Zašto ima toliko azota u Zemljinoj atmosferi? i dobio najbolji odgovor

Odgovor od Marata[gurua]
Može se identificirati nekoliko razloga. DOM: Zemlja je jedina planeta Solarni sistem, gde se formirao, stabilizovao i nastavlja da se razvija proteinski oblik života. Sastav Zemljine primarne atmosfere bio je jednostavniji: prevladavala je topla vodena para i CO2, glavni produkti vulkanskih plinova. Nakon hlađenja atmosfere, procesi fotosinteze i kondenzacije vode doveli su do značajnog smanjenja udjela CO2 i pojave slobodnog kisika. VAŽNA tačka: među proizvodima razgradnje proteina (životinjski i biljni svijet) urea (karbamid) i mokraćna kiselina igraju važnu ulogu. Ove tvari, zauzvrat, postupno prolaze kroz nepovratnu (!) hidrolizu sa stvaranjem amonijaka (NH3). VAŽNO: NH3 je lakši plin od mješavine O2, CO2 i vodene pare – stoga se postupno uzdiže u gornje slojeve atmosfere, gdje pod utjecajem ultraljubičastih zraka počinje polako oksidirati molekularnim kisikom da nastane slobodni AZOT i voda: NH3 + O2 => N2 + H2O. Pošto je azot relativno težak gas, on se zadržava gravitaciono polje Zemlja. Konačno, ne zaboravite da je u NORMALNIM uslovima N2 veoma hemijski inertna supstanca; ovaj faktor također doprinosi akumulaciji molekularnog dušika u atmosferi naše planete.
Marat
Prosvetljeni
(25806)
Re: "Još uvijek ne razumijem zašto ima tako malo dušika u atmosferama Marsa i Venere."
Jer nikada nije bilo biomase u tolikoj količini kao na Zemlji.
Re: "Vjerovatno želite reći da je na drugim planetama dušik uglavnom predstavljen amonijakom."
Nisam to rekao 🙂
Re: "Amonijak je lagan i stoga curi iz atmosfere."
Ne curi, ali dospijeva u zonu djelovanja ultraljubičastih zraka.
Re: "Ali činjenica je da je amonijaka u atmosferama Marsa i Venere čak i manje od helijuma (helijum je veoma lagan gas)"
Slažem se.
Re "Da, i odatle nema šta da se formira amonijak, nema života, nema organske materije."
Dobro, mislio sam isto.

Odgovor od Yoergey Zaika[guru]
zdravo, ne, ali džinovske planete, Jupiter i Saturn, zar tamo nema ni azota? Paragraf... Sam azot je hemijski neutralan i ima ga toliko, ostali gasovi su hemijski agresivniji i reaguju sa svim i svačim, a to je u vezanom stanju u vidu soli i minerala u stenama.

Odgovor od Kiril Nikitin[guru]
Nisam siguran, ali mislim da je to zbog pojačanog ciklusa azota pod dejstvom živih organizama (proteina)

Odgovor od Mikhail Levin[guru]
probacu da razmislim...
Azot je vrlo čest element, tako da bi ga trebalo biti u izobilju posvuda.
Prisustvo gasa u atmosferi zavisi od ravnoteže dolaska (iz utrobe planete) i bijega u svemir.
Azot je lakši od CO2, pa odlazi brže. Mars ga, najvjerovatnije, jednostavno ne može zadržati (kao što Zemlja ne može zadržati vodonik ili helijum).
Ali sa Venerom - veliko pitanje. Ima 4% azota u atmosferi, ali sama atmosfera je monstruozna, nije činjenica da u apsolutnim brojkama ima manje azota od Zemlje.
Druga stvar je da Zemlja ima vrlo malo ugljen-dioksid(iako se izdvaja iz crijeva). Ovdje je materija već u prisustvu vode i života koji je vezuje.

Odgovor od ARTYOM.[majstor]
Fiksacija atmosferskog dušika u prirodi se odvija u dva glavna smjera - abiogenom i biogenom. Prvi put uključuje uglavnom reakcije dušika s kisikom. Budući da je dušik kemijski vrlo inertan, za oksidaciju su potrebne velike količine energije (visoke temperature). Ovi uslovi se postižu tokom udara groma, kada temperatura dostigne 25.000 °C ili više. U tom slučaju dolazi do stvaranja različitih dušikovih oksida. Također postoji mogućnost da se abiotička fiksacija dogodi kao rezultat fotokatalitičkih reakcija na površinama poluvodiča ili širokopojasnih dielektrika (pustinjski pijesak).
Međutim, glavni dio molekularnog dušika (oko 1,4 108 t/god) fiksiran je biotički. Dugo se vjerovalo da samo mali broj mikrobnih vrsta (iako su široko rasprostranjene na površini Zemlje) može vezati molekularni dušik: bakterije Azotobacter i Clostridium, bakterije kvržica mahunarki Rhizobium, cijanobakterije Anabaena, Nostoc, itd. poznato je da mnogi drugi organizmi u vodi i tlu, na primjer, aktinomiceti u gomoljima johe i drugog drveća (ukupno 160 vrsta). Svi oni pretvaraju molekularni dušik u amonijum jedinjenja (NH4+). Ovaj proces zahtijeva značajnu količinu energije (za fiksiranje 1 g atmosferskog dušika, bakterije u kvržicama mahunarki troše oko 167,5 kJ, odnosno oksidiraju oko 10 g glukoze). Dakle, vidljiva je obostrana korist od simbioze biljaka i bakterija koje fiksiraju dušik - prve obezbjeđuju drugim "mjesto za život" i opskrbljuju "gorivo" dobiveno kao rezultat fotosinteze - glukozu, a druge osiguravaju dušik. neophodna biljkama u obliku koji asimiliraju.
Dušik u obliku amonijaka i amonijevih spojeva, dobijenih u procesima biogene fiksacije dušika, brzo se oksidira u nitrate i nitrite (ovaj proces se naziva nitrifikacija). Potonji, koji nisu povezani biljnim tkivima (i dalje duž lanca ishrane biljojedima i grabežljivcima), ne ostaju dugo u tlu. Većina nitrata i nitrita je visoko rastvorljiva, pa se ispiru vodom i na kraju ulaze u okeane (ovaj protok se procjenjuje na 2,5-8 107 tona/godišnje).
Dušik koji se nalazi u tkivima biljaka i životinja nakon njihove smrti prolazi kroz amonifikaciju (razlaganje složenih spojeva koji sadrže dušik uz oslobađanje amonijaka i amonijevih iona) i denitrifikaciju, odnosno oslobađanje atomskog dušika, kao i njegovih oksida. . Ovi procesi su u potpunosti posljedica aktivnosti mikroorganizama u aerobnim i anaerobnim uvjetima.
U nedostatku ljudske aktivnosti, procesi fiksacije dušika i nitrifikacije gotovo su potpuno uravnoteženi suprotnim reakcijama denitrifikacije. Dio dušika u atmosferu ulazi iz plašta vulkanskim erupcijama, dio je čvrsto fiksiran u zemljištu i glinenim mineralima, osim toga, dušik neprestano curi iz gornjih slojeva atmosfere u međuplanetarni prostor.

Dušik je umjereno aktivan element koji slabo reagira s prirodnim anorganskim spojevima. Stoga postoji velika vjerovatnoća da je značajna količina ovog plina sadržana u primarnoj atmosferi. U ovom slučaju, značajan dio azota moderne atmosfere je relikt, sačuvan od formiranja Zemlje prije oko 4,6 milijardi godina, iako bi drugi dio mogao biti degasiran iz plašta već u geološkoj fazi razvoja naša planeta. Treba uzeti u obzir da je pojavom života na Zemlji prije otprilike 4,0-3,8 milijardi godina ovaj plin bio stalno vezan u organskoj tvari i zakopan u okeanskim sedimentima, a nakon pojave života na kopnu (prije oko 400 miliona godina ) - iu kontinentalnim naslagama. Stoga bi vitalna aktivnost organizama tokom dugog perioda razvoja zemaljskog života mogla značajno smanjiti parcijalni pritisak dušika u Zemljinoj atmosferi, mijenjajući tako klimu Zemlje. Prilikom izračunavanja efekta apsorpcije dušika treba uzeti u obzir da se organski dušik (Norg) oceanskih sedimenata, zajedno sa sedimentima, konstantno uklanjao iz okeana kroz zone gomilanja okeanske kore u Arheju ili kroz zone podmetanja ploča u proterozoika i fanerozoika. Nakon toga je dijelom uključena u granitno-metamorfne stijene kontinentalne kore ili je otišla u plašt, ali je dijelom ponovo degazirana i ponovo ušla u atmosferu.

Pored biogenog procesa fiksacije atmosferskog azota, očigledno, postoji prilično efikasan abiogeni mehanizam istog smera. Dakle, prema proračunima J. Junga i M. McElroya (Yung, McElroy, 1979), fiksacija dušika u tlu može doći za vrijeme grmljavine zbog stvaranja dušične i dušične kiseline tijekom električnih pražnjenja u vlažnom zraku.

Procjena količine dušika uklonjenog iz atmosfere je teška, ali moguća. Sadržaj dušika u sedimentnim stijenama obično je u direktnoj korelaciji s koncentracijom organskog ugljika zakopanog u njima. Stoga se količina dušika zakopana u okeanskim sedimentima može očito procijeniti iz podataka o masi organskog ugljika zakopanog u njima, Corg. Da biste to učinili, trebate samo odrediti koeficijent proporcionalnosti između H org i C org. U donjim sedimentima otvorenog okeana, Corg: Norg: Porg je približno jednak 106:20:0,91 (Lisitsyn i Vinogradov, 1982), ali do 80% azota brzo napušta. organska materija, stoga se omjer Corg:Norg u sedimentima može povećati do 1:0,04. Prema G. Faureu (1989), ovaj omjer u sedimentima je približno 1:0,05. Prihvatimo, prema podacima A. B. Ronova i A. A. Yaroshevskyja (1978, 1993), da je oko (2,7-2,86) × 10 sedimenata kontinenata - oko (9,2-8,09) × 10 21 g C org. Prateći G. Fore, uzeli smo vrijednosti omjera Corg: Norg blizu 20:1, tada je sadržaj Horg u sedimentima okeanskog dna i polica približno jednak 1,36 × 10 20 g, a u kontinentalnim sedimenti - 5,0 × 10 20

Kao prvu aproksimaciju, pretpostavit ćemo da je razvoj života u oceanu ograničen sadržajem otopljenog fosfora u okeanskim vodama, a njegova koncentracija se neznatno mijenjala tokom vremena (Schopf, 1982). Iz toga slijedi da je biomasa oceana uvijek ostala približno proporcionalna masi vode u samom okeanu. Evolucija mase vode u Svjetskom okeanu razmatrana je na sl. 112, kriva 2). Uzimajući u obzir datu pretpostavku o proporcionalnosti biomase u okeanima i masi samih oceanskih voda, možemo približno uzeti u obzir uklanjanje Norga zajedno s oceanskim sedimentima kroz zone gužve i subdukcije. litosferske ploče tokom geološki razvoj Zemlja. Odgovarajući proračuni (Sorokhtin, Ushakov, 1998) su pokazali da je tokom geološkog razvoja Zemlje (tj. u proteklih 3,8-4 milijarde godina), zbog procesa koji se razmatra, oko 19,2 × 10 20 g azota uklonjeno iz Zemljine atmosfera. Ovoj količini dušika potrebno je dodati još jednu masu Norg ≈ 5,0 × 10 20 g, sačuvanu u sedimentima kontinenata i tamo akumuliranu u periodu od oko 400 miliona godina. Dakle, ukupno je tokom života Zemlje iz njene atmosfere uklonjeno približno 24,2 × 10 20 g azota, što je ekvivalentno smanjenju atmosferskog pritiska za 474 mbar (za poređenje, parcijalni pritisak azota u savremenom atmosfera iznosi 765 mbar).

Razmotrimo dva ekstremna slučaja. Pretpostavimo prvo da do otplinjavanja azota iz plašta uopšte nije došlo, zatim je moguće odrediti početni efektivni pritisak Zemljine atmosfere u katarheju (tj. u intervalu od 4,6-4,0 milijardi godina). Ispada da je približno jednak 1,23 bara (1,21 atm).

U drugom slučaju, pretpostavićemo, kao što je to učinjeno u (Sorokhtin i Ushakov, 1991), da je skoro sav azot u atmosferi degaziran iz plašta u protekle 4 milijarde godina. Proces otplinjavanja azota iz plašta izračunat je pomoću izraza (29) i (30), uzimajući u obzir da atmosfera trenutno sadrži 3,87 × 10 21 g dušika, njegov sadržaj u stijenama i sedimentima dostiže 3,42 × 10 20 g, a u dušičnom plaštu približno 4,07 × 10 21 g (Sorokhtin, Ushakov, 1998). Indeks pokretljivosti dušika ne bi se trebao mijenjati s vremenom i bio je približno jednak χ(N 2) ≈ 0,934. Nakon izračunavanja akumulacije dušika u vanjskim geosferama Zemlje, dobiveni rezultati su korigovani za apsorpciju ovog plina u organskoj tvari i njegovo zakopavanje u stijene i sedimente. Preostali dio je karakterizirao evoluciju mase dušika u Zemljinoj atmosferi pod uvjetom njenog potpunog otplinjavanja iz plašta.

Za obje opcije, zatim su izračunate krivulje evolucije parcijalnog tlaka dušika u zemljinoj atmosferi (Sl. 117, krive 1 i 3). Prava slika promjene ovog pritiska tada bi morala odgovarati nekoj srednjoj krivulji, čiji se položaj može odrediti samo korištenjem Dodatne informacije prema klimi na Zemlji koja je postojala u prošlim geološkim epohama. Takva referentna tačka, na primjer, može biti informacija o razvoju najgrandioznije glacijacije kontinenata u ranom proterozoju, prije oko 2,5-2,3 milijarde godina. Kao što je prikazano u Pogl. 8, kontinentalne mase su se tada nalazile na niskim geografskim širinama (vidi sliku 98), ali su istovremeno bile visoko iznad nivoa okeana (sa prosječnom visinom od oko 4-3 km). Stoga bi do pojave takve glacijacije moglo doći samo ako je prosječna temperatura zemljine površine na nivou mora tada nije prelazio +6 ... +7 ° C, tj. bio oko 280 K.

Slika 117.
1 - prema hipotezi o primatu azotne atmosfere; 2 - prihvaćena opcija; 3 - prema hipotezi otplinjavanja atmosfere dušika iz plašta.

Slika 98.
1, tiliti i tiloidi; 2, konsolidovana kontinentalna kora; strelice na kanadskom štitu pokazuju identificirane smjerove glacijalnog sjenčanja; u bijelom - područje glacijacije. Av - Australija; SAM i UAm - Sjeverni i južna amerika; An - Antarktik; ZAF - Zapadna Afrika; Af - Afrika; Ev - Evropa; Ying - Indija; K - Sjeverna i Južna Kina; Sub - Sibir.

U nastavku će se pokazati da se u ranom proterozoju atmosfera praktično sastojala samo od dušika sa malim dodatkom argona, dok se parcijalni pritisci kisik i ugljični dioksid nisu prelazili 10 -6 i 10 -2 atm, respektivno, a solarna konstanta je bila S = 1,14 × 10 6 erg / cm 2 × s. Uz pretpostavku T s ≈ 280 K ≈ 7 °C za tu hladnu epohu, našli smo, prema adijabatskoj teoriji efekta staklene bašte opisanoj u nastavku, da je pritisak atmosfere dušika u to vrijeme bio približno jednak p N 2 = 1,09 atm. , dok je prema hipotezi o primatu azotna atmosfera u to vrijeme trebala biti p N 2 ≈ 1,19 atm, a prema hipotezi o potpuno degaziranom dušiku iz plašta, p N 2 ≈ 0,99 atm. Ovo pokazuje da dušik moderne atmosfere čini otprilike 54% reliktnog plina i samo 46% je otplinjeno iz plašta, a najvjerovatnija pravilnost u evoluciji tlaka dušika u Zemljinoj atmosferi prikazana je na Sl. 117, kriva 2.

Strana 6 od 10

Uloga dušika u Zemljinoj atmosferi.

Nitrogen je glavni element Zemljine atmosfere. Njegova glavna uloga je regulacija brzine oksidacije razrjeđivanjem kisika. Dakle, dušik utiče na brzinu i intenzitet bioloških procesa.

Postoje dva međusobno povezana načina za izdvajanje azota iz Zemljine atmosfere:

• 1) neorganski,
• 2) biohemijski.

Slika 1. Geohemijski ciklus azota (V.A. Vronski, G.V. Voitkevič)

Neorganska ekstrakcija dušika iz Zemljine atmosfere.

U Zemljinoj atmosferi pod dejstvom električnih pražnjenja (za vreme grmljavine) ili u procesu fotografisanja hemijske reakcije(sunčevo zračenje) nastaju jedinjenja azota (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 itd.). Ova jedinjenja, rastvarajući se u kišnici, padaju na tlo zajedno sa padavinama, padajući u tlo i vodu okeana.

Biološka fiksacija dušika

Biološko vezivanje atmosferskog azota se vrši:

• - u tlu - bakterije nodule u simbiozi sa višim biljkama,
• - u vodi - planktonski mikroorganizmi i alge.

Količina biološki vezanog dušika je mnogo veća od neorganski fiksiranog.

Kako se dušik vraća u Zemljinu atmosferu?

Ostaci živih organizama se razgrađuju kao rezultat izlaganja brojnim mikroorganizmima. U tom procesu dušik, koji je dio proteina organizama, prolazi kroz niz transformacija:

• - u procesu razgradnje proteina nastaje amonijak i njegovi derivati ​​koji zatim ulaze u zrak i u okeanska voda,
• - dalje amonijak i drugi azot organska jedinjenja pod uticajem bakterija Nitrozomonas i nitrobakterije formiraju različite azotne okside (N 2 O, NO, N 2 O 3 i N 2 O 5). Ovaj proces se zove nitrifikacija,
• — Azotna kiselina pri interakciji s metalima daje soli. Ove soli napadaju denitrifikujuće bakterije,
• - u procesu denitrifikacija formira se elementarni dušik koji se vraća nazad u atmosferu (primjer su podzemni mlazovi plina koji se sastoje od čistog N 2).

Gdje se nalazi dušik?

Dušik ulazi u Zemljinu atmosferu kroz vulkanske erupcije u obliku amonijaka. Ulaskom u gornju atmosferu, amonijak (NH 3) se oksidira i oslobađa dušik (N 2).

Azot je također zakopan u sedimentnim stijenama i nalazi se u velikim količinama u bitumenskim naslagama. Međutim, ovaj dušik također ulazi u atmosferu tokom regionalnog metamorfizma ovih stijena.

• Dakle, glavni oblik prisustva dušika na površini naše planete je molekularni dušik (N 2) u sastavu Zemljine atmosfere.

Ovo je bio članak Azot u sastavu Zemljine atmosfere - sadržaj u atmosferi je 78%. ". Pročitajte dalje: « Kiseonik u sastavu Zemljine atmosfere - sadržaj u atmosferi je 21%.«

Članci na temu "Atmosfera Zemlje":

• Uticaj Zemljine atmosfere na ljudski organizam sa povećanjem nadmorske visine.
• Visina i granice Zemljine atmosfere.

Struktura i sastav Zemljine atmosfere, mora se reći, nisu uvijek bili konstante u bilo kom trenutku razvoja naše planete. Danas je vertikalna struktura ovog elementa, koja ima ukupnu "debljinu" od 1,5-2,0 hiljada km, predstavljena sa nekoliko glavnih slojeva, uključujući:

1. Troposfera.
2. tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. mezosfere i mezopauze.
6. Termosfera.
7. egzosfera.

Osnovni elementi atmosfere

Troposfera je sloj u kojem se uočavaju jaka vertikalna i horizontalna kretanja, tu se javljaju vremenske prilike, pojave padavina, klimatskim uslovima. Proteže se 7-8 kilometara od površine planete gotovo posvuda, s izuzetkom polarnih područja (tamo - do 15 km). U troposferi dolazi do postepenog pada temperature, otprilike 6,4°C sa svakim kilometrom nadmorske visine. Ova se brojka može razlikovati za različite geografske širine i godišnja doba.

Sastav Zemljine atmosfere u ovom dijelu predstavljen je sljedećim elementima i njihovim procentima:

Azot - oko 78 posto;

Kiseonik - skoro 21 posto;

Argon - oko jedan posto;

Ugljični dioksid - manje od 0,05%.

Pojedinačna kompozicija do visine od 90 kilometara

Osim toga, ovdje se mogu naći i prašina, vodene kapljice, vodena para, produkti sagorijevanja, kristali leda, morske soli, mnoge čestice aerosola itd. Ovakav sastav Zemljine atmosfere uočava se do otprilike devedeset kilometara visine, pa zrak je približno isti po hemijskom sastavu, ne samo u troposferi, već iu gornjim slojevima. Ali tamo je atmosfera suštinski drugačija. fizička svojstva. Sloj koji ima zajednički hemijski sastav naziva se homosfera.

Koji su još elementi u Zemljinoj atmosferi? U procentima (po zapremini, na suvom vazduhu), gasovi kao što su kripton (oko 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), vodonik (5,0 x 10 -5), metan (oko 1,7 x 10 - 4), azot oksid (5,0 x 10 -5) itd. U odnosu na maseni procenat navedenih komponenti najviše su azot oksida i vodonika, zatim helijum, kripton itd.

Fizička svojstva različitih atmosferskih slojeva

Fizička svojstva troposfere usko su povezana s njenom vezanošću za površinu planete. Otuda i reflektovano solarna toplota u obliku infracrvenih zraka se šalje nazad, uključujući procese toplotne provodljivosti i konvekcije. Zbog toga temperatura opada sa udaljavanjem od zemljine površine. Ovaj fenomen se opaža do visine stratosfere (11-17 kilometara), zatim temperatura postaje praktički nepromijenjena do nivoa od 34-35 km, a zatim opet dolazi do porasta temperature do visina od 50 kilometara ( gornja granica stratosfere). Između stratosfere i troposfere nalazi se tanak srednji sloj tropopauze (do 1-2 km), gdje se stalne temperature primjećuju iznad ekvatora - oko minus 70 ° C i ispod. Iznad polova, tropopauza se ljeti "zagrije" na minus 45°C, zimi se ovdje temperature kreću oko -65°C.

Gasni sastav Zemljine atmosfere uključuje važan element poput ozona. Ima ga relativno malo blizu površine (deset do minus šesti stepen procenta), budući da se gas formira pod uticajem sunčeve svetlosti atomskog kiseonika u gornjim delovima atmosfere. Konkretno, većina ozona se nalazi na nadmorskoj visini od oko 25 km, a cijeli "ozonski ekran" nalazi se na područjima od 7-8 km u području polova, od 18 km na ekvatoru i do pedesetak kilometara. općenito iznad površine planete.

Atmosfera štiti od sunčevog zračenja

Sastav vazduha u Zemljinoj atmosferi igra veoma važnu ulogu u očuvanju života, od pojedinca hemijski elementi i kompozicije uspješno ograničavaju pristup sunčevo zračenje Zemljinoj površini i ljudima, životinjama i biljkama koje žive na njoj. Na primjer, molekuli vodene pare efikasno apsorbiraju gotovo sve opsege infracrvenog zračenja, osim dužina u rasponu od 8 do 13 mikrona. Ozon, s druge strane, apsorbuje ultraljubičasto do talasne dužine od 3100 A. Bez svog tankog sloja (u proseku 3 mm ako se nalazi na površini planete), samo voda na dubini većoj od 10 metara i podzemne pećine, tamo gde sunčevo zračenje ne dopire, može se naseliti.

Nula Celzijusa u stratopauzi

Između sljedeća dva nivoa atmosfere, stratosfere i mezosfere, nalazi se izvanredan sloj – stratopauza. Približno odgovara visini maksimuma ozona i ovdje se opaža relativno ugodna temperatura za ljude - oko 0°C. Iznad stratopauze, u mezosferi (počinje negdje na visini od 50 km i završava se na visini od 80-90 km), ponovo dolazi do pada temperature sa povećanjem udaljenosti od Zemljine površine (do minus 70-80°). C). U mezosferi meteori obično potpuno izgore.

U termosferi - plus 2000 K!

Hemijski sastav Zemljine atmosfere u termosferi (počinje nakon mezopauze sa visina od oko 85-90 do 800 km) određuje mogućnost takve pojave kao što je postepeno zagrijavanje slojeva vrlo razrijeđenog "vazduha" pod utjecajem sunčevog zračenja. U ovom delu "vazdušnog pokrivača" planete javljaju se temperature od 200 do 2000 K koje se dobijaju u vezi sa jonizacijom kiseonika (iznad 300 km je atomski kiseonik), kao i rekombinacijom atoma kiseonika u molekule , praćeno oslobađanjem velike količine topline. Termosfera je mjesto gdje nastaju aurore.

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

Kako je nastala Zemljina atmosfera?

Ali, kao što je gore spomenuto, planeta nije uvijek imala takav sastav atmosfere. Ukupno postoje tri koncepta porijekla ovog elementa. Prva hipoteza pretpostavlja da je atmosfera uzeta u procesu akrecije iz protoplanetarnog oblaka. Međutim, danas je ova teorija predmet značajnih kritika, budući da je takvu primarnu atmosferu sigurno uništio solarni "vjetar" sa zvijezde u našem planetarnom sistemu. Osim toga, pretpostavlja se da hlapljivi elementi ne mogu ostati u zoni formiranja planeta prema tipu zemaljska grupa zbog previsokih temperatura.

Sastav Zemljine primarne atmosfere, kako sugerira druga hipoteza, mogao bi nastati zbog aktivnog bombardiranja površine asteroidima i kometama koje su pristigle iz blizine Sunčevog sistema na ranim fazama razvoj. Prilično je teško potvrditi ili opovrgnuti ovaj koncept.

Eksperimentišite na IDG RAS

Najvjerojatnija je treća hipoteza, koja vjeruje da je atmosfera nastala kao rezultat oslobađanja plinova iz plašta. zemljine kore prije otprilike 4 milijarde godina. Ovaj koncept je testiran na Institutu za geologiju i geohemiju Ruske akademije nauka u okviru eksperimenta pod nazivom "Carev 2", kada je uzorak meteorske supstance zagrejan u vakuumu. Tada je zabeleženo oslobađanje gasova kao što su H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 itd. Stoga su naučnici s pravom pretpostavili da hemijski sastav primarne atmosfere Zemlje uključuje vodu i ugljen-dioksid, fluorovodonik para (HF), ugljen monoksid(CO), sumporovodik (H 2 S), jedinjenja azota, vodonik, metan (CH 4), para amonijaka (NH 3), argon itd. Vodena para iz primarne atmosfere učestvovala je u formiranju hidrosfere, ugljen dioksid bio u većoj meri u vezanom stanju u organskoj materiji i stenama, azot je prešao u sastav savremenog vazduha, pa ponovo u sedimentnih stijena i organske materije.

Sastav Zemljine primarne atmosfere to ne bi dozvolio savremeni ljudi biti u njemu bez aparat za disanje, pošto tada nije bilo kiseonika u potrebnim količinama. Ovaj element pojavio se u značajnim količinama prije milijardu i pol godina, kako se vjeruje, u vezi s razvojem procesa fotosinteze u plavo-zelenim i drugim algama, koje su najstariji stanovnici naše planete.

Minimum kiseonika

Da je sastav Zemljine atmosfere u početku bio gotovo anoksičan, govori činjenica da se u najstarijim (katarskim) stijenama nalazi lako oksidirani, ali ne i oksidirani grafit (ugljik). Nakon toga su se pojavile takozvane trakaste željezne rude, koje su uključivale međuslojeve obogaćenih željeznih oksida, što znači pojavu na planeti moćnog izvora kisika u molekularnom obliku. Ali ovi elementi su nailazili samo povremeno (možda su se iste alge ili drugi proizvođači kiseonika pojavili kao mala ostrva u anoksičnoj pustinji), dok je ostatak sveta bio anaeroban. U prilog potonjem govori i činjenica da je pirit koji se lako oksidira pronađen u obliku kamenčića obrađenih strujanjem bez tragova kemijskih reakcija. Budući da vode koje teku ne mogu biti loše aerirane, razvilo se mišljenje da je atmosfera prije kambrija sadržavala manje od jedan posto kisika današnjeg sastava.

Revolucionarna promjena u sastavu zraka

Otprilike sredinom proterozoika (prije 1,8 milijardi godina) dogodila se “revolucija kisika”, kada je svijet prešao na aerobno disanje, tokom kojeg se 38 može dobiti iz jednog molekula nutrijenata (glukoze), a ne dva (kao kod anaerobno disanje) jedinice energije. Sastav Zemljine atmosfere, u smislu kiseonika, počeo je da prelazi jedan odsto savremenog, počeo je da se javlja ozonski sloj zaštite organizama od zračenja. Od nje su se „skrivale“ ispod debelih školjki, na primjer, takve drevne životinje kao što su trilobiti. Od tada do našeg vremena, sadržaj glavnog "respiratornog" elementa se postepeno i polako povećavao, osiguravajući raznovrsnost razvoja životnih oblika na planeti.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se odvijaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Atmosfera bogata kiseonikom omogućava život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu na površini Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći i gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva sa zemljine površine, odnosno sa kopna i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °C, a u regiji sjeverni pol-65 °S.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se i vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na nadmorskoj visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrjeđivanjem zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se oblaci i padavine gotovo ne stvaraju. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da prođu na Zemlju i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zbog ozona temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere je u rasponu od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi je crna, zvezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°S.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 °C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod dejstvom kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi nastaju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere, koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Kompozicija atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Moderna kompozicija Zrak Zemlje je uspostavljen prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za oko 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time značajno utiču na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

	Volumenska koncentracija. %	Molekularna težina, jedinice
Kiseonik
Ugljen-dioksid
Dušikov oksid
	0 do 0,00001
Sumporov dioksid	od 0 do 0,000007 ljeti; 0 do 0,000002 zimi
	Od 0 do 0,000002	46,0055/17,03061
Azog dioksid
Ugljen monoksid

Nitrogen, najčešći plin u atmosferi, kemijski malo aktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nepotpuno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama, raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti svojstvo ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Utjecaj na atmosferske procese, posebno na termički režim stratosfere, vrše i ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber sunčevog ultraljubičastog zračenja, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju ovisno o geografskoj širini područja i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (to je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnja varijacija sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakterističnim svojstvom atmosfere može se nazvati činjenica da se sadržaj glavnih plinova (dušik, kisik, argon) neznatno mijenja s visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj dušika iznosi 86%, kisika - 19, argon - 0,91, na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para i čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen cvijeća, sitni kristali soli, cestovna prašina, aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju tokom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Vrijednost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugovalno toplotno zračenje zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; podiže temperaturu vazduha kada se vodeni slojevi kondenzuju.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare u blizini površine zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječni sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (sloj kondenzirane vodene pare će imati takvu debljinu). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost snažno raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenjivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), koji se nazivaju sedef i srebro, relativno retko primećuju. , dok troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cjelokupne površine Zemlje.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °S - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat i nije zasićeno pare. Dakle, ako na temperaturi od +30 ° C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost- ovo je količina vodene pare sadržana u 1 m 3 zraka. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 mL sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka i količine vodene pare koja može biti sadržana u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako se preko radija emituje vremenska prognoza da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na datoj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost vazduha, t. što je vazduh bliži zasićenju, veća je verovatnoća da će pasti.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost, jer je temperatura zraka visoka tokom cijele godine i postoji veliko isparavanje sa površine okeana. Ista visoka relativna vlažnost je u polarnim područjima, ali samo zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini vazduh zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira sezonski - viša je zimi, a niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha je posebno niska u pustinjama: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje od količine vodene pare moguće na datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare u sebi, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim i prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se ne formira na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

uključeni u formiranje oblaka čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci možda imaju različit oblik, što zavisi od uslova njihovog formiranja (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

porodice	Vrste oblaka	Izgled
A. Gornji oblaci - iznad 6 km	I. Pinnate	Nitasti, vlaknasti, bijeli
	II. cirokumulus	Slojevi i grebeni sitnih ljuskica i kovrča, bijeli
	III. Cirrostratus	Prozirni bjelkasti veo
B. Oblaci srednjeg sloja - iznad 2 km	IV. Altocumulus	Slojevi i grebeni bijele i sive boje
	V. Altostratus	Glatki veo mlečno sive boje
B. Niži oblaci - do 2 km	VI. Nimbostratus	Čvrst bezobličan sivi sloj
	VII. Stratocumulus	Neprozirni slojevi i grebeni sive boje
	VIII. slojevito	Osvetljeni sivi veo
D. Oblaci vertikalnog razvoja - od donjeg do gornjeg sloja	IX. Cumulus	Toljage i kupole svijetlo bijele, sa poderanim ivicama na vjetru
	X. Kumulonimbus	Snažne mase u obliku kumulusa tamne olovne boje

Atmosferska zaštita

Glavni izvor su industrijska preduzeća i automobile. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom glavnih transportnih pravaca je veoma akutan. Zato u mnogima glavni gradoviširom svijeta, pa tako i kod nas, uvedena je ekološka kontrola toksičnosti izduvnih gasova automobila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti protok sunčeve energije do površine zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.