Kemična sestava Zemljine atmosfere. Sestava Zemljine atmosfere v odstotkih

Treba je povedati, da struktura in sestava Zemljine atmosfere nista bili vedno stalne vrednosti v enem ali drugem obdobju razvoja našega planeta. Danes je navpična struktura tega elementa, ki ima skupno "debelino" 1,5-2,0 tisoč km, predstavljena z več glavnimi plasti, med katerimi so:

1. Troposfera.
2. Tropopause.
3. Stratosfera.
4. Stratopavza.
5. Mezosfera in Mesopause.
6. Termalna sfera.
7. Exosphere.

Glavni elementi atmosfere

Troposfera je plast, v kateri se opazijo močna vertikalna in horizontalna gibanja, tukaj nastajajo vreme, sedimentni pojavi, podnebne razmere. Razteza se na 7-8 kilometrov od planeta skoraj povsod, razen polarnih regij (do 15 km). V troposferi se postopno zmanjšuje temperatura, približno 6,4 ° C z vsakim kilometrom višine. Ta kazalnik se lahko razlikuje za različne zemljepisne širine in letne čase.

Sestava Zemljine atmosfere v tem delu predstavljajo naslednji elementi in njihovi odstotki:

- dušik - približno 78 odstotkov;

- kisik - skoraj 21 odstotkov;

- argon - približno en odstotek;

- ogljikov dioksid - manj kot 0,05%.

Posamezna kompozicija do višine 90 kilometrov

Poleg tega lahko najdete prah, vodne kapljice, vodne pare, produkte zgorevanja, ledene kristale, morske soli, številne aerosolne delce itd. Ta sestava Zemljine atmosfere je visoka do približno devetdeset kilometrov, zato je zrak po kemijski sestavi približno enak, ne samo v troposferi, pa tudi v zgornjih slojih. Toda tam ima atmosfera bistveno drugačne fizikalne lastnosti. Plast, ki ima splošno kemično sestavo, se imenuje homosfera.

Kateri elementi so še vedno del Zemljine atmosfere? Kot odstotek (volumski, v suhem zraku) taki plini, kot kripton (približno 1,14 x 10 ^-4 ), ksenon (8,7 x 10 ^-7 ), vodik (5,0 x 10 ^-5 ), metan (približno 1,7 x 10 ^{- 4} ), dušikov oksid (5,0 x 10 ^-5 ) in drugi.V odstotkih mase teh sestavin so večinoma dušikov oksid in vodik, sledijo helij, kripton itd.

Fizikalne lastnosti različnih atmosferskih plasti

Fizične lastnosti troposfere so tesno povezane z njeno vezavo na površino planeta. Od tu se reflektirana sončna toplota v obliki infrardečih žarkov pošlje nazaj navzgor, vključno s procesi prevajanja toplote in konvekcije. Zato se temperatura z razdaljo od zemeljske površine zmanjšuje. Takšen pojav opazimo do višine stratosfere (11-17 kilometrov), nato pa se temperatura skoraj ne spremeni do ravni 34-35 km, nato pa se temperatura ponovno dvigne na višino 50 kilometrov (zgornja meja stratosfere). Med stratosfero in troposfero je tanek vmesni sloj tropopavze (do 1-2 km), kjer so nad ekvatorjem opazne konstantne temperature - približno minus 70 ° C in nižje. Nad poli tropopause poleti segrejemo na minus 45 ° C, pozimi pa temperature nihajo okoli oznake -65 ° S.

Sestava plina zemeljskega ozračja vključuje tako pomemben element kot ozon. Na površini je relativno majhna (deset do minus šestina odstotkov), ker se plin tvori pod vplivom sončne svetlobe iz atomskega kisika v zgornjih delih ozračja. Predvsem večina ozona je na nadmorski višini približno 25 km, celoten "ozonski zaslon" pa se nahaja na območjih od 7 do 8 km v polju polov, od 18 km na ekvatorju in do petdeset kilometrov na splošno nad površino planeta.

Atmosfera varuje pred sončnim sevanjem

Zračna sestava Zemljina atmosfera igra zelo pomembno vlogo pri reševanju življenja, saj posamezni kemijski elementi in sestave uspešno omejujejo dostop sončnega sevanja do zemeljske površine in ljudi, živali in rastlin, ki živijo na njem. Na primer, molekule vodne pare učinkovito absorbirajo skoraj vse razpone. infrardeče sevanje razen pri dolžinah od 8 do 13 mikronov. Ozon absorbira ultravijolično svetlobo do valovne dolžine pri 3100 A. Brez njene tanke plasti (povprečno le 3 mm, če se postavi na površino planeta), je mogoče naseliti samo vodo na globini več kot 10 metrov in podzemne jame, kjer sončno sevanje ne doseže.

Ničelnega Celzija v stratopavzi

Med dvema naslednjima nivojema ozračja, stratosfero in mezosfero, je izjemna plast - stratopavza. To približno ustreza višini maksimumov ozona in tukaj opazimo relativno ugodno temperaturo za ljudi - okoli 0 ° C. Nad stratopavzo, v mezosferi (začne se nekje na višini 50 km in se konča na nadmorski višini 80-90 km), spet pade temperatura s povečanjem oddaljenosti od zemeljske površine (do minus 70-80 ° C). V mezosferi meteorji običajno popolnoma izgorejo.

V termosferi - plus 2000 K!

Kemična sestava Zemljine atmosfere v termosferi (ki se začne po meopavzah od nadmorske višine okoli 85–90 do 800 km) določa možnost takšnega pojava, kot je postopno segrevanje zelo redkih "zračnih" plasti pod vplivom sončnega sevanja. V tem delu »zračnega pokrova« planeta so temperature od 200 do 2000 K, ki se pridobijo v povezavi z ionizacijo kisika (atomski kisik je nad 300 km), kot tudi rekombinacija kisikovih atomov v molekule, ki jo spremlja sproščanje velikih količin toplote. Termosfera je kraj, kjer se pojavijo aurore.

Nad termosfero je eksosfera - zunanji sloj atmosfere, iz katerega lahko v vesolje pobegnejo lahki in hitro premikajoči se atomi vodika. Kemična sestava Zemljine atmosfere je tukaj več predstavljena s posameznimi atomi kisika v spodnjih slojih, atomi helija v sredini in skoraj izključno z vodikovimi atomi v zgornjih. Tu prevladujejo visoke temperature - približno 3000 K in ni atmosferskega tlaka.

Kako je nastala zemeljska atmosfera?

Toda, kot je bilo omenjeno zgoraj, planet ni imel vedno takšne sestave ozračja. Skupaj obstajajo trije koncepti izvora tega elementa. Prva hipoteza kaže, da je bila atmosfera vzeta v procesu akrekcije iz protoplanetnega oblaka. Vendar pa je danes ta teorija predmet bistvenih kritik, saj je takšna primarna atmosfera uničiti sončni "veter" iz zvezde v našem planetarnem sistemu. Poleg tega se predpostavlja, da hlapnih elementov zaradi previsoke temperature ni mogoče zadržati v območju nastajanja planetov po tipu Zemljine skupine.

Sestava primarne atmosfere Zemlje, ki jo predlaga druga hipoteza, bi lahko nastala zaradi aktivnega bombardiranja površine s strani asteroidov in kometov, ki so prihajali iz bližine sončnega sistema v zgodnjih fazah razvoja. Potrditi ali zanikati ta koncept je precej težko.

Eksperiment na IDG RAS

Tretja hipoteza se zdi najbolj verjetna, saj meni, da je atmosfera nastala zaradi emisije plinov iz skorje pred približno 4 milijardami let. Ta koncept je bil preizkušen pri IDG RAS v poskusu Tsarev 2, ko je bil vzorec snovi meteorskega izvora segret v vakuumu. Nato smo zabeležili sproščanje takih plinov, kot so H ₂ , CH ₄ , CO, H ₂ O, N ₂ itd., Zato so znanstveniki upravičeno domnevali, da kemijska sestava zemeljske primarne atmosfere vključuje vodo in ogljikov dioksid, vodikov fluorid (HF), ogljik. plin (CO), vodikov sulfid (H ₂ S), dušikove spojine, vodik, metan (CH ₄ ), hlapi amonijaka (NH ₃ ), argon itd. V nastanek hidrosfere so bile vključene vodne pare iz primarne atmosfere, ogljikov dioksid pa je bil večji vezan v organske snovi in kamnine, dušik je bil prenesen v sestavo sodobnega zraka, pa tudi spet v sedimentne kamnine in organske snovi.

Sestava primarne atmosfere Zemlje ne bi omogočala sodobnim ljudem, da bi bili v njem brez dihalnega aparata, saj takrat v zahtevanih količinah ni bilo kisika. Ta element v znatnih količinah se je pojavil pred pol milijarde let, naj bi bil posledica razvoja procesa fotosinteze v modrozelenih in drugih algah, ki so najstarejši prebivalci našega planeta.

Minimalni kisik

Dejstvo, da je bila sestava Zemljine atmosfere sprva skoraj brez kisika, kaže, da se v najstarejših (katarskih) kamninah zlahka oksidira, vendar ne oksidira, grafit (ogljik). Kasneje so se pojavile tako imenovane železove rude, ki so vsebovale plasti obogatenih železovih oksidov, kar pomeni, da je na planetu močan vir kisika v molekularni obliki. Toda ti elementi so naleteli le občasno (morda so se isti mali algi ali drugi proizvajalci kisika pojavljali na majhnih otokih v puščavi brez kisika), medtem ko je bil preostali svet anaeroben. V prid slednjega je dejstvo, da je bil lahno oksidiran pirit najden v obliki kamenčkov, obdelanih za več kot brez sledov kemijskih reakcij. Ker tekočih voda ni mogoče slabo prezračevati, je bil razvit pogled, da je atmosfera pred začetkom kambrija vsebovala manj kot en odstotek kisika iz trenutne sestave.

Revolucionarna sprememba sestave zraka

Približno sredi proterozojske (pred 1,8 milijarde let) je prišlo do »kisikove revolucije«, ko je svet prešel v aerobno dihanje, med katerim je mogoče dobiti 38, namesto dveh, iz ene same hranilne molekule (glukoze) (kot pri anaerobni respiraciji). energetskih enot. Sestava zemeljske atmosfere, v smislu kisika, je začela presegati en odstotek moderne, začel se je pojavljati ozonski plašč, ki ščiti organizme pred sevanjem. Iz nje se je »skrila« pod debele lupine, na primer, tako stare živali kot trilobiti. Od takrat do sedaj se vsebina glavnega "respiratornega" elementa postopoma in počasi povečuje, kar zagotavlja raznolikost razvoja življenjskih oblik na planetu.