Постійний склад атмосфери. Кисень в атмосфері Землі

Атмосфера - те, що забезпечує можливість життя Землі. Найперші відомості та факти про атмосферу ми отримуємо ще у початковій школі. У старших класах ми докладніше знайомимося з цим поняттям під час уроків географії.

Поняття земної атмосфери

Атмосфера є у Землі, а й в інших небесних тіл. Так називають газову оболонку, що оточує планети. Склад цього газового шару різних планет значно відрізняється. Давайте розглянемо основні відомості та факти про так зване повітря.

Найважливішою її складовою є кисень. Деякі помилково думають, що земна атмосфера складається повністю з кисню, але насправді повітря – це суміш газів. У його складі 78% азоту та 21% кисню. Решта відсотка включає озон, аргон, вуглекислий газ, водяні пари. Нехай відсоткове співвідношення цих газів мало, але вони виконують важливу функцію - поглинають значну частину сонячної променистої енергії, тим самим не дають світилу перетворити все живе на нашій планеті на попіл. Властивості атмосфери змінюються залежно від висоти. Наприклад, на висоті 65 км азот становить 86%, а кисень – 19%.

Склад атмосфери Землі

• Вуглекислий газнеобхідний харчування рослин. У атмосфері він у результаті процесу дихання живих організмів, гниття, горіння. Відсутність їх у складі атмосфери унеможливило б існування будь-яких рослин.
• Кисень- Життєво важливий для людини компонент атмосфери. Його наявність є умовою існування всіх живих організмів. Він становить близько 20% загального обсягу атмосферних газів.
• Озон– це природний поглинач сонячного ультрафіолетового випромінювання, яке згубно впливає на живі організми. Більшість його формує окремий шар атмосфери - озоновий екран. Останнім часом діяльність людини призводить до того, що починає поступово руйнуватися, але оскільки вона має велику важливість, то ведеться активна робота щодо її збереження та відновлення.
• Водяна паравизначає вологість повітря. Його зміст може бути різним залежно від різних факторів: температури повітря, територіального розташування, сезону. При низькій температурі водяної пари в повітрі зовсім мало, може бути менше одного відсотка, а при високій його кількість досягає 4%.
• Крім усього вищепереліченого, у складі земної атмосфери завжди є певний відсоток твердих та рідких домішок. Це сажа, попіл, морська сіль, пил, краплі води, мікроорганізми. Потрапляти у повітря можуть як природним, і антропогенним шляхом.

Шари атмосфери

І температура, і густина, і якісний склад повітря неоднаковий на різній висоті. Через це прийнято виділяти різні верстви атмосфери. Кожен має свою характеристику. Давайте дізнаємося, які шари атмосфери розрізняють:

• Тропосфера - цей шар атмосфери знаходиться найближче до Землі. Висота його – 8-10 км над полюсами та 16-18 км – у тропіках. Тут знаходиться 90% всієї водяної пари, яка є в атмосфері, тому відбувається активне утворення хмар. Також у цьому прошарку спостерігаються такі процеси, як рух повітря (вітру), турбулентність, конвекція. Температура коливається від +45 градусів опівдні у теплу пору року в тропіках до -65 градусів на полюсах.
• Стратосфера – другий за віддаленістю від шар атмосфери. Знаходиться на висоті від 11 до 50 км. У нижньому шарі стратосфери температура приблизно -55, у бік віддалення Землі вона підвищується до +1˚С. Ця область називається інверсією і є межею стратосфери та мезосфери.
• Мезосфера знаходиться на висоті від 50 до 90 км. Температура на її нижньому кордоні - близько 0, на верхній досягає -80...-90? Метеорити, що потрапляють в атмосферу Землі, повністю згоряють у мезосфері, тому тут відбуваються світіння повітря.
• Термосфера має товщину приблизно 700 км. У цьому вся шарі атмосфери виникають північні сяйва. З'являються вони рахунок під впливом космічного випромінювання і радіації, що виходить від Сонця.
• Екзосфера – це зона розсіювання повітря. Тут концентрація газів невелика і відбувається їх поступовий відхід у міжпланетний простір.

Кордоном між земною атмосферою та космічними просторами прийнято вважати кордон у 100 км. Цю межу називають лінією Кармана.

Тиск атмосфери

Слухаючи прогноз погоди, часто чуємо показники атмосферного тиску. Але що означає тиск атмосфери, і як це може вплинути на нас?

Ми розібралися, що повітря складається з газів та домішок. Кожна з цих складових має свою вагу, а отже, і атмосфера не є невагомою, як вважали до XVII століття. Атмосферний тиск – це сила, з якою всі шари атмосфери тиснуть на поверхню Землі та на всі предмети.

Вчені провели складні підрахунки та довели, що на один квадратний метр площі атмосфера тисне із силою 10 333 кг. Отже, людське тіло піддається тиску повітря, вага якого дорівнює 12-15 тонн. Чому ж ми цього не відчуваємо? Рятує нас свій внутрішній тиск, який і врівноважує зовнішній. Можна відчути тиск атмосфери, перебуваючи в літаку або високо в горах, оскільки атмосферний тиск на висоті значно менший. При цьому можливий фізичний дискомфорт, закладання вух, запаморочення.

Про атмосферу, що оточує, можна сказати багато всього. Ми знаємо про неї безліч цікавих фактів, і деякі з них можуть здаватися дивовижними:

• Вага земної атмосфери складає 5300000000000 000 тонн.
• Вона сприяє передачі звуку. На висоті більше 100 км ця властивість зникає через зміну складу атмосфери.
• Рух атмосфери спровокований нерівномірним нагріванням Землі.
• Для визначення температури повітря використовують термометр, а для того, щоб дізнатися про силу тиску атмосфери, - барометр.
• Наявність атмосфери рятує нашу планету від 100 тонн метеоритів щодня.
• Склад повітря був фіксованим кілька сотень мільйонів років, але почав змінюватися з початком бурхливої ​​виробничої діяльності.
• Вважається, що атмосфера простягається нагору на висоту 3000 км.

Значення атмосфери для людини

Фізіологічна зона атмосфери становить 5 км. На висоті 5000 м над рівнем моря у людини починає проявлятися кисневе голодування, що виявляється у зниженні його працездатності та погіршенні самопочуття. Це показує те, що людина не зможе вижити у просторі, де немає цієї дивовижної суміші газів.

Усі відомості та факти про атмосферу лише підтверджують її важливість для людей. Завдяки її наявності і виникла можливість розвитку життя Землі. Вже сьогодні, оцінивши масштаби шкоди, яку людство здатне своїми діями завдавати повітря, що дає життя, нам слід задуматися про подальші заходи збереження та відновлення атмосфери.

Помітне збільшення вмісту вільного кисню в атмосфері Землі 2400000000 років тому, мабуть, стало результатом дуже швидкого переходу від одного рівноважного стану до іншого. Перший рівень відповідав вкрай низькій концентрації Про 2 — приблизно в 100 000 разів нижче за ту, що спостерігається зараз. Другий рівноважний рівень міг бути досягнутий при вищій концентрації, що становить не менше 0,005 від сучасної. Зміст кисню між цими двома рівнями характеризується крайньої нестійкістю. Наявність подібної «бістабільності» дозволяє зрозуміти, чому в атмосфері Землі було так мало вільного кисню протягом принаймні 300 млн років після того, як його почали виробляти ціанобактерії (синьо-зелені «водорості»).

В даний час атмосфера Землі на 20% складається з вільного кисню, який є не що інше як побічний продукт фотосинтезу ціанобактерій, водоростей та вищих рослин. Дуже багато кисню виділяється тропічними лісами, які у популярних виданнях часто називають легкими планети. При цьому, щоправда, замовчується, що за рік тропічні ліси споживають майже стільки ж кисню, скільки утворюють. Витрачається він на дихання організмів, що розкладають готову органічну речовину, — насамперед бактерій та грибів. Для того, щоб кисень почав накопичуватися в атмосфері, хоча б частина утвореної в ході фотосинтезу речовини має бути виведена з кругообігу— наприклад, потрапити в донні відкладення та стати недоступною для бактерій, що розкладають його аеробно, тобто із споживанням кисню.

Сумарну реакцію оксигенного (тобто «що дає кисень») фотосинтезу можна записати як:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH 2 O) + O 2 ,
де hν- Енергія сонячного світла, а (CH 2 O) - узагальнена формула органічної речовини. Дихання ж - це зворотний процес, який можна записати як:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
При цьому вивільнятиметься необхідна для організмів енергія. Однак аеробне дихання можливе лише при концентрації O 2 не менше 0,01 від сучасного рівня (так звана точка Пастера). В анаеробних умовах органічна речовина розкладається шляхом бродіння, а на завершальних стадіях цього процесу нерідко утворюється метан. Наприклад, узагальнене рівняння метаногенезу через утворення ацетату виглядає як:
2(CH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2 .
Якщо комбінувати процес фотосинтезу з наступним розкладанням органічної речовини в анаеробних умовах, то сумарне рівняння матиме вигляд:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2 .
Саме такий шлях розкладання органічної речовини, мабуть, був основним у давній біосфері.

Багато важливих деталей того, як встановилася сучасна рівновага між надходженням кисню в атмосферу та її вилученням, залишаються нез'ясованими. Адже помітне збільшення вмісту кисню, так зване «Велике окислення атмосфери» (Great Oxidation), відбулося лише 2,4 млрд років тому, хоча точно відомо, що цианобактерії, що здійснюють оксигенний фотосинтез, були вже досить численні і активні 2,7 млрд років тому, а виникли вони ще раніше, можливо, 3 млрд років тому. Таким чином, протягом принаймні 300 мільйонів років діяльність ціанобактерій не призводила до збільшення вмісту кисню в атмосфері.

Припущення про те, що через якісь причини раптом відбулося радикальне збільшення чистої первинної продукції (тобто приросту органічної речовини, утвореної під час фотосинтезу ціанобактерій), критики не витримало. Справа в тому, що при фотосинтезі переважно споживається легкий ізотоп вуглецю 12 С, а в навколишньому середовищі зростає відносний вміст тяжчого ізотопу 13 С. Відповідно, донні відкладення, що містять органічну речовину, повинні бути збіднені ізотопом 13 С, який накопичується у воді і йде на освіту карбонатів. Однак співвідношення 12 С і 13 С в карбонатах та в органічній речовині відкладень залишається незмінним, незважаючи на радикальні зміни в концентрації кисню в атмосфері. Отже, вся справа над джерелі Про 2 , а його, як виражаються геохіміки, «стоку» (вилученні з атмосфери), який раптом істотно скоротився, що й призвело до істотного збільшення кількості кисню у атмосфері.

Зазвичай вважається, що безпосередньо до «Великого окислення атмосфери» весь кисень, що утворився тоді, витрачався на окислення відновлених сполук заліза (а потім сірки), яких на поверхні Землі було досить багато. Зокрема тоді утворилися так звані «смужкові залізні руди». Але нещодавно Колін Гольдблатт, аспірант Школи наук про навколишнє середовище при Університеті Східної Англії (Норвіч, Великобританія), спільно з двома колегами з того ж таки університету дійшли висновку про те, що вміст кисню в земній атмосфері може бути в одному з двох рівноважних станів: його може бути або дуже мало — приблизно в 100 тисяч разів менше, ніж зараз, або вже досить багато (хоча з позиції сучасного спостерігача мало) — не менше ніж 0,005 від сучасного рівня.

У запропонованій моделі вони врахували надходження в атмосферу як кисню, так і відновлених сполук, зокрема, звернувши увагу на співвідношення вільного кисню та метану. Вони зазначили, що якщо концентрація кисню перевищує 0,0002 від сучасного рівня, то частина метану вже може окислюватися метанотрофами бактеріями відповідно до реакції:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Але решта метану (а його досить багато, особливо при низькій концентрації кисню) надходить в атмосферу.

Вся система перебуває у нерівноважному стані з погляду термодинаміки. Основний механізм відновлення порушеної рівноваги — окислення метану у верхніх шарах атмосфери гідроксильним радикалом (див. Коливання метану в атмосфері: людина або природа — хто кого, «Елементи», 06.10.2006). Гідроксильний радикал, як відомо, утворюється в атмосфері під дією ультрафіолетового випромінювання. Але якщо кисню в атмосфері багато (щонайменше 0,005 від сучасного рівня), то у верхніх її шарах утворюється озоновий екран, який добре захищає Землю від жорстких ультрафіолетових променів і водночас заважає фізико-хімічному окисленню метану.

Автори приходять до дещо парадоксального висновку про те, що саме собою існування оксигенного фотосинтезу не є достатньою умовою ні для того, щоб сформувалася багата киснем атмосфера, ні для того, щоб виник озоновий екран. Цю обставину слід враховувати в тих випадках, коли ми намагаємося знайти ознаки існування життя на інших планетах, ґрунтуючись на результатах обстеження їхньої атмосфери.

Атмосфера(Від грец. Atmos - пар і spharia - куля) - повітряна оболонка Землі, що обертається разом з нею. Розвиток атмосфери був із геологічними і геохімічними процесами, які протікають нашій планеті, і навіть із діяльністю живих організмів.

Нижня межа атмосфери збігається з поверхнею Землі, тому що повітря проникає в дрібні пори в грунті і розчинене навіть у воді.

Верхня межа на висоті 2000-3000 км поступово перетворюється на космічний простір.

Завдяки атмосфері, в якій міститься кисень, можливе життя на Землі. Атмосферний кисень використовують у процесі дихання людини, тваринами, рослинами.

Якби не було атмосфери, на Землі була б така сама тиша, як на Місяці. Адже звук – це коливання частинок повітря. Блакитний колір піднебіння пояснюється тим, що сонячні промені, проходячи крізь атмосферу, як через лінзу, розкладаються на складові кольору. При цьому розсіюються найбільше промені блакитного та синього кольорів.

Атмосфера затримує більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, яке згубно діє живі організми. Також вона утримує біля Землі тепло, не даючи нашій планеті охолоджуватися.

Будова атмосфери

В атмосфері можна виділити кілька шарів, що розрізняються по щільності (рис. 1).

Тропосфера

Тропосфера- Найнижчий шар атмосфери, товщина якого над полюсами становить 8-10 км, в помірних широтах - 10-12 км, а над екватором - 16-18 км.

Мал. 1. Будова атмосфери Землі

Повітря у тропосфері нагрівається від земної поверхні, тобто від суші та води. Тому температура повітря в цьому шарі з висотою знижується в середньому на 0,6 ° С на кожні 100 м. У верхній межі тропосфери вона сягає -55 °С. При цьому в районі екватора на верхньому кордоні тропосфери температура повітря становить -70 °С, а в районі Північного полюса -65 °С.

У тропосфері зосереджено близько 80 % маси атмосфери, знаходиться майже вся водяна пара, виникають грози, бурі, хмари та опади, а також відбувається вертикальне (конвекція) та горизонтальне (вітер) переміщення повітря.

Можна сміливо сказати, що погода переважно формується в тропосфері.

Стратосфера

Стратосфера- Шар атмосфери, розташований над тропосферою на висоті від 8 до 50 км. Колір піднебіння у цьому шарі здається фіолетовим, що пояснюється розрідженістю повітря, через яку сонячні промені майже не розсіюються.

У стратосфері зосереджено 20% маси атмосфери. Повітря в цьому шарі розріджене, практично немає водяної пари, а тому майже не утворюються хмари та опади. Однак у стратосфері спостерігаються стійкі повітряні течії, швидкість яких сягає 300 км/год.

У цьому шарі зосереджений озон(Озоновий екран, озоносфера), шар, який поглинає ультрафіолетові промені, не пропускаючи їх до Землі і тим самим захищаючи живі організми на нашій планеті. Завдяки озону, температура повітря на верхньому кордоні стратосфери знаходиться в межах від -50 до 4-55 °С.

Між мезосферою та стратосферою розташована перехідна зона – стратопауза.

Мезосфера

Мезосфера- Шар атмосфери, розташований на висоті 50-80 км. Щільність повітря тут у 200 разів менша, ніж у поверхні Землі. Колір піднебіння у мезосфері здається чорним, протягом дня видно зірки. Температура повітря знижується до -75(-90)°С.

На висоті 80 км. починається термосфери.Температура повітря у цьому шарі різко підвищується до висоти 250 м, а потім стає постійною: на висоті 150 км вона досягає 220-240 ° С; на висоті 500-600 км. перевищує 1500 °С.

У мезосфері та термосфері під дією космічних променів молекули газів розпадаються на заряджені (іонізовані) частинки атомів, тому ця частина атмосфери отримала назву іоносфера- Шар дуже розрідженого повітря, розташований на висоті від 50 до 1000 км, що складається в основному з іонізованих атомів кисню, молекул окису азоту і вільних електронів. Для цього шару характерна висока наелектризованість, і від нього, як від дзеркала, відбиваються довгі та середні радіохвилі.

В іоносфері виникають полярні сяйва - світіння розріджених газів під впливом електрично заряджених частинок, що летять від Сонця, і спостерігаються різкі коливання магнітного поля.

Екзосфера

Екзосфера- Зовнішній шар атмосфери, розташований вище 1000 км. Цей шар ще називають сферою розсіювання, тому що частинки газів рухаються тут з великою швидкістю і можуть розсіюватись у космічний простір.

Склад атмосфери

Атмосфера - це суміш газів, що складається з азоту (78,08%), кисню (20,95%), вуглекислого газу (0,03%), аргону (0,93%), невеликої кількості гелію, неону, ксенону, криптону (0,01%), озону та інших газів, але їх вміст мізерний (табл. 1). Сучасний склад повітря Землі встановився понад сотню мільйонів років тому, проте різко зросла виробнича діяльність людини все ж таки призвела до її зміни. В даний час відзначається збільшення вмісту 2 приблизно на 10-12%.

Гази, що входять до складу атмосфери, виконують різні функціональні ролі. Однак основне значення цих газів визначається насамперед тим, що вони дуже поглинають променисту енергію і тим самим істотно впливають на температурний режим поверхні Землі та атмосфери.

Таблиця 1. Хімічний склад сухого атмосферного повітря біля земної поверхні

Азот,найпоширеніший газ у атмосфері, хімічно мало активний.

Кисень, На відміну від азоту, хімічно дуже активний елемент. Специфічна функція кисню – окислення органічної речовини гетеротрофних організмів, гірських порід та недоокислених газів, що викидаються в атмосферу вулканами. Без кисню не було б розкладання мертвої органічної речовини.

Роль вуглекислого газу атмосфері винятково велика. Він надходить в атмосферу в результаті процесів горіння, дихання живих організмів, гниття і є насамперед основним будівельним матеріалом для створення органічної речовини при фотосинтезі. Крім цього, величезне значення має властивість вуглекислого газу пропускати короткохвильову сонячну радіацію та поглинати частину теплового довгохвильового випромінювання, що створить так званий парниковий ефект, про який йтиметься нижче.

Вплив на атмосферні процеси, особливо на тепловий режим стратосфери, чинить і озон.Цей газ є природним поглиначем ультрафіолетового випромінювання Сонця, а поглинання сонячної радіації веде до нагрівання повітря. Середні місячні значення загального вмісту озону в атмосфері змінюються в залежності від широти місцевості та пори року в межах 0,23-0,52 см (така товщина шару озону при наземному тиску та температурі). Спостерігається збільшення вмісту озону від екватора до полюсів та річний хід з мінімумом восени та максимумом навесні.

Характерною властивістю атмосфери можна назвати те, що вміст основних газів (азоту, кисню, аргону) з висотою змінюється незначно: на висоті 65 км в атмосфері вміст азоту - 86%, кисню - 19, аргону - 0,91, на висоті 95 км - азоту 77, кисню - 21,3, аргону - 0,82%. Постійність складу атмосферного повітря по вертикалі та горизонталі підтримується його перемішуванням.

Крім газів, у повітрі містяться водяна параі Тверді частки.Останні можуть мати як природне, і штучне (антропогенне) походження. Це квітковий пилок, крихітні кристали солі, дорожній пил, аерозольні домішки. Коли у вікно проникають сонячні промені, їх можна побачити неозброєним оком.

Особливо багато твердих частинок повітря міст і великих промислових центрів, де до аерозолям додаються викиди шкідливих газів, їх домішок, що утворюються при спалюванні палива.

Концентрація аерозолів в атмосфері визначає прозорість повітря, що позначається на сонячній радіації, що досягає Землі. Найбільші аерозолі - ядра конденсації (від лат. condensatio- Ущільнення, згущення) - сприяють перетворенню водяної пари на водяні краплі.

Значення водяної пари визначається насамперед тим, що він затримує довгохвильове теплове випромінювання земної поверхні; представляє основну ланку великих і малих кругообігів вологи; підвищує температуру повітря під час конденсації водяних нарів.

Кількість водяної пари в атмосфері змінюється в часі та просторі. Так, концентрація водяної пари біля земної поверхні коливається від 3 % у тропіках до 2-10 (15) % в Антарктиді.

Середній вміст водяної пари у вертикальному стовпі атмосфери в помірних широтах становить близько 1,6-1,7 см (таку товщину матиме шар сконденсованої водяної пари). Відомості щодо водяної пари у різних шарах атмосфери суперечливі. Передбачалося, наприклад, що в діапазоні висот від 20 до 30 км. питома вологість сильно збільшується з висотою. Однак наступні виміри вказують на велику сухість стратосфери. Очевидно, питома вологість у стратосфері мало залежить від висоти і становить 2-4 мг/кг.

Мінливість вмісту водяної пари в тропосфері визначається взаємодією процесів випаровування, конденсації та горизонтального перенесення. В результаті конденсації водяної пари утворюються хмари та випадають атмосферні опади у вигляді дощу, граду та снігу.

Процеси фазових переходів води протікають переважно в тропосфері, саме тому хмари в стратосфері (на висотах 20-30 км) і мезосфері (поблизу мезопаузи), що отримали назву перламутрових і сріблястих, спостерігаються порівняно рідко, тоді як тропосферні хмари нерідко закривають. поверхні.

Кількість водяної пари, яка може бути в повітрі, залежить від температури повітря.

В 1 м 3 повітря при температурі -20 ° С може бути не більше 1 г води; при 0 ° С - не більше 5 г; при +10 ° С - не більше 9 г; при +30 ° С - не більше 30 г води.

Висновок:Чим вище температура повітря, тим більше водяної пари може в ній утримуватися.

Повітря може бути насиченимі не насиченимводяною парою. Так, якщо при температурі +30 °С в 1 м 3 повітря міститься 15 г водяної пари, повітря не насичене водяною парою; якщо ж 30 г - насичений.

Абсолютна вологість- Це кількість водяної пари, що міститься в 1 м 3 повітря. Воно виявляється у грамах. Наприклад, якщо кажуть «абсолютна вологість дорівнює 15», це означає, що у 1 м Л міститься 15 р водяної пари.

Відносна вологість повітря— це відношення (у відсотках) фактичного вмісту водяної пари в 1 м 3 повітря до кількості водяної пари, яка може утримуватися в 1 м Л при даній температурі. Наприклад, якщо радіо під час передачі зведення погоди повідомили, що відносна вологість дорівнює 70 %, це означає, що повітря містить 70 % тієї водяної пари, яку він може вмістити при даній температурі.

Чим більша відносна вологість повітря, т. с. що ближче повітря до стану насичення, то ймовірніше випадання опадів.

Завжди висока (до 90%) відносна вологість повітря спостерігається в екваторіальній зоні, тому що там протягом усього року тримається висока температура повітря і відбувається випаровування з поверхні океанів. Така ж висока відносна вологість і в полярних районах, але вже тому, що при низьких температурах навіть невелика кількість водяної пари робить повітря насиченим або близьким до насичення. У помірних широтах відносна вологість змінюється за сезонами - взимку вона вище, влітку - нижче.

Особливо низька відносна вологість повітря в пустелях: 1 м 1 повітря там містить у два-три рази менше за можливу при даній температурі кількість водяної пари.

Для вимірювання відносної вологості користуються гігрометром (від грец. Hygros - вологий і metroco - вимірюваю).

При охолодженні насичене повітря не може утримати в собі колишньої кількості водяної пари, воно згущується (конденсується), перетворюючись на крапельки туману. Туман можна спостерігати влітку у прохолодну ніч.

Хмари- це той самий туман, тільки утворюється він не біля земної поверхні, а на деякій висоті. Піднімаючись вгору, повітря охолоджується, і водяна пара, що знаходиться в ньому, конденсується. Дрібні крапельки води, що утворилися, і складають хмари.

В освіті хмар беруть участь і тверді частки, що перебувають у тропосфері у зваженому стані.

Хмари можуть мати різну форму, яка залежить від умов утворення (табл. 14).

Найнижчі та найважчі хмари — шаруваті. Вони знаходяться на висоті 2 км від земної поверхні. На висоті від 2 до 8 км можна спостерігати більш мальовничі купові хмари. Найвищі та найлегші — перисті хмари. Вони знаходяться на висоті від 8 до 18 км над земною поверхнею.

Охорона атмосфери

Головним джерелом є промислові підприємства та автомобілі. У великих містах проблема загазованості головних транспортних магістралей дуже гостро стоїть. Саме тому у багатьох великих містах світу, зокрема й у нашій країні, запроваджено екологічний контроль токсичності вихлопних газів автомобілів. За даними фахівців, задимленість і запиленість повітря може наполовину скоротити надходження сонячної енергії до земної поверхні, що призведе до зміни природних умов.

Причина кисню в атмосфері Землі та причина вулканізму на Землі – одна. Це власне тепло планети, яке генерується кожним атомом, у процесі метаболізму.

Причина вулканізму на землі

Причина вулканізму Землі – тепло, генероване всієї масою планети у процесі метаболізму. Тобто причина така сама, як і для Іо.

Моя оцінка: Енергія Землі 0,2*10^15 Дж/сек (відповідно до теорії).

Теплопровідність літосферних плит та океанічного дна мала, щоб відвести цю енергію. Тому тепло відводиться через вулканізм. З 10 000 вулканів, зареєстрованих Землі, більшість підводні. Вони нагрівають океан. Найменша частина надводні. Вони нагрівають атмосферу.

Руйнування води

Вода океанів контактує з великою кількістю розплавленої магми, що вивергається підводними вулканами. І від цього контакту руйнується на кисень та водень. Обидва гази спливають на поверхню. Легкий водень піднімається у верхні шари атмосфери і з'єднується з озоном, утворюючи воду. Вода конденсується і помітна як перисті хмари на висоті 30 км (на фото). Опадами вода знову випадає на землю. А в атмосфері утворюються «озонові дірки». Частина водню здувається сонячним вітром і забирається в космос. Кисень важкий, тому концентрується біля Землі. Саме цим киснем ми всі дихаємо!

Усвідомив це, подивившись документальний фільм: «Воднева "бомба" під ногами та під нафтовою економікою».

Причина кисню у атмосфері Землі

Концентрація кисню у атмосфері Землі обумовлена ​​підводною вулканічною активністю. А вулканічна активність обумовлена ​​власним теплом планети, що генерується у процесі метаболізму! Саме тому концентрація кисню стабільна.

Рослини, у процесі фотосинтезу теж виділяють кисень. І також шляхом руйнування молекул води. СО2 і Н2 з'єднуються у вуглеводень, а молекула кисню надходить у повітря.

Чому вважаю, що не рослини відповідають за спостережувану концентрацію кисню в атмосфері Землі? Про це трохи нижче.

Відсоток кисню в атмосфері, раніше

Викопні стародавні рослини та тварини мали дуже великі розміри. Розміри, які не можна досягти за сучасної концентрації кисню в атмосфері. Кисню було більше. І це логічно випливає з ідеї руйнування «Стародавньої планети». Відразу після її руйнування, оголилися дуже великі площі магми, через скорочення розмірів літосферної плити. Вода океану охолодила магму. Але руйнація води була дуже масштабною. В атмосферу надходило набагато більше кисню з океану. Та й сам океан був сильно просочений киснем, що сприяло зростанню морських тварин до величезних розмірів. У міру охолодження дна сформувалися нові донні плити, що стали утеплювачем. І після цього, надлишкове тепло почало прориватися на поверхню за допомогою вулканізму, на стиках тектонічних плит.

Темпи руйнування Земного океану

Можна оцінити час повної руйнації океанів Землі.

Втрата водню відбувається через здування його сонячним вітром, в космос. Темп видування водню 10% від атмосфери –250 000 000 тонн/рік. За таких темпів втрати водню Землі загрожує зневоднення (за моєю гіпотезою, його походження з води). Темп руйнування води – 2,25 км3/рік. На повну руйнацію всіх океанів Землі потрібно 645 мільйонів років.

Примітка.

1. Темп видування водню 250 000 тонн/рік. Інформація з фільму: «Воднева "бомба" під ногами та під нафтовою економікою» таблиця на 7 хвилин 30 секунд.

2. Темп видування водню 10% від того, що знаходиться в атмосфері. Цей фільм, озвучення на 45 хвилині.

Припускаю, що у таблиці забули намалювати три нулі. Художник, який робив таблицю, забув. Доповідач сказав правильне число у формі пропорції.

Доля Венери

Щодо другого великого уламка «Стародавньої планети» - Венери. Їй дісталося менше води океану і мало материкових плит (всього дві = 10% її площі). Води забракло у тому, щоб остудити оголену магму. В результаті, розкладання води призвело до утворення величезної кількості кисню та водню.

Піднімаючись вгору, частина водню знову з'єднувалася з киснем і випадала охолодженими опадами. Але водень видувався з атмосфери сонячним вітром дуже інтенсивно, оскільки планета виявилася ближче до Сонця, ніж Земля та її магнітне поле виявилося слабким.

Атмосфера Венери стала дуже кисневою. Кисень з'єднався з вуглецем утворивши СО2, з якої зараз і складається 96,5% атмосфери Венери.

Власне тепло, що генерується матерією Венери - 0,117*10^15 Дж/сек (розрахункова, з теорії). Для того, щоб відвести все тепло, що генерується матерією Венери і одержуване від Сонця, достатньо температури поверхні -20°.

Але Венері дісталася щільніша, ніж Землі, атмосфера з азоту, що створило більш виражений парниковий ефект.

Об'єм азотної атмосфери, що дісталася Венері, легко порахувати. Те, що зараз є, становить 1,88*10^19 кг. Що у 4,9 разу більше, ніж азоту у земній атмосфері. Плюс той азот, що перетворився на вуглець, рахунок сонячної радіації і, з'єднавшись з киснем, став вуглекислим газом - 1,42*10^20 кг. Що у 36,85 разів більше, ніж азоту у земній атмосфері. Усього, в атмосфері Венери, азоту було в 41,75 разів більше, ніж зараз на Землі 1,61 * 10 ^ 20 кг.

Водень від зруйнованої води інтенсивно видувався в космос. Дуже потужна атмосфера із СО2 закрила планету від випромінювання тепла, як ковдру. Планета біля поверхні дуже гаряча (464 ° С). Вода зникла.

За таких же темпів втрати водню, як на Землі, Венера повністю втратила б океан за 189 мільйонів років! Проте темпи втрати водню на Венері були набагато більшими. Вона втратила свій океан менше, ніж за 4000000 років.

Трохи менше океанів (1/3 від земних), щільніша атмосфера з азоту (у 42 рази більша за земну), трохи менше континентальних плит (у 3 рази менше земних), трохи ближче до Сонця (більше сонячний вітер), слабке магнітне поле – і зовсім інша доля!

Доля Землі

Землю чекає доля Венери!

Не в нескінченному майбутньому, а через 645 мільйонів років.

Еволюція

Вся історія генетичних форм життя, як Землі, і на Стародавню планету, обумовлена ​​водою.

Життя з'явилося не раніше за воду.

Вулканізм обумовлений метаболізмом матерії планети, тому був завжди.

Якщо була вода і був вулканізм, то був кисень в атмосфері.

Якщо кисень в атмосфері був від самого зародження умов життя, значить наше уявлення про еволюцію генетичних форм життя - невірно! Ми неправильно уявляємо собі перебіг історії.

Проблема1: Темпи накопичення кисню.

Якщо прийняти темп руйнування води 2,25 км3/рік, то для заповнення атмосфери киснем, що зараз спостерігається, знадобиться 585 000 років. З нуля.

Щоб пояснити 4000 тисяч років існування Землі, треба знайти, куди подіється кисень, щоб зберігалася пропорція.

Або припустити, що темп вивітрювання водню в космос було завищено 4000 000 / 585 000 = 6,8 разу.
- Або припустити, що кисень зв'язується вуглецем у вуглекислий газ, а потім планктоном, у карбонат кальцію, що осідає крейдою на дні світового океану.
- Можна припустити, що частина водню утворюється з надр Землі, як і стверджується теорією Ларина Володимира Миколайовича. Цей водень з'єднується в атмосфері з киснем та повертається у стан води. Цим шляхом кількість води на Землі приростає на 2,25 км3/рік замість зруйнованої. Кількість води та кількість кисню залишається постійною.

Проблема 2: Звідки береться кисень?

Якщо припустити, що моя гіпотеза утворення кисню з води не вірна, а весь водень, що втрачається «видуванням», приходить з надр і з'єднується з киснем в атмосфері, то темпи зникнення кисню в атмосфері повинні бути такими, що за 585 000 років він повністю зникне . Якщо кисень зникає, треба шукати причину його відновлення.

Фотосинтез руйнує воду, зв'язує водень та вуглекислий газ у вуглеводень та створює вільний кисень. Тобто є джерелом кисню. Проте, для фотосинтезу необхідний вуглекислий газ. Значить треба шукати таке ж масштабне джерело вуглекислого газу. Перетворення азоту на вуглець, дає джерело вуглекислого газу, але веде до зменшення азоту в атмосфері, що в результаті повинно призвести до виснаження атмосфери Землі. Ще проблема – обсяг синтезованих вуглеводів рослинами. Вони не повинні руйнуватись. Інакше при окисленні вуглеводи знову стануть водою і вуглекислим газом. Цей вуглекислий газ треба кудись утилізувати, щоби пояснити його малу концентрацію в атмосфері. Таким джерелом утилізації є океанічний планктон. Він зв'язує вуглекислий газ у карбонат кальцію, і надовго виводить із круговороту речовин.

Істина десь посередині.

Водень піднімається з надр. Частина водню відновлює кисень із сполук і зв'язується у вуглеводень, утворюючи нафтопродукти. Звільнений кисень виходить на поверхню разом із вільним воднем, вулканічною активністю. В атмосфері, кисень і водень з'єднуються у воду, служачи її першоджерелом. Такою є природа появи води на Стародавній планеті.

Якщо водень є причиною звільнення кисню зі сполук, то нафти має бути стільки, щоб пояснити всю масу кисню в атмосфері, тобто близько 1 000 000 км3.

Так само вірно і те, що вода світового океану, контактуючи з розпеченими надрами в зоні підводних вулканів, руйнується на кисень та водень. І саме цей кисень, зруйнованої вулканами води, і є причиною вільного кисню повітря. Цей кисень зв'язується з вуглецем, що утворився з азоту у верхніх шарах атмосфери, утворюється вуглекислий газ. Вуглекислий газ зігріває планету, як ковдру. Вуглекислий газ зв'язується морським планктоном з кальцієм, утворюючи карбонат кальцію (крейда). Рослини пов'язують вуглекислий газ із молекулою водню, отриманої розщепленням води, синтезуючи вуглеводи. Рослини, як і планктон, очищають атмосферу Землі від вуглекислого газу, не дозволяючи перегрітися, як це сталося на Венері.

Тепловий баланс планети.

Чим більше вуглекислого газу, тим тепліша планета. Тим інтенсивніше рослини руйнують воду, пов'язуючи СО2. Атмосфера збагачується киснем, що зумовлює прискорення синтезу нового вуглекислого газу. Підвищення тепла світового океану активізує діяльність планктону, який пов'язує вуглекислий газ у крейду та виводить із кругообігу речовин. Планета остигає, звільнившись від вуглекислого газу. Планеті не дає перегрітися – планктон (відеоцитату 2 м14 сек)!

Як довго це триватиме?

Поки не «вигорить» весь азот із атмосфери, перетворившись на крейду.

Аналогічно, якщо планеті 6 мільйонів років, то азоту в атмосфері Землі було вдвічі більше. Земна атмосфера була вдвічі щільніша, всього 6 мільйонів років тому!!!

Таблиця: Кількість води та атмосфери з азоту, відразу після руйнування ДПл.

У міру виснаження азоту атмосфера легшає. Тиск у поверхні слабшатиме. Тиск частково компенсуватиметься зростанням обсягу кисню.

Настане момент, коли джерело вуглецю (азот) для вуглекислого газу закінчиться. Кисень не буде чим пов'язувати. Відсотковий вміст кисню в атмосфері значно зросте. Що добре для дихання тварин. Тварини процвітатимуть, якийсь час. Потім розпочнуться пожежі через надмірну, пожежонебезпечну концентрацію кисню. В атмосферу частково вивільниться накопичений рослинами вуглекислий газ. Цей газ зв'яжеться планктоном у крейду і вийде з колообігу. Почнеться СО2 голод для рослин. Через що їхня біомаса скоротиться. За нею скоротиться біомаса тварин. Це станеться раніше, ніж за 6 мільйонів років. Важко сказати, наскільки, але зрозуміло, що раніше. Океан існуватиме ще 639 мільйонів років, але без життя у ньому.

Підсумки

На повну руйнацію океанів треба 645 мільйонів років.
На повну руйнацію суші, ерозією, треба 15 мільйонів років.
На повне виснаження азоту в атмосфері потрібно 6 мільйонів років.
Усі розрахунки показують одне, життя планети Земля – не вічне.
Умови для існування генетичного життя – унікальні та швидкоплинні.

Будова та склад атмосфери Землі, треба сказати, не завжди були постійними величинами в той чи інший період розвитку нашої планети. Сьогодні вертикальна будова цього елемента, що має загальну «товщину» 1,5-2,0 тис. км, представлена ​​кількома основними шарами, у тому числі:

1. Тропосфера.
2. Тропопаузою.
3. Стратосфера.
4. Стратопаузою.
5. Мезосферою та мезопаузою.
6. Термосфера.
7. Екзосферою.

Основні елементи атмосфери

Тропосфера є шаром, у якому спостерігаються сильні вертикальні та горизонтальні рухи, саме тут формується погода, осадові явища, кліматичні умови. Вона простягається на 7-8 кілометрів від поверхні планети майже повсюдно, крім полярних регіонів (там - до 15 км). У тропосфері спостерігається поступове зниження температури, приблизно 6,4°З кожним кілометром висоти. Цей показник може відрізнятися для різних широт та пір року.

Склад атмосфери Землі у цій частині представлений такими елементами та його відсотковими частками:

Азот – близько 78 відсотків;

Кисень – майже 21 відсоток;

Аргон – близько одного відсотка;

Вуглекислий газ – менше 0.05%.

Єдиний склад до висоти 90 км

Крім того, тут можна знайти пил, крапельки води, водяну пару, продукти горіння, кристалики льоду, морські солі, безліч аерозольних частинок та ін. Такий склад атмосфери Землі спостерігається приблизно до дев'яноста кілометрів висоти, тому повітря приблизно однакове за хімічним складом, не тільки у тропосфері, а й у вищележачих шарах. Але там атмосфера має інші фізичні характеристики. А шар, який має загальний хімічний склад, називають гомосферою.

Які елементи входять до складу атмосфери Землі? У відсотках (за обсягом, у сухому повітрі) тут представлені такі гази як криптон (близько 1.14 х 10 -4), ксенон (8.7 х 10 -7), водень (5.0 х 10 -5), метан (близько 1.7 х 10 -4) 4), закис азоту (5.0 х 10 -5) та ін. У відсотках по масі з перерахованих компонентів найбільше закису азоту і водню, далі слідує гелій, криптон та ін.

Фізичні властивості різних атмосферних верств

Фізичні властивості тропосфери тісно пов'язані з її приляганням до планети. Звідси відбите сонячне тепло у формі інфрачервоних променів прямує назад нагору, включаючи процеси теплопровідності та конвекції. Саме тому із віддаленням від земної поверхні падає температура. Таке явище спостерігається до висоти стратосфери (11-17 кілометрів), потім температура стає практично незмінною до позначки 34-35 км, і далі йде знову зростання температур до висот 50 кілометрів (верхня межа стратосфери). Між стратосферою та тропосферою є тонкий проміжний шар тропопаузи (до 1-2 км), де спостерігаються постійні температури над екватором – близько мінус 70°С та нижче. Над полюсами тропопауза «прогрівається» влітку до мінус 45°С, взимку температури тут коливаються біля позначки -65°С.

Газовий склад атмосфери Землі включає такий важливий елемент, як озон. Його відносно трохи біля поверхні (десять мінус шостої від відсотка), оскільки газ утворюється під впливом сонячних променів з атомарного кисню у верхніх частинах атмосфери. Зокрема, найбільше озону на висоті близько 25 км, а весь озоновий екран розташований в областях від 7-8 км в області полюсів, від 18 км на екваторі і до п'ятдесяти кілометрів загалом над поверхнею планети.

Атмосфера захищає від сонячної радіації

Склад повітря атмосфери Землі грає дуже важливу роль у збереженні життя, так як окремі хімічні елементи і композиції вдало обмежують доступ сонячної радіації до земної поверхні і людей, тварин, рослин, що живуть на ній. Наприклад, молекули водяної пари ефективно поглинають майже всі діапазони інфрачервоного випромінювання, крім довжин в інтервалі від 8 до 13 мкм. Озон же поглинає ультрафіолет аж до довжини хвиль в 3100 А. Без його тонкого шару (складе всього в середньому 3 мм, якщо його розташувати на поверхні планети) живуть можуть лише води на глибині більше 10 метрів і підземні печери, куди не доходить сонячна радіація .

Нуль за Цельсієм у стратопаузі

Між двома наступними рівнями атмосфери, стратосферою та мезосферою, існує чудовий шар – стратопауза. Він відповідає приблизно висоті озонних максимумів і тут спостерігається відносно комфортна для людини температура - близько 0°С. Вище стратопаузи, у мезосфері (починається десь на висоті 50 км і закінчується на висоті 80-90 км), спостерігається знову ж таки падіння температур зі збільшенням відстані від поверхні Землі (до мінус 70-80°С). У мезосфері зазвичай повністю згоряють метеори.

У термосфері – плюс 2000 К!

Хімічний склад атмосфери Землі в термосфері (починається після мезопаузи з висот близько 85-90 до 800 км) визначає можливість такого явища, як поступове нагрівання шарів дуже розрідженого «повітря» під впливом сонячного випромінювання. У цій частині «повітряного покривала» планети зустрічаються температури від 200 до 2000 К, які у зв'язку з іонізацією кисню (понад 300 км знаходиться атомарний кисень), а також рекомбінацією атомів кисню в молекули, що супроводжується виділенням великої кількості тепла. Термосфера – це місце виникнення полярних сяйв.

Вище термосфери знаходиться екзосфера - зовнішній шар атмосфери, з якого легкі атоми водню, що швидко переміщаються, можуть йти в космічний простір. Хімічний склад атмосфери Землі тут представлений більше окремими атомами кисню в нижніх шарах, атомами гелію в середніх і майже виключно атомами водню - у верхніх. Тут панують високі температури – близько 3000 К та відсутній атмосферний тиск.

Як утворилася земна атмосфера?

Але, як згадувалося вище, такий склад атмосфери планета мала який завжди. Усього існує три концепції походження цього елемента. Перша гіпотеза припускає, що атмосфера була взята в процесі акреції з протопланетної хмари. Однак сьогодні ця теорія піддається суттєвій критиці, оскільки така первинна атмосфера повинна була бути зруйнована сонячним вітром від світила в нашій планетній системі. Крім того, передбачається, що леткі елементи не могли утриматися в зоні утворення планет за типом земної групи через занадто високі температури.

Склад первинної атмосфери Землі, як передбачає друга гіпотеза, міг бути сформований за рахунок активного бомбардування поверхні астероїдами та кометами, які прибули з околиць Сонячної системи на ранніх етапах розвитку. Підтвердити чи спростувати цю концепцію досить складно.

Експеримент у ІДГ РАН

Найправдоподібнішою є третя гіпотеза, яка вважає, що атмосфера з'явилася в результаті виділення газів з мантії земної кори приблизно 4 млрд. років тому. Цю концепцію вдалося перевірити в ІДГ РАН в ході експерименту під назвою «Царів 2», коли у вакуумі розігріли зразок речовини метеорного походження. Тоді було зафіксовано виділення таких газів як Н 2 , СН 4 , СО, Н 2 О, N 2 та ін. Тому вчені справедливо припустили, що хімічний склад первинної атмосфери Землі включав водяний і вуглекислий газ, пари фтороводню (HF), чадного газу (CO), сірководню (H 2 S), сполук азоту, водень, метан (СН 4), пари аміаку (NH 3), аргон та ін. у зв'язаному стані в органічних речовинах і гірських породах азот перейшов до складу сучасного повітря, а також знову в осадові породи та органічні речовини.

Склад первинної атмосфери Землі не дозволив би сучасним людям перебувати у ній без дихальних апаратів, оскільки кисню у необхідних кількостях тоді був. Цей елемент у значних обсягах з'явився півтора мільярда років тому, як вважають, у зв'язку з розвитком процесу фотосинтезу у синьо-зелених та інших водоростей, які є найдавнішими мешканцями нашої планети.

Мінімум кисню

На те, що склад атмосфери Землі спочатку був майже безкисневим, вказує на те, що в найдавніших (катархейських) породах знаходять легкоокислюваний, але не окислений графіт (вуглець). Згодом з'явилися так звані полосчасті залізні руди, які включали прошарки збагачених оксидів заліза, що означає появу на планеті потужного джерела кисню в молекулярній формі. Але ці елементи траплялися лише періодично (можливо, ті ж водорості чи інші продуценти кисню з'явилися невеликими острівцями в безкисневій пустелі), тоді як світ був анаеробним. На користь останнього говорить те, що пірит, що легко окислюється, знаходили у вигляді гальки, обробленої течією без слідів хімічних реакцій. Оскільки текучі води неможливо знайти погано аэрированными, виробилася думка, що атмосфера на початок кембрія містила менше відсотка кисню від сьогоднішнього складу.

Революційна зміна складу повітря

Приблизно в середині протерозою (1,8 млрд років тому) відбулася «киснева революція», коли світ перейшов до аеробного дихання, в ході якого з однієї молекули поживної речовини (глюкоза) можна отримувати 38, а не дві (як при анаеробному диханні) одиниці енергії. Склад атмосфери Землі, у частині кисню, став перевищувати один відсоток від сучасного, став виникати озоновий шар, який захищає організми від радіації. Саме від неї «ховалися» під товстими панцирями, наприклад такі древні тварини, як трилобіти. З того часу і до нашого часу зміст основного «дихального» елемента поступово і повільно зростав, забезпечуючи різноманітність форм життя на планеті.