Kodėl Žemės atmosferoje yra tiek daug azoto? ir gavo geriausią atsakymą

Atsakymas iš Marat[guru]
Galima nustatyti keletą priežasčių. PRADŽIA: Žemė yra vienintelė planeta saulės sistema, kur susiformavo, stabilizavosi ir toliau vystosi baltyminė gyvybės forma. Pirminės Žemės atmosferos sudėtis buvo paprastesnė: vyravo karšto vandens garai ir CO2, pagrindiniai vulkaninių dujų produktai. Atvėsus atmosferai, dėl fotosintezės ir vandens kondensacijos procesų labai sumažėjo CO2 dalis ir atsirado laisvo deguonies. SVARBU: tarp baltymų skilimo produktų (gyvūninės ir daržovių pasaulis) karbamidas (karbamidas) ir šlapimo rūgštis atlieka svarbų vaidmenį. Šios medžiagos, savo ruožtu, palaipsniui vyksta negrįžtamai (!) hidrolizei, susidarant amoniakui (NH3). SVARBU: NH3 yra lengvesnės dujos nei O2, CO2 ir vandens garų mišinys – todėl pamažu kyla į viršutinius atmosferos sluoksnius, kur, veikiant ultravioletiniams spinduliams, pradeda lėtai oksiduotis su molekuliniu deguonimi. laisvas AZOTAS ir vanduo: NH3 + O2 => N2 + H2O. Kadangi azotas yra gana sunkios dujos, jis sulaikomas gravitacinis laukasŽemė. Galiausiai nepamirškite, kad NORMALIomis sąlygomis N2 yra labai chemiškai inertiška medžiaga; šis veiksnys taip pat prisideda prie molekulinio azoto kaupimosi mūsų planetos atmosferoje.
Maratas
Nušvitęs
(25806)
Re: „Vis dar nesuprantu, kodėl Marso ir Veneros atmosferoje tiek mažai azoto“.
Nes tokio kiekio biomasės kaip Žemėje dar niekada nebuvo.
Re: "Tikriausiai norite pasakyti, kad kitose planetose azotą daugiausia sudaro amoniakas."
Aš to nesakiau 🙂
Re: "Amoniakas yra lengvas, todėl išteka iš atmosferos."
Neišteka, bet pasiekia ultravioletinių spindulių veikimo zoną.
Re: "Bet faktas yra tas, kad amoniako Marso ir Veneros atmosferoje yra net mažiau nei helio (helis yra labai lengvos dujos)"
Aš sutinku.
Re "Taip, ir iš ten nėra ko formuoti amoniako, nėra gyvybės, nėra organinių medžiagų".
Teisingai, aš turėjau omenyje tą patį.

Atsakymas iš Yoergey Zaika[guru]
sveiki, ne, bet planetos milžiniškos Jupiteris ir Saturnas, ar ten taip pat nėra azoto? Pastraipa... Pats azotas yra chemiškai neutralus ir jo labai daug, kitos dujos yra chemiškai agresyvesnės ir reaguoja su viskuo ir viskuo, o tai yra surištoje būsenoje druskų ir mineralų pavidalu uolienose.

Atsakymas iš Kirilas Nikitinas[guru]
Nesu tikras, bet manau, kad taip yra dėl padidėjusio azoto ciklo, veikiant gyviems organizmams (baltymams).

Atsakymas iš Michailas Levinas[guru]
Pabandysiu pagalvoti...
Azotas yra labai dažnas elementas, todėl visur jo turėtų būti daug.
Dujų buvimas atmosferoje priklauso nuo atvykimo (iš planetos žarnų) ir pabėgimo į kosmosą pusiausvyros.
Azotas yra lengvesnis už CO2, todėl greičiau pasišalina. Greičiausiai Marsas jo tiesiog negali išlaikyti (kaip Žemė negali laikyti vandenilio ar helio).
Bet su Venera – didelis klausimas. Jo atmosferoje yra 4% azoto, bet pati atmosfera yra monstriška, tai nėra faktas, kad absoliučiais skaičiais joje yra mažiau azoto nei Žemėje.
Kitas dalykas – Žemė turi labai mažai anglies dvideginis(nors ir išsiskiria iš vidurių). Čia materija jau yra vandens ir ją surišančios gyvybės akivaizdoje.

Atsakymas iš ARTIOMAS.[meistras]
Atmosferos azoto fiksacija gamtoje vyksta dviem pagrindinėmis kryptimis – abiogenine ir biogenine. Pirmasis būdas daugiausia apima azoto reakcijas su deguonimi. Kadangi azotas yra chemiškai labai inertiškas, oksidacijai reikia daug energijos (aukštos temperatūros). Šios sąlygos pasiekiamos žaibo išlydžių metu, kai temperatūra pasiekia 25 000 °C ir daugiau. Tokiu atveju susidaro įvairūs azoto oksidai. Taip pat yra galimybė, kad abiotinė fiksacija įvyksta dėl fotokatalitinių reakcijų ant puslaidininkių arba plačiajuosčio ryšio dielektrikų (dykumos smėlio) paviršių.
Tačiau pagrindinė molekulinio azoto dalis (apie 1,4 108 t/metus) fiksuojama biotiškai. Ilgą laiką buvo manoma, kad molekulinį azotą gali surišti tik nedidelė dalis mikrobų rūšių (nors plačiai paplitusių Žemės paviršiuje): Azotobacter ir Clostridium bakterijos, ankštinių augalų gumbinės bakterijos Rhizobium, cianobakterijos Anabaena, Nostoc ir kt. Yra žinoma, kad daugelis kitų organizmų vandenyje ir dirvožemyje, pavyzdžiui, aktinomicetai alksnio ir kitų medžių gumbuose (iš viso 160 rūšių). Visi jie molekulinį azotą paverčia amonio junginiais (NH4+). Šiam procesui reikia nemažai energijos (1 g atmosferinio azoto fiksuoti bakterijos ankštinių augalų mazgeliuose išleidžia apie 167,5 kJ, tai yra, oksiduoja apie 10 g gliukozės). Taigi matoma abipusė augalų ir azotą fiksuojančių bakterijų simbiozės nauda – pirmosios suteikia pastarosioms „vietą gyventi“ ir aprūpina „kuru“, gautu fotosintezės metu – gliukoze, antrosios – azotu. būtini augalams tokia forma, kokią jie įsisavina.
Azotas amoniako ir amonio junginių pavidalu, gautas biogeninio azoto fiksavimo procesuose, greitai oksiduojasi iki nitratų ir nitritų (šis procesas vadinamas nitrifikacija). Pastarieji, nesusieti augalų audiniais (o toliau maisto grandinėje – žolėdžių ir plėšrūnų), dirvoje ilgai neužsibūna. Dauguma nitratų ir nitritų yra labai tirpūs, todėl juos nuplauna vanduo ir galiausiai patenka į vandenynus (šis srautas vertinamas 2,5–8 107 tonos per metus).
Azotas, įtrauktas į augalų ir gyvūnų audinius po jų mirties, yra amonifikuojamas (sudėtingų azoto turinčių junginių skilimas, išskiriant amoniako ir amonio jonus) ir denitrifikacija, tai yra, išsiskiria atominis azotas, taip pat jo oksidai. . Šie procesai yra visiškai dėl mikroorganizmų aktyvumo aerobinėmis ir anaerobinėmis sąlygomis.
Nesant žmogaus veiklos, azoto fiksavimo ir nitrifikacijos procesus beveik visiškai subalansuoja priešingos denitrifikacijos reakcijos. Dalis azoto į atmosferą patenka iš mantijos su ugnikalnių išsiveržimais, dalis yra tvirtai įsitvirtinusi dirvose ir molio mineraluose, be to, azotas nuolat nuteka iš viršutinių atmosferos sluoksnių į tarpplanetinę erdvę.

Azotas yra vidutiniškai aktyvus elementas, blogai reaguojantis su natūraliais neorganiniais junginiais. Todėl yra didelė tikimybė, kad nemažas šių dujų kiekis buvo pirminėje atmosferoje. Šiuo atveju nemaža dalis šiuolaikinės atmosferos azoto yra reliktas, išsilaikęs nuo Žemės susiformavimo maždaug prieš 4,6 milijardo metų, nors kita jo dalis galėjo būti degazuota iš mantijos jau geologinėje atmosferos vystymosi stadijoje. mūsų planeta. Reikia atsižvelgti į tai, kad gyvybei Žemėje atsiradus maždaug prieš 4,0-3,8 milijardo metų, šios dujos nuolat buvo susietos su organinėmis medžiagomis ir palaidotos vandenynų nuosėdose, o atsiradus gyvybei sausumoje (prieš maždaug 400 mln. ) – ir žemyniniuose telkiniuose. Todėl gyvybinė organizmų veikla per ilgą sausumos gyvybės vystymosi laikotarpį galėtų žymiai sumažinti dalinį azoto slėgį Žemės atmosferoje ir taip pakeisti Žemės klimatą. Apskaičiuojant azoto absorbcijos poveikį, reikia atsižvelgti į tai, kad vandenynų nuosėdų organinis azotas (Norg) kartu su nuosėdomis buvo nuolat šalinamas iš vandenynų per vandenyno plutos susigrūdimo zonas Archėjuje arba per plokščių požemio zonas. proterozojaus ir fanerozojaus. Po to jis iš dalies buvo įtrauktas į žemyninės plutos granito metamorfines uolienas arba pateko į mantiją, bet iš dalies vėl degazavo ir vėl pateko į atmosferą.

Be biogeninio atmosferos azoto fiksavimo proceso, matyt, yra gana efektyvus tos pačios krypties abiogeninis mechanizmas. Taigi, J. Jung ir M. McElroy skaičiavimais (Yung, McElroy, 1979), azoto fiksacija dirvožemyje gali įvykti per perkūniją dėl azoto ir azoto rūgščių susidarymo elektros iškrovų metu drėgname ore.

Įvertinti iš atmosferos pašalinto azoto kiekį sunku, bet įmanoma. Azoto kiekis nuosėdinėse uolienose dažniausiai tiesiogiai koreliuoja su jose palaidotos organinės anglies koncentracija. Todėl vandenynų nuosėdose palaidoto azoto kiekį, matyt, galima įvertinti pagal duomenis apie jose palaidotos organinės anglies masę, Corg. Norėdami tai padaryti, jums tereikia nustatyti proporcingumo koeficientą tarp H org ir C org. Atviro vandenyno dugno nuosėdose Corg: Norg: Porg yra maždaug lygus 106:20:0,91 (Lisitsyn ir Vinogradov, 1982), tačiau iki 80% azoto greitai pasišalina. organinės medžiagos, todėl santykis Corg:Norg nuosėdose gali padidėti iki 1:0,04. Pasak G. Faure (1989), šis santykis nuosėdose yra maždaug 1:0,05. Priimkime A. B. Ronovo ir A. A. Jaroševskio (1978, 1993) duomenimis, kad apie (2,7-2,86) × 10 žemynų nuosėdų - apie (9,2-8,09) × 10 21 g C org. Sekdami G. Fore, mes paėmėme santykio Corg: Norg vertes, artimas 20:1, tada Horgo kiekis vandenyno dugno ir šelfų nuosėdose yra maždaug lygus 1,36 × 10 20 g, o žemyne. nuosėdos - 5,0 × 10 20

Pirmiausia manysime, kad gyvybės vystymąsi vandenyne riboja ištirpusio fosforo kiekis vandenynų vandenyse, o jo koncentracija laikui bėgant kito nežymiai (Schopf, 1982). Iš to išplaukia, kad vandenyno biomasė visada išliko maždaug proporcinga vandens masei pačiame vandenyne. Vandens masės raida Pasaulio vandenyne buvo nagrinėjama pav. 112, 2 kreivė). Atsižvelgdami į prielaidą apie vandenynuose esančios biomasės proporcingumą pačių vandenyno vandenų masei, galime apytiksliai atsižvelgti į Norgo pašalinimą kartu su vandenyno nuosėdomis per susigrūdimo ir subdukcijos zonas. litosferos plokštės metu geologinė raidaŽemė. Atitinkami skaičiavimai (Sorokhtin, Ushakov, 1998) parodė, kad Žemės geologinės raidos metu (t. y. per pastaruosius 3,8-4 mlrd. metų) dėl nagrinėjamo proceso iš Žemės gelmių buvo pašalinta apie 19,2 × 10 20 g azoto. atmosfera. Prie tokio azoto kiekio reikia pridėti dar vieną Norg ≈ 5,0 × 10 20 g masę, išsilaikiusią žemynų nuosėdose ir susikaupusią per maždaug 400 milijonų metų. Taigi iš viso per Žemės gyvavimo laikotarpį iš jos atmosferos buvo pašalinta apie 24,2 × 10 20 g azoto, o tai prilygsta atmosferos slėgio sumažėjimui 474 mbar (palyginimui, dalinis azoto slėgis šiuolaikinėje atmosfera yra 765 mbar).

Panagrinėkime du kraštutinius atvejus. Pirmiausia darykime prielaidą, kad azoto degazavimas iš mantijos iš viso neįvyko, tada galima nustatyti pradinį efektyvų Žemės atmosferos slėgį katarche (ty 4,6-4,0 mlrd. metų intervale). Pasirodo, jis yra maždaug lygus 1,23 baro (1,21 atm).

Antruoju atveju manysime, kaip buvo padaryta (Sorokhtinas ir Ušakovas, 1991), kad beveik visas atmosferoje esantis azotas buvo degazuotas iš mantijos per pastaruosius 4 milijardus metų. Azoto degazavimo iš mantijos procesas buvo apskaičiuotas naudojant (29) ir (30) išraiškas, atsižvelgiant į tai, kad atmosferoje šiuo metu yra 3,87 × 10 21 g azoto, jo kiekis uolienose ir nuosėdose siekia 3,42 × 10 20 g, o azoto mantijoje apie 4,07 × 10 21 g (Sorokhtin, Ushakov, 1998). Azoto judrumo indeksas laikui bėgant neturėtų keistis ir buvo maždaug lygus χ(N 2) ≈ 0,934. Apskaičiavus azoto kaupimąsi išorinėse Žemės geosferose, gauti rezultatai buvo pakoreguoti pagal šių dujų absorbciją organinėse medžiagose ir užkasimą uolienose bei nuosėdose. Likusi dalis apibūdino azoto masės evoliuciją Žemės atmosferoje, kai ji visiškai pašalinama iš mantijos.

Tada abiem variantams buvo apskaičiuotos dalinio azoto slėgio Žemės atmosferoje evoliucijos kreivės (117 pav., 1 ir 3 kreivės). Tada tikrasis šio slėgio pokyčio vaizdas turėtų atitikti kokią nors tarpinę kreivę, kurios padėtį galima nustatyti tik naudojant Papildoma informacija pagal Žemės klimatą, kuris egzistavo praėjusiose geologinėse epochose. Pavyzdžiui, toks atskaitos taškas gali būti informacija apie grandioziausio žemynų ledyno vystymąsi ankstyvajame proterozojaus laikotarpiu, maždaug prieš 2,5–2,3 mlrd. Kaip parodyta sk. 8, žemyninės masės tada buvo išsidėsčiusios žemose platumose (žr. 98 pav.), bet tuo pat metu jos buvo aukštai virš vandenyno lygio (vidutinis aukštis apie 4-3 km). Todėl toks apledėjimas galėtų atsirasti tik esant vidutinei temperatūrai žemės paviršiaus jūros lygyje tada neviršijo +6 ... +7 ° С, t.y. buvo apie 280 tūkst.

117 pav.
1 - pagal azoto atmosferos pirmumo hipotezę; 2 - priimtas variantas; 3 - pagal hipotezę apie azoto atmosferos degazavimą iš mantijos.

98 pav.
1, tillitai ir tilloidai; 2, konsoliduota žemyninė pluta; rodyklės ant Kanados skydo rodo atskleistas ledyno šešėlio kryptis; balta spalva - apledėjimo sritis. Av – Australija; SAM ir UAm – Šiaurės ir Pietų Amerika; An – Antarktida; ZAF – Vakarų Afrika; Af – Afrika; Ev - Europa; Ying – Indija; K – Šiaurės ir Pietų Kinija; Šeštadienis – Sibiras.

Žemiau bus parodyta, kad ankstyvajame proterozojaus atmosferoje praktiškai buvo tik azotas su nedideliu argono priedu, o dalinis slėgis deguonies ir anglies dioksido neviršijo atitinkamai 10 -6 ir 10 -2 atm, o saulės konstanta buvo S = 1,14 × 10 6 erg / cm 2 × s. Darant prielaidą, kad tos šaltos epochos T s ≈ 280 K ≈ 7 °C, pagal toliau aprašytą šiltnamio efekto adiabatinę teoriją nustatėme, kad azoto atmosferos slėgis tuo metu buvo maždaug lygus p N 2 = 1,09 atm. , tuo tarpu pagal pirmumo hipotezę azoto atmosfera tuo metu turėjo būti p N 2 ≈ 1,19 atm, o pagal hipotezę, kad azotas visiškai išdujintas iš mantijos, p N 2 ≈ 0,99 atm. Tai rodo, kad šiuolaikinės atmosferos azotas sudaro maždaug 54% reliktinių dujų ir tik 46% yra degazuota iš mantijos, o labiausiai tikėtinas azoto slėgio raidos Žemės atmosferoje dėsningumas parodytas Fig. 117, 2 kreivė.

6 puslapis iš 10

Azoto vaidmuo Žemės atmosferoje.

Azotas yra pagrindinis Žemės atmosferos elementas. Jo pagrindinis vaidmuo yra reguliuoti oksidacijos greitį skiedžiant deguonį. Taigi azotas įtakoja biologinių procesų greitį ir intensyvumą.

Yra du tarpusavyje susiję būdai, kaip išgauti azotą iš Žemės atmosferos:

• 1) neorganinis,
• 2) biocheminis.

1 pav. Geocheminis azoto ciklas (V.A. Vronskis, G.V. Voitkevičius)

Neorganinis azoto ištraukimas iš Žemės atmosferos.

Žemės atmosferoje, veikiant elektros iškrovoms (per perkūniją) arba fotografuojant cheminės reakcijos(saulės spinduliuotės) susidaro azoto junginiai (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 ir kt.). Šie junginiai, ištirpę lietaus vandenyje, kartu su krituliais nukrenta ant žemės, patenka į dirvą ir vandenynų vandenį.

Biologinis azoto fiksavimas

Biologinis atmosferos azoto surišimas atliekamas:

• - dirvožemyje - gumbų bakterijos simbiozėje su aukštesniais augalais,
• - vandenyje - planktono mikroorganizmai ir dumbliai.

Biologiškai surišto azoto kiekis yra daug didesnis nei neorganiškai fiksuoto.

Kaip azotas grįžta į Žemės atmosferą?

Gyvų organizmų liekanos suyra dėl daugelio mikroorganizmų poveikio. Proceso metu azotas, kuris yra organizmų baltymų dalis, patiria daugybę transformacijų:

• - baltymų irimo procese susidaro amoniakas ir jo dariniai, kurie vėliau patenka į orą ir į vandenyno vanduo,
• - toliau amoniako ir kito azoto turinčio organiniai junginiai veikiamos bakterijų Nitrosomonas ir nitrobakterijos sudaro įvairius azoto oksidus (N 2 O, NO, N 2 O 3 ir N 2 O 5). Šis procesas vadinamas nitrifikacija,
• — Azoto rūgštis sąveikaudamas su metalais duoda druskų. Šias druskas puola denitrifikuojančios bakterijos,
• - Proceso eigoje denitrifikacija susidaro elementinis azotas, kuris grįžta atgal į atmosferą (pavyzdys – požeminės dujų srovės, susidedančios iš gryno N 2).

Kur randamas azotas?

Azotas į Žemės atmosferą patenka per ugnikalnių išsiveržimus amoniako pavidalu. Patekęs į viršutinius atmosferos sluoksnius, amoniakas (NH 3) oksiduojasi ir išskiria azotą (N 2).

Azotas taip pat yra palaidotas nuosėdinėse uolienose ir dideliais kiekiais randamas bituminėse nuosėdose. Tačiau šis azotas taip pat patenka į atmosferą šių uolienų regioninio metamorfizmo metu.

• Taigi pagrindinė azoto buvimo mūsų planetos paviršiuje forma yra molekulinis azotas (N 2) Žemės atmosferos sudėtyje.

Tai buvo straipsnis Azotas Žemės atmosferos sudėtyje - atmosferoje yra 78%. “. Skaitykite toliau: « Deguonis Žemės atmosferos sudėtyje - atmosferoje yra 21%.«

Straipsniai tema „Žemės atmosfera“:

• Žemės atmosferos poveikis žmogaus organizmui didėjant aukščiui.
• Žemės atmosferos aukštis ir ribos.

Reikia pasakyti, kad Žemės atmosferos struktūra ir sudėtis ne visada buvo tokia konstantos bet kuriuo mūsų planetos vystymosi momentu. Šiandien vertikalią šio elemento struktūrą, kurios bendras „storis“ yra 1,5–2,0 tūkst. km, vaizduoja keli pagrindiniai sluoksniai, įskaitant:

1. Troposfera.
2. tropopauzė.
3. Stratosfera.
4. Stratopauzė.
5. mezosfera ir mezopauzė.
6. Termosfera.
7. egzosfera.

Pagrindiniai atmosferos elementai

Troposfera yra sluoksnis, kuriame stebimi stiprūs vertikalūs ir horizontalūs judesiai, būtent čia oras, kritulių reiškiniai, klimato sąlygos. Jis tęsiasi 7-8 kilometrus nuo planetos paviršiaus beveik visur, išskyrus poliarinius regionus (ten - iki 15 km). Troposferoje temperatūra palaipsniui mažėja, maždaug 6,4 ° C su kiekvienu aukščio kilometru. Skirtingose ​​platumose ir metų laikais šis skaičius gali skirtis.

Žemės atmosferos sudėtis šioje dalyje pavaizduota šiais elementais ir jų procentais:

Azoto – apie 78 proc.;

Deguonis – beveik 21 proc.;

argonas – apie vieną procentą;

Anglies dioksidas – mažiau nei 0,05 proc.

Viena kompozicija iki 90 kilometrų aukščio

Be to, čia galima rasti dulkių, vandens lašelių, vandens garų, degimo produktų, ledo kristalų, jūros druskų, daug aerozolių dalelių ir kt.. Tokia Žemės atmosferos sudėtis stebima iki maždaug devyniasdešimties kilometrų aukščio, todėl oras cheminė sudėtis yra maždaug tokia pati ne tik troposferoje, bet ir viršutiniuose sluoksniuose. Tačiau ten atmosfera iš esmės kitokia. fizines savybes. Sluoksnis, turintis bendrą cheminę sudėtį, vadinamas homosfera.

Kokie kiti elementai yra Žemės atmosferoje? Procentais (pagal tūrį, sausame ore) tokios dujos kaip kriptonas (apie 1,14 x 10 -4), ksenonas (8,7 x 10 -7), vandenilis (5,0 x 10 -5), metanas (apie 1,7 x 10 - 4), azoto oksidas (5,0 x 10 -5) ir kt. Pagal išvardintų komponentų masės procentą daugiausia yra azoto oksido ir vandenilio, po to seka helis, kriptonas ir kt.

Skirtingų atmosferos sluoksnių fizinės savybės

Fizinės troposferos savybės yra glaudžiai susijusios su jos prisirišimu prie planetos paviršiaus. Taigi atsispindi saulės šilumos infraraudonųjų spindulių pavidalu siunčiamas atgal, įskaitant šilumos laidumo ir konvekcijos procesus. Štai kodėl temperatūra krenta didėjant atstumui nuo žemės paviršiaus. Toks reiškinys stebimas iki stratosferos aukščio (11-17 kilometrų), tada temperatūra praktiškai nekinta iki 34-35 km, o tada vėl temperatūra pakyla iki 50 kilometrų aukščio ( viršutinė stratosferos riba). Tarp stratosferos ir troposferos yra plonas tarpinis tropopauzės sluoksnis (iki 1-2 km), kuriame virš pusiaujo stebima pastovi temperatūra - apie minus 70 ° C ir žemiau. Virš ašigalių tropopauzė vasarą „įšyla“ iki minus 45°C, žiemą temperatūra čia svyruoja apie –65°C.

Į Žemės atmosferos dujų sudėtį įeina svarbus elementas kaip ozonas. Prie paviršiaus jo yra palyginti nedaug (nuo dešimties iki minus šeštosios procento galios), nes dujos susidaro veikiamos saulės spindulių iš atominio deguonies viršutinėse atmosferos dalyse. Visų pirma, didžioji ozono dalis yra maždaug 25 km aukštyje, o visas „ozono ekranas“ yra 7–8 km atstumu nuo ašigalių, nuo 18 km ties pusiauju ir iki penkiasdešimties kilometrų. apskritai virš planetos paviršiaus.

Atmosfera saugo nuo saulės spindulių

Oro sudėtis Žemės atmosferoje vaidina labai svarbų vaidmenį išsaugant gyvybę, nes ji yra individuali cheminiai elementai ir kompozicijos sėkmingai apriboja prieigą saulės radiacijaį žemės paviršių ir joje gyvenančius žmones, gyvūnus ir augalus. Pavyzdžiui, vandens garų molekulės efektyviai sugeria beveik visus infraraudonųjų spindulių diapazonus, išskyrus ilgius nuo 8 iki 13 mikronų. Ozonas, priešingai, sugeria ultravioletinius spindulius iki 3100 A bangos ilgio. Be plono jo sluoksnio (vidutiniškai 3 mm, jei jis yra planetos paviršiuje), tik vanduo, esantis daugiau nei 10 metrų gylyje, ir požeminiai urvai, ten, kur saulės spinduliai nepasiekia, gali būti apgyvendinti.

Nulis Celsijaus stratopauzėje

Tarp kitų dviejų atmosferos lygių – stratosferos ir mezosferos – yra nuostabus sluoksnis – stratopauzė. Ji maždaug atitinka ozono maksimumų aukštį ir čia stebima gana patogi žmogui temperatūra – apie 0°C. Virš stratopauzės, mezosferoje (prasideda kažkur 50 km aukštyje ir baigiasi 80-90 km aukštyje), temperatūra vėl nukrenta didėjant atstumui nuo Žemės paviršiaus (iki minus 70-80 °). C). Mezosferoje meteorai dažniausiai visiškai perdega.

Termosferoje - plius 2000 K!

Cheminė sudėtisŽemės atmosferos termosferoje (prasideda po mezopauzės nuo maždaug 85-90 iki 800 km aukščio) lemia tokio reiškinio, kaip laipsniškas labai išretėjusio „oro“ sluoksnių kaitimas saulės spinduliuotės įtakoje, galimybę. Šioje planetos „oro dangos“ dalyje susidaro nuo 200 iki 2000 K temperatūra, kuri gaunama dėl deguonies jonizacijos (virš 300 km yra atominis deguonis), taip pat deguonies atomų rekombinacija į molekules. , lydimas didelio šilumos kiekio išsiskyrimo. Termosfera yra ta vieta, kur atsiranda auroros.

Virš termosferos yra egzosfera – išorinis atmosferos sluoksnis, iš kurio į kosmosą gali ištrūkti lengvi ir greitai judantys vandenilio atomai. Žemės atmosferos cheminę sudėtį čia labiau atspindi atskiri deguonies atomai apatiniuose sluoksniuose, helio atomai viduryje ir beveik vien vandenilio atomai viršutiniuose sluoksniuose. Čia vyrauja aukšta temperatūra – apie 3000 K ir nėra atmosferos slėgio.

Kaip susidarė žemės atmosfera?

Tačiau, kaip minėta aukščiau, planeta ne visada turėjo tokią atmosferos sudėtį. Iš viso yra trys šio elemento kilmės sąvokos. Pirmoji hipotezė daro prielaidą, kad atmosfera buvo paimta akrecijos procese iš protoplanetinio debesies. Tačiau šiandien ši teorija susilaukia didelės kritikos, nes tokią pirminę atmosferą turėjo sunaikinti saulės „vėjas“ iš mūsų planetos sistemos žvaigždės. Be to, daroma prielaida, kad lakieji elementai negalėjo likti planetos formavimosi zonoje pagal tipą antžeminė grupė dėl per aukštos temperatūros.

Pirminės Žemės atmosferos sudėtis, kaip rodo antroji hipotezė, galėjo susidaryti dėl aktyvaus paviršiaus bombardavimo asteroidams ir kometoms, atvykusiems iš Saulės sistemos apylinkių ankstyvosios stadijos plėtra. Gana sunku patvirtinti ar paneigti šią koncepciją.

Eksperimentuokite IDG RAS

Labiausiai tikėtina yra trečioji hipotezė, kuri mano, kad atmosfera atsirado dėl dujų išsiskyrimo iš mantijos. Žemės pluta maždaug prieš 4 milijardus metų. Ši koncepcija buvo išbandyta Rusijos mokslų akademijos Geologijos geologijos institute atliekant eksperimentą, pavadintą „Tsarev 2“, kai meteorinės kilmės mėginys buvo šildomas vakuume. Tada buvo užfiksuotas tokių dujų kaip H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 ir tt išsiskyrimas. Todėl mokslininkai pagrįstai manė, kad pirminės Žemės atmosferos cheminė sudėtis apima vandenį ir anglies dioksidą, vandenilio fluoridą. garai (HF), smalkės(CO), vandenilio sulfidas (H 2 S), azoto junginiai, vandenilis, metanas (CH 4), amoniako garai (NH 3), argonas ir kt. Pirminės atmosferos vandens garai dalyvavo formuojant hidrosferą, anglies dioksidas Daugiausia buvo surištos organinėse medžiagose ir uolienose, azotas pateko į šiuolaikinio oro sudėtį ir vėl į nuosėdinės uolienos ir organinės medžiagos.

Pirminės Žemės atmosferos sudėtis to neleistų šiuolaikiniai žmonės būti jame be kvėpavimo aparatas, nes tada nebuvo reikiamo kiekio deguonies. Šis elementas atsirado dideliais kiekiais prieš pusantro milijardo metų, kaip manoma, dėl fotosintezės proceso vystymosi melsvai žaliuose ir kituose dumbliuose, kurie yra seniausi mūsų planetos gyventojai.

Deguonies minimumas

Tai, kad Žemės atmosferos sudėtis iš pradžių buvo beveik beanoksinė, rodo tai, kad seniausiose (Katarchėjos) uolienose randamas lengvai oksiduojantis, bet neoksiduojamas grafitas (anglis). Vėliau atsirado vadinamosios juostinės geležies rūdos, apimančios praturtintų geležies oksidų tarpsluoksnius, o tai reiškia galingo molekulinės formos deguonies šaltinio atsiradimą planetoje. Tačiau šie elementai pasitaikydavo tik periodiškai (galbūt tie patys dumbliai ar kiti deguonies gamintojai pasirodydavo kaip mažos salelės anoksinėje dykumoje), o likęs pasaulis buvo anaerobinis. Pastarąjį patvirtina faktas, kad lengvai oksiduojamas piritas buvo rastas akmenukų pavidalu, apdorotų srovės be cheminių reakcijų pėdsakų. Kadangi tekantis vanduo negali būti blogai aeruojamas, susiformavo nuomonė, kad atmosferoje iki Kambro pradžios buvo mažiau nei vienas procentas dabartinės sudėties deguonies.

Revoliucinis oro sudėties pokytis

Maždaug proterozojaus viduryje (prieš 1,8 milijardo metų) įvyko „deguonies revoliucija“, kai pasaulis perėjo prie aerobinio kvėpavimo, kurio metu iš vienos maistinės medžiagos molekulės (gliukozės) galima gauti 38, o ne dvi (kaip su anaerobinis kvėpavimas) energijos vienetai. Žemės atmosferos sudėtis deguonies atžvilgiu pradėjo viršyti vieną procentą šiuolaikinės, pradėjo atsirasti ozono sluoksnis apsaugoti organizmus nuo radiacijos. Būtent nuo jos „paslėpė“ po storais lukštais, pavyzdžiui, tokius senovinius gyvūnus kaip trilobitai. Nuo tada iki mūsų laikų pagrindinio „kvėpavimo“ elemento turinys palaipsniui ir lėtai didėjo, todėl planetoje vystėsi įvairios gyvybės formos.

Atmosfera(iš graikų kalbos atmos – garai ir sfarija – rutulys) – Žemės oro apvalkalas, besisukantis kartu su juo. Atmosferos raida buvo glaudžiai susijusi su mūsų planetoje vykstančiais geologiniais ir geocheminiais procesais, taip pat su gyvų organizmų veikla.

Apatinė atmosferos riba sutampa su Žemės paviršiumi, nes oras prasiskverbia į smulkiausias dirvožemio poras ir ištirpsta net vandenyje.

Viršutinė riba 2000–3000 km aukštyje palaipsniui pereina į kosmosą.

Atmosfera, kurioje gausu deguonies, leidžia gyventi Žemėje. Atmosferos deguonis naudojamas žmonių, gyvūnų ir augalų kvėpavimo procese.

Jei nebūtų atmosferos, Žemė būtų tyli kaip mėnulis. Juk garsas yra oro dalelių vibracija. Mėlyna dangaus spalva paaiškinama tuo, kad saulės spinduliai, prasiskverbę per atmosferą, tarsi pro objektyvą, suskaidomi į savo sudedamąsias spalvas. Šiuo atveju labiausiai išsklaidomi mėlynos ir mėlynos spalvos spinduliai.

Atmosfera sulaiko didžiąją dalį Saulės ultravioletinės spinduliuotės, o tai neigiamai veikia gyvus organizmus. Jis taip pat palaiko šilumą Žemės paviršiuje, neleidžiant mūsų planetai atvėsti.

Atmosferos struktūra

Atmosferoje galima išskirti kelis sluoksnius, kurie skiriasi tankiu ir tankiu (1 pav.).

Troposfera

Troposfera- žemiausias atmosferos sluoksnis, kurio storis virš ašigalių yra 8-10 km, vidutinio klimato platumose - 10-12 km, o virš pusiaujo - 16-18 km.

Ryžiai. 1. Žemės atmosferos sandara

Oras troposferoje šildomas nuo žemės paviršiaus, t.y. nuo žemės ir vandens. Todėl oro temperatūra šiame sluoksnyje didėjant aukščiui kas 100 m mažėja vidutiniškai 0,6 °C. Viršutinėje troposferos riboje ji siekia -55 °C. Tuo pačiu metu pusiaujo srityje prie viršutinės troposferos ribos oro temperatūra yra -70 ° C, o regione Šiaurės ašigalis-65 °С.

Troposferoje sutelkta apie 80% atmosferos masės, išsidėsto beveik visi vandens garai, perkūnija, audros, debesys ir krituliai, vyksta vertikalus (konvekcinis) ir horizontalus (vėjo) oro judėjimas.

Galima sakyti, kad oras daugiausia susidaro troposferoje.

Stratosfera

Stratosfera- atmosferos sluoksnis, esantis virš troposferos 8–50 km aukštyje. Dangaus spalva šiame sluoksnyje atrodo violetinė, o tai paaiškinama oro retėjimu, dėl kurio saulės spinduliai beveik neišsisklaido.

Stratosferoje yra 20% atmosferos masės. Oras šiame sluoksnyje yra išretėjęs, vandens garų praktiškai nėra, todėl debesys ir krituliai beveik nesusidaro. Tačiau stratosferoje stebimos stabilios oro srovės, kurių greitis siekia 300 km/val.

Šis sluoksnis yra koncentruotas ozonas(ozono ekranas, ozonosfera), sluoksnis, sugeriantis ultravioletinius spindulius, neleidžiantis jiems patekti į Žemę ir taip apsaugoti gyvus organizmus mūsų planetoje. Dėl ozono oro temperatūra viršutinėje stratosferos riboje yra nuo -50 iki 4-55 °C.

Tarp mezosferos ir stratosferos yra pereinamoji zona – stratopauzė.

Mezosfera

Mezosfera- atmosferos sluoksnis, esantis 50-80 km aukštyje. Oro tankis čia yra 200 kartų mažesnis nei Žemės paviršiuje. Dangaus spalva mezosferoje atrodo juoda, dieną matomos žvaigždės. Oro temperatūra nukrenta iki -75 (-90)°C.

80 km aukštyje prasideda termosfera. Oro temperatūra šiame sluoksnyje smarkiai pakyla iki 250 m aukščio, o vėliau tampa pastovi: 150 km aukštyje pasiekia 220-240 °C; 500-600 km aukštyje viršija 1500 °C.

Mezosferoje ir termosferoje, veikiant kosminiams spinduliams, dujų molekulės skyla į įkrautas (jonizuotas) atomų daleles, todėl ši atmosferos dalis vadinama. jonosfera- labai išretinto oro sluoksnis, esantis 50–1000 km aukštyje, daugiausia susidedantis iš jonizuotų deguonies atomų, azoto oksido molekulių ir laisvųjų elektronų. Šiam sluoksniui būdingas didelis elektrifikavimas, nuo jo, kaip nuo veidrodžio, atsispindi ilgos ir vidutinės radijo bangos.

Jonosferoje atsiranda auroros – išretėjusių dujų švytėjimas, veikiamas iš Saulės skrendančių elektra įkrautų dalelių – ir stebimi staigūs magnetinio lauko svyravimai.

Egzosfera

Egzosfera- išorinis atmosferos sluoksnis, esantis virš 1000 km. Šis sluoksnis taip pat vadinamas sklaidos sfera, nes dujų dalelės čia juda dideliu greičiu ir gali būti išsklaidytos į kosmosą.

Atmosferos sudėtis

Atmosfera yra dujų mišinys, susidedantis iš azoto (78,08%), deguonies (20,95%), anglies dioksido (0,03%), argono (0,93%), nedidelio kiekio helio, neono, ksenono, kriptono (0,01%), ozono ir kitų dujų, tačiau jų kiekis yra nereikšmingas (1 lentelė). Šiuolaikinė kompozicijaŽemės oras susiformavo daugiau nei prieš šimtą milijonų metų, tačiau smarkiai išaugęs žmogaus gamybinis aktyvumas vis dėlto lėmė jo pokyčius. Šiuo metu CO 2 kiekis padidėja apie 10-12%.

Atmosferą sudarančios dujos atlieka įvairius funkcinius vaidmenis. Tačiau pagrindinę šių dujų reikšmę pirmiausia lemia tai, kad jos labai stipriai sugeria spinduliavimo energiją ir taip daro didelę įtaką Žemės paviršiaus ir atmosferos temperatūros režimui.

1 lentelė. Sauso atmosferos oro prie žemės paviršiaus cheminė sudėtis

	Tūrio koncentracija. %	Molekulinė masė, vienetai
Deguonis
Anglies dvideginis
Azoto oksidas
	nuo 0 iki 0,00001
Sieros dioksidas	nuo 0 iki 0,000007 vasarą; nuo 0 iki 0,000002 žiemą
	Nuo 0 iki 0,000002	46,0055/17,03061
Azogo dioksidas
Smalkės

Azotas, atmosferoje dažniausiai pasitaikančios dujos, chemiškai mažai aktyvios.

Deguonis, skirtingai nei azotas, yra chemiškai labai aktyvus elementas. Specifinė deguonies funkcija – heterotrofinių organizmų, uolienų organinių medžiagų, ugnikalnių į atmosferą išmetamų nepilnai oksiduotų dujų oksidacija. Be deguonies nebūtų ir negyvų organinių medžiagų.

Anglies dioksido vaidmuo atmosferoje yra nepaprastai didelis. Jis patenka į atmosferą dėl degimo, gyvų organizmų kvėpavimo, irimo procesų ir visų pirma yra pagrindinė statybinė medžiaga organinėms medžiagoms kurti fotosintezės metu. Be to, didelę reikšmę turi anglies dioksido savybė perduoti trumpųjų bangų saulės spinduliuotę ir sugerti dalį šiluminės ilgosios bangos spinduliuotės, kuri sukurs vadinamąjį šiltnamio efektą, apie kurį bus kalbama toliau.

Įtaką atmosferos procesams, ypač stratosferos šiluminiam režimui, taip pat daro ozonas.Šios dujos tarnauja kaip natūralus saulės ultravioletinės spinduliuotės sugėriklis, o saulės spinduliuotės sugertis sukelia oro šildymą. Vidutinės mėnesio bendro ozono kiekio atmosferoje vertės skiriasi priklausomai nuo vietovės platumos ir sezono 0,23–0,52 cm (tai yra ozono sluoksnio storis esant žemės slėgiui ir temperatūrai). Nuo pusiaujo iki ašigalių ozono kiekis didėja, o metinis svyravimas – minimalus rudenį ir didžiausias pavasarį.

Būdinga atmosferos savybė gali būti vadinama tai, kad pagrindinių dujų (azoto, deguonies, argono) kiekis šiek tiek keičiasi priklausomai nuo aukščio: 65 km aukštyje atmosferoje azoto kiekis yra 86%, deguonies - 19, argono - 0,91, 95 km aukštyje - azoto 77, deguonies - 21,3, argono - 0,82%. Atmosferos oro sudėties pastovumas vertikaliai ir horizontaliai palaikomas jį maišant.

Be dujų, ore yra vandens garai ir kietosios dalelės. Pastarieji gali būti tiek natūralios, tiek dirbtinės (antropogeninės) kilmės. Tai gėlių žiedadulkės, smulkūs druskos kristalai, kelių dulkės, aerozolių priemaišos. Kai saulės spinduliai prasiskverbia pro langą, jie gali būti matomi plika akimi.

Ypač daug kietųjų dalelių yra miestų ir didžiųjų pramonės centrų ore, kur į aerozolius dedama kenksmingų dujų ir jų priemaišų, susidarančių deginant kurą, ore.

Aerozolių koncentracija atmosferoje lemia oro skaidrumą, kuris įtakoja Žemės paviršių pasiekiančią saulės spinduliuotę. Didžiausi aerozoliai yra kondensacijos branduoliai (nuo lat. kondensatas- tankinimas, sutirštėjimas) - prisideda prie vandens garų pavertimo vandens lašeliais.

Vandens garų vertę pirmiausia lemia tai, kad jie atitolina žemės paviršiaus ilgųjų bangų šiluminę spinduliuotę; yra pagrindinė didelių ir mažų drėgmės ciklų grandis; pakelia oro temperatūrą, kai vandens sluoksniai kondensuojasi.

Vandens garų kiekis atmosferoje kinta laikui ir erdvėje. Taigi vandens garų koncentracija prie žemės paviršiaus svyruoja nuo 3% tropikuose iki 2-10 (15)% Antarktidoje.

Vidutinis vandens garų kiekis vertikalioje atmosferos stulpelyje vidutinio klimato platumose yra apie 1,6-1,7 cm (tokio storio bus kondensuotų vandens garų sluoksnis). Informacija apie vandens garus skirtinguose atmosferos sluoksniuose yra prieštaringa. Pavyzdžiui, buvo daroma prielaida, kad aukštyje nuo 20 iki 30 km specifinė drėgmė stipriai didėja didėjant aukščiui. Tačiau vėlesni matavimai rodo didesnį stratosferos sausumą. Matyt, specifinė drėgmė stratosferoje mažai priklauso nuo ūgio ir siekia 2–4 ​​mg/kg.

Vandens garų kiekio kintamumą troposferoje lemia garavimo, kondensacijos ir horizontalaus transportavimo sąveika. Dėl vandens garų kondensacijos susidaro debesys ir iškrenta krituliai lietaus, krušos ir sniego pavidalu.

Vandens fazių virsmų procesai daugiausia vyksta troposferoje, todėl debesys stratosferoje (20-30 km aukštyje) ir mezosferoje (prie mezopauzės), vadinami perlamutru ir sidabru, pastebimi gana retai. , o troposferiniai debesys dažnai dengia apie 50 % viso žemės paviršiaus.

Vandens garų kiekis, kuris gali būti ore, priklauso nuo oro temperatūros.

1 m 3 oro esant -20 ° C temperatūrai gali būti ne daugiau kaip 1 g vandens; 0 °C temperatūroje - ne daugiau kaip 5 g; esant +10 °С - ne daugiau kaip 9 g; esant +30 °С - ne daugiau kaip 30 g vandens.

Išvada: Kuo aukštesnė oro temperatūra, tuo daugiau jame gali būti vandens garų.

Oro gali būti turtingas ir neprisotintas garai. Taigi, jei +30 ° C temperatūroje 1 m 3 oro yra 15 g vandens garų, oras nėra prisotintas vandens garų; jei 30 g – sočiųjų.

Absoliuti drėgmė- tai vandens garų kiekis, esantis 1 m 3 oro. Jis išreiškiamas gramais. Pavyzdžiui, jei sakoma „absoliuti drėgmė yra 15“, tai reiškia, kad 1 ml yra 15 g vandens garų.

Santykinė drėgmė- tai faktinio vandens garų kiekio 1 m 3 oro santykis (procentais) su vandens garų kiekiu, kuris gali būti 1 m L tam tikroje temperatūroje. Pavyzdžiui, jei orų pranešimo metu radijas pranešė, kad santykinė oro drėgmė yra 70%, tai reiškia, kad ore yra 70% vandens garų, kuriuos jis gali išlaikyti esant tam tikrai temperatūrai.

Kuo didesnė santykinė oro drėgmė, t. kuo oras arčiau prisotinimo, tuo didesnė tikimybė, kad jis nukris.

Visada aukšta (iki 90%) santykinė oro drėgmė stebima pusiaujo zonoje, nes ištisus metus vyrauja aukšta oro temperatūra ir didelis garavimas nuo vandenynų paviršiaus. Tokia pat didelė santykinė oro drėgmė yra poliariniuose regionuose, bet tik todėl, kad esant žemai temperatūrai net nedidelis vandens garų kiekis padaro orą prisotintą arba artimą jo prisotinimui. Vidutinio klimato platumose santykinė oro drėgmė kinta sezoniškai – žiemą ji didesnė, vasarą mažesnė.

Santykinė oro drėgmė ypač žema dykumose: 1 m 1 oro ten yra du–tris kartus mažiau nei vandens garų, kiek įmanoma tam tikroje temperatūroje.

Santykinei oro drėgmei matuoti naudojamas higrometras (iš graikų kalbos hygros – šlapias ir metreco – matuoju).

Atvėsęs prisotintas oras negali sulaikyti savyje tokio pat kiekio vandens garų, jis tirštėja (kondensuojasi), virsdamas rūko lašeliais. Vasarą giedrą vėsią naktį galima pastebėti rūką.

Debesys- tai tas pats rūkas, tik jis susidaro ne žemės paviršiuje, o tam tikrame aukštyje. Kylant orui, jis atvėsta, o jame esantys vandens garai kondensuojasi. Gauti maži vandens lašeliai sudaro debesis.

dalyvauja debesų susidaryme kietosios dalelės pakibęs troposferoje.

Gali būti debesų skirtinga forma, kuris priklauso nuo jų susidarymo sąlygų (14 lentelė).

Žemiausi ir sunkiausi debesys yra sluoksniniai. Jie yra 2 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. 2–8 km aukštyje galima stebėti vaizdingesnius kamuolinius debesis. Aukščiausi ir šviesiausi yra plunksniniai debesys. Jie yra 8–18 km aukštyje virš žemės paviršiaus.

šeimos	Debesų rūšys	Išvaizda
A. Viršutiniai debesys – aukščiau 6 km	I. Pinnate	Siūliški, pluoštiniai, balti
	II. cirrocumulus	Smulkių dribsnių ir garbanų sluoksniai ir keteros, baltos spalvos
	III. Cirrostratus	Skaidrus balkšvas šydas
B. Vidurinio sluoksnio debesys – aukščiau 2 km	IV. Altocumulus	Baltos ir pilkos spalvos sluoksniai ir keteros
	V. Altostratus	Lygus pieno pilkos spalvos šydas
B. Žemesni debesys – iki 2 km	VI. Nimbostratas	Tvirtas beformis pilkas sluoksnis
	VII. Stratocumulus	Nepermatomi pilkos spalvos sluoksniai ir keteros
	VIII. sluoksniuotas	Šviečiantis pilkas šydas
D. Vertikalaus vystymosi debesys – nuo ​​apatinės iki viršutinės pakopos	IX. Cumulus	Klubai ir kupolai ryškiai balti, vėjo suplyšusiais kraštais
	X. Cumulonimbus	Galingos gumulėlių formos tamsios švino spalvos masės

Atmosferos apsauga

Pagrindinis šaltinis yra pramonės įmonės ir automobiliai. Didžiuosiuose miestuose pagrindinių transporto maršrutų užterštumo dujomis problema yra labai opi. Štai kodėl daugelyje didieji miestai visame pasaulyje, taip pat ir mūsų šalyje, įvesta automobilių išmetamųjų dujų toksiškumo aplinkosaugos kontrolė. Specialistų teigimu, ore esantys dūmai ir dulkės gali perpus sumažinti saulės energijos srautą į žemės paviršių, o tai lems gamtos sąlygų pasikeitimą.