Odstotek dušika v zemeljski atmosferi je. Vzdušje

Vzdušje(iz grškega atmos - para in spharia - krogla) - zračna lupina Zemlje, ki se vrti z njo. Razvoj ozračja je bil tesno povezan z geološkimi in geokemičnimi procesi, ki potekajo na našem planetu, pa tudi z dejavnostmi živih organizmov.

Spodnja meja atmosfere sovpada s površino Zemlje, saj zrak prodre v najmanjše pore v tleh in se raztopi tudi v vodi.

Zgornja meja na nadmorski višini 2000-3000 km postopoma prehaja v vesolje.

Ozračje, bogato s kisikom, omogoča življenje na Zemlji. Atmosferski kisik se uporablja v procesu dihanja ljudi, živali in rastlin.

Če ne bi bilo atmosfere, bi bila Zemlja tiha kot luna. Konec koncev je zvok vibracija zračnih delcev. Modra barva neba je razložena z dejstvom, da se sončni žarki, ki prehajajo skozi atmosfero, kot bi skozi lečo, razgradijo na svoje sestavne barve. V tem primeru so žarki modre in modre barve najbolj razpršeni.

Ozračje zadrži večino ultravijoličnega sevanja Sonca, ki škodljivo vpliva na žive organizme. Prav tako ohranja toploto na površini Zemlje in preprečuje, da bi se naš planet ohladil.

Struktura ozračja

V ozračju je mogoče razlikovati več plasti, ki se razlikujejo po gostoti in gostoti (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najnižja plast atmosfere, katere debelina nad poli je 8-10 km, v zmernih zemljepisnih širinah - 10-12 km in nad ekvatorjem - 16-18 km.

riž. 1. Zgradba Zemljine atmosfere

Zrak v troposferi se segreva z zemeljsko površino, torej iz zemlje in vode. Zato se temperatura zraka v tej plasti z višino znižuje v povprečju za 0,6 °C na vsakih 100 m. Na zgornji meji troposfere doseže -55 °C. Hkrati je v območju ekvatorja na zgornji meji troposfere temperatura zraka -70 °C, na območju severnega tečaja pa -65 °C.

Približno 80 % mase atmosfere je zgoščenih v troposferi, nahaja se skoraj vsa vodna para, pojavljajo se nevihte, nevihte, oblaki in padavine, pojavlja pa se navpično (konvekcija) in horizontalno (veter) gibanje zraka.

Lahko rečemo, da se vreme v glavnem oblikuje v troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- plast atmosfere, ki se nahaja nad troposfero na nadmorski višini od 8 do 50 km. Barva neba v tej plasti je vijolična, kar je razloženo z redčenjem zraka, zaradi česar se sončni žarki skoraj ne razpršijo.

Stratosfera vsebuje 20 % mase atmosfere. Zrak v tej plasti je redčen, vodne pare praktično ni, zato se oblaki in padavine skoraj ne tvorijo. Vendar pa v stratosferi opazimo stabilne zračne tokove, katerih hitrost doseže 300 km / h.

Ta plast je koncentrirana ozona(ozonski zaslon, ozonosfera), plast, ki absorbira ultravijolični žarki, ki jim preprečuje, da bi dosegli Zemljo in s tem ščitijo žive organizme na našem planetu. Zaradi ozona je temperatura zraka na zgornji meji stratosfere v območju od -50 do 4-55 °C.

Med mezosfero in stratosfero je prehodno območje - stratopavza.

mezosfera

mezosfera- plast atmosfere, ki se nahaja na nadmorski višini 50-80 km. Gostota zraka je tukaj 200-krat manjša kot na površini Zemlje. Barva neba v mezosferi je črna, zvezde so vidne podnevi. Temperatura zraka pade na -75 (-90)°C.

Na višini 80 km se začne termosfero. Temperatura zraka v tej plasti se močno dvigne do višine 250 m, nato pa postane konstantna: na višini 150 km doseže 220-240 °C; na nadmorski višini 500-600 km preseže 1500 °C.

V mezosferi in termosferi se pod delovanjem kozmičnih žarkov molekule plina razpadejo na nabite (ionizirane) delce atomov, zato se ta del atmosfere imenuje ionosfera- plast zelo redkega zraka, ki se nahaja na nadmorski višini od 50 do 1000 km, sestavljena je predvsem iz ioniziranih atomov kisika, molekul dušikovega oksida in prostih elektronov. Za to plast je značilna visoka elektrifikacija, dolgi in srednji radijski valovi pa se odbijajo od nje, kot od ogledala.

V ionosferi so aurore- opazimo sij redčenih plinov pod vplivom električno nabitih delcev, ki letijo s Sonca - in ostra nihanja magnetnega polja.

Eksosfera

Eksosfera- zunanja plast ozračja, ki se nahaja nad 1000 km. Ta plast se imenuje tudi razpršena krogla, saj se delci plina tu premikajo z veliko hitrostjo in se lahko razpršijo v vesolje.

Sestava ozračja

Ozračje je mešanica plinov, ki jo sestavljajo dušik (78,08 %), kisik (20,95 %), ogljikov dioksid (0,03 %), argon (0,93 %), majhna količina helija, neona, ksenona, kriptona (0,01 %), ozona in drugih plinov, vendar je njihova vsebnost zanemarljiva (tabela 1). Sodobna sestava zemeljskega zraka je bila ustanovljena pred več kot sto milijoni let, vendar je močno povečana človeška proizvodna dejavnost kljub temu privedla do njene spremembe. Trenutno se vsebnost CO 2 poveča za približno 10-12 %.

Plini v ozračju delujejo različno funkcionalne vloge. Glavni pomen teh plinov pa določa predvsem dejstvo, da zelo močno absorbirajo sevalno energijo in tako pomembno vplivajo na temperaturni režim zemeljskega površja in atmosfere.

Tabela 1. Kemična sestava suhega atmosferskega zraka v bližini zemeljskega površja

dušik, najpogostejši plin v ozračju, kemično malo aktiven.

Kisik Za razliko od dušika je kemično zelo aktiven element. Posebna funkcija kisika je oksidacija organske snovi heterotrofnih organizmov, kamnin in nepopolno oksidiranih plinov, ki jih v ozračje oddajajo vulkani. Brez kisika ne bi prišlo do razgradnje mrtve organske snovi.

Vloga ogljikovega dioksida v ozračju je izjemno velika. V ozračje vstopi kot posledica procesov izgorevanja, dihanja živih organizmov, razpadanja in je predvsem glavni gradbeni material za nastanek organske snovi med fotosintezo. Poleg tega je zelo pomembna lastnost ogljikovega dioksida, da prenaša kratkovalovno sončno sevanje in absorbira del toplotnega dolgovalovnega sevanja, kar bo ustvarilo tako imenovani učinek tople grede, o katerem bomo govorili v nadaljevanju.

Vpliv na atmosferske procese, predvsem na toplotni režim stratosfere, ima tudi ozona. Ta plin služi kot naravni absorber sončnega ultravijoličnega sevanja, absorpcija sončnega sevanja pa vodi do segrevanja zraka. Povprečne mesečne vrednosti celotne vsebnosti ozona v ozračju se razlikujejo glede na zemljepisno širino območja in letni čas v območju 0,23-0,52 cm (to je debelina ozonske plasti pri tlaku in temperaturi tal). Vsebnost ozona se povečuje od ekvatorja do polov in letno niha z minimumom jeseni in maksimumom spomladi.

Značilno lastnost atmosfere lahko imenujemo dejstvo, da se vsebnost glavnih plinov (dušik, kisik, argon) rahlo spreminja z višino: na nadmorski višini 65 km v ozračju je vsebnost dušika 86 %, kisika - 19, argon - 0,91, na nadmorski višini 95 km - dušik 77, kisik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sestave atmosferskega zraka navpično in vodoravno se vzdržuje z njegovim mešanjem.

Poleg plinov vsebuje zrak vodna para in trdni delci. Slednji so lahko tako naravnega kot umetnega (antropogenega) izvora. To so cvetni prah, drobni kristali soli, cestni prah, aerosolne nečistoče. Ko sončni žarki prodrejo skozi okno, jih lahko vidimo s prostim očesom.

Predvsem veliko trdnih delcev je v zraku mest in velikih industrijskih središč, kjer se aerosolom dodajajo emisije škodljivih plinov in njihovih nečistoč, ki nastanejo pri zgorevanju goriva.

Koncentracija aerosolov v atmosferi določa prosojnost zraka, kar vpliva na sončno sevanje, ki doseže zemeljsko površino. Največji aerosoli so kondenzacijska jedra (iz lat. kondenzacija- zbijanje, zgoščevanje) - prispevajo k preoblikovanju vodne pare v vodne kapljice.

Vrednost vodne pare določa predvsem dejstvo, da zamuja dolgovalovno toplotno sevanje zemeljskega površja; predstavlja glavno vez velikih in malih ciklov vlage; dviguje temperaturo zraka, ko se vodne plasti kondenzirajo.

Količina vodne pare v ozračju se spreminja v času in prostoru. Tako se koncentracija vodne pare v bližini zemeljske površine giblje od 3% v tropih do 2-10 (15)% na Antarktiki.

Povprečna vsebnost vodne pare v navpičnem stolpcu atmosfere v zmernih širinah je približno 1,6-1,7 cm (plast kondenzirane vodne pare bo imela takšno debelino). Podatki o vodni pari v različnih plasteh ozračja so protislovni. Domnevali so na primer, da se v območju nadmorske višine od 20 do 30 km specifična vlažnost močno poveča z višino. Vendar pa nadaljnje meritve kažejo na večjo suhost stratosfere. Očitno je specifična vlažnost v stratosferi malo odvisna od višine in znaša 2–4 ​​mg/kg.

Spremenljivost vsebnosti vodne pare v troposferi je določena z interakcijo izhlapevanja, kondenzacije in horizontalnega transporta. Zaradi kondenzacije vodne pare nastanejo oblaki in padavine v obliki dežja, toče in snega.

Procesi faznih prehodov vode potekajo predvsem v troposferi, zato razmeroma redko opazimo oblake v stratosferi (na višinah 20-30 km) in mezosferi (v bližini mezopavze), imenovani biserna mati in srebro. , medtem ko troposferski oblaki pogosto pokrivajo približno 50 % celotne zemeljske površine.

Količina vodne pare, ki jo lahko vsebuje zrak, je odvisna od temperature zraka.

1 m 3 zraka pri temperaturi -20 ° C lahko vsebuje največ 1 g vode; pri 0 °C - ne več kot 5 g; pri +10 ° С - ne več kot 9 g; pri +30 ° C - ne več kot 30 g vode.

Izhod: Višja kot je temperatura zraka, več vodne pare lahko vsebuje.

Zrak je lahko bogati in ni nasičen paro. Torej, če pri temperaturi +30 ° C 1 m 3 zraka vsebuje 15 g vodne pare, zrak ni nasičen z vodno paro; če 30 g - nasičeno.

Absolutna vlažnost- to je količina vodne pare, ki jo vsebuje 1 m 3 zraka. Izraža se v gramih. Na primer, če pravijo "absolutna vlažnost je 15", potem to pomeni, da 1 mL vsebuje 15 g vodne pare.

Relativna vlažnost- to je razmerje (v odstotkih) med dejansko vsebnostjo vodne pare v 1 m 3 zraka in količino vodne pare, ki jo lahko vsebuje 1 m L pri določeni temperaturi. Na primer, če je radio med prenosom vremenskega poročila poročal, da je relativna vlažnost 70 %, to pomeni, da zrak vsebuje 70 % vodne pare, ki jo lahko zadrži pri določeni temperaturi.

Večja kot je relativna vlažnost zraka, t. bližje kot je zrak nasičenosti, večja je verjetnost, da bo padel.

V ekvatorialnem pasu je vedno visoka (do 90%) relativna vlažnost, saj je temperatura zraka visoka skozi vse leto in je veliko izhlapevanje s površine oceanov. Enako visoka relativna vlažnost je v polarnih območjih, vendar le zato, ker pri nizke temperatureže majhna količina vodne pare naredi zrak nasičen ali blizu nasičenosti. V zmernih zemljepisnih širinah se relativna vlažnost sezonsko spreminja – višja je pozimi in nižja poleti.

Relativna vlažnost zraka je še posebej nizka v puščavah: 1 m 1 zraka tam vsebuje dva do trikrat manj, kot je možna količina vodne pare pri določeni temperaturi.

Za merjenje relativne vlažnosti se uporablja higrometer (iz grškega hygros - moker in metreco - merim).

Ko je ohlajen, nasičen zrak v sebi ne more zadržati enake količine vodne pare, se zgosti (kondenzira) in se spremeni v kapljice megle. Poleti lahko v jasni hladni noči opazimo meglo.

Oblaki- to je ista megla, le da ne nastane na zemeljski površini, ampak na določeni višini. Ko se zrak dviga, se ohladi in vodna para v njem kondenzira. Nastale drobne kapljice vode sestavljajo oblake.

sodeluje pri nastajanju oblakov trdnih delcev suspendiran v troposferi.

Oblaki imajo lahko različno obliko, kar je odvisno od pogojev njihovega nastanka (tabela 14).

Najnižji in najtežji oblaki so stratus. Nahajajo se na nadmorski višini 2 km od zemeljske površine. Na nadmorski višini od 2 do 8 km je mogoče opaziti slikovitejši kumulus. Najvišji in najlažji so cirusni oblaki. Nahajajo se na nadmorski višini od 8 do 18 km nad zemeljsko površino.

Atmosferska zaščita

Glavni vir so industrijska podjetja in avtomobili. V velikih mestih je problem onesnaženosti glavnih prometnih poti s plinom zelo pereč. Zato je bil v mnogih velikih mestih sveta, tudi pri nas, uveden okoljski nadzor strupenosti avtomobilskih izpušnih plinov. Po mnenju strokovnjakov lahko dim in prah v zraku prepolovita pretok sončne energije na zemeljsko površino, kar bo povzročilo spremembo naravnih razmer.

Stran 6 od 10

Vloga dušika v Zemljini atmosferi.

dušik je glavni element Zemljine atmosfere. Njegova glavna vloga je uravnavanje hitrosti oksidacije z redčenjem kisika. Tako dušik vpliva na hitrost in intenzivnost bioloških procesov.

Obstajata dva medsebojno povezana načina pridobivanja dušika iz Zemljine atmosfere:

• 1) anorganski,
• 2) biokemični.

Slika 1. Geokemični dušikov cikel (V.A. Vronski, G.V. Voitkevič)

Anorganska ekstrakcija dušika iz Zemljine atmosfere.

V zemeljskem ozračju pod vplivom električnih razelektritev (med nevihto) ali v procesu fotokemičnih reakcij ( sončno sevanje) nastanejo dušikove spojine (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 itd.). Te spojine, ki se raztopijo v deževnici, padejo na tla skupaj s padavinami, padejo v tla in vodo oceanov.

Biološka fiksacija dušika

Biološka vezava atmosferskega dušika se izvaja:

• - v tleh - vozličaste bakterije v simbiozi z višje rastline,
• - v vodi - planktonski mikroorganizmi in alge.

Količina biološko vezanega dušika je veliko večja od anorgansko fiksiranega.

Kako dušik pride nazaj v Zemljino atmosfero?

Ostanki živih organizmov se razgradijo zaradi izpostavljenosti številnim mikroorganizmom. Pri tem se dušik, ki je del beljakovin organizmov, podvrže vrsti transformacij:

• - v procesu razgradnje beljakovin nastane amoniak in njegovi derivati, ki nato vstopijo v zrak in vodo oceanov,
• - nadalje amoniak in drugi dušik organske spojine pod vplivom bakterij Nitrozomonas in nitrobakterije tvorijo različne dušikove okside (N 2 O, NO, N 2 O 3 in N 2 O 5). Ta postopek se imenuje nitrifikacija,
• Dušikova kislina reagira s kovinami in tvori soli. Te soli napadajo denitrifikacijske bakterije,
• - v postopku denitrifikacija nastane elementarni dušik, ki se vrne nazaj v ozračje (primer so podzemni plinski curki, sestavljeni iz čistega N 2).

Kje se nahaja dušik?

Dušik vstopi v zemeljsko atmosfero z vulkanskimi izbruhi v obliki amoniaka. Ko pride v zgornjo atmosfero, se amoniak (NH 3) oksidira in sprošča dušik (N 2).

Dušik je tudi zakopan v sedimentnih kamninah in ga v velikih količinah najdemo v bituminoznih nahajališčih. Vendar pa ta dušik vstopi v ozračje tudi med regionalnim metamorfizmom teh kamnin.

• Tako je glavna oblika prisotnosti dušika na površini našega planeta molekularni dušik (N 2) v sestavi Zemljine atmosfere.

To je bil članek Dušik v sestavi Zemljine atmosfere - vsebnost v atmosferi je 78%. ". Preberite še: « Kisik v sestavi Zemljine atmosfere - vsebnost v atmosferi je 21%.«

Članki na temo "Vzdušje Zemlje":

• Vpliv Zemljine atmosfere na človeško telo z naraščajočo nadmorsko višino.
• Višina in meje Zemljine atmosfere.

Treba je reči, da struktura in sestava zemeljske atmosfere nista bili vedno stalni vrednosti v enem ali drugem obdobju razvoja našega planeta. Danes navpično strukturo tega elementa, ki ima skupno "debelino" 1,5-2,0 tisoč km, predstavlja več glavnih plasti, vključno z:

1. Troposfera.
2. tropopavza.
3. Stratosfera.
4. Stratopavza.
5. mezosfera in mezopavza.
6. Termosfera.
7. eksosfera.

Osnovni elementi ozračja

Troposfera je plast, v kateri opazimo močna navpična in vodoravna gibanja, tu nastajajo vremenske, padavine in podnebne razmere. Razteza se 7-8 kilometrov od površine planeta skoraj povsod, z izjemo polarnih območij (tam - do 15 km). V troposferi se temperatura postopoma znižuje za približno 6,4 °C z vsakim kilometrom nadmorske višine. Ta številka se lahko razlikuje za različne zemljepisne širine in letne čase.

Sestavo Zemljine atmosfere v tem delu predstavljajo naslednji elementi in njihovi odstotki:

Dušik - približno 78 odstotkov;

Kisik - skoraj 21 odstotkov;

Argon - približno en odstotek;

Ogljikov dioksid - manj kot 0,05%.

Posamezna kompozicija do višine 90 kilometrov

Poleg tega lahko tukaj najdete prah, vodne kapljice, vodno paro, produkte zgorevanja, ledene kristale, morske soli, veliko aerosolnih delcev itd. To sestavo Zemljine atmosfere opazimo do približno devetdeset kilometrov v višino, zato je zrak po kemični sestavi približno enak, ne le v troposferi, ampak tudi v zgornjih plasteh. A tam je vzdušje bistveno drugačno. fizične lastnosti. Plast, ki ima skupno kemična sestava se imenuje homosfera.

Kateri drugi elementi so v Zemljini atmosferi? V odstotkih (po prostornini, v suhem zraku), plini, kot so kripton (približno 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), vodik (5,0 x 10 -5), metan (približno 1,7 x 10 - 4), dušikov oksid (5,0 x 10 -5) itd. Glede na masni delež naštetih sestavin je največ dušikovega oksida in vodika, sledijo helij, kripton itd.

Fizikalne lastnosti različnih atmosferskih plasti

Fizične lastnosti troposfere so tesno povezane z njeno navezanostjo na površino planeta. Od tod se odbita sončna toplota v obliki infrardečih žarkov pošilja nazaj navzgor, vključno s procesi toplotne prevodnosti in konvekcije. Zato temperatura pada z oddaljenostjo od zemeljske površine. Takšen pojav opazimo do višine stratosfere (11-17 kilometrov), nato temperatura postane praktično nespremenjena do ravni 34-35 km, nato pa spet pride do dviga temperature do višine 50 kilometrov ( zgornja meja stratosfere). Med stratosfero in troposfero je tanka vmesna plast tropopavze (do 1-2 km), kjer se nad ekvatorjem opazijo stalne temperature - približno minus 70 ° C in nižje. Nad poli se tropopavza poleti "segreje" na minus 45°C, pozimi temperature tukaj nihajo okoli -65°C.

Plinska sestava Zemljine atmosfere vključuje tako pomemben element, kot je ozon. V bližini površja ga je relativno malo (od deset do minus šeste stopnje odstotka), saj plin nastane pod vplivom sončne svetlobe iz atomskega kisika v zgornji deli vzdušje. Zlasti večina ozona je na nadmorski višini približno 25 km, celoten "ozonski zaslon" pa se nahaja na območjih od 7-8 km v območju polov, od 18 km na ekvatorju in do petdeset kilometrov na splošno nad površino planeta.

Atmosfera ščiti pred sončnim sevanjem

Sestava zraka zemeljskega ozračja ima zelo pomembno vlogo pri ohranjanju življenja, saj posamezni kemični elementi in sestave uspešno omejujejo dostop sončnega sevanja do zemeljskega površja ter ljudi, živali in rastlin, ki živijo na njem. Na primer, molekule vodne pare učinkovito absorbirajo skoraj vse razpone infrardečega sevanja, razen dolžin v območju od 8 do 13 mikronov. Ozon pa absorbira ultravijolično sevanje do valovne dolžine 3100 A. Brez svoje tanke plasti (v povprečju 3 mm, če je nameščen na površini planeta), le voda na globini več kot 10 metrov in podzemne jame, kjer sončno sevanje ne doseže, se lahko naselijo.

Nič Celzija pri stratopavzi

Med naslednjima dvema nivojema atmosfere, stratosfero in mezosfero, je izjemna plast – stratopavza. Približno ustreza višini maksimov ozona in tukaj je opažena razmeroma ugodna temperatura za ljudi - približno 0°C. Nad stratopavzo, v mezosferi (začne se nekje na nadmorski višini 50 km in konča na nadmorski višini 80-90 km), se z naraščajočo oddaljenostjo od zemeljskega površja spet zniža temperatura (do minus 70-80 °). C). V mezosferi meteorji običajno popolnoma izgorejo.

V termosferi - plus 2000 K!

Kemična sestava zemeljske atmosfere v termosferi (začne se po mezopavzi z višin približno 85-90 do 800 km) določa možnost takega pojava, kot je postopno segrevanje plasti zelo redkega "zraka" pod vplivom sončne svetlobe. sevanje. V tem delu "zračnega pokrova" planeta se pojavljajo temperature od 200 do 2000 K, ki jih dobimo v povezavi z ionizacijo kisika (nad 300 km je atomski kisik), pa tudi rekombinacijo kisikovih atomov v molekule. , ki ga spremlja sproščanje velike količine toplote. Termosfera je kraj, kjer izvirajo aurore.

Nad termosfero je eksosfera – zunanja plast atmosfere, iz katere lahko lahki in hitro premikajoči se atomi vodika uidejo v vesolje. Kemično sestavo Zemljine atmosfere tukaj bolj predstavljajo posamezni atomi kisika v spodnjih plasteh, atomi helija v sredini in skoraj izključno atomi vodika v zgornjih. Tukaj vladaj visoke temperature- približno 3000 K in ni atmosferskega tlaka.

Kako je nastala zemeljska atmosfera?

Toda, kot je navedeno zgoraj, planet ni imel vedno takšne sestave atmosfere. Skupno obstajajo trije koncepti izvora tega elementa. Prva hipoteza predvideva, da je bila atmosfera vzeta v procesu akrecije iz protoplanetarnega oblaka. Vendar je danes ta teorija predmet velike kritike, saj je takšno primarno atmosfero moral uničiti sončni "veter" zvezde v našem planetarnem sistemu. Poleg tega se domneva, da hlapni elementi zaradi previsokih temperatur ne bi mogli ostati v območju nastanka planetov, kot je zemeljska skupina.

Sestava zemeljske primarne atmosfere, kot nakazuje druga hipoteza, bi lahko nastala zaradi aktivnega bombardiranja površja z asteroidi in kometi, ki so prišli iz bližine osončja v zgodnjih fazah razvoja. Ta koncept je precej težko potrditi ali ovreči.

Eksperiment v IDG RAS

Najbolj verjetna je tretja hipoteza, ki meni, da se je atmosfera pojavila kot posledica sproščanja plinov iz plašča zemeljske skorje pred približno 4 milijardami let. Ta koncept so testirali na Inštitutu za geološko geologijo Ruske akademije znanosti med poskusom, imenovanim "Tsarev 2", ko so vzorec meteorskega izvora segreli v vakuumu. Nato so zabeležili sproščanje plinov, kot so H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 itd. Zato so znanstveniki upravičeno domnevali, da kemična sestava primarne atmosfere Zemlje vključuje vodo in ogljikov dioksid, vodikov fluorid hlapi (HF), plin ogljikov monoksid (CO), vodikov sulfid (H 2 S), dušikove spojine, vodik, metan (CH 4), hlapi amoniaka (NH 3), argon itd. Vodna para iz primarne atmosfere je sodelovala pri Nastajanje hidrosfere se je izkazalo, da je ogljikov dioksid bolj v vezanem stanju v organskih snoveh in kamninah, dušik je prešel v sestavo sodobnega zraka in spet v sedimentne kamnine in organsko snov.

Sestava Zemljine primarne atmosfere ne bi dopuščala sodobni ljudje biti v njej brez dihalnega aparata, saj takrat ni bilo kisika v potrebnih količinah. Ta element se je pojavil v znatnih količinah pred eno in pol milijardo let, kot domnevajo, v povezavi z razvojem procesa fotosinteze v modro-zelenih in drugih algah, ki so najstarejši prebivalci našega planeta.

Najmanj kisika

Da je bila sestava zemeljske atmosfere sprva skoraj anoksična, kaže dejstvo, da se v najstarejših (katarskih) kamninah nahaja lahko oksidiran, a ne oksidiran grafit (ogljik). Kasneje so se pojavile tako imenovane trakaste železove rude, ki so vključevale vmesne plasti obogatenih železovih oksidov, kar pomeni pojav na planetu močnega vira kisika v molekularni obliki. Toda ti elementi so se pojavljali le občasno (morda so se iste alge ali drugi proizvajalci kisika pojavili kot majhni otoki v anoksični puščavi), medtem ko je bil preostali svet anaeroben. Slednje potrjuje dejstvo, da so našli lahko oksidiran pirit v obliki kamenčkov, obdelanih s tokom, brez sledi kemičnih reakcij. Ker tekoče vode ni mogoče slabo prezračiti, se je razvilo mnenje, da je atmosfera pred začetkom kambrija vsebovala manj kot en odstotek kisika današnje sestave.

Revolucionarna sprememba sestave zraka

Približno sredi proterozoika (pred 1,8 milijarde let) se je zgodila »kisikova revolucija«, ko je svet prešel na aerobno dihanje, med katerim je bilo 38 in ne dva (kot pri anaerobno dihanje) enote energije. Sestava Zemljine atmosfere je glede na kisik začela presegati en odstotek sodobne, pojavljati se je začela ozonska plast, ki ščiti organizme pred sevanjem. Prav od nje so bile "skrite" pod debelimi školjkami, na primer tako starodavne živali, kot so trilobiti. Od takrat do našega časa se je vsebina glavnega "dihalnega" elementa postopoma in počasi povečevala, kar zagotavlja raznolik razvoj življenjskih oblik na planetu.

dušik- glavni element Zemljine atmosfere. Njegova glavna vloga je uravnavanje hitrosti oksidacije z redčenjem kisika. Tako dušik vpliva na hitrost in intenzivnost bioloških procesov.

Obstajata dva medsebojno povezana načina pridobivanja dušika iz ozračja:

• 1) anorganski,
• 2) biokemični.

Slika 1. Geokemični dušikov cikel (V.A. Vronski, G.V. Voitkevič)

Anorganska ekstrakcija dušika iz ozračja

V ozračju pod vplivom električnih razelektritev (med nevihto) ali v procesu fotokemijskih reakcij (sončno sevanje) nastajajo dušikove spojine (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 itd.) . Te spojine, ki se raztopijo v deževnici, padejo na tla skupaj s padavinami, padejo v tla in vodo.

Biološka fiksacija dušika

Biološka vezava atmosferskega dušika se izvaja:

• - v tleh - vozličaste bakterije v simbiozi z višjimi rastlinami,
• - v vodi - planktonski mikroorganizmi in alge.

Količina biološko vezanega dušika je veliko večja od anorgansko fiksiranega.

Kako dušik pride nazaj v ozračje?

Ostanki živih organizmov se razgradijo zaradi izpostavljenosti številnim mikroorganizmom. Pri tem se dušik, ki je del beljakovin organizmov, podvrže vrsti transformacij:

• - v procesu razgradnje beljakovin nastane amoniak in njegovi derivati, ki nato vstopijo v zrak in vodo oceanov,
• - v prihodnosti amoniak in druge organske spojine, ki vsebujejo dušik, pod vplivom bakterij in nitrobakterij Nitrosomonas tvorijo različne dušikove okside (N 2 O, NO, N 2 O 3 in N 2 O 5). Ta postopek se imenuje nitrifikacija,
• - dušikova kislina reagira s kovinami in tvori soli. Te soli napadajo denitrifikacijske bakterije,
• - v postopku denitrifikacija nastane elementarni dušik, ki se vrne nazaj v ozračje (primer so podzemni plinski curki, sestavljeni iz čistega N 2).

Kje se nahaja dušik?

Dušik vstopi v ozračje med vulkanskimi izbruhi v obliki amoniaka. Ko pride v zgornjo atmosfero, se amoniak (NH 3) oksidira in sprošča dušik (N 2).

Dušik je tudi zakopan v sedimentnih kamninah in ga v velikih količinah najdemo v bituminoznih nahajališčih. Vendar pa ta dušik vstopi v ozračje tudi med regionalnim metamorfizmom teh kamnin.

• Tako je glavna oblika prisotnosti dušika na površini našega planeta molekularni dušik (N 2) v sestavi Zemljine atmosfere.

Ozračje je zračni ovoj Zemlje. Razteza se do 3000 km od zemeljske površine. Njegove sledi je mogoče zaslediti do višine do 10.000 km. A. ima neenakomerno gostoto 50 5; njegove mase so koncentrirane do 5 km, 75 % - do 10 km, 90 % - do 16 km.

Ozračje je sestavljeno iz zraka - mehanske mešanice več plinov.

dušik(78%) v ozračju igra vlogo razredčila kisika, ki uravnava hitrost oksidacije in posledično hitrost in intenzivnost bioloških procesov. Dušik je glavni element zemeljske atmosfere, ki se nenehno izmenjuje z živo snovjo biosfere in sestavni deli slednje so dušikove spojine (aminokisline, purini itd.). Pridobivanje dušika iz ozračja poteka na anorganski in biokemični način, čeprav sta tesno povezana. Anorganska ekstrakcija je povezana s tvorbo njenih spojin N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 . Najdemo jih v atmosferskih padavinah in nastanejo v ozračju pod vplivom električnih razelektritev med nevihtami ali fotokemijskih reakcij pod vplivom sončnega sevanja.

Biološko fiksacijo dušika izvajajo nekatere bakterije v simbiozi z višjimi rastlinami v tleh. Dušik fiksirajo tudi nekateri planktonski mikroorganizmi in alge v morskem okolju. V kvantitativnem smislu biološka vezava dušika presega njegovo anorgansko fiksacijo. Izmenjava celotnega dušika v atmosferi traja približno 10 milijonov let. Dušik se nahaja v plinih vulkanskega izvora in v magmatskih kamninah. Pri segrevanju različnih vzorcev kristalnih kamnin in meteoritov se sprošča dušik v obliki molekul N 2 in NH 3 . Vendar pa je glavna oblika prisotnosti dušika, tako na Zemlji kot na zemeljskih planetih, molekularna. Amoniak, ki pride v zgornjo atmosfero, se hitro oksidira in sprošča dušik. V sedimentnih kamninah je zakopan skupaj z organsko snovjo in se v povečani količini nahaja v bituminoznih nahajališčih. V procesu regionalnega metamorfizma teh kamnin se dušik v drugačna oblika sproščeno v zemeljsko atmosfero.

Geokemični dušikov cikel (

Kisik(21 %) ga živi organizmi uporabljajo za dihanje, je del organskih snovi (beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati). Ozon O 3 . blokira življenjsko nevarno ultravijolično sevanje sonca.

Kisik je drugi najpogostejši plin v ozračju, ki igra izjemno pomembno vlogo pri številnih procesih v biosferi. Prevladujoča oblika njegovega obstoja je O 2 . V zgornjih plasteh ozračja pod vplivom ultravijoličnega sevanja pride do disociacije molekul kisika in na višini okoli 200 km postane razmerje med atomskim kisikom in molekularnim (O: O 2) enako 10. Ko te oblike kisika medsebojno delujejo v ozračju (na nadmorski višini 20-30 km), ozonskem pasu (ozonski ščit). Ozon (O3) je nujen za žive organizme, saj zadržuje večino sončnega ultravijoličnega sevanja, ki je zanje škodljivo.

V zgodnjih fazah razvoja Zemlje je nastal prosti kisik v zelo majhnih količinah kot posledica fotodisociacije ogljikovega dioksida in molekul vode v zgornji atmosferi. Vendar so bile te majhne količine hitro porabljene pri oksidaciji drugih plinov. S prihodom avtotrofnih fotosintetskih organizmov v oceanu so se razmere bistveno spremenile. Količina prostega kisika v ozračju se je začela postopoma povečevati, aktivno oksidira številne komponente biosfere. Tako so prvi deleži prostega kisika prispevali predvsem k prehodu železovih oblik železa v oksidne oblike in sulfidov v sulfate.

Na koncu je količina prostega kisika v zemeljski atmosferi dosegla določeno maso in se je izkazala za uravnoteženo tako, da je proizvedena količina postala enaka absorbirani količini. V ozračju je bila vzpostavljena relativna konstantnost vsebnosti prostega kisika.

Geokemični kisikov cikel (V.A. Vronski, G.V. Voitkevič)

Ogljikov dioksid, gre v tvorbo žive snovi in ​​skupaj z vodno paro ustvarja tako imenovani "učinek tople grede (toplogredni)".

Ogljik (ogljikov dioksid) - večina ga je v ozračju v obliki CO 2 in veliko manj v obliki CH 4. Pomen geokemične zgodovine ogljika v biosferi je izjemno velik, saj je del vseh živih organizmov. Znotraj živih organizmov prevladujejo reducirane oblike ogljika, v okolju biosfere pa oksidirane. Tako se vzpostavi kemična izmenjava življenski krog: CO 2 ↔ živa snov.

Primarni vir ogljikovega dioksida v biosferi je vulkanska dejavnost, povezana s posvetnim razplinjevanjem plašča in spodnjih obzorij zemeljske skorje. Del tega ogljikovega dioksida nastane s toplotno razgradnjo starodavnih apnencev v različnih metamorfnih conah. Migracija CO 2 v biosferi poteka na dva načina.

Prva metoda se izraža v absorpciji CO 2 v procesu fotosinteze s tvorbo organskih snovi in ​​kasnejšim zakopavanjem v ugodnih redukcijskih pogojih v litosferi v obliki šote, premoga, nafte, oljnega skrilavca. Po drugi metodi migracija ogljika vodi v nastanek karbonatnega sistema v hidrosferi, kjer se CO 2 spremeni v H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Nato s sodelovanjem kalcija (redkeje magnezija in železa) pride do obarjanja karbonatov na biogeni in abiogen način. Pojavijo se debele plasti apnenca in dolomitov. Po mnenju A.B. Ronov, je bilo razmerje med organskim ogljikom (Corg) in karbonatnim ogljikom (Ccarb) v zgodovini biosfere 1:4.

Poleg globalnega cikla ogljika obstajajo številni njegovi majhni cikli. Tako na kopnem zelene rastline absorbirajo CO 2 za proces fotosinteze podnevi, ponoči pa ga spustijo v ozračje. S smrtjo živih organizmov na zemeljski površini se organska snov oksidira (s sodelovanjem mikroorganizmov) s sproščanjem CO 2 v ozračje. V zadnjih desetletjih posebno mesto v ciklu ogljika zavzema množično izgorevanje fosilnih goriv in povečanje njegove vsebnosti v sodobnem ozračju.

Cikel ogljika v geografski ovojnici (po F. Ramad, 1981)

Argon- tretji najpogostejši atmosferski plin, ki ga močno loči od izjemno redko pogostih drugih inertnih plinov. Vendar pa argon v svoji geološki zgodovini deli usodo teh plinov, za katere sta značilni dve značilnosti:

1. nepopravljivost njihovega kopičenja v ozračju;
2. tesno povezano z radioaktivnim razpadom nekaterih nestabilnih izotopov.

Inertni plini so zunaj kroženja večine cikličnih elementov v biosferi Zemlje.

Vse inertne pline lahko razdelimo na primarne in radiogene. Primarni so tisti, ki jih je Zemlja ujela med nastankom. So izjemno redki. Primarni del argona predstavljata predvsem izotopa 36 Ar in 38 Ar, atmosferski argon pa je v celoti sestavljen iz izotopa 40 Ar (99,6 %), ki je nedvomno radiogen. V kalijevih kamninah se je zaradi razpada kalija-40 z zajemom elektronov kopičil radiogeni argon: 40 K + e → 40 Ar.

Zato je vsebnost argona v kamninah odvisna od njihove starosti in količine kalija. V tej meri je koncentracija helija v kamninah odvisna od njihove starosti ter vsebnosti torija in urana. Argon in helij se iz zemeljske notranjosti sproščata v ozračje med vulkanskimi izbruhi, skozi razpoke v zemeljski skorji v obliki plinskih curkov in tudi med preperevanjem kamnin. Po izračunih P. Dimona in J. Culpa se helij in argon v sodobni dobi kopičita v zemeljski skorji in vstopata v ozračje v razmeroma majhnih količinah. Hitrost vstopa teh radiogenih plinov je tako nizka, da v geološki zgodovini Zemlje ni mogla zagotoviti njihove opažene vsebnosti v sodobni atmosferi. Zato ostaja domnevati, da je večina argona v ozračju prišla iz nedra Zemlje v najzgodnejših fazah njenega razvoja, precej manjši del pa je bil dodan kasneje v procesu vulkanizma in med preperevanjem kalija. ki vsebujejo kamnine.

Tako sta v geološkem času imela helij in argon različne migracijske procese. V ozračju je zelo malo helija (približno 5 * 10 -4%), "helijev dih" Zemlje pa je bil lažji, saj je kot najlažji plin ušel v vesolje. In "argon dih" - težka in argon sta ostala znotraj našega planeta. Večina primarnih inertnih plinov, kot sta neon in ksenon, je bila povezana s primarnim neonom, ki ga je Zemlja zajela med nastankom, pa tudi s sproščanjem v ozračje med razplinjevanjem plašča. Celotni podatki o geokemiji žlahtnih plinov kažejo, da je nastalo največ primarne atmosfere Zemlje. zgodnjih fazah njenega razvoja.

Vzdušje vsebuje vodna para in voda v tekočem in trdnem stanju. Voda v ozračju je pomemben hranilnik toplote.

Nižje plasti ozračja vsebujejo veliko količino mineralnega in tehnogenega prahu in aerosolov, produktov zgorevanja, soli, spor in cvetnega prahu rastlin itd.

Do višine 100-120 km je zaradi popolnega mešanja zraka sestava ozračja homogena. Razmerje med dušikom in kisikom je konstantno. Zgoraj prevladujejo inertni plini, vodik itd. V spodnjih plasteh atmosfere je vodna para. Z oddaljenostjo od zemlje se njegova vsebnost zmanjšuje. Zgoraj se razmerje plinov spremeni, na primer na nadmorski višini 200-800 km kisik prevlada nad dušikom za 10-100-krat.