Відсотковий вміст азоту у атмосфері. Відомості та факти про атмосферу

Атмосфера – це повітряна оболонка Землі. Що простягається вгору на 3000 км від земної поверхні. Її сліди простежуються до висоти до 10000 км. А. має нерівномірну щільність 50 5 її маси зосереджені до 5 км, 75% - до 10 км, 90% до 16 км.

Атмосфера складається з повітря – механічної суміші кількох газів.

Азот(78 %) в атмосфері грає роль розріджувача кисню, регулюючи темп окислення, отже, швидкість і напруженість біологічних процесів. Азот - головний елемент земної атмосфери, який безперервно обмінюється з живою речовиною біосфери, причому складовими частинами останнього є сполуки азоту (амінокислоти, пурини та ін). Вилучення азоту з атмосфери відбувається неорганічним та біохімічним шляхами, хоча вони тісно взаємопов'язані. Неорганічне вилучення пов'язані з утворенням його сполук N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 . Вони перебувають у атмосферних опадах і утворюються у атмосфері під впливом електричних розрядів під час гроз чи фотохімічних реакцій під впливом сонячної радіації.

Біологічне зв'язування азоту здійснюється деякими бактеріями у симбіозі з вищими рослинами у ґрунтах. Азот також фіксується деякими мікроорганізмами планктону та водоростями у морському середовищі. У кількісному відношенні біологічне зв'язування азоту перевищує його неорганічну фіксацію. Обмін всього азоту атмосфери відбувається приблизно 10 млн. років. Азот міститься в газах вулканічного походження та у вивержених гірських породах. При нагріванні різних зразків кристалічних порід та метеоритів азот звільняється у вигляді молекул N 2 та NH 3 . Однак головною формою присутності азоту як на Землі, так і на планетах земної групи є молекулярна. Аміак, потрапляючи до верхніх шарів атмосфери, швидко окислюється, вивільняючи азот. В осадових гірських породах він захоронюється разом з органічною речовиною і перебуває у підвищеній кількості бітумінозних відкладеннях. У процесі регіонального метаморфізму цих порід азот у різній формі виділяється в атмосферу Землі.

Геохімічний кругообіг азоту (

Кисень(21%) використовується живими організмами для дихання, входить до складу органічної речовини (білки, жири, вуглеводи). Озон О 3 . затримує згубну для життя ультрафіолетову радіацію Сонця.

Кисень – другий за поширенням газ атмосфери, що грає винятково важливу роль у багатьох процесах біосфери. Панівною формою існування є Про 2 . У верхніх шарах атмосфери під впливом ультрафіолетової радіації відбувається дисоціація молекул кисню, а на висоті приблизно 200 км відношення атомарного кисню до молекулярного (О: Про 2) стає рівним 10. При взаємодії цих форм кисню в атмосфері (на висоті 20-30 км) озоновий пояс (озоновий екран). Озон (О 3) необхідний живим організмам, затримуючи згубну їм більшу частину ультрафіолетової радіації Сонця.

На ранніх етапах розвитку Землі вільний кисень виникав у дуже малих кількостях внаслідок фотодисоціації молекул вуглекислого газу та води у верхніх шарах атмосфери. Однак ці малі кількості швидко витрачалися на окислення інших газів. З появою в океані автотрофних фотосинтезуючих організмів становище суттєво змінилося. Кількість вільного кисню у атмосфері стало прогресивно зростати, активно окислюючи багато компонентів біосфери. Так, перші порції вільного кисню сприяли насамперед переходу закисних форм заліза в окисні, а сульфідів у сульфати.

Зрештою кількість вільного кисню в атмосфері Землі досягла певної маси і виявилася збалансованою таким чином, що кількість виробленого дорівнювала кількості поглинається. У атмосфері встановилося відносне сталість вмісту вільного кисню.

Геохімічний кругообіг кисню (В.А. Вронський, Г.В. Войткевич)

Вуглекислий газ, йде на освіту живої речовини, а разом із водяною парою створює так званий «оранжерейний (парниковий) ефект».

Вуглець (вуглекислота) - його більша частина в атмосфері знаходиться у вигляді 2 і значно менша у формі СН 4 . Значення геохімічної історії вуглецю у біосфері винятково велике, оскільки він входить до складу всіх живих організмів. У межах живих організмів переважають відновлені форми знаходження вуглецю, а навколишньому середовищі біосфери – окислені. Таким чином, встановлюється хімічний обмін життєвого циклу: 2 ↔ жива речовина.

Джерелом первинної вуглекислоти в біосфері є вулканічна діяльність, пов'язана із віковою дегазацією мантії та нижніх горизонтів земної кори. Частина цієї вуглекислоти виникає при термічному розкладі стародавніх вапняків у різних зонах метаморфізму. Міграція 2 в біосфері протікає двома способами.

Перший спосіб виявляється у поглинанні СО 2 у процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин і в подальшому похованні у сприятливих відновлювальних умовах у літосфері у вигляді торфу, вугілля, нафти, горючих сланців. За другим способом міграція вуглецю призводить до створення карбонатної системи в гідросфері, де 2 переходить в Н 2 3 , НСО 3 -1 , 3 -2 . Потім за участю кальцію (рідше магнію та заліза) відбувається осадження карбонатів біогенним та абіогенним шляхом. Виникають потужні товщі вапняків та доломітів. За оцінкою А.Б. Ронова, співвідношення органічного вуглецю (С орг) до карбонатного вуглецю (С карб) в історії біосфери становило 1:4.

Поряд із глобальним кругообігом вуглецю існує ще ряд його малих кругообігів. Так, на суші зелені рослини поглинають 2 для процесу фотосинтезу в денний час, а в нічний - виділяють його в атмосферу. З загибеллю живих організмів на земній поверхні відбувається окислення органічних речовин (з участю мікроорганізмів) із СО 2 в атмосферу. В останні десятиліття особливе місце у кругообігу вуглецю займає масове спалювання викопного палива та зростання його вмісту в сучасній атмосфері.

Кругообіг вуглецю в географічній оболонці (за Ф. Рамадом, 1981)

Аргон- третій за розповсюдженням атмосферний газ, що різко відрізняє його від вкрай мізерно поширених інших інертних газів. Проте аргон у своїй геологічній історії поділяє долю цих газів, котрим характерні дві особливості:

1. незворотність їхнього накопичення в атмосфері;
2. тісний зв'язок із радіоактивним розпадом певних нестійких ізотопів.

Інертні гази знаходяться поза кругообігом більшості циклічних елементів у біосфері Землі.

Усі інертні гази можна поділити на первинні та радіогенні. До первинних відносяться ті, які були захоплені Землею під час її утворення. Вони поширені дуже рідко. Первинна частина аргону представлена ​​переважно ізотопами 36 Ar і 38 Ar, тоді як атмосферний аргон складається повністю з ізотопу 40 Ar (99,6%), який, безперечно, є радіогенним. У калійвмісних породах відбувалося і відбувається накопичення радіогенного аргону за рахунок розпаду калію-40 шляхом електронного захоплення: 40 К + е → 40 Аr.

Тому вміст аргону в гірських породах визначається їх віком та кількістю калію. Такою мірою концентрація гелію в породах служить функцією їхнього віку та вмісту торію та урану. Аргон та гелій виділяються в атмосферу із земних надр під час вулканічних вивержень, по тріщинах у земній корі у вигляді газових струменів, а також при вивітрюванні гірських порід. Згідно з розрахунками, виконаними П. Даймоном і Дж. Калпом, гелій і аргон в сучасну епоху накопичуються в земній корі і порівняно малих кількостях надходять в атмосферу. Швидкість надходження цих радіогенних газів настільки мала, що не могла протягом геологічної історії Землі забезпечити спостережуваний вміст їх у сучасній атмосфері. Тому залишається припустити, що більша частина аргону атмосфери надійшла з надр Землі на ранніх етапах її розвитку і значно менша додалася згодом у процесі вулканізму і при вивітрюванні гірських порід, що містять калій.

Таким чином, протягом геологічного часу гелій і аргон мали різні процеси міграції. Гелія в атмосфері дуже мало (близько 5*10 -4 %), причому «гелієве дихання» Землі було полегшеним, оскільки він, як найлегший газ, випаровувався в космічний простір. А «аргонове дихання» – важким і аргон залишався в межах нашої планети. Більшість первинних інертних газів, як неон і ксенон, пов'язані з первинним неоном, захопленим Землею під час її утворення, і навіть із виділенням при дегазації мантії у повітря. Вся сукупність даних з геохімії благородних газів свідчить про те, що первинна атмосфера Землі виникла на ранніх стадіях свого розвитку.

В атмосфері міститься і водяна параі водау рідкому та твердому стані. Вода в атмосфері є важливим акумулятором тепла.

У нижніх шарах атмосфери міститься велика кількість мінерального та техногенного пилу та аерозолів, продуктів горіння, солей, спор та пилку рослин тощо.

До висоти 100-120 км, внаслідок повного перемішування повітря склад атмосфери однорідний. Співвідношення між азотом та киснем постійно. Вище переважають інертні гази, водень та ін. У нижніх шарах атмосфери знаходиться водяна пара. З віддаленням від землі утримання його падає. Вище співвідношення газів змінюється, наприклад, на висоті 200- 800 км, кисень переважає над азотом в 10-100 разів.

Склад Землі. Повітря

Повітря - це механічна суміш із різних газів, що становлять атмосферу Землі. Повітря необхідне дихання живих організмів, знаходить широке застосування у промисловості.

Те, що повітря являє собою суміш, а не однорідну субстанцію, було доведено в ході експериментів шотландського вченого Джозефа Блека. У ході одного з них вчений виявив, що при нагріванні білої магнезії (вуглекислий магній) виділяється «пов'язане повітря», тобто вуглекислий газ, і утворюється палена магнезія (окис магнію). При випалюванні вапняку, навпаки, відбувається видалення «пов'язаного повітря». На основі цих експериментів вчений зробив висновок, що відмінність між вуглекислими та їдкими лугами полягає в тому, що до складу перших входить вуглекислий газ, що є однією із складових частин повітря. Сьогодні ж ми знаємо, що, крім вуглекислого, до складу земного повітря входять:

Зазначене в таблиці співвідношення газів у земній атмосфері притаманно її нижніх шарів, до висоти 120 км. У цих областях лежить добре перемішана, однорідна за складом область, яка називається гомосферою. Вище гомосфери лежить гетеросфера, на яку характерне розкладання молекул газів на атоми та іони. Області відокремлені одна від одної турбопаузою.

Хімічна реакція, коли під впливом сонячного і космічного випромінювання відбувається розкладання молекул на атоми, називається фотодисоціацією. При розпаді молекулярного кисню утворюється атомарний кисень, що є основним газом атмосфери на висотах понад 200 км. На висотах від 1200 км починають переважати водень і гелій, що є найлегшими з газів.

Оскільки основна маса повітря зосереджена в 3 нижніх атмосферних шарах, зміни складу повітря на висотах більше 100 км не помітно впливають на загальний склад атмосфери.

Азот - найпоширеніший газ, частку якого припадає понад три чверті обсягу земного повітря. Сучасний азот утворився при окисленні ранньої аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем, що утворюється у процесі фотосинтезу. В даний час невелика кількість азоту в атмосферу надходить у результаті денітрифікації - процесу відновлення нітратів до нітритів, з подальшим утворенням газоподібних оксидів та молекулярного азоту, що виробляється анаеробними прокаріотами. Частина азоту в атмосферу надходить при вулканічних виверженнях.

У верхніх шарах атмосфери за впливом електричних розрядів за участю озону молекулярний азот окислюється до монооксиду азоту:

N 2 + O 2 → 2NO

У звичайних умовах монооксид відразу ж вступає в реакцію з киснем з утворенням закису азоту:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азот є найважливішим хімічним елементом земної атмосфери. Азот входить до складу білків, що забезпечує мінеральне харчування рослин. Він визначає швидкість біохімічних реакцій, грає роль розріджувача кисню.

Другим за поширеністю газом атмосфери Землі є кисень. Утворення цього газу пов'язують із фотосинтезуючою діяльністю рослин та бактерій. І чим різноманітнішими та численнішими ставали фотосинтезуючі організми, тим значнішим ставав процес утримання кисню в атмосфері. Невелика кількість важкого кисню виділяється під час дегазації мантії.

У верхніх шарах тропосфери та стратосфери під впливом ультрафіолетового сонячного випромінювання (позначимо його як hν) утворюється озон:

O 2 + hν → 2O

Внаслідок дії того ж ультрафіолетового випромінювання відбувається і розпад озону:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

В результаті першої реакції утворюється атомарний кисень, в результаті другої молекулярний кисень. Всі 4 реакції звуться «механізм Чепмена», на ім'я британського вченого Сідні Чепмена, який відкрив їх у 1930 році.

Кисень служить дихання живих організмів. З його допомогою відбуваються процеси окислення та горіння.

Озон служить захисту живих організмів від ультрафіолетового випромінювання, що викликає незворотні мутації. Найбільша концентрація озону спостерігається у нижній стратосфері не більше т.зв. озонового шару або озонового екрану, що лежить на висотах 22-25 км. Вміст озону невеликий: при нормальному тиску весь озон земної атмосфери займав би шар завтовшки всього 2,91 мм.

Утворення третього за поширеністю в атмосфері газу аргону, а також неону, гелію, криптону та ксенону пов'язують із вулканічними виверженнями та розпадом радіоактивних елементів.

Зокрема гелій є продуктом радіоактивного розпаду урану, торію і радію: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (у цих реакція α-частка є ядром гелію, яка в У процесі втрати енергії захоплює електрони і стає 4 He).

Аргон утворюється в процесі розпаду радіоактивного ізотопу калію: 40 K → 40 Ar + γ.

Неон випаровується з вивержених порід.

Криптон утворюється як кінцевий продукт розпаду урану (235 U та 238 U) та торію Th.

Основна маса атмосферного криптону утворилася ще на ранніх стадіях еволюції Землі як результат розпаду трансуранових елементів з феноменально малим періодом напіврозпаду або надійшла з космосу, вміст криптону в якому в десять мільйонів разів вищий ніж на Землі.

Ксенон є результатом поділу урану, але переважна більшість цього газу залишилася з ранніх стадій утворення Землі, від первинної атмосфери.

Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результаті вулканічних вивержень та в процесі розкладання органічної речовини. Його вміст в атмосфері середніх широт Землі сильно різниться залежно від пори року: взимку кількість CO 2 зростає, а влітку - знижується. Пов'язане це коливання з діяльністю рослин, які використовують вуглекислий газ у процесі фотосинтезу.

Водень утворюється внаслідок розкладання води сонячним випромінюванням. Але, будучи найлегшим із газів, що входять до складу атмосфери, постійно випаровується в космічний простір, і тому вміст його в атмосфері дуже невеликий.

Водяна пара є результатом випаровування води з поверхні озер, річок, морів та суші.

Концентрація основних газів у нижніх шарах атмосфери, за винятком водяної пари та вуглекислого газу, постійна. У невеликих кількостях в атмосфері містяться оксид сірки SO 2 , аміак NH 3 , монооксид вуглецю, озон O 3 , хлороводень HCl, фтороводород HF, монооксид азоту NO, вуглеводні, пари ртуті Hg, йоду I 2 і багато інших. У нижньому атмосферному шарі тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок.

Джерелами твердих частинок в атмосфері Землі є вулканічні виверження, пилок рослин, мікроорганізми, а останнім часом і діяльність людини, наприклад спалювання викопного палива в процесі виробництва. Найдрібніші частинки пилу, які є ядрами конденсації, є причинами утворення туманів і хмар. Без твердих частинок, які постійно присутні в атмосфері, на Землю не випадали б опади.

Атмосфера – газова оболонка нашої планети, яка обертається разом із Землею. Газ, що у атмосфері, називають повітрям. Атмосфера стикається з гідросферою та частково покриває літосферу. А ось верхні межі визначити важко. Умовно прийнято вважати, що атмосфера простягається нагору приблизно на три тисячі кілометрів. Там вона плавно перетікає у безповітряний простір.

Хімічний склад атмосфери Землі

Формування хімічного складу атмосфери розпочалося близько чотирьох мільярдів років тому. Спочатку атмосфера складалася лише з легких газів – гелію та водню. На думку вчених, вихідними передумовами створення газової оболонки навколо Землі стали виверження вулканів, які разом з лавою викидали величезну кількість газів. Надалі розпочався газообмін з водними просторами, з живими організмами, з продуктами їхньої діяльності. Склад повітря поступово змінювався та у сучасному вигляді зафіксувався кілька мільйонів років тому.

Головні складові атмосфери це азот (близько 79%) і кисень (20%). Відсоток, що залишився (1%) припадає на такі гази: аргон, неон, гелій, метан, вуглекислий газ, водень, криптон, ксенон, озон, аміак, двоокису сірки і азоту, закис азоту і окис вуглецю, що входять в цей один відсоток.

Крім того, в повітрі міститься водяна пара і тверді частинки (пилок рослин, пил, кристали солі, домішки аерозолів).

Останнім часом вчені відзначають не якісну, а кількісну зміну деяких інгредієнтів повітря. І причина тому – людина та її діяльність. Лише за останні 100 років вміст вуглекислого газу значно зріс! Це загрожує багатьма проблемами, найбільш глобальна з яких – зміна клімату.

Формування погоди та клімату

Атмосфера грає найважливішу роль формуванні клімату та погоди Землі. Дуже багато залежить від кількості сонячних променів, від характеру поверхні, що підстилає, і атмосферної циркуляції.

Розглянемо чинники з порядку.

1. Атмосфера пропускає тепло сонячних променів та поглинає шкідливу радіацію. Про те, що промені Сонця падають різні ділянки Землі під різними кутами, знали ще древні греки. Саме слово "клімат" у перекладі з давньогрецької означає "нахил". Так, на екваторі сонячні промені падають практично прямовисно, тому тут дуже спекотно. Чим ближче до полюсів, тим більший кут нахилу. І температура знижується.

2. Через нерівномірне нагрівання Землі в атмосфері формуються повітряні течії. Вони класифікуються за своїми розмірами. Найменші (десятки та сотні метрів) – це місцеві вітри. Далі йдуть мусони та пасати, циклони та антициклони, планетарні фронтальні зони.

Усі ці повітряні маси постійно переміщуються. Деякі їх досить статичні. Наприклад, пасати, які дмуть від субтропіків до екватора. Рух інших багато в чому залежить від атмосферного тиску.

3. Атмосферний тиск – ще один фактор, що впливає на формування клімату. Це тиск повітря на поверхню ґрунту. Як відомо, повітряні маси переміщаються з області з підвищеним атмосферним тиском у бік області, де тиск нижче.

Усього виділено 7 зон. Екватор – зона низького тиску. Далі, по обидва боки від екватора до тридцятих широт - область високого тиску. Від 30 ° до 60 ° - знову низький тиск. А від 60 ° до полюсів – зона високого тиску. Між цими зонами циркулюють повітряні маси. Ті, що йдуть із моря на сушу, несуть дощі та негоду, а ті, що дмуть із континентів – ясну та суху погоду. У місцях, де повітряні течії стикаються, утворюються зони атмосферного фронту, які характеризуються опадами та ненависною, вітряною погодою.

Вчені довели, що від атмосферного тиску залежить навіть здоров'я людини. За міжнародними стандартами нормальний атмосферний тиск – 760 мм рт. стовпа за температури 0°C. Цей показник розрахований на ті ділянки суші, які знаходяться практично нарівні з рівнем моря. З висотою тиск знижується. Тому, наприклад, для Санкт-Петербурга 760 мм рт. - це норма. А ось для Москви, яка розташована вище, нормальний тиск – 748 мм рт.ст.

Тиск змінюється не тільки по вертикалі, а й по горизонталі. Особливо це відчувається під час проходження циклонів.

Будова атмосфери

Атмосфера нагадує листковий пиріг. І кожний шар має свої особливості.

. Тропосфера- Найближчий до Землі шар. "Товщина" цього шару змінюється при віддаленні від екватора. Над екватором шар простягається вгору на 16-18 км, в помірних зонах – на 10-12 км, на полюсах – на 8-10 км.

Саме тут міститься 80% усієї маси повітря та 90% водяної пари. Тут утворюються хмари, виникають циклони та антициклони. Температура повітря залежить від висоти. В середньому вона знижується на 0,65 ° C на кожні 100 метрів.

. Тропопауза- Перехідний шар атмосфери. Його висота – від кількох сотень метрів до 1-2 км. Температура повітря влітку вища, ніж узимку. Так, наприклад, над полюсами взимку -65 ° C. А над екватором будь-якої пори року тримається -70 ° C.

. Стратосфера- Це шар, верхня межа якого проходить на висоті 50-55 км. Турбулентність тут низька, вміст водяної пари в повітрі – незначний. Проте дуже багато озону. Максимальна його концентрація – на висоті 20-25 км. У стратосфері температура повітря починає підвищуватися і досягає позначки +0,8 ° C. Це зумовлено тим, що озоновий шар взаємодіє з ультрафіолетовим випромінюванням.

. Стратопауза- невисокий проміжний шар між стратосферою та наступною за нею мезосферою.

. Мезосфера- верхня межа цього шару – 80-85 кілометрів. Тут відбуваються складні фотохімічні процеси за участю вільних радикалів. Саме вони забезпечують те ніжне блакитне сяйво нашої планети, яке бачиться з космосу.

У мезосфері згоряє більшість комет та метеоритів.

. Мезопауза- наступний проміжний шар, температура повітря в якому -90°.

. Термосфера- нижня межа починається висоті 80 - 90 км, а верхня межа шару проходить приблизно за позначкою 800 км. Температура повітря зростає. Вона може змінюватись від +500°C до +1000°C. Протягом доби температурні коливання складають сотні градусів! Але повітря тут настільки розріджене, що розуміння терміна "температура" як ми його уявляємо, тут не доречно.

. Іоносфера- поєднує мезосферу, мезопаузу та термосферу. Повітря тут складається в основному з молекул кисню та азоту, а також із квазінейтральної плазми. Сонячні промені, потрапляючи в іоносферу, сильно іонізують молекули повітря. У нижньому шарі (до 90 км) ступінь іонізація низька. Що вище, то більше вписувалося іонізація. Так, на висоті 100–110 км електрони концентруються. Це сприяє відображенню коротких та середніх радіохвиль.

Найважливіший шар іоносфери – верхній, що знаходиться на висоті 150-400 км. Його особливість у тому, що він відображає радіохвилі, а це сприяє передачі радіосигналів на значні відстані.

Саме в іоносфері відбувається таке явище, як полярне сяйво.

. Екзосфера- складається з атомів кисню, гелію та водню. Газ у цьому шарі дуже розріджений і часто атоми водню вислизають у космічний простір. Тому цей шар і називають "зоною розсіювання".

Першим ученим, який припустив, що наша атмосфера має вагу, був італієць Е. Торрічеллі. Остап Бендер, наприклад, у романі "Золоте теля" журився, що на кожну людину тисне повітряний стовп вагою 14 кг! Але великий комбінатор трохи помилявся. Доросла людина відчуває на себе тиск 13-15 тонн! Але ми не відчуваємо цієї тяжкості, тому що атмосферний тиск урівноважується внутрішнім тиском людини. Вага нашої атмосфери складає 5300000000000 000 тонн. Цифра колосальна, хоча це лише мільйонна частина ваги нашої планети.

Відмінність рівні насичення атмосфери Землі киснем тісно пов'язані з еволюцією живих організмів. За останні 400 мільйонів років рівень кисню значно змінювався в межах 21% від сучасного рівня.

Вчені коледжу Royal Holloway Лондонського університету та Музею природної історії в Чикаго опублікували дослідження, в якому для оцінки рівня кисню в атмосфері використовується кількість вугілля, що збереглося в стародавніх торфовищах.

Досі оцінки концентрації кисню в атмосфері вчені спиралися на геохімічні моделі. Існують деякі розбіжності цифр, пов'язані з відмінностями моделей, але згідно з усіма моделями близько 300 мільйонів років тому, у пізньому палеозої, рівень кисню був значно вищим, ніж сьогодні. Завдяки цьому мав місце гігантизм деяких груп тварин і комах, таких як, наприклад, бабка Meganeura monyi з розмахом крил понад 60 см. Деякі вчені вважають, що вищі концентрації кисню також дозволили хребетним вибратися на сушу.

Високий рівень кисню дозволяв існувати такою гігантською комахою, як бабка Meganeura monyi з розмахом крил понад 60 см

Висока концентрація кисню була прямим наслідком великої кількості рослин лежить на поверхні землі. У процесі фотосинтезу рослини виділяють кисень і накопичують вуглець (їх утворюється вуглекислий газ). Для чистого приросту кисню в атмосфері у відсотковому відношенні надлишки вуглецю мають бути поховані у ґрунті. Через війну поширення рослинності призводить до різкого збільшення відкладень вуглецю грунт. Вони були особливо великими під час пізнього палеозою, коли накопичилися величезні запаси вугілля.

Лікар Ян Дж. Гласспул(Dr Ian J Glasspool) пояснив, що концентрація кисню в атмосфері тісно пов'язана із горючістю матеріалів. При рівні кисню нижче 15% лісові пожежі було неможливо поширюватися. Коли ж рівень перевищує 25%, навіть мокрі рослини легко спалахують, а на рівні від 30 до 35%, як це було в пізньому палеозої, пожежі були дуже частими і мали катастрофічні наслідки.

Вчені з'ясували, що концентрація деревного вугілля у вугільних пластах становить близько 4-8% протягом останніх 50 мільйонів років, що приблизно дорівнює нинішньому рівню кисню в атмосфері. Проте в історії Землі були періоди, коли його частка сягала 70%. Це свідчить про дуже високу концентрацію атмосферного кисню. Ці періоди відзначалися в кам'яновугільному та пермському періодах палеозойської ери (320-250 мільйонів років тому) та середньому крейдяному періоді (близько 100 мільйонів років тому).

Це був час істотних змін у розвитку флори, пов'язаних із поширенням нових груп рослин – хвойних та квіткових. Це призвело до створення великих поховань органічного вуглецю та падіння кількості вуглекислого газу в атмосфері, а також зростання концентрації кисню. Це також періоди потужних пожеж і сильної ерозії.

Дослідники відзначають, що головною загадкою є причина, через яку частка кисню в результаті стабілізувалася близько 50 мільйонів років тому і досі залишається на одному рівні.

Такий тісний зв'язок кількості рослинності та концентрації кисню в атмосфері, а також тривалість процесу її стабілізації, який зайняв мільйони років, наводять на думку, що екосфера Землі більш крихка, ніж нам здається. Через сотні років досліджень ми знаємо про неї далеко не всі. Не виключено, що зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері таки частково пов'язане з вирубуванням лісів, а не тільки з викидами промислових підприємств.

Атмосфера (від. грец. ατμός - «пар» і σφαῖρα - «сфера») - газова шар небесного тіла, що утримується у нього гравітацією. Атмосфера - газоподібна оболонка планети, що складається з суміші різних газів, водяної пари та пилу. Через атмосферу здійснюється обмін речовин Землі з Космосом. Земля отримує космічний пил та метеоритний матеріал, втрачає найлегші гази: водень та гелій. Атмосфера Землі наскрізь пронизується потужною радіацією Сонця, що визначає тепловий режим поверхні планети, що викликає дисоціацію молекул атмосферних газів та іонізацію атомів.

Атмосфера Землі містить кисень, що використовується більшістю живих організмів для дихання, та діоксид вуглецю, що споживається рослинами, водоростями та ціанобактеріями в процесі фотосинтезу. Атмосфера є захисним шаром планети, захищаючи її мешканців від сонячного ультрафіолетового випромінювання.

Атмосфера є у всіх потужних тіл - планет земного типу, газових гігантів.

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%), 0,038% двоокису вуглецю, та невелика кількість водню, гелію, інших благородних газів та забруднювачів.

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%. Вхідні до складу атмосфери гази 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.

Початковий склад атмосфери планети зазвичай залежить від хімічних та температурних властивостей сонця в період формування планет та подальшого виходу зовнішніх газів. Потім склад газової оболонки еволюціонує під впливом різних чинників.

Атмосфера Венери та Марсу в основному складаються з двоокису вуглецю з невеликими додаваннями азоту, аргону, кисню та інших газів. Земна атмосфера великою мірою є продуктом організмів, що живуть у ній. Низькотемпературні газові гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - можуть утримувати переважно гази з низькою молекулярною масою - водень і гелій. Високотемпературні газові гіганти, такі як Осіріс або 51 Пегаса b, навпаки, не можуть її утримати і молекули їхньої атмосфери розсіюються у просторі. Цей процес відбувається повільно, постійно.

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.

Структура атмосфери

Структура атмосфери складається із двох частин: внутрішньої- тропосфери, стратосфери, мезосфери і термосфери, або іоносфери, і зовнішньої - магнітосфери (екзосфери).

1)Тропосфера- Це нижня частина атмосфери, в якій зосереджено 34 т.е. ~ 80% усієї земної атмосфери. Її висота визначається інтенсивністю вертикальних (висхідних чи низхідних) потоків повітря, викликаних нагріванням земної поверхні та океану, тому товщина тропосфери на екваторі становить 16 – 18 км, в помірних широтах 10-11 км, але в полюсах – до 8 км. Температура повітря в тропосфері на висоті знижується на 0,6 ºС на кожні 100 м і коливається від +40 до - 50 ºС.

2) Стратосферазнаходиться вище тропосфери та має висоту до 50км від поверхні планети. Температура на висоті до 30 км. постійна -50 ºС. Потім вона починає підвищуватись і на висоті 50 км досягає +10ºС.

Верхньою межею біосфери є озоновий екран.

Озоновий екран - це шар атмосфери в межах стратосфери, розташований на різній висоті від поверхні Землі, що має максимальну щільність озону на висоті 20-26 км.

Висота озонового шару біля полюсів оцінюється в 7 - 8 км, у екватора - 17-18 км, а максимальна висота присутності озону - 45-50 км. Вище озонового екрану життя неможливе через жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця. Якщо спресувати всі молекули озону, то вийде шар ~ 3мм навколо планети.

3) Мезосфера- Верхня межа цього шару розташовується до висоти 80км. Головна її особливість – різке зниження температури -90ºС біля її верхньої границі. Тут фіксуються сріблясті хмари, що складаються з крижаних кристалів.

4) Іоносфера (термосфера)-розташовується до висоти 800 км і для неї характерне значне підвищення температури:

150км температура +240ºС,

200км температура +500ºС,

600 км температура +1500 ºС.

Під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця гази перебувають у іонізованому стані. З іонізацією пов'язане свічення газів та виникнення полярних сяйв.

Іоносфера має здатність багаторазового відображення радіохвиль, що забезпечує далекий радіозв'язок на планеті.

5) Екзосфера- Розташовується вище 800км і простягається до 3000км. Тут температура >2000? Швидкість руху газів наближається до критичної ~11,2 км/сек. Панують атоми водню і гелію, які утворюють навколо Землі корону, що світиться, що простягається до висоти 20000км.

функцій атмосфери

1) Терморегулююча – погода та клімат на Землі залежить від розподілу тепла, тиску.

2) Життєзабезпечуюча.

3) У тропосфері відбувається глобальні вертикальні та горизонтальні переміщення повітряних мас, що визначає кругообіг води, теплообмін.

4) Практично всі поверхні геологічні процеси обумовлені взаємодією атмосфери, літосфери та гідросфери.

5) Захисна – атмосфера захищає землю від космосу, сонячної радіації та метеоритного пилу.

Функції атмосфери. Без атмосфери життя на Землі було б неможливим. Людина щодня споживає 12-15 кг. повітря, вдихаючи кожну хвилину від 5 до 100л, що значно перевищує середньодобову потребу в їжі та воді. Крім того, атмосфера надійно оберігає людину від небезпек, що загрожують їй із космосу: не пропускає метеорити, космічні випромінювання. Без їжі людина може прожити п'ять тижнів, без води – п'ять днів, без повітря – п'ять хвилин. Нормальна життєдіяльність людей потребує як повітря, а й певної його чистоти. Від якості повітря повітря залежать здоров'я людей, стан рослинного та тваринного світу, міцність та довговічність конструкцій будівель, споруд. Забруднене повітря згубне для вод, суші, морів, ґрунтів. Атмосфера визначає світловий та регулює тепловий режими землі, сприяє перерозподілу тепла на земній кулі. Газова оболонка оберігає Землю від надмірного остигання та нагрівання. Якби наша планета не була б оточена повітряною оболонкою, то протягом однієї доби амплітуда коливань температури досягла б 200 С. Атмосфера рятує все, що живе на Землі від згубних ультрафіолетових, рентгенівських та космічних променів. Велике значення атмосфери у розподілі світла. Її повітря розбиває сонячні промені на мільйон дрібних променів, розсіює їх та створює рівномірне освітлення. Атмосфера є провідником звуків.