Вага всієї атмосфери. Хімічний склад атмосфери Землі

Тому що від нього залежить існування життя, комфорт та безпека всіх організмів. Показники газів у суміші є визначальними для вивчення проблемних ділянок чи екологічно сприятливих зон.

Загальні відомості

Під терміном «атмосфера» розуміють газовий шар, який огортає нашу планету та багато інших небесних тіл у Всесвіті. Він утворює оболонку, яка височить над Землею кілька сотень кілометрів. У складі є різноманітні гази, основним з яких є кисень.

Атмосфера характеризується:

• Неоднорідність з фізичної точки зору.
• Підвищена динамічність.
• Залежність від біологічних факторів (висока вразливість у разі несприятливих явищ).

Основний вплив мають склад і процеси його змінюють, живі істоти (включаючи, мікроорганізми). Ці процеси продовжуються з моменту виникнення атмосфери – кілька мільярдів років. Захисна оболонка планети стикається з такими утвореннями, як літосфера і гідросфера, верхні межі визначити з високою точність складно, вчені можуть назвати лише приблизні значення. Атмосфера перетворюється на міжпланетний простір в екзосфері – на висоті
500-1000 км від поверхні нашої планети, деякі джерела називають цифру 3000 км.

Значення атмосфери для життя на землі велике, оскільки вона оберігає планету від зіткнення з космічними тілами, забезпечує оптимальні показники для формування та розвитку життя у різних її формах.
Склад захисної оболонки:

• Азот – 78%.
• Кисень – 20,9%.
• Суміш газова – 1,1% (ця частина утворена такими речовинами як озон, аргон, неон, гелій, метан, криптон, водень, ксенон, вуглекислий газ, водяні пари).

Газова суміш виконує важливу функцію – поглинання надмірної кількості сонячної енергії. Склад атмосфери змінюються залежно від висоти – на висоті 65 км від поверхні Землі азоту у ній буде утримуватися
вже 86%, кисню – лише 19%.

Складові елементи атмосфери

Різноманітний склад атмосфери Землі дозволяє їй виконувати різні функції та оберігати життя на планеті. Основні його елементи:

• Вуглекислий газ (CO₂) – є невід'ємним компонентом, задіяним у процесі живлення рослин (фотосинтезі). Виділяється він в атмосферу завдяки подиху всіх живих організмів, гниття та горіння органічних речовин. Якщо вуглекислий газ зникне, то разом із ним перестануть існувати й рослини.
• Кисень (O₂) – забезпечує оптимальне середовище для життя всіх організмів на планеті, обов'язковий для дихання. З його зникненням припиниться життя для 99% організмів планети.
• Озон (O 3) – газ, який є природним поглиначем ультрафіолету, що виділяється сонячним випромінюванням. Його надлишки негативно впливають на живі організми. Газ формує особливий шар в атмосфері озоновий екран. Під впливом зовнішніх умов і діяльності людини він починає поступово руйнуватися, тому важливо проводити заходи для відновлення озонового шару нашої планети, щоб зберегти на ній життя.

Також у складі атмосфери є водяні пари – вони визначають вологість повітря. Відсотковий зміст цього компонента залежить від різних факторів. Вплив надають:

• Показники температури повітря.
• Розташування території (територія).
• Сезонність.

Впливає на кількість водяної пари і температура – ​​якщо вона низька, то концентрація не перевищує 1%, при підвищеній – досягає показників у 3-4%.
Додатково у складі земної атмосфери присутні тверді та рідкі домішки – сажа, попіл, морська сіль, різноманітні мікроорганізми, пил, краплі води.

Атмосфера: її шари

Необхідно знати будову атмосфери землі за шарами, щоб повне уявлення у тому, чим цінна нам ця газова оболонка. Вони виділяються тому, що склад та щільність газової суміші на різних висотах неоднакові. Кожен із шарів відрізняється за хімічним складом та виконуваними функціями. Розташувати атмосферні шари землі по порядку слід так:

Тропосфера – розташовується ближче до земної поверхні. Висоти цього шару досягають 16-18 км у тропічних зонах та 9 км у середньому над полюсами. У цьому шарі концентрується до 90% усієї водяної пари. Саме у тропосфері відбувається процес утворення хмар. Також тут спостерігаються рух повітря, турбулентність та конвекція. Температурні показники різні і становлять від +45 до -65 градусів – у тропіках та на полюсах, відповідно. Зі збільшенням на 100 метрів спостерігається зниження температури на 0,6 градуса. Саме тропосфера через скупчення водяної пари та повітря відповідає за циклонічні процеси. Відповідно, правильною відповіддю на питання, як називається шар атмосфери землі, в якому розвиваються циклони і антициклони буде назва цього атмосферного шару.

Стратосфера - цей шар розташовується на висоті 11-50 км від поверхні планети. У нижній його зоні температурні показники прагнуть значень -55. У стратосфері є зона інверсії – межа між цим шаром та наступним, званим мезосферою. Температурні показники досягають значень +1 градус. Літаки літають у нижній зоні стратосфери.

Озоновий шар – невелика за висотою ділянка на кордоні між стратосферою та мезосферою, але саме озоновий шар атмосфери оберігає все живе на землі від дії ультрафіолету. Також він відокремлює комфортні та сприятливі умови для існування живих організмів та суворі космічні, де неможливо вижити без спеціальних умов навіть бактеріям. Утворився він у результаті взаємодії органічних компонентів та кисню, який контактує з ультрафіолетовим випромінюванням та вступає у фотохімічну реакцію, що дозволяє отримати газ під назвою озон. Так як озон поглинає ультрафіолет, він сприяє нагріванню атмосфери, підтримуючи оптимальні для життя в її звичному вигляді умови. Відповідно, відповідати на запитання: шар якого газу захищає землю від космічної радіації та надмірного сонячного випромінювання, слідує озон.

Розглядаючи шари атмосфери по порядку від поверхні землі слід зазначити, що наступною є мезосфера. Вона знаходиться на висоті 50-90 км від поверхні планети. Температурні показники – від 0 до -143 градусів (нижня та верхня межі). Вона захищає Землю від метеоритів, які згоряють, проходячи через
її – явище світіння повітря. Тиск газів у цій частині атмосфери вкрай маленький, що не дозволяє вивчити мезосферу повністю, оскільки спеціальне обладнання, включаючи супутники чи зонди, там не можуть працювати.

Термосфера – шар атмосфери, що розташовується на висоті 100 км. над рівнем моря. Це нижня межа, яка зветься лінія Кармана. Вчені умовно визначили, що тут розпочинається космос. Безпосередня товщина термосфери сягає 800 км. Температурні показники досягають 1800 градусів, але зберегти обшивку космічних апаратів та ракет у цілості дозволяє незначна концентрація повітря. У цьому вся шарі земної атмосфери виникає особливе
явище - північне сяйво – особливий вид світіння, який можна спостерігати у деяких регіонах планети. З'являються вони внаслідок взаємодії кількох факторів - іонізації повітря та дії на нього космічного випромінювання та радіації.

Який шар атмосфери знаходиться далі від землі – Екзосфера. Тут знаходиться зона розсіювання повітря, оскільки концентрація газів невелика, внаслідок чого відбувається поступовий вихід за межі атмосфери. Цей шар знаходиться на висоті 700 км над поверхнею Землі. Основний елемент, що становить
цього шару – водень. В атомарному стані можна зустріти такі речовини як кисень або азот, які будуть сильно іонізовані сонячним випромінюванням.
Розміри екзосфери Землі досягають 100 тисяч кілометрів від планети.

Вивчаючи шари атмосфери порядку від поверхні землі, люди отримали багато цінної інформації, яка допомагає у розвитку та вдосконаленні технологічних можливостей. Деякі факти є дивовижними, але саме їхня наявність дозволила живим організмам успішно розвиватися.

Відомо, що вага атмосфери становить понад 5 квадрильйонів тонн. Шари здатні передавати звуки до досягнення 100 км від поверхні планети, вище ця властивість зникає, оскільки змінюється склад газів.
Атмосферні рухи існують, оскільки нагрівання Землі відрізняється. Поверхня на полюсах холодна, а ближче до тропіків прогрів збільшується, на температурні показники впливають циклонічні вихори, сезони, доба. Силу тиску атмосфери можна дізнатися – для цього використовується барометр. Вчені в результаті спостережень встановили, що наявність захисних верств дозволяє не допустити контакту з поверхнею планети метеоритів загальною масою 100 тонн щодня.

Цікавим фактом є те, що склад повітря (суміш газів у шарах) залишалася незмінною протягом тривалого часового проміжку – відомо про кількасот мільйонів років. Значні зміни відбуваються останні століття – з того часу, як людство переживає значний підйом виробництва.

Тиск, що надається атмосферою, відбивається на самопочутті людей. Нормальними для 90% вважаються показники 760 мм ртутного стовпа, таке значення має виникати при 0 градусів. Потрібно враховувати, що це значення справедливе для тих ділянок земної суші, де рівень моря проходить з нею в одній смузі (без перепадів). Чим більша висота, тим нижче буде тиск. Також воно змінюється під час проходження циклонів, оскільки зміни відбуваються не лише по вертикалі, а й по горизонталі.

Фізіологічна зона земної атмосфери становить 5 км, після проходження цієї позначки у людини починає проявлятися особливий стан – кисневе голодування. При цьому в 95% людей спостерігається виражене зниження працездатності, також значно погіршується самопочуття навіть у підготовленої і тренованої людини.

Саме тому значення атмосфери для життя на землі велике – люди та більшість живих організмів не зможуть існувати без цієї газової суміші. Завдяки їх наявності з'явилася можливість розвитку звичної сучасного суспільства життя Землі. Необхідно оцінювати збитки, які завдаються виробничою діяльністю, проводити заходи щодо очищення повітря, щоб знизити концентрацію певних видів газів та привнести ті, яких недостатньо для нормального складу. Важливо замислитись вже зараз про подальші заходи збереження та відновлення верств атмосфери, щоб зберегти оптимальні умови для майбутніх поколінь.

Товщина атмосфери – приблизно 120 км від поверхні Землі. Сумарна маса повітря в атмосфері - (5,1-5,3) 10 18 кг. З них маса сухого повітря становить 5,1352 ±0,0003 10 18 кг, загальна маса водяної пари в середньому дорівнює 1,27 10 16 кг.

Тропопауза

Перехідний шар від тропосфери до стратосфери, шар атмосфери, де припиняється зниження температури з висотою.

Стратосфера

Шар атмосфери, що знаходиться на висоті від 11 до 50 км. Характерна незначна зміна температури у шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) та підвищення її у шарі 25-40 км від −56,5 до 0,8° (верхній шар стратосфери чи область інверсії). Досягши на висоті близько 40 км. значення близько 273 К (майже 0 °C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км. Ця область постійної температури називається стратопаузою і є межею між стратосферою та мезосферою.

Стратопауза

Прикордонний шар атмосфери між стратосферою та мезосферою. У вертикальному розподілі температури є максимум (близько 0 °C).

Мезосфера

Атмосфера Землі

Кордон атмосфери Землі

Термосфера

Верхня межа – близько 800 км. Температура зростає до висот 200-300 км, де досягає значень близько 1500 К, після чого залишається майже постійною до висот. Під дією ультрафіолетової та рентгенівської сонячної радіації та космічного випромінювання відбувається іонізація повітря («полярні сяйва») – основні області іоносфери лежать усередині термосфери. На висотах понад 300 км. переважає атомарний кисень. Верхня межа термосфери значною мірою визначається поточною активністю Сонця. У періоди низької активності – наприклад, у 2008-2009 рр. – відбувається помітне зменшення розмірів цього шару.

Термопауза

Область атмосфери прилегла зверху до термосфери. У цій галузі поглинання сонячного випромінювання незначне, і температура фактично не змінюється з висотою.

Екзосфера (сфера розсіювання)

До висоти 100 км атмосфера є гомогенною добре перемішаною сумішшю газів. У більш високих шарах розподіл газів за висотою залежить від їх молекулярних мас, концентрація більш важких газів зменшується швидше при віддаленні поверхні Землі. Внаслідок зменшення щільності газів температура знижується від 0 °C у стратосфері до −110 °C у мезосфері. Однак кінетична енергія окремих частинок на висотах 200-250 км. відповідає температурі ~150 °C. Понад 200 км спостерігаються значні флуктуації температури та щільності газів у часі та просторі.

На висоті близько 2000-3500 км екзосфера поступово переходить у так званий ближньокосмічний вакуум, що заповнений сильно розрідженими частинками міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ є лише частиною міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частинки кометного та метеорного походження. Окрім надзвичайно розріджених пилоподібних частинок, у цей простір проникає електромагнітна та корпускулярна радіація сонячного та галактичного походження.

Перед тропосфери припадає близько 80 % маси атмосфери, частку стратосфери - близько 20 %; маса мезосфери - трохи більше 0,3 %, термосфери - менше 0,05 % від загальної маси атмосфери. На підставі електричних властивостей в атмосфері виділяють нейтросферу та іоносферу. В даний час вважають, що атмосфера тягнеться до висоти 2000-3000 км.

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферуі гетеросферу. Гетеросфера- це область, де гравітація впливає поділ газів, оскільки їх перемішування такий висоті незначно. Звідси випливає змінний склад гетеросфери. Нижче лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери, звана гомосфера . Кордон між цими шарами називається турбопаузою, вона лежить на висоті близько 120 км.

Фізіологічні та інші властивості атмосфери

Вже на висоті 5 км над рівнем моря у нетренованої людини з'являється кисневе голодування і без адаптації працездатність значно знижується. Тут кінчається фізіологічна зона атмосфери. Подих людини стає неможливим на висоті 9 км, хоча приблизно до 115 км атмосфера містить кисень.

Атмосфера забезпечує нас необхідним для дихання киснем. Однак унаслідок падіння загального тиску атмосфери у міру підйому на висоту відповідно знижується і парціальний тиск кисню.

У розріджених шарах повітря поширення звуку виявляється неможливим. До висот 60-90 км ще можливе використання опору та підйомної сили повітря для керованого аеродинамічного польоту. Але починаючи з висот 100-130 км знайомі кожному льотчику поняття числа М і звукового бар'єру втрачають свій сенс: там проходить умовна лінія Кармана, за якою починається область суто балістичного польоту, керувати яким можна лише використовуючи реактивні сили.

На висотах вище 100 км атмосфера позбавлена ​​й іншої чудової властивості - здатності поглинати, проводити та передавати теплову енергію шляхом конвекції (тобто за допомогою перемішування повітря). Це означає, що різні елементи обладнання, апаратури орбітальної космічної станції не зможуть охолоджуватися зовні так, як це робиться зазвичай літаком, - за допомогою повітряних струменів і повітряних радіаторів. На такій висоті, як і загалом у космосі, єдиним способом передачі тепла є теплове випромінювання.

Історія освіти атмосфери

Згідно з найпоширенішою теорією, атмосфера Землі в часі перебувала в трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню та гелію), захоплених із міжпланетного простору. Це так звана первинна атмосфера(близько чотирьох мільярдів років тому). На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери та іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяною парою). Так утворилася вторинна атмосфера(близько трьох мільярдів років до наших днів). Ця атмосфера була відновною. Далі процес утворення атмосфери визначався такими факторами:

• витік легких газів (водню та гелію) у міжпланетний простір;
• хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів та деяких інших факторів.

Поступово ці фактори призвели до утворення третинної атмосфери, Що характеризується набагато меншим вмістом водню і набагато більшим - азоту та вуглекислого газу (утворені в результаті хімічних реакцій з аміаку та вуглеводнів).

Азот

Утворення великої кількості азоту N 2 обумовлено окисленням аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем О 2 , який став надходити з поверхні планети в результаті фотосинтезу, починаючи з 3 млрд. років тому. Також азот N 2 виділяється в атмосферу в результаті денітрифікації нітратів та інших азотовмісних сполук. Азот окислюється озоном до NO у верхніх шарах атмосфери.

Азот N 2 вступає у реакції лише у специфічних умовах (наприклад, при розряді блискавки). Окислення молекулярного азоту озоном при електричних розрядах у малих кількостях використовується у промисловому виготовленні азотних добрив. Окислювати його з малими енерговитратами та переводити в біологічно активну форму можуть ціанобактерії (синьо-зелені водорості) та бульбочкові бактерії, що формують різобіальний симбіоз з бобовими рослинами, т.з. сидератами.

Кисень

Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, внаслідок фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню та поглинанням вуглекислого газу. Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених сполук - аміаку, вуглеводнів, закисної форми заліза, що містилася в океанах та ін. Після закінчення даного етапу вміст кисню в атмосфері почав зростати. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що має окислювальні властивості. Оскільки це викликало серйозні та різкі зміни багатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері та біосфері, ця подія отримала назву Киснева катастрофа.

Шляхетні гази

Забруднення атмосфери

Останнім часом на еволюцію атмосфери стала впливати людина. Результатом його діяльності стало постійне значне зростання вмісту в атмосфері вуглекислого газу через спалювання вуглеводневого палива, накопиченого в попередніх геологічних епохах. Величезні кількості СО 2 споживаються при фотосинтезі та поглинаються світовим океаном. Цей газ надходить в атмосферу завдяки розкладанню карбонатних гірських порід та органічних речовин рослинного та тваринного походження, а також внаслідок вулканізму та виробничої діяльності людини. За останні 100 років вміст СО 2 в атмосфері зріс на 10%, причому основна частина (360 млрд тонн) надійшла від спалювання палива. Якщо темпи зростання спалювання палива збережуться, то протягом найближчих 200-300 років кількість СО 2 в атмосфері подвоїться і може призвести до глобальних змін клімату.

Спалювання палива - основне джерело та забруднюючих газів (СО , , SO 2). Діоксид сірки окислюється киснем повітря до SO 3 у верхніх шарах атмосфери, який у свою чергу взаємодіє з парами води і аміаку, а сірчана кислота (Н 2 SO 4) і сульфат амонію ((NH 4) 2 SO 4), що утворюються при цьому, повертаються на поверхню Землі у вигляді т.з. кислотних дощів. Використання двигунів внутрішнього згоряння призводить до значного забруднення атмосфери оксидами азоту, вуглеводнями та сполуками свинцю (тетраетилсвинець Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Аерозольне забруднення атмосфери зумовлене як природними причинами (виверження вулканів, курні бурі, винесення крапель морської води та пилку рослин та ін.), так і господарською діяльністю людини (видобуток руд та будівельних матеріалів, спалювання палива, виготовлення цементу тощо). Інтенсивне широкомасштабне винесення твердих частинок в атмосферу - одна з можливих причин змін клімату планети.

Див. також

• Jacchia (модель атмосфери)

Примітки

Посилання

Література

1. В. В. Парін, Ф. П. Космолінський, Б. А. Душков«Космічна біологія та медицина» (видання 2-ге, перероблене та доповнене), М.: «Освіта», 1975, 223 стор.
2. Н. В. Гусакова"Хімія навколишнього середовища", Ростов-на-Дону: Фенікс, 2004, 192 з ISBN 5-222-05386-5
3. Соколов В. А.Геохімія природних газів, М., 1971;
4. Маківен М., Філіпс Л.Хімія атмосфери, М., 1978;
5. Уорк К., Уорнер С.Забруднення повітря. Джерела та контроль, пров. з англ., М. 1980;
6. Моніторинг фонового забруднення природного середовища. в. 1, Л., 1982.

Земля
Історія Землі	Вік Землі Геологічна історія Землі Геохронологічна шкала Історія життя на Землі Зледеніння Землі Парадокс слабкого молодого Сонця Теорія гігантського зіткнення Хронологія еволюції
Географія та геологія	Австралія Азія Антарктида Африка Європа Північна Америка Південна Америка Атлантичний океан Індійський океан Північний Льодовитий океан

Раніше вважалося (до появи штучних супутників), що при віддаленні від земної поверхні атмосфера поступово ставала більш розрядженою і плавно переходила міжпланетний простір.

Наразі встановлено, що потоки енергії з глибоких шарів Сонця проникають у космічний простір далеко за орбіту Землі, аж до вищих меж Сонячної системи. Цей так званий «сонячний вітер» обтікає магнітне поле Землі,формуючи подовжену «порожнину» всередині якої й зосереджена земна атмосфера.

Магнітне поле Землі помітно звужено зі зверненої до Сонця денної сторони і утворює довгу мову, що ймовірно виходить за межі орбіти Місяця, - з протилежного нічного боку.

Верхній кордоном магнітосфери Земліз денного боку у екватора вважається відстань приблизно рівну 7 (семи) радіусам Землі.

6371: 7 = 42 000 км.

Верхній кордоном магнітосфери Землі з денного боку біля полюсіввважається відстань приблизно рівну 28000 км. (що зумовлено відцентрової силою обертання Землі).

За обсягом атмосфера (близько 4х10 12 км) в 3000 разів більше за всю гідросферу (разом зі Світовим океаном), проте за масою істотно менше її і становить приблизно 5,15х10 15 т.

Таким чином, «вага» атмосфери, що припадає на одиницю площі, або атмосферний тиск складає на рівні моря приблизно 11т./м. Атмосфера за обсягом багато разів перевищує Землю, але становить лише 0,0001 маси нашої планети.

Природний газовий склад атмосферного повітря та вплив деяких його компонентів на здоров'я людини

Газовий складатмосферного повітря за обсягом є у поверхні Землі фізична суміш азоту (78,08%), кисню (20,94%),- співвідношення азоту і кисню 4:1, аргону (0,9%), вуглекислого газу (0,035%) , а також незначна кількість неону (0,0018%), гелію (0,0005%), криптону (0,0001%), метану (0,00018%), водню (0,000015%), окису вуглецю (0, 00001%), озону (0,00001%), закису азоту (0,0003%), ксенону (0,000009%), двоокису азоту (0,000002%).

Крім того, у повітрі завжди є вигляді різноманітних димів, пилу та пари зважені частинки, аерозолі та водяні пари.

Водяна парайого концентрація становить близько 0,16% обсягу атмосфери. У земної поверхні вона коливається від 3% (в тропіках) до 0,00002% (в Антарктиді).

З висотою кількість водяної пари швидко зменшується. Якби зібрати воєдино всю воду, вона утворила б шар товщиною загалом близько 2см.(1,6 -1,7см. в помірних широтах). Цей шар утворюється на висоті до 20 км.

Газовий склад нижніх шарів атмосфери висотою до 110 км. від Землі, особливо тропосфери, майже постійний. Тиск і густина в атмосфері зменшується з висотою. Половина повітря міститься у нижніх 5,6 км, а друга половина до висоти 11,3 км. На висоті 110 км. щільність повітря в мільйон разів менша ніж у поверхні.

У високих прошарках атмосфери склад повітря змінюється під впливом випромінювання Сонця, що призводить до розпаду молекул кисню на атоми.

Приблизно висоти 400 – 600 км. атмосфера залишається кисню –азотна.

Істотна зміна складу атмосфери починається лише з висоти 600 км. Тут починає перевищувати гелій. Гелієва коронаЗемлі – так називав гелієвий пояс В. І. Вернадський, що поширюється приблизно до 1600 км. від Землі. Вище цієї відстані 1600 – 2 – 3 тис. км. йде перевищення водню.

Частина молекул розкладається на іони та утворює іоносферу.

Понад 1000 км. перебувають радіаційні пояси Їх можна як частина атмосфери, заповнену дуже енергетичними ядрами атомів водню і електронами, захопленими магнітним полем планети. Так постійно газова оболонка Землі перетворюються на міжпланетний газ (простір), що складається:

З 76% по масі водню;

З 23% за масою з гелію;

З 1% по масі з космічного пилу.

Цікаво, що наша атмосфера за складом різко відрізняється від інших планет Сонячної системи. Наші найближчі сусіди Венера та Марс мають в основному вуглекислу атмосферу, більш далекі сусіди Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун оточені гелієво-водневою атмосферою, одночасно багато в цих атмосферах і метані.

Атмосферне повітря – один із найважливіших природних ресурсів, без яких життя на Землі було б абсолютно неможливим. Будь-який компонент за хімічним складом, за своїм важливим для життя.

КИСНЕ – газ без кольору та запаху із щільністю 1,23г/л. Найпоширеніший хімічний елемент Землі.

В атмосфері 20,94%, гідросфері 85,82%, в літосфері 47% кисню. Людина при видиху виділяє 154 - 160% кисню атмосферного повітря. Людина за добу у стані спокою вдихає близько 2722л.(1,4 м) кисню, видихає 0,34 м 3 вуглекислого газу, крім того, викидає за добу в навколишнє середовище близько 400 речовин. Атмосферного повітря у разі через легені проходить 9л. за хвилину, 540л. за годину, 12960л. за добу, а при навантаженні 25000 – 30000л. на добу (25 – 30м3). За рік вдихає у стані спокою 16950м, при фізичному навантаженні 20000 – 30000м, а протягом усього життя від 65000 до 180000м. повітря.

Він входить до складу всіх живих організмів (в організмі людини його масою близько 65%).

Кисень – активний окислювач більшості хімічних елементів, а також у металургії, хімічній та нафтохімічній промисловості, у ракетних паливах, його використовують у дихальних апаратах у космічних та підводних кораблях. Люди, тварини, рослини отримують необхідну життя енергію рахунок біологічного окислення різних речовин киснем, що надходить у організм різними шляхами, через легені і шкіру.

Кисень є обов'язковим учасником будь-якого горіння. Перевищення вмісту кисню в атмосфері на 25% може призвести до займання Землі.

Він виділяється рослинами за фотосинтезу. При цьому близько 60% кисню надходить в атмосферу фотосинтезу океанічного планктону і 40% від зелених рослин суші.

Фізіологічні зрушення у здорових людей спостерігаються у разі, якщо вміст кисню падає до 16 – 17%, при 11 – 13% відзначається виражена гіпоксія.

Кисневе голодування через зниження атмосферного тиску кисню може мати місце при польотах (висотна хвороба), при сходженні на гори (гірська хвороба), яка починається на висоті 2,5 – 3км.

Низька концентрація кисню може створюватися в повітрі замкнутих і герметично закритих просторів, наприклад, у підводних човнах при аваріях, а також у рудниках, шахтах і покинутих колодязях, де кисень може бути витіснений іншими газами. Попередити дію нестачі кисню під час польотів можна за допомогою індивідуальних кисневих приладів, скафандрів або герметичних кабін літаків.

У систему життєзабезпечення космічних кораблів або підводних човнів входить апаратура, що поглинає з повітря вуглекислий газ, водяні пари та інші домішки та додає до нього кисень.

Для запобігання гірській хворобі велике значення має постійна акліматизація (пристосування) на проміжних станціях в умовах розрядженої атмосфери. При перебування в горах у крові збільшується кількість гемоглобіну та еритроцитів, а окислювальні процеси в тканинах за рахунок посилення синтезу деяких ферментів протікає повніше, що дозволяє людині пристосовуватися до життя на більших висотах.

Є гірські селища, розташовані на висоті 3-5км. над рівнем моря особливо тренованим альпіністам вдається здійснювати сходження на гори заввишки 8 км. та більше без використання кисневих приладів.

Кисень у чистому вигляді має токсичні дії. При диханні чистим киснем у тварин через 1-2 години утворюються отелектази у легень (через закупорку слизу дрібних бронхів), а через 3-5 годин порушення проникності капілярів легень, через 24 години.

Явища набряку легень. В умовах нормального атмосферного тиску, коли потрібно збільшити працездатність людини при великому фізичному навантаженні або при лікуванні хворих на гіпоксію значно збільшують тиск і подачу кисню до 40%.

ОЗОН– модифікація кисню, що забезпечує збереження життя Землі т.к. озоновий шар атмосфери затримує частину ультрафіолетової радіації Сонця та поглинає інфрачервоне випромінювання Землі, перешкоджаючи її охолодженню. Це газ синього кольору із різким запахом. Основна маса озону виходить із кисню при електричних розрядах в атмосфері на висотах 20-30 км. Кисень поглинає ультрафіолетові промені, утворюється озон молекули, якого складаються з трьох атомів кисню. Він оберігає все живе Землі від шкідливого впливу короткохвильової ультрафіолетової радіації Сонця. У вищерозміщених шарах для утворення озону не вистачає кисню, а в нижче розташованих – ультрафіолетової радіації. У невеликих кількостях озон є й у приземному шарі повітря. Загальний вміст озону у всій атмосфері відповідає шару чистого озону завтовшки 2 – 4 мм., за умови, що тиск і температура повітря такі самі, як у Землі. Склад повітря при підйомі навіть кілька десятків кілометрів (до 100м) змінюється мало. Але через те, що з висотою повітря розряджається, вміст кожного газу в одиниці обсягу зменшується (падає атмосферний тиск). До домішок належить: Озон, що виділяються рослинністю фітонциди, газоподібні речовини, що утворюються в результаті біохімічних процесів і радіоактивного розпаду в грунті та ін Озон використовують для знезараження питної води, знешкодження промислових стічних вод, для отримання камфори, ваніліну та інших сполук, , мінеральних масел та ін.

ВУГЛЕКИСЛИЙ ГАЗ(вуглецю оксид) - безбарвний без запаху газ, нижче -78,5 0 С існує у твердому вигляді (сухий лід). Він у 1,5 раза важчий за повітря і міститься в повітрі (0,35% за обсягом), у водах річок, морів та мінеральних джерел. Вуглекислий газ використовують у виробництві цукру, пива, газованих вод та шипучих вин, сечовини, соди, для гасіння пожеж та ін; сухий лід – холодоагент. Утворюється при гнитті та горінні органічних речовин, при диханні тварин організмів, він асимілюється рослинами та грає важливу рольу фотосинтезі. Важливість процесу фотосинтезу в тому, що рослини виділяють у повітря кисень. Ось чому недолік вуглекислого газу становить небезпеку. Вуглекислий газ видихають люди

(3,4 – 4,7 % повітря, що видихається), тварини, він виділяється так само при спалюванні вугілля, нафти і бензину,

Тому через інтенсивне спалювання мінерального палива за останні роки кількість вуглекислого газу в атмосфері збільшилася. Підвищення вмісту вуглекислого газу в атмосфері призводить до глобальної небезпеки для людей. парниковий ефект.Вуглекислий газ як парникове скло пропускає сонячне проміння, але затримує тепло нагрітої поверхні Землі. В результаті цього підвищується середня температура повітря,

Погіршується мікроклімат, який впливає здоров'я людини. Щорічно в результаті фотосинтезу поглинається близько 300 млн т вуглекислого газу і виділяється близько 200 млн т кисню, виходить близько 3000 млрд т вуглекислого газу і його кількість постійно збільшується. Якщо 100 років тому вміст вуглекислого газу в повітрі було 0,0298% тепер 0,0318%. У містах цей зміст ще вищий.

Цікаво, що акселірація - прискорене зростання дітей, особливо в містах - деякі вчені пов'язують з підвищенням вмісту вуглекислого газу в атмосфері. Навіть невелике збільшення кількості вуглекислого газу

у повітрі значно посилює дихальний процес, починається швидке зростання грудної клітки і відповідно всього організму.

Вуглекислий газ в 1,5 рази важчий за повітря і тому може накопичуватися в нижній частині замкнутих просторів. Ці властивості можуть сприяти отруєнням поза населеними пунктами в атмосфері повітря

0,03 - 0,04% вуглекислого газу; у промислових центрах вміст його зростає до 0,06%, а поблизу підприємств чорної металургії – до 1%.

Збільшення концентрації вуглекислого газу у повітрі, що вдихається, призводить до розвитку ацидозу, почастішання дихання і тохакардії. При збільшенні концентрації до 1-2% знижується працездатність, у частини людей з'являються токсичні дії, при концентрації більше 2-3% інтоксикація більш виражена. За «вільного вибору» газового середовища люди починають уникати вуглекислого газу лише тоді, коли його концентрація досягне 3%. При концентрації 10-12% настає швидка втрата свідомості та смерть.

Описані випадки важких отруєнь вуглекислим газом у замкнутих або герметично закритих приміщеннях (шахти, рудники, підводні човни), а також обмежених просторах де мало місце інтенсивне розкладання органічних речовин - глибокі колодязі, силосні ями, бродильні чани на пивоварних заводах. Враховуючи наведені дані вважають, що на виробництвах, де є джерела вуглекислого газу, в космічних кораблях, на підводних човнах його концентрація не повинна перевищувати 0,5-1%. У сховищах, а також в інших критичних умовах можна припустити, що концентрація вуглекислого газу до 2%.

АЗОТ– газ без кольору та запаху, він основний компонент повітря (78,09 % за обсягом), входить до складу всіх живих організмів (в організмі людини близько 3% за масою азоту, у білках до 17%), бере участь у кругообігу речовин у природі . Основна сфера застосування – синтез аміаку; сполуки азоту – азотні добрива. Азот - інертне середовище в хімічних та металургійних процесах, в овочесховищах і т.д.

Азот та інші інертні гази при нормальному тиску фізіологічно не діяльні, їхнє значення полягає у розведенні кисню.

Аргон- інертний газ, у повітрі 0,9% за об'ємом, щільність 1,73 г/л. Використовується в промисловості в аргоновому зварюванні, при хімічних процесах для заповнення електричних ламп і газорозрядних трубок.

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.

Незважаючи на те, що повітря важить у тисячу (буквально, приблизно в 1000) разів менше, ніж вода, воно все-таки щось важить.
І не так мало, як здається на перший погляд.

Так кубічний метр води на рівні поверхні моря займає 1000 літрів і, відповідно, важить тонну. Тобто. кубічний контейнер із розмірами метр на метр на метр заповнений водою важить (а точніше має масу) 1000 кілограмів. Крім ваги самого контейнера. У стандартну ванну, наприклад, входить третина цього кубика, тобто. літрів 300.

Цей же кубик наповнений повітрям (тобто за нашими поняттями порожній) важить 1.3 кілограми. Це вага повітря, яке знаходиться всередині кубічної судини.

Але точно підрахувати обсяг атмосфери не така легка справа. По-перше навряд чи можна з якоюсь достовірною точністю визначити – тут закінчується атмосфера і починається безповітряний простір, а по-друге, щільність повітря різко падає з набором висоти.

Вважається, що товщина атмосфери становить 2000-3000 км, причому половина її маси знаходиться в межах 5 км від поверхні.

Однак існує й інший, дуже точний спосіб дізнатися, скільки важить атмосфера. Ним скористався 400 років тому видатний учений, математик, фізик, письменник та філософ Блез Паскаль.

Достатньо знати, що таке атмосферний тиск (у міліметрах ртутного стовпа) і що на поверхні моря в нормальних умовах він дорівнює приблизно 760 цих міліметрів.
За кілька років до дослідів Паскаля цей факт виявив італійський математик і фізик, учень Галілея Еванджеліста Торрічеллі.

Отже, щоб урівноважити атмосферний тиск на 1 квадратний сантиметр земної поверхні лише на рівні моря необхідний стовпчик ртуті висотою 760 міліметрів, даний стовпчик ртуті важить приблизно 1033 грама. Стільки ж важить і повітря, яке тисне на цей квадратний сантиметр, тільки висота його набагато більше - ті самі 2000-3000 км, що зараз не має значення.

Тепер достатньо порахувати площу земної поверхні. Як усі ми пам'ятаємо Земля це куля з радіусом приблизно 6400 кілометрів (або з довжиною кола на екваторі приблизно 40 000 км), і як усі ми пам'ятаємо (з 8-го класу середньої школи) S сфери = 4πR 2 .

Разом площа поверхні Землі дорівнює приблизно 510 072 000 км², а загальна маса атмосфери виходить 5 х 10 21 грам, або 5 x 10 15 тонн, або якщо словами – 5 квадрилліонів тонн!

Ця цифра і вразила свого часу Паскаля, адже він розрахував, що стільки ж важить мідна куля діаметром 10 км.

Не таке вже й легке, це повітря…

P.S. До речі, ще кілька цікавих фактів про атмосферний тиск, а точніше про його зменшення з підняттям на висоту і наслідки, що випливають із цього, у посту трирічної давності. Не пропадати ж йому в невідомості.