СЪСТАВ НА АТМОСФЕРЕН ВЪЗДУХ И ЗАМЪРСИТЕЛИ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

В състава на атмосферния въздух или атмосферата се определя от съотношението на различните газове, съдържащи се в него, който е в постоянна промяна в цялата история на Земята. Атмосферата на формиращата се планета съдържа главно H ₂ и други газове като CO ₂ и H ₂ O. Преди около 4,4 милиарда години съставът на атмосферния въздух е обогатен главно с CO ₂.

С появата на живот на Земята се натрупва метан (СН ₄) в атмосферата, тъй като първите организми са били метаногени. По-късно, фотосинтезиращи организми се появили, които обогатен атмосферния въздух с О ₂.

Общ изглед на земната атмосфера. Източник: Reto Stöckli (повърхност на сушата, плитка вода, облаци) Робърт Симон

Съставът на атмосферния въздух днес може да бъде разделен на два големи слоя, диференцирани по своя химичен състав; хомосферата и хетеросферата.

Хомосферата се намира от 80 до 100 км надморска височина и се състои главно от азот (78%), кислород (21%), аргон (по-малко от 1%), въглероден диоксид, озон, хелий, водород и метан, сред останалите елементи, присъстващи в много малки пропорции.

Хетеросферата се състои от газове с ниско молекулно тегло и се намира над 100 км надморска височина. Първият слой има молекулно N ₂, втора атомна О, трета хелий и последният се състои от атомен водород (Н).

история

Изследванията на атмосферния въздух започват преди хиляди години. В момента, в който примитивните цивилизации откриха огън, те започнаха да имат представа за съществуването на въздух.

Древна Гърция

През този период те започнаха да анализират какво е въздух и какво прави. Например Anaxímades of Miletus (588 г. пр. Н. Е. - 524 г. пр.н.е.) смята, че въздухът е основен за живота, тъй като живите същества се хранят с този елемент.

От своя страна Емпедокъл от Акрагас (495 г. пр. Н. Е. - 435 г. пр. Н. Е.) Считал, че съществуват четири основни елемента за живот: вода, земя, огън и въздух.

Аристотел (384 г. пр. Н. Е. - 322 г. пр. Н. Е.) Също е считал въздуха за един от основните елементи за живите същества.

Откриване на състава на атмосферния въздух

През 1773 г. шведският химик Карл Шеле открива, че въздухът се състои от азот и кислород (магнитен въздух). По-късно, през 1774 г., британецът Джоузеф Пристли определи, че въздухът е съставен от смес от елементи и че един от тях е от съществено значение за живота.

През 1776 г. французинът Антоан Лавоазие призовава кислорода към елемента, който изолира от термичното разлагане на живачен оксид.

През 1804 г. натуралистът Александър фон Хумболт и френският химик Гей-Лусак анализираха въздуха, идващ от различни части на планетата. Изследователите определиха, че атмосферният въздух има постоянен състав.

Едва в края на 19 и началото на 20 век, когато са открити останалите газове, които са част от атмосферния въздух. Сред тях имаме аргон през 1894 г., след това хелий през 1895 г. и други газове (неон, аргон и ксенон) през 1898 година.

характеристики

Земна атмосфера, на заден план Луната. Източник: НАСА, чрез Wikimedia Commons

Атмосферният въздух е известен още като атмосфера и представлява смес от газове, която покрива планетата Земя.

произход

Малко се знае за произхода на земната атмосфера. Счита се, че след отделянето си от слънцето планетата е била заобиколена от обвивка от много горещи газове.

Тези газове са евентуално редуциращи и идващи от слънцето, състоящ се главно от Н ₂. Други газове вероятно са CO ₂ и H ₂ O, отделяни от интензивната вулканична активност.

Предполага се, че част от присъстващите газове са охладени, кондензирани и са породили океаните. Останалите газове остават да образуват атмосферата, а други се съхраняват в скали.

структура

Атмосферата е изградена от различни концентрични слоеве, разделени от преходни зони. Горната граница на този слой не е ясно дефинирана и някои автори го поставят над 10 000 км над морското равнище.

Привличането на силата на гравитацията и начинът, по който се компресират газовете, влияе върху тяхното разпределение върху земната повърхност. По този начин най-голямата част от общата му маса (приблизително 99%) се намира в първите 40 км над морското равнище.

Слоеве на атмосферата. Източник: Този SVG образ е създаден от Medium69.Cette изображение SVG е средно ниво на Medium69. Моля, кредитирайте това: Уилям Крохот

Различните нива или слоеве на атмосферния въздух имат различен химичен състав и температурни колебания. Според вертикалната си подредба от най-близките до най-отдалечените от земната повърхност са известни следните слоеве: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и екзосфера.

Във връзка с химичния състав на атмосферния въздух се определят два слоя: хомосфера и хетеросфера.

Homosphere

Намира се в първите 80-100 км надморска височина, а съставът му на газове във въздуха е хомогенен. В това са разположени тропосферата, стратосферата и мезосферата.

Heterosphere

Той присъства над 100 км и се характеризира с това, че съставът на газовете, присъстващи във въздуха, е променлив. Съответства на термосферата. Съставът на газовете варира на различни височини.

Състав на примитивен атмосферен въздух

Планетимален диск. Източник: Public Domain, commons.wikimedia.org

След образуването на Земята, преди около 4500 милиона години, започват да се натрупват газове, които образуват атмосферния въздух. Газовете идват главно от мантията на Земята, както и от въздействието с планетесимали (агрегати от материя, които произхождат от планетите).

Натрупване на СО

Голямата вулканична активност на планетата започна да отделя различни газове в атмосферата, като N ₂, CO ₂ и H ₂ O. Въглеродният диоксид започна да се натрупва след карбонирането (процесът на фиксиране на атмосферния CO ₂ във формата карбонат) беше оскъден.

Факторите, влияещи върху фиксирането на CO ₂ по това време, бяха дъждове с много ниска интензивност и много малка континентална зона.

Произход на живота, натрупване на метан (СН

Първите живи същества, появили се на планетата, са използвали CO ₂ и H _{2, за} да извършват дишане. Тези ранни организми са били анаеробни и метаногенни (произвеждали големи количества метан).

Метанът се натрупва в атмосферния въздух, тъй като разграждането му е много бавно. Разлага се чрез фотолиза и в почти безкислородна атмосфера този процес може да отнеме до 10 000 години.

Според някои геоложки записи преди около 3,5 милиарда години е имало понижение на CO ₂ в атмосферата, което е свързано с факта, че въздухът, богат на CH _4, засилва дъждовете, благоприятствайки карбонизацията.

Голямо окислително събитие (натрупване на О

Счита се, че преди около 2,4 милиарда години количеството O ₂ на планетата е достигнало значителни нива в атмосферния въздух. Натрупването на този елемент се свързва с появата на фотосинтетични организми.

Фотосинтезата е процес, който позволява синтеза на органични молекули от други неорганични в присъствието на светлина. По време на възникването му, O ₂ се отделя като страничен продукт.

Високата скорост на фотосинтез, произведена от цианобактерии (първи фотосинтетични организми), променя състава на атмосферния въздух. Големите количества O _2, които се отделят, се връщат в атмосферата, все по-окисляваща.

Тези високи нива на О ₂ повлияни натрупването на СН ₄, тъй като ускорява процеса на фотолиза на това съединение. Докато метанът в атмосферата спадна драстично, температурата на планетата спадна и настъпва заледяване.

Друг важен ефект от натрупването на O ₂ на планетата беше образуването на озоновия слой. Атмосферно О ₂ разлага под въздействието на светлина и образува две атомни кислородни частици.

Атомните рекомбинира кислород с молекулно О ₂ и форми O ₃ (озон). Озоновият слой образува защитна бариера срещу ултравиолетовата радиация, позволяваща развитието на живот на земната повърхност.

Атмосферният азот и неговата роля в произхода на живота

Азотът е основен компонент на живите организми, тъй като е необходим за образуването на протеини и нуклеинови киселини. Въпреки това, атмосферно N ₂ не може да се използва директно от повечето организми.

Азотната фиксация може да бъде биотична или абиотична. Състои се от комбинацията на N ₂ с О ₂ или Н ₂ да образува амоняк, нитрати или нитрити.

Съдържанието на N ₂ в атмосферния въздух е останало повече или по-малко постоянно в земната атмосфера. По време на СО ₂ период натрупване, N ₂ фиксиране е основно абиотично, поради образуването на азотен окис, образуван от фотохимично дисоциацията на H ₂ O и СО ₂ молекули, които са източник на О ₂.

Когато нивата на атмосферния CO ₂ намаляха, скоростта на образуване на азотен оксид рязко намаля. Смята се, че през това време първите биологични пътища на N ₂ фиксиране произход.

Сегашен състав на атмосферния въздух

Атмосферният въздух се състои от смес от газове и други доста сложни елементи. Съставът му се влияе главно от надморската височина.

Homosphere

Установено е, че химичният състав на сухия атмосферен въздух на морско равнище е доста постоянен. Азотът и кислородът съставляват около 99% от масата и обема на хомосферата.

Атмосферния азот (N ₂) е в съотношение от 78%, докато кислород представлява 21% от въздуха. Следващият най-изобилен елемент в атмосферния въздух е аргон (Ar), който заема по-малко от 1% от общия обем.

Компоненти на атмосферния въздух. Източник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Променени.

Има и други елементи, които са от голямо значение, дори когато са в малки пропорции. Въглеродният диоксид (CO ₂) присъства в съотношение 0,035%, а водната пара може да варира между 1 и 4%, в зависимост от региона.

Озонът (O ₃) се намира в съотношение 0,003%, но той представлява съществена бариера за защитата на живите същества. Също така в същата пропорция намираме различни благородни газове като неон (Ne), криптон (Kr) и ксенон (Xe).

В допълнение, има наличие на водород (Н ₂), азотни оксиди и метан (CH ₄) в много малки количества.

Друг елемент, който е част от състава на атмосферния въздух, е течната вода, съдържаща се в облаците. По същия начин откриваме твърди елементи като спори, цветен прашец, пепел, соли, микроорганизми и малки ледени кристали.

Heterosphere

На това ниво надморската височина определя преобладаващия тип газ в атмосферния въздух. Всички газове са леки (с ниско молекулно тегло) и са организирани в четири различни слоя.

Вижда се, че с увеличаването на височината по-обилните газове имат по-ниска атомна маса.

Между 100 и 200 км надморска височина има по-голямо изобилие от молекулен азот (N ₂). Теглото на тази молекула е 28.013 g / mol.

Вторият слой на хетеросферата е изграден от атомно О и се намира между 200 и 1000 км над морското равнище. Атомна O има маса 15 999, е по-малко тежък, отколкото N ₂.

По-късно откриваме слой хелий с височина между 1000 и 3500 км. Хелийът има атомна маса 4.00226.

Последният слой от хетеросферата е изграден от атомен водород (H). Този газ е най-лекият в периодичната таблица, с атомна маса 1.007.

Препратки

1. Katz M (2011) Материали и суровини, Въздух. Дидактическо ръководство Глава 2. Национален институт за технологично образование, Министерство на образованието. Буенос Айрес. Аржентина. 75 стр
2. Монасите PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Промяна на атмосферния състав - глобално и регионално качество на въздуха. Атмосферна среда 43: 5268-5350.
3. Pla-García J и C Menor-Salván (2017) Химическият състав на примитивната атмосфера на планетата Земя. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R и Vega A (2015) Климатология. Трето издание. Джоунс и Бартлет Обучение. Ню Йорк, САЩ. 451 стр.
5. Saha K (2011) Атмосферата на Земята, нейната физика и динамика. Springer-Verlag. Берлин, Германия 367 стр.