Prečo je v zemskej atmosfére toľko dusíka? a dostal najlepšiu odpoveď

Odpoveď od Marata[guru]
Dôvodov možno identifikovať viacero. DOMOV: Zem je jediná planéta slnečná sústava, kde sa vytvorila, stabilizovala a ďalej vyvíja bielkovinová forma života. Zloženie primárnej atmosféry Zeme bolo jednoduchšie: prevládala horúca vodná para a CO2, hlavné produkty sopečných plynov. Po ochladení atmosféry viedli procesy fotosyntézy a kondenzácie vody k výraznému zníženiu podielu CO2 a objaveniu sa voľného kyslíka. DÔLEŽITÉ: medzi produktmi rozkladu bielkovín (živočíšne a zeleninový svet) dôležitú úlohu zohráva močovina (karbamid) a kyselina močová. Tieto látky zas postupne podliehajú nevratnej (!) hydrolýze za vzniku amoniaku (NH3). DÔLEŽITÉ: NH3 je ľahší plyn ako zmes O2, CO2 a vodnej pary – preto postupne stúpa do vyšších vrstiev atmosféry, kde sa vplyvom ultrafialových lúčov začne pomaly oxidovať molekulárnym kyslíkom za vzniku voľný DUSÍK a voda: NH3 + O2 => N2 + H2O. Keďže dusík je pomerne ťažký plyn, zadržiava sa gravitačné pole Zem. Nakoniec nezabudnite, že za NORMÁLNYCH podmienok je N2 chemicky veľmi inertná látka; tento faktor tiež prispieva k akumulácii molekulárneho dusíka v atmosfére našej planéty.
Marat
Osvietený
(25806)
Re: "Stále nechápem, prečo je v atmosfére Marsu a Venuše tak málo dusíka."
Pretože ešte nikdy nebolo biomasy v takom množstve ako na Zemi.
Re: "Asi chceš povedať, že na iných planétach je dusík zastúpený hlavne čpavkom."
To som nepovedala 🙂
Re: "Amoniak je ľahký a preto uniká z atmosféry."
Neuniká, ale dosahuje zónu pôsobenia ultrafialových lúčov.
Re: Faktom však je, že amoniaku v atmosfére Marsu a Venuše je ešte menej ako hélia (hélium je veľmi ľahký plyn)“
Súhlasím.
Re "Áno, a nie je odtiaľ čo tvoriť amoniak, nie je tam život, nie je tam žiadna organická hmota."
Jasné, myslel som to isté.

Odpoveď od Yoergey Zaika[guru]
ahoj, nie, ale tie obrie planety, Jupiter a Saturn, tam tiez nie je dusik? Odsek... Dusík je sám o sebe chemicky neutrálny a je ho tak veľa, iné plyny sú chemicky agresívnejšie a reagujú so všetkým a so všetkým a to je vo viazanom stave vo forme solí a minerálov v horninách.

Odpoveď od Kirill Nikitin[guru]
Nie som si istý, ale myslím si, že je to spôsobené zvýšeným cyklom dusíka pri pôsobení živých organizmov (bielkoviny)

Odpoveď od Michail Levin[guru]
skúsim popremýšľať...
Dusík je veľmi rozšírený prvok, preto by ho malo byť všade dostatok.
Prítomnosť plynu v atmosfére závisí od rovnováhy príletu (z útrob planéty) a úniku do vesmíru.
Dusík je ľahší ako CO2, takže odchádza rýchlejšie. Mars to s najväčšou pravdepodobnosťou jednoducho nedokáže udržať (ako Zem nedokáže udržať vodík alebo hélium).
Ale s Venušou - veľká otázka. V atmosfére má 4% dusíka, ale samotná atmosféra je obludná, nie je fakt, že v absolútnych číslach má menej dusíka ako Zem.
Ďalšia vec je, že Zem má veľmi málo oxid uhličitý(hoci vyčnieva z útrob). Tu je hmota už v prítomnosti vody a života, ktorý ju viaže.

Odpoveď od ARTYOM.[majster]
Atmosférická fixácia dusíka v prírode prebieha v dvoch hlavných smeroch – abiogénnom a biogénnom. Prvá cesta zahŕňa hlavne reakcie dusíka s kyslíkom. Keďže dusík je chemicky veľmi inertný, na oxidáciu je potrebné veľké množstvo energie (vysoké teploty). Tieto podmienky sa dosahujú pri výbojoch blesku, keď teplota dosiahne 25 000 °C a viac. V tomto prípade dochádza k tvorbe rôznych oxidov dusíka. Existuje tiež možnosť, že k abiotickej fixácii dochádza v dôsledku fotokatalytických reakcií na povrchoch polovodičov alebo širokopásmových dielektrík (púštny piesok).
Hlavná časť molekulárneho dusíka (asi 1,4 108 t/rok) je však fixovaná bioticky. Dlho sa verilo, že len malý počet mikrobiálnych druhov (hoci značne rozšírených na zemskom povrchu) dokáže viazať molekulárny dusík: baktérie Azotobacter a Clostridium, nodulové baktérie strukovinových rastlín Rhizobium, sinice Anabaena, Nostoc atď. je známe, že mnohé iné organizmy vo vode a pôde, napríklad aktinomycéty v hľuzách jelše a iných stromov (celkom 160 druhov). Všetky premieňajú molekulárny dusík na amónne zlúčeniny (NH4+). Tento proces si vyžaduje značné množstvo energie (na fixáciu 1 g vzdušného dusíka minú baktérie v strukovinách asi 167,5 kJ, to znamená, že zoxidujú asi 10 g glukózy). Viditeľný je teda vzájomný prospech zo symbiózy rastlín a baktérií viažucich dusík – prvé poskytujú tým druhým „miesto pre život“ a dodávajú „palivo“ získané ako výsledok fotosyntézy – glukózu, druhé poskytujú dusík. potrebné pre rastliny vo forme, ktorú asimilujú.
Dusík vo forme amoniaku a amónnych zlúčenín, získaný v procesoch biogénnej fixácie dusíka, sa rýchlo oxiduje na dusičnany a dusitany (tento proces sa nazýva nitrifikácia). Tie, ktoré nie sú spojené rastlinnými tkanivami (a ďalej v potravinovom reťazci bylinožravcami a predátormi), nezostávajú v pôde dlho. Väčšina dusičnanov a dusitanov je vysoko rozpustná, takže sú vymývané vodou a nakoniec sa dostávajú do oceánov (tento prietok sa odhaduje na 2,5 – 8 107 ton/rok).
Dusík obsiahnutý v tkanivách rastlín a zvierat po ich smrti prechádza amonifikáciou (rozkladom komplexných zlúčenín obsahujúcich dusík s uvoľňovaním amoniaku a amónnych iónov) a denitrifikáciou, to znamená uvoľňovaním atómového dusíka, ako aj jeho oxidov. . Tieto procesy sú úplne spôsobené aktivitou mikroorganizmov v aeróbnych a anaeróbnych podmienkach.
Pri absencii ľudskej činnosti sú procesy fixácie dusíka a nitrifikácie takmer úplne vyvážené opačnými reakciami denitrifikácie. Časť dusíka sa do atmosféry dostáva z plášťa sopečnými erupciami, časť je pevne fixovaná v pôdach a ílových mineráloch, navyše dusík neustále uniká z horných vrstiev atmosféry do medziplanetárneho priestoru.

Dusík je stredne aktívny prvok, ktorý zle reaguje s prírodnými anorganickými zlúčeninami. Preto je vysoká pravdepodobnosť, že značné množstvo tohto plynu bolo obsiahnuté v primárnej atmosfére. V tomto prípade je značná časť dusíka modernej atmosféry relikt, zachovaný od vzniku Zeme asi pred 4,6 miliardami rokov, aj keď ďalšia jeho časť mohla byť odplynená z plášťa už v geologickom štádiu vývoja naša planéta. Malo by sa vziať do úvahy, že pri objavení sa života na Zemi asi pred 4,0 až 3,8 miliardami rokov bol tento plyn neustále viazaný v organickej hmote a pochovaný v sedimentoch oceánov a po vzniku života na súši (asi pred 400 miliónmi rokov ) - a v kontinentálnych ložiskách. Životná aktivita organizmov počas dlhého obdobia vývoja pozemského života by preto mohla výrazne znížiť parciálny tlak dusíka v zemskej atmosfére, a tým zmeniť klímu Zeme. Pri výpočte vplyvu absorpcie dusíka je potrebné vziať do úvahy, že organický dusík (Norg) oceánskych sedimentov bol spolu so sedimentmi neustále odstraňovaný z oceánov cez zóny oceánskej kôry nahromadenej v Archaeane alebo cez zóny podsunutia platní v r. proterozoikum a fanerozoikum. Potom bol čiastočne zahrnutý do žulových metamorfovaných hornín kontinentálnej kôry alebo prešiel do plášťa, ale čiastočne sa opäť odplynil a opäť vstúpil do atmosféry.

Okrem biogénneho procesu fixácie atmosférického dusíka zjavne existuje pomerne účinný abiogénny mechanizmus rovnakého smeru. Takže podľa výpočtov J. Junga a M. McElroya (Yung, McElroy, 1979) môže dôjsť k fixácii dusíka v pôde počas búrky v dôsledku tvorby kyseliny dusičnej a dusnej počas elektrických výbojov vo vlhkom vzduchu.

Odhadnúť množstvo dusíka odstráneného z atmosféry je ťažké, ale možné. Obsah dusíka v sedimentárnych horninách zvyčajne priamo koreluje s koncentráciou organického uhlíka, ktorý je v nich pochovaný. Preto množstvo dusíka uloženého v oceánskych sedimentoch možno zrejme odhadnúť z údajov o množstve organického uhlíka v nich pochovaných, Corg. Aby ste to dosiahli, stačí určiť koeficient proporcionality medzi H org a C org. V sedimentoch na dne otvoreného oceánu je pomer Corg:Norg:Porg približne rovný 106:20:0,91 (Lisitsyn a Vinogradov, 1982), ale až 80 % dusíka rýchlo odchádza. organickej hmoty, preto sa pomer Corg:Norg v sedimentoch môže zvýšiť až na 1:0,04. Podľa G. Faurea (1989) je tento pomer v sedimentoch približne 1:0,05. Pripusťme, podľa údajov A. B. Ronova a A. A. Yaroshevského (1978, 1993), že asi (2,7-2,86) × 10 sedimentov kontinentov - asi (9,2-8,09) × 10 21 g C org. Podľa G. Forea sme vzali hodnoty pomerov Corg: Norg blízko 20:1, potom obsah Horg v sedimentoch oceánskeho dna a šelfov je približne rovný 1,36 × 10 20 g a v kontinentálnych sedimenty - 5,0 × 10 20

Ako prvé priblíženie budeme predpokladať, že vývoj života v oceáne je limitovaný obsahom rozpusteného fosforu v oceánskych vodách a jeho koncentrácia sa v priebehu času nevýznamne menila (Schopf, 1982). Z toho vyplýva, že oceánska biomasa vždy zostávala približne úmerná množstvu vody v samotnom oceáne. Vývoj hmotnosti vody vo Svetovom oceáne bol uvažovaný na obr. 112, krivka 2). Ak vezmeme do úvahy predpoklad o úmernosti biomasy v oceánoch k hmotnosti samotných oceánskych vôd, môžeme približne vziať do úvahy odstránenie Norgu spolu s oceánskymi sedimentmi cez zóny zhlukovania a subdukcie. litosférických platní počas geologický vývoj Zem. Príslušné výpočty (Sorochtin, Ushakov, 1998) ukázali, že počas geologického vývoja Zeme (t. j. za posledné 3,8 – 4 miliardy rokov) sa vplyvom uvažovaného procesu zo zemského povrchu odstránilo asi 19,2 × 10 20 g dusíka. atmosféru. K tomuto množstvu dusíka je potrebné pridať ďalšiu hmotnosť Norgu ≈ 5,0 × 10 20 g, konzervovaného v sedimentoch kontinentov a nahromadeného tam za obdobie asi 400 miliónov rokov. Celkovo sa teda počas života Zeme z jej atmosféry odstránilo približne 24,2 × 10 20 g dusíka, čo sa rovná poklesu atmosférického tlaku o 474 mbar (pre porovnanie parciálny tlak dusíka v modernej atmosféra je 765 mbar).

Zoberme si dva extrémne prípady. Predpokladajme najskôr, že k odplyňovaniu dusíka z plášťa vôbec nedošlo, potom je možné určiť počiatočný efektívny tlak zemskej atmosféry v katacheáne (teda v intervale 4,6-4,0 miliardy rokov). Ukázalo sa, že sa približne rovná 1,23 baru (1,21 atm).

V druhom prípade budeme predpokladať, ako to bolo urobené v (Sorokhtin a Ushakov, 1991), že takmer všetok dusík v atmosfére bol za posledné 4 miliardy rokov odplynený z plášťa. Proces odplyňovania dusíka z plášťa bol vypočítaný pomocou výrazov (29) a (30), pričom sa berie do úvahy, že atmosféra v súčasnosti obsahuje 3,87 × 10 21 g dusíka, jeho obsah v horninách a sedimentoch dosahuje 3,42 × 10 20 g a v dusíkovom plášti približne 4,07 × 10 21 g (Sorochtin, Ushakov, 1998). Index mobility dusíka by sa s časom nemal meniť a bol približne rovný χ(N 2) ≈ 0,934. Po výpočte akumulácie dusíka vo vonkajších geosférach Zeme boli získané výsledky korigované na absorpciu tohto plynu v organickej hmote a jeho pochovávanie v horninách a sedimentoch. Zostávajúca časť charakterizovala vývoj hmoty dusíka v zemskej atmosfére za podmienky jeho úplného odplynenia z plášťa.

Pre obe možnosti boli následne vypočítané vývojové krivky parciálneho tlaku dusíka v zemskej atmosfére (obr. 117, krivky 1 a 3). Reálny obraz zmeny tohto tlaku by potom musel zodpovedať nejakej medzikrivky, ktorej polohu je možné určiť len pomocou Ďalšie informácie podľa podnebia Zeme, ktoré existovalo v minulých geologických epochách. Takýmto referenčným bodom môže byť napríklad informácia o vývoji najveľkolepejšieho zaľadnenia kontinentov v raných prvohorách, asi pred 2,5 – 2,3 miliardami rokov. Ako je uvedené v kap. 8, kontinentálne masy sa vtedy nachádzali v nízkych zemepisných šírkach (pozri obr. 98), no zároveň boli vysoko nad hladinou oceánu (s priemernými výškami okolo 4-3 km). Preto by výskyt takéhoto zaľadnenia mohol nastať len pri priemernej teplote zemského povrchu pri hladine mora vtedy neprekročila +6 ... +7 ° С, t.j. bola približne 280 tis.

Obrázok 117.
1 - podľa hypotézy prvenstva dusíkovej atmosféry; 2 - prijatá možnosť; 3 - podľa hypotézy o odplynení dusíkovej atmosféry z plášťa.

Obrázok 98.
1, tillity a tilloidy; 2, konsolidovaná kontinentálna kôra; šípky na kanadskom štíte ukazujú odhalené smery ľadovcového tieňovania; v bielej farbe - oblasť zaľadnenia. Av - Austrália; SAM a UAm - Severná a Južná Amerika; An - Antarktída; ZAF - Západná Afrika; Af - Afrika; Ev - Európa; Ying – India; K - severná a južná Čína; So - Sibír.

Nižšie sa ukáže, že v ranom proterozoiku sa atmosféra prakticky skladala len z dusíka s malým prídavkom argónu, zatiaľ čo parciálne tlaky kyslík a oxid uhličitý nepresiahli 10-6 a 10-2 atm a slnečná konštanta bola S = 1,14 × 106 erg / cm2 × s. Za predpokladu T s ≈ 280 K ≈ 7 °C pre túto studenú epochu sme podľa nižšie opísanej adiabatickej teórie skleníkového efektu zistili, že tlak dusíkovej atmosféry bol v tom čase približne rovný p N 2 = 1,09 atm. , zatiaľ čo podľa primárnej hypotézy mala byť dusíková atmosféra v tom čase p N 2 ≈ 1,19 atm a podľa hypotézy dusíka úplne odplynená z plášťa, p N 2 ≈ 0,99 atm. To ukazuje, že dusík modernej atmosféry tvorí približne 54 % reliktného plynu a len 46 % je odplynených z plášťa a najpravdepodobnejšia pravidelnosť vývoja tlaku dusíka v zemskej atmosfére je znázornená na obr. 117, krivka 2.

Strana 6 z 10

Úloha dusíka v zemskej atmosfére.

Dusík je hlavným prvkom zemskej atmosféry. Jeho hlavnou úlohou je regulovať rýchlosť oxidácie riedením kyslíka. Dusík teda ovplyvňuje rýchlosť a intenzitu biologických procesov.

Existujú dva vzájomne prepojené spôsoby extrakcie dusíka zo zemskej atmosféry:

• 1) anorganické,
• 2) biochemické.

Obrázok 1. Geochemický cyklus dusíka (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Anorganická extrakcia dusíka zo zemskej atmosféry.

V zemskej atmosfére pri pôsobení elektrických výbojov (počas búrky) alebo v procese foto chemické reakcie(slnečné žiarenie) vznikajú zlúčeniny dusíka (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 atď.). Tieto zlúčeniny, ktoré sa rozpúšťajú v dažďovej vode, padajú na zem spolu so zrážkami a padajú do pôdy a vody oceánov.

Biologická fixácia dusíka

Biologická väzba atmosférického dusíka sa vykonáva:

• - v pôde - nodulové baktérie v symbióze s vyššími rastlinami,
• - vo vode - planktónové mikroorganizmy a riasy.

Množstvo biologicky viazaného dusíka je oveľa väčšie ako anorganicky fixovaného.

Ako sa dusík dostáva späť do zemskej atmosféry?

Zvyšky živých organizmov sa rozkladajú v dôsledku vystavenia mnohým mikroorganizmom. V tomto procese dusík, ktorý je súčasťou bielkovín organizmov, prechádza sériou transformácií:

• - v procese rozkladu bielkovín vzniká amoniak a jeho deriváty, ktoré sa potom dostávajú do ovzdušia a do oceánska voda,
• - ďalej amoniak a iný dusík obsahujúci Organické zlúčeniny vplyvom baktérií Nitrosomonas a nitrobaktérie tvoria rôzne oxidy dusíka (N 2 O, NO, N 2 O 3 a N 2 O 5). Tento proces sa nazýva nitrifikácie,
• — Kyselina dusičná pri interakcii s kovmi dáva soli. Tieto soli sú napadnuté denitrifikačnými baktériami,
• - v procese denitrifikácia vzniká elementárny dusík, ktorý sa vracia späť do atmosféry (príkladom sú podzemné prúdy plynu pozostávajúce z čistého N 2).

Kde sa nachádza dusík?

Dusík sa do zemskej atmosféry dostáva cez sopečné erupcie vo forme amoniaku. Keď je amoniak (NH 3) v hornej atmosfére, oxiduje sa a uvoľňuje dusík (N 2).

Dusík je tiež pochovaný v sedimentárnych horninách a nachádza sa vo veľkých množstvách v bitúmenových ložiskách. Tento dusík sa však do atmosféry dostáva aj pri regionálnej metamorfóze týchto hornín.

• Hlavnou formou prítomnosti dusíka na povrchu našej planéty je teda molekulárny dusík (N 2) v zložení zemskej atmosféry.

Toto bol článok Dusík v zložení zemskej atmosféry - obsah v atmosfére je 78%. ". Čítajte ďalej: « Kyslík v zložení zemskej atmosféry – obsah v atmosfére je 21 %.«

Články na tému "Atmosféra Zeme":

• Vplyv zemskej atmosféry na ľudský organizmus so zvyšujúcou sa nadmorskou výškou.
• Výška a hranice zemskej atmosféry.

Štruktúra a zloženie zemskej atmosféry, treba povedať, neboli vždy konštanty v ktoromkoľvek čase vo vývoji našej planéty. Dnes je vertikálna štruktúra tohto prvku, ktorý má celkovú „hrúbku“ 1,5 až 2,0 tisíc km, reprezentovaná niekoľkými hlavnými vrstvami vrátane:

1. Troposféra.
2. tropopauza.
3. Stratosféra.
4. Stratopauza.
5. mezosféra a mezopauza.
6. Termosféra.
7. exosféra.

Základné prvky atmosféry

Troposféra je vrstva, v ktorej sú pozorované silné vertikálne a horizontálne pohyby, práve tu sa prejavuje počasie, zrážkové javy, klimatické podmienky. Rozprestiera sa 7-8 kilometrov od povrchu planéty takmer všade, s výnimkou polárnych oblastí (tam - až 15 km). V troposfére dochádza k postupnému znižovaniu teploty, približne o 6,4 °C s každým kilometrom nadmorskej výšky. Tento údaj sa môže líšiť pre rôzne zemepisné šírky a ročné obdobia.

Zloženie zemskej atmosféry v tejto časti predstavujú tieto prvky a ich percentá:

Dusík - asi 78 percent;

Kyslík – takmer 21 percent;

Argón - asi jedno percento;

Oxid uhličitý - menej ako 0,05%.

Jednotné zloženie až do výšky 90 kilometrov

Okrem toho sa tu môže nachádzať prach, kvapky vody, vodná para, splodiny horenia, ľadové kryštály, morské soli, množstvo aerosólových častíc atď.. Toto zloženie zemskej atmosféry je možné pozorovať až do výšky približne deväťdesiat kilometrov, takže vzduch je približne rovnaké v chemickom zložení nielen v troposfére, ale aj vo vyšších vrstvách. Tam je však atmosféra zásadne iná. fyzikálne vlastnosti. Vrstva, ktorá má spoločné chemické zloženie, sa nazýva homosféra.

Aké ďalšie prvky sú v zemskej atmosfére? V percentách (objemových, v suchom vzduchu) plyny ako kryptón (asi 1,14 x 10-4), xenón (8,7 x 10-7), vodík (5,0 x 10-5), metán (asi 1,7 x 10- 4), oxid dusný (5,0 x 10 -5) atď. Z hľadiska hmotnostného percenta uvedených zložiek je to najviac oxid dusný a vodík, potom hélium, kryptón atď.

Fyzikálne vlastnosti rôznych vrstiev atmosféry

Fyzikálne vlastnosti troposféry úzko súvisia s jej priľnavosťou k povrchu planéty. Preto odrazené slnečné teplo vo forme infračervených lúčov sa posiela späť nahor, vrátane procesov vedenia tepla a konvekcie. Preto teplota klesá so vzdialenosťou od zemského povrchu. Takýto jav je pozorovaný do výšky stratosféry (11-17 kilometrov), potom sa teplota prakticky nemení do úrovne 34-35 km a potom opäť dochádza k nárastu teplôt do výšok 50 kilometrov ( horná hranica stratosféry). Medzi stratosférou a troposférou je tenká medzivrstva tropopauzy (do 1-2 km), kde sú nad rovníkom pozorované konštantné teploty - asi mínus 70 °C a nižšie. Nad pólmi sa tropopauza v lete "vyhreje" na mínus 45°C, v zime tu teploty kolíšu okolo -65°C.

Zloženie plynu zemskej atmosféry zahŕňa dôležitý prvok ako ozón. Pri povrchu je ho relatívne málo (desať až mínus šiesta mocnina percenta), keďže plyn vzniká vplyvom slnečného žiarenia z atómového kyslíka v horných častiach atmosféry. Najmä väčšina ozónu je v nadmorskej výške okolo 25 km a celá „ozónová clona“ sa nachádza v oblastiach od 7 do 8 km v oblasti pólov, od 18 km pri rovníku až po päťdesiat kilometrov. vo všeobecnosti nad povrchom planéty.

Atmosféra chráni pred slnečným žiarením

Zloženie ovzdušia v zemskej atmosfére hrá veľmi dôležitú úlohu pri zachovaní života, už od jedinca chemické prvky a kompozície úspešne obmedzujú prístup slnečné žiarenie k zemskému povrchu a ľuďom, zvieratám a rastlinám žijúcim na ňom. Napríklad molekuly vodnej pary účinne absorbujú takmer všetky rozsahy infračerveného žiarenia, okrem dĺžok v rozsahu od 8 do 13 mikrónov. Ozón na druhej strane pohlcuje ultrafialové žiarenie až do vlnovej dĺžky 3100 A. Bez jeho tenkej vrstvy (v priemere 3 mm, ak je umiestnená na povrchu planéty) sa môže pochváliť iba vodou v hĺbke viac ako 10 metrov a podzemnými jaskyňami. tam, kde slnečné žiarenie nedosiahne, môže byť obývané.

Nula Celzia v stratopauze

Medzi nasledujúcimi dvoma úrovňami atmosféry, stratosférou a mezosférou, sa nachádza pozoruhodná vrstva – stratopauza. Zodpovedá približne výške ozónových maxím a je tu pozorovaná pre človeka relatívne príjemná teplota - asi 0°C. Nad stratopauzou, v mezosfére (začína niekde vo výške 50 km a končí vo výške 80-90 km), dochádza opäť k poklesu teploty s rastúcou vzdialenosťou od povrchu Zeme (až do mínus 70-80 ° C). V mezosfére meteory zvyčajne úplne vyhoria.

V termosfére - plus 2000 K!

Chemické zloženie zemskej atmosféry v termosfére (začína po mezopauze od výšok cca 85-90 až 800 km) určuje možnosť takého javu, akým je postupné ohrievanie vrstiev veľmi riedkeho „vzduchu“ vplyvom slnečného žiarenia. V tejto časti „vzduchového krytu“ planéty sa vyskytujú teploty od 200 do 2000 K, ktoré sa získavajú v súvislosti s ionizáciou kyslíka (nad 300 km je atómový kyslík), ako aj rekombináciou atómov kyslíka na molekuly , sprevádzané uvoľňovaním veľkého množstva tepla. Termosféra je miestom, kde vznikajú polárne žiary.

Nad termosférou sa nachádza exosféra – vonkajšia vrstva atmosféry, z ktorej môžu ľahké a rýchlo sa pohybujúce vodíkové atómy unikať do vesmíru. Chemické zloženie zemskej atmosféry je tu reprezentované skôr jednotlivými atómami kyslíka v spodných vrstvách, atómami hélia v stredných a takmer výlučne atómami vodíka v horných. Prevládajú tu vysoké teploty - okolo 3000 K a nie je tu žiadny atmosférický tlak.

Ako sa formovala zemská atmosféra?

Ale, ako už bolo spomenuté vyššie, planéta nemala vždy také zloženie atmosféry. Celkovo existujú tri koncepty pôvodu tohto prvku. Prvá hypotéza predpokladá, že atmosféra bola odobratá v procese akrécie z protoplanetárneho oblaku. Dnes je však táto teória predmetom značnej kritiky, keďže takáto primárna atmosféra musela byť zničená slnečným „vetrom“ z hviezdy v našej planetárnej sústave. Okrem toho sa predpokladá, že prchavé prvky sa podľa typu nemohli zdržiavať v zóne formovania planét terestriálnej skupiny kvôli príliš vysokým teplotám.

Zloženie primárnej atmosféry Zeme, ako naznačuje druhá hypotéza, mohlo vzniknúť v dôsledku aktívneho bombardovania povrchu asteroidmi a kométami, ktoré prileteli z blízkosti slnečnej sústavy na skoré štádia rozvoj. Potvrdiť alebo vyvrátiť tento koncept je dosť ťažké.

Experiment na IDG RAS

Najpravdepodobnejšia je tretia hypotéza, ktorá sa domnieva, že atmosféra sa objavila v dôsledku uvoľnenia plynov z plášťa. zemská kôra asi pred 4 miliardami rokov. Tento koncept bol testovaný na Ústave geológie a geochémie Ruskej akadémie vied v rámci experimentu s názvom „Carev 2“, keď sa vzorka meteorickej látky zahrievala vo vákuu. Potom bolo zaznamenané uvoľňovanie takých plynov ako H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 atď.. Vedci preto správne predpokladali, že chemické zloženie primárnej atmosféry Zeme zahŕňa vodu a oxid uhličitý, fluorovodík para (HF), oxid uhoľnatý(CO), sírovodík (H 2 S), zlúčeniny dusíka, vodík, metán (CH 4), pary amoniaku (NH 3), argón, atď Vodná para z primárnej atmosféry sa podieľala na tvorbe hydrosféry, oxid uhličitý bol vo väčšej miere vo viazanom stave v organickej hmote a horninách, dusík prechádzal do zloženia moderného ovzdušia a opäť do sedimentárne horniny a organickej hmoty.

Zloženie primárnej atmosféry Zeme by to nedovolilo moderných ľudí byť v tom bez dýchací prístroj, keďže vtedy tam nebol kyslík v požadovaných množstvách. Tento prvok sa objavil vo významných množstvách pred jeden a pol miliardou rokov, ako sa verí, v súvislosti s vývojom procesu fotosyntézy v modrozelených a iných riasach, ktoré sú najstaršími obyvateľmi našej planéty.

Minimum kyslíka

O tom, že zloženie zemskej atmosféry bolo spočiatku takmer anoxické, svedčí fakt, že ľahko oxidovateľný, ale nezoxidovaný grafit (uhlík) sa nachádza v najstarších (katarcheských) horninách. Následne sa objavili takzvané pásové železné rudy, ktoré obsahovali medzivrstvy obohatených oxidov železa, čo znamená, že sa na planéte objavil silný zdroj kyslíka v molekulárnej forme. Tieto prvky sa však objavovali len periodicky (možno tie isté riasy alebo iní producenti kyslíka sa objavili ako malé ostrovy v anoxickej púšti), zatiaľ čo zvyšok sveta bol anaeróbny. Toto podporuje skutočnosť, že ľahko oxidovateľný pyrit bol nájdený vo forme kamienkov spracovaných prúdom bez stôp po chemických reakciách. Keďže tečúce vody nemožno zle prevzdušňovať, vyvinul sa názor, že predkambrická atmosféra obsahovala menej ako jedno percento kyslíka dnešného zloženia.

Revolučná zmena v zložení vzduchu

Približne v polovici prvohôr (pred 1,8 miliardami rokov) prebehla „kyslíková revolúcia“, keď svet prešiel na aeróbne dýchanie, počas ktorého možno z jednej molekuly živiny (glukózy) získať 38 a nie dve (ako napr. anaeróbne dýchanie) jednotky energie. Zloženie zemskej atmosféry, pokiaľ ide o kyslík, začalo presahovať jedno percento modernej, začalo sa objavovať ozónová vrstva ochrana organizmov pred žiarením. Práve od nej „skryla“ pod hrubými škrupinami napríklad také staroveké zvieratá, ako sú trilobity. Odvtedy až do našich čias sa obsah hlavného „dýchacieho“ prvku postupne a pomaly zvyšoval, čo zaisťuje rôznorodý rozvoj foriem života na planéte.

Atmosféra(z gréckeho atmos - para a spharia - guľa) - vzduchový obal Zeme, rotujúci s ním. Vývoj atmosféry úzko súvisel s geologickými a geochemickými procesmi prebiehajúcimi na našej planéte, ako aj s činnosťou živých organizmov.

Spodná hranica atmosféry sa zhoduje s povrchom Zeme, pretože vzduch preniká do najmenších pórov v pôde a rozpúšťa sa dokonca aj vo vode.

Horná hranica vo výške 2000-3000 km postupne prechádza do kozmického priestoru.

Atmosféra bohatá na kyslík umožňuje život na Zemi. Atmosférický kyslík sa používa v procese dýchania ľuďmi, zvieratami a rastlinami.

Keby neexistovala atmosféra, Zem by bola tichá ako Mesiac. Koniec koncov, zvuk je vibrácia častíc vzduchu. Modrá farba oblohy sa vysvetľuje skutočnosťou, že slnečné lúče prechádzajúce atmosférou, akoby šošovkou, sa rozkladajú na jednotlivé farby. V tomto prípade sú lúče modrej a modrej farby rozptýlené najviac.

Atmosféra zadržiava väčšinu ultrafialového žiarenia zo Slnka, ktoré má škodlivý vplyv na živé organizmy. Tiež udržiava teplo na povrchu Zeme, čím zabraňuje ochladzovaniu našej planéty.

Štruktúra atmosféry

V atmosfére možno rozlíšiť niekoľko vrstiev, ktoré sa líšia hustotou a hustotou (obr. 1).

Troposféra

Troposféra- najnižšia vrstva atmosféry, ktorej hrúbka nad pólmi je 8-10 km, v miernych zemepisných šírkach - 10-12 km a nad rovníkom - 16-18 km.

Ryža. 1. Štruktúra zemskej atmosféry

Vzduch v troposfére sa ohrieva od zemského povrchu, teda od pevniny a vody. Preto teplota vzduchu v tejto vrstve klesá s výškou v priemere o 0,6 °C na každých 100 m.Na hornej hranici troposféry dosahuje -55 °C. Zároveň je v oblasti rovníka na hornej hranici troposféry teplota vzduchu -70 ° C a v oblasti severný pól-65 °С.

Asi 80 % hmoty atmosféry je sústredených v troposfére, nachádza sa tu takmer všetka vodná para, vyskytujú sa búrky, búrky, oblačnosť a zrážky, dochádza k vertikálnemu (konvekcii) a horizontálnemu (vietoru) pohybu vzduchu.

Dá sa povedať, že počasie sa tvorí najmä v troposfére.

Stratosféra

Stratosféra- vrstva atmosféry nachádzajúca sa nad troposférou vo výške 8 až 50 km. Farba oblohy v tejto vrstve sa javí ako fialová, čo sa vysvetľuje riedkosťou vzduchu, vďaka ktorej sa slnečné lúče takmer nerozptyľujú.

Stratosféra obsahuje 20 % hmotnosti atmosféry. Vzduch v tejto vrstve je riedky, prakticky tam nie je žiadna vodná para, a preto sa oblačnosť a zrážky takmer netvoria. V stratosfére sa však pozorujú stabilné vzdušné prúdy, ktorých rýchlosť dosahuje 300 km / h.

Táto vrstva je koncentrovaná ozón(ozónová clona, ​​ozonosféra), vrstva, ktorá pohlcuje ultrafialové lúče, bráni im v prechode na Zem a tým chráni živé organizmy na našej planéte. Vplyvom ozónu sa teplota vzduchu na hornej hranici stratosféry pohybuje v rozmedzí od -50 do 4-55 °C.

Medzi mezosférou a stratosférou sa nachádza prechodná zóna – stratopauza.

mezosféra

mezosféra- vrstva atmosféry nachádzajúca sa vo výške 50-80 km. Hustota vzduchu je tu 200-krát menšia ako na povrchu Zeme. Farba oblohy v mezosfére sa javí ako čierna, hviezdy sú viditeľné počas dňa. Teplota vzduchu klesne na -75 (-90)°С.

Vo výške 80 km začína termosféra. Teplota vzduchu v tejto vrstve prudko stúpa do výšky 250 m, a potom sa stáva konštantnou: vo výške 150 km dosahuje 220-240 °C; vo výške 500-600 km presahuje 1500 °C.

V mezosfére a termosfére sa pôsobením kozmického žiarenia molekuly plynu rozpadajú na nabité (ionizované) častice atómov, preto sa táto časť atmosféry nazýva tzv. ionosféra- vrstva veľmi riedkeho vzduchu, nachádzajúca sa v nadmorskej výške 50 až 1000 km, pozostávajúca najmä z ionizovaných atómov kyslíka, molekúl oxidu dusnatého a voľných elektrónov. Táto vrstva sa vyznačuje vysokou elektrifikáciou a odrážajú sa od nej dlhé a stredné rádiové vlny ako od zrkadla.

V ionosfére vznikajú polárne žiary - žiara riedkych plynov pod vplyvom elektricky nabitých častíc letiacich zo Slnka - a pozorujú sa prudké výkyvy magnetického poľa.

Exosféra

Exosféra- vonkajšia vrstva atmosféry, nachádzajúca sa nad 1000 km. Táto vrstva sa tiež nazýva rozptylová guľa, pretože častice plynu sa tu pohybujú vysokou rýchlosťou a môžu byť rozptýlené do vesmíru.

Zloženie atmosféry

Atmosféra je zmes plynov pozostávajúca z dusíka (78,08 %), kyslíka (20,95 %), oxidu uhličitého (0,03 %), argónu (0,93 %), malého množstva hélia, neónu, xenónu, kryptónu (0,01 %), ozón a iné plyny, ale ich obsah je zanedbateľný (tab. 1). Moderné zloženie Ovzdušie Zeme vzniklo pred viac ako sto miliónmi rokov, no prudko zvýšená ľudská produkčná aktivita napriek tomu viedla k jeho zmene. V súčasnosti dochádza k zvýšeniu obsahu CO 2 o cca 10-12%.

Plyny, ktoré tvoria atmosféru, plnia rôzne funkčné úlohy. Hlavný význam týchto plynov však určuje predovšetkým skutočnosť, že veľmi silne pohlcujú energiu žiarenia a tým výrazne ovplyvňujú teplotný režim zemského povrchu a atmosféry.

Tabuľka 1. Chemické zloženie suchého atmosférického vzduchu v blízkosti zemského povrchu

	Objemová koncentrácia. %	Molekulová hmotnosť, jednotky
Kyslík
Oxid uhličitý
Oxid dusný
	0 až 0,00001
Oxid siričitý	od 0 do 0,000007 v lete; 0 až 0,000002 v zime
	Od 0 do 0,000002	46,0055/17,03061
Azogový oxid
Oxid uhoľnatý

dusík, najbežnejší plyn v atmosfére, chemicky málo aktívny.

Kyslík, na rozdiel od dusíka, je chemicky veľmi aktívny prvok. Špecifickou funkciou kyslíka je oxidácia organickej hmoty heterotrofných organizmov, hornín a neúplne oxidovaných plynov emitovaných do atmosféry sopkami. Bez kyslíka by nedošlo k rozkladu mŕtvej organickej hmoty.

Úloha oxidu uhličitého v atmosfére je mimoriadne veľká. Do atmosféry sa dostáva v dôsledku procesov spaľovania, dýchania živých organizmov, rozpadu a je predovšetkým hlavným stavebným materiálom pre tvorbu organickej hmoty pri fotosyntéze. Okrem toho má veľký význam vlastnosť oxidu uhličitého prepúšťať krátkovlnné slnečné žiarenie a absorbovať časť tepelného dlhovlnného žiarenia, čím sa vytvorí takzvaný skleníkový efekt, o ktorom bude reč nižšie.

Vplyv na atmosférické procesy, najmä na tepelný režim stratosféry, má tiež ozón. Tento plyn slúži ako prirodzený absorbér slnečného ultrafialového žiarenia a absorpcia slnečného žiarenia vedie k ohrevu vzduchu. Priemerné mesačné hodnoty celkového obsahu ozónu v atmosfére sa pohybujú v závislosti od zemepisnej šírky oblasti a ročného obdobia v rozmedzí 0,23-0,52 cm (to je hrúbka ozónovej vrstvy pri prízemnom tlaku a teplote). Dochádza k nárastu obsahu ozónu od rovníka k pólom a k ročným zmenám s minimom na jeseň a maximom na jar.

Charakteristickou vlastnosťou atmosféry možno nazvať skutočnosť, že obsah hlavných plynov (dusík, kyslík, argón) sa mierne mení s výškou: vo výške 65 km v atmosfére je obsah dusíka 86%, kyslíka - 19, argón - 0,91, v nadmorskej výške 95 km - dusík 77, kyslík - 21,3, argón - 0,82%. Stálosť zloženia atmosférického vzduchu vertikálne a horizontálne sa udržiava jeho miešaním.

Okrem plynov obsahuje vzduch vodná para a pevné častice. Tie môžu mať prirodzený aj umelý (antropogénny) pôvod. Sú to peľ kvetov, drobné kryštáliky soli, cestný prach, nečistoty z aerosólu. Keď slnečné lúče preniknú oknom, dajú sa vidieť voľným okom.

Obzvlášť veľa pevných častíc je v ovzduší miest a veľkých priemyselných centier, kde sa do aerosólov pridávajú emisie škodlivých plynov a ich nečistôt vznikajúcich pri spaľovaní paliva.

Koncentrácia aerosólov v atmosfére určuje priehľadnosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje slnečné žiarenie dopadajúce na zemský povrch. Najväčšie aerosóly sú kondenzačné jadrá (z lat. kondenzácia- zhutňovanie, zahusťovanie) - prispievajú k premene vodnej pary na vodné kvapky.

Hodnota vodnej pary je určená predovšetkým tým, že oneskoruje dlhovlnné tepelné vyžarovanie zemského povrchu; predstavuje hlavné spojenie veľkých a malých cyklov vlhkosti; zvyšuje teplotu vzduchu pri kondenzácii vodných vrstiev.

Množstvo vodnej pary v atmosfére sa mení v čase a priestore. Koncentrácia vodnej pary v blízkosti zemského povrchu sa teda pohybuje od 3 % v trópoch po 2 – 10 (15) % v Antarktíde.

Priemerný obsah vodnej pary vo vertikálnom stĺpci atmosféry v miernych zemepisných šírkach je asi 1,6-1,7 cm (takúto hrúbku bude mať vrstva skondenzovanej vodnej pary). Informácie o vodnej pare v rôznych vrstvách atmosféry sú protichodné. Predpokladalo sa napríklad, že v nadmorskej výške od 20 do 30 km špecifická vlhkosť silne rastie s výškou. Následné merania však naznačujú väčšiu suchosť stratosféry. Špecifická vlhkosť v stratosfére zjavne málo závisí od výšky a dosahuje 2–4 mg/kg.

Premenlivosť obsahu vodnej pary v troposfére je určená interakciou vyparovania, kondenzácie a horizontálneho transportu. V dôsledku kondenzácie vodnej pary sa tvoria mraky a dochádza k zrážkam vo forme dažďa, krúp a snehu.

Procesy fázových prechodov vody prebiehajú najmä v troposfére, preto sú oblaky v stratosfére (vo výškach 20-30 km) a mezosfére (v blízkosti mezopauzy), nazývané perleť a striebro, pozorované pomerne zriedka. , zatiaľ čo troposférické oblaky často pokrývajú asi 50 % celého zemského povrchu.

Množstvo vodnej pary, ktoré môže byť obsiahnuté vo vzduchu, závisí od teploty vzduchu.

1 m 3 vzduchu pri teplote -20 ° C môže obsahovať najviac 1 g vody; pri 0 ° C - nie viac ako 5 g; pri +10 ° С - nie viac ako 9 g; pri +30 ° С - nie viac ako 30 g vody.

Záver:Čím vyššia je teplota vzduchu, tým viac vodnej pary môže obsahovať.

Vzduch môže byť bohatý a nie nasýtený para. Takže ak pri teplote +30 ° C 1 m 3 vzduchu obsahuje 15 g vodnej pary, vzduch nie je nasýtený vodnou parou; ak 30 g - nasýtené.

Absolútna vlhkosť- je to množstvo vodnej pary obsiahnutej v 1 m 3 vzduchu. Vyjadruje sa v gramoch. Ak napríklad povedia „absolútna vlhkosť je 15“, znamená to, že 1 ml obsahuje 15 g vodnej pary.

Relatívna vlhkosť- je to pomer (v percentách) skutočného obsahu vodnej pary v 1 m 3 vzduchu k množstvu vodnej pary, ktoré môže byť obsiahnutých v 1 m L pri danej teplote. Napríklad, ak sa cez rádio vysiela správa o počasí, že relatívna vlhkosť je 70 %, znamená to, že vzduch obsahuje 70 % vodnej pary, ktorú dokáže zadržať pri danej teplote.

Čím väčšia je relatívna vlhkosť vzduchu, t. čím je vzduch bližšie k nasýteniu, tým je pravdepodobnejšie, že klesne.

Vždy vysoká (až 90%) relatívna vlhkosť je pozorovaná v rovníkovej zóne, pretože je tu vysoká teplota vzduchu počas celého roka a dochádza k veľkému vyparovaniu z povrchu oceánov. Rovnako vysoká relatívna vlhkosť je v polárnych oblastiach, ale len preto, že pri nízkych teplotách aj malé množstvo vodnej pary spôsobí nasýtenie vzduchu alebo blízkosť nasýtenia. V miernych zemepisných šírkach sa relatívna vlhkosť mení sezónne – v zime je vyššia a v lete nižšia.

Relatívna vlhkosť vzduchu je obzvlášť nízka v púšti: 1 m 1 vzduchu tam obsahuje dvakrát až trikrát menej, ako je množstvo vodnej pary možné pri danej teplote.

Na meranie relatívnej vlhkosti sa používa vlhkomer (z gréckeho hygros - mokrý a meterco - meriam).

Pri ochladzovaní nedokáže nasýtený vzduch v sebe udržať rovnaké množstvo vodnej pary, hustne (kondenzuje) a mení sa na kvapôčky hmly. Hmlu možno pozorovať v lete za jasnej chladnej noci.

Mraky- to je tá istá hmla, len sa nevytvára pri zemskom povrchu, ale v určitej výške. Keď vzduch stúpa, ochladzuje sa a vodná para v ňom kondenzuje. Výsledné drobné kvapôčky vody tvoria oblaky.

podieľajú sa na tvorbe oblakov častice suspendované v troposfére.

Mraky môžu mať iný tvar, čo závisí od podmienok ich vzniku (tabuľka 14).

Najnižšie a najťažšie oblaky sú stratus. Nachádzajú sa vo výške 2 km od zemského povrchu. Vo výške 2 až 8 km možno pozorovať malebnejšie kupovité oblaky. Najvyššie a najľahšie sú cirry. Nachádzajú sa vo výške 8 až 18 km nad zemským povrchom.

rodiny	Druhy oblakov	Vzhľad
A. Horná oblačnosť - nad 6 km	I. Pinnate	Vláknité, vláknité, biele
	II. cirrocumulus	Vrstvy a hrebene malých vločiek a kučier, biele
	III. Cirrostratus	Priehľadný belavý závoj
B. Oblačnosť strednej vrstvy - nad 2 km	IV. Altocumulus	Vrstvy a hrebene bielej a šedej
	V. Altostratifikovaný	Hladký závoj mliečnej šedej farby
B. Menšia oblačnosť – do 2 km	VI. Nimbostratus	Pevná beztvará sivá vrstva
	VII. Stratocumulus	Nepriehľadné vrstvy a hrebene šedej
	VIII. vrstvené	Podsvietený sivý závoj
D. Mraky vertikálneho vývoja - od nižšej po hornú vrstvu	IX. Kumulus	Palice a kopule žiarivo biele, s roztrhanými okrajmi vo vetre
	X. Cumulonimbus	Výkonné kupovité hmoty tmavej olovnatej farby

Atmosférická ochrana

Hlavným zdrojom sú priemyselné podniky a autá. Vo veľkých mestách je problém plynovej kontaminácie hlavných dopravných trás veľmi akútny. Preto v mnohých Hlavné mestá na celom svete, vrátane našej krajiny, zaviedla environmentálnu kontrolu toxicity výfukových plynov automobilov. Dym a prach vo vzduchu môžu podľa odborníkov znížiť tok slnečnej energie k zemskému povrchu na polovicu, čo povedie k zmene prírodných podmienok.