СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - 2026

Состав атмосферного воздуха или в атмосфере определяется долей различных газов , содержащихся в нем, который был в постоянном изменении на протяжении всей истории Земли. Атмосфера формирующейся планеты содержала в основном H ₂ и другие газы, такие как CO ₂ и H ₂ O. Около 4,4 миллиарда лет назад состав атмосферного воздуха был в основном обогащен CO ₂ .

С появлением жизни на Земле в атмосфере произошло накопление метана (CH ₄ ), поскольку первыми организмами были метаногены. Позже появились фотосинтезирующие организмы, которые обогатили атмосферный воздух О ₂ .

Общий вид атмосферы Земли. Источник: Reto Stöckli (поверхность земли, мелководье, облака) Роберт Симмон

Состав атмосферного воздуха сегодня можно разделить на два больших слоя, различающихся по химическому составу; гомосфера и гетеросфера.

Гомосфера расположена на высоте от 80 до 100 км над уровнем моря и состоит в основном из азота (78%), кислорода (21%), аргона (менее 1%), диоксида углерода, озона, гелия, водорода и метана. среди других элементов, присутствующих в очень малых пропорциях.

Гетеросфера состоит из газов с низким молекулярным весом и расположена на высоте более 100 км. Первый слой состоит из молекулярного N ₂ , второй атомарный O, третий гелий и последний состоит из атомарного водорода (H).

история

Исследования атмосферного воздуха начались тысячи лет назад. В тот момент, когда первобытные цивилизации открыли огонь, у них возникло представление о существовании воздуха.

Древняя Греция

В этот период начали анализировать, что такое воздух и для чего он нужен. Например, Анаксимад Милетский (588 г. до н.э. - 524 г. до н.э.) считал, что воздух имеет основополагающее значение для жизни, поскольку живые существа питаются этим элементом.

Со своей стороны, Эмпедокл Акрагинский (495 г. до н.э. - 435 г. до н.э.) считал, что существует четыре основных элемента жизни: вода, земля, огонь и воздух.

Аристотель (384–322 гг. До н.э.) также считал воздух одним из важнейших элементов для живых существ.

Открытие состава атмосферного воздуха

В 1773 году шведский химик Карл Шееле обнаружил, что воздух состоит из азота и кислорода (огненный воздух). Позже, в 1774 году, британец Джозеф Пристли определил, что воздух состоит из смеси элементов, и что один из них необходим для жизни.

В 1776 году француз Антуан Лавуазье назвал кислород элементом, который он выделил при термическом разложении оксида ртути.

В 1804 году натуралист Александр фон Гумбольдт и французский химик Гей-Люссак проанализировали воздух, поступающий из разных уголков планеты. Исследователи определили, что атмосферный воздух имеет постоянный состав.

Только в конце 19-го и начале 20-го веков были обнаружены другие газы, входящие в состав атмосферного воздуха. Среди них аргон в 1894 году, затем гелий в 1895 году и другие газы (неон, аргон и ксенон) в 1898 году.

характеристики

Атмосфера Земли, на заднем плане Луна. Источник: НАСА, через Wikimedia Commons.

Атмосферный воздух также известен как атмосфера и представляет собой смесь газов, которая покрывает планету Земля.

происхождения

Мало что известно о происхождении атмосферы Земли. Считается, что после отделения от Солнца планета была окружена оболочкой из очень горячих газов.

Эти газы, возможно, восстанавливались и исходили от Солнца и состояли в основном из H ₂ . Другими газами, вероятно, были CO ₂ и H ₂ O, выброшенные интенсивной вулканической деятельностью.

Предполагается, что часть присутствующих газов охлаждалась, конденсировалась и давала начало океанам. Остальные газы оставались формировать атмосферу, а другие хранились в породах.

Структура

Атмосфера состоит из различных концентрических слоев, разделенных переходными зонами. Верхняя граница этого слоя четко не определена, и некоторые авторы помещают его выше 10 000 км над уровнем моря.

Притяжение силы тяжести и способ сжатия газов влияет на их распределение на поверхности земли. Таким образом, большая часть его общей массы (примерно 99%) находится в первых 40 км над уровнем моря.

Слои атмосферы. Источник: Это SVG-изображение создано Medium69. Это SVG-изображение создано на Medium69. Пожалуйста, укажите это: Уильям Крошот.

Различные уровни или слои атмосферного воздуха имеют разный химический состав и колебания температуры. По его вертикальному расположению, от ближайшего к наиболее удаленному от поверхности Земли, известны следующие слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

В зависимости от химического состава атмосферного воздуха выделяются два слоя: гомосфера и гетеросфера.

гомосфере

Он расположен в первых 80-100 км над уровнем моря, и его состав газов в воздухе однороден. Здесь расположены тропосфера, стратосфера и мезосфера.

гетеросфере

Он присутствует на высоте более 100 км и характеризуется изменчивым составом газов в воздухе. Соответствует термосфере. Состав газов варьируется на разной высоте.

Состав примитивного атмосферного воздуха

Планетезимальный диск. Источник: Public Domain, commons.wikimedia.org

После образования Земли, примерно 4500 миллионов лет назад, начали накапливаться газы, которые сформировали атмосферный воздух. Газы пришли в основном из мантии Земли, а также в результате столкновения с планетезималиями (скоплениями вещества, которые породили планеты).

Накопление CO

Великая вулканическая активность на планете начала выделять в атмосферу различные газы, такие как N ₂ , CO ₂ и H ₂ O. Углекислый газ начал накапливаться, так как карбонизация (процесс фиксации атмосферного CO ₂ в форме карбонат) было мало.

Факторами, влияющими на фиксацию CO ₂ в это время, были дожди очень низкой интенсивности и очень небольшая континентальная территория.

Зарождение жизни, накопление метана (CH

Первые живые существа, появившиеся на планете, использовали CO ₂ и H ₂ для дыхания. Эти ранние организмы были анаэробными и метаногенными (они производили большое количество метана).

Метан накапливался в атмосферном воздухе, потому что его разложение было очень медленным. Он разлагается при фотолизе, и в атмосфере, почти не содержащей кислорода, этот процесс может длиться до 10 000 лет.

Согласно некоторым геологическим данным, около 3,5 миллиардов лет назад произошло снижение содержания CO ₂ в атмосфере, которое было связано с тем, что воздух, богатый CH _4, усилил дожди, способствуя карбонизации.

Большое окислительное событие (накопление O

Считается, что около 2,4 миллиарда лет назад количество O ₂ на планете достигло значительных уровней в атмосферном воздухе. Накопление этого элемента связано с появлением фотосинтезирующих организмов.

Фотосинтез - это процесс, который позволяет синтезировать органические молекулы из других неорганических в присутствии света. Во время своего возникновения O ₂ выделяется как побочный продукт.

Высокая скорость фотосинтеза, производимая цианобактериями (первыми фотосинтезирующими организмами), изменяла состав атмосферного воздуха. Выпущенные большие количества O ₂ возвращаются в атмосферу с усилением окисления.

Эти высокие уровни O ₂ влияли на накопление CH ₄ , поскольку он ускорял процесс фотолиза этого соединения. Когда количество метана в атмосфере резко упало, температура на планете упала, и произошло оледенение.

Еще одним важным эффектом накопления O ₂ на планете было образование озонового слоя. Атмосферный O ₂ диссоциирует под действием света и образует две частицы атомарного кислорода.

Атомарный кислород рекомбинирует с молекулярным O ₂ и образует O ₃ (озон). Озоновый слой образует защитный барьер от ультрафиолетового излучения, позволяя развитию жизни на поверхности Земли.

Атмосферный азот и его роль в возникновении жизни

Азот является важным компонентом живых организмов, так как он необходим для образования белков и нуклеиновых кислот. Однако атмосферный N ₂ не может напрямую использоваться большинством организмов.

Фиксация азота может быть биотической или абиотической. Он состоит из комбинации N ₂ с O ₂ или H ₂ с образованием аммиака, нитратов или нитритов.

Содержание N ₂ в атмосферном воздухе оставалось более или менее постоянным в атмосфере Земли. Во время периода накопления CO ₂ фиксация N ₂ была в основном абиотической из-за образования оксида азота, образованного фотохимической диссоциацией молекул H ₂ O и CO ₂ , которые были источником O ₂ .

Когда уровни CO _{2 в} атмосфере снизились , скорость образования оксида азота резко снизилась. Считается, что именно в это время зародились первые биотические пути фиксации N ₂ .

Текущий состав атмосферного воздуха

Атмосферный воздух состоит из смеси газов и других довольно сложных элементов. На его состав в основном влияет высота над уровнем моря.

гомосфере

Химический состав сухого атмосферного воздуха на уровне моря оказался довольно постоянным. Азот и кислород составляют около 99% массы и объема гомосферы.

Атмосферный азот (N ₂ ) составляет 78%, а кислород составляет 21% воздуха. Следующим по распространенности элементом в атмосферном воздухе является аргон (Ar), который занимает менее 1% от общего объема.

Компоненты атмосферного воздуха. Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Изменено.

Есть и другие элементы, которые имеют большое значение, даже если они в небольших размерах. Диоксид углерода (CO ₂ ) присутствует в количестве 0,035%, а водяной пар может варьироваться от 1 до 4%, в зависимости от региона.

Озон (O ₃ ) содержится в количестве 0,003%, но он образует существенный барьер для защиты живых существ. Также в той же пропорции мы находим различные благородные газы, такие как неон (Ne), криптон (Kr) и ксенон (Xe).

Кроме того, в очень небольших количествах присутствует водород (H ₂ ), оксиды азота и метан (CH ₄ ).

Еще одним элементом, входящим в состав атмосферного воздуха, является жидкая вода, содержащаяся в облаках. Точно так же мы находим твердые элементы, такие как споры, пыльца, зола, соли, микроорганизмы и маленькие кристаллы льда.

гетеросфере

На этом уровне высота определяет преобладающий тип газа в атмосферном воздухе. Все газы легкие (с низким молекулярным весом) и расположены в четырех различных слоях.

Видно, что с увеличением высоты более распространенные газы имеют меньшую атомную массу.

На высоте от 100 до 200 км выше молекулярный азот (N ₂ ). Вес этой молекулы 28,013 г / моль.

Второй слой гетеросферы состоит из атомарного кислорода и расположен на высоте от 200 до 1000 км над уровнем моря. Атомарный O имеет массу 15 999, что меньше веса N ₂ .

Позже мы находим слой гелия высотой от 1000 до 3500 км. Гелий имеет атомную массу 4,00226.

Последний слой гетеросферы состоит из атомарного водорода (H). Этот газ является самым легким в периодической таблице с атомной массой 1,007.

Ссылки

1. Кац М. (2011) Материалы и сырье, Воздух. Дидактическое руководство Глава 2. Национальный институт технологического образования Министерства образования. Буэнос айрес. Аргентина. 75 п.
2. Монахи PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Изменение состава атмосферы - глобальное и региональное качество воздуха. Атмосферная среда 43: 5268-5350.
3. Пла-Гарсия Дж. И К. Менор-Сальван (2017) Химический состав примитивной атмосферы планеты Земля. Chem 113: 16-26.
4. Рохли Р. и Вега А. (2015) Климатология. Третье издание. Джонс и Бартлетт Обучение. Нью-Йорк, США. 451 стр.
5. Саха К (2011) Атмосфера Земли, ее физика и динамика. Springer-Verlag. Берлин, Германия 367 стр.