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

Odgovor od Marata[gurua]
Može se identificirati nekoliko razloga. DOM: Zemlja je jedina planeta Sunčev sustav, gdje je proteinski oblik života formiran, stabiliziran i dalje se razvija. Sastav Zemljine primarne atmosfere bio je jednostavniji: prevladavali su topla vodena para i CO2, glavni proizvodi vulkanskih plinova. Nakon hlađenja atmosfere procesi fotosinteze i kondenzacije vode doveli su do značajnog smanjenja udjela CO2 i pojave slobodnog kisika. VAŽNO: među proizvodima razgradnje proteina (životinjskog i svijet povrća) važnu ulogu imaju urea (karbamid) i mokraćna kiselina. Te tvari, zauzvrat, postupno prolaze nepovratnu (!) hidrolizu uz stvaranje amonijaka (NH3). VAŽNO: NH3 je lakši plin od mješavine O2, CO2 i vodene pare - stoga se postupno penje u gornje slojeve atmosfere, gdje pod utjecajem ultraljubičastih zraka počinje polagano oksidirati s molekularnim kisikom i nastaje slobodni DUŠIK i voda: NH3 + O2 => N2 + H2O. Budući da je dušik relativno težak plin, on se zadržava gravitacijsko polje Zemlja. Na kraju, ne zaboravite da je pod NORMALNIM uvjetima N2 vrlo kemijski inertna tvar; ovaj faktor također pridonosi nakupljanju molekularnog dušika u atmosferi našeg planeta.
Marat
Prosvijetljen
(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: "Vjerojatno želite reći da je na drugim planetima dušik uglavnom zastupljen 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 manje nego helija (helij je vrlo lagan plin)"
Slažem se.
Re "Da, i odatle nema ničega što bi stvaralo amonijak, nema života, nema organske tvari."
Točno, mislio sam isto.

Odgovor od Yörgey Zaika[guru]
bok, ne, ali divovski planeti, Jupiter i Saturn, zar ni tamo nema dušika? Stavak... Sam dušik je kemijski neutralan i ima ga toliko, drugi plinovi su kemijski agresivniji i reagiraju sa svime i svačim, a to je u vezanom stanju u obliku soli i minerala u stijenama.

Odgovor od Kiril Nikitin[guru]
Nisam siguran, ali mislim da je to zbog povećanog ciklusa dušika pod djelovanjem živih organizama (proteina)

Odgovor od Mihail Levin[guru]
Pokušat ću razmisliti...
Dušik je vrlo čest element, pa bi ga svugdje trebalo biti u izobilju.
Prisutnost plina u atmosferi ovisi o ravnoteži dolaska (iz utrobe planeta) i bijega u svemir.
Dušik je lakši od CO2, pa odlazi brže. Mars ga najvjerojatnije jednostavno ne može zadržati (kao što Zemlja ne može zadržati vodik ili helij).
Ali s Venerom - veliko pitanje. Ima 4% dušika u atmosferi, ali sama atmosfera je monstruozna, nije činjenica da u apsolutnim brojkama ima manje dušika od Zemlje.
Druga stvar je da Zemlja ima vrlo malo ugljični dioksid(iako se izdvaja iz utrobe). Ovdje je stvar već u prisutnosti vode i života koji je veže.

Odgovor od ARTEM.[ovladati; majstorski]
Atmosferska fiksacija 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). Ti se uvjeti postižu tijekom izbijanja munje, kada temperatura dosegne 25 000 °C ili više. U tom slučaju dolazi do stvaranja različitih dušikovih oksida. Također postoji mogućnost da do abiotičke fiksacije dolazi kao rezultat fotokatalitičkih reakcija na površinama poluvodiča ili širokopojasnih dielektrika (pustinjski pijesak).
Međutim, glavni dio molekularnog dušika (oko 1,4 108 t/god) biotički se fiksira. Dugo se vremena vjerovalo da samo mali broj mikrobnih vrsta (iako široko rasprostranjenih na površini Zemlje) može vezati molekularni dušik: bakterije Azotobacter i Clostridium, kvržične bakterije mahunarki Rhizobium, cijanobakterije Anabaena, Nostoc itd. Sada se poznato je da i mnogi drugi organizmi u vodi i tlu, npr. aktinomicete u gomoljima johe i drugog drveća (ukupno 160 vrsta). Svi oni pretvaraju molekularni dušik u amonijeve spojeve (NH4+). Za ovaj proces potrebna je značajna količina energije (za fiksaciju 1 g atmosferskog dušika bakterije u nodusima mahunarki troše oko 167,5 kJ, odnosno oksidiraju oko 10 g glukoze). Dakle, vidljiva je uzajamna korist simbioze biljaka i bakterija koje fiksiraju dušik - prve osiguravaju potonjima "mjesto za život" i opskrbu "gorivom" dobivenim fotosintezom - glukozom, potonje osiguravaju dušik neophodni biljkama u obliku koji asimiliraju.
Dušik u obliku amonijaka i amonijevih spojeva, dobiven u procesima biogene fiksacije dušika, brzo se oksidira u nitrate i nitrite (taj se proces naziva nitrifikacija). Potonji, nepovezani biljnim tkivima (i dalje duž hranidbenog lanca biljojedima i grabežljivcima), ne ostaju dugo u tlu. Većina nitrata i nitrita visoko je topiva, pa ih ispire voda i na kraju dospijevaju u svjetske oceane (taj se protok procjenjuje na 2,5-8 107 tona / godišnje).
Dušik koji se nalazi u tkivima biljaka i životinja nakon njihove smrti prolazi kroz amonifikaciju (razgradnju složenih spojeva koji sadrže dušik uz oslobađanje amonijaka i amonijevih iona) i denitrifikaciju, odnosno oslobađanje atomskog dušika, kao i njegovih oksida. . Ovi procesi u potpunosti su 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 ulazi u atmosferu iz plašta s vulkanskim erupcijama, dio je čvrsto fiksiran u tlu i mineralima gline, 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 vjerojatnost da je značajna količina ovog plina bila sadržana u primarnoj atmosferi. U ovom slučaju, značajan dio dušika moderne atmosfere je relikt, sačuvan od nastanka Zemlje prije oko 4,6 milijardi godina, iako bi se drugi dio mogao otpliniti iz plašta već u geološkoj fazi razvoja naš planet. Treba uzeti u obzir da je s pojavom života na Zemlji prije oko 4,0-3,8 milijardi godina ovaj plin bio stalno vezan u organskoj tvari i zakopan u oceanskim sedimentima, a nakon pojave života na kopnu (prije oko 400 milijuna godina) ) - iu kontinentalnim naslagama. Stoga bi životna aktivnost organizama tijekom dugog razdoblja razvoja kopnenog života mogla značajno smanjiti parcijalni tlak dušika u Zemljinoj atmosferi, čime bi se promijenila klima na Zemlji. Pri izračunavanju učinka apsorpcije dušika treba uzeti u obzir da se organski dušik (Norg) oceanskih sedimenata, zajedno sa sedimentima, neprestano uklanjao iz oceana kroz zone nagomilavanja oceanske kore u Arheju ili kroz zone povlačenja ploča u proterozoika i fanerozoika. Nakon toga je dijelom uključen u granitno-metamorfne stijene kontinentalne kore ili je otišao u plašt, ali se dijelom ponovno otplinio i ponovno ušao u atmosferu.

Osim biogenog procesa fiksacije atmosferskog dušika, očito postoji prilično učinkovit abiogeni mehanizam istog smjera. Dakle, prema izračunima J. Junga i M. McElroya (Yung, McElroy, 1979), fiksacija dušika u tlu može se dogoditi tijekom grmljavinske oluje zbog stvaranja dušične i dušične kiseline tijekom električnih pražnjenja u vlažnom zraku.

Procjena količine dušika uklonjene iz atmosfere je teška, ali moguća. Sadržaj dušika u sedimentnim stijenama obično je u izravnoj korelaciji s koncentracijom organskog ugljika zakopanog u njima. Stoga se količina dušika zakopanog u oceanskim sedimentima očito može 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 pridnenim sedimentima otvorenog oceana, Corg: Norg: Porg je približno jednak 106:20:0,91 (Lisitsyn i Vinogradov, 1982), ali do 80% dušika brzo odlazi organska tvar, stoga se omjer Corg:Norg u sedimentima može povećati do 1:0,04. Prema G. Faureu (1989.) taj je omjer u sedimentima približno 1:0,05. Prihvatimo, prema podacima A. B. Ronova i A. A. Yaroshevskog (1978, 1993), da u sedimentima oceana (pelagijal plus police) ima oko (2,7-2,86) × 10 sedimenata kontinenata - oko (9,2-8,09 ) × 10 21 g C org. Slijedeći G. Forea, uzeli smo vrijednosti omjera Corg: Norg blizu 20:1, tada je sadržaj Horg u sedimentima oceanskog dna i polica približno jednak 1,36 × 10 20 g, au kontinentalnim sedimenti - 5,0 × 10 20

Kao prvu aproksimaciju pretpostavit ćemo da je razvoj života u oceanu ograničen sadržajem otopljenog fosfora u oceanskim vodama, a njegova se koncentracija tijekom vremena neznatno mijenja (Schopf, 1982). Iz toga slijedi da je biomasa oceana uvijek bila približno proporcionalna masi vode u samom oceanu. Evolucija mase vode u Svjetskom oceanu razmatrana je na sl. 112, krivulja 2). Uzimajući u obzir pretpostavku o proporcionalnosti biomase u oceanima prema masi samih oceanskih voda, možemo približno uzeti u obzir uklanjanje Norga zajedno s oceanskim sedimentima kroz zone nagomilavanja i subdukcije litosferne ploče tijekom geološki razvoj Zemlja. Odgovarajući izračuni (Sorokhtin, Ushakov, 1998.) pokazali su da je tijekom geološkog razvoja Zemlje (tj. tijekom proteklih 3,8-4 milijarde godina), zbog procesa koji se razmatra, oko 19,2 × 10 20 g dušika uklonjeno iz Zemlje. atmosfera. Toj količini dušika potrebno je dodati još jednu masu Norg ≈ 5,0 × 10 20 g, sačuvanu u sedimentima kontinenata i ondje akumuliranu tijekom razdoblja od oko 400 milijuna godina. Dakle, ukupno je tijekom života Zemlje iz njezine atmosfere uklonjeno približno 24,2 × 10 20 g dušika, što je ekvivalentno padu atmosferskog tlaka za 474 mbara (za usporedbu, parcijalni tlak dušika u modernom atmosfera je 765 mbar).

Razmotrimo dva ekstremna slučaja. Pretpostavimo najprije da do otplinjavanja dušika iz plašta uopće nije došlo, tada je moguće odrediti početni efektivni tlak 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, pretpostavit ćemo, kao što je učinjeno u (Sorokhtin i Ushakov, 1991.), da je gotovo sav dušik u atmosferi otplinjen iz plašta tijekom protekle 4 milijarde godina. Proces otplinjavanja dušika 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 doseže 3,42 × 10 20 g, a u omotaču dušika približno 4,07 × 10 21 g (Sorokhtin, Ushakov, 1998). Indeks mobilnosti dušika ne bi se trebao mijenjati s vremenom i bio je približno jednak χ(N 2) ≈ 0,934. Nakon proračuna akumulacije dušika u vanjskim geosferama Zemlje, dobiveni rezultati korigirani su za apsorpciju ovog plina u organskoj tvari i njegovo zakopavanje u stijenama i sedimentima. Preostali dio karakterizirao je evoluciju mase dušika u Zemljinoj atmosferi pod uvjetom njegove potpune otplinjenosti iz plašta.

Za obje opcije tada su izračunate krivulje razvoja parcijalnog tlaka dušika u Zemljinoj atmosferi (sl. 117, krivulje 1 i 3). Prava slika promjene tog tlaka tada bi morala odgovarati nekoj srednjoj krivulji, čiji se položaj može odrediti samo korištenjem Dodatne informacije prema klimama na Zemlji koje su postojale u prošlim geološkim epohama. Takva referentna točka, na primjer, može biti informacija o razvoju najgrandioznije glacijacije kontinenata u ranom proterozoiku, prije oko 2,5-2,3 milijarde godina. Kao što je prikazano u Pogl. 8, kontinentalne mase tada su se nalazile u niskim geografskim širinama (vidi sliku 98), ali su u isto vrijeme bile visoko iznad razine oceana (s prosječnom visinom od oko 4-3 km). Stoga bi se pojava takve glacijacije mogla dogoditi samo ako je prosječna temperatura Zemljina površina na razini mora tada nije prelazio +6 ... +7 ° S, tj. bila je oko 280 K.

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

Slika 98
1, tiliti i tiloidi; 2, konsolidirana kontinentalna kora; strelice na kanadskom štitu pokazuju otkrivene smjerove ledenjačkog sjenčanja; u bijelom - područje glacijacije. Av - Australija; SAM i UAm - Sjeverni i Južna Amerika; An - Antarktik; ZAF - zapadna Afrika; Af - Afrika; Ev - Europa; Ying - Indija; K - Sjeverna i Južna Kina; Sub - Sibir.

U nastavku će se pokazati da se u ranom proterozoiku atmosfera praktički sastojala samo od dušika uz mali dodatak argona, dok parcijalni pritisci kisik i ugljikov dioksid nisu prelazili 10 -6 odnosno 10 -2 atm, a solarna konstanta bila je S = 1,14 × 10 6 erg / cm 2 × s. Uz pretpostavku da je T s ≈ 280 K ≈ 7 °C za tu hladnu epohu, pronašli smo, koristeći adijabatsku teoriju efekta staklenika opisanu u nastavku, da je tlak atmosfere dušika u to vrijeme bio približno jednak p N 2 = 1,09 atm, dok je prema hipotezi o primatu atmosfera dušika u to vrijeme trebala biti p N 2 ≈ 1,19 atm, a prema hipotezi o potpunom otplinjavanju dušika iz plašta, p N 2 ≈ 0,99 atm. To pokazuje da je dušik moderne atmosfere približno 54% reliktnog plina i da je samo 46% otplinjeno iz plašta, a najvjerojatnija pravilnost u evoluciji tlaka dušika u Zemljinoj atmosferi prikazana je na sl. 117, krivulja 2.

Stranica 6 od 10

Uloga dušika u Zemljinoj atmosferi.

Dušik je glavni element Zemljine atmosfere. Njegova glavna uloga je reguliranje brzine oksidacije razrjeđivanjem kisika. Dakle, dušik utječe na brzinu i intenzitet bioloških procesa.

Dva su međusobno povezana načina ekstrakcije dušika iz Zemljine atmosfere:

• 1) anorganski,
• 2) biokemijski.

Slika 1. Geokemijski ciklus dušika (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Anorganska ekstrakcija dušika iz Zemljine atmosfere.

U Zemljinoj atmosferi pod djelovanjem električnih pražnjenja (za vrijeme grmljavinske oluje) ili u procesu foto kemijske reakcije(sunčevo zračenje) nastaju dušikovi spojevi (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 itd.). Ovi spojevi, otapajući se u kišnici, padaju na tlo zajedno s oborinama, padajući u tlo i vodu oceana.

Biološka fiksacija dušika

Biološko vezanje atmosferskog dušika provodi se:

• - u tlu - kvržične bakterije u simbiozi s višim biljkama,
• - u vodi - plankton mikroorganizmi i alge.

Količina biološki vezanog dušika znatno je veća od anorganski vezanog.

Kako se dušik vraća u Zemljinu atmosferu?

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

• - u procesu razgradnje bjelančevina nastaje amonijak i njegovi derivati ​​koji zatim dospijevaju u zrak i u oceanska voda,
• - nadalje amonijak i drugi koji sadrže dušik organski spojevi pod utjecajem bakterija Nitrosomonas i nitrobacteria stvaraju razne dušikove okside (N 2 O, NO, N 2 O 3 i N 2 O 5). Ovaj proces se zove nitrifikacija,
• — Dušična kiselina u interakciji s metalima daje soli. Ove soli napadaju denitrifikacijske bakterije,
• - u procesu denitrifikacija nastaje elementarni dušik koji se vraća natrag u atmosferu (primjer su podzemni plinski mlazovi koji se sastoje od čistog N 2).

Gdje se nalazi dušik?

Dušik ulazi u Zemljinu atmosferu putem vulkanskih erupcija u obliku amonijaka. Ulazeći u gornju atmosferu, amonijak (NH3) se oksidira i oslobađa dušik (N2).

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

• Dakle, glavni oblik prisutnosti dušika na površini našeg planeta je molekularni dušik (N 2) u sastavu Zemljine atmosfere.

Ovo je bio članak Dušik u sastavu Zemljine atmosfere – sadržaj u atmosferi je 78%. ". Pročitaj dalje: « Kisik u sastavu Zemljine atmosfere – sadržaj u atmosferi je 21%.«

Članci na temu "Atmosfera Zemlje":

• Utjecaj Zemljine atmosfere na ljudski organizam s povećanjem nadmorske visine.
• Visina i granice Zemljine atmosfere.

Struktura i sastav Zemljine atmosfere, mora se reći, nisu oduvijek bili konstante u bilo kojem trenutku evolucije našeg planeta. Danas je vertikalna struktura ovog elementa, čija ukupna "debljina" iznosi 1,5-2,0 tisuća km, predstavljena s nekoliko glavnih slojeva, uključujući:

1. Troposfera.
2. tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. mezosfera i mezopauza.
6. Termosfera.
7. egzosfera.

Osnovni elementi atmosfere

Troposfera je sloj u kojem se opažaju jaka vertikalna i horizontalna kretanja, tu se događaju vremenske prilike, oborinske pojave, klimatskim uvjetima. Proteže se 7-8 kilometara od površine planeta gotovo posvuda, s izuzetkom polarnih područja (tamo - do 15 km). U troposferi dolazi do postupnog 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 postocima:

Dušik - oko 78 posto;

Kisik - gotovo 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 prašina, kapljice vode, vodena para, produkti izgaranja, kristali leda, morske soli, mnoge čestice aerosola itd. Ovakav sastav Zemljine atmosfere promatra se do otprilike devedeset kilometara visine, pa zrak je približno isti u kemijskom sastavu, ne samo u troposferi, već iu gornjim slojevima. Ali tamo je atmosfera bitno drugačija. fizička svojstva. Sloj koji ima zajednički kemijski sastav naziva se homosfera.

Koji se drugi elementi nalaze u Zemljinoj atmosferi? Kao postotak (po volumenu, u suhom zraku), plinovi kao što su 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 masenom postotku od navedenih komponenti najviše je dušikovog oksida i vodika, zatim helija, kriptona i dr.

Fizička svojstva različitih atmosferskih slojeva

Fizička svojstva troposfere usko su povezana s njezinim kontaktom s površinom planeta. Stoga se ogleda sunčeva toplina u obliku infracrvenih zraka šalje se natrag, uključujući procese provođenja topline i konvekcije. Zato temperatura pada s udaljavanjem od površine zemlje. Ova pojava se opaža do visine stratosfere (11-17 kilometara), zatim temperatura postaje gotovo nepromijenjena do razine od 34-35 km, a zatim ponovno dolazi do porasta temperature do visine od 50 kilometara ( gornja granica stratosfere). Između stratosfere i troposfere nalazi se tanki međusloj tropopauze (do 1-2 km), gdje se opažaju stalne temperature iznad ekvatora - oko minus 70 ° C i niže. Iznad polova, tropopauza se ljeti "zagrije" do minus 45°C, zimi temperature ovdje variraju oko -65°C.

Plinski sastav Zemljine atmosfere uključuje važan element poput ozona. Pri površini je relativno malen (deset na minus šestu potenciju postotka), budući da plin nastaje pod utjecajem sunčeve svjetlosti iz atomskog kisika u gornjim dijelovima atmosfere. Konkretno, najveći dio ozona nalazi se na visini od oko 25 km, a cjelokupni "ozonski ekran" nalazi se u područjima od 7-8 km u području polova, od 18 km na ekvatoru pa sve do pedesetak kilometara. općenito iznad površine planeta.

Atmosfera štiti od sunčevog zračenja

Sastav zraka u Zemljinoj atmosferi ima vrlo važnu ulogu u očuvanju života, budući da pojedinačni kemijski elementi a sastavi uspješno ograničavaju pristup solarno zračenje na površinu zemlje i ljude, životinje i biljke koje žive na njoj. Na primjer, molekule vodene pare učinkovito apsorbiraju gotovo sve raspone infracrvenog zračenja, osim duljina u rasponu od 8 do 13 mikrona. Ozon, pak, apsorbira ultraljubičasto zračenje do valne duljine od 3100 A. Bez njegovog tankog sloja (u prosjeku će biti samo 3 mm ako se postavi na površinu planeta), samo voda na dubini većoj od 10 metara a podzemne špilje, u koje sunčevo zračenje ne dopire, mogu se nastanjivati.

Nula Celzija u stratopauzi

Između sljedeće dvije razine atmosfere, stratosfere i mezosfere, nalazi se značajan sloj - stratopauza. Otprilike odgovara visini maksimuma ozona i ovdje se promatra relativno ugodna temperatura za ljude - oko 0°C. Iznad stratopauze, u mezosferi (počinje negdje na visini od 50 km, a završava na visini od 80-90 km), ponovno dolazi do pada temperature s povećanjem udaljenosti od površine Zemlje (do minus 70-80 ° C). U mezosferi meteori obično potpuno izgore.

U termosferi - plus 2000 K!

Kemijski sastav Zemljine atmosfere u termosferi (počinje nakon mezopauze s visina od oko 85-90 do 800 km) određuje mogućnost takvog fenomena kao što je postupno zagrijavanje slojeva vrlo rijetkog "zraka" pod utjecajem sunčevog zračenja. U ovom dijelu "zračnog pokrivača" planeta javljaju se temperature od 200 do 2000 K, koje se dobivaju u vezi s ionizacijom kisika (iznad 300 km je atomski kisik), kao i rekombinacijom atoma kisika u molekule. , praćeno oslobađanjem velike količine topline. Termosfera je mjesto gdje nastaju aurore.

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

Kako je nastala zemljina atmosfera?

Ali, kao što je gore spomenuto, planet nije uvijek imao takav sastav atmosfere. Ukupno postoje tri koncepta podrijetla ovog elementa. Prva hipoteza pretpostavlja da je atmosfera uzeta u procesu akrecije iz protoplanetarnog oblaka. Međutim, danas je ova teorija podložna značajnim kritikama, budući da je takvu primarnu atmosferu morao uništiti solarni "vjetar" sa zvijezde u našem planetarnom sustavu. Osim toga, pretpostavlja se da hlapljivi elementi ne bi mogli ostati u zoni formiranja planeta prema vrsti zemaljska skupina zbog previsokih temperatura.

Sastav Zemljine primarne atmosfere, kako sugerira druga hipoteza, mogao bi nastati zbog aktivnog bombardiranja površine od strane asteroida i kometa koji su stigli iz blizine Sunčevog sustava na rani stadiji razvoj. Prilično je teško potvrditi ili opovrgnuti ovaj koncept.

Eksperiment u IDG RAS

Najvjerojatnija je treća hipoteza, koja vjeruje da je atmosfera nastala kao rezultat ispuštanja plinova iz plašta. Zemljina kora prije otprilike 4 milijarde godina. Ovaj koncept testiran je na Institutu za geologiju i geokemiju Ruske akademije znanosti tijekom eksperimenta nazvanog "Carev 2", kada je uzorak meteorske tvari zagrijavan u vakuumu. Tada je zabilježeno oslobađanje plinova kao što su H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 i dr. Stoga su znanstvenici s pravom pretpostavili da kemijski sastav Zemljine primarne atmosfere uključuje vodu i ugljični dioksid, pare fluorovodika ( HF), ugljični monoksid(CO), sumporovodik (H 2 S), dušikovi spojevi, vodik, metan (CH 4), pare amonijaka (NH 3), argon i dr. Vodena para iz primarne atmosfere sudjelovala je u stvaranju hidrosfere, ugljikov dioksid. bio u većoj mjeri u vezanom stanju u organskoj tvari i stijenama, dušik je prešao u sastav suvremenog zraka, a opet u sedimentne stijene i organske tvari.

Sastav Zemljine primarne atmosfere ne bi dopuštao moderni ljudi biti u njemu bez aparat za disanje, budući da tada nije bilo kisika u potrebnim količinama. Ovaj se element pojavio u značajnim količinama prije milijardu i pol godina, kako se vjeruje, u vezi s razvojem procesa fotosinteze u modrozelenim i drugim algama, koje su najstariji stanovnici našeg planeta.

Minimum kisika

Da je sastav Zemljine atmosfere u početku bio gotovo anoksičan, govori podatak da se lako oksidirani, ali ne i oksidirani grafit (ugljik) nalazi u najstarijim (katarhejskim) stijenama. Nakon toga su se pojavile takozvane trakaste željezne rude, koje su uključivale slojeve obogaćenih željeznih oksida, što znači pojavu na planetu snažnog izvora kisika u molekularnom obliku. No ti su se elementi pojavljivali samo povremeno (možda su se iste alge ili drugi proizvođači kisika pojavljivali kao mali otočići u anoksičnoj pustinji), dok je ostatak svijeta bio anaeroban. Potonjemu u prilog govori i činjenica da je lako oksidirajući pirit pronađen u obliku oblutaka obrađenih tečenjem bez tragova kemijskih reakcija. Budući da tekuće vode ne mogu biti slabo prozračene, razvilo se mišljenje da je atmosfera prije početka 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, pri čemu se iz jedne molekule hranjivih tvari (glukoze) može dobiti 38, a ne dvije (kao kod anaerobno disanje) jedinice energije. Sastav Zemljine atmosfere, u smislu kisika, počeo je prelaziti jedan posto modernog, počeo se pojavljivati ozonski omotačštite organizme od zračenja. Od nje su se "skrivale" pod debelim školjkama, na primjer, takve drevne životinje poput trilobita. Od tada do našeg vremena, sadržaj glavnog "respiratornog" elementa postupno se i polako povećavao, osiguravajući raznolik razvoj oblika života na planetu.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje, koja se okreće s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan s geološkim i geokemijskim procesima koji su se odvijali na našem planetu, kao i s aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se s površinom Zemlje, budući da zrak prodire u najmanje pore u tlu i otapa se čak iu vodi.

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

Atmosfera bogata kisikom omogućuje život na Zemlji. Atmosferski kisik koriste u procesu disanja ljudi, životinje i biljke.

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 leću, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju najviše se raspršuju zrake plave i plave boje.

Atmosfera zadržava najveći dio ultraljubičastog zračenja Sunca koje štetno djeluje na žive organizme. Također zadržava toplinu na površini Zemlje, sprječavajući hlađenje našeg planeta.

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.

Riža. 1. Građa Zemljine atmosfere

Zrak u troposferi zagrijava se od Zemljine površine, odnosno od kopna i vode. Stoga temperatura zraka u ovom sloju opada s visinom prosječno za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere doseže -55 °C. Istodobno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 ° C, au regiji Sjeverni pol-65 °S.

U troposferi je koncentrirano oko 80% mase atmosfere, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavinska nevremena, oluje, naoblaka i oborine, a događa se i vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) gibanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

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

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

Ovaj sloj sadrži ozon(ozon screen, ozonosfera), sloj koji apsorbira ultraljubičaste zrake, sprječava njihov prolaz do Zemlje i time štiti žive organizme na našem planetu. Zbog ozona temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere je u rasponu od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere nalazi se prijelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 50-80 km. Gustoća zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi izgleda crna, zvijezde su vidljive danju. Temperatura zraka pada na -75 (-90)°S.

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

U mezosferi i termosferi pod djelovanjem kozmičkih zraka molekule plina se raspadaju na nabijene (ionizirane) čestice atoma, pa se ovaj dio atmosfere naziva ionosfera- sloj vrlo prorijeđenog zraka, koji se nalazi na visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od ioniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakterizira visoka elektrifikacija, a dugi i srednji radiovalovi se reflektiraju od njega, kao od zrcala.

U ionosferi nastaju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i opažaju se oštre fluktuacije magnetskog polja.

Egzosfera

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

Sastav atmosfere

Atmosfera je mješavina plinova koja se sastoji od dušika (78,08%), kisika (20,95%), ugljičnog dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helija, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih plinova, ali je njihov sadržaj zanemariv (Tablica 1). Moderna kompozicija Zrak na Zemlji nastao je prije više od sto milijuna godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost dovela do njegove promjene. Trenutno se bilježi porast udjela CO 2 za oko 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu obavljaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavno značenje ovih plinova određeno je prvenstveno činjenicom da oni vrlo snažno apsorbiraju energiju zračenja i time značajno utječu na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tablica 1. Kemijski sastav suhog atmosferskog zraka u blizini zemljine površine

	Volumna koncentracija. %	Molekulska težina, jedinice
Kisik
Ugljični 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
Ugljični monoksid

Dušik, najčešći plin u atmosferi, kemijski malo aktivan.

Kisik, za razliku od dušika, kemijski je vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nepotpuno oksidiranih plinova koje u atmosferu ispuštaju vulkani. Bez kisika ne bi bilo razgradnje mrtve organske tvari.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi iznimno je velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa izgaranja, disanja živih organizama, truljenja i prije svega je glavni građevni materijal za stvaranje organske tvari tijekom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti svojstvo ugljičnog dioksida da propušta kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplinskog dugovalnog zračenja, što će stvoriti tzv. efekt staklenika, o čemu će biti riječi u nastavku.

Utjecaj na atmosferske procese, posebice na toplinski režim stratosfere, također ima ozon. 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 unutar 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri tlaku i temperaturi tla). Postoji porast sadržaja ozona od ekvatora prema polovima i godišnja varijacija s minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

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

Osim plinova, zrak sadrži vodena para i čvrste čestice. Potonji mogu imati prirodno i umjetno (antropogeno) podrijetlo. To su cvjetni pelud, sitni kristali soli, cestovna prašina, aerosolne nečistoće. Kada sunčeve zrake prodru kroz prozor, vide se golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u zraku gradova i velikih industrijskih centara, gdje se aerosolima dodaju emisije štetnih plinova i njihove nečistoće nastale izgaranjem goriva.

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

Vrijednost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona zadržava dugovalno toplinsko zračenje zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; podiže temperaturu zraka kada se vodeni slojevi kondenziraju.

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

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

Varijabilnost sadržaja vodene pare u troposferi određena je međudjelovanjem isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, tuče i snijega.

Procesi faznih prijelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (blizu mezopauze), zvani sedef i srebro, opažaju relativno rijetko. , dok troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cjelokupne Zemljine površine.

Količina vodene pare koja se može sadržavati u zraku ovisi o temperaturi zraka.

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

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

Zrak može biti bogati i nije zasićeno pare. Dakle, ako pri 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 postocima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka prema količini vodene pare koja se može sadržavati u 1 m L pri određenoj temperaturi. Na primjer, ako je radio tijekom emitiranja vremenske prognoze javio da je relativna vlažnost zraka 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na određenoj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost zraka, t. što je zrak bliže zasićenju, veća je vjerojatnost da će pasti.

Uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost zraka opažena je u ekvatorijalnom pojasu, budući da je tijekom cijele godine visoka temperatura zraka i postoji veliko isparavanje s površine oceana. Ista visoka relativna vlažnost je iu polarnim područjima, ali to je zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini zrak zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira sezonski - viša je zimi, a niža ljeti.

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

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

Kada se ohladi, zasićeni zrak ne može zadržati istu količinu vodene pare u sebi, on se zgušnjava (kondenzira) pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može promatrati ljeti u vedroj hladnoj noći.

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

uključeni u stvaranje oblaka Određena stvar suspendiran u troposferi.

Oblaci mogu imati drugačiji oblik, što ovisi o uvjetima njihova nastanka (tablica 14).

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

Obitelji	Vrste oblaka	Izgled
A. Gornji oblaci - iznad 6 km	I. perasti	Končasti, vlaknasti, bijeli
	II. cirokumulus	Slojevi i grebeni malih ljuskica i uvojaka, bijeli
	III. Cirostratus	Prozirni bjelkasti veo
B. Oblaci srednjeg sloja - iznad 2 km	IV. Altokumulus	Slojevi i grebeni bijele i sive boje
	V. Altostratificirani	Glatki veo mliječno sive boje
B. Niži oblaci - do 2 km	VI. Nimbostratus	Čvrsti bezoblični sivi sloj
	VII. Stratokumulus	Neprozirni slojevi i grebeni sive boje
	VIII. slojevito	Osvijetljeni sivi veo
D. Oblaci vertikalnog razvoja - od donjeg prema gornjem sloju	IX. Kumulus	Klubovi i kupole svijetlo bijeli, s poderanim rubovima na vjetru
	X. Kumulonimbus	Moćne kumulusne mase tamnoolovne boje

Zaštita atmosfere

Glavni izvor su industrijska poduzeća i automobile. U velikim gradovima problem onečišćenja plinom glavnih prometnih pravaca vrlo je akutan. Zato u mnogim veliki gradovi diljem svijeta, pa tako i kod nas, uveden ekološki nadzor toksičnosti ispušnih plinova automobila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti dotok sunčeve energije prema zemljinoj površini, što će dovesti do promjene prirodnih uvjeta.