Skład chemiczny atmosfery ziemskiej. Skład atmosfery ziemskiej w procentach

Należy stwierdzić, że struktura i skład atmosfery ziemskiej nie zawsze były stałymi wartościami w jednym lub drugim okresie rozwoju naszej planety. Dzisiaj pionowa struktura tego elementu, który ma całkowitą "grubość" 1,5-2,0 tysięcy km, jest reprezentowana przez kilka głównych warstw, w tym:

1. Troposfera.
2. Tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. Mesosfera i mezopauza.
6. Kula cieplna.
7. Exosphere.

Główne elementy atmosfery

Troposfera jest warstwą, w której obserwuje się silne pionowe i poziome ruchy, to tutaj kształtują się pogoda, zjawiska sedymentacyjne, warunki klimatyczne. Rozciąga się na 7-8 kilometrów od powierzchni planety niemal wszędzie, z wyjątkiem regionów polarnych (jest do 15 km). W troposferze następuje stopniowy spadek temperatury o około 6,4 ° C na każdym kilometrze wysokości. Ten wskaźnik może się różnić w zależności od szerokości i pory roku.

Skład atmosfery ziemskiej w tej części jest reprezentowany przez następujące elementy i ich wartości procentowe:

- azot - około 78 procent;

- tlen - prawie 21 procent;

- argon - około jednego procenta;

- dwutlenek węgla - mniej niż 0,05%.

Pojedyncza kompozycja do wysokości 90 kilometrów

Ponadto można znaleźć kurz, krople wody, parę wodną, ​​produkty spalania, kryształy lodu, sole morskie, wiele cząsteczek aerozolu itp. Ta skład atmosfery ziemskiej jest obserwowany do około dziewięćdziesięciu kilometrów wysokości, więc powietrze w przybliżeniu jest takie samo w składzie chemicznym, nie tylko w troposferze, ale także w warstwach leżących na wierzchu. Ale tam atmosfera ma zasadniczo różne właściwości fizyczne. Warstwa o ogólnym składzie chemicznym nazywa się homosferą.

Jakie elementy wciąż stanowią część ziemskiej atmosfery? Jako procent (objętościowo, w suchym powietrzu), takie gazy, jak krypton (około 1,14 x ^10-4 ), ksenon (8,7 x ^10-7 ), wodór (5,0 x 10 ^-5 ), metan (około 1,7 x 10 ^{- 4} ), podtlenek azotu (5,0 x 10 ^-5 ) i inne. Jako procent masy tych składników, większość z nich to tlenek azotu i wodór, a następnie hel, krypton itp.

Właściwości fizyczne różnych warstw atmosfery

Fizyczne właściwości troposfery są ściśle związane z jej przyleganiem do powierzchni planety. Stąd odbite ciepło słoneczne w postaci promieni podczerwonych jest wysyłane z powrotem w górę, łącznie z procesami przewodzenia ciepła i konwekcji. Dlatego temperatura spada wraz z odległością od powierzchni Ziemi. Takie zjawisko obserwuje się do wysokości stratosfery (11-17 kilometrów), następnie temperatura prawie się nie zmienia do poziomu 34-35 km, a następnie temperatura wzrasta ponownie do wysokości 50 kilometrów (górna granica stratosfery). Między stratosferą a troposferą znajduje się cienka warstwa pośrednia tropopauzy (do 1-2 km), gdzie obserwuje się stałą temperaturę powyżej równika - około minus 70 ° C i poniżej. Powyżej biegunów tropopauza "ogrzewa" latem do minus 45 ° С, zimą temperatury tutaj wahają się wokół znaku -65 ° С.

Skład gazu ziemskiej atmosfery obejmuje tak ważny element jak ozon. Jest stosunkowo niewielki na powierzchni (dziesięć do minus szóstego procenta), ponieważ gaz powstaje pod wpływem światła słonecznego z tlenu atomowego w wyższych partiach atmosfery. W szczególności większość ozonu znajduje się na wysokości około 25 km, a cały "ekran ozonowy" znajduje się w obszarach od 7-8 km w polu biegunów, od 18 km na równiku i do pięćdziesięciu kilometrów na ogół ponad powierzchnią planety.

Atmosfera chroni przed promieniowaniem słonecznym

Skład powietrza Atmosfera Ziemi odgrywa bardzo ważną rolę w ratowaniu życia, ponieważ poszczególne pierwiastki chemiczne i kompozycje skutecznie ograniczają dostęp promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi, a także ludzi, zwierzęta i rośliny żyjące na jej powierzchni. Na przykład cząsteczki pary wodnej skutecznie pochłaniają prawie wszystkie zakresy. promieniowanie podczerwone z wyjątkiem długości w zakresie od 8 do 13 mikronów. Ozon pochłania światło ultrafioletowe do długości fal przy 3100 A. Bez cienkiej warstwy (średnio tylko 3 mm, jeśli umieszczona jest na powierzchni planety), tylko woda na głębokości ponad 10 metrów i podziemne jaskinie, gdzie nie dociera promieniowanie słoneczne, może być zamieszkana.

Zero Celsjusza w stratopauzie

Między następującymi dwoma poziomami atmosfery, stratosfery i mezosfery znajduje się niezwykła warstwa - stratopauza. W przybliżeniu odpowiada ona wysokości maksimum ozonu i obserwuje się tu względnie komfortową temperaturę dla ludzi - około 0 ° C. Powyżej stratopauzy, w mezosferze (zaczyna się gdzieś na wysokości 50 km i kończy na wysokości 80-90 km), znów następuje spadek temperatury wraz ze wzrostem odległości od powierzchni Ziemi (do minus 70-80 ° C). W mezosferze meteory zazwyczaj płoną całkowicie.

W termosferze - plus 2000 K!

Skład chemiczny atmosfery ziemskiej w termosferze (rozpoczyna się po mezopauzie od wysokości około 85-90 do 800 km) determinuje możliwość takiego zjawiska jak stopniowe nagrzewanie bardzo rzadkich warstw "powietrznych" pod wpływem promieniowania słonecznego. W tej części "pokrywy powietrznej" planety występują temperatury od 200 do 2000 K, które uzyskuje się w związku z jonizacją tlenu (tlen atomowy wynosi ponad 300 km), a także rekombinacji atomów tlenu w cząsteczki, czemu towarzyszy uwalnianie dużych ilości ciepła. Termosfera jest miejscem, w którym pojawiają się zorze.

Ponad termosferą znajduje się egzosfera - zewnętrzna warstwa atmosfery, z której lekkie i szybko poruszające się atomy wodoru mogą uciec w przestrzeń kosmiczną. Skład chemiczny atmosfery ziemskiej jest tu bardziej reprezentowany przez poszczególne atomy tlenu w niższych warstwach, atomy helu w środku i prawie wyłącznie atomy wodoru w wyższych. Tu panują wysokie temperatury - około 3000 K i nie ma ciśnienia atmosferycznego.

Jak powstała ziemska atmosfera?

Jednak, jak wspomniano powyżej, planeta nie zawsze miała taki skład atmosfery. W sumie istnieją trzy koncepcje pochodzenia tego elementu. Pierwsza hipoteza sugeruje, że atmosfera została podjęta w procesie akrecji z chmury protoplanetarnej. Jednak dzisiaj teoria ta podlega znacznej krytyce, ponieważ taka pierwotna atmosfera powinien zostać zniszczony słoneczny "wiatr" od gwiazdy w naszym systemie planetarnym. Ponadto zakłada się, że elementy lotne nie mogą być utrzymywane w strefie formowania się planet w zależności od rodzaju grupy ziemskiej ze względu na zbyt wysokie temperatury.

Skład pierwotnej atmosfery Ziemi, jak sugeruje druga hipoteza, mógł powstać w wyniku aktywnego bombardowania powierzchni przez asteroidy i komety, które pochodziły z sąsiedztwa układu słonecznego we wczesnych stadiach rozwoju. Potwierdzenie lub odrzucenie tej koncepcji jest dość trudne.

Eksperyment w IDG RAS

Trzecia hipoteza wydaje się najbardziej wiarygodna, ponieważ uważa, że ​​atmosfera powstała w wyniku emisji gazów ze skorupy skorupy około 4 miliardów lat temu. Ta koncepcja została przetestowana w IDG RAS podczas eksperymentu o nazwie "Tsarev 2", gdy próbka substancji o meteorytowym pochodzeniu została podgrzana w próżni. Następnie odnotowano uwolnienie takich gazów, jak H2, CH4, CO, H2O, N2, itd. Dlatego naukowcy słusznie założyli, że skład chemiczny pierwotnej atmosfery Ziemi obejmuje wodę i dwutlenek węgla, fluorowodór (HF), węgiel gaz (CO), siarkowodór (H2S), związki azotu, wodór, metan (CH4), pary amoniaku (NH3), argon, itp. Para wodna z pierwotnej atmosfery była zaangażowana w tworzenie hydrosfery, dwutlenek węgla był bardziej związany w materia organiczna i skały, azot został przeniesiony do kompozycji nowoczesnego powietrza, a także ponownie do skał osadowych i materii organicznej.

Skład pierwotnej atmosfery Ziemi nie pozwoliłby współczesnym ludziom na przebywanie w niej bez aparatu oddechowego, ponieważ w tym czasie nie było tlenu w wymaganych ilościach. Ten pierwiastek w znacznych ilościach pojawił się pół miliarda lat temu, uważa się, że jest to spowodowane rozwojem procesu fotosyntezy w niebiesko-zielonych i innych algach, które są najstarszymi mieszkańcami naszej planety.

Minimalny tlen

Fakt, że skład atmosfery ziemskiej był początkowo prawie beztlenowy, wskazuje, że w najstarszych (katarickich) skałach, łatwo utlenionych, ale nie utlenionych, znajduje się grafit (węgiel). Następnie pojawiły się tak zwane pasmowe rudy żelaza, które zawierały warstwy wzbogaconych tlenków żelaza, co oznacza pojawienie się na planecie potężnego źródła tlenu w formie molekularnej. Ale te pierwiastki pojawiały się tylko okresowo (być może te same algi lub inni producenci tlenu pojawili się na małych wyspach na beztlenowej pustyni), podczas gdy reszta świata była beztlenowa. Na korzyść tego ostatniego jest fakt, że łatwo utleniony piryt został znaleziony w postaci otoczaków, poddanych obróbce bez żadnego śladu reakcji chemicznych. Ponieważ wody płynące nie mogą być słabo napowietrzone, opracowano pogląd, że atmosfera przed początkiem kambru zawierała mniej niż jeden procent tlenu z obecnej kompozycji.

Rewolucyjna zmiana składu powietrza

Mniej więcej w połowie proterozoiku (1,8 miliarda lat temu) miała miejsce "rewolucja tlenowa", kiedy świat przeszedł do oddychania tlenowego, podczas którego 38, a nie dwa, można uzyskać z pojedynczej cząsteczki odżywczej (glukozy) (jak w oddychaniu beztlenowym) jednostki energii. Skład atmosfery ziemskiej, w zakresie tlenu, zaczął przekraczać jeden procent współczesności, zaczęła powstawać warstwa ozonowa, która chroni organizmy przed promieniowaniem. To od niej "ukryło się" pod grubymi skorupami, na przykład tak starożytnych zwierząt jak trylobity. Od tego momentu zawartość głównego "układu oddechowego" stopniowo i powoli wzrastała, zapewniając różnorodność rozwoju form życia na planecie.