Химическият състав на земната атмосфера. Съставът на земната атмосфера в проценти

Трябва да се каже, че структурата и съставът на земната атмосфера не винаги са били постоянни стойности в един или друг период от развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, която има обща “дебелина” от 1.5-2.0 хил. Км, е представена от няколко основни пласта, включително:

1. Тропосферата.
2. Тропопаузата.
3. Stratosphere.
4. Стратопауза.
5. Мезосферата и мезопаузата.
6. Термална сфера.
7. Exosphere.

Основните елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения, тук се формират метеорологичните условия, седиментните явления, климатичните условия. Тя се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните региони (има до 15 км). В тропосферата се наблюдава постепенно намаляване на температурата, приблизително с 6,4 ° С с всеки километър височина. Този индикатор може да се различава за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

- азот - около 78%;

- кислород - почти 21%;

- аргон - около един процент;

- въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единична композиция до височина от 90 километра

В допълнение, можете да намерите прах, водни капки, водни пари, продукти на горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и т.н. Този състав на земната атмосфера се наблюдава до около деветдесет километра височина, така че въздухът е приблизително същият по химичен състав, не само в тропосферата, но също и в горните слоеве. Но там атмосферата има фундаментално различни физически свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Кои елементи все още са част от земната атмосфера? Като процент (по обем, в сух въздух) такива газове като криптон (около 1.14 х 10 ^-4 ), ксенон (8.7 х ^10-7 ), водород (5.0 х 10 ^-5 ), метан (около 1.7 х 10 ^{- 4} ), азотен оксид (5.0 х 10 ^-5 ) и др., Като процент от масата на тези компоненти, повечето от които са азотен оксид и водород, последвани от хелий, криптон и др.

Физични свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с придържането му към повърхността на планетата. Оттук, отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се изпраща обратно нагоре, включително процесите на топлинна проводимост и конвекция. Ето защо температурата намалява с разстояние от земната повърхност. Такъв феномен се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след което температурата става почти непроменена до ниво от 34-35 km, след което температурата отново се повишава до височини от 50 километра (горната граница на стратосферата). Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 км), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° С и по-ниско. Над полюсите тропопаузата „загрява” през лятото до минус 45 ° С, през зимата температурите тук варират около около -65 ° С.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Той е сравнително малък на повърхността (десет до минус шеста от процента), тъй като газът се образува под въздействието на слънчева светлина от атомния кислород в горните части на атмосферата. По-специално, по-голямата част от озона е на височина от около 25 км, а целият "озонов екран" е разположен в райони от 7-8 км в полето на полюсите, от 18 км на екватора и до петдесет километра общо над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Състав на въздуха Атмосферата на Земята играе много важна роля за спасяването на живота, тъй като отделните химични елементи и състави успешно ограничават достъпа на слънчевата радиация до земната повърхност и хората, животните и растенията, живеещи върху нея. Например, молекулите на водните пари ефективно абсорбират почти всички обхвати. инфрачервена радиация с изключение на дължини в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът абсорбира ултравиолетовата светлина до дължина на вълната без тънък слой (средно само 3 мм, ако е поставен на повърхността на планетата), само вода на дълбочина повече от 10 метра и подземни пещери, където слънчевата радиация не достига, може да бъде обитавана.

Нула Целзий в стратопаузата

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата има забележителен слой - стратопаузата. Той приблизително съответства на височината на максимумите на озона и тук се наблюдава относително комфортна температура за хората - около 0 ° С. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 км и завършва на височина 80-90 км), отново се наблюдава спад на температурата с увеличаване на разстоянието от земната повърхност (до минус 70-80 ° С). В мезосферата метеорите обикновено изгарят напълно.

В термосферата - плюс 2000 K!

Химичният състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от височини около 85–90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенното нагряване на много разредени „въздушни“ слоеве под влиянието на слънчевата радиация. В тази част на "въздушното покритие" на планетата има температури от 200 до 2000 K, които се получават във връзка с йонизацията на кислород (атомният кислород е над 300 km), както и рекомбинация на кислородните атоми в молекули, съпроводена с освобождаване на големи количества топлина. Термосферата е мястото, където се появяват сиянията.

Над термосферата е екзосферата - външният слой на атмосферата, от който светли и бързо движещи се водородни атоми могат да избягат в космоса. Химичният състав на атмосферата на Земята тук е представен повече от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средата и почти изключително водородни атоми в горните. Тук преобладават високи температури - около 3000 K и няма атмосферно налягане.

Как се формира земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги имаше такъв състав на атмосферата. Общо има три понятия за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета в процеса на натрупване от протопланетния облак. Днес обаче тази теория подлежи на съществена критика, тъй като такава основна атмосфера трябваше да бъдат унищожени слънчевия "вятър" от звездата в нашата планетарна система. Освен това се приема, че летливите елементи не могат да се държат в зоната на формиране на планетите от типа на Земната група поради твърде високите температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както е предложено от втората хипотеза, би могъл да се формира поради активната бомбардировка на повърхността от астероиди и комети, които идват от околностите на Слънчевата система в ранните етапи на развитие. Да се ​​потвърди или отхвърли тази концепция е доста трудно.

Експеримент в IDG RAS

Третата хипотеза изглежда най-правдоподобна, според която атмосферата е била създадена в резултат на емисиите на газове от кожуха преди около 4 милиарда години. Тази концепция е тествана при IDG RAS по време на експеримент, наречен "Царев 2", когато проба от вещество от метеоритен произход се нагрява във вакуум. След това се записва освобождаването на такива газове като Н2, СН4, СО, Н2О, N2 и т.н. Затова учените с основание приемат, че химичният състав на основната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, водороден флуорид (HF), въглерод. газ (СО), сероводород (H ₂ S), азотни съединения, водород, метан (CH ₄ ), амонячни пари (NH ₃ ), аргон и др. Водните пари от основната атмосфера бяха включени в образуването на хидросферата, въглеродният диоксид беше по-голям обвързан органична материя и скали, азотът е прехвърлен в състава на съвременния въздух, а също и отново в седиментни скали и органична материя.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил на съвременните хора да бъдат в него без дихателен апарат, тъй като по това време нямаше кислород в необходимите количества. Този елемент в значителни количества се е появил преди половин милиард години, се смята, че се дължи на развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелени и други водорасли, които са най-старите жители на нашата планета.

Минимален кислород

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти без кислород, показва, че в най-древните (катархейски) скали се открива лесно окислен, но не окислен, графит (въглерод). Впоследствие се появяват така наречените лентови железни руди, които включват слоеве от обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата на мощен източник на кислород в молекулярна форма. Но тези елементи се срещат само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват на малките острови в пустинята без кислород), докато останалата част от света е анаеробна. В полза на последния е фактът, че лесно окислен пирит е открит под формата на камъчета, обработени за по-напред без никакви следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат слабо аерирани, се разкриваше мнението, че атмосферата преди началото на камбрия съдържаше по-малко от един процент кислород от сегашния състав.

Революционна промяна на състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1.8 милиарда години) се състоя „кислородна революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което 38, а не две, могат да бъдат получени от една хранителна молекула (глюкоза) енергийни единици. Съставът на земната атмосфера, по отношение на кислорода, започва да надвишава един процент от съвременния, озоновият слой започва да възниква, което предпазва организмите от радиация. Именно от нея се „скри” под дебели черупки, например такива древни животни като трилобитите. От тогава досега съдържанието на основния "дихателен" елемент постепенно и бавно се увеличава, осигурявайки разнообразието на развитието на формите на живот на планетата.