Chemické složení zemské atmosféry. Složení zemské atmosféry v procentech

Struktura a složení zemské atmosféry, musíme říci, nebyly vždycky konstantními hodnotami v jednom nebo v jiném období vývoje naší planety. Dnešní vertikální konstrukce tohoto prvku, která má celkovou "tloušťku" 1,5-2,0 tisíc km, představuje několik hlavních vrstev, mezi které patří:

1. Troposphere.
2. Tropopause.
3. Stratosphere.
4. Stratopause.
5. Mesosféra a Mesopauza.
6. Termální koule.
7. Exosphere.

Hlavní prvky atmosféry

Troposféra je vrstva, v níž jsou pozorovány silné vertikální a horizontální pohyby, zde vzniká počasí, sedimentární jevy a klimatické podmínky. To se táhne 7-8 kilometrů od povrchu planety téměř všude, s výjimkou polárních oblastí (je to až 15 km). V troposféře dochází k postupnému poklesu teploty o přibližně 6,4 ° C s každým kilometrem výšky. Tento indikátor se může lišit v různých zeměpisných šířkách a ročních obdobích.

Složení zemské atmosféry v této části je reprezentováno následujícími prvky a jejich procenty:

- dusík - asi 78 procent;

- kyslík - téměř 21 procent;

- argon - asi jedno procento;

- oxid uhličitý - méně než 0,05%.

Jediné složení do výšky 90 kilometrů

Kromě toho můžete najít prach, vodní kapky, vodní páru, produkty spalování, ledové krystaly, mořské soli, mnoho aerosolových částic apod. Toto složení zemské atmosféry je pozorováno až na devadesát kilometrů na výšku, takže vzduch je přibližně stejný v chemickém složení, a to nejen v troposféře, ale také v překrývajících se vrstvách. Ale atmosféra má zásadně odlišné fyzikální vlastnosti. Vrstva, která má obecné chemické složení, se nazývá homosféra.

Jaké prvky jsou stále součástí atmosféry Země? V procentech (v objemu suchého vzduchu) se používají takové plyny jako krypton (asi 1,14 x ^10-4 ), xenon (8,7 x ^10-7 ), vodík (5,0 x ^10-5 ), metan (asi 1,7 x 10 ^{- 4} ), oxid dusný (5,0 x ^10-5 ) a další. Jako procento hmotnosti těchto složek je většinou oxid dusný a vodík, následovaný heliem, kryptonem atd.

Fyzikální vlastnosti různých atmosférických vrstev

Fyzikální vlastnosti troposféry jsou úzce spjaty s její přilnavostí k povrchu planety. Odtud se odráží sluneční teplo ve formě infračervených paprsků zpět nahoru, včetně procesů vedení tepla a konvekcí. Proto teplota klesá s odstupem od zemského povrchu. Takový fenomén je pozorován až do výšky stratosféry (11-17 kilometrů), pak se teplota téměř nezmění až na úroveň 34-35 km a teplota se opět zvýší na 50 kilometrů nadmořské výšky (horní hranice stratosféry). Mezi stratosférou a troposférou je tenká mezivrstva tropopauzy (až 1-2 km), kde jsou nad rovníkem pozorovány konstantní teploty - zhruba minus 70 ° C a nižší. Nad póly se tropopauza "zahřeje" v létě na minus 45 ° С, v zimě zde teploty kolísají okolo značky -65 ° С.

Složení plynu zemské atmosféry zahrnuje tak důležitý prvek jako ozon. Je relativně malý na povrchu (deset až mínus šestina procent), protože plyn se vytváří pod vlivem slunečního světla od atomového kyslíku v horních částech atmosféry. Zejména většina ozonu je v nadmořské výšce asi 25 km a celá "ozonová obrazovka" se nachází v oblastech od 7-8 km v oblasti pólů, od 18 km od rovníku až po padesát kilometrů obecně nad povrchem planety.

Atmosféra chrání před slunečním zářením

Vzduchové složení Zemská atmosféra hraje velmi důležitou roli při záchraně života, protože jednotlivé chemické prvky a kompozice úspěšně omezují přístup slunečního záření na zemský povrch a lidi, zvířata a rostliny, které na něm žijí. Například molekuly vodní páry účinně absorbují téměř všechny rozsahy. infračervené záření s výjimkou délek v rozmezí 8 až 13 mikronů. Ozone absorbuje ultrafialové světlo až do vlnové délky při 3100 A. Bez jeho tenké vrstvy (v průměru pouze 3 mm, pokud je umístěn na povrchu planety), může být obydlena pouze voda v hloubce více než 10 metrů a podzemní jeskyně, kde sluneční záření nedosahuje.

Zero Celsia v stratopauze

Mezi následujícími dvěma úrovněmi atmosféry, stratosféry a mezosféry je pozoruhodná vrstva - stratopauza. Přibližně odpovídá výšce maxima ozónu a zde je pozorována poměrně pohodlná teplota pro člověka - přibližně 0 ° C. Nad stratopauzou v mezosféře (začíná někde v nadmořské výšce 50 km a končí v nadmořské výšce 80-90 km), dochází opět k poklesu teploty s rostoucí vzdáleností od zemského povrchu (až k mínus 70-80 ° C). V mezosféře zpravidla zpopelňují meteory úplně.

V termosféře - plus 2000 K!

Chemické složení zemské atmosféry v termosféře (začíná po mezopauze z nadmořské výšky přibližně 85-90 až 800 km) určuje možnost takového jevu, jako postupné ohřívání velmi vzácných "vzduchových" vrstev pod vlivem slunečního záření. V této části "vzduchového krytu" planety jsou teploty od 200 do 2000 K, které jsou získány v souvislosti s ionizací kyslíku (atomový kyslík je nad 300 km), stejně jako rekombinace atomů kyslíku do molekul spolu s uvolněním velkého množství tepla. Termosféra je místo, kde se objevují polární záře.

Nad termosférou je exosféra - vnější vrstva atmosféry, ze které mohou do vesmíru uniknout světlo a rychle se pohybující atomy vodíku. Chemické složení zemské atmosféry je zde reprezentováno více jednotlivými atomy kyslíku ve spodních vrstvách, středními atomy helia a téměř výlučně vodíkovými atomy v horních vrstvách. Vysoké teploty zde převládají - asi 3000 K a není atmosférický tlak.

Jak vznikla atmosféra Země?

Ale, jak bylo zmíněno výše, planeta neměla vždy takové složení atmosféry. Celkově existují tři pojmy původu tohoto prvku. První hypotéza naznačuje, že atmosféra byla přijata v procesu akrece z protoplanetárního mraku. Dnes však tato teorie podléhá zásadní kritice, protože taková primární atmosféra měla být zničena sluneční "vítr" od hvězdy v našem planetárním systému. Navíc se předpokládá, že těkavé elementy nemohou být v oblasti vytváření planet podle typu zemské skupiny udržovány kvůli příliš vysokým teplotám.

Složení primární atmosféry Země, jak bylo naznačeno druhou hypotézou, mohlo být vytvořeno kvůli aktivnímu bombardování povrchu asteroidy a komety, která pocházela z blízkosti sluneční soustavy v raných fázích vývoje. Potvrdit nebo popřít tento koncept je poměrně obtížné.

Experiment v IDG RAS

Třetí hypotéza se jeví jako nejpravděpodobnější, která se domnívá, že atmosféra byla vytvořena v důsledku emisí plynů pocházejících z krustového pláště asi před 4 miliardami let. Tento koncept byl testován na IDG RAS během experimentu s názvem "Tsarev 2", kdy byl ve vakuu zahříván vzorek látky meteorického původu. Bylo zaznamenáno uvolňování takových plynů jako H2, CH4, CO, H ₂ O, N ₂ atd. Vědci proto správně předpokládali, že chemické složení primární atmosféry Země zahrnuje vodu a oxid uhličitý, fluorovodík (HF), uhlík plynný (CO), sirovodík (H2S), dusíkaté sloučeniny, vodík, methan (CH4), výpary amoniaku (NH3), argon atd. Vodní pára z primární atmosféry se podílela na tvorbě hydrosféry, vázán organické látky a horniny, dusík byl přenesen do složení moderního vzduchu, a také znovu do sedimentárních hornin a organické hmoty.

Složení primární atmosféry Země by neumožnilo moderním lidem, aby se v něm nacházeli bez dýchacího přístroje, protože v té době nebyl k dispozici žádný kyslík v požadovaných množstvích. Tento prvek ve významných množstvích, který se objevil před půl miliardou let, se předpokládá, že je způsoben vývojem procesu fotosyntézy v modrozelených a jiných řasách, které jsou nejstaršími obyvateli naší planety.

Minimální kyslík

Skutečnost, že složení zemské atmosféry bylo zpočátku téměř bez kyslíku naznačuje, že v nejstarších (katarských) skalách je snadno oxidovaný, ale neoxidovaný, grafit (uhlík). Následně se objevily takzvané pásové železné rudy, které zahrnovaly vrstvy obohacených oxidů železa, což znamená, že se na planetě objevil silný zdroj kyslíku v molekulární formě. Tyto prvky se však objevovaly pouze pravidelně (možná se na malých ostrovech v poušti bez kyslíku objevily stejné řasy nebo jiné producenty kyslíku), zatímco zbytek světa byl anaerobní. Ve prospěch posledního z nich je skutečnost, že snadno oxidovaný pyrit byl nalezen ve formě oblázků, ošetřený bez jakýchkoli stop chemických reakcí. Vzhledem k tomu, že tekoucí vody nemohou být špatně provzdušňovány, bylo zjištěno, že atmosféra před začátkem kambrije obsahovala méně než jedno procento kyslíku ze současného složení.

Revoluční změna složení vzduchu

Přibližně uprostřed Proterozoika (před 1,8 miliardami let) proběhla "kyslíková revoluce", kdy svět prošel aerobním dýcháním, během něhož může být získáno 38, spíše než dvě, z jediné molekuly živin (glukózy) (jako při anaerobní respiraci) energetických jednotek. Složení zemské atmosféry, pokud jde o kyslík, začalo přesahovat jedno procento z moderních, začala vznikat ozonová vrstva, která chrání organismy před zářením. Byla to od ní, která se "ukrývala" pod tlustými skořápkami, například takové starověké zvířata jako trilobity. Od té doby se obsah hlavního "respiračního" prvku postupně a pomalu zvětšoval, čímž byla zajištěna rozmanitost vývoje životních forem na planetě.