Zloženie zeme. Vzduch

Vzduch je mechanická zmes rôznych plynov, ktoré tvoria zemskú atmosféru. Vzduch je nevyhnutný pre dýchanie živých organizmov a má široké využitie v priemysle.

Skutočnosť, že vzduch je zmes, a nie homogénna látka, bola dokázaná počas experimentov škótskeho vedca Josepha Blacka. Pri jednom z nich vedec zistil, že pri zahrievaní bielej magnézie (uhličitan horečnatý) sa uvoľňuje „viazaný vzduch“, teda oxid uhličitý, a vzniká spálená magnézia (oxid horečnatý). Naproti tomu pri spaľovaní vápenca sa odstraňuje „viazaný vzduch“. Na základe týchto experimentov vedec dospel k záveru, že rozdiel medzi uhličitými a žieravými zásadami je v tom, že prvé zahŕňajú oxid uhličitý, ktorý je jednou zo zložiek vzduchu. Dnes vieme, že okrem oxidu uhličitého zloženie zemského vzduchu zahŕňa:

Pomer plynov v zemskej atmosfére uvedený v tabuľke je typický pre jej spodné vrstvy, až do výšky 120 km. V týchto oblastiach leží dobre premiešaná, homogénna oblasť, nazývaná homosféra. Nad homosférou leží heterosféra, ktorá sa vyznačuje rozkladom molekúl plynu na atómy a ióny. Regióny sú od seba oddelené turbopauzou.

Chemická reakcia, pri ktorej sa vplyvom slnečného a kozmického žiarenia molekuly rozkladajú na atómy, sa nazýva fotodisociácia. Pri rozpade molekulárneho kyslíka vzniká atómový kyslík, ktorý je vo výškach nad 200 km hlavným plynom atmosféry. Vo výškach nad 1200 km začína prevládať vodík a hélium, ktoré sú z plynov najľahšie.

Keďže prevažná časť vzduchu je sústredená v 3 nižších vrstvách atmosféry, zmeny v zložení vzduchu vo výškach nad 100 km nemajú badateľný vplyv na celkové zloženie atmosféry.

Dusík je najbežnejším plynom, ktorý tvorí viac ako tri štvrtiny objemu zemského vzduchu. Moderný dusík vznikol oxidáciou ranej amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym kyslíkom, ktorý vzniká pri fotosyntéze. V súčasnosti sa malé množstvo dusíka dostáva do atmosféry ako dôsledok denitrifikácie – procesu redukcie dusičnanov na dusitany s následnou tvorbou plynných oxidov a molekulárneho dusíka, ktorý produkujú anaeróbne prokaryoty. Časť dusíka sa dostáva do atmosféry počas sopečných erupcií.

Vo vyšších vrstvách atmosféry, keď sú vystavené elektrickým výbojom za účasti ozónu, sa molekulárny dusík oxiduje na oxid dusnatý:

N2 + O2 -> 2NO

Za normálnych podmienok monoxid okamžite reaguje s kyslíkom za vzniku oxidu dusného:

2NO + 02 -> 2N20

Dusík je najdôležitejším chemickým prvkom v zemskej atmosfére. Dusík je súčasťou bielkovín, poskytuje rastlinám minerálnu výživu. Určuje rýchlosť biochemických reakcií, zohráva úlohu riedidla kyslíka.

Kyslík je druhým najrozšírenejším plynom v zemskej atmosfére. Tvorba tohto plynu je spojená s fotosyntetickou aktivitou rastlín a baktérií. A čím rozmanitejšie a početnejšie boli fotosyntetické organizmy, tým významnejší bol proces obsahu kyslíka v atmosfére. Pri odplyňovaní plášťa sa uvoľňuje malé množstvo ťažkého kyslíka.

V horných vrstvách troposféry a stratosféry sa vplyvom ultrafialového slnečného žiarenia (označujeme ho hν) tvorí ozón:

O 2 + hν → 2O

V dôsledku pôsobenia toho istého ultrafialového žiarenia sa ozón rozkladá:

O3 + hν → O2 + O

O3 + O → 2O2

V dôsledku prvej reakcie vzniká atómový kyslík v dôsledku druhého - molekulárneho kyslíka. Všetky 4 reakcie sa nazývajú Chapmanov mechanizmus podľa britského vedca Sidneyho Chapmana, ktorý ich objavil v roku 1930.

Kyslík sa používa na dýchanie živých organizmov. S jeho pomocou dochádza k procesom oxidácie a spaľovania.

Ozón slúži na ochranu živých organizmov pred ultrafialovým žiarením, ktoré spôsobuje nezvratné mutácie. Najvyššia koncentrácia ozónu je pozorovaná v spodnej stratosfére v rámci tzv. ozónová vrstva alebo ozónová clona ležiaca vo výškach 22-25 km. Obsah ozónu je malý: pri normálnom tlaku by všetok ozón zemskej atmosféry zaberal vrstvu hrubú len 2,91 mm.

Vznik tretieho najbežnejšieho plynu v atmosfére, argónu, ale aj neónu, hélia, kryptónu a xenónu, súvisí so sopečnými erupciami a rozpadom rádioaktívnych prvkov.

Najmä hélium je produktom rádioaktívneho rozpadu uránu, tória a rádia: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (v týchto reakciách sa α- častica je jadro hélia, ktoré v procese straty energie zachytáva elektróny a stáva sa 4 He).

Argón vzniká pri rozpade rádioaktívneho izotopu draslíka: 40 K → 40 Ar + γ.

Neón uniká z magmatických hornín.

Kryptón vzniká ako konečný produkt rozpadu uránu (235 U a 238 U) a tória Th.

Prevažná časť atmosférického kryptónu vznikla v raných fázach vývoja Zeme v dôsledku rozpadu transuránových prvkov s fenomenálne krátkym polčasom rozpadu alebo pochádza z vesmíru, pričom obsah kryptónu je desaťmiliónkrát vyšší ako na Zemi. .

Xenón je výsledkom štiepenia uránu, ale väčšina tohto plynu zostala z raných štádií formovania Zeme, z primárnej atmosféry.

Oxid uhličitý sa do atmosféry dostáva v dôsledku sopečných erupcií a v procese rozkladu organickej hmoty. Jeho obsah v atmosfére stredných zemepisných šírok Zeme sa značne líši v závislosti od ročných období: v zime sa množstvo CO 2 zvyšuje av lete klesá. Toto kolísanie súvisí s aktivitou rastlín, ktoré využívajú oxid uhličitý v procese fotosyntézy.

Vodík vzniká v dôsledku rozkladu vody slnečným žiarením. Keďže je však najľahším z plynov, ktoré tvoria atmosféru, neustále uniká do vesmíru, a preto je jeho obsah v atmosfére veľmi malý.

Vodná para je výsledkom odparovania vody z hladiny jazier, riek, morí a pevniny.

Koncentrácia hlavných plynov v spodných vrstvách atmosféry, s výnimkou vodnej pary a oxidu uhličitého, je konštantná. V malom množstve obsahuje atmosféra oxid sírový SO 2, amoniak NH 3, oxid uhoľnatý CO, ozón O 3, chlorovodík HCl, fluorovodík HF, oxid dusnatý NO, uhľovodíky, pary ortuti Hg, jód I 2 a mnohé ďalšie. V spodnej atmosférickej vrstve troposféry sa neustále nachádza veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc.

Zdrojmi pevných častíc v zemskej atmosfére sú sopečné erupcie, peľ rastlín, mikroorganizmy a v poslednom čase aj ľudské aktivity, ako napríklad spaľovanie fosílnych palív vo výrobných procesoch. Najmenšie čiastočky prachu, ktoré sú zárodkami kondenzácie, sú príčinou vzniku hmly a oblakov. Bez pevných častíc neustále prítomných v atmosfére by na Zem nepadali zrážky.

Atmosféra (z gréckeho ατμός - "para" a σφαῖρα - "guľa") - plynný obal nebeského telesa, ktorý okolo neho drží gravitácia. Atmosféra - plynný obal planéty, pozostávajúci zo zmesi rôznych plynov, vodných pár a prachu. Výmena hmoty medzi Zemou a Kozmom prebieha cez atmosféru. Zem prijíma kozmický prach a meteoritový materiál, stráca najľahšie plyny: vodík a hélium. Atmosférou Zeme skrz naskrz preniká silné žiarenie Slnka, ktoré určuje tepelný režim povrchu planéty, spôsobuje disociáciu molekúl atmosférického plynu a ionizáciu atómov.

Atmosféra Zeme obsahuje kyslík, ktorý väčšina živých organizmov využíva na dýchanie, a oxid uhličitý, ktorý pri fotosyntéze spotrebúvajú rastliny, riasy a sinice. Atmosféra je tiež ochrannou vrstvou na planéte, chráni jej obyvateľov pred slnečným ultrafialovým žiarením.

Všetky masívne telesá majú atmosféru – pozemské planéty, plynní obri.

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 %), 0,038 % oxidu uhličitého a malé množstvo vodíka, hélia, iných vzácnych plynov a znečisťujúcich látok.

Moderné zloženie ovzdušia Zeme vzniklo pred viac ako sto miliónmi rokov, no prudko zvýšená ľudská výrobná aktivita napriek tomu viedla k jeho zmene. V súčasnosti dochádza k zvýšeniu obsahu CO 2 asi o 10-12 %.Plyny tvoriace 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.

Počiatočné zloženie atmosféry planéty zvyčajne závisí od chemických a tepelných vlastností Slnka počas formovania planét a následného uvoľňovania vonkajších plynov. Potom sa zloženie plynového obalu vyvíja pod vplyvom rôznych faktorov.

Atmosféru Venuše a Marsu tvorí prevažne oxid uhličitý s malými prídavkami dusíka, argónu, kyslíka a iných plynov. Zemská atmosféra je z veľkej časti produktom organizmov, ktoré v nej žijú. Nízkoteplotní plynní obri – Jupiter, Saturn, Urán a Neptún – dokážu pojať prevažne plyny s nízkou molekulovou hmotnosťou – vodík a hélium. Vysokoteplotné plynné obry, ako Osiris alebo 51 Pegasi b, ju naopak nedokážu udržať a molekuly ich atmosféry sú rozptýlené vo vesmíre. Tento proces je pomalý a nepretržitý.

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 podoxidovaných plynov emitovaných do atmosféry sopkami. Bez kyslíka by nedošlo k rozkladu mŕtvej organickej hmoty.

Atmosférická štruktúra

Štruktúra atmosféry sa skladá z dvoch častí: vnútornej - troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra, alebo ionosféra, a vonkajšej - magnetosféry (exosféra).

1) Troposféra- ide o spodnú časť atmosféry, v ktorej sú sústredené 3/4 t.j. ~ 80% celej zemskej atmosféry. Jeho výška je určená intenzitou vertikálnych (vzostupných alebo zostupných) prúdov vzduchu spôsobených zahrievaním zemského povrchu a oceánu, takže hrúbka troposféry na rovníku je 16-18 km, v miernych šírkach 10-11 km. a na póloch - do 8 km. Teplota vzduchu v troposfére vo výške klesá o 0,6ºС na každých 100 m a pohybuje sa od +40 do -50ºС.

2) Stratosféra nachádza sa nad troposférou a má výšku až 50 km od povrchu planéty. Teplota vo výške do 30 km je konštantná -50ºС. Potom začne stúpať a vo výške 50 km dosiahne +10ºС.

Horná hranica biosféry je ozónová clona.

Ozónová clona je vrstva atmosféry v stratosfére, ktorá sa nachádza v rôznych výškach od zemského povrchu a má maximálnu hustotu ozónu vo výške 20-26 km.

Výška ozónovej vrstvy na póloch sa odhaduje na 7-8 km, na rovníku na 17-18 km a maximálna výška prítomnosti ozónu je 45-50 km. Nad ozónovou clonou je život nemožný kvôli drsnému ultrafialovému žiareniu Slnka. Ak stlačíte všetky molekuly ozónu, získate okolo planéty vrstvu ~ 3 mm.

3) Mezosféra– horná hranica tejto vrstvy sa nachádza do výšky 80 km. Jeho hlavnou črtou je prudký pokles teploty -90ºС na hornej hranici. Sú tu upevnené strieborné oblaky pozostávajúce z ľadových kryštálikov.

4) Ionosféra (termosféra) - nachádza sa do nadmorskej výšky 800 km a vyznačuje sa výrazným zvýšením teploty:

150 km teplota +240ºС,

200 km teplota +500ºС,

600 km teplota +1500ºС.

Pod vplyvom ultrafialového žiarenia zo slnka sú plyny v ionizovanom stave. Ionizácia je spojená so žiarou plynov a výskytom polárnych žiaroviek.

Ionosféra má schopnosť opakovane odrážať rádiové vlny, čo zabezpečuje diaľkovú rádiovú komunikáciu na planéte.

5) Exosféra- nachádza sa nad 800 km a siaha až do 3000 km. Tu je teplota >2000ºС. Rýchlosť pohybu plynu sa blíži ku kritickým ~ 11,2 km/s. Dominujú atómy vodíka a hélia, ktoré tvoria okolo Zeme svetelnú korónu siahajúcu do nadmorskej výšky 20 000 km.

Funkcie atmosféry

1) Termoregulačné – počasie a klíma na Zemi závisí od rozloženia tepla, tlaku.

2) Podpora života.

3) V troposfére dochádza ku globálnemu vertikálnemu a horizontálnemu pohybu vzdušných hmôt, ktorý určuje kolobeh vody, prenos tepla.

4) Takmer všetky povrchové geologické procesy sú spôsobené interakciou atmosféry, litosféry a hydrosféry.

5) Ochranná - atmosféra chráni Zem pred vesmírom, slnečným žiarením a meteoritovým prachom.

Funkcie atmosféry. Bez atmosféry by bol život na Zemi nemožný. Osoba denne spotrebuje 12-15 kg. vzduchu, vdychuje každú minútu od 5 do 100 litrov, čo výrazne prevyšuje priemernú dennú potrebu jedla a vody. Atmosféra navyše spoľahlivo chráni človeka pred nebezpečenstvami, ktoré mu hrozia z vesmíru: neprepúšťa meteority a kozmické žiarenie. Človek môže žiť päť týždňov bez jedla, päť dní bez vody a päť minút bez vzduchu. Bežný život ľudí si vyžaduje nielen vzduch, ale aj jeho určitú čistotu. Od kvality ovzdušia závisí zdravie ľudí, stav flóry a fauny, pevnosť a trvanlivosť konštrukcií budov a stavieb. Znečistený vzduch škodí vodám, pôde, moriam, pôde. Atmosféra určuje svetlo a reguluje tepelné režimy Zeme, prispieva k prerozdeleniu tepla na zemeguli. Plynový obal chráni Zem pred nadmerným ochladzovaním a zahrievaním. Ak by naša planéta nebola obklopená vzduchovým plášťom, tak v priebehu jedného dňa by amplitúda teplotných výkyvov dosiahla 200 C. Atmosféra zachraňuje všetko živé na Zemi pred ničivým ultrafialovým, röntgenovým a kozmickým žiarením. Význam atmosféry pri distribúcii svetla je veľký. Jeho vzduch láme slnečné lúče na milión malých lúčov, rozptyľuje ich a vytvára rovnomerné osvetlenie. Atmosféra slúži ako vodič zvukov.

Štruktúra a zloženie zemskej atmosféry, treba povedať, neboli vždy konštantné hodnoty v jednom alebo inom období vývoja našej planéty. Dnes je vertikálna štruktúra tohto prvku, ktorý má celkovú „hrúbku“ 1,5-2,0 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 tvoria poveternostné, zrážkové a 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. Ale tam má atmosféra zásadne odlišné 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. Odtiaľ sa odrazené slnečné teplo vo forme infračervených lúčov posiela späť hore, vrátane procesov vedenia tepla a prúdenia. Preto teplota klesá so vzdialenosťou od zemského povrchu. Tento jav je pozorovaný do výšky stratosféry (11-17 kilometrov), potom sa teplota prakticky nemení do úrovne 34-35 km a následne opäť dochádza k nárastu teplôt až 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 taký dôležitý prvok, akým je 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 zemskej atmosféry zohráva veľmi dôležitú úlohu pri zachovaní života, pretože jednotlivé chemické prvky a kompozície úspešne obmedzujú prístup slnečného žiarenia 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) predurčuje možnosť takého javu, akým je postupné zahrievanie vrstiev veľmi riedkeho „vzduchu“ vplyvom slnečného žiarenia. žiarenia. V tejto časti "vzduchovej pokrývky" 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 nemohli zostať v zóne formovania planét ako pozemská skupina kvôli príliš vysokým teplotám.

Zloženie primárnej atmosféry Zeme, ako naznačuje druhá hypotéza, mohlo vzniknúť vďaka aktívnemu bombardovaniu povrchu asteroidmi a kométami, ktoré prileteli z blízkosti slnečnej sústavy v raných fázach vývoja. 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 zemskej kôry 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 plynov ako H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 atď.. Preto vedci správne predpokladali, že chemické zloženie primárnej atmosféry Zeme zahŕňa vodu a oxid uhličitý, pary fluorovodíka (HF), plynný 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 vzniku hydrosféry, oxid uhličitý sa ukázal byť viac vo viazanom stave v organickej hmote a horninách, dusík prešiel do zloženia moderného ovzdušia, ako aj opäť do sedimentárnych hornín a organickej hmoty.

Zloženie primárnej atmosféry Zeme by moderným ľuďom nedovolilo byť v nej bez dýchacích prístrojov, keďže vtedy tam nebol kyslík v požadovanom množstve. 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 atmosféry Zeme, pokiaľ ide o kyslík, začalo presahovať jedno percento modernej a začala sa objavovať ozónová vrstva, ktorá chráni organizmy 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.

Zloženie atmosféry. Vzdušný obal našej planéty - atmosféru chráni zemský povrch pred škodlivými účinkami ultrafialového žiarenia zo Slnka na živé organizmy. Tiež chráni Zem pred kozmickými časticami - prachom a meteoritmi.

Atmosféru tvorí mechanická zmes plynov: 78 % jej objemu tvorí dusík, 21 % kyslík a menej ako 1 % tvorí hélium, argón, kryptón a iné inertné plyny. Množstvo kyslíka a dusíka vo vzduchu sa prakticky nemení, pretože dusík takmer nevstupuje do kombinácií s inými látkami, a kyslík, ktorý je síce veľmi aktívny a spotrebúva sa na dýchanie, oxidáciu a spaľovanie, ale rastliny ho neustále dopĺňajú.

Až do výšky asi 100 km zostáva percento týchto plynov prakticky nezmenené. Je to spôsobené tým, že vzduch sa neustále mieša.

Okrem týchto plynov obsahuje atmosféra asi 0,03 % oxidu uhličitého, ktorý sa zvyčajne sústreďuje v blízkosti zemského povrchu a je rozmiestnený nerovnomerne: v mestách, priemyselných centrách a oblastiach sopečnej činnosti sa jeho množstvo zvyšuje.

V atmosfére je vždy určité množstvo nečistôt – vodnej pary a prachu. Obsah vodnej pary závisí od teploty vzduchu: čím vyššia je teplota, tým viac pary vzduch zadrží. V dôsledku prítomnosti parnej vody vo vzduchu sú možné atmosférické javy ako dúha, lom slnečného svetla atď.

Prach sa do atmosféry dostáva pri sopečných erupciách, pieskových a prachových búrkach, pri nedokonalom spaľovaní paliva v tepelných elektrárňach atď.

Štruktúra atmosféry. Hustota atmosféry sa mení s výškou: je najvyššia pri povrchu Zeme a klesá, keď stúpa. Takže v nadmorskej výške 5,5 km je hustota atmosféry 2-krát a vo výške 11 km - 4-krát menšia ako v povrchovej vrstve.

V závislosti od hustoty, zloženia a vlastností plynov sa atmosféra delí na päť sústredných vrstiev (obr. 34).

Ryža. 34. Vertikálny rez atmosférou (atmosférická stratifikácia)

1. Spodná vrstva je tzv troposféra. Jeho horná hranica prebieha v nadmorskej výške 8-10 km na póloch a 16-18 km na rovníku. Troposféra obsahuje až 80 % celkovej hmotnosti atmosféry a takmer všetku vodnú paru.

Teplota vzduchu v troposfére klesá s výškou o 0,6 °C každých 100 m a na jej hornej hranici je -45-55 °C.

Vzduch v troposfére sa neustále mieša, pohybuje sa rôznymi smermi. Iba tu sú pozorované hmly, dažde, snehové zrážky, búrky, búrky a iné poveternostné javy.

2. Vyššie sa nachádza stratosféra, ktorá siaha do výšky 50-55 km. Hustota vzduchu a tlak v stratosfére sú zanedbateľné. Zriedený vzduch pozostáva z rovnakých plynov ako v troposfére, obsahuje však viac ozónu. Najvyššia koncentrácia ozónu je pozorovaná v nadmorskej výške 15-30 km. Teplota v stratosfére stúpa s výškou a na jej hornej hranici dosahuje 0 °C alebo viac. Je to spôsobené tým, že ozón absorbuje krátkovlnnú časť slnečnej energie, v dôsledku čoho sa vzduch ohrieva.

3. Nad stratosférou leží mezosféra, siaha do výšky 80 km. V ňom teplota opäť klesá a dosahuje -90 ° C. Hustota vzduchu je tam 200-krát menšia ako na povrchu Zeme.

4. Nad mezosférou je termosféra(od 80 do 800 km). Teplota v tejto vrstve stúpa: vo výške 150 km na 220 °C; vo výške 600 km až 1500 °C. Atmosférické plyny (dusík a kyslík) sú v ionizovanom stave. Pôsobením krátkovlnného slnečného žiarenia sa jednotlivé elektróny oddeľujú od obalov atómov. Výsledkom je, že v tejto vrstve - ionosféra objavujú sa vrstvy nabitých častíc. Ich najhustejšia vrstva je v nadmorskej výške 300-400 km. Slnečné lúče sa tam kvôli nízkej hustote nerozptyľujú, takže obloha je čierna, jasne na nej žiaria hviezdy a planéty.

V ionosfére sú polárne svetlá, vznikajú silné elektrické prúdy, ktoré spôsobujú poruchy v magnetickom poli Zeme.

5. Nad 800 km sa nachádza vonkajší plášť - exosféra. Rýchlosť pohybu jednotlivých častíc v exosfére sa blíži ku kritickej - 11,2 mm/s, takže jednotlivé častice dokážu prekonať zemskú gravitáciu a uniknúť do svetového priestoru.

Hodnota atmosféry.Úloha atmosféry v živote našej planéty je mimoriadne veľká. Bez nej by bola Zem mŕtva. Atmosféra chráni povrch Zeme pred intenzívnym zahrievaním a ochladzovaním. Jeho vplyv možno prirovnať k úlohe skla v skleníkoch: prepúšťať slnečné lúče a brániť úniku tepla.

Atmosféra chráni živé organizmy pred krátkovlnným a korpuskulárnym žiarením Slnka. Atmosféra je prostredie, kde sa vyskytujú poveternostné javy, s ktorými je spojená všetka ľudská činnosť. Štúdium tejto škrupiny sa vykonáva na meteorologických staniciach. Vo dne aj v noci za každého počasia meteorológovia sledujú stav spodnej atmosféry. Štyrikrát denne a na mnohých staniciach každú hodinu merajú teplotu, tlak, vlhkosť vzduchu, zaznamenávajú oblačnosť, smer a rýchlosť vetra, zrážky, elektrické a zvukové javy v atmosfére. Meteorologické stanice sa nachádzajú všade: v Antarktíde av tropických dažďových pralesoch, na vysokých horách a v obrovských oblastiach tundry. Pozorovania oceánov sa robia aj zo špeciálne postavených lodí.

Od 30. rokov. 20. storočie pozorovania začali vo voľnej atmosfére. Začali vypúšťať rádiosondy, ktoré stúpajú do výšky 25-35 km a pomocou rádiových zariadení prenášajú na Zem informácie o teplote, tlaku, vlhkosti vzduchu a rýchlosti vetra. V súčasnosti sú široko používané aj meteorologické rakety a satelity. Tí druhí majú televízne inštalácie, ktoré prenášajú obraz zemského povrchu a oblakov.

| |
5. Vzduchová škrupina zeme§ 31. Ohrievanie atmosféry

Stratosféra je jednou z horných vrstiev vzduchového obalu našej planéty. Začína sa vo výške okolo 11 km nad zemou. Osobné lietadlá tu už nelietajú a mraky sa tvoria len zriedka. Ozón sa nachádza v stratosfére – tenkej škrupine, ktorá chráni planétu pred prenikaním škodlivého ultrafialového žiarenia.

Vzduchová škrupina planéty

Atmosféra je plynný obal Zeme, ktorý susedí s vnútorným povrchom hydrosféry a zemskej kôry. Jeho vonkajšia hranica postupne prechádza do kozmického priestoru. Zloženie atmosféry zahŕňa plyny: dusík, kyslík, argón, oxid uhličitý a tak ďalej, ako aj nečistoty vo forme prachu, kvapiek vody, ľadových kryštálov, produktov spaľovania. Pomer hlavných prvkov vzduchového plášťa sa udržiava konštantný. Výnimkou sú oxid uhličitý a voda – ich množstvo v atmosfére sa často mení.

Vrstvy plynového obalu

Atmosféra je rozdelená do niekoľkých vrstiev, ktoré sú umiestnené nad sebou a majú vlastnosti v zložení:

hraničná vrstva - priamo susediaca s povrchom planéty, siahajúca do výšky 1-2 km;

troposféra je druhá vrstva, vonkajšia hranica sa nachádza v priemere vo výške 11 km, sústreďuje sa tu takmer všetka vodná para atmosféry, tvoria sa oblaky, vznikajú cyklóny a anticyklóny, so stúpajúcou výškou stúpa teplota;

tropopauza - prechodná vrstva, charakterizovaná zastavením poklesu teploty;

stratosféra je vrstva, ktorá siaha až do výšky 50 km a je rozdelená do troch zón: od 11 do 25 km sa teplota mierne mení, od 25 do 40 - teplota stúpa, od 40 do 50 - teplota zostáva konštantná ( stratopauza);

mezosféra siaha do výšky až 80-90 km;

termosféra dosahuje 700-800 km nad morom, tu vo výške 100 km je Karmánova čiara, ktorá sa berie ako hranica medzi zemskou atmosférou a vesmírom;

Exosféra sa nazýva aj rozptylová zóna, tu veľa stráca častice hmoty a tie odlietajú do vesmíru.

Zmeny teploty v stratosfére

Stratosféra je teda časťou plynného obalu planéty, ktorá nasleduje po troposfére. Tu sa začína meniť teplota vzduchu, ktorá je konštantná počas celej tropopauzy. Výška stratosféry je približne 40 km. Spodná hranica je 11 km nad morom. Od tejto značky sa teplota mierne mení. V nadmorskej výške 25 km sa index zahrievania začína pomaly zvyšovať. Vo výške 40 km nad morom teplota stúpa z -56,5º na +0,8ºС. Ďalej zostáva blízko nula stupňov až do nadmorskej výšky 50-55 km. Zóna medzi 40 a 55 kilometrami sa nazýva stratopauza, keďže teplota sa tu nemení. Je to prechodová zóna zo stratosféry do mezosféry.

Vlastnosti stratosféry

Stratosféra Zeme obsahuje asi 20 % hmotnosti celej atmosféry. Vzduch je tu taký riedky, že človek nemôže zostať bez špeciálneho skafandru. Tento fakt je jedným z dôvodov, prečo sa lety do stratosféry začali realizovať len relatívne nedávno.

Ďalším znakom plynového obalu planéty vo výške 11-50 km je veľmi malé množstvo vodnej pary. Z tohto dôvodu sa mraky v stratosfére takmer nikdy nevytvárajú. Pre nich jednoducho neexistuje stavebný materiál. Zriedkavo je však možné pozorovať takzvané perleťové oblaky, ktoré „zdobia“ stratosféru (fotografia je uvedená nižšie) vo výške 20 - 30 km nad morom. Tenké, akoby svietiace útvary zvnútra možno pozorovať po západe alebo pred východom slnka. Tvar perleťových oblakov je podobný ako cirrus alebo cirrocumulus.

Ozónová vrstva Zeme

Hlavným rozlišovacím znakom stratosféry je maximálna koncentrácia ozónu v celej atmosfére. Vzniká pod vplyvom slnečného žiarenia a chráni všetok život na planéte pred ich ničivým žiarením. Ozónová vrstva Zeme sa nachádza v nadmorskej výške 20-25 km nad morom. Molekuly O 3 sú distribuované v stratosfére a dokonca existujú blízko povrchu planéty, ale ich najvyššia koncentrácia sa pozoruje na tejto úrovni.

Treba poznamenať, že ozónová vrstva Zeme je len 3-4 mm. Toto bude jeho hrúbka, ak budú častice tohto plynu umiestnené v podmienkach normálneho tlaku, napríklad blízko povrchu planéty. Ozón sa tvorí v dôsledku rozpadu molekuly kyslíka pôsobením ultrafialového žiarenia na dva atómy. Jeden z nich sa spojí s „plnohodnotnou“ molekulou a vznikne ozón – O 3.

Nebezpečný obranca

Stratosféra je teda dnes viac prebádanou vrstvou atmosféry ako na začiatku minulého storočia. Budúcnosť ozónovej vrstvy, bez ktorej by život na Zemi nevznikol, však stále nie je príliš jasná. Krajiny síce znižujú produkciu freónu, no niektorí vedci tvrdia, že to aspoň takýmto tempom neprinesie veľa úžitku, iní zase, že to vôbec nie je potrebné, keďže väčšina škodlivých látok vzniká prirodzene. Kto má pravdu, ukáže čas.