СКЛАД АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ТА ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Склад атмосферного повітря або в атмосфері визначається часткою різних газів , що міститься в ньому, який був в постійній зміні на протязі всієї історії Землі. Атмосфера планети, що утворюється, містила в основному H ₂ та інші гази, такі як CO ₂ і H ₂ O. Близько 4,4 мільярда років тому склад атмосферного повітря збагачувався переважно CO ₂ .

З появою життя на Землі в атмосфері відбулося скупчення метану (CH ₄ ), оскільки перші організми були метаногенами. Пізніше з’явилися фотосинтетичні організми, які збагатили атмосферне повітря O ₂ .

Загальний вигляд атмосфери Землі. Джерело: Ретто Штоклі (поверхня землі, мілководдя, хмари) Роберт Сіммон

Склад атмосферного повітря сьогодні можна розділити на два великі шари, диференційовані за своїм хімічним складом; гомосфера і гетеросфера.

Гомосфера розташована від 80 до 100 км над рівнем моря і складається в основному з азоту (78%), кисню (21%), аргону (менше 1%), вуглекислого газу, озону, гелію, водню та метану , серед інших елементів, присутніх у дуже малих пропорціях.

Гетеросфера складається з газів низької молекулярної маси і знаходиться на висоті понад 100 км. Перший шар має молекулярну N ₂ , другий атомний О, третій гелій, а останній складається з атомного водню (Н).

Історія

Дослідження атмосферного повітря розпочалися тисячі років тому. Як тільки первісні цивілізації відкрили вогонь, вони почали уявляти про існування повітря.

Стародавня Греція

У цей період вони почали аналізувати, що таке повітря і що воно робить. Наприклад, Анаксимаде Мілетський (588 р. До н. Е. - 524 р. До н. Е.) Вважав, що повітря є важливим для життя, оскільки живі істоти живляться цим елементом.

Зі свого боку, Емпедокл з Акрагасу (495 р. До н. Е. - 435 р. До н. Е.) Вважав, що існують чотири основні елементи життя: вода, земля, вогонь і повітря.

Арістотель (384 р. До н. Е. - 322 р. До н. Е.) Також вважав повітря одним із важливих елементів для живих істот.

Відкриття складу атмосферного повітря

У 1773 р. Шведський хімік Карл Шеле виявив, що повітря складається з азоту та кисню (магматичне повітря). Пізніше, в 1774 році, британець Джозеф Прістлі визначив, що повітря складається з суміші елементів і що одне з них має важливе значення для життя.

У 1776 році француз Антуан Лавуазьє назвав кисень елементом, який він виділив при термічному розкладанні оксиду ртуті.

У 1804 році натураліст Олександр фон Гумбольдт та французький хімік Гей-Люссак проаналізували повітря, що надходило з різних куточків планети. Дослідники визначили, що атмосферне повітря має постійний склад.

Це було виявлено лише до кінця 19 - початку 20 століть, коли були виявлені інші гази, що входять до атмосферного повітря. Серед них аргон у 1894 р., Потім гелій у 1895 р. Та інші гази (неон, аргон та ксенон) у 1898 році.

характеристики

Земна атмосфера, на задньому плані Місяць. Джерело: NASA, через Wikimedia Commons

Атмосферне повітря також відоме як атмосфера, і це суміш газів, що покриває планету Земля.

Походження

Мало відомо про походження атмосфери Землі. Вважається, що після відокремлення від сонця планету оточив оболонка дуже гарячих газів.

Ці гази, можливо, зменшуються і надходять від Сонця, що складається в основному з Н ₂ . Інші гази були, ймовірно, CO ₂ та H ₂ O, що викидаються при інтенсивній вулканічній активності.

Висловлюється думка, що частина присутніх газів охолоджується, конденсується і створює океани. Інші гази залишалися в атмосфері, а інші зберігалися в гірських породах.

Будова

Атмосфера складається з різних концентричних верств, розділених перехідними зонами. Верхня межа цього шару чітко не визначена, і деякі автори розміщують його вище 10 000 км над рівнем моря.

Притягнення сили тяжіння і спосіб стиснення газів впливає на їх розподіл на земній поверхні. Таким чином, найбільша частка його загальної маси (приблизно 99%) знаходиться в перших 40 км над рівнем моря.

Шари атмосфери. Джерело: Цей образ SVG був створений компанією Medium69.Cette image SVG a été créée від Medium69. Будь ласка, кредитуйте: Вільям Крохот

Різні рівні або шари атмосферного повітря мають різний хімічний склад і температурні коливання. За його вертикальним розташуванням від найближчих до найвіддаленіших від поверхні Землі відомі такі шари: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера та екзосфера.

По відношенню до хімічного складу атмосферного повітря визначено два шари: гомосфера та гетеросфера.

Гомосфера

Він розташований у перших 80-100 км над рівнем моря, а його склад газів у повітрі однорідний. У цьому розташовані тропосфера, стратосфера та мезосфера.

Гетеросфера

Він присутній понад 100 км і характеризується складом газів, присутніх у повітрі, мінливий. Відповідає термосфері. Склад газів змінюється на різній висоті.

Склад примітивного атмосферного повітря

Планетімальний диск. Джерело: Public Domain, commons.wikimedia.org

Після утворення Землі, приблизно 4500 мільйонів років тому, почали накопичуватися гази, які утворювали атмосферне повітря. Гази надходили головним чином із мантії Землі, а також від удару планетосемалі (агрегати речовини, що зароджували планети).

Нагромадження СО

Велика вулканічна активність на планеті почала виділяти в атмосферу різні гази, такі як N ₂ , CO ₂ і H ₂ O. З моменту карбонізації (процес фіксації атмосферного СО ₂ у формі почав накопичуватися вуглекислий газ) карбонат) було мало.

Факторами, які вплинули на фіксацію CO ₂ в цей час, були дощі дуже низької інтенсивності та дуже мала континентальна зона.

Походження життя, накопичення метану (СН

Перші живі істоти, що з’явилися на планеті, використовували CO ₂ і H ₂ для здійснення дихання. Ці ранні організми були анаеробними та метаногенними (вони виробляли велику кількість метану).

Метан накопичувався в атмосферному повітрі, оскільки його розкладання було дуже повільним. Він розкладається шляхом фотолізу і в майже безкисневій атмосфері цей процес може зайняти до 10000 років.

Згідно з деякими геологічними записами, близько 3,5 мільярдів років тому в атмосфері відбулося зниження CO ₂ , що було пов’язано з тим, що повітря, багате CH _4, посилило дощі, сприяючи карбонізації.

Велика окислювальна подія (накопичення О

Вважається, що приблизно 2,4 мільярда років тому кількість O ₂ на планеті досягла значних рівнів в атмосферному повітрі. Нагромадження цього елемента пов'язане з появою фотосинтетичних організмів.

Фотосинтез - це процес, який дозволяє синтезувати органічні молекули з інших неорганічних у присутності світла. Під час його виникнення O ₂ виділяється як побічний продукт.

Висока швидкість фотосинтезу, вироблена ціанобактеріями (першими фотосинтетичними організмами), змінювала склад атмосферного повітря. Великі кількості O _2, що виділяються, повертаються в атмосферу, все більше окислюючись.

Ці високі рівні O ₂ впливали на накопичення CH ₄ , оскільки це прискорило процес фотолізу цієї сполуки. Коли метан в атмосфері різко впав, температура планети знизилася і виникло зледеніння.

Ще одним важливим ефектом накопичення O ₂ на планеті було утворення озонового шару. Атмосферна O ₂ дисоціює під дією світла і утворює дві атомні частинки кисню.

Атомний кисень рекомбінує з молекулярним O ₂ і утворює O ₃ (озон). Озоновий шар утворює захисний бар’єр проти ультрафіолетового випромінювання, що дозволяє розвивати життя на земній поверхні.

Атмосферний азот та його роль у походженні життя

Азот - важливий компонент живих організмів, оскільки він необхідний для утворення білків та нуклеїнових кислот. Однак атмосферний N ₂ не може використовуватися безпосередньо більшості організмів.

Фіксація азоту може бути біотичною або абіотичною. Він складається з комбінації N ₂ з O ₂ або H ₂ з утворенням аміаку, нітратів або нітритів.

Вміст N ₂ в атмосферному повітрі залишався більш-менш постійним в атмосфері Землі. Під час періоду накопичення CO ₂ фіксація N ₂ була в основному абіотичною, завдяки утворенню оксиду азоту, утвореному фотохімічною дисоціацією молекул H ₂ O та CO ₂ , які були джерелом O ₂ .

Коли атмосферний рівень CO ₂ зменшився , темпи утворення оксиду азоту різко знизилися. Вважається, що за цей час зародилися перші біотичні шляхи фіксації N ₂ .

Поточний склад атмосферного повітря

Атмосферне повітря складається з суміші газів та інших досить складних елементів. На його склад в основному впливає висота.

Гомосфера

Хімічний склад сухого атмосферного повітря на рівні моря виявився досить постійним. Азот та кисень становлять близько 99% маси та об’єму гомосфери.

Атмосферний азот (N ₂ ) знаходиться в пропорції 78%, тоді як кисень становить 21% повітря. Наступним найпоширенішим елементом атмосферного повітря є аргон (Ar), який займає менше 1% від загального об'єму.

Компоненти атмосферного повітря. Джерело: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Змінено.

Є й інші елементи, які мають велике значення, навіть коли вони в невеликих пропорціях. Вуглекислий газ (CO ₂ ) присутній у пропорції 0,035%, а водяна пара може коливатися від 1 до 4%, залежно від регіону.

Озон (O ₃ ) міститься в пропорції 0,003%, але він є істотним бар'єром для захисту живих істот. Також у цій самій пропорції ми знаходимо різні благородні гази, такі як неон (Ne), криптон (Kr) та ксенон (Xe).

Крім того, в дуже малих кількостях присутній водень (H ₂ ), оксиди азоту та метан (CH ₄ ).

Ще один елемент, що входить до складу атмосферного повітря - це рідка вода, що міститься у хмарах. Так само ми знаходимо тверді елементи, такі як спори, пилок, зола, солі, мікроорганізми та дрібні крижані кристали.

Гетеросфера

На цьому рівні висота визначає переважаючий тип газу в атмосферному повітрі. Всі гази легкі (низькомолекулярні) і організовані в чотири різні шари.

Видно, що по мірі збільшення висоти більш рясні гази мають меншу атомну масу.

Між 100 та 200 км висоти спостерігається більша кількість молекулярного азоту (N ₂ ). Вага цієї молекули становить 28,013 г / моль.

Другий шар гетеросфери складається з атомного О і розташований між 200 і 1000 км над рівнем моря. Атомний О має масу 15 999, будучи менш важким, ніж N ₂ .

Пізніше ми знаходимо шар гелію висотою від 1000 до 3500 км. Гелій має атомну масу 4,00226.

Останній шар гетеросфери складається з атомного водню (Н). Цей газ є найлегшим у періодичній таблиці, маючи атомну масу 1,007.

Список літератури

1. Katz M (2011) Матеріали та сировина, Повітря. Дидактичний посібник Глава 2. Національний інститут технологічної освіти Міністерства освіти. Буенос-Айрес. Аргентина. 75 стор
2. Ченці PS, C Granier, S Fuzzi та ін. (2009) Зміна атмосферного складу - глобальна та регіональна якість повітря. Атмосферна середовище 43: 5268-5350.
3. Pla-García J та C Менор-Сальван (2017) Хімічний склад примітивної атмосфери планети Земля. Хім 113: 16-26.
4. Rohli R and Vega A (2015) Кліматологія. Третє видання. Джонс та Бартлетт навчання. Нью-Йорк, США. 451 с.
5. Саха К (2011) Атмосфера Землі, її фізика та динаміка. Спрингер-Верлаг. Берлін, Німеччина 367 с.