Процент на газовете в атмосферата. атмосфера. Структура и състав на земната атмосфера

За разлика от горещите и студени планети на нашата слънчева система, на планетата Земя съществуват условия, които позволяват живот под някаква форма. Едно от основните условия е съставът на атмосферата, който дава възможност на всички живи същества да дишат свободно и ги предпазва от смъртоносната радиация, която цари в космоса.

От какво се състои атмосферата?

Атмосферата на Земята се състои от много газове. По принцип, което заема 77%. Газът, без който животът на Земята е немислим, заема много по-малък обем, съдържанието на кислород във въздуха е равно на 21% от общия обем на атмосферата. Последните 2% са смес от различни газове, включително аргон, хелий, неон, криптон и други.

Атмосферата на Земята се издига на височина от 8 хиляди км. Въздухът, подходящ за дишане, се намира само в долния слой на атмосферата, в тропосферата, която достига 8 км нагоре при полюсите и 16 км над екватора. С увеличаване на надморската височина въздухът става по-тънък и липсата на кислород става по-голяма. За да разгледаме какво е съдържанието на кислород във въздуха на различни височини, нека дадем пример. На върха на Еверест (височина 8848 м) въздухът съдържа 3 пъти по-малко от този газ, отколкото над морското равнище. Ето защо покорителите на високи планински върхове - алпинисти - могат да се изкачат до върха му само с кислородни маски.

Кислородът е основното условие за оцеляване на планетата

В началото на съществуването на Земята въздухът, който я заобикаля, не е имал този газ в състава си. Това беше доста подходящо за живота на протозоите - едноклетъчни молекули, които плуваха в океана. Нямаха нужда от кислород. Процесът е започнал преди около 2 милиона години, когато първите живи организми, в резултат на реакцията на фотосинтеза, са започнали да отделят малки дози от този газ, получен в резултат на химични реакции, първо в океана, след това в атмосферата . Животът се разви на планетата и прие различни форми, повечето от които не са оцелели до наши дни. Някои организми в крайна сметка се приспособиха да живеят с новия газ.

Те се научиха да използват силата му безопасно в клетка, където той действаше като електроцентрала за извличане на енергия от храната. Този начин на използване на кислорода се нарича дишане и ние го правим всяка секунда. Именно дишането направи възможно появата на по-сложни организми и хора. В продължение на милиони години съдържанието на кислород във въздуха се е повишило до съвременни нива - около 21%. Натрупването на този газ в атмосферата допринесе за създаването на озоновия слой на височина 8-30 км от земната повърхност. В същото време планетата получи защита от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи. По-нататъшното развитие на формите на живот във водата и сушата се увеличи бързо в резултат на повишената фотосинтеза.

Анаеробен живот

Въпреки че някои организми се адаптираха към нарастващите нива на отделяния газ, много от най-простите форми на живот, съществували на Земята, изчезнаха. Други организми оцеляват, като се крият от кислорода. Някои от тях днес живеят в корените на бобовите растения, като използват азот от въздуха за изграждане на аминокиселини за растенията. Смъртоносният организъм ботулизъм е още един бежанец от кислорода. Лесно оцелява във вакуумирани консерви.

Какво ниво на кислород е оптимално за живот?

Преждевременно родените бебета, чиито дробове все още не са напълно отворени за дишане, попадат в специални кувьози. При тях съдържанието на кислород във въздуха е по-високо обемно, като вместо обичайните 21% нивото му е определено на 30-40%. Бебетата с тежки дихателни проблеми са заобиколени от въздух със 100 процента нива на кислород, за да се предотврати увреждане на мозъка на детето. Намирането в такива условия подобрява кислородния режим на тъканите, които са в състояние на хипоксия и нормализира жизнените им функции. Но твърде много от него във въздуха е също толкова опасно, колкото и твърде малко. Прекомерният кислород в кръвта на детето може да увреди кръвоносните съдове в очите и да причини загуба на зрението. Това показва двойствеността на свойствата на газа. Трябва да го вдишваме, за да живеем, но излишъкът му понякога може да се превърне в отрова за тялото.

Процес на окисление

Когато кислородът се комбинира с водород или въглерод, възниква реакция, наречена окисление. Този процес кара органичните молекули, които са в основата на живота, да се разпадат. В човешкото тяло окислението протича по следния начин. Червените кръвни клетки събират кислород от белите дробове и го пренасят в тялото. Има процес на разрушаване на молекулите на храната, която приемаме. Този процес освобождава енергия, вода и оставя след себе си въглероден диоксид. Последният се отделя от кръвните клетки обратно в белите дробове и ние го издишваме във въздуха. Човек може да се задуши, ако не може да диша повече от 5 минути.

Дъх

Нека разгледаме съдържанието на кислород във вдишания въздух. Атмосферният въздух, който навлиза в белите дробове отвън по време на вдишване, се нарича вдишван въздух, а въздухът, който излиза през дихателната система по време на издишване, се нарича издишан въздух.

Това е смес от въздуха, изпълнил алвеолите, с този в дихателните пътища. Химичният състав на въздуха, който здрав човек вдишва и издишва в естествени условия, практически не се променя и се изразява в следните числа.

Кислородът е основният компонент на въздуха за живота. Промените в количеството на този газ в атмосферата са малки. Ако съдържанието на кислород във въздуха край морето достига до 20,99%, то дори в много замърсения въздух на индустриалните градове нивото му не пада под 20,5%. Такива промени не показват въздействие върху човешкото тяло. Физиологичните смущения се появяват, когато процентното съдържание на кислород във въздуха падне до 16-17%. В този случай има очевидна, която води до рязък спад на жизнената активност и когато съдържанието на кислород във въздуха е 7-8%, е възможна смърт.

Атмосфера в различни епохи

Съставът на атмосферата винаги е оказвал влияние върху еволюцията. В различни геоложки времена, поради природни бедствия, се наблюдават покачвания или спадове на нивата на кислород и това води до промени в биосистемата. Преди около 300 милиона години съдържанието му в атмосферата се повиши до 35% и планетата беше колонизирана от насекоми с гигантски размери. Най-голямото изчезване на живи същества в историята на Земята е станало преди около 250 милиона години. По време на него са загинали повече от 90% от жителите на океана и 75% от жителите на сушата. Една от версиите за масовото измиране гласи, че виновникът е ниското ниво на кислород във въздуха. Количеството на този газ е спаднало до 12% и това е в долния слой на атмосферата до надморска височина от 5300 метра. В нашата ера съдържанието на кислород в атмосферния въздух достига 20,9%, което е с 0,7% по-малко от преди 800 хиляди години. Тези цифри бяха потвърдени от учени от Принстънския университет, които изследваха проби от гренландски и атлантически лед, образувал се по това време. Замръзналата вода запази въздушни мехурчета и този факт помага да се изчисли нивото на кислород в атмосферата.

Какво определя нивото му във въздуха?

Активното му усвояване от атмосферата може да бъде причинено от движението на ледниците. Докато се отдалечават, те разкриват гигантски области от органични слоеве, които консумират кислород. Друга причина може да е охлаждането на водите на Световния океан: неговите бактерии при по-ниски температури поглъщат кислород по-активно. Изследователите твърдят, че индустриалният скок и с него изгарянето на огромни количества гориво нямат особено въздействие. Световните океани се охлаждат от 15 милиона години и количеството на животоподдържащите вещества в атмосферата е намаляло независимо от човешкото въздействие. Вероятно на Земята протичат естествени процеси, които водят до по-висока консумация на кислород от производството му.

Въздействието на човека върху състава на атмосферата

Нека поговорим за човешкото влияние върху състава на въздуха. Нивото, което имаме днес, е идеално за живи същества, съдържанието на кислород във въздуха е 21%. Балансът между него и другите газове се определя от жизнения цикъл в природата: животните издишват въглероден диоксид, растенията го използват и отделят кислород.

Но няма гаранция, че това ниво винаги ще бъде постоянно. Количеството въглероден диоксид, отделяно в атмосферата, нараства. Това се дължи на използването на гориво от човечеството. И както знаете, той се е образувал от вкаменелости от органичен произход и въглеродният диоксид навлиза във въздуха. Междувременно най-големите растения на нашата планета, дърветата, се унищожават с нарастваща скорост. За минута километри гора изчезват. Това означава, че част от кислорода във въздуха постепенно намалява и учените вече бият тревога. Земната атмосфера не е неограничен склад и кислородът не влиза в нея отвън. Тя непрекъснато се развиваше заедно с развитието на Земята. Винаги трябва да помним, че този газ се произвежда от растителността по време на процеса на фотосинтеза чрез консумация на въглероден диоксид. И всяко значително намаляване на растителността под формата на унищожаване на гори неизбежно намалява навлизането на кислород в атмосферата, като по този начин нарушава нейния баланс.

Въздухът, който изгражда земната атмосфера, е смес от газове. Сухият атмосферен въздух съдържа: кислород 20,95%, азот 78,09%, въглероден диоксид 0,03%.В допълнение, атмосферният въздух съдържа аргон, хелий, неон, криптон, водород, ксенон и други газове. Озон, азотен оксид, йод, метан и водни пари присъстват в малки количества в атмосферния въздух.

В допълнение към постоянните компоненти на атмосферата, тя съдържа различни замърсители, въведени в атмосферата от човешки производствени дейности.

1. Важен компонент на атмосферния въздух е кислород , чието количество в земната атмосфера е 1,18 · 10 15 т. Постоянното съдържание на кислород се поддържа благодарение на непрекъснатите процеси на неговия обмен в природата. От една страна, кислородът се изразходва по време на дишането на хората и животните, изразходва се за поддържане на процесите на горене и окисляване, от друга страна, той навлиза в атмосферата чрез процесите на фотосинтеза на растенията. Сухоземните растения и океанският фитопланктон напълно възстановяват естествената загуба на кислород. Когато парциалното налягане на кислорода спадне, могат да се развият явления на кислородно гладуване, което се наблюдава при изкачване на височина. Критичното ниво е парциалното налягане на кислорода под 110 mm Hg. Изкуство. Намаляване на парциалното налягане на кислорода до 50-60 mm Hg. Изкуство. обикновено несъвместими с живота. Под въздействието на късовълнова ултравиолетова радиация с дължина на вълната по-малка от 200 nm, кислородните молекули се дисоциират, за да образуват атомарен кислород. Новообразуваните кислородни атоми се добавят към неутралната кислородна формула, образувайки озон . Едновременно с образуването на озон протича и неговото разпадане. Общобиологичното значение на озона е голямо: той абсорбира късовълновата ултравиолетова радиация, която има пагубен ефект върху биологичните обекти. В същото време озонът абсорбира инфрачервеното лъчение, излъчвано от Земята, и по този начин предотвратява прекомерното охлаждане на нейната повърхност. Концентрациите на озон са неравномерно разпределени по надморска височина. Най-голямото му количество се наблюдава на ниво 20-30 км от повърхността на Земята.

2. Азот По количествено съдържание той е най-значимият компонент на атмосферния въздух, принадлежи към инертните газове. Животът е невъзможен в азотна атмосфера. Азотът от въздуха се абсорбира от някои видове почвени бактерии (азотфиксиращи бактерии), както и от синьо-зелени водорасли; под въздействието на електрически разряди се превръща в азотни оксиди, които, падайки с валежите, обогатяват почвата със соли на азотна и азотна киселина. Под въздействието на почвените бактерии солите на азотната киселина се превръщат в соли на азотната киселина, които от своя страна се усвояват от растенията и служат за синтез на протеини. Заедно с усвояването на азот в природата, той се освобождава в атмосферата. Свободен азот се образува по време на процесите на горене на дърва, въглища и нефт; малко количество от него се образува при разлагането на органични съединения. По този начин в природата възниква непрекъснат цикъл, в резултат на който атмосферният азот се превръща в органични съединения, възстановява се и се освобождава в атмосферата, след което отново се свързва от биологични обекти.

Азотът е необходим като разредител на кислорода, тъй като дишането на чист кислород води до необратими промени в тялото.

Но повишеното съдържание на азот във вдишания въздух допринася за появата на хипоксия поради намаляване на парциалното налягане на кислорода. Когато съдържанието на азот във въздуха се увеличи до 93%, настъпва смърт.

В допълнение към азота благородните газове във въздуха включват аргон, неон, хелий, криптон и ксенон. Химически тези газове са инертни; те се разтварят в телесните течности в зависимост от парциалното налягане; абсолютното количество на тези газове в кръвта и тъканите на тялото е незначително.

3. Важен компонент на атмосферния въздух е въглероден двуокис (въглероден диоксид, въглероден диоксид,). В природата въглеродният диоксид се намира в свободно и свързано състояние в количество от 146 милиарда тона, от които само 1,8% от общото му количество се съдържа в атмосферния въздух. По-голямата част от него (до 70%) е в разтворено състояние във водите на моретата и океаните. Някои минерални съединения, варовици и доломити, съдържат около 22% от общото количество диоксид и въглерод. Останалото идва от флора и фауна, въглища, нефт и хумус.

В естествени условия протичат непрекъснати процеси на отделяне и абсорбиране на въглероден диоксид. Изпуска се в атмосферата поради дишането на хора и животни, процесите на горене, гниене и ферментация, при промишленото печене на варовик и доломит и др. В същото време в природата има процеси на асимилация на въглероден диоксид, който се абсорбира от растенията по време на процеса на фотосинтеза.

Въглеродният диоксид играе важна роля в живота на животните и хората, като е физиологичен стимулант на дихателния център.

При вдишване на големи концентрации на въглероден диоксид се нарушават редокс процесите в организма. Когато съдържанието му във вдишания въздух се увеличи до 4%, се наблюдават главоболие, шум в ушите, сърцебиене и възбудено състояние; при 8% настъпва смърт.

От хигиенна гледна точка съдържанието на въглероден диоксид е важен показател, по който се съди за степента на чистота на въздуха в жилищни и обществени сгради. Натрупването на големи количества от него във въздуха на затворени помещения показва санитарни проблеми (пренаселеност, лоша вентилация).

При нормални условия, с естествена вентилация на помещението и проникване на външен въздух през порите на строителните материали, съдържанието на въглероден диоксид във въздуха на жилищните помещения не надвишава 0,2%. Когато концентрацията му се увеличи на закрито, може да има влошаване на благосъстоянието на човека и намаляване на ефективността. Това се обяснява с факта, че едновременно с увеличаването на количеството въглероден диоксид във въздуха на жилищни и обществени сгради се влошават и други свойства на въздуха: повишават се температурата и влажността му, образуват се газообразни продукти от човешката дейност, така наречените антропотоксини. (меркаптан, индол, сероводород, амоняк).

С увеличаване на съдържанието на CO 2 във въздуха и влошаване на метеорологичните условия в жилищни и обществени сгради настъпва промяна в режима на йонизация на въздуха (увеличаване на броя на тежките йони и намаляване на броя на леките йони). ), което се обяснява с абсорбцията на леки йони при дишане и контакт с кожата, както и с поглъщането на тежки йони с издишания въздух.

Максимално допустимата концентрация на въглероден диоксид във въздуха на лечебните заведения трябва да се счита за 0,07%, във въздуха на жилищни и обществени сгради - 0,1%. Последната стойност се приема като изчислителна стойност при определяне на ефективността на вентилацията в жилищни и обществени сгради.

4. В допълнение към основните компоненти, атмосферният въздух съдържа газове, отделени в резултат на естествени процеси, протичащи на повърхността на Земята и в атмосферата.

Водородсъдържащи се във въздуха в количество 0,00005%. Образува се във високите слоеве на атмосферата поради фотохимичното разлагане на водните молекули на кислород и водород. Водородът не поддържа дишането, в свободно състояние той не се абсорбира и не се отделя от биологични обекти. В допълнение към водорода, атмосферният въздух съдържа малко количество метан; Обикновено концентрацията на метан във въздуха не надвишава 0,00022%. Метанът се отделя при анаеробно разлагане на органични съединения. Като съставна част е част от природния газ и газа от петролни кладенци. Ако вдишвате въздух, съдържащ метан във високи концентрации, може да настъпи смърт от асфиксия.

Като продукт от разлагането на органични вещества в атмосферния въздух присъстват малки количества амоняк. Неговите концентрации зависят от степента на замърсяване на дадена територия с отпадни води и органични емисии. През зимата, поради забавянето на процесите на гниене, концентрацията на амоняк е малко по-ниска, отколкото през лятото. По време на анаеробни процеси на разлагане на съдържащи сяра органични вещества, образуването на водороден сулфид, който вече в малки концентрации придава на въздуха неприятна миризма. Йодът и водородният пероксид могат да присъстват в малки концентрации в атмосферния въздух. йод навлиза в атмосферния въздух поради наличието на малки капчици морска вода и морски водорасли. Поради взаимодействието на UV лъчите с молекулите на въздуха, водороден прекис; Заедно с озона допринася за окисляването на органичните вещества в атмосферата.

В атмосферния въздух има суспендирани вещества, които са представени от прах от естествен и изкуствен произход. Естественият прах включва космически, вулканичен, земен, морски прах и прах, образуван по време на горски пожари.

Природните процеси играят основна роля в освобождаването на атмосферата от суспендирани вещества. самопочистване, сред които разреждането на замърсяването от конвекционните въздушни течения на земната повърхност е от съществено значение. Съществен елемент от самопречистването на атмосферата е загубата на големи частици прах и сажди от въздуха (утаяване). С издигането на височина количеството прах намалява; На надморска височина 7–8 км от повърхността на Земята няма прах от земен произход. ЗначителноАтмосферните валежи играят роля в процесите на самопочистване, увеличавайки количеството на утаените сажди и прах. Съдържанието на прах в атмосферния въздух се влияе от метеорологичните условия и аерозолното разпръскване. Едрият прах с диаметър на частиците над 10 микрона бързо изпада, финият прах с диаметър на частиците по-малък от 0,1 микрона практически не пада и се суспендира.

Химичният състав на въздуха е от голямо хигиенно значение, тъй като той играе решаваща роля в дихателната функция на тялото. Атмосферният въздух е смес от кислород, въглероден диоксид, аргон и други газове в съотношенията, посочени в табл. 1.

Кислород (O 2) е най-важният компонент на въздуха за хората. В покой човек обикновено абсорбира средно 0,3 литра кислород на минута.

По време на физическа активност консумацията на кислород се увеличава рязко и може да достигне 4,5/5 литра или повече в минута. Колебанията в съдържанието на кислород в атмосферния въздух са малки и като правило не надвишават 0,5%.

В жилищни, обществени и спортни помещения не се наблюдават значителни промени в съдържанието на кислород, тъй като в тях прониква външен въздух. При най-неблагоприятни хигиенни условия в помещението е отбелязано намаление на съдържанието на кислород с 1%. Такива колебания нямат забележим ефект върху тялото.

Обикновено физиологичните промени се наблюдават, когато съдържанието на кислород намалява до 16-17%. Ако съдържанието му намалее до 11-13% (при издигане на височина), се появява изразен недостиг на кислород, рязко влошаване на благосъстоянието и намаляване на работоспособността. Съдържание на кислород до 7-8% може да бъде фатално.

В спортната практика вдишването на кислород се използва за повишаване на ефективността и интензивността на възстановителните процеси.

Въглероден двуокис (CO 2), или въглероден диоксид, е безцветен газ без мирис, образуван при дишането на хора и животни, гниене и разлагане на органични вещества, изгаряне на гориво и др. В атмосферния въздух извън населените места съдържанието на въглероден диоксид е средно 0,04% , а в индустриалните центрове концентрацията му нараства до 0,05-0,06%. В жилищни и обществени сгради, когато в тях има голям брой хора, съдържанието на въглероден диоксид може да се увеличи до 0,6-0,8%. При най-лоши хигиенни условия в помещението (голямо струпване на хора, лоша вентилация и др.) концентрацията му обикновено не надвишава 1% поради проникването на външен въздух. Такива концентрации не предизвикват отрицателни ефекти в организма.

При продължително вдишване на въздух, съдържащ 1-1,5% въглероден диоксид, се отбелязва влошаване на здравето, а при 2-2,5% се откриват патологични промени. Значително нарушение на функциите на тялото и намалена работоспособност настъпват, когато съдържанието на въглероден диоксид е 4-5%. При нива от 8-10% настъпват загуба на съзнание и смърт. Значително увеличение на съдържанието на въглероден диоксид във въздуха може да възникне при извънредни ситуации в затворени пространства (мини, мини, подводници, бомбоубежища и др.) Или на места, където се извършва интензивно разлагане на органични вещества.

Определянето на съдържанието на въглероден диоксид в жилищни, обществени и спортни съоръжения може да служи като индиректен индикатор за замърсяването на въздуха от човешките отпадъци. Както вече беше отбелязано, самият въглероден диоксид в тези случаи не причинява вреда на тялото, но заедно с увеличаването на съдържанието му се наблюдава влошаване на физичните и химичните свойства на въздуха (температурата и влажността се повишават, йонният състав се нарушава, появяват се газове с неприятна миризма). Въздухът в помещенията се счита за некачествен, ако съдържанието на въглероден диоксид в него надвишава 0,1%. Тази стойност се приема като изчислена стойност при проектиране и инсталиране на вентилация в помещения.

Нека направим резервация веднага: азотът заема по-голямата част от въздуха, но химическият състав на останалата част е много интересен и разнообразен. Накратко, списъкът с основните елементи е както следва.

Въпреки това ще дадем някои обяснения за функциите на тези химични елементи.

1. Азот

Съдържанието на азот във въздуха е 78% по обем и 75% по маса, т.е. този елемент доминира в атмосферата, има заглавието на един от най-често срещаните на Земята и освен това се намира извън човешкото жилище зона - на Уран, Нептун и в междузвездните пространства. И така, вече разбрахме колко азот има във въздуха, но остава въпросът за неговата функция. Азотът е необходим за съществуването на живите същества, той е част от:

• протеини;
• аминокиселини;
• нуклеинова киселина;
• хлорофил;
• хемоглобин и др.

Средно около 2% от живата клетка се състои от азотни атоми, което обяснява защо във въздуха има толкова много азот като процент от обема и масата.
Азотът също е един от инертните газове, извлечени от атмосферния въздух. От него се синтезира амоняк и се използва за охлаждане и други цели.

2. Кислород

Съдържанието на кислород във въздуха е един от най-популярните въпроси. Запазвайки интригата, нека се отклоним към един забавен факт: кислородът е открит два пъти - през 1771 и 1774 г., но поради разликата в публикациите за откритието честта да открие елемента се пада на английския химик Джоузеф Пристли, който всъщност изолира кислород втори. Така делът на кислорода във въздуха варира около 21% по обем и 23% по маса. Заедно с азота тези два газа образуват 99% от целия земен въздух. Въпреки това, процентът на кислород във въздуха е по-малък от азота и въпреки това не изпитваме проблеми с дишането. Факт е, че количеството кислород във въздуха е оптимално изчислено специално за нормално дишане; в чист вид този газ действа върху тялото като отрова, което води до затруднения във функционирането на нервната система, нарушаване на дишането и кръвообращението . В същото време липсата на кислород също се отразява негативно на здравето, причинявайки кислороден глад и всички неприятни симптоми, свързани с него. Следователно колко кислород се съдържа във въздуха е това, което е необходимо за здравословно, пълно дишане.

3. Аргон

Аргонът е на трето място във въздуха, той е без мирис, цвят и вкус. Не е установена значима биологична роля на този газ, но той има наркотичен ефект и дори се смята за допинг. Аргонът, извлечен от атмосферата, се използва в промишлеността, медицината, за създаване на изкуствена атмосфера, химически синтез, гасене на пожари, създаване на лазери и др.

4. Въглероден диоксид

Въглеродният диоксид съставлява атмосферата на Венера и Марс; процентът му във въздуха на Земята е много по-нисък. В същото време в океана се съдържа огромно количество въглероден диоксид, който редовно се доставя от всички дишащи организми и се освобождава поради работата на индустрията. В човешкия живот въглеродният диоксид се използва при пожарогасене, хранително-вкусовата промишленост като газ и като хранителна добавка E290 - консервант и набухвател. В твърда форма въглеродният диоксид е един от най-известните хладилни агенти, „сух лед“.

5. Неон

Същата тайнствена светлина на дискотечните светлини, ярките надписи и модерните фарове използва петия най-разпространен химичен елемент, който се вдишва и от хората - неон. Подобно на много инертни газове, неонът има наркотичен ефект върху хората при определено налягане, но именно този газ се използва при обучението на водолази и други хора, работещи при високо налягане. Също така неоново-хелиевите смеси се използват в медицината за респираторни заболявания; самият неон се използва за охлаждане, при производството на сигнални светлини и същите тези неонови лампи. Въпреки това, противно на стереотипа, неонова светлина не е синя, а червена. Всички останали цветове се произвеждат от лампи с други газове.

6. Метан

Метанът и въздухът имат много древна история: в първичната атмосфера, още преди появата на човека, метанът е бил в много по-големи количества. Сега извличан и използван като гориво и суровина в производството, този газ не е толкова широко разпространен в атмосферата, но все пак се отделя от Земята. Съвременните изследвания установяват ролята на метана в дишането и жизнените функции на човешкия организъм, но все още няма достоверни данни за това.

7. Хелий

След като погледне колко хелий има във въздуха, всеки ще разбере, че този газ не е един от най-важните. Наистина е трудно да се определи биологичното значение на този газ. Освен смешното изкривяване на гласа при вдишване на хелий от балон :) Хелият обаче намира широко приложение в индустрията: в металургията, хранително-вкусовата промишленост, за пълнене на самолетни и метеорологични балони, в лазери, ядрени реактори и т.н.

8. Криптон

Не говорим за родината на Супермен :) Криптонът е инертен газ, който е три пъти по-тежък от въздуха, химически инертен, извлича се от въздуха, използва се в лампи с нажежаема жичка, лазери и все още се изучава активно. Сред интересните свойства на криптона, заслужава да се отбележи, че при налягане от 3,5 атмосфери той има наркотичен ефект върху хората, а при 6 атмосфери придобива остра миризма.

9. Водород

Водородът във въздуха заема 0,00005% от обема и 0,00008% от масата, но в същото време е най-често срещаният елемент във Вселената. Напълно възможно е да напишем отделна статия за неговата история, производство и приложение, така че сега ще се ограничим до малък списък от индустрии: химическа, горивна, хранително-вкусова промишленост, авиация, метеорология, електроенергия.

10. Ксенон

Последният е компонент на въздуха, който първоначално се счита само за примес на криптон. Името му се превежда като „извънземен“, а процентът на съдържание както на Земята, така и извън нея е минимален, което доведе до високата му цена. Днес не могат без ксенон: производството на мощни и импулсни източници на светлина, диагностика и анестезия в медицината, двигатели на космически кораби, ракетно гориво. Освен това при вдишване ксенонът значително понижава гласа (обратно действие на хелия), а отскоро вдишването на този газ е включено в списъка на допинговите вещества.

Структурата и съставът на земната атмосфера, трябва да се каже, 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 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. Тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. Мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. Екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения; тук се формират времето, седиментните явления и климатичните условия. Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните региони (там до 15 km). В тропосферата има постепенно намаляване на температурата, приблизително с 6,4 ° C с всеки километър надморска 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 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

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

Единична композиция до височина 90 километра

Освен това тук можете да намерите прах, водни капчици, водна пара, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и др. Този състав на земната атмосфера се наблюдава до приблизително деветдесет километра надморска височина, така че въздухът е приблизително еднакви по химичен състав не само в тропосферата, но и в горните слоеве. Но там атмосферата има коренно различни физични свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Какви други елементи изграждат земната атмосфера? В проценти (по обем, в сух въздух) газове като криптон (около 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), водород (5,0 x 10 -5), метан (около 1,7 x 10 -5) Тук са представени 4), азотен оксид (5,0 х 10 -5) и др. Като процент от масата най-много от изброените компоненти са азотен оксид и водород, следвани от хелий, криптон и др.

Физични свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с нейната близост до повърхността на планетата. Оттук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се насочва обратно нагоре, включвайки процесите на проводимост и конвекция. Ето защо температурата пада с отдалечаване от земната повърхност. Това явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата остава почти непроменена до 34-35 km, след което температурата отново се повишава до надморска височина от 50 километра (горната граница на стратосферата) . Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 km), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° C и по-долу. Над полюсите тропопаузата се "затопля" през лятото до минус 45 ° C, а през зимата температурите тук варират около -65 ° C.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Има сравнително малко от него на повърхността (десет на минус шеста степен от един процент), тъй като газът се образува под въздействието на слънчевата светлина от атомарния кислород в горните части на атмосферата. По-конкретно, най-много озон има на надморска височина от около 25 км, а целият „озонов екран” е разположен в райони от 7-8 км на полюсите, от 18 км на екватора и до петдесет километра общо над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха в земната атмосфера играе много важна роля за запазването на живота, тъй като отделните химични елементи и състави успешно ограничават достъпа на слънчевата радиация до земната повърхност и живеещите на нея хора, животни и растения. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички диапазони на инфрачервеното лъчение, с изключение на дължините в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът абсорбира ултравиолетовото лъчение с дължина на вълната до 3100 A. Без тънкия му слой (средно само 3 mm, ако се постави на повърхността на планетата), само вода на дълбочина над 10 метра и подземни пещери, където слънчевата радиация не може да се живее..

Нула по Целзий в стратопаузата

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой - стратопаузата. Тя приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и температурата тук е относително комфортна за хората - около 0°C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 km и завършва на височина 80-90 km), отново се наблюдава спад на температурата с увеличаване на разстоянието от повърхността на Земята (до минус 70-80 ° C ). Метеорите обикновено изгарят напълно в мезосферата.

В термосферата - плюс 2000 К!

Химическият състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от надморска височина от около 85-90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенно нагряване на слоеве от много разреден „въздух“ под въздействието на слънчевата радиация . В тази част на „въздушното одеяло“ на планетата температурите варират от 200 до 2000 K, които се получават поради йонизацията на кислород (атомарният кислород се намира над 300 km), както и рекомбинацията на кислородни атоми в молекули , съпроводено с отделяне на голямо количество топлина. Термосферата е мястото, където възникват полярните сияния.

Над термосферата е екзосферата - външният слой на атмосферата, от който светлината и бързо движещите се водородни атоми могат да излязат в открития космос. Химическият състав на земната атмосфера тук е представен предимно от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните слоеве и почти изключително водородни атоми в горните слоеве. Тук преобладават високи температури - около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се е образувала земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв атмосферен състав. Общо има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета чрез процеса на натрупване от протопланетен облак. Днес обаче тази теория е обект на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера би трябвало да бъде унищожена от слънчевия „вятър“ от звезда в нашата планетна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да се задържат в зоната на формиране на земни планети поради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както се предполага от втората хипотеза, може да се формира поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, които са пристигнали от околностите на Слънчевата система в ранните етапи на развитие. Много е трудно да се потвърди или отхвърли тази концепция.

Експеримент в IDG RAS

Най-правдоподобна изглежда третата хипотеза, според която атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди приблизително 4 милиарда години. Тази концепция беше тествана в Института по география на Руската академия на науките по време на експеримент, наречен „Царев 2“, когато проба от вещество с метеоритен произход беше нагрята във вакуум. Тогава е регистрирано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и др.. Следователно учените правилно предположиха, че химичният състав на първичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, флуороводород ( HF), газ въглероден окис (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячни пари (NH 3), аргон и др. Водните пари от първичната атмосфера участват във формирането на хидросферата въглеродният диоксид е бил в по-голяма степен в свързано състояние в органични вещества и скали, азотът е преминал в състава на съвременния въздух, а също и отново в седиментни скали и органични вещества.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил на съвременните хора да бъдат в нея без дихателни апарати, тъй като тогава нямаше кислород в необходимите количества. Този елемент се е появил в значителни количества преди милиард и половина години, смята се, че е във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелените и други водорасли, които са най-старите обитатели на нашата планета.

Минимум кислород

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти безкислороден, се посочва от факта, че лесно окисляемият, но не окисляващ се графит (въглерод) се намира в най-старите (катархейски) скали. 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 откриват само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват на малки острови в безкислородна пустиня), докато останалият свят е анаеробен. Последното се подкрепя от факта, че лесно окисляемият пирит е намерен под формата на камъчета, обработени чрез поток без следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, се е развило мнението, че атмосферата преди камбрия е съдържала по-малко от един процент от днешния кислороден състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се случи „кислородна революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което 38 могат да бъдат получени от една молекула хранително вещество (глюкоза), а не от две (както при анаеробно дишане) единици за енергия. Съставът на земната атмосфера по отношение на кислорода започна да надвишава един процент от това, което е днес, и започна да се появява озонов слой, който предпазва организмите от радиация. Именно от нея, например, такива древни животни като трилобитите се „криха“ под дебели черупки. Оттогава до наше време съдържанието на основния „дихателен” елемент постепенно и бавно нараства, осигурявайки разнообразието на развитие на формите на живот на планетата.