine atmosfere u početku bio gotovo bez kisika ukazuje da se u najstarijim (katarskim) stijenama lako oksidira, ali ne oksidira, grafit (ugljik). Nakon toga pojavile su se tzv. Željezne rudne trake, koje su uključivale slojeve obogaćenih željeznih oksida, što znači pojavu snažnog izvora kisika u molekularnom obliku na planeti. No ti su se elementi pojavljivali samo povremeno (možda su se isti algi ili drugi proizvođači kisika pojavljivali na malim otocima u pustinji bez kisika), dok je ostatak svijeta bio anaeroban. U prilog potonjem je činjenica da je lako oksidirani pirit nađen u obliku šljunka, obrađenog bez ikakvih tragova kemijskih reakcija. Budući da se tekuće vode ne mogu slabo prozračivati, razvijen je pogled da je atmosfera prije početka kambrija sadržavala manje od jedan posto kisika iz sadašnjeg sastava.

Revolucionarna promjena sastava zraka

Približno u sredini proterozoika (prije 1,8 milijardi godina) dogodila se "kisikova revolucija", kada je svijet prešao u aerobnu respiraciju, tijekom koje se 38, a ne dvije, mogu dobiti iz jedne hranjive molekule (glukoze) (kao u anaerobnom disanju). energetske jedinice. Sastav Zemljine atmosfere, u smislu kisika, počeo je prelaziti jedan posto modernog, ozonski omotač počeo se pojavljivati ​​koji štiti organizme od zračenja. Od nje se "sakrila" pod debelim školjkama, na primjer, takve drevne životinje kao trilobiti. Od tada pa do danas, sadržaj glavnog "respiratornog" elementa postupno i polako raste, osiguravajući raznolikost razvoja oblika života na planeti.