Miért van annyi nitrogén a Föld légkörében? és megkapta a legjobb választ

Marat[guru] válasza
Több ok is azonosítható. OTTHON: A Föld az egyetlen bolygó Naprendszer, ahol kialakult, stabilizálódott és tovább fejlődik a fehérje életforma. A Föld elsődleges légkörének összetétele egyszerűbb volt: a forró vízgőz és a CO2, a vulkáni gázok fő termékei domináltak. A légkör lehűlése után a fotoszintézis és a vízkondenzáció folyamatai a CO2 arányának jelentős csökkenéséhez és a szabad oxigén megjelenéséhez vezettek. FONTOS: a fehérjebomlás termékei között (állati és növényi világ) a karbamid (karbamid) és a húgysav fontos szerepet játszik. Ezek az anyagok pedig fokozatosan visszafordíthatatlan (!) hidrolízisen mennek keresztül ammónia (NH3) képződésével. FONTOS: Az NH3 könnyebb gáz, mint az O2, CO2 és vízgőz keveréke – ezért fokozatosan felemelkedik a légkör felső rétegeibe, ahol az ultraibolya sugárzás hatására lassan oxidálódni kezd molekuláris oxigénnel, és képződik. szabad NITROGÉN és víz: NH3 + O2 => N2 + H2O. Mivel a nitrogén viszonylag nehéz gáz, visszatartja gravitációs mező Föld. Végül ne felejtsük el, hogy NORMÁL körülmények között az N2 kémiailag nagyon inert anyag; ez a tényező is hozzájárul a molekuláris nitrogén felhalmozódásához bolygónk légkörében.
Marat
Felvilágosult
(25806)
Re: "Még mindig nem értem, miért van olyan kevés nitrogén a Mars és a Vénusz légkörében."
Mert soha nem volt biomassza olyan mennyiségben, mint a Földön.
Re: "Valószínűleg azt akarod mondani, hogy más bolygókon a nitrogént főleg az ammónia képviseli."
Nem ezt mondtam 🙂
Re: "Az ammónia könnyű, ezért kiszivárog a légkörből."
Nem szivárog, de eléri az ultraibolya sugarak hatászónáját.
Re: "De a helyzet az, hogy a Mars és a Vénusz légkörében az ammónia még kevesebb, mint a hélium (a hélium nagyon könnyű gáz)"
Egyetértek.
Re "Igen, és nincs, amiből ammónia képződik, nincs élet, nincs szerves anyag."
Igaz, én is így értettem.

Válasz innen Yörgey Zaika[guru]
hello, nem, de az óriásbolygók, a Jupiter és a Szaturnusz, ott sincs nitrogén? Bekezdés... Maga a nitrogén kémiailag semleges és annyi van belőle, más gázok kémiailag agresszívabbak és mindennel és mindennel reagálnak, ez pedig kötött állapotban sók és ásványi anyagok formájában a kőzetekben.

Válasz innen Kirill Nikitin[guru]
Nem vagyok benne biztos, de szerintem ez az élő szervezetek (fehérjék) hatására megnövekedett nitrogénciklusnak köszönhető.

Válasz innen Mihail Levin[guru]
Megpróbálok gondolkodni...
A nitrogén nagyon gyakori elem, ezért mindenhol bőven legyen belőle.
A gáz jelenléte a légkörben a beérkezés (a bolygó belsejéből) és a világűrbe való távozás egyensúlyától függ.
A nitrogén könnyebb, mint a CO2, ezért gyorsabban távozik. Valószínűleg a Mars egyszerűen nem képes megtartani (mivel a Föld nem képes hidrogént vagy héliumot tartani).
De a Vénusszal - nagy kérdés. 4% nitrogén van a légkörben, de maga a légkör szörnyű, nem tény, hogy abszolút számokban kevesebb nitrogén van benne, mint a Föld.
A másik dolog az, hogy a Földnek nagyon kevés van szén-dioxid(bár a belek közül kiemelkedik). Itt az anyag már a víz és az azt megkötő élet jelenlétében van.

Válasz innen ARTEM.[fő]
A természetben a légköri nitrogénkötés két fő irányban történik - abiogén és biogén. Az első út főként a nitrogén és az oxigén reakcióit foglalja magában. Mivel a nitrogén kémiailag nagyon inert, nagy mennyiségű energiára (magas hőmérsékletre) van szükség az oxidációhoz. Ezeket a feltételeket villámkisülések során érik el, amikor a hőmérséklet eléri a 25 000 °C-ot vagy magasabbat. Ebben az esetben különféle nitrogén-oxidok képződnek. Fennáll annak a lehetősége is, hogy a félvezetők vagy a szélessávú dielektrikumok (sivatagi homok) felületén fotokatalitikus reakciók eredményeként abiotikus rögzítés következik be.
A molekuláris nitrogén nagy része (kb. 1,4 108 t/év) azonban biotikusan kötődik. Sokáig azt hitték, hogy a molekuláris nitrogént csak kis számú mikrobiális faj képes megkötni (bár széles körben elterjedt a Föld felszínén): az Azotobacter és Clostridium baktériumok, a hüvelyes növények csomóbaktériumai Rhizobium, cianobaktériumok Anabaena, Nostoc stb. Ismeretes, hogy sok más élőlény a vízben és a talajban, például az éger és más fák gumóiban található aktinomyceták (összesen 160 faj). Mindegyikük a molekuláris nitrogént ammóniumvegyületekké (NH4+) alakítja át. Ez a folyamat jelentős mennyiségű energiát igényel (1 g légköri nitrogén megkötéséhez a hüvelyes csomókban lévő baktériumok körülbelül 167,5 kJ-t fogyasztanak, azaz körülbelül 10 g glükózt oxidálnak). Látható tehát a növények és a nitrogénmegkötő baktériumok szimbiózisának kölcsönös előnye - az előbbiek „lakóhelyet” biztosítanak az utóbbiaknak és ellátják a fotoszintézis eredményeként nyert „üzemanyagot” - a glükózt, az utóbbiak a nitrogént. szükségesek a növények számára az asszimilált formában.
A biogén nitrogénkötési folyamatok során nyert ammónia és ammóniumvegyületek formájában lévő nitrogén gyorsan nitráttá és nitritté oxidálódik (ezt a folyamatot nitrifikációnak nevezik). Ez utóbbiak, amelyeket nem kapcsolnak össze növényi szövetekkel (és tovább a tápláléklánc mentén növényevők és ragadozók), nem maradnak sokáig a talajban. A legtöbb nitrát és nitrit jól oldódik, ezért a víz kimossa őket, és végül a világ óceánjaiba kerül (ez az áramlás a becslések szerint 2,5-8 107 tonna/év).
A növények és állatok szöveteiben található nitrogén haláluk után ammónifikáción (nitrogéntartalmú összetett vegyületek bomlása ammónia és ammóniumionok felszabadulásával) és denitrifikáción, azaz atomi nitrogén, valamint oxidjainak felszabadulásával megy keresztül. . Ezek a folyamatok teljes mértékben a mikroorganizmusok aerob és anaerob körülmények közötti aktivitásának köszönhetők.
Emberi tevékenység hiányában a nitrogénkötés és a nitrifikáció folyamatait a denitrifikáció ellentétes reakciói szinte teljesen kiegyenlítik. A nitrogén egy része a köpenyből vulkánkitörésekkel kerül a légkörbe, egy része szilárdan rögzítve van a talajban és az agyagásványokban, emellett a nitrogén folyamatosan szivárog a légkör felső rétegeiből a bolygóközi térbe.

A nitrogén egy közepesen aktív elem, amely rosszul reagál a természetes szervetlen vegyületekkel. Ezért nagy a valószínűsége annak, hogy ennek a gáznak jelentős része az elsődleges légkörben volt. Ebben az esetben a modern légkör nitrogénjének jelentős része a Föld mintegy 4,6 milliárd évvel ezelőtti keletkezése óta megőrződött relikvia, bár egy másik része már a Föld geológiai fejlődésének szakaszában gáztalanítható volt a köpenyből. a bolygónk. Figyelembe kell venni, hogy az élet megjelenésével a Földön, körülbelül 4,0-3,8 milliárd évvel ezelőtt, ez a gáz folyamatosan szerves anyagokhoz kötődött és az óceáni üledékekbe temetett, majd a szárazföldi élet megjelenése után (kb. 400 millió évvel ezelőtt) ) - és a kontinentális lelőhelyeken. Ezért az élőlények létfontosságú tevékenysége a szárazföldi élet fejlődésének hosszú időszaka során jelentősen csökkentheti a nitrogén parciális nyomását a Föld légkörében, és ezáltal megváltoztathatja a Föld klímáját. A nitrogénabszorpció hatásának kiszámításakor figyelembe kell venni, hogy az óceáni üledékek szerves nitrogénje (Norg) az üledékekkel együtt folyamatosan távozott az óceánokból az óceáni kéreg zsúfolt zónáin vagy az archaeusban a lemez alátolódási zónáin keresztül. a proterozoikum és a fanerozoikum. Ezt követően részben bekerült a kontinentális kéreg gránit-metamorf kőzetei közé, vagy bekerült a köpenybe, de részben ismét kigázosodott és ismét a légkörbe került.

A légköri nitrogénkötés biogén folyamata mellett láthatóan létezik egy meglehetősen hatékony, azonos irányú abiogén mechanizmus. Tehát J. Jung és M. McElroy számításai szerint (Yung, McElroy, 1979) a talajban nitrogénkötés történhet zivatar idején, mivel a nedves levegőben elektromos kisülések során salétromsav és salétromsav képződik.

A légkörből eltávolított nitrogén mennyiségének becslése nehéz, de lehetséges. Az üledékes kőzetek nitrogéntartalma általában közvetlenül összefügg a bennük eltemetett szerves szén koncentrációjával. Ezért az óceáni üledékekben eltemetett nitrogén mennyisége láthatóan megbecsülhető a bennük eltemetett szerves szén tömegére vonatkozó adatokból, Corg. Ehhez csak a H org és a C org arányossági együtthatóját kell meghatározni. A nyílt óceán fenéküledékeiben Corg: Norg: Porg körülbelül 106:20:0,91 (Lisitsyn és Vinogradov, 1982), de a nitrogén akár 80%-a gyorsan távozik szerves anyag, ezért az üledékekben a Corg:Norg arány akár 1:0,04-re is megnőhet. G. Faure (1989) szerint ez az arány az üledékekben körülbelül 1:0,05. Fogadjuk el A. B. Ronov és A. A. Yaroshevsky (1978, 1993) adatai szerint, hogy az óceánok üledékeiben (pelagiális plusz polcok) körülbelül (2,7-2,86) × 10 kontinens üledék - körülbelül (9,2-8,09) ) × 10 21 g C org. G. Fore nyomán a Corg: Norg arányok értékeit közel 20:1-hez vettük, majd az óceánfenék és a polcok üledékében a Horg-tartalom megközelítőleg 1,36 × 10 20 g, a kontinentálisban pedig kb. üledékek - 5,0 × 10 20

Első közelítésként azt feltételezzük, hogy az óceáni élet fejlődését az óceánvizek oldott foszfortartalma korlátozza, és koncentrációja az idő múlásával jelentéktelen mértékben változott (Schopf, 1982). Ebből az következik, hogy az óceánok biomassza mindig is megközelítőleg arányos maradt magának az óceánnak a víz tömegével. A világóceán víztömegének alakulását az 1. ábra szemlélteti. 112, 2. görbe). Figyelembe véve azt a feltételezést, hogy az óceánokban lévő biomassza arányos magának az óceán vizeinek tömegével, megközelítőleg figyelembe vesszük a Norg eltávolítását az óceáni üledékekkel együtt a zsúfoltság és a szubdukciós zónákon keresztül. litoszféra lemezek alatt geológiai fejlődés Föld. Megfelelő számítások (Sorokhtin, Ushakov, 1998) kimutatták, hogy a Föld geológiai fejlődése során (azaz az elmúlt 3,8-4 milliárd év során) a vizsgált folyamat következtében mintegy 19,2 × 10 20 g nitrogén távozott a Földből. légkör. Ehhez a nitrogénmennyiséghez további Norg ≈ 5,0 × 10 20 g tömeget kell hozzáadni, amely a kontinensek üledékeiben konzervált és ott felhalmozódott körülbelül 400 millió év alatt. Összességében tehát a Föld élete során körülbelül 24,2 × 10 20 g nitrogént távolítottak el a légköréből, ami megfelel a légköri nyomás 474 mbar-os csökkenésének (összehasonlításképpen a nitrogén parciális nyomása a modern világban). légkör 765 mbar).

Vegyünk két szélsőséges esetet. Tételezzük fel először, hogy a köpenyből történő nitrogéngáztalanítás egyáltalán nem történt meg, majd meg lehet határozni a Föld légkörének kezdeti effektív nyomását a katarchában (azaz 4,6-4,0 milliárd év intervallumban). Kiderül, hogy körülbelül 1,23 bar (1,21 atm) egyenlő.

A második esetben azt feltételezzük, ahogyan ez történt (Sorokhtin és Ushakov, 1991), hogy a légkörben lévő nitrogén szinte teljes mennyisége kigázosodott a köpenyből az elmúlt 4 milliárd év során. A köpenyből történő nitrogéngáztalanítás folyamatát a (29) és (30) kifejezések segítségével számítottuk ki, figyelembe véve, hogy a légkör jelenleg 3,87 × 10 21 g nitrogént tartalmaz, a kőzetekben és üledékekben a 3,42 × 10 20 g-ot, ill. a nitrogénköpenyben körülbelül 4,07 × 10 21 g (Sorokhtin, Ushakov, 1998). A nitrogén mobilitási indexének nem szabad idővel változnia, és megközelítőleg egyenlő volt χ(N 2) ≈ 0,934-gyel. A Föld külső geoszféráiban a nitrogén felhalmozódásának kiszámítása után a kapott eredményeket korrigáltuk ennek a gáznak a szerves anyagokban való abszorpciójára, valamint a kőzetekbe és üledékekbe való eltemetésére. A fennmaradó rész a nitrogéntömeg alakulását jellemezte a Föld légkörében a köpenyből való teljes gáztalanítás mellett.

Ezután mindkét lehetőségnél kiszámítottuk a nitrogén parciális nyomásának evolúciós görbéit a Föld légkörében (117. ábra, 1. és 3. görbe). Ennek a nyomásnak a változásának valós képének ilyenkor valamilyen köztes görbének kellene megfelelnie, amelynek helyzete csak a segítségével határozható meg. További információ a Föld múltbeli geológiai korszakokban fennálló klímái szerint. Ilyen referenciapont lehet például a kontinensek leggrandiózusabb eljegesedésének a korai proterozoikumban, mintegy 2,5-2,3 milliárd évvel ezelőtti kialakulásáról szóló információ. Ahogy a fejezetben látható. A 8. ábrán a kontinentális tömegek ekkor alacsony szélességi körökben helyezkedtek el (lásd 98. ábra), ugyanakkor magasan az óceán szintje felett helyezkedtek el (kb. 4-3 km-es átlagmagassággal). Ezért ilyen eljegesedés csak akkor fordulhat elő, ha az átlagos hőmérséklet a Föld felszíne tengerszinten akkor nem haladta meg a +6 ... +7 ° С-ot, azaz. körülbelül 280 K volt.

117. ábra.
1 - a nitrogénatmoszféra elsődlegességének hipotézise szerint; 2 - elfogadott opció; 3 - a nitrogénatmoszféra köpenyből történő gáztalanításának hipotézise szerint.

98. ábra
1, tillitek és tilloidok; 2, konszolidált kontinentális kéreg; nyilak a kanadai pajzson mutatják a gleccserárnyékolás feltárt irányait; fehérben - a jegesedés területe. Av - Ausztrália; SAM és UAm - Északi és Dél Amerika; An - Antarktisz; ZAF - Nyugat-Afrika; Af - Afrika; Ev - Európa; Ying - India; K - Észak- és Dél-Kína; Szo - Szibéria.

Az alábbiakban bemutatjuk, hogy a korai proterozoikumban a légkör gyakorlatilag csak nitrogénből állt, kis mennyiségű argon hozzáadásával, míg részleges nyomások az oxigén és a szén-dioxid nem haladta meg a 10 -6 és a 10 -2 atm értéket, a szoláris állandó pedig S = 1,14 × 10 6 erg / cm 2 × s volt. Feltételezve, hogy az adott hideg időszakra T s ≈ 280 K ≈ 7 °C, az alábbiakban ismertetett üvegházhatás adiabatikus elméletével azt találtuk, hogy a nitrogénatmoszféra nyomása ekkor megközelítőleg p N 2 = 1,09 atm volt. míg az elsődleges hipotézis szerint a nitrogénatmoszférának akkoriban p N 2 ≈ 1,19 atm, a köpenyből teljesen gáztalanított nitrogén hipotézise szerint pedig p N 2 ≈ 0,99 atm. Ez azt mutatja, hogy a modern légkör nitrogénjének körülbelül 54%-a a reliktumgáznak, és csak 46%-a gáztalanodik a köpenyből, és a Föld légkörében a nitrogénnyomás alakulásának legvalószínűbb szabályszerűsége az 1. ábrán látható. 117, 2. görbe.

6/10. oldal

A nitrogén szerepe a Föld légkörében.

Nitrogén a Föld légkörének fő eleme. Fő szerepe az oxidáció sebességének szabályozása az oxigén hígításával. Így a nitrogén befolyásolja a biológiai folyamatok sebességét és intenzitását.

A nitrogénnek a Föld légköréből való kinyerésének két egymással összefüggő módja van:

• 1) szervetlen,
• 2) biokémiai.

1. ábra Geokémiai nitrogénciklus (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Nitrogén szervetlen kivonása a Föld légköréből.

A Föld légkörében elektromos kisülések hatására (vihar idején) vagy fényképezés közben kémiai reakciók(napsugárzás) nitrogénvegyületek keletkeznek (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 stb.). Ezek az esővízben feloldódó vegyületek a csapadékkal együtt a talajba esnek az óceánok talajába és vizébe.

Biológiai nitrogénkötés

A légköri nitrogén biológiai megkötése:

• - a talajban - göb baktériumok szimbiózisban magasabb rendű növényekkel,
• - vízben - plankton mikroorganizmusok és algák.

A biológiailag kötött nitrogén mennyisége sokkal nagyobb, mint a szervetlen kötötté.

Hogyan kerül vissza a nitrogén a Föld légkörébe?

Az élő szervezetek maradványai számos mikroorganizmusnak való kitettség következtében lebomlanak. A folyamat során a nitrogén, amely az élőlények fehérjéinek része, egy sor átalakuláson megy keresztül:

• - a fehérjebomlás során ammónia és származékai keletkeznek, amelyek a levegőbe és a óceán vize,
• - további ammónia és egyéb nitrogéntartalmú szerves vegyületek baktériumok hatására a Nitrosomonas és a nitrobaktériumok különféle nitrogén-oxidokat (N 2 O, NO, N 2 O 3 és N 2 O 5) képeznek. Ezt a folyamatot ún nitrifikálás,
• — Salétromsav fémekkel kölcsönhatásba lépve sókat ad. Ezeket a sókat denitrifikáló baktériumok támadják meg,
• - a folyamat denitrifikáció elemi nitrogén képződik, amely visszakerül a légkörbe (példa erre a tiszta N 2 -ből álló földalatti gázsugarak).

Hol található a nitrogén?

A nitrogén vulkánkitöréseken keresztül ammónia formájában kerül a Föld légkörébe. A felső légkörbe kerülve az ammónia (NH 3) oxidálódik és nitrogént (N 2) szabadít fel.

A nitrogén az üledékes kőzetekben is eltemetett, és nagy mennyiségben található a bitumenes lerakódásokban. Ez a nitrogén azonban ezen kőzetek regionális metamorfózisa során is a légkörbe kerül.

• Így a nitrogén jelenlétének fő formája bolygónk felszínén a molekuláris nitrogén (N 2) a Föld légkörének összetételében.

Ez volt a cikk Nitrogén a Föld légkörének összetételében - a légkör tartalma 78%. ". Olvass tovább: « Oxigén a Föld légkörének összetételében - a légkör tartalma 21%.«

Cikkek a "Föld légköre" témában:

• A Föld légkörének hatása az emberi testre a magasság növekedésével.
• A Föld légkörének magassága és határai.

A Föld légkörének szerkezete és összetétele, meg kell mondani, nem mindig volt az állandók bolygónk fejlődésének bármely időpontjában. Ma ennek az elemnek a függőleges szerkezetét, amelynek teljes "vastagsága" 1,5-2,0 ezer km, több fő réteg képviseli, beleértve:

1. Troposzféra.
2. tropopauza.
3. Sztratoszféra.
4. Sztratopauza.
5. mezoszféra és mezopauza.
6. Termoszféra.
7. exoszféra.

A légkör alapelemei

A troposzféra egy olyan réteg, amelyben erős függőleges és vízszintes mozgások figyelhetők meg, itt vannak az időjárási, csapadékjelenségek, éghajlati viszonyok. Szinte mindenhol 7-8 kilométerre nyúlik el a bolygó felszínétől, kivéve a sarki régiókat (ott - 15 km-ig). A troposzférában a hőmérséklet fokozatosan csökken, körülbelül 6,4 ° C-kal minden magassági kilométerrel. Ez a szám a különböző szélességi körökben és évszakokban eltérő lehet.

A Föld légkörének összetételét ebben a részben a következő elemek és azok százalékos aránya képviseli:

Nitrogén - körülbelül 78 százalék;

Oxigén - csaknem 21 százalék;

Argon - körülbelül egy százalék;

Szén-dioxid - kevesebb, mint 0,05%.

Egyetlen kompozíció 90 kilométeres magasságig

Emellett megtalálhatók itt por, vízcseppek, vízgőz, égéstermékek, jégkristályok, tengeri sók, sok aeroszolrészecske stb.. A Föld légkörének ezt az összetételét megközelítőleg kilencven kilométeres magasságig figyeljük meg, így a levegő kémiai összetételében megközelítőleg azonos, nemcsak a troposzférában, hanem a felső rétegekben is. De ott a légkör alapvetően más. fizikai tulajdonságok. A közös kémiai összetételű réteget homoszférának nevezzük.

Milyen egyéb elemek találhatók a Föld légkörében? Százalékban (térfogatban, száraz levegőben) olyan gázok, mint a kripton (körülbelül 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogén (5,0 x 10 -5), metán (körülbelül 1,7 x 10 -7). 4), dinitrogén-oxid (5,0 x 10 -5) stb.. A felsorolt ​​komponensek tömegszázalékát tekintve a legtöbb a dinitrogén-oxid és a hidrogén, ezt követi a hélium, kripton stb.

Különböző légköri rétegek fizikai tulajdonságai

A troposzféra fizikai tulajdonságai szorosan összefüggenek a bolygó felszínéhez való kötődésével. Ezért a tükrözött naphő infravörös sugarak formájában visszaküldik, beleértve a hővezetési és konvekciós folyamatokat. Ezért csökken a hőmérséklet a földfelszíntől való távolsággal. Ez a jelenség a sztratoszféra magasságáig (11-17 kilométer) figyelhető meg, majd 34-35 km-ig szinte változatlanná válik a hőmérséklet, majd ismét 50 kilométeres magasságig emelkedik a hőmérséklet ( a sztratoszféra felső határa). A sztratoszféra és a troposzféra között van a tropopauza vékony közbenső rétege (legfeljebb 1-2 km), ahol állandó hőmérséklet figyelhető meg az Egyenlítő felett - körülbelül mínusz 70 ° C és alatta. A pólusok felett a tropopauza nyáron mínusz 45°C-ra "melegszik", télen itt -65°C körül ingadozik a hőmérséklet.

A Föld légkörének gázösszetétele magában foglalja fontos eleme mint az ózon. A felszín közelében viszonylag kicsi (tíz-mínusz hatodik százalék), mivel a gáz a napfény hatására képződik az atmoszféra felső részein lévő atomi oxigénből. Az ózon nagy része körülbelül 25 km-es tengerszint feletti magasságban található, és a teljes "ózonképernyő" a pólusok 7-8 km-es, az egyenlítői 18 km-es és akár ötven kilométeres területeken található. általában a bolygó felszíne felett.

A légkör véd a napsugárzástól

A Föld légkörében lévő levegő összetétele nagyon fontos szerepet játszik az élet megőrzésében, hiszen egyéni kémiai elemekés a kompozíciók sikeresen korlátozzák a hozzáférést napsugárzás a földfelszínre és a rajta élő emberekre, állatokra és növényekre. Például a vízgőzmolekulák hatékonyan elnyelik az infravörös sugárzás szinte minden tartományát, kivéve a 8 és 13 mikron közötti hosszúságokat. Az ózon viszont 3100 A hullámhosszig nyeli el az ultraibolya sugárzást. Vékony rétege nélkül (átlagosan csak 3 mm, ha a bolygó felszínére helyezzük) csak 10 méternél mélyebb víz. a földalatti barlangok pedig, ahová a napsugárzás nem jut el, belakhatók.

Nulla Celsius a sztratopauzában

A légkör következő két szintje, a sztratoszféra és a mezoszféra között van egy figyelemre méltó réteg - a sztratopauza. Ez megközelítőleg megfelel az ózonmaximumok magasságának, és itt az ember számára viszonylag kellemes hőmérsékletet figyelnek meg - körülbelül 0 ° C. A sztratopauza felett, a mezoszférában (valahol 50 km magasságban kezdődik és 80-90 km magasságban ér véget) ismét hőmérséklet csökkenés következik be a Föld felszínétől való növekvő távolsággal (mínusz 70-80 °C-ig). C). A mezoszférában a meteorok általában teljesen kiégnek.

A termoszférában - plusz 2000 K!

Kémiai összetétel a Föld légkörének termoszférában (a mezopauza után kezdődik körülbelül 85-90-800 km magasságból) meghatározza egy olyan jelenség lehetőségét, mint a nagyon ritka "levegő" rétegeinek fokozatos felmelegedése a napsugárzás hatására. A bolygó "levegőtakarójának" ezen részén 200 és 2000 K közötti hőmérsékletek fordulnak elő, amelyeket az oxigén ionizációjával (300 km felett az atomi oxigén), valamint az oxigénatomok molekulákká történő rekombinációjával kapnak. , amelyet nagy mennyiségű hő felszabadulása kísér. A termoszféra az a hely, ahol az aurorák erednek.

A termoszféra felett található az exoszféra - a légkör külső rétege, ahonnan könnyű és gyorsan mozgó hidrogénatomok juthatnak ki a világűrbe. A Föld légkörének kémiai összetételét itt inkább az alsó rétegekben az egyes oxigénatomok, a középső héliumatomok, a felső rétegekben szinte kizárólag hidrogénatomok képviselik. Itt magas hőmérséklet uralkodik - körülbelül 3000 K, és nincs légköri nyomás.

Hogyan alakult ki a Föld légköre?

De amint fentebb említettük, a bolygó légkörének nem mindig volt ilyen összetétele. Összességében három fogalom létezik ennek az elemnek az eredetéről. Az első hipotézis azt feltételezi, hogy a légkört egy protoplanetáris felhő akkréciója során vették. Ma azonban ezt az elméletet jelentős kritika éri, mivel az ilyen elsődleges légkört a bolygórendszerünk egyik csillagából származó napszél pusztította el. Ezenkívül feltételezik, hogy az illékony elemek típus szerint nem maradhattak a bolygóképződési zónában földi csoport túl magas hőmérséklet miatt.

A Föld elsődleges atmoszférájának a második hipotézisben megfogalmazott összetétele a Naprendszer közeléből érkezett aszteroidák és üstökösök aktív felszínbombázása következtében alakulhatott ki. korai szakaszaiban fejlődés. Ezt az elképzelést meglehetősen nehéz megerősíteni vagy cáfolni.

Kísérlet az IDG RAS-nál

A legvalószínűbb a harmadik hipotézis, amely szerint a légkör a köpenyből történő gázok felszabadulásának eredményeként jelent meg. földkéreg körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt. Ezt a koncepciót az Orosz Tudományos Akadémia Geológiai Földtani Intézetében tesztelték a "Tsarev 2" nevű kísérlet során, amikor egy meteorikus eredetű mintát vákuumban hevítettek. Ezután olyan gázok felszabadulását rögzítették, mint a H 2 , CH 4 , CO, H 2 O, N 2 és mások. Ezért a tudósok jogosan feltételezték, hogy a Föld elsődleges légkörének kémiai összetétele víz és szén-dioxid, hidrogén-fluorid gőzt tartalmaz. HF), szén-monoxid(CO), hidrogén-szulfid (H 2 S), nitrogénvegyületek, hidrogén, metán (CH 4), ammóniagőz (NH 3), argon stb. A primer atmoszférából származó vízgőz részt vett a hidroszféra kialakulásában, szén-dioxid nagyobb mértékben kötött állapotban volt szerves anyagokban és kőzetekben, a nitrogén átjutott a modern levegő összetételébe, majd ismét a üledékes kőzetekés szerves anyag.

A Föld elsődleges légkörének összetétele nem tenné lehetővé modern emberek legyen benne anélkül légzőkészülék, mivel akkor nem volt oxigén a szükséges mennyiségben. Ez az elem jelentős mennyiségben jelent meg másfél milliárd évvel ezelőtt, amint azt gondolják, a kék-zöld és más algák fotoszintézisének fejlődésével kapcsolatban, amelyek bolygónk legrégebbi lakói.

Oxigén minimum

Hogy a Föld légkörének összetétele kezdetben szinte anoxikus volt, azt jelzi, hogy a legősibb (katarchei) kőzetekben könnyen oxidálódó, de nem oxidálódó grafit (szén) található. Ezt követően megjelentek az úgynevezett sávos vasércek, amelyek dúsított vas-oxidok közbenső rétegeit tartalmazták, ami egy erőteljes oxigénforrás megjelenését jelenti a bolygón molekuláris formában. De ezek az elemek csak időszakosan találkoztak (talán ugyanazok az algák vagy más oxigéntermelők jelentek meg kis szigetként egy anoxikus sivatagban), míg a világ többi része anaerob volt. Ez utóbbit támasztja alá, hogy a könnyen oxidálódó piritet az áram által feldolgozott kavicsok formájában kémiai reakciók nyoma nélkül találták meg. Mivel az áramló vizeket nem lehet rosszul levegőztetni, az a nézet alakult ki, hogy a kambrium kezdete előtti légkör a mai összetételnek kevesebb mint egy százalékát tartalmazta.

Forradalmi változás a levegő összetételében

Körülbelül a proterozoikum közepén (1,8 milliárd évvel ezelőtt) zajlott le az „oxigén forradalom”, amikor a világ áttért az aerob légzésre, melynek során egy tápanyagmolekulából (glükózból) 38 nyerhető, nem kettő (mint pl. anaerob légzés) energiaegységek. A Föld légkörének összetétele az oxigén tekintetében kezdett meghaladni a modern egy százalékát, kezdett megjelenni ózon réteg az élőlények sugárzás elleni védelme. Tőle „rejtettek” vastag héjak alá, például olyan ősi állatokat, mint a trilobitok. Ettől kezdve egészen korunkig a fő "lélegeztető" elem tartalma fokozatosan és lassan nőtt, ami az életformák változatos fejlődését biztosítja a bolygón.

Légkör(a görög atmos szóból - gőz és szfária - labda) - a Föld léghéja, vele együtt forog. A légkör fejlődése szorosan összefüggött a bolygónkon zajló geológiai és geokémiai folyamatokkal, valamint az élő szervezetek tevékenységével.

A légkör alsó határa egybeesik a Föld felszínével, mivel a levegő behatol a talaj legkisebb pórusaiba, és még vízben is feloldódik.

A felső határ 2000-3000 km magasságban fokozatosan átmegy a világűrbe.

Az oxigénben gazdag légkör lehetővé teszi az életet a Földön. A légköri oxigént az emberek, állatok és növények légzési folyamatai során használják fel.

Ha nem lenne légkör, a Föld olyan csendes lenne, mint a Hold. Végül is a hang a levegő részecskéinek rezgése. Az égbolt kék színe azzal magyarázható, hogy a légkörön áthaladó napsugarak, mintha lencsén keresztül haladnának, összetevőszínekre bomlanak. Ebben az esetben a kék és kék színű sugarak szóródnak leginkább.

A légkör visszatartja a Nap ultraibolya sugárzásának nagy részét, ami káros hatással van az élő szervezetekre. A hőt is a Föld felszínén tartja, megakadályozva bolygónk lehűlését.

A légkör szerkezete

A légkörben több, sűrűségben és sűrűségben eltérő réteget lehet megkülönböztetni (1. ábra).

Troposzféra

Troposzféra- a légkör legalacsonyabb rétege, amelynek vastagsága a pólusok felett 8-10 km, a mérsékelt szélességeken - 10-12 km, az Egyenlítő felett - 16-18 km.

Rizs. 1. A Föld légkörének szerkezete

A troposzférában a levegő a földfelszínről, azaz a szárazföldről és a vízről melegszik fel. Ezért a levegő hőmérséklete ebben a rétegben a magassággal 100 méterenként átlagosan 0,6 °C-kal csökken, a troposzféra felső határán eléri a -55 °C-ot. Ugyanakkor a troposzféra felső határán az egyenlítő tartományában a levegő hőmérséklete -70 ° C, a régióban északi sark-65 °С.

A légkör tömegének mintegy 80%-a a troposzférában koncentrálódik, szinte az összes vízgőz elhelyezkedik, zivatarok, viharok, felhők és csapadékok fordulnak elő, valamint függőleges (konvekciós) és vízszintes (szél) légmozgás történik.

Elmondhatjuk, hogy az időjárás elsősorban a troposzférában alakul ki.

Sztratoszféra

Sztratoszféra- a légkörnek a troposzféra felett elhelyezkedő rétege, 8-50 km magasságban. Az égbolt színe ebben a rétegben lilának tűnik, ami a levegő ritkulásával magyarázható, ami miatt a napsugarak szinte nem szóródnak szét.

A sztratoszféra a légkör tömegének 20%-át tartalmazza. Ebben a rétegben a levegő ritka, gyakorlatilag nincs vízgőz, ezért felhők és csapadék szinte nem képződnek. A sztratoszférában azonban stabil légáramlások figyelhetők meg, amelyek sebessége eléri a 300 km / h-t.

Ez a réteg koncentrált ózon(ózonernyő, ozonoszféra), egy réteg, amely elnyeli az ultraibolya sugarakat, meggátolva azok eljutását a Földre, és ezáltal védi bolygónkon élő szervezeteket. Az ózon hatására a levegő hőmérséklete a sztratoszféra felső határán -50 és 4-55 °C között mozog.

A mezoszféra és a sztratoszféra között van egy átmeneti zóna - a sztratopauza.

Mezoszféra

Mezoszféra- 50-80 km magasságban elhelyezkedő légköri réteg. A levegő sűrűsége itt 200-szor kisebb, mint a Föld felszínén. A mezoszférában az égbolt színe feketének tűnik, napközben a csillagok láthatók. A levegő hőmérséklete -75 (-90)°C-ra csökken.

80 km-es magasságban kezdődik termoszféra. A levegő hőmérséklete ebben a rétegben meredeken 250 m magasságig emelkedik, majd állandósul: 150 km magasságban eléri a 220-240 °C-ot; 500-600 km magasságban meghaladja az 1500 °C-ot.

A mezoszférában és a termoszférában a kozmikus sugarak hatására a gázmolekulák atomok töltött (ionizált) részecskéivé bomlanak, ezért a légkör ezen részét ún. ionoszféra- egy nagyon ritka levegőréteg, amely 50-1000 km magasságban található, és főleg ionizált oxigénatomokból, nitrogén-oxid molekulákból és szabad elektronokból áll. Ezt a réteget magas villamosítás jellemzi, hosszú és közepes rádióhullámok verődnek vissza róla, akár egy tükörről.

Az ionoszférában aurorák keletkeznek - a ritka gázok izzása a Napból repülő elektromosan töltött részecskék hatására - és a mágneses tér éles ingadozásai figyelhetők meg.

Exoszféra

Exoszféra- a légkör külső rétege, amely 1000 km felett helyezkedik el. Ezt a réteget szórógömbnek is nevezik, mivel a gázrészecskék itt nagy sebességgel mozognak, és szétszóródhatnak a világűrbe.

A légkör összetétele

A légkör gázok keveréke, amely nitrogénből (78,08%), oxigénből (20,95%), szén-dioxidból (0,03%), argonból (0,93%), kis mennyiségű héliumból, neonból, xenonból, kriptonból (0,01%) áll, ózon és egyéb gázok, de ezek tartalmuk elenyésző (1. táblázat). Modern kompozíció A Föld levegője több mint százmillió évvel ezelőtt alakult ki, de az erősen megnövekedett emberi termelési tevékenység ennek ellenére változásához vezetett. Jelenleg körülbelül 10-12%-kal nőtt a CO 2 -tartalom.

A légkört alkotó gázok különféle funkcionális szerepeket töltenek be. E gázok fő jelentőségét azonban elsősorban az határozza meg, hogy nagyon erősen elnyelik a sugárzási energiát, és így jelentős hatást gyakorolnak a Föld felszínének és légkörének hőmérsékleti viszonyaira.

1. táblázat A száraz légköri levegő kémiai összetétele a földfelszín közelében

	Térfogatkoncentráció. %	Molekulatömeg, mértékegység
Oxigén
Szén-dioxid
Dinitrogén-oxid
	0 és 0,00001 között
Kén-dioxid	0-tól 0,000007-ig nyáron; 0 és 0,000002 között télen
	0-tól 0,000002-ig	46,0055/17,03061
Azog-dioxid
Szén-monoxid

Nitrogén, a légkör leggyakoribb gáza, kémiailag kevéssé aktív.

Oxigén A nitrogénnel ellentétben kémiailag nagyon aktív elem. Az oxigén specifikus funkciója a heterotróf élőlények, kőzetek és a vulkánok által a légkörbe kibocsátott, nem teljesen oxidált gázok szerves anyagainak oxidációja. Oxigén nélkül nem bomlanak le az elhalt szerves anyagok.

A szén-dioxid szerepe a légkörben kiemelkedően nagy. Az égési folyamatok, az élő szervezetek légzése, a bomlás következtében kerül a légkörbe, és mindenekelőtt a fotoszintézis során a szerves anyagok létrehozásának fő építőanyaga. Emellett nagy jelentőséggel bír a szén-dioxid azon tulajdonsága, hogy rövidhullámú napsugárzást továbbít és elnyeli a hosszúhullámú termikus sugárzás egy részét, ami létrehozza az úgynevezett üvegházhatást, amelyről az alábbiakban lesz szó.

A légköri folyamatokra, különösen a sztratoszféra termikus rezsimjére gyakorolt ​​hatást az is ózon. Ez a gáz a nap ultraibolya sugárzásának természetes elnyelőjeként szolgál, és a napsugárzás elnyelése a levegő felmelegedéséhez vezet. A légkör teljes ózontartalmának átlagos havi értékei a terület szélességétől és az évszaktól függően 0,23-0,52 cm-en belül változnak (ez az ózonréteg vastagsága talajnyomáson és hőmérsékleten). Az ózontartalom az egyenlítőtől a sarkokig növekszik, és éves ingadozást mutat, ősszel a minimum és tavasszal a maximum.

A légkör jellemző tulajdonságának nevezhető az a tény, hogy a fő gázok (nitrogén, oxigén, argon) tartalma kissé változik a magassággal: 65 km-es magasságban a légkörben a nitrogéntartalom 86%, az oxigén - 19 , argon - 0,91, 95 km magasságban - nitrogén 77, oxigén - 21,3, argon - 0,82%. A légköri levegő összetételének állandóságát függőlegesen és vízszintesen keverése tartja fenn.

A levegő a gázokon kívül tartalmaz vízpáraés szilárd részecskék. Ez utóbbiak lehetnek természetes és mesterséges (antropogén) eredetűek is. Ezek virágpor, apró sókristályok, útpor, aeroszolos szennyeződések. Amikor a nap sugarai behatolnak az ablakon, szabad szemmel is láthatók.

Különösen sok a szálló por a városok és a nagy ipari központok levegőjében, ahol a káros gázok kibocsátását és az üzemanyagok elégetésekor keletkező szennyeződéseiket az aeroszolokhoz adják.

A légkörben lévő aeroszolok koncentrációja határozza meg a levegő átlátszóságát, ami befolyásolja a Föld felszínét érő napsugárzást. A legnagyobb aeroszolok a kondenzációs magok (a lat. condensatio- tömörítés, sűrítés) - hozzájárulnak a vízgőz vízcseppekké történő átalakulásához.

A vízgőz értékét elsősorban az határozza meg, hogy késlelteti a földfelszín hosszúhullámú hősugárzását; a nagy és kis nedvességciklusok fő láncszeme; megemeli a levegő hőmérsékletét, amikor a vízágyak lecsapódnak.

A légkörben lévő vízgőz mennyisége időben és térben változik. Így a vízgőz koncentrációja a földfelszín közelében a trópusokon 3%-tól az Antarktiszon 2-10 (15)%-ig terjed.

A mérsékelt övi szélességi körökben a légkör függőleges oszlopában az átlagos vízgőztartalom körülbelül 1,6-1,7 cm (a kondenzált vízgőz réteg ilyen vastagságú lesz). A légkör különböző rétegeiben lévő vízgőzről szóló információk ellentmondásosak. Feltételezték például, hogy a 20 és 30 km közötti magassági tartományban a fajlagos páratartalom erősen növekszik a magassággal. A későbbi mérések azonban a sztratoszféra nagyobb szárazságát jelzik. Úgy tűnik, a sztratoszféra fajlagos páratartalma kevéssé függ a magasságtól, és 2-4 mg/kg.

A troposzférában a vízgőztartalom változékonyságát a párolgás, a kondenzáció és a horizontális transzport kölcsönhatása határozza meg. A vízgőz lecsapódása következtében felhők képződnek, és csapadék hullik eső, jégeső és hó formájában.

A víz fázisátalakulásának folyamatai főként a troposzférában zajlanak, ezért a sztratoszférában (20-30 km magasságban) és a mezoszférában (a mezopauza közelében) viszonylag ritkán figyelhetők meg a gyöngyháznak és ezüstnek nevezett felhők. , míg a troposzférikus felhők gyakran a teljes földfelszín mintegy 50%-át borítják.

A levegőben tárolható vízgőz mennyisége a levegő hőmérsékletétől függ.

1 m 3 levegő -20 ° C hőmérsékleten legfeljebb 1 g vizet tartalmazhat; 0 ° C-on - legfeljebb 5 g; +10 ° C-on - legfeljebb 9 g; +30 ° C-on - legfeljebb 30 g víz.

Következtetés: Minél magasabb a levegő hőmérséklete, annál több vízgőzt tartalmazhat.

Levegő lehet gazdagés nem telített gőz. Tehát, ha +30 ° C hőmérsékleten 1 m 3 levegő 15 g vízgőzt tartalmaz, a levegő nincs vízgőzzel telítve; ha 30 g - telített.

Abszolút nedvesség- ez az 1 m 3 levegőben lévő vízgőz mennyisége. Gramban van kifejezve. Például, ha azt mondják, hogy "az abszolút páratartalom 15", akkor ez azt jelenti, hogy 1 ml 15 g vízgőzt tartalmaz.

Relatív páratartalom- ez az 1 m 3 levegő tényleges vízgőztartalmának aránya (százalékban) az 1 m L-ben egy adott hőmérsékleten befogadható vízgőz mennyiségéhez. Például, ha a rádió az időjárás-jelentés adása közben azt jelentette, hogy a relatív páratartalom 70%, ez azt jelenti, hogy a levegőben van az adott hőmérsékleten megtartott vízgőz 70%-a.

Minél nagyobb a levegő relatív páratartalma, t. minél közelebb van a levegő a telítettséghez, annál valószínűbb, hogy leesik.

Mindig magas (akár 90%-os) relatív páratartalom figyelhető meg az egyenlítői zónában, mivel egész évben magas a levegő hőmérséklete és nagymértékű párolgás történik az óceánok felszínéről. Ugyanilyen magas a relatív páratartalom a sarki régiókban is, de ez azért van így, mert alacsony hőmérsékleten már kis mennyiségű vízgőz is telítetté vagy telítettségéhez közelivé teszi a levegőt. A mérsékelt szélességi körökön a relatív páratartalom szezonálisan változik - télen magasabb, nyáron alacsonyabb.

A levegő relatív páratartalma a sivatagokban különösen alacsony: ott 1 m 1 levegőben kétszer-háromszor kevesebb a vízgőz, mint amennyi adott hőmérsékleten lehetséges.

A relatív páratartalom mérésére higrométert használnak (a görög hygros - nedves és metreco - én mérem szóból).

A telített levegő lehűtve nem képes ugyanannyi vízgőzt visszatartani magában, besűrűsödik (kondenzálódik), ködcseppekké alakul. Nyáron tiszta hűvös éjszakán köd figyelhető meg.

Felhők- ez ugyanaz a köd, csak nem a földfelszínen, hanem egy bizonyos magasságban képződik. Ahogy a levegő felemelkedik, lehűl, és a benne lévő vízgőz lecsapódik. A keletkező apró vízcseppek alkotják a felhőket.

részt vesz a felhők képződésében részecske a troposzférában felfüggesztve.

Felhők lehetnek különböző alakú, ami kialakulásuk körülményeitől függ (14. táblázat).

A legalacsonyabb és legnehezebb felhők a rétegfelhők. A földfelszíntől 2 km-es magasságban helyezkednek el. 2-8 km-es magasságban festőibb gomolyfelhők figyelhetők meg. A legmagasabbak és a legkönnyebbek a pehelyfelhők. A földfelszín felett 8-18 km-es magasságban helyezkednek el.

Családok	Felhők fajtái	Megjelenés
A. Felső felhők - 6 km felett	I. Pinnate	Fonálszerű, rostos, fehér
	II. cirrocumulus	Kis pelyhek és fürtök rétegei és gerincei, fehér
	III. Cirrostratus	Átlátszó fehéres fátyol
B. A középső réteg felhői - 2 km felett	IV. Középmagas gomolyos felhő	Fehér és szürke rétegek és gerincek
	V. Altostratus	Tejszürke színű sima fátyol
B. Alsó felhők - 2 km-ig	VI. Nimbosztrátusz	Tömör formátlan szürke réteg
	VII. Gomolyos rétegfelhő	Átlátszatlan szürke rétegek és gerincek
	VIII. rétegzett	Világító szürke fátyol
D. A függőleges fejlődés felhői - az alsótól a felső szintig	IX. Gomolyfelhő	A csapok és kupolák élénk fehérek, szélben szakadt szélekkel
	X. Cumulonimbus	Erőteljes, gomolyfelhő alakú, sötét ólomszínű tömegek

Légkörvédelem

A fő forrás a ipari vállalkozásokés autók. A nagyvárosokban a fő közlekedési útvonalak gázszennyezésének problémája nagyon akut. Ezért sokaknál nagyobb városok szerte a világon, így hazánkban is, bevezették az autók kipufogógázai toxicitásának környezetvédelmi ellenőrzését. Szakértők szerint a levegőben lévő füst és por a felére csökkentheti a napenergia földfelszínre áramlását, ami a természeti viszonyok megváltozásához vezet.