Composition gazeuse de l'air atmosphérique

La composition gazeuse de l'air que nous respirons est de 78 % d'azote, 21 % d'oxygène et 1 % d'autres gaz. Mais dans l'atmosphère des grandes villes industrielles, ce ratio est souvent violé.

Une proportion importante est constituée d'impuretés nocives causées par les émissions des entreprises et des véhicules. Le transport automobile apporte de nombreuses impuretés dans l'atmosphère : hydrocarbures de composition inconnue, benzo(a)pyrène, dioxyde de carbone, composés soufrés et azotés, plomb, monoxyde de carbone.

L'atmosphère est constituée d'un mélange de plusieurs gaz - l'air, dans lequel sont en suspension des impuretés colloïdales - poussières, gouttelettes, cristaux, etc. La composition de l'air atmosphérique change peu avec l'altitude. Cependant, à partir d'une hauteur d'environ 100 km, avec l'oxygène moléculaire et l'azote, l'oxygène atomique apparaît également à la suite de la dissociation des molécules et la séparation gravitationnelle des gaz commence. Au-dessus de 300 km l'atmosphère est dominée par l'oxygène atomique, au-dessus de 1000 km par l'hélium puis par l'hydrogène atomique. La pression et la densité de l'atmosphère diminuent avec l'altitude ; environ la moitié de la masse totale de l'atmosphère est concentrée dans les 5 km inférieurs, 9/10 - dans les 20 km inférieurs et 99,5% - dans les 80 km inférieurs. À des altitudes d'environ 750 km, la densité de l'air tombe à 10-10 g/m3 (alors qu'elle est d'environ 103 g/m3 près de la surface de la terre), mais même une densité aussi faible est encore suffisante pour l'apparition d'aurores. L'atmosphère n'a pas de limite supérieure nette; la densité de ses gaz constitutifs

La composition de l'air atmosphérique que chacun de nous respire comprend plusieurs gaz, dont les principaux sont : l'azote (78,09%), l'oxygène (20,95%), l'hydrogène (0,01%), le dioxyde de carbone (dioxyde de carbone) (0,03%) et inerte gaz (0,93%). De plus, il y a toujours une certaine quantité de vapeur d'eau dans l'air, dont la quantité change toujours avec la température : plus la température est élevée, plus la teneur en vapeur est importante et vice versa. En raison des fluctuations de la quantité de vapeur d'eau dans l'air, le pourcentage de gaz qu'il contient est également variable. Tous les gaz dans l'air sont incolores et inodores. Le poids de l'air varie en fonction non seulement de la température, mais aussi de la teneur en vapeur d'eau qu'il contient. A température égale, le poids de l'air sec est supérieur à celui de l'air humide, car la vapeur d'eau est beaucoup plus légère que la vapeur d'air.

Le tableau montre la composition gazeuse de l'atmosphère en rapport massique volumétrique, ainsi que la durée de vie des principaux composants :

Les propriétés des gaz qui composent l'air atmosphérique changent sous la pression.

Par exemple : l'oxygène sous pression de plus de 2 atmosphères a un effet toxique sur le corps.

L'azote sous pression supérieure à 5 atmosphères a un effet narcotique (intoxication azotée). Une élévation rapide de la profondeur provoque un accident de décompression en raison de la libération rapide de bulles d'azote du sang, comme si elles le faisaient mousser.

Une augmentation de dioxyde de carbone de plus de 3 % dans le mélange respiratoire entraîne la mort.

Chaque composant qui fait partie de l'air, avec une augmentation de la pression jusqu'à certaines limites, devient un poison qui peut empoisonner le corps.

Études de la composition gazeuse de l'atmosphère. chimie atmosphérique

Pour l'histoire du développement rapide d'une branche scientifique relativement jeune appelée chimie atmosphérique, le terme «poussée» (lancer) utilisé dans les sports à grande vitesse est le plus approprié. Le coup du pistolet de départ, peut-être, était deux articles publiés au début des années 1970. Ils traitaient de la possible destruction de l'ozone stratosphérique par les oxydes d'azote - NO et NO 2 . Le premier appartenait au futur lauréat du prix Nobel, puis à un employé de l'Université de Stockholm, P. Krutzen, qui considérait que la source probable d'oxydes d'azote dans la stratosphère était l'oxyde nitreux naturel N 2 O qui se désintègre sous l'action de la lumière du soleil. L'auteur du deuxième article, G. Johnston, un chimiste de l'Université de Californie à Berkeley, a suggéré que les oxydes d'azote apparaissent dans la stratosphère à la suite de l'activité humaine, à savoir, des émissions de produits de combustion des moteurs à réaction de haute- avion d'altitude.

Bien sûr, les hypothèses ci-dessus ne sont pas nées de zéro. Le rapport d'au moins les principaux composants de l'air atmosphérique - les molécules d'azote, d'oxygène, de vapeur d'eau, etc. - était connu bien plus tôt. Déjà dans la seconde moitié du XIXème siècle.

en Europe, des mesures de la concentration d'ozone dans l'air de surface ont été effectuées. Dans les années 1930, le scientifique anglais S. Chapman a découvert le mécanisme de formation de l'ozone dans une atmosphère purement oxygénée, indiquant un ensemble d'interactions d'atomes et de molécules d'oxygène, ainsi que de l'ozone en l'absence de tout autre composant de l'air. Cependant, à la fin des années 1950, les mesures météorologiques des fusées ont montré qu'il y avait beaucoup moins d'ozone dans la stratosphère qu'il ne devrait l'être selon le cycle de réaction de Chapman. Bien que ce mécanisme reste fondamental à ce jour, il est devenu clair qu'il existe d'autres processus qui sont également activement impliqués dans la formation de l'ozone atmosphérique.

Il convient de mentionner qu'au début des années 1970, les connaissances dans le domaine de la chimie atmosphérique étaient principalement obtenues grâce aux efforts de scientifiques individuels, dont les recherches n'étaient liées par aucun concept socialement significatif et étaient le plus souvent de nature purement académique. Une autre chose est le travail de Johnston : selon ses calculs, 500 avions, volant 7 heures par jour, pourraient réduire la quantité d'ozone stratosphérique d'au moins 10 % ! Et si ces évaluations étaient justes, le problème deviendrait immédiatement socio-économique, car dans ce cas, tous les programmes de développement de l'aviation de transport supersonique et des infrastructures connexes devraient subir un ajustement important, voire une fermeture. De plus, alors pour la première fois, la question s'est vraiment posée que l'activité anthropique pourrait provoquer non pas un cataclysme local, mais un cataclysme mondial. Naturellement, dans la situation actuelle, la théorie avait besoin d'une vérification très difficile et en même temps rapide.

Rappelons que l'essence de l'hypothèse ci-dessus était que l'oxyde nitrique réagit avec l'ozone NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, puis le dioxyde d'azote formé dans cette réaction réagit avec l'atome d'oxygène NO 2 + O ® NO + O 2 , rétablissant ainsi la présence de NO dans l'atmosphère, tandis que la molécule d'ozone est irrémédiablement perdue. Dans ce cas, une telle paire de réactions, constituant le cycle catalytique de l'azote de destruction de l'ozone, est répétée jusqu'à ce que tout processus chimique ou physique conduise à l'élimination des oxydes d'azote de l'atmosphère. Ainsi, par exemple, le NO 2 est oxydé en acide nitrique HNO 3, qui est très soluble dans l'eau, et est donc éliminé de l'atmosphère par les nuages ​​et les précipitations. Le cycle catalytique de l'azote est très efficace : une molécule de NO parvient à détruire des dizaines de milliers de molécules d'ozone lors de son séjour dans l'atmosphère.

Mais, comme vous le savez, les problèmes ne viennent pas seuls. Bientôt, des spécialistes d'universités américaines - Michigan (R. Stolyarsky et R. Cicerone) et Harvard (S. Wofsi et M. McElroy) - ont découvert que l'ozone pouvait avoir un ennemi encore plus impitoyable - les composés chlorés. Selon leurs estimations, le cycle catalytique du chlore de destruction de l'ozone (réactions Cl + O 3 ® ClO + O 2 et ClO + O ® Cl + O 2) était plusieurs fois plus efficace que celui de l'azote. La seule raison d'un optimisme prudent était que la quantité de chlore naturellement présent dans l'atmosphère est relativement faible, ce qui signifie que l'effet global de son impact sur l'ozone n'est peut-être pas trop fort. Cependant, la situation a radicalement changé lorsque, en 1974, des employés de l'Université de Californie à Irvine, S. Rowland et M. Molina, ont établi que la source de chlore dans la stratosphère était les composés chlorofluorohydrocarbures (CFC), qui sont largement utilisés dans la réfrigération. végétaux, aérosols etc. Étant ininflammables, non toxiques et chimiquement passives, ces substances sont lentement transportées par les courants d'air ascendants de la surface de la terre vers la stratosphère, où leurs molécules sont détruites. lumière du soleil, entraînant la libération d'atomes de chlore libres. La production industrielle de CFC, qui a commencé dans les années 1930, et leurs émissions dans l'atmosphère n'ont cessé d'augmenter au cours des années suivantes, en particulier dans les années 70 et 80. Ainsi, en très peu de temps, les théoriciens ont identifié deux problèmes de chimie atmosphérique causés par une pollution anthropique intense.

Cependant, afin de tester la viabilité des hypothèses proposées, il a été nécessaire d'effectuer de nombreuses tâches.

Premièrement, développer les recherches en laboratoire, au cours desquelles il serait possible de déterminer ou de préciser les taux de réactions photochimiques entre divers composants de l'air atmosphérique. Il faut dire que les très maigres données sur ces vitesses qui existaient à l'époque comportaient également une bonne part d'erreurs (jusqu'à plusieurs centaines de pour cent). De plus, les conditions dans lesquelles les mesures ont été effectuées, en règle générale, ne correspondaient pas beaucoup aux réalités de l'atmosphère, ce qui aggravait sérieusement l'erreur, puisque l'intensité de la plupart des réactions dépendait de la température, et parfois de la pression ou de l'air atmosphérique. densité.

Deuxièmement,étudier intensivement les propriétés radio-optiques d'un certain nombre de petits gaz atmosphériques dans des conditions de laboratoire.

Les molécules d'un nombre important de composants de l'air atmosphérique sont détruites par le rayonnement ultraviolet du Soleil (dans les réactions de photolyse), parmi lesquelles figurent non seulement les CFC mentionnés ci-dessus, mais également l'oxygène moléculaire, l'ozone, les oxydes d'azote et bien d'autres. Par conséquent, les estimations des paramètres de chaque réaction de photolyse étaient tout aussi nécessaires et importantes pour la reproduction correcte des processus chimiques atmosphériques que l'étaient les taux de réactions entre différentes molécules.

La composition chimique de l'air joue un rôle important dans la mise en œuvre de la fonction respiratoire. L'air atmosphérique est un mélange de gaz : oxygène, dioxyde de carbone, argon, azote, néon, krypton, xénon, hydrogène, ozone, etc. L'oxygène est le plus important. Au repos, une personne absorbe 0,3 l/min. Pendant l'activité physique, la consommation d'oxygène augmente et peut atteindre 4,5 à 8 l/min. Les fluctuations de la teneur en oxygène dans l'atmosphère sont faibles et ne dépassent pas 0,5 %. Si la teneur en oxygène diminue à 11-13%, il y a des phénomènes de manque d'oxygène. Une teneur en oxygène de 7 à 8 % peut entraîner la mort. Le dioxyde de carbone - incolore et inodore, se forme lors de la respiration et de la décomposition, de la combustion du carburant. Dans l'atmosphère, il est de 0,04% et dans les zones industrielles de 0,05 à 0,06%. Avec une grande foule de personnes, il peut augmenter jusqu'à 0,6 à 0,8 %. Avec une inhalation prolongée d'air contenant 1 à 1,5% de dioxyde de carbone, une détérioration du bien-être est notée et avec 2 à 2,5% - des changements pathologiques. A 8-10% de perte de conscience et de mort, l'air a une pression dite atmosphérique ou barométrique. Elle se mesure en millimètres de mercure (mm Hg), hectopascals (hPa), millibars (mb).

La pression normale est considérée comme la pression atmosphérique au niveau de la mer à une latitude de 45˚ à une température de l'air de 0˚С. Elle est égale à 760 mm Hg. (L'air intérieur est considéré comme de mauvaise qualité s'il contient 1 % de dioxyde de carbone. Cette valeur est prise comme valeur calculée lors de la conception et de l'installation de la ventilation dans les pièces.

La pollution de l'air. Le monoxyde de carbone est un gaz incolore et inodore, formé lors de la combustion incomplète du carburant et pénètre dans l'atmosphère avec les émissions industrielles et les gaz d'échappement des moteurs. combustion interne. Dans les mégapoles, sa concentration peut atteindre jusqu'à 50-200 mg/m3. En fumant du tabac, le monoxyde de carbone pénètre dans l'organisme. Le monoxyde de carbone est un poison sanguin et toxique général. Il bloque l'hémoglobine, il perd la capacité de transporter l'oxygène vers les tissus. L'intoxication aiguë se produit lorsque la concentration de monoxyde de carbone dans l'air est de 200 à 500 mg/m3. Dans ce cas, il y a un mal de tête, une faiblesse générale, des nausées, des vomissements. La concentration maximale admissible est moyenne quotidienne 0 1 mg/m3, simple - 6 mg/m3. L'air peut être pollué par du dioxyde de soufre, de la suie, des substances résineuses, des oxydes d'azote, du sulfure de carbone.

Microorganismes. En petites quantités, ils sont toujours dans l'air, où ils sont transportés avec la poussière du sol. Les microbes des maladies infectieuses qui pénètrent dans l'atmosphère meurent rapidement. L'air des locaux d'habitation et des installations sportives présente un danger particulier dans la relation épidémiologique. Par exemple, dans les salles de lutte, on observe la teneur en microbes jusqu'à 26 000 dans 1 m3 d'air. Les infections aérogéniques dans cet air se propagent très rapidement.

Poussière C'est une légère particules denses d'origine minérale ou organique, pénétrant dans les poumons de la poussière, elle s'y attarde et provoque diverses maladies. Les poussières industrielles (plomb, chrome) peuvent provoquer des intoxications. En ville, les poussières ne doivent pas dépasser 0,15 mg/m3 Les terrains de sport doivent être arrosés régulièrement, disposer d'un espace vert et procéder à un nettoyage humide. Des zones de protection sanitaire ont été établies pour toutes les entreprises polluant l'atmosphère. Selon la classe de danger, ils ont tailles différentes: pour les entreprises de 1ère classe - 1000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 -100 m, 5 - 50 m Lors de la mise en place d'installations sportives à proximité d'entreprises, il est nécessaire de prendre en compte la rose des vents, sanitaire zones de protection, le degré de pollution de l'air, etc.

L'une des mesures importantes pour la protection du milieu aérien est la surveillance sanitaire préventive et courante et la surveillance systématique de l'état de l'air atmosphérique. Il est produit à l'aide d'un système de contrôle automatisé.

L'air atmosphérique propre près de la surface de la Terre a la composition chimique suivante: oxygène - 20,93%, dioxyde de carbone - 0,03-0,04%, azote - 78,1%, argon, hélium, krypton 1%.

L'air expiré contient 25 % moins d'oxygène et 100 fois plus de dioxyde de carbone.
Oxygène. Le constituant le plus important de l'air. Il assure le déroulement des processus redox dans le corps. Un adulte au repos consomme 12 litres d'oxygène, lors d'un travail physique 10 fois plus. Dans le sang, l'oxygène est lié à l'hémoglobine.

Ozone. Gaz chimiquement instable, capable d'absorber le rayonnement ultraviolet solaire à ondes courtes, qui a un effet néfaste sur tous les êtres vivants. L'ozone absorbe le rayonnement infrarouge à ondes longues provenant de la Terre et empêche ainsi son refroidissement excessif (couche d'ozone terrestre). Sous l'influence du rayonnement UV, l'ozone se décompose en une molécule et un atome d'oxygène. L'ozone est un agent bactéricide pour la désinfection de l'eau. Dans la nature, il se forme lors des décharges électriques, lors de l'évaporation de l'eau, lors des rayonnements ultraviolets, lors des orages, en montagne et dans les forêts de conifères.

Gaz carbonique. Il se forme à la suite de processus redox se produisant dans le corps des personnes et des animaux, de la combustion de carburant, de la décomposition de substances organiques. Dans l'air des villes, la concentration de dioxyde de carbone est augmentée en raison des émissions industrielles - jusqu'à 0,045%, dans les locaux résidentiels - jusqu'à 0,6-0,85. Un adulte au repos émet 22 litres de dioxyde de carbone par heure, et pendant le travail physique - 2 à 3 fois plus. Les signes de détérioration du bien-être d'une personne n'apparaissent qu'en cas d'inhalation prolongée d'air contenant 1 à 1,5% de dioxyde de carbone, de changements fonctionnels prononcés - à une concentration de 2 à 2,5% et de symptômes prononcés (maux de tête, faiblesse générale, essoufflement, palpitations , diminution des performances) - à 3-4%. L'importance hygiénique du dioxyde de carbone réside dans le fait qu'il sert d'indicateur indirect de la pollution générale de l'air. La norme de dioxyde de carbone dans les gymnases est de 0,1 %.

Azote. Un gaz indifférent sert de diluant pour d'autres gaz. L'inhalation accrue d'azote peut avoir un effet narcotique.

Monoxyde de carbone. Il se forme lors de la combustion incomplète de substances organiques. N'a ni couleur ni odeur. La concentration dans l'atmosphère dépend de l'intensité de la circulation automobile. Pénétrant à travers les alvéoles pulmonaires dans le sang, il forme de la carboxyhémoglobine, en conséquence, l'hémoglobine perd sa capacité à transporter l'oxygène. La concentration quotidienne moyenne maximale autorisée de monoxyde de carbone est de 1 mg/m3.

Les doses toxiques de monoxyde de carbone dans l'air sont de 0,25 à 0,5 mg/l. En cas d'exposition prolongée, maux de tête, évanouissements, palpitations.

Le dioxyde de soufre. Il pénètre dans l'atmosphère à la suite de la combustion de combustibles riches en soufre (charbon). Il se forme lors de la torréfaction et de la fusion des minerais de soufre, lors de la teinture des tissus. Il irrite les muqueuses des yeux et des voies respiratoires supérieures. Le seuil de sensation est de 0,002-0,003 mg / l. Le gaz est nocif pour la végétation, en particulier conifères des arbres.
Impuretés mécaniques de l'air se présentent sous forme de fumée, de suie, de suie, de particules de sol broyées et d'autres solides. L'empoussiérage de l'air dépend de la nature du sol (sable, argile, asphalte), de son état sanitaire (arrosage, nettoyage), de la pollution de l'air par les rejets industriels et de l'état sanitaire des locaux.

La poussière irrite mécaniquement les muqueuses des voies respiratoires supérieures et des yeux. L'inhalation systématique de poussière provoque des maladies respiratoires. Lorsque vous respirez par le nez, jusqu'à 40 à 50 % de la poussière est retenue. Les poussières microscopiques, longtemps en suspension, sont les plus défavorables en termes d'hygiène. La charge électrique de la poussière améliore sa capacité à pénétrer dans les poumons et à s'y attarder. Poussière. contenant du plomb, de l'arsenic, du chrome et d'autres substances toxiques, provoque des phénomènes typiques d'empoisonnement, et lorsqu'il pénètre non seulement par inhalation, mais aussi à travers la peau et le tractus gastro-intestinal. Dans l'air poussiéreux, l'intensité du rayonnement solaire et l'ionisation de l'air sont considérablement réduites. Pour éviter les effets néfastes de la poussière sur le corps, les bâtiments résidentiels sont éliminés des polluants atmosphériques du côté au vent. Des zones de protection sanitaire de 50 à 1000 m de large et plus sont disposées entre elles. Dans les locaux d'habitation systématique nettoyage humide, aérer les locaux, changer de chaussures et de vêtements d'extérieur, utiliser des sols non poussiéreux et arroser à ciel ouvert.

micro-organismes de l'air. Pollution bactérienne de l'air, comme les autres objets environnement externe(eau, sol), est dangereuse sur le plan épidémiologique. Il existe divers micro-organismes dans l'air : bactéries, virus, moisissures, cellules de levure. La plus courante est la méthode de transmission aérienne des infections : un grand nombre de microbes qui pénètrent dans les voies respiratoires pendant la respiration personnes en bonne santé. Par exemple, lorsque vous parlez fort, et plus encore lorsque vous toussez et éternuez, les plus petites gouttelettes sont pulvérisées à une distance de 1 à 1,5 m et diffusées avec de l'air jusqu'à 8 à 9 m. Ces gouttelettes peuvent être en suspension pendant 4 à 5 heures. , mais dans la plupart des cas régler en 40-60 minutes. Dans la poussière, le virus de la grippe et les bacilles de la diphtérie restent viables pendant 120 à 150 jours. Il existe une relation bien connue : plus il y a de poussière dans l'air intérieur, plus le contenu en microflore est abondant.

L'air est un mélange naturel de gaz qui s'est développé au cours de l'évolution de la Terre. L'air est l'élément le plus important de l'environnement humain et de tous les êtres vivants de notre planète. L'air entoure constamment le corps humain et est vital pour son fonctionnement normal. La vie elle-même est impossible sans processus respiratoires.

Composition de l'air

L'atmosphère terrestre est multicouche. La couche de l'atmosphère la plus proche de la Terre que nous respirons est constituée des éléments suivants du tableau périodique : azote, oxygène, argon, aussi bien que gaz carbonique. Viennent ensuite les gaz dont la part dans le volume total d'air est inférieure à 0,002 %, - hélium, gaz néon, krypton, hydrogène, xénon, méthane et ozone.

Une telle composition peut varier considérablement selon le lieu, par exemple, elle diffère en ville et en forêt, sur la côte maritime et à la montagne.

La vapeur d'eau, l'ozone et le dioxyde de carbone jouent un rôle important en empêchant les rayons du soleil de se réchauffer et de détruire les organismes vivants qui vivent à la surface de la planète.

Séparément, il faut dire à propos du dioxyde de carbone: il est exhalé par toutes les créatures vivantes de la planète, il est émis par les plantes et les organismes en décomposition, il est contenu dans la fumée d'un incendie. Seules les plantes peuvent "inhaler" du dioxyde de carbone et "expirer" de l'oxygène. Les humains et les animaux, quant à eux, respirent de l'oxygène et expirent du dioxyde de carbone.

Composition de l'air

Propriétés atmosphériques

L'air peut être comprimé et devenir élastique. Les gens ont appris à utiliser la puissance de l'air comprimé, grâce à laquelle de nombreux mécanismes fonctionnent. Ce sont, par exemple, un compresseur pour un aquarium, une pompe pour gonfler les pneus des vélos et des voitures.

L'air retient bien la chaleur. Cette propriété aide les gens, les animaux et même les plantes. Une personne insère des cadres doubles, entre les ailes desquels il y a de l'air, et isole ainsi sa maison. Les oiseaux et les mammifères gardent leur corps au chaud grâce à l'air qui se trouve entre leurs plumes ou leur fourrure. En cas de gel, les plantes sont réchauffées par l'air sous la neige, située entre les flocons de neige. C'est pourquoi les plantes ont besoin d'une couverture de neige en hiver.

Couche d'ozone

L'odeur de fraîcheur après un orage est une odeur ozone. Sous l'influence du rayonnement ultraviolet solaire, l'oxygène est converti en ozone. Une telle couverture de gaz recouvre la Terre à une altitude de 18 à 25 km. C'est elle qui retarde les rayons du soleil, destructeurs de tous les êtres vivants. De plus, de l'ozone se forme en raison de décharges électriques, par exemple lors d'orages et lors de l'oxydation de les eaux de la mer mauvaises herbes ou résines de conifères.

L'ozone est détruit par des composés chimiques contenant du chlore ou du fluor. Par exemple, c'est le fréon utilisé comme réfrigérant. En raison de l'exposition à ces substances, la couche d'ozone dans l'atmosphère s'amincit, formant un trou d'ozone. Cependant, la croissance et le rétrécissement des trous d'ozone sont également des phénomènes naturels et ne dépendent pas entièrement de l'activité humaine.

À ce jour, les scientifiques ont découvert que l'épaisseur de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique a considérablement diminué. De ce fait, un grand nombre rayons ultraviolets atteint la surface de la terre.

Interférence atmosphérique

L'homme pollue l'atmosphère en y rejetant des gaz nocifs, qui portent des noms différents : méthane, monoxyde de carbone, dioxyde de soufre. Gaz nocifs produit par combustion diverses substances: l'essence qui fait tourner les voitures, le charbon qui chauffe le poêle, les matériaux créés artificiellement et substances chimiques qui brûlent diverses entreprises. Cela conduit au fait que la teneur en oxygène de l'air que nous respirons est considérablement réduite et que la teneur en dioxyde de carbone augmente.

Particulièrement dangereux pour toute matière vivante, appelée aérosols. Si vous inhalez de telles substances, vous pouvez tomber gravement malade. Au dessus grandes villes la quantité d'aérosols est très élevée. Par conséquent, il est souvent difficile de respirer dans les villes.

La composition et la structure de l'atmosphère.

L'atmosphère est l'enveloppe gazeuse de la Terre. L'étendue verticale de l'atmosphère est supérieure à trois rayons terrestres (le rayon moyen est de 6371 km) et la masse est de 5,157 x 10 15 tonnes, soit environ un millionième de la masse de la Terre.

La division de l'atmosphère en couches dans le sens vertical est basée sur les éléments suivants :

- composition de l'air atmosphérique,

— processus physiques et chimiques ;

— répartition de la température en hauteur ;

— interaction de l'atmosphère avec la surface sous-jacente.

L'atmosphère de notre planète est un mélange mécanique de divers gaz, dont de la vapeur d'eau, ainsi qu'une certaine quantité d'aérosols. La composition de l'air sec dans les 100 km inférieurs reste presque constante. L'air propre et sec, dans lequel il n'y a pas de vapeur d'eau, de poussière et d'autres impuretés, est un mélange de gaz, principalement de l'azote (78 % du volume d'air) et de l'oxygène (21 %). Un peu moins d'un pour cent est de l'argon et, en très petites quantités, il existe de nombreux autres gaz - xénon, krypton, dioxyde de carbone, hydrogène, hélium, etc. (tableau 1.1).

L'azote, l'oxygène et les autres composants de l'air atmosphérique sont toujours dans l'atmosphère à l'état gazeux, car les températures critiques, c'est-à-dire les températures auxquelles ils peuvent être à l'état liquide, sont bien inférieures aux températures observées à la surface de la Terre. . L'exception est le dioxyde de carbone. Cependant, pour le passage à un état liquide, en plus de la température, il est également nécessaire d'atteindre un état de saturation. Il n'y a pas beaucoup de dioxyde de carbone dans l'atmosphère (0,03 %) et il se présente sous la forme de molécules individuelles, uniformément réparties parmi les molécules des autres gaz atmosphériques. Au cours des 60-70 dernières années, son contenu a augmenté de 10 à 12 %, sous l'influence des activités humaines.

Plus que d'autres, la teneur en vapeur d'eau est sujette à changement, dont la concentration à la surface de la Terre à des températures élevées peut atteindre 4%. Avec une augmentation de l'altitude et une diminution de la température, la teneur en vapeur d'eau diminue fortement (à une hauteur de 1,5 à 2,0 km - de moitié et 10 à 15 fois de l'équateur au pôle).

La masse d'impuretés solides au cours des 70 dernières années dans l'atmosphère de l'hémisphère nord a augmenté d'environ 1,5 fois.

La constance de la composition gazeuse de l'air est assurée par un brassage intensif de la couche d'air inférieure.

Composition gazeuse des basses couches d'air sec (sans vapeur d'eau)

Le rôle et l'importance des principaux gaz de l'air atmosphérique

OXYGÈNE (O) vital pour presque tous les habitants de la planète. C'est un gaz actif. Il participe aux réactions chimiques avec d'autres gaz atmosphériques. L'oxygène absorbe activement l'énergie rayonnante, en particulier les très courtes longueurs d'onde inférieures à 2,4 μm. Sous l'influence du rayonnement ultraviolet solaire (X< 03 µm), la molécule d'oxygène se décompose en atomes. L'oxygène atomique, combiné à une molécule d'oxygène, forme une nouvelle substance - l'oxygène triatomique ou ozone(Oz). L'ozone se trouve principalement à haute altitude. Là le sien rôle pour la planète est exceptionnellement bénéfique. A la surface de la Terre, de l'ozone se forme lors des décharges de foudre.

Contrairement à tous les autres gaz de l'atmosphère, qui n'ont ni goût ni odeur, l'ozone a une odeur caractéristique. Traduit du grec, le mot « ozone » signifie « odeur piquante ». Après un orage, cette odeur est agréable, elle est perçue comme l'odeur de la fraîcheur. En grande quantité, l'ozone est une substance toxique. Dans les villes avec un grand nombre de voitures, et donc d'importantes émissions de gaz automobiles, l'ozone se forme sous l'action de la lumière du soleil par temps sans nuages ​​ou légèrement nuageux. La ville est enveloppée d'un nuage jaune-bleu, la visibilité se dégrade. C'est du smog photochimique.

L'AZOTE (N2) est un gaz neutre, il ne réagit pas avec les autres gaz de l'atmosphère, ne participe pas à l'absorption de l'énergie rayonnante.

Jusqu'à 500 km d'altitude, l'atmosphère est principalement constituée d'oxygène et d'azote. Dans le même temps, si l'azote prévaut dans la couche inférieure de l'atmosphère, alors à haute altitude, il y a plus d'oxygène que d'azote.

ARGON (Ag) - un gaz neutre, n'entre pas dans une réaction, ne participe pas à l'absorption et à l'émission d'énergie rayonnante. De même - xénon, krypton et de nombreux autres gaz. L'argon est une substance lourde, il est très rare dans les hautes couches de l'atmosphère.

Le DIOXYDE DE CARBONE (CO2) dans l'atmosphère est en moyenne de 0,03 %. Ce gaz est très nécessaire pour les plantes et est activement absorbé par elles.

La quantité réelle dans l'air peut varier quelque peu. Dans les zones industrielles, son montant peut augmenter jusqu'à 0,05%. A la campagne, au-dessus des forêts, il y a moins de champs. Au-dessus de l'Antarctique, environ 0,02 % de dioxyde de carbone, soit près de Ouse moins que la quantité moyenne dans l'atmosphère. La même quantité et encore moins au-dessus de la mer - 0,01 - 0,02%, car le dioxyde de carbone est intensément absorbé par l'eau.

Dans la couche d'air directement adjacente à la surface de la Terre, la quantité de dioxyde de carbone subit également des fluctuations quotidiennes.

Plus la nuit, moins le jour. Cela s'explique par le fait que pendant la journée, le dioxyde de carbone est absorbé par les plantes, mais pas la nuit. Les plantes de la planète au cours de l'année prélèvent de l'atmosphère environ 550 milliards de tonnes et lui restituent environ 400 milliards de tonnes d'oxygène.

Le dioxyde de carbone est complètement transparent aux rayons solaires de courte longueur d'onde, mais absorbe intensément le rayonnement infrarouge thermique de la Terre. Lié à cela est le problème de l'effet de serre, dont les discussions éclatent périodiquement dans les pages de la presse scientifique, et, principalement, dans les médias de masse.

L'HÉLIUM (He) est un gaz très léger. Il entre dans l'atmosphère de la croûte terrestre de la désintégration radioactive du thorium et de l'uranium. L'hélium s'échappe dans l'espace. Le taux de décroissance de l'hélium correspond au taux de son entrée depuis les entrailles de la Terre. D'une altitude de 600 km à 16 000 km, notre atmosphère est principalement constituée d'hélium. C'est la "couronne d'hélium de la Terre" selon les mots de Vernadsky. L'hélium ne réagit pas avec les autres gaz atmosphériques et ne participe pas au transfert de chaleur rayonnante.

L'HYDROGÈNE (Hg) est un gaz encore plus léger. Il y en a très peu près de la surface de la Terre. Il monte dans la haute atmosphère. Dans la thermosphère et l'exosphère, l'hydrogène atomique devient le composant dominant. L'hydrogène est la coquille la plus haute et la plus éloignée de notre planète.

Au-dessus de 16 000 km jusqu'à la limite supérieure de l'atmosphère, c'est-à-dire jusqu'à des altitudes de 30 à 40 000 km, l'hydrogène prédomine. Ainsi, la composition chimique de notre atmosphère avec l'altitude se rapproche de la composition chimique de l'Univers, dans lequel l'hydrogène et l'hélium sont les éléments les plus courants.

Dans la partie la plus externe, extrêmement déchargée haute atmosphère, l'hydrogène et l'hélium s'échappent de l'atmosphère. Leurs atomes individuels ont des vitesses suffisamment élevées pour cela.

L'atmosphère est l'enveloppe d'air de la Terre. S'étendant jusqu'à 3000 km de la surface de la terre. Ses traces peuvent être tracées jusqu'à 10 000 km d'altitude. A. a une densité inégale de 50 5, ses masses sont concentrées jusqu'à 5 km, 75% - jusqu'à 10 km, 90% - jusqu'à 16 km.

L'atmosphère est constituée d'air - un mélange mécanique de plusieurs gaz.

Azote(78%) dans l'atmosphère joue le rôle d'un diluant d'oxygène, régulant le taux d'oxydation et, par conséquent, le taux et l'intensité des processus biologiques. L'azote est l'élément principal de l'atmosphère terrestre, qui est continuellement échangé avec la matière vivante de la biosphère, et les composants de cette dernière sont des composés azotés (acides aminés, purines, etc.). L'extraction de l'azote de l'atmosphère se produit de manière inorganique et biochimique, bien qu'elles soient étroitement liées. L'extraction inorganique est associée à la formation de ses composés N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 . On les retrouve dans les précipitations atmosphériques et se forment dans l'atmosphère sous l'action de décharges électriques lors d'orages ou de réactions photochimiques sous l'influence du rayonnement solaire.

La fixation biologique de l'azote est réalisée par certaines bactéries en symbiose avec des plantes supérieures dans les sols. L'azote est également fixé par certains microorganismes planctoniques et algues du milieu marin. En termes quantitatifs, la liaison biologique de l'azote dépasse sa fixation inorganique. L'échange de tout l'azote dans l'atmosphère prend environ 10 millions d'années. L'azote se trouve dans les gaz d'origine volcanique et dans les roches ignées. Lorsque divers échantillons de roches cristallines et de météorites sont chauffés, de l'azote est libéré sous forme de molécules N 2 et NH 3 . Cependant, la principale forme de présence d'azote, tant sur Terre que sur les planètes telluriques, est moléculaire. L'ammoniac, pénétrant dans la haute atmosphère, est rapidement oxydé, libérant de l'azote. Dans les roches sédimentaires, il est enfoui avec la matière organique et se retrouve en quantité accrue dans les dépôts bitumineux. Au cours du processus de métamorphisme régional de ces roches, de l'azote sous diverses formes est libéré dans l'atmosphère terrestre.

Cycle géochimique de l'azote (

Oxygène(21%) est utilisé par les organismes vivants pour la respiration, fait partie de la matière organique (protéines, lipides, glucides). OzoneO3. bloquant le rayonnement ultraviolet potentiellement mortel du Soleil.

L'oxygène est le deuxième gaz le plus abondant dans l'atmosphère, jouant un rôle extrêmement important dans de nombreux processus de la biosphère. La forme dominante de son existence est O 2 . Dans les couches supérieures de l'atmosphère, sous l'influence du rayonnement ultraviolet, les molécules d'oxygène se dissocient, et à une altitude d'environ 200 km, le rapport oxygène atomique/moléculaire (O : O 2) devient égal à 10. Lorsque ces formes de l'oxygène interagit dans l'atmosphère (à une altitude de 20-30 km), la ceinture d'ozone (bouclier d'ozone). L'ozone (O 3) est nécessaire aux organismes vivants, retardant la plupart des rayonnements ultraviolets solaires qui leur sont nocifs.

Aux premiers stades du développement de la Terre, l'oxygène libre est apparu en très petites quantités à la suite de la photodissociation du dioxyde de carbone et des molécules d'eau dans la haute atmosphère. Cependant, ces petites quantités ont été rapidement consommées dans l'oxydation d'autres gaz. Avec l'avènement des organismes photosynthétiques autotrophes dans l'océan, la situation a considérablement changé. La quantité d'oxygène libre dans l'atmosphère a commencé à augmenter progressivement, oxydant activement de nombreux composants de la biosphère. Ainsi, les premières portions d'oxygène libre ont contribué principalement à la transition des formes ferreuses du fer en oxyde et des sulfures en sulfates.

Finalement, la quantité d'oxygène libre dans l'atmosphère terrestre a atteint une certaine masse et s'est avérée équilibrée de telle manière que la quantité produite est devenue égale à la quantité absorbée. Une constance relative de la teneur en oxygène libre s'est établie dans l'atmosphère.

Cycle géochimique de l'oxygène (VIRGINIE. Vronsky, G.V. Voitkevitch)

Gaz carbonique, va à la formation de matière vivante et, avec la vapeur d'eau, crée ce que l'on appelle "l'effet de serre (de serre)".

Carbone (dioxyde de carbone) - la majeure partie dans l'atmosphère est sous forme de CO 2 et beaucoup moins sous forme de CH 4. L'importance de l'histoire géochimique du carbone dans la biosphère est exceptionnellement grande, puisqu'il fait partie de tous les organismes vivants. Au sein des organismes vivants, les formes réduites du carbone prédominent, et dans l'environnement de la biosphère, les formes oxydées. Ainsi s'établit l'échange chimique du cycle de vie : CO 2 ↔ matière vivante.

La principale source de dioxyde de carbone dans la biosphère est l'activité volcanique associée au dégazage séculaire du manteau et des horizons inférieurs de la croûte terrestre. Une partie de ce dioxyde de carbone provient de la décomposition thermique des calcaires anciens dans diverses zones métamorphiques. La migration du CO 2 dans la biosphère procède de deux manières.

La première méthode s'exprime par l'absorption de CO 2 dans le processus de photosynthèse avec formation de substances organiques et enfouissement ultérieur dans des conditions réductrices favorables dans la lithosphère sous forme de tourbe, charbon, pétrole, schiste bitumineux. Selon la deuxième méthode, la migration du carbone conduit à la création d'un système carbonaté dans l'hydrosphère, où le CO 2 se transforme en H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Ensuite, avec la participation du calcium (rarement du magnésium et du fer), la précipitation des carbonates se produit de manière biogénique et abiogène. Des strates épaisses de calcaires et de dolomies apparaissent. Selon A.B. Ronov, le rapport du carbone organique (Corg) au carbone carbonaté (Ccarb) dans l'histoire de la biosphère était de 1:4.

Parallèlement au cycle mondial du carbone, il existe un certain nombre de ses petits cycles. Ainsi, sur terre, les plantes vertes absorbent le CO 2 pour le processus de photosynthèse pendant la journée, et la nuit elles le libèrent dans l'atmosphère. Avec la mort d'organismes vivants à la surface de la terre, la matière organique est oxydée (avec la participation de micro-organismes) avec dégagement de CO 2 dans l'atmosphère. Au cours des dernières décennies, une place particulière dans le cycle du carbone a été occupée par la combustion massive d'énergies fossiles et l'augmentation de leur teneur dans l'atmosphère moderne.

Cycle du carbone dans une enveloppe géographique (d'après F. Ramad, 1981)

Argon- le troisième gaz atmosphérique le plus courant, ce qui le distingue nettement des autres gaz inertes extrêmement peu courants. Cependant, l'argon dans son histoire géologique partage le sort de ces gaz, qui se caractérisent par deux caractéristiques :

1. l'irréversibilité de leur accumulation dans l'atmosphère ;
2. étroite association avec la désintégration radioactive de certains isotopes instables.

Les gaz inertes sont en dehors de la circulation de la plupart des éléments cycliques de la biosphère terrestre.

Tous les gaz inertes peuvent être divisés en primaires et radiogéniques. Les principaux sont ceux qui ont été capturés par la Terre lors de sa formation. Ils sont extrêmement rares. La partie primaire de l'argon est représentée principalement par les isotopes 36 Ar et 38 Ar, tandis que l'argon atmosphérique est entièrement constitué de l'isotope 40 Ar (99,6 %), qui est sans aucun doute radiogénique. Dans les roches contenant du potassium, de l'argon radiogénique s'est accumulé en raison de la désintégration du potassium 40 par capture d'électrons : 40 K + e → 40 Ar.

Par conséquent, la teneur en argon des roches est déterminée par leur âge et la quantité de potassium. Dans cette mesure, la concentration d'hélium dans les roches est fonction de leur âge et de la teneur en thorium et en uranium. L'argon et l'hélium sont libérés dans l'atmosphère depuis l'intérieur de la terre lors des éruptions volcaniques, à travers les fissures de la croûte terrestre sous forme de jets de gaz, ainsi que lors de l'altération des roches. Selon les calculs de P. Dimon et J. Culp, l'hélium et l'argon s'accumulent dans la croûte terrestre à l'ère moderne et pénètrent dans l'atmosphère en quantités relativement faibles. Le taux d'entrée de ces gaz radiogéniques est si faible qu'au cours de l'histoire géologique de la Terre, il n'a pas pu en fournir le contenu observé dans l'atmosphère moderne. Par conséquent, il reste à supposer que la majeure partie de l'argon dans l'atmosphère provenait des entrailles de la Terre aux premiers stades de son développement, et qu'une partie beaucoup plus petite a été ajoutée plus tard dans le processus de volcanisme et lors de l'altération du potassium. contenant des roches.

Ainsi, au cours des temps géologiques, l'hélium et l'argon ont eu des processus de migration différents. Il y a très peu d'hélium dans l'atmosphère (environ 5 * 10 -4%), et le "souffle d'hélium" de la Terre était plus léger, car en tant que gaz le plus léger, il s'est échappé dans l'espace. Et "souffle d'argon" - lourd et argon est resté sur notre planète. La plupart des gaz inertes primaires, comme le néon et le xénon, étaient associés au néon primaire capté par la Terre lors de sa formation, ainsi qu'au rejet dans l'atmosphère lors du dégazage du manteau. L'ensemble des données sur la géochimie des gaz nobles indique que l'atmosphère primaire de la Terre est née au plus étapes préliminaires de son développement.

L'atmosphère contient vapeur d'eau et l'eauà l'état liquide et solide. L'eau dans l'atmosphère est un important accumulateur de chaleur.

Les couches inférieures de l'atmosphère contiennent une grande quantité de poussières et d'aérosols minéraux et technogènes, des produits de combustion, des sels, des spores et du pollen de plantes, etc.

Jusqu'à une hauteur de 100 à 120 km, en raison du mélange complet de l'air, la composition de l'atmosphère est homogène. Le rapport entre l'azote et l'oxygène est constant. Au-dessus, prédominent les gaz inertes, l'hydrogène, etc.. Dans les basses couches de l'atmosphère, il y a de la vapeur d'eau. Avec l'éloignement de la terre, son contenu diminue. Au-dessus, le rapport des gaz change, par exemple, à une altitude de 200 à 800 km, l'oxygène l'emporte sur l'azote de 10 à 100 fois.

La composition de la terre. Air

L'air est un mélange mécanique de divers gaz qui composent l'atmosphère terrestre. L'air est essentiel à la respiration des organismes vivants et est largement utilisé dans l'industrie.

Le fait que l'air soit un mélange et non une substance homogène a été prouvé lors des expériences du scientifique écossais Joseph Black. Au cours de l'une d'entre elles, le scientifique a découvert que lorsque la magnésie blanche (carbonate de magnésium) est chauffée, de l'"air lié", c'est-à-dire du dioxyde de carbone, est libéré et de la magnésie brûlée (oxyde de magnésium) se forme. En revanche, lorsque le calcaire est cuit, «l'air lié» est éliminé. Sur la base de ces expériences, le scientifique a conclu que la différence entre les alcalis carboniques et caustiques est que le premier comprend le dioxyde de carbone, qui est l'un des parties constitutives air. Aujourd'hui, nous savons qu'en plus du dioxyde de carbone, la composition de l'air terrestre comprend :

Le rapport des gaz dans l'atmosphère terrestre indiqué dans le tableau est typique de ses couches inférieures, jusqu'à une hauteur de 120 km. Dans ces zones se trouve une région bien mélangée et homogène, appelée l'homosphère. Au-dessus de l'homosphère se trouve l'hétérosphère, caractérisée par la décomposition des molécules de gaz en atomes et ions. Les régions sont séparées les unes des autres par une turbopause.

La réaction chimique dans laquelle, sous l'influence du rayonnement solaire et cosmique, les molécules se décomposent en atomes, s'appelle la photodissociation. Lors de la désintégration de l'oxygène moléculaire, de l'oxygène atomique se forme, qui est le principal gaz de l'atmosphère à des altitudes supérieures à 200 km. A des altitudes supérieures à 1200 km, l'hydrogène et l'hélium, qui sont les gaz les plus légers, commencent à prédominer.

Étant donné que la majeure partie de l'air est concentrée dans les 3 couches atmosphériques inférieures, les modifications de la composition de l'air à des altitudes supérieures à 100 km n'ont pas d'effet notable sur la composition globale de l'atmosphère.

L'azote est le gaz le plus courant, représentant plus des trois quarts du volume d'air terrestre. L'azote moderne a été formé par l'oxydation de l'atmosphère primitive d'ammoniac-hydrogène avec de l'oxygène moléculaire, qui se forme lors de la photosynthèse. Actuellement, une petite quantité d'azote pénètre dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification - le processus de réduction des nitrates en nitrites, suivi de la formation d'oxydes gazeux et d'azote moléculaire, qui est produit par des procaryotes anaérobies. Une partie de l'azote pénètre dans l'atmosphère lors des éruptions volcaniques.

Dans la haute atmosphère, lorsqu'il est exposé à des décharges électriques avec la participation d'ozone, l'azote moléculaire est oxydé en monoxyde d'azote :

N2 + O2 → 2NO

Dans des conditions normales, le monoxyde réagit immédiatement avec l'oxygène pour former du protoxyde d'azote :

2NO + O 2 → 2N 2 O

L'azote est l'élément chimique le plus important de l'atmosphère terrestre. L'azote fait partie des protéines, fournit une nutrition minérale aux plantes. Il détermine la vitesse des réactions biochimiques, joue le rôle d'un diluant d'oxygène.

L'oxygène est le deuxième gaz le plus abondant dans l'atmosphère terrestre. La formation de ce gaz est associée à l'activité photosynthétique des plantes et des bactéries. Et plus les organismes photosynthétiques se sont diversifiés et nombreux, plus le processus de teneur en oxygène dans l'atmosphère est devenu important. Une petite quantité d'oxygène lourd est libérée lors du dégazage du manteau.

Dans les couches supérieures de la troposphère et de la stratosphère, sous l'influence du rayonnement solaire ultraviolet (notons-le hν), de l'ozone se forme :

O 2 + hν → 2O

Sous l'action du même rayonnement ultraviolet, l'ozone se désintègre :

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

À la suite de la première réaction, de l'oxygène atomique se forme, à la suite de la seconde - de l'oxygène moléculaire. Les 4 réactions sont appelées le mécanisme de Chapman, d'après le scientifique britannique Sidney Chapman qui les a découvertes en 1930.

L'oxygène est utilisé pour la respiration des organismes vivants. Avec son aide, les processus d'oxydation et de combustion se produisent.

L'ozone sert à protéger les organismes vivants du rayonnement ultraviolet, qui provoque des mutations irréversibles. La plus forte concentration d'ozone est observée dans la basse stratosphère au sein de la soi-disant. couche d'ozone ou écran d'ozone se trouvant à des altitudes de 22-25 km. La teneur en ozone est faible : à pression normale, tout l'ozone de l'atmosphère terrestre occuperait une couche de seulement 2,91 mm d'épaisseur.

La formation du troisième gaz le plus répandu dans l'atmosphère, l'argon, ainsi que le néon, l'hélium, le krypton et le xénon, est associée aux éruptions volcaniques et à la désintégration des éléments radioactifs.

En particulier, l'hélium est un produit de la désintégration radioactive de l'uranium, du thorium et du radium : 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (dans ces réactions, le α- particule est un noyau d'hélium, qui dans le processus de perte d'énergie capture des électrons et devient 4 He).

L'argon se forme lors de la désintégration de l'isotope radioactif du potassium : 40 K → 40 Ar + γ.

Le néon s'échappe des roches ignées.

Le krypton est le produit final de la désintégration de l'uranium (235 U et 238 U) et du thorium Th.

La majeure partie du krypton atmosphérique s'est formée aux premiers stades de l'évolution de la Terre à la suite de la désintégration d'éléments transuraniens à la demi-vie phénoménale ou venue de l'espace, dont la teneur en krypton est dix millions de fois supérieure à celle de la Terre. .

Le xénon est le résultat de la fission de l'uranium, mais la majeure partie de ce gaz provient des premiers stades de la formation de la Terre, de l'atmosphère primaire.

Le dioxyde de carbone pénètre dans l'atmosphère à la suite d'éruptions volcaniques et lors du processus de décomposition de la matière organique. Sa teneur dans l'atmosphère des latitudes moyennes de la Terre varie fortement selon les saisons de l'année : en hiver, la quantité de CO 2 augmente, et en été elle diminue. Cette fluctuation est liée à l'activité des plantes qui utilisent le dioxyde de carbone dans le processus de photosynthèse.

L'hydrogène se forme à la suite de la décomposition de l'eau par le rayonnement solaire. Mais, étant le plus léger des gaz qui composent l'atmosphère, il s'échappe constamment dans l'espace et, par conséquent, son contenu dans l'atmosphère est très faible.

La vapeur d'eau est le résultat de l'évaporation de l'eau de la surface des lacs, des rivières, des mers et des terres.

La concentration des principaux gaz dans les couches inférieures de l'atmosphère, à l'exception de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone, est constante. En petites quantités, l'atmosphère contient de l'oxyde de soufre SO 2, de l'ammoniac NH 3, du monoxyde de carbone CO, de l'ozone O 3, du chlorure d'hydrogène HCl, du fluorure d'hydrogène HF, du monoxyde d'azote NO, des hydrocarbures, des vapeurs de mercure Hg, de l'iode I 2 et bien d'autres. Dans la couche atmosphérique inférieure de la troposphère, il y a constamment une grande quantité de particules solides et liquides en suspension.

Les sources de particules dans l'atmosphère terrestre sont les éruptions volcaniques, le pollen des plantes, les micro-organismes et, plus récemment, les activités humaines telles que la combustion de combustibles fossiles dans les processus de fabrication. Les plus petites particules de poussière, qui sont les noyaux de condensation, sont à l'origine de la formation des brouillards et des nuages. Sans particules solides constamment présentes dans l'atmosphère, les précipitations ne tomberaient pas sur la Terre.

La structure et la composition de l'atmosphère terrestre, il faut le dire, n'ont pas toujours été des valeurs constantes à l'une ou l'autre période du développement de notre planète. Aujourd'hui, la structure verticale de cet élément, qui a une «épaisseur» totale de 1,5 à 2,0 mille km, est représentée par plusieurs couches principales, notamment:

1. Troposphère.
2. tropopause.
3. Stratosphère.
4. Stratopause.
5. mésosphère et mésopause.
6. Thermosphère.
7. exosphère.

Éléments de base de l'atmosphère

La troposphère est une couche dans laquelle on observe de forts mouvements verticaux et horizontaux, c'est ici que se forment le temps, les précipitations et les conditions climatiques. Il s'étend sur 7 à 8 kilomètres de la surface de la planète presque partout, à l'exception des régions polaires (là - jusqu'à 15 km). Dans la troposphère, on observe une diminution progressive de la température, d'environ 6,4°C à chaque kilomètre d'altitude. Ce chiffre peut différer selon les latitudes et les saisons.

La composition de l'atmosphère terrestre dans cette partie est représentée par les éléments suivants et leurs pourcentages :

Azote - environ 78 % ;

Oxygène - près de 21 % ;

Argon - environ un pour cent;

Dioxyde de carbone - moins de 0,05%.

Composition unique jusqu'à une hauteur de 90 kilomètres

De plus, on y trouve de la poussière, des gouttelettes d'eau, de la vapeur d'eau, des produits de combustion, des cristaux de glace, des sels marins, de nombreuses particules d'aérosols, etc.. Cette composition de l'atmosphère terrestre est observée jusqu'à environ quatre-vingt-dix kilomètres d'altitude, donc l'air est à peu près la même en composition chimique, non seulement dans la troposphère, mais aussi dans les couches supérieures. Mais là-bas, l'ambiance est fondamentalement différente. propriétés physiques. La couche qui a une composition chimique commune s'appelle l'homosphère.

Quels autres éléments se trouvent dans l'atmosphère terrestre ? En pourcentage (en volume, dans de l'air sec), des gaz tels que le krypton (environ 1,14 x 10 -4), le xénon (8,7 x 10 -7), l'hydrogène (5,0 x 10 -5), le méthane (environ 1,7 x 10 - 4), protoxyde d'azote (5,0 x 10 -5), etc. En termes de pourcentage massique des composants répertoriés, le protoxyde d'azote et l'hydrogène sont les plus nombreux, suivis de l'hélium, du krypton, etc.

Propriétés physiques des différentes couches atmosphériques

Les propriétés physiques de la troposphère sont étroitement liées à son attachement à la surface de la planète. De là, la chaleur solaire réfléchie sous forme de rayons infrarouges est renvoyée, y compris les processus de conduction thermique et de convection. C'est pourquoi la température baisse à mesure que l'on s'éloigne de la surface de la terre. Un tel phénomène est observé jusqu'à la hauteur de la stratosphère (11-17 kilomètres), puis la température devient pratiquement inchangée jusqu'au niveau de 34-35 km, puis il y a à nouveau une augmentation des températures jusqu'à des hauteurs de 50 kilomètres ( la limite supérieure de la stratosphère). Entre la stratosphère et la troposphère, il y a une fine couche intermédiaire de la tropopause (jusqu'à 1-2 km), où des températures constantes sont observées au-dessus de l'équateur - environ moins 70 ° C et en dessous. Au-dessus des pôles, la tropopause "se réchauffe" en été jusqu'à moins 45°C, en hiver les températures oscillent ici autour de -65°C.

La composition gazeuse de l'atmosphère terrestre comprend un élément aussi important que l'ozone. Il y en a relativement peu près de la surface (dix puissance moins un pour cent), car le gaz se forme sous l'influence de la lumière solaire à partir de l'oxygène atomique dans les parties supérieures de l'atmosphère. En particulier, la majeure partie de l'ozone se trouve à une altitude d'environ 25 km, et l'ensemble de "l'écran d'ozone" est situé dans des zones de 7 à 8 km dans la région des pôles, de 18 km à l'équateur et jusqu'à cinquante kilomètres en général au-dessus de la surface de la planète.

L'atmosphère protège du rayonnement solaire

La composition de l'air dans l'atmosphère terrestre joue un rôle très important dans la préservation de la vie, puisque les individus éléments chimiques et les compositions limitent avec succès l'accès du rayonnement solaire à la surface de la terre et aux personnes, animaux et plantes qui y vivent. Par exemple, les molécules de vapeur d'eau absorbent efficacement presque toutes les gammes de rayonnement infrarouge, à l'exception des longueurs comprises entre 8 et 13 microns. L'ozone, en revanche, absorbe les ultraviolets jusqu'à une longueur d'onde de 3100 A. Sans sa fine couche (en moyenne 3 mm si elle est placée à la surface de la planète), seules l'eau à plus de 10 mètres de profondeur et les grottes souterraines, où le rayonnement solaire n'atteint pas, peut être habité. .

Zéro Celsius à la stratopause

Entre les deux niveaux suivants de l'atmosphère, la stratosphère et la mésosphère, il y a une couche remarquable - la stratopause. Cela correspond approximativement à la hauteur des maxima d'ozone et ici une température relativement confortable pour l'homme est observée - environ 0°C. Au-dessus de la stratopause, dans la mésosphère (commence quelque part à une altitude de 50 km et se termine à une altitude de 80-90 km), il y a à nouveau une baisse de température à mesure que l'on s'éloigne de la surface de la Terre (jusqu'à moins 70-80 ° C). Dans la mésosphère, les météores s'éteignent généralement complètement.

Dans la thermosphère - plus 2000 K !

La composition chimique de l'atmosphère terrestre dans la thermosphère (commence après la mésopause à partir d'altitudes d'environ 85-90 à 800 km) détermine la possibilité d'un phénomène tel que le réchauffement progressif des couches d '"air" très raréfié sous l'influence du soleil radiation. Dans cette partie de la "couverture aérienne" de la planète, des températures de 200 à 2000 K se produisent, qui sont obtenues en relation avec l'ionisation de l'oxygène (au-dessus de 300 km est l'oxygène atomique), ainsi que la recombinaison des atomes d'oxygène en molécules , accompagné du dégagement d'une grande quantité de chaleur. La thermosphère est le lieu d'origine des aurores boréales.

Au-dessus de la thermosphère se trouve l'exosphère - la couche externe de l'atmosphère, à partir de laquelle des atomes d'hydrogène légers et en mouvement rapide peuvent s'échapper dans l'espace. La composition chimique de l'atmosphère terrestre ici est davantage représentée par des atomes d'oxygène individuels dans les couches inférieures, des atomes d'hélium au milieu et presque exclusivement des atomes d'hydrogène dans les couches supérieures. Des températures élevées règnent ici - environ 3000 K et il n'y a pas de pression atmosphérique.

Comment s'est formée l'atmosphère terrestre ?

Mais, comme mentionné ci-dessus, la planète n'a pas toujours eu une telle composition de l'atmosphère. Au total, il existe trois concepts d'origine de cet élément. La première hypothèse suppose que l'atmosphère a été prélevée en cours d'accrétion à partir d'un nuage protoplanétaire. Cependant, cette théorie fait aujourd'hui l'objet de vives critiques, car une telle atmosphère primaire a dû être détruite par le « vent » solaire d'une étoile de notre système planétaire. De plus, on suppose que les éléments volatils ne pourraient pas rester dans la zone de formation des planètes comme le groupe terrestre en raison de températures trop élevées.

La composition de l'atmosphère primaire de la Terre, comme le suggère la deuxième hypothèse, pourrait être formée en raison du bombardement actif de la surface par des astéroïdes et des comètes arrivés du voisinage du système solaire aux premiers stades de développement. Il est assez difficile de confirmer ou d'infirmer ce concept.

Expérience à IDG RAS

La plus plausible est la troisième hypothèse, selon laquelle l'atmosphère est apparue à la suite de la libération de gaz du manteau de la croûte terrestre il y a environ 4 milliards d'années. Ce concept a été testé à l'Institut de géologie et de géochimie de l'Académie des sciences de Russie au cours d'une expérience appelée "Tsarev 2", lorsqu'un échantillon d'une substance météorique a été chauffé dans le vide. Ensuite, la libération de gaz tels que H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. a été enregistrée. Par conséquent, les scientifiques ont supposé à juste titre que la composition chimique de l'atmosphère primaire de la Terre comprenait de l'eau et du dioxyde de carbone, du fluorure d'hydrogène vapeur (HF), gaz monoxyde de carbone (CO), sulfure d'hydrogène (H 2 S), composés azotés, hydrogène, méthane (CH 4), vapeur d'ammoniac (NH 3), argon, etc. La vapeur d'eau de l'atmosphère primaire a participé à la formation de l'hydrosphère, le dioxyde de carbone s'est avéré être davantage à l'état lié dans la matière organique et les roches, l'azote est passé dans la composition de l'air moderne, ainsi que dans les roches sédimentaires et la matière organique.

La composition de l'atmosphère primaire de la Terre ne permettrait pas aux gens modernes d'y être sans appareil respiratoire, car il n'y avait alors pas d'oxygène dans les quantités requises. Cet élément est apparu en quantités importantes il y a un milliard et demi d'années, comme on le croit, en relation avec le développement du processus de photosynthèse chez les algues bleues et autres, qui sont les plus anciens habitants de notre planète.

Minimum d'oxygène

Le fait que la composition de l'atmosphère terrestre était initialement presque anoxique est indiqué par le fait que du graphite (carbone) facilement oxydé, mais non oxydé, se trouve dans les roches les plus anciennes (katarquiennes). Par la suite, les minerais de fer dits en bandes sont apparus, qui comprenaient des couches intermédiaires d'oxydes de fer enrichis, ce qui signifie l'apparition sur la planète d'une puissante source d'oxygène sous forme moléculaire. Mais ces éléments ne se rencontraient que périodiquement (peut-être que les mêmes algues ou d'autres producteurs d'oxygène apparaissaient comme de petites îles dans un désert anoxique), tandis que le reste du monde était anaérobie. Cette dernière est étayée par le fait que de la pyrite facilement oxydable a été retrouvée sous forme de galets traités par l'écoulement sans traces de réactions chimiques. Étant donné que les eaux courantes ne peuvent pas être mal aérées, l'idée a évolué que l'atmosphère précambrienne contenait moins d'un pour cent d'oxygène de la composition actuelle.

Changement révolutionnaire de la composition de l'air

Vers le milieu du Protérozoïque (il y a 1,8 milliard d'années), la «révolution de l'oxygène» a eu lieu, lorsque le monde est passé à la respiration aérobie, au cours de laquelle 38 peuvent être obtenus à partir d'une molécule nutritive (le glucose), et non de deux (comme avec respiration anaérobie) unités d'énergie. La composition de l'atmosphère terrestre, en termes d'oxygène, a commencé à dépasser un pour cent de celle d'aujourd'hui et une couche d'ozone a commencé à apparaître, protégeant les organismes des radiations. C'est d'elle qu'elle s'est «cachée» sous d'épaisses coquilles, par exemple, des animaux aussi anciens que les trilobites. Depuis lors jusqu'à nos jours, le contenu de l'élément principal "respiratoire" a progressivement et lentement augmenté, offrant une variété de développements de formes de vie sur la planète.

L'atmosphère est un mélange de divers gaz. Il s'étend de la surface de la Terre jusqu'à une hauteur de 900 km, protégeant la planète du spectre nocif du rayonnement solaire, et contient des gaz nécessaires à toute vie sur la planète. L'atmosphère emprisonne la chaleur du soleil, se réchauffant près de la surface de la terre et créant un climat favorable.

Composition de l'atmosphère

L'atmosphère terrestre se compose principalement de deux gaz - l'azote (78%) et l'oxygène (21%). De plus, il contient des impuretés de dioxyde de carbone et d'autres gaz. dans l'atmosphère existe sous forme de vapeur, de gouttes d'humidité dans les nuages ​​et de cristaux de glace.

Les couches de l'atmosphère

L'atmosphère se compose de plusieurs couches, entre lesquelles il n'y a pas de frontières claires. Les températures des différentes couches diffèrent sensiblement les unes des autres.

• magnétosphère sans air. La plupart des satellites de la Terre volent ici en dehors de l'atmosphère terrestre.
• Exosphère (450-500 km de la surface). Ne contient presque pas de gaz. Certains satellites météorologiques volent dans l'exosphère. La thermosphère (80-450 km) est caractérisée par des températures élevées atteignant couche supérieure 1700°C.
• Mésosphère (50-80 km). Dans cette sphère, la température baisse à mesure que l'altitude augmente. C'est ici que la plupart des météorites (fragments de roches spatiales) qui entrent dans l'atmosphère brûlent.
• Stratosphère (15-50 km). Contient une couche d'ozone, c'est-à-dire une couche d'ozone qui absorbe le rayonnement ultraviolet du soleil. Cela conduit à une augmentation de la température près de la surface de la Terre. Les avions à réaction volent habituellement ici, comme la visibilité dans cette couche est très bonne et il n'y a presque pas d'interférences causées par les conditions météorologiques.
• Troposphère. La hauteur varie de 8 à 15 km de la surface de la terre. C'est ici que se forme le temps de la planète, puisqu'en cette couche contient le plus de vapeur d'eau, de poussière et de vents. La température diminue à mesure que l'on s'éloigne de la surface terrestre.

Pression atmosphérique

Bien que nous ne le sentions pas, les couches de l'atmosphère exercent une pression sur la surface de la Terre. Le plus élevé est près de la surface et, à mesure que vous vous en éloignez, il diminue progressivement. Cela dépend de la différence de température entre la terre et l'océan, et donc dans les zones situées à la même hauteur au-dessus du niveau de la mer, il y a souvent une pression différente. La basse pression apporte un temps humide, tandis que la haute pression donne généralement un temps clair.

Le mouvement des masses d'air dans l'atmosphère

Et les pressions provoquent le mélange de la basse atmosphère. C'est ainsi que soufflent les vents des régions haute pression dans la zone basse. Dans de nombreuses régions, des vents locaux se produisent également, causés par des différences de températures terrestres et marines. Les montagnes ont également une influence significative sur la direction des vents.

Effet de serre

Le dioxyde de carbone et d'autres gaz dans l'atmosphère terrestre piègent la chaleur du soleil. Ce processus est communément appelé l'effet de serre, car il ressemble à bien des égards à la circulation de la chaleur dans les serres. L'effet de serre provoque le réchauffement climatique de la planète. Dans les zones de haute pression - les anticyclones - un clair soleil s'établit. Dans les régions basse pression- cyclones - il y a généralement un temps instable. Chaleur et lumière entrant dans l'atmosphère. Les gaz emprisonnent la chaleur réfléchie par la surface de la terre, provoquant ainsi une élévation de la température sur la terre.

Il y a une couche d'ozone spéciale dans la stratosphère. L'ozone bloque la plupart des rayons ultraviolets du Soleil, protégeant ainsi la Terre et toute vie qui s'y trouve. Les scientifiques ont découvert que la cause de la destruction de la couche d'ozone sont des gaz spéciaux de dioxyde de chlorofluorocarbone contenus dans certains aérosols et équipements de réfrigération. Au-dessus de l'Arctique et de l'Antarctique, d'énormes trous ont été découverts dans la couche d'ozone, contribuant à une augmentation de la quantité de rayonnement ultraviolet affectant la surface de la Terre.

L'ozone se forme dans la basse atmosphère à la suite du rayonnement solaire et de divers gaz et gaz d'échappement. Habituellement, il se disperse dans l'atmosphère, mais si une couche fermée d'air froid se forme sous une couche d'air chaud, l'ozone se concentre et le smog se produit. Malheureusement, cela ne peut pas compenser la perte d'ozone dans les trous d'ozone.

L'image satellite montre clairement un trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique. La taille du trou varie, mais les scientifiques pensent qu'elle augmente constamment. Des tentatives sont faites pour réduire le niveau des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Réduire la pollution de l'air et utiliser des carburants sans fumée dans les villes. Le smog provoque une irritation des yeux et une suffocation chez de nombreuses personnes.

L'émergence et l'évolution de l'atmosphère terrestre

L'atmosphère moderne de la Terre est le résultat d'un long développement évolutif. Elle est née de l'action conjointe de facteurs géologiques et de l'activité vitale des organismes. Tout au long de l'histoire géologique, l'atmosphère terrestre a subi plusieurs réarrangements profonds. Sur la base de données géologiques et théoriques (prérequis), l'atmosphère primordiale de la jeune Terre, qui existait il y a environ 4 milliards d'années, pourrait être constituée d'un mélange de gaz inertes et nobles avec une petite addition d'azote passif (N. A. Yasamanov, 1985 ; A. S. Monin, 1987 ; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. À l'heure actuelle, la vision de la composition et de la structure de l'atmosphère primitive a quelque peu changé. L'atmosphère primaire (protoatmosphère) est au stade protoplanétaire le plus précoce. 4,2 milliards d'années , pourrait consister en un mélange de méthane, d'ammoniac et de dioxyde de carbone. Suite au dégazage du manteau et aux processus d'altération actifs se produisant à la surface de la terre, la vapeur d'eau, les composés carbonés sous forme de CO 2 et de CO, le soufre et ses les composés ont commencé à pénétrer dans l'atmosphère, ainsi que les acides halogènes forts - HCI, HF, HI et acide borique, qui ont été complétés par du méthane, de l'ammoniac, de l'hydrogène, de l'argon et d'autres gaz rares dans l'atmosphère. Cette atmosphère primordiale était extrêmement mince. Ainsi, la température près de la surface terrestre était proche de la température d'équilibre radiatif (AS Monin, 1977).

Au fil du temps, la composition gazeuse de l'atmosphère primaire a commencé à se transformer sous l'influence de l'altération des roches qui faisaient saillie à la surface de la terre, de l'activité vitale des cyanobactéries et des algues bleu-vert, des processus volcaniques et de l'action de la lumière solaire. Cela a conduit à la décomposition du méthane en dioxyde de carbone, ammoniac - en azote et hydrogène; le dioxyde de carbone a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère secondaire, qui est lentement descendue à la surface de la terre, et l'azote. Grâce à l'activité vitale des algues bleu-vert, de l'oxygène a commencé à être produit au cours du processus de photosynthèse, qui, cependant, au début était principalement dépensé pour «oxyder les gaz atmosphériques, puis les roches. Dans le même temps, l'ammoniac, oxydé en azote moléculaire, a commencé à s'accumuler intensément dans l'atmosphère. On suppose qu'une partie importante de l'azote dans l'atmosphère moderne est relique. Le méthane et le monoxyde de carbone ont été oxydés en dioxyde de carbone. Le soufre et le sulfure d'hydrogène ont été oxydés en SO 2 et SO 3 qui, en raison de leur grande mobilité et de leur légèreté, ont été rapidement éliminés de l'atmosphère. Ainsi, l'atmosphère d'une atmosphère réductrice, comme elle l'était à l'Archéen et au début du Protérozoïque, s'est progressivement transformée en une atmosphère oxydante.

Le dioxyde de carbone est entré dans l'atmosphère à la fois à la suite de l'oxydation du méthane et à la suite du dégazage du manteau et de l'altération des roches. Dans le cas où tout le dioxyde de carbone libéré au cours de toute l'histoire de la Terre resterait dans l'atmosphère, sa pression partielle pourrait désormais devenir la même que sur Vénus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Mais sur Terre, le processus s'est inversé. Une partie importante du dioxyde de carbone de l'atmosphère a été dissoute dans l'hydrosphère, dans laquelle il a été utilisé par les organismes aquatiques pour construire leurs coquilles et converti biogéniquement en carbonates. Par la suite, les strates les plus puissantes de carbonates chimiogéniques et organogéniques se sont formées à partir d'eux.

L'oxygène a été fourni à l'atmosphère à partir de trois sources. Pendant longtemps, à partir du moment de la formation de la Terre, il a été libéré lors du dégazage du manteau et a été principalement consacré aux processus oxydatifs.Une autre source d'oxygène était la photodissociation de la vapeur d'eau par le rayonnement solaire ultraviolet dur. les apparences; l'oxygène libre dans l'atmosphère a entraîné la mort de la plupart des procaryotes qui vivaient dans des conditions réductrices. Les organismes procaryotes ont changé leurs habitats. Ils ont quitté la surface de la Terre pour ses profondeurs et ses régions où les conditions réductrices étaient encore préservées. Ils ont été remplacés par des eucaryotes, qui ont commencé à transformer vigoureusement le dioxyde de carbone en oxygène.

Au cours de l'Archéen et d'une partie importante du Protérozoïque, presque tout l'oxygène, provenant à la fois de manière abiogénique et biogénique, était principalement utilisé pour l'oxydation du fer et du soufre. À la fin du Protérozoïque, tout le fer divalent métallique présent à la surface de la Terre s'est oxydé ou a pénétré dans le noyau terrestre. Cela a conduit au fait que la pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère du Protérozoïque précoce a changé.

Au milieu du Protérozoïque, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère a atteint le point d'Urey et s'élevait à 0,01 % du niveau actuel. A partir de ce moment, l'oxygène a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère et, probablement, déjà à la fin du Riphean, sa teneur a atteint le point Pasteur (0,1% du niveau actuel). Il est possible que la couche d'ozone soit apparue à l'époque vendienne et qu'elle n'ait jamais disparu à cette époque.

L'apparition d'oxygène libre dans l'atmosphère terrestre a stimulé l'évolution de la vie et conduit à l'émergence de nouvelles formes au métabolisme plus parfait. Si les algues unicellulaires eucaryotes antérieures et les cyanures, apparues au début du Protérozoïque, nécessitaient une teneur en oxygène dans l'eau de seulement 10 -3 de sa concentration actuelle, alors avec l'émergence des Métazoaires non squelettiques à la fin du Vendien inférieur, c'est-à-dire qu'il y a environ 650 millions d'années, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère aurait dû être beaucoup plus élevée. Après tout, Metazoa utilisait la respiration d'oxygène et cela nécessitait que la pression partielle d'oxygène atteigne un niveau critique - le point Pasteur. Dans ce cas, le processus de fermentation anaérobie a été remplacé par un métabolisme de l'oxygène énergétiquement plus prometteur et progressif.

Après cela, la poursuite de l'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère terrestre s'est produite assez rapidement. L'augmentation progressive du volume d'algues bleues a contribué à atteindre dans l'atmosphère le niveau d'oxygène nécessaire au maintien de la vie du monde animal. Une certaine stabilisation de la teneur en oxygène de l'atmosphère s'est produite depuis le moment où les plantes sont arrivées à terre - il y a environ 450 millions d'années. L'émergence des plantes sur terre, qui s'est produite au Silurien, a conduit à la stabilisation finale du niveau d'oxygène dans l'atmosphère. Depuis lors, sa concentration a commencé à fluctuer dans des limites assez étroites, ne dépassant jamais l'existence de la vie. La concentration d'oxygène dans l'atmosphère s'est complètement stabilisée depuis l'apparition des plantes à fleurs. Cet événement a eu lieu au milieu de la période du Crétacé, c'est-à-dire il y a environ 100 millions d'années.

La majeure partie de l'azote s'est formée aux premiers stades du développement de la Terre, principalement en raison de la décomposition de l'ammoniac. Avec l'avènement des organismes, le processus de fixation de l'azote atmosphérique dans matière organique et enfouissement dans les sédiments marins. Après la libération d'organismes sur terre, l'azote a commencé à être enfoui dans les sédiments continentaux. Les processus de transformation de l'azote libre se sont particulièrement intensifiés avec l'avènement des plantes terrestres.

Au tournant du Cryptozoïque et du Phanérozoïque, c'est-à-dire il y a environ 650 millions d'années, la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère a diminué à des dixièmes de pour cent, et elle n'a atteint une teneur proche du niveau actuel que très récemment, environ 10 à 20 millions d'années. il y a des années.

Ainsi, la composition gazeuse de l'atmosphère a non seulement fourni un espace de vie aux organismes, mais a également déterminé les caractéristiques de leur activité vitale, favorisé l'installation et l'évolution. Les échecs résultants dans la distribution de la composition gazeuse de l'atmosphère favorable aux organismes, dus à la fois à des causes cosmiques et planétaires, ont conduit à des extinctions massives du monde organique, qui se sont produites à plusieurs reprises au cours du Cryptozoïque et à certains jalons de l'histoire du Phanérozoïque.

Fonctions ethnosphériques de l'atmosphère

L'atmosphère terrestre fournit la substance et l'énergie nécessaires et détermine la direction et la vitesse des processus métaboliques. La composition gazeuse de l'atmosphère moderne est optimale pour l'existence et le développement de la vie. En tant que zone de formation du temps et du climat, l'atmosphère doit créer des conditions confortables pour la vie des personnes, des animaux et de la végétation. Les écarts dans un sens ou dans l'autre de la qualité de l'air atmosphérique et conditions météorologiques créer des conditions extrêmes pour la vie de l'animal et flore, y compris pour les humains.

L'atmosphère de la Terre ne fournit pas seulement les conditions d'existence de l'humanité, étant le principal facteur de l'évolution de l'ethnosphère. En même temps, il s'avère être une ressource d'énergie et de matière première pour la production. En général, l'atmosphère est un facteur qui préserve la santé humaine, et certaines zones, en raison des conditions physiques et géographiques et de la qualité de l'air atmosphérique, servent de zones de loisirs et sont des zones destinées au traitement en sanatorium et aux loisirs des personnes. Ainsi, l'ambiance est un facteur d'impact esthétique et émotionnel.

Les fonctions ethnosphériques et technosphériques de l'atmosphère, déterminées assez récemment (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), nécessitent une étude indépendante et approfondie. Ainsi, l'étude des fonctions énergétiques atmosphériques est très pertinente tant du point de vue de l'apparition et du fonctionnement des processus qui détériorent l'environnement, que du point de vue de l'impact sur la santé et le bien-être humains. Dans ce cas, nous parlons de l'énergie des cyclones et des anticyclones, des tourbillons atmosphériques, de la pression atmosphérique et d'autres phénomènes atmosphériques extrêmes, dont l'utilisation efficace contribuera à la solution réussie du problème de l'obtention de produits non polluants. environnement sources d'énergie alternatives. Après tout, l'environnement aérien, en particulier sa partie située au-dessus de l'océan mondial, est une zone de libération d'une quantité colossale d'énergie gratuite.

Par exemple, il a été constaté que les cyclones tropicaux force moyenne en une seule journée, ils libèrent une énergie équivalente à l'énergie de 500 000 bombes atomiques larguées sur Hiroshima et Nagasaki. Pendant 10 jours d'existence d'un tel cyclone, suffisamment d'énergie est libérée pour répondre à tous les besoins énergétiques d'un pays comme les États-Unis pendant 600 ans.

À dernières années Un grand nombre de travaux de naturalistes ont été publiés, d'une manière ou d'une autre, concernant divers aspects de l'activité et de l'influence de l'atmosphère sur les processus terrestres, ce qui indique l'intensification des interactions interdisciplinaires dans les sciences naturelles modernes. Dans le même temps, se manifeste le rôle intégrateur de certaines de ses directions, parmi lesquelles il faut noter la direction fonctionnelle-écologique en géoécologie.

Cette direction stimule l'analyse et la généralisation théorique des fonctions écologiques et du rôle planétaire de diverses géosphères, ce qui, à son tour, est une condition préalable importante pour le développement de la méthodologie et des fondements scientifiques pour une étude holistique de notre planète, utilisation rationnelle et la protection de ses ressources naturelles.

L'atmosphère terrestre est constituée de plusieurs couches : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère, ionosphère et exosphère. Dans la partie supérieure de la troposphère et la partie inférieure de la stratosphère se trouve une couche enrichie en ozone, appelée couche d'ozone. Certaines régularités (journalières, saisonnières, annuelles, etc.) dans la distribution de l'ozone ont été établies. Depuis sa création, l'atmosphère a influencé le cours des processus planétaires. La composition primaire de l'atmosphère était complètement différente de celle d'aujourd'hui, mais au fil du temps, la proportion et le rôle de l'azote moléculaire ont régulièrement augmenté, il y a environ 650 millions d'années, de l'oxygène libre est apparu, dont la quantité augmentait continuellement, mais la concentration de dioxyde de carbone diminuait en conséquence. . La grande mobilité de l'atmosphère, sa composition gazeuse et la présence d'aérosols déterminent son rôle exceptionnel et sa participation active à divers processus géologiques et biosphériques. Le rôle de l'ambiance dans la redistribution est grand énergie solaire et le développement de phénomènes naturels catastrophiques et de catastrophes. Les tourbillons atmosphériques - tornades (tornades), ouragans, typhons, cyclones et autres phénomènes ont un impact négatif sur le monde organique et les systèmes naturels. Les principales sources de pollution, ainsi que les facteurs naturels, sont diverses formes d'activité économique humaine. Les impacts anthropiques sur l'atmosphère se traduisent non seulement par l'apparition de divers aérosols et gaz à effet de serre, mais également par une augmentation de la quantité de vapeur d'eau, et se manifestent sous forme de smog et de pluies acides. Les gaz à effet de serre changent régime de températureÀ la surface de la Terre, les émissions de certains gaz réduisent le volume de la couche d'ozone et contribuent à la formation de trous d'ozone. Le rôle ethnosphérique de l'atmosphère terrestre est important.

Le rôle de l'atmosphère dans les processus naturels

L'atmosphère de surface dans son état intermédiaire entre la lithosphère et l'espace extra-atmosphérique et sa composition gazeuse créent des conditions pour la vie des organismes. Parallèlement, l'altération et l'intensité de la destruction des roches, le transfert et l'accumulation de matières détritiques dépendent de la quantité, de la nature et de la fréquence des précipitations, de la fréquence et de la force des vents, et surtout de la température de l'air. L'atmosphère est l'élément central du système climatique. Température et humidité de l'air, nébulosité et précipitations, vent - tout cela caractérise le temps, c'est-à-dire l'état en constante évolution de l'atmosphère. Dans le même temps, ces mêmes composantes caractérisent également le climat, c'est-à-dire le régime météorologique moyen à long terme.

La composition des gaz, la présence de nuages ​​et de diverses impuretés, appelées particules d'aérosol (cendres, poussières, particules de vapeur d'eau), déterminent les caractéristiques du passage du rayonnement solaire dans l'atmosphère et empêchent la fuite du rayonnement thermique terrestre dans l'espace extra-atmosphérique.

L'atmosphère terrestre est très mobile. Les processus qui s'y produisent et les modifications de sa composition gazeuse, de son épaisseur, de sa nébulosité, de sa transparence et de la présence de diverses particules d'aérosols affectent à la fois le temps et le climat.

L'action et la direction des processus naturels, ainsi que la vie et l'activité sur Terre, sont déterminées par le rayonnement solaire. Il donne 99,98% de la chaleur venant à la surface de la terre. Elle fait annuellement 134*10 19 kcal. Cette quantité de chaleur peut être obtenue en brûlant 200 milliards de tonnes de charbon. Les réserves d'hydrogène, qui créent ce flux d'énergie thermonucléaire dans la masse du Soleil, seront suffisantes pour encore au moins 10 milliards d'années, c'est-à-dire pour une période deux fois plus longue que notre planète elle-même existe.

Environ 1/3 de la quantité totale d'énergie solaire entrant dans la limite supérieure de l'atmosphère est réfléchie dans l'espace mondial, 13% est absorbé couche d'ozone(y compris presque tous les rayonnements ultraviolets). 7% - le reste de l'atmosphère et seulement 44% atteint la surface de la terre. Le rayonnement solaire total atteignant la Terre en une journée est égal à l'énergie que l'humanité a reçue en brûlant tous les types de combustibles au cours du dernier millénaire.

La quantité et la nature de la distribution du rayonnement solaire à la surface de la Terre dépendent étroitement de la nébulosité et de la transparence de l'atmosphère. La quantité de rayonnement diffusé est affectée par la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon, la transparence de l'atmosphère, la teneur en vapeur d'eau, en poussière, la quantité totale de dioxyde de carbone, etc.

La quantité maximale de rayonnement diffusé tombe dans les régions polaires. Plus le Soleil est bas au-dessus de l'horizon, moins la chaleur pénètre dans une zone donnée.

La transparence atmosphérique et la nébulosité sont d'une grande importance. Lors d'une journée d'été nuageuse, il fait généralement plus froid que lors d'une journée claire, car les nuages ​​diurnes empêchent la surface de la terre de se réchauffer.

La teneur en poussière de l'atmosphère joue un rôle important dans la répartition de la chaleur. Les particules solides finement dispersées de poussière et de cendres qu'il contient, qui affectent sa transparence, affectent négativement la distribution du rayonnement solaire, dont la majeure partie est réfléchie. Les particules fines pénètrent dans l'atmosphère de deux manières : il s'agit soit de cendres émises lors d'éruptions volcaniques, soit de poussières du désert transportées par les vents des régions tropicales et subtropicales arides. En particulier, une grande quantité de cette poussière se forme pendant les sécheresses, lorsqu'elle est transportée dans les couches supérieures de l'atmosphère par des courants d'air chaud et peut y rester longtemps. Après l'éruption du volcan Krakatoa en 1883, des poussières projetées à des dizaines de kilomètres dans l'atmosphère sont restées dans la stratosphère pendant environ 3 ans. À la suite de l'éruption du volcan El Chichon (Mexique) en 1985, la poussière a atteint l'Europe et il y a donc eu une légère baisse des températures de surface.

L'atmosphère terrestre contient une quantité variable de vapeur d'eau. Dans l'absolu, en poids ou en volume, sa quantité varie de 2 à 5 %.

La vapeur d'eau, comme le dioxyde de carbone, renforce l'effet de serre. Dans les nuages ​​et les brouillards qui se forment dans l'atmosphère, des processus physico-chimiques particuliers se produisent.

La principale source de vapeur d'eau dans l'atmosphère est la surface des océans. Une couche d'eau de 95 à 110 cm d'épaisseur s'en évapore annuellement.Une partie de l'humidité retourne à l'océan après condensation, et l'autre est dirigée vers les continents par les courants d'air. Dans les zones à climat variable-humide, les précipitations humidifient le sol, et dans les zones humides elles créent des réserves eau souterraine. Ainsi, l'atmosphère est un accumulateur d'humidité et un réservoir de précipitations. et les brouillards qui se forment dans l'atmosphère apportent de l'humidité à la couverture du sol et jouent ainsi un rôle déterminant dans le développement du monde animal et végétal.

L'humidité atmosphérique est répartie sur la surface de la terre en raison de la mobilité de l'atmosphère. Il a un système très complexe de répartition des vents et de la pression. Du fait que l'atmosphère est en mouvement continu, la nature et l'étendue de la distribution des flux de vent et de la pression changent constamment. Les échelles de circulation varient du micrométéorologique, avec une taille de quelques centaines de mètres seulement, à une globale, avec une taille de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres. D'énormes tourbillons atmosphériques participent à la création de systèmes de courants d'air à grande échelle et déterminent la circulation générale de l'atmosphère. De plus, ils sont sources de phénomènes atmosphériques catastrophiques.

La répartition des conditions météorologiques et climatiques et le fonctionnement de la matière vivante dépendent de la pression atmosphérique. Dans le cas où la pression atmosphérique fluctue dans de petites limites, elle ne joue pas un rôle décisif dans le bien-être des personnes et le comportement des animaux et n'affecte pas les fonctions physiologiques des plantes. En règle générale, les phénomènes frontaux et les changements météorologiques sont associés à des changements de pression.

La pression atmosphérique est d'une importance fondamentale pour la formation du vent qui, étant un facteur de formation du relief, a le plus fort effet sur la flore et la faune.

Le vent est capable de supprimer la croissance des plantes et favorise en même temps le transfert des graines. Le rôle du vent dans la formation des conditions météorologiques et climatiques est important. Il agit également comme régulateur des courants marins. Le vent, en tant que facteur exogène, contribue à l'érosion et à la déflation des matériaux altérés sur de longues distances.

Rôle écologique et géologique des processus atmosphériques

La diminution de la transparence de l'atmosphère due à l'apparition de particules d'aérosols et de poussières solides affecte la répartition du rayonnement solaire, augmentant l'albédo ou la réflectivité. Diverses réactions chimiques conduisent au même résultat, provoquant la décomposition de l'ozone et la génération de nuages ​​"perlés", constitués de vapeur d'eau. Le changement global de la réflectivité, ainsi que les changements dans la composition des gaz de l'atmosphère, principalement les gaz à effet de serre, sont à l'origine du changement climatique.

Chauffage irrégulier entraînant des différences de pression atmosphérique au-dessus différentes rubriques la surface de la terre, conduit à la circulation atmosphérique, qui est la marque de la troposphère. Lorsqu'il y a une différence de pression, l'air se précipite des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Ces mouvements masses d'air ainsi que l'humidité et la température déterminent les principales caractéristiques écologiques et géologiques des processus atmosphériques.

Selon la vitesse, le vent produit divers travaux géologiques à la surface de la terre. À une vitesse de 10 m/s, il secoue les branches épaisses des arbres, ramasse et emporte poussière et sable fin ; casse des branches d'arbres à une vitesse de 20 m/s, transporte du sable et du gravier ; à une vitesse de 30 m/s (tempête) arrache les toits des maisons, arrache des arbres, casse des poteaux, déplace des cailloux et charrie des petits graviers, et un ouragan à une vitesse de 40 m/s détruit des maisons, casse et démolit des poteaux de lignes électriques, déracine de grands arbres.

Les tempêtes de grains et les tornades (tornades) ont un impact environnemental négatif important avec des conséquences catastrophiques - des tourbillons atmosphériques qui se produisent pendant la saison chaude sur de puissants fronts atmosphériques avec une vitesse pouvant atteindre 100 m/s. Les grains sont des tourbillons horizontaux avec des vitesses de vent d'ouragan (jusqu'à 60-80 m/s). Ils sont souvent accompagnés de fortes averses et d'orages qui durent de quelques minutes à une demi-heure. Les grains couvrent des zones jusqu'à 50 km de large et parcourent une distance de 200 à 250 km. Une violente tempête à Moscou et dans la région de Moscou en 1998 a endommagé les toits de nombreuses maisons et renversé des arbres.

Tornades, appelées Amérique du Nord Les tornades sont de puissants tourbillons atmosphériques en forme d'entonnoir souvent associés à des nuages ​​orageux. Ce sont des colonnes d'air se rétrécissant au milieu d'un diamètre de plusieurs dizaines à centaines de mètres. La tornade a l'apparence d'un entonnoir, très semblable à la trompe d'un éléphant, descendant des nuages ​​ou s'élevant de la surface de la terre. Possédant une forte raréfaction et une vitesse de rotation élevée, la tornade parcourt plusieurs centaines de kilomètres, attirant la poussière, l'eau des réservoirs et divers objets. Les tornades puissantes sont accompagnées d'orages, de pluie et ont un grand pouvoir destructeur.

Les tornades se produisent rarement dans les régions subpolaires ou équatoriales, où il fait constamment froid ou chaud. Peu de tornades en pleine mer. Les tornades se produisent en Europe, au Japon, en Australie, aux États-Unis et en Russie, elles sont particulièrement fréquentes dans la région centrale de la Terre noire, dans les régions de Moscou, Yaroslavl, Nizhny Novgorod et Ivanovo.

Les tornades soulèvent et déplacent des voitures, des maisons, des wagons, des ponts. Des tornades particulièrement destructrices (tornades) sont observées aux États-Unis. De 450 à 1500 tornades sont enregistrées annuellement, avec une moyenne d'environ 100 victimes. Les tornades sont des processus atmosphériques catastrophiques à action rapide. Ils se forment en seulement 20 à 30 minutes et leur temps d'existence est de 30 minutes. Par conséquent, il est presque impossible de prédire l'heure et le lieu d'apparition des tornades.

D'autres tourbillons atmosphériques destructeurs, mais à long terme, sont les cyclones. Ils se forment en raison d'une chute de pression qui, dans certaines conditions, contribue à l'apparition d'un mouvement circulaire de courants d'air. Les tourbillons atmosphériques naissent autour de puissants courants ascendants d'air chaud et humide et tournent à grande vitesse dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord. Les cyclones, contrairement aux tornades, prennent naissance au-dessus des océans et produisent leurs actions destructrices sur les continents. Les principaux facteurs destructeurs sont vents forts, des précipitations intenses sous forme de chutes de neige, d'averses, de grêle et d'inondations subites. Des vents d'une vitesse de 19 à 30 m / s forment une tempête, 30 à 35 m / s - une tempête et plus de 35 m / s - un ouragan.

Les cyclones tropicaux - ouragans et typhons - ont une largeur moyenne de plusieurs centaines de kilomètres. La vitesse du vent à l'intérieur du cyclone atteint la force d'un ouragan. Les cyclones tropicaux durent de quelques jours à plusieurs semaines, se déplaçant à une vitesse de 50 à 200 km/h. Les cyclones des latitudes moyennes ont un plus grand diamètre. Leurs dimensions transversales vont d'un millier à plusieurs milliers de kilomètres, la vitesse du vent est orageuse. Ils se déplacent dans l'hémisphère nord depuis l'ouest et s'accompagnent de chutes de grêle et de neige, qui sont catastrophiques. Les cyclones et leurs ouragans et typhons associés sont les plus grandes catastrophes naturelles après les inondations en termes de nombre de victimes et de dégâts causés. Dans les régions densément peuplées d'Asie, le nombre de victimes lors d'ouragans se compte par milliers. En 1991, au Bangladesh, lors d'un ouragan qui a provoqué la formation de vagues de 6 m de haut, 125 000 personnes sont mortes. Les typhons causent de grands dégâts aux États-Unis. En conséquence, des dizaines et des centaines de personnes meurent. En Europe occidentale, les ouragans causent moins de dégâts.

Les orages sont considérés comme un phénomène atmosphérique catastrophique. Ils se produisent lorsque l'air chaud et humide monte très rapidement. À la frontière des zones tropicales et subtropicales, les orages se produisent pendant 90 à 100 jours par an, dans la zone tempérée pendant 10 à 30 jours. Dans notre pays, le plus grand nombre d'orages se produit dans le Caucase du Nord.

Les orages durent généralement moins d'une heure. Les averses intenses, les orages de grêle, les éclairs, les rafales de vent et les courants d'air verticaux représentent un danger particulier. Le risque de grêle est déterminé par la taille des grêlons. Dans le Caucase du Nord, la masse de grêlons atteignait autrefois 0,5 kg, et en Inde, des grêlons pesant 7 kg ont été notés. Les zones les plus dangereuses de notre pays sont situées dans le Caucase du Nord. En juillet 1992, la grêle a endommagé 18 avions à l'aéroport de Mineralnye Vody.

La foudre est un phénomène météorologique dangereux. Ils tuent des personnes, du bétail, provoquent des incendies, endommagent le réseau électrique. Environ 10 000 personnes meurent chaque année des orages et de leurs conséquences dans le monde. De plus, dans certaines régions d'Afrique, en France et aux États-Unis, le nombre de victimes de la foudre est supérieur à celui d'autres phénomènes naturels. Les dommages économiques annuels causés par les orages aux États-Unis s'élèvent à au moins 700 millions de dollars.

Les sécheresses sont typiques des régions désertiques, steppiques et steppiques forestières. Le manque de précipitations provoque l'assèchement du sol, abaissant le niveau eaux souterraines et dans des réservoirs jusqu'à ce qu'ils soient complètement secs. Le manque d'humidité entraîne la mort de la végétation et des cultures. Les sécheresses sont particulièrement graves en Afrique, au Proche et au Moyen-Orient, en Asie centrale et dans le sud de l'Amérique du Nord.

Les sécheresses modifient les conditions de la vie humaine, ont un impact négatif sur l'environnement naturel par des processus tels que la salinisation du sol, les vents secs, les tempêtes de poussière, l'érosion des sols et les incendies de forêt. Les incendies sont particulièrement forts pendant la sécheresse dans les régions de la taïga, les forêts tropicales et subtropicales et les savanes.

Les sécheresses sont des processus à court terme qui durent une saison. Lorsque les sécheresses durent plus de deux saisons, il y a une menace de famine et de mortalité massive. Généralement, l'effet de la sécheresse s'étend au territoire d'un ou plusieurs pays. Des sécheresses particulièrement souvent prolongées aux conséquences tragiques se produisent dans la région du Sahel en Afrique.

Les phénomènes atmosphériques tels que les chutes de neige, les fortes pluies intermittentes et les pluies prolongées prolongées causent de grands dégâts. Les chutes de neige provoquent des avalanches massives dans les montagnes, et la fonte rapide de la neige tombée et les fortes pluies prolongées entraînent des inondations. Une énorme masse d'eau tombant à la surface de la terre, en particulier dans les zones sans arbres, provoque une grave érosion de la couverture du sol. Il y a une croissance intensive des systèmes ravin-beam. Les inondations se produisent à la suite de crues importantes en période de fortes précipitations ou après un réchauffement brutal ou une fonte des neiges printanière et sont donc des phénomènes d'origine atmosphérique (elles sont abordées dans le chapitre sur le rôle écologique de l'hydrosphère).

Changements anthropiques dans l'atmosphère

Actuellement, il existe de nombreuses sources différentes de nature anthropique qui provoquent une pollution atmosphérique et conduisent à de graves violations de l'équilibre écologique. En termes d'échelle, deux sources ont le plus grand impact sur l'atmosphère : les transports et l'industrie. En moyenne, les transports représentent environ 60% de la quantité totale de pollution atmosphérique, l'industrie - 15%, l'énergie thermique - 15%, les technologies de destruction des déchets ménagers et industriels - 10%.

Les transports, selon le combustible utilisé et les types d'agents oxydants, émettent dans l'atmosphère des oxydes d'azote, du soufre, des oxydes et dioxydes de carbone, du plomb et ses composés, de la suie, du benzopyrène (une substance du groupe des hydrocarbures aromatiques polycycliques, qui est un cancérogène puissant qui cause le cancer de la peau).

L'industrie émet du dioxyde de soufre, des oxydes et dioxydes de carbone, des hydrocarbures, de l'ammoniac, du sulfure d'hydrogène, acide sulfurique, phénol, chlore, fluor et autres composés et produits chimiques. Mais la position dominante parmi les émissions (jusqu'à 85%) est occupée par les poussières.

Sous l'effet de la pollution, la transparence de l'atmosphère change, des aérosols, du smog et des pluies acides y apparaissent.

Les aérosols sont des systèmes dispersés constitués de particules solides ou de gouttelettes liquides en suspension dans un milieu gazeux. La taille des particules de la phase dispersée est généralement de 10 -3 -10 -7 cm Selon la composition de la phase dispersée, les aérosols sont divisés en deux groupes. L'un comprend les aérosols constitués de particules solides dispersées dans un milieu gazeux, le second - les aérosols, qui sont un mélange de phases gazeuse et liquide. Les premiers sont appelés fumées et les seconds - brouillards. Les centres de condensation jouent un rôle important dans le processus de leur formation. Les cendres volcaniques, les poussières cosmiques, les produits des émissions industrielles, diverses bactéries… agissent comme des noyaux de condensation… Le nombre de sources possibles de noyaux de concentration ne cesse de croître. Ainsi, par exemple, lorsque de l'herbe sèche est détruite par un incendie sur une superficie de 4000 m 2, une moyenne de 11 * 10 22 noyaux d'aérosols se forme.

Les aérosols ont commencé à se former dès l'émergence de notre planète et ont influencé les conditions naturelles. Cependant, leur nombre et leurs actions, en équilibre avec la circulation générale des substances dans la nature, n'ont pas provoqué de changements écologiques profonds. Les facteurs anthropiques de leur formation ont déplacé cet équilibre vers des surcharges biosphériques importantes. Cette caractéristique a été particulièrement prononcée depuis que l'humanité a commencé à utiliser des aérosols spécialement créés à la fois sous forme de substances toxiques et pour la protection des plantes.

Les plus dangereux pour le couvert végétal sont les aérosols de dioxyde de soufre, de fluorure d'hydrogène et d'azote. Au contact d'une surface de feuille humide, ils forment des acides qui ont un effet néfaste sur les êtres vivants. Les brouillards acides, ainsi que l'air inhalé, pénètrent dans les organes respiratoires des animaux et des humains et affectent de manière agressive les muqueuses. Certains d'entre eux décomposent les tissus vivants et les aérosols radioactifs provoquent le cancer. Parmi les isotopes radioactifs, le SG 90 présente un danger particulier non seulement en raison de sa cancérogénicité, mais également en tant qu'analogue du calcium, le remplaçant dans les os des organismes, provoquant leur décomposition.

Lors d'explosions nucléaires, des nuages ​​d'aérosols radioactifs se forment dans l'atmosphère. Les petites particules d'un rayon de 1 à 10 microns tombent non seulement dans les couches supérieures de la troposphère, mais aussi dans la stratosphère, dans laquelle elles peuvent être longue durée. Des nuages ​​d'aérosols se forment également lors du fonctionnement de réacteurs d'installations industrielles produisant du combustible nucléaire, ainsi qu'à la suite d'accidents dans des centrales nucléaires.

Le smog est un mélange d'aérosols avec des phases dispersées liquides et solides qui forment un rideau de brouillard sur les zones industrielles et les grandes villes.

Il existe trois types de smog : glacé, humide et sec. Le smog de glace est appelé Alaskan. Il s'agit d'une combinaison de polluants gazeux auxquels s'ajoutent des particules poussiéreuses et des cristaux de glace qui se forment lorsque les gouttelettes de brouillard et la vapeur des systèmes de chauffage gèlent.

Le smog humide, ou smog de type londonien, est parfois appelé smog hivernal. C'est un mélange de polluants gazeux (principalement du dioxyde de soufre), de particules de poussière et de gouttelettes de brouillard. La condition météorologique préalable à l'apparition du smog hivernal est un temps calme, dans lequel une couche d'air chaud est située au-dessus de la couche superficielle d'air froid (en dessous de 700 m). Dans le même temps, non seulement les échanges horizontaux, mais aussi verticaux sont absents. Les polluants, généralement dispersés dans les couches hautes, s'accumulent dans ce cas dans la couche superficielle.

Le smog sec se produit dans heure d'été, et est souvent appelé smog de type Los Angeles. C'est un mélange d'ozone, de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote et de vapeurs acides. Un tel smog se forme à la suite de la décomposition des polluants par le rayonnement solaire, en particulier sa partie ultraviolette. Le préalable météorologique est l'inversion atmosphérique, qui se traduit par l'apparition d'une couche d'air froid au-dessus de la chaude. Les gaz et les particules solides habituellement soulevés par les courants d'air chaud sont alors dispersés dans les couches supérieures froides, mais dans ce cas ils s'accumulent dans la couche d'inversion. Lors du processus de photolyse, les dioxydes d'azote formés lors de la combustion du carburant dans les moteurs de voiture se décomposent :

NON 2 → NON + O

Ensuite, la synthèse d'ozone se produit :

O + O 2 + M → O 3 + M

NON + O → NON 2

Les processus de photodissociation sont accompagnés d'une lueur jaune-vert.

De plus, des réactions se produisent selon le type : SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, c'est-à-dire qu'il se forme de l'acide sulfurique fort.

Avec un changement des conditions météorologiques (apparition de vent ou changement d'humidité), l'air froid se dissipe et le smog disparaît.

La présence de substances cancérigènes dans le smog entraîne une insuffisance respiratoire, une irritation des muqueuses, des troubles circulatoires, une suffocation asthmatique et souvent la mort. Le smog est particulièrement dangereux pour les jeunes enfants.

Les pluies acides sont des précipitations atmosphériques acidifiées par les émissions industrielles d'oxydes de soufre, d'oxydes d'azote et de vapeurs d'acide perchlorique et de chlore qui y sont dissous. Lors de la combustion du charbon et du gaz, la majeure partie du soufre qu'il contient, à la fois sous forme d'oxyde et de composés avec du fer, en particulier dans la pyrite, la pyrrhotite, la chalcopyrite, etc., se transforme en oxyde de soufre qui, avec le carbone dioxyde de carbone, est rejeté dans l'atmosphère. Lorsque l'azote atmosphérique et les émissions industrielles sont combinés à l'oxygène, divers oxydes d'azote se forment et le volume d'oxydes d'azote formé dépend de la température de combustion. La majeure partie des oxydes d'azote se produit lors du fonctionnement des véhicules à moteur et des locomotives diesel, et une plus petite partie se produit dans le secteur de l'énergie et les entreprises industrielles. Les oxydes de soufre et d'azote sont les principaux acidifiants. Lors de la réaction avec l'oxygène atmosphérique et la vapeur d'eau qu'il contient, des acides sulfurique et nitrique se forment.

Il est connu que l'équilibre alcalino-acide du milieu est déterminé par la valeur du pH. Un environnement neutre a un pH de 7, un environnement acide a un pH de 0 et un environnement alcalin a un pH de 14. À l'ère moderne, le pH de l'eau de pluie est de 5,6, bien que dans un passé récent, il était neutre. Une diminution de la valeur du pH de un correspond à une multiplication par dix de l'acidité et, par conséquent, à l'heure actuelle, des pluies avec une acidité accrue tombent presque partout. L'acidité maximale des pluies enregistrée en Europe occidentale était de 4 à 3,5 pH. Il faut tenir compte du fait qu'une valeur de pH égale à 4-4,5 est mortelle pour la plupart des poissons.

Les pluies acides ont un effet agressif sur la couverture végétale de la Terre, sur les bâtiments industriels et résidentiels et contribuent à une accélération significative de l'altération des roches exposées. Une augmentation de l'acidité empêche l'autorégulation de la neutralisation des sols dans lesquels les nutriments sont dissous. Cela entraîne à son tour une forte baisse des rendements et provoque une dégradation du couvert végétal. L'acidité du sol contribue à la libération de lourds, qui sont à l'état lié, qui sont progressivement absorbés par les plantes, causant de graves lésions tissulaires et pénétrant dans la chaîne alimentaire humaine.

Une modification du potentiel alcalino-acide des eaux marines, en particulier dans les eaux peu profondes, entraîne l'arrêt de la reproduction de nombreux invertébrés, provoque la mort de poissons et perturbe l'équilibre écologique des océans.

À cause des pluies acides, les forêts d'Europe occidentale, des États baltes, de Carélie, de l'Oural, de Sibérie et du Canada sont menacées de mort.