Atmosfēras gaisa gāzu sastāvs

Gaisa, ko mēs elpojam, gāzu sastāvs ir 78% slāpekļa, 21% skābekļa un 1% citu gāzu. Bet lielo industriālo pilsētu atmosfērā šī attiecība bieži tiek pārkāpta.

Ievērojamu daļu veido kaitīgie piemaisījumi, ko rada uzņēmumu un transportlīdzekļu emisijas. Autotransports atmosfērā ienes daudzus piemaisījumus: nezināma sastāva ogļūdeņražus, benzo (a) pirēnu, oglekļa dioksīdu, sēra un slāpekļa savienojumus, svinu, oglekļa monoksīdu.

Atmosfēra sastāv no vairāku gāzu maisījuma - gaisa, kurā ir suspendēti koloidālie piemaisījumi - putekļi, pilieni, kristāli utt. Atmosfēras gaisa sastāvs mainās maz ar augstumu. Taču, sākot no aptuveni 100 km augstuma, līdz ar molekulāro skābekli un slāpekli molekulu disociācijas rezultātā parādās arī atomu skābeklis, un sākas gāzu gravitācijas atdalīšanās. Virs 300 km atmosfērā dominē atomu skābeklis, virs 1000 km - hēlijs un pēc tam atomu ūdeņradis. Atmosfēras spiediens un blīvums samazinās līdz ar augstumu; apmēram puse no kopējās atmosfēras masas ir koncentrēta zemākajos 5 km, 9/10 - zemākajos 20 km un 99,5% - zemākajos 80 km. Apmēram 750 km augstumā gaisa blīvums nokrītas līdz 10-10 g/m3 (turpretim pie zemes virsmas tas ir aptuveni 103 g/m3), taču pat tik zems blīvums ir pietiekams, lai rastos polārblāzmas. Atmosfērai nav asas augšējās robežas; to veidojošo gāzu blīvums

Atmosfēras gaisa sastāvs, ko katrs no mums elpo, ietver vairākas gāzes, no kurām galvenās ir: slāpeklis (78,09%), skābeklis (20,95%), ūdeņradis (0,01%), oglekļa dioksīds (oglekļa dioksīds) (0,03%) un inertas gāzes. gāzes (0,93%). Turklāt gaisā vienmēr ir noteikts ūdens tvaiku daudzums, kura daudzums vienmēr mainās līdz ar temperatūru: jo augstāka temperatūra, jo lielāks tvaiku saturs un otrādi. Sakarā ar ūdens tvaiku daudzuma svārstībām gaisā, arī gāzu procentuālais daudzums tajā ir mainīgs. Visas gaisā esošās gāzes ir bezkrāsainas un bez smaržas. Gaisa svars mainās ne tikai no temperatūras, bet arī no ūdens tvaiku satura tajā. Tādā pašā temperatūrā sausa gaisa svars ir lielāks nekā mitrā, jo ūdens tvaiki ir daudz vieglāki nekā gaisa tvaiki.

Tabulā parādīts atmosfēras gāzes sastāvs tilpuma masas attiecībā, kā arī galveno komponentu kalpošanas laiks:

Atmosfēras gaisu veidojošo gāzu īpašības mainās zem spiediena.

Piemēram: skābeklim zem spiediena, kas pārsniedz 2 atmosfēras, ir toksiska ietekme uz ķermeni.

Slāpeklim zem spiediena virs 5 atmosfērām ir narkotiska iedarbība (slāpekļa intoksikācija). Straujš pacelšanās no dziļuma izraisa dekompresijas slimību, jo no asinīm ātri izdalās slāpekļa burbuļi, it kā putojot.

Oglekļa dioksīda palielināšanās par vairāk nekā 3% elpošanas maisījumā izraisa nāvi.

Katra sastāvdaļa, kas ir daļa no gaisa, palielinoties spiedienam līdz noteiktām robežām, kļūst par indi, kas var saindēt ķermeni.

Atmosfēras gāzu sastāva pētījumi. atmosfēras ķīmija

Salīdzinoši jaunas zinātnes nozares, ko sauc par atmosfēras ķīmiju, straujās attīstības vēsturei vispiemērotākais ir ātrgaitas sportā lietotais termins “spurts” (metiens). Šāviens no starta pistoles, iespējams, bija divi raksti, kas publicēti 1970. gadu sākumā. Viņi aplūkoja iespējamo stratosfēras ozona iznīcināšanu ar slāpekļa oksīdiem - NO un NO 2 . Pirmais piederēja topošajam Nobela prēmijas laureātam un pēc tam Stokholmas universitātes darbiniekam P. Krucenam, kurš par iespējamo slāpekļa oksīdu avotu stratosfērā uzskatīja dabā sastopamo slāpekļa oksīdu N 2 O, kas sadalās saules gaismas iedarbībā. Otrā raksta autors G. Džonstons, ķīmiķis no Kalifornijas Universitātes Bērklijā, ierosināja, ka slāpekļa oksīdi stratosfērā parādās cilvēka darbības rezultātā, proti, no sadegšanas produktu emisijām no augstas klases reaktīvo dzinējiem. augstuma lidmašīnas.

Protams, iepriekš minētās hipotēzes nav radušās no nulles. Vismaz galveno komponentu attiecība atmosfēras gaisā - slāpekļa, skābekļa, ūdens tvaiku utt. - bija zināma daudz agrāk. Jau XIX gadsimta otrajā pusē.

Eiropā tika veikti ozona koncentrācijas mērījumi virszemes gaisā. 20. gadsimta 30. gados angļu zinātnieks S. Čepmens atklāja ozona veidošanās mehānismu tīri skābekļa atmosfērā, norādot uz skābekļa atomu un molekulu mijiedarbības kopumu, kā arī uz ozonu, ja nav citu gaisa sastāvdaļu. Tomēr 50. gadu beigās meteoroloģiskie raķešu mērījumi liecināja, ka stratosfērā ir daudz mazāk ozona, nekā tam vajadzētu būt saskaņā ar Čepmena reakcijas ciklu. Lai gan šis mehānisms joprojām ir būtisks līdz mūsdienām, kļuva skaidrs, ka ir daži citi procesi, kas arī aktīvi piedalās atmosfēras ozona veidošanā.

Jāpiemin, ka līdz 70. gadu sākumam zināšanas atmosfēras ķīmijas jomā galvenokārt tika iegūtas atsevišķu zinātnieku pūliņiem, kuru pētījumus nevienoja neviens sabiedriski nozīmīgs jēdziens un visbiežāk tiem bija tīri akadēmisks raksturs. Cita lieta ir Džonstona darbs: pēc viņa aprēķiniem, 500 lidmašīnas, lidojot 7 stundas dienā, varētu samazināt stratosfēras ozona daudzumu vismaz par 10%! Un, ja šie novērtējumi būtu godīgi, problēma nekavējoties kļūtu par sociālekonomisku, jo šajā gadījumā visas programmas virsskaņas transporta aviācijas un ar to saistītās infrastruktūras attīstībai būtu būtiski jāpielāgo un, iespējams, pat jāslēdz. Turklāt tad pirmo reizi tiešām radās jautājums, ka antropogēnā darbība var izraisīt nevis lokālu, bet gan globālu kataklizmu. Protams, pašreizējā situācijā teorijai bija nepieciešama ļoti smaga un tajā pašā laikā ātra pārbaude.

Atgādinām, ka iepriekš minētās hipotēzes būtība bija tāda, ka slāpekļa oksīds reaģē ar ozonu NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, tad šajā reakcijā izveidotais slāpekļa dioksīds reaģē ar skābekļa atomu NO 2 + O ® NO + O 2 , tādējādi atjaunojot NO klātbūtni atmosfērā, savukārt ozona molekula tiek neatgriezeniski zaudēta. Šajā gadījumā šāds reakciju pāris, kas veido ozona iznīcināšanas slāpekļa katalītisko ciklu, tiek atkārtots, līdz jebkādi ķīmiski vai fizikāli procesi noved pie slāpekļa oksīdu izvadīšanas no atmosfēras. Tā, piemēram, NO 2 tiek oksidēts par slāpekļskābi HNO 3, kas labi šķīst ūdenī, un tāpēc to no atmosfēras izvada mākoņi un nokrišņi. Slāpekļa katalītiskais cikls ir ļoti efektīvs: viena NO molekula, atrodoties atmosfērā, spēj iznīcināt desmitiem tūkstošu ozona molekulu.

Bet, kā zināms, nepatikšanas nerodas vienas. Drīz vien speciālisti no ASV universitātēm – Mičiganas (R. Stoļarskis un R. Cicerone) un Hārvardas (S. Vofsi un M. Makelrojs) atklāja, ka ozonam varētu būt vēl nežēlīgāks ienaidnieks – hlora savienojumi. Pēc viņu aplēsēm, hlora katalītiskais ozona iznīcināšanas cikls (reakcijas Cl + O 3 ® ClO + O 2 un ClO + O ® Cl + O 2) bija vairākas reizes efektīvāks nekā slāpekļa cikls. Vienīgais iemesls piesardzīgam optimismam bija tas, ka dabā sastopamā hlora daudzums atmosfērā ir salīdzinoši neliels, kas nozīmē, ka kopējā tā ietekmes ietekme uz ozonu var nebūt pārāk spēcīga. Tomēr situācija krasi mainījās, kad 1974. gadā Kalifornijas Universitātes Ērvinā darbinieki S. Roulends un M. Molina atklāja, ka hlora avots stratosfērā ir hlorfluorogļūdeņraža savienojumi (CFC), kurus plaši izmanto saldēšanas iekārtās. augi, aerosola iepakojumi utt. Tā kā šīs vielas ir neuzliesmojošas, netoksiskas un ķīmiski pasīvas, tās lēnām ar augšupejošām gaisa straumēm tiek transportētas no zemes virsmas uz stratosfēru, kur tiek iznīcinātas to molekulas. saules gaisma, kā rezultātā izdalās brīvie hlora atomi. CFC rūpnieciskā ražošana, kas sākās 20. gadsimta 30. gados, un to emisija atmosfērā visos turpmākajos gados, īpaši 70. un 80. gados, nepārtraukti pieauga. Tādējādi ļoti īsā laika posmā teorētiķi ir identificējuši divas atmosfēras ķīmijas problēmas, ko izraisa intensīvs antropogēns piesārņojums.

Taču, lai pārbaudītu izvirzīto hipotēžu dzīvotspēju, bija nepieciešams veikt daudzus uzdevumus.

Pirmkārt, paplašināt laboratoriskos pētījumus, kuru laikā būtu iespējams noteikt vai precizēt fotoķīmisko reakciju ātrumus starp dažādām atmosfēras gaisa sastāvdaļām. Jāteic, ka ļoti niecīgajiem datiem par šiem ātrumiem, kas tolaik bija, bija arī godīgas (līdz pat vairākiem simtiem procentu) kļūdas. Turklāt apstākļi, kādos tika veikti mērījumi, parasti neatbilda atmosfēras realitātei, kas nopietni saasināja kļūdu, jo vairuma reakciju intensitāte bija atkarīga no temperatūras un dažreiz arī no spiediena vai atmosfēras gaisa. blīvums.

Otrkārt, laboratorijas apstākļos intensīvi pētīt vairāku mazu atmosfēras gāzu radiācijas-optiskās īpašības.

Ievērojama daudzuma atmosfēras gaisa komponentu molekulas iznīcina Saules ultravioletais starojums (fotolīzes reakcijās), starp tiem ir ne tikai iepriekš minētie CFC, bet arī molekulārais skābeklis, ozons, slāpekļa oksīdi un daudzi citi. Tāpēc katras fotolīzes reakcijas parametru aplēses bija tikpat nepieciešamas un svarīgas pareizai atmosfēras ķīmisko procesu reproducēšanai, kā reakcijas ātrumi starp dažādām molekulām.

Gaisa ķīmiskais sastāvs spēlē nozīmīgu lomu elpošanas funkcijas īstenošanā. Atmosfēras gaiss ir gāzu maisījums: skābeklis, oglekļa dioksīds, argons, slāpeklis, neons, kriptons, ksenons, ūdeņradis, ozons utt. Skābeklis ir vissvarīgākais. Miera stāvoklī cilvēks uzņem 0,3 l / min. Fiziskās aktivitātes laikā palielinās skābekļa patēriņš un var sasniegt 4,5–8 l/min.Skābekļa satura svārstības atmosfērā ir nelielas un nepārsniedz 0,5%. Ja skābekļa saturs samazinās līdz 11-13%, rodas skābekļa deficīta parādības. Skābekļa saturs 7-8% var izraisīt nāvi. Oglekļa dioksīds - bezkrāsains un bez smaržas, veidojas elpošanas un sabrukšanas, degvielas sadegšanas laikā. Atmosfērā tas ir 0,04%, bet industriālajos rajonos - 0,05-0,06%. Ar lielu cilvēku pūli tas var palielināties līdz 0,6 - 0,8%. Ilgstoši ieelpojot gaisu ar 1-1,5% oglekļa dioksīda saturu, tiek novērota labklājības pasliktināšanās, bet ar 2-2,5% - patoloģiskas izmaiņas. Pie 8-10% samaņas zuduma un nāves gaisā ir spiediens, ko sauc par atmosfēras vai barometrisku. To mēra dzīvsudraba staba milimetros (mm Hg), hektopaskālos (hPa), milibāros (mb).

Par normālu spiedienu tiek uzskatīts atmosfēras spiediens jūras līmenī 45˚ platuma grādos pie 0˚С gaisa temperatūras. Tas ir vienāds ar 760 mm Hg. (Iekštelpu gaiss tiek uzskatīts par nekvalitatīvu, ja tajā ir 1% oglekļa dioksīda. Šī vērtība tiek ņemta par aprēķināto vērtību, projektējot un ierīkojot ventilāciju telpās.

Gaisa piesārņojums. Oglekļa monoksīds ir bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas veidojas degvielas nepilnīgas sadegšanas laikā un nonāk atmosfērā ar rūpnieciskajām emisijām un dzinēja izplūdes gāzēm. iekšējā degšana. Megapilsētās tā koncentrācija var sasniegt pat 50-200 mg/m3. Smēķējot tabaku, organismā nonāk oglekļa monoksīds. Oglekļa monoksīds ir asins un vispārēja toksiska inde. Tas bloķē hemoglobīnu, tas zaudē spēju pārnest skābekli uz audiem. Akūta saindēšanās notiek, ja oglekļa monoksīda koncentrācija gaisā ir 200-500 mg/m3. Šajā gadījumā ir galvassāpes, vispārējs vājums, slikta dūša, vemšana. Maksimāli pieļaujamā koncentrācija vidēji dienā 0 1 mg/m3, vienreizēja - 6 mg/m3. Gaiss var būt piesārņots ar sēra dioksīdu, sodrējiem, sveķainām vielām, slāpekļa oksīdiem, oglekļa disulfīdu.

Mikroorganismi. Nelielos daudzumos tie vienmēr atrodas gaisā, kur tos nes ar augsnes putekļiem. Infekcijas slimību mikrobi, kas nonāk atmosfērā, ātri mirst. Īpaši bīstami epidemioloģiskajās attiecībās ir dzīvojamo telpu un sporta objektu gaiss. Piemēram, cīņu zālēs tiek novērots mikrobu saturs līdz 26 000 1 m3 gaisa. Aerogēnās infekcijas šādā gaisā izplatās ļoti ātri.

Putekļi Tās ir vieglas blīvas minerālas vai organiskas izcelsmes daļiņas, kas nokļūst putekļu plaušās, tās tur paliek un izraisa dažādas slimības. Rūpnieciskie putekļi (svins, hroms) var izraisīt saindēšanos. Pilsētās putekļu daudzums nedrīkst pārsniegt 0,15 mg/m3.Sporta laukumi regulāri jālaista, jābūt ar zaļo zonu, jāveic mitrā tīrīšana. Visiem atmosfēru piesārņojošajiem uzņēmumiem noteiktas sanitārās aizsargjoslas. Saskaņā ar bīstamības klasi viņiem ir dažādi izmēri: 1. klases uzņēmumiem - 1000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 -100 m, 5 - 50 m Novietojot sporta bāzes uzņēmumu tuvumā, jārēķinās ar vēja rozi, sanit. aizsargjoslas, gaisa piesārņojuma pakāpe u.c.

Viens no svarīgiem pasākumiem gaisa vides aizsardzībā ir profilaktiskā un aktuālā sanitārā uzraudzība un sistemātiska atmosfēras gaisa stāvokļa uzraudzība. To ražo, izmantojot automatizētu uzraudzības sistēmu.

Tīram atmosfēras gaisam pie Zemes virsmas ir šāds ķīmiskais sastāvs: skābeklis - 20,93%, oglekļa dioksīds - 0,03-0,04%, slāpeklis - 78,1%, argons, hēlijs, kriptons 1%.

Izelpotais gaiss satur par 25% mazāk skābekļa un 100 reizes vairāk oglekļa dioksīda.
Skābeklis. Vissvarīgākā gaisa sastāvdaļa. Tas nodrošina redoksprocesu norisi organismā. Pieaugušais miera stāvoklī patērē 12 litrus skābekļa, fiziska darba laikā 10 reizes vairāk. Asinīs skābeklis ir saistīts ar hemoglobīnu.

Ozons.Ķīmiski nestabila gāze, kas spēj absorbēt saules īsviļņu ultravioleto starojumu, kam ir kaitīga ietekme uz visu dzīvo. Ozons absorbē garo viļņu infrasarkano starojumu, kas nāk no Zemes, un tādējādi novērš tā pārmērīgu atdzišanu (Zemes ozona slāni). UV starojuma ietekmē ozons sadalās molekulā un skābekļa atomā. Ozons ir baktericīds līdzeklis ūdens dezinfekcijai. Dabā tas veidojas elektrisko izlāžu laikā, ūdens iztvaikošanas laikā, ultravioletā starojuma laikā, negaisa laikā, kalnos un skujkoku mežos.

Oglekļa dioksīds. Tas veidojas cilvēku un dzīvnieku organismā notiekošo redoksprocesu, kurināmā sadegšanas, organisko vielu sabrukšanas rezultātā. Pilsētu gaisā ogļskābās gāzes koncentrācija paaugstināta rūpniecisko emisiju dēļ - līdz 0,045%, dzīvojamās telpās - līdz 0,6-0,85. Pieaugušais miera stāvoklī izdala 22 litrus oglekļa dioksīda stundā, bet fiziska darba laikā - 2-3 reizes vairāk. Cilvēka pašsajūtas pasliktināšanās pazīmes parādās tikai ilgstoši ieelpojot 1-1,5% oglekļa dioksīdu saturošu gaisu, izteiktas funkcionālās izmaiņas - 2-2,5% koncentrācijā un izteikti simptomi (galvassāpes, vispārējs vājums, elpas trūkums, sirdsklauves). , veiktspējas samazināšanās) - par 3-4%. Oglekļa dioksīda higiēniskā nozīme slēpjas tajā, ka tas kalpo kā netiešs vispārējā gaisa piesārņojuma rādītājs. Oglekļa dioksīda norma sporta zālēs ir 0,1%.

Slāpeklis. Vienaldzīga gāze kalpo kā atšķaidītājs citām gāzēm. Pastiprināta slāpekļa ieelpošana var radīt narkotisku efektu.

Oglekļa monoksīds. Tas veidojas organisko vielu nepilnīgas sadegšanas laikā. Nav krāsas vai smaržas. Koncentrācija atmosfērā ir atkarīga no transportlīdzekļu satiksmes intensitātes. Caur plaušu alveolām iekļūstot asinīs, veidojas karboksihemoglobīns, kā rezultātā hemoglobīns zaudē spēju pārnēsāt skābekli. Maksimāli pieļaujamā oglekļa monoksīda vidējā diennakts koncentrācija ir 1 mg/m3.

Oglekļa oksīda toksiskās devas gaisā ir 0,25-0,5 mg/l. Ar ilgstošu iedarbību, galvassāpes, ģībonis, sirdsklauves.

Sēra dioksīds. Tas nonāk atmosfērā, sadedzinot ar sēru bagātu kurināmo (ogles). Tas veidojas sēra rūdu grauzdēšanas un kausēšanas laikā, audumu krāsošanas laikā. Tas kairina acu un augšējo elpceļu gļotādas. Sajūtu slieksnis ir 0,002-0,003 mg / l. Gāze ir īpaši kaitīga veģetācijai skujkoki koki.
Gaisa mehāniskie piemaisījumi nonāk dūmu, kvēpu, kvēpu, sasmalcinātu augsnes daļiņu un citu cietvielu veidā. Putekļu saturs gaisā ir atkarīgs no augsnes īpašībām (smiltis, māls, asfalts), tās sanitārā stāvokļa (laistīšana, tīrīšana), gaisa piesārņojuma ar rūpnieciskajām emisijām, telpu sanitārā stāvokļa.

Putekļi mehāniski kairina augšējo elpceļu un acu gļotādas. Sistemātiska putekļu ieelpošana izraisa elpceļu slimības. Elpojot caur degunu, tiek aizturēti līdz 40-50% putekļu. Higiēnas ziņā visnelabvēlīgākie ir mikroskopiskie putekļi, kas ilgstoši atrodas suspendētā stāvoklī. Putekļu elektriskais lādiņš uzlabo to spēju iekļūt plaušās un tajās uzkavēties. Putekļi. kas satur svinu, arsēnu, hromu un citas toksiskas vielas, izraisa tipiskas saindēšanās parādības, un, nonākot ne tikai ieelpojot, bet arī caur ādu un kuņģa-zarnu traktu. Putekļainā gaisā ievērojami samazinās saules starojuma intensitāte un gaisa jonizācija. Lai novērstu putekļu negatīvo ietekmi uz ķermeni, dzīvojamās ēkas tiek likvidētas pret gaisa piesārņotājiem no vēja puses. Starp tām ir ierīkotas 50-1000 m platas un vairāk sanitārās aizsargjoslas. Dzīvojamās telpās sistemātiski mitrā tīrīšana, telpu vēdināšana, apavu un virsdrēbju maiņa, neputekļainās augsnes izmantošana un laistīšana atklātās vietās.

gaisa mikroorganismi. Baktēriju gaisa piesārņojums, tāpat kā citi objekti ārējā vide(ūdens, augsne), ir epidemioloģiskā ziņā bīstams. Gaisā ir dažādi mikroorganismi: baktērijas, vīrusi, pelējuma sēnītes, rauga šūnas. Visizplatītākā ir infekciju pārnešanas metode ar gaisu: liels skaits mikrobi, kas elpošanas laikā nonāk elpceļos veseliem cilvēkiem. Piemēram, skaļi runājot un vēl jo vairāk klepojot un šķaudot, mazākie pilieni tiek izsmidzināti 1-1,5 m attālumā un izplatās ar gaisu līdz 8-9 m. Šie pilieni var būt suspensijā 4-5 stundas , bet vairumā gadījumu nokārtojas 40-60 minūtēs. Putekļos gripas vīruss un difterijas baciļi saglabā dzīvotspēju 120-150 dienas. Ir labi zināma saistība: jo vairāk putekļu iekštelpu gaisā, jo bagātīgāks tajā ir mikrofloras saturs.

Gaiss ir dabisks gāzu maisījums, kas izveidojies Zemes evolūcijas laikā. Gaiss ir vissvarīgākais cilvēka vides un visas dzīvās būtnes elements uz mūsu planētas. Gaiss pastāvīgi ieskauj cilvēka ķermeni un ir vitāli svarīgs tā normālai darbībai. Dzīve pati par sevi nav iespējama bez elpošanas procesiem.

Gaisa sastāvs

Zemes atmosfēra ir daudzslāņu. Zemei tuvākais atmosfēras slānis, ko mēs elpojam, sastāv no šādiem periodiskās tabulas elementiem: slāpeklis, skābeklis, argons, kā arī oglekļa dioksīds. Tālāk seko gāzes, kuru īpatsvars kopējā gaisa tilpumā ir mazāks par 0,002%, - hēlijs, neona gāze, kriptons, ūdeņradis, ksenons, metāns un ozons.

Šāds sastāvs var ievērojami atšķirties atkarībā no vietas, piemēram, tas atšķiras pilsētā un mežā, piekrastē un kalnos.

Ūdens tvaikiem, ozonam un oglekļa dioksīdam ir liela nozīme, lai novērstu saules staru sasilšanu un iznīcinot dzīvos organismus, kas dzīvo uz planētas virsmas.

Atsevišķi jāsaka par oglekļa dioksīdu: to izelpo visas dzīvās radības uz planētas, to izdala trūdoši augi un organismi, to satur ugunsgrēka dūmi. Tikai augi spēj "ieelpot" oglekļa dioksīdu un "izelpot" skābekli. No otras puses, cilvēki un dzīvnieki ieelpo skābekli un izelpo oglekļa dioksīdu.

Gaisa sastāvs

Gaisa īpašības

Gaiss var tikt saspiests un kļūt elastīgs. Cilvēki ir iemācījušies izmantot saspiestā gaisa spēku, pateicoties kuriem darbojas daudzi mehānismi. Tie ir, piemēram, kompresors akvārijam, sūknis riepu piepumpēšanai velosipēdiem un automašīnām.

Gaiss labi notur siltumu. Šis īpašums palīdz cilvēkiem, dzīvniekiem un pat augiem. Cilvēks ievieto dubultos rāmjus, starp kuriem spārniem ir gaiss, un tā izolē savu māju. Putni un zīdītāji uztur savu ķermeni siltu, pateicoties gaisam, kas atrodas starp spalvām vai kažokādu. Salnā augus silda gaiss zem sniega, kas atrodas starp sniegpārslām. Tāpēc ziemā augiem nepieciešama sniega sega.

Ozona slānis

Svaiguma smarža pēc pērkona negaisa ir smarža ozons. Saules ultravioletā starojuma ietekmē skābeklis pārvēršas ozonā. Šāda gāzes sega klāj Zemi 18-25 km augstumā. Tas ir tas, kas aizkavē saules starus, kas ir postoši visam dzīvajam. Turklāt ozons veidojas elektriskās izlādes rezultātā, piemēram, pērkona negaisa laikā un oksidēšanās laikā. jūras ūdeņi skuju koku nezāles vai sveķi.

Ozonu iznīcina ķīmiskie savienojumi, kas satur hloru vai fluoru. Piemēram, tas ir freons, ko izmanto kā aukstumaģentu. Šo vielu iedarbības rezultātā ozona slānis atmosfērā kļūst plānāks, veidojot ozona caurumu. Tomēr ozona caurumu augšana un sarukšana ir arī dabas parādība un nav pilnībā atkarīga no cilvēka darbības.

Līdz šim zinātnieki ir atklājuši, ka ozona slāņa biezums virs Antarktīdas ir ievērojami samazinājies. Šī iemesla dēļ liels skaits ultravioletie stari sasniedz zemes virsmu.

Atmosfēras traucējumi

Cilvēks piesārņo atmosfēru, izdalot tajā kaitīgas gāzes, kurām ir dažādi nosaukumi: metāns, oglekļa monoksīds, sēra dioksīds. Kaitīgas gāzes rodas sadegšanas rezultātā dažādas vielas: benzīns, kas darbina automašīnas, ogles, kas silda plīti, mākslīgi radīti materiāli un ķīmiskās vielas kas sadedzina dažādus uzņēmumus. Tas noved pie tā, ka skābekļa saturs gaisā, ko mēs elpojam, ir ievērojami samazināts, un palielinās oglekļa dioksīda saturs.

Īpaši bīstami visām dzīvajām vielām, kuras sauc aerosoli. Ja jūs ieelpojat šādas vielas, jūs varat nopietni saslimt. Virs lielākās pilsētas aerosolu daudzums ir ļoti liels. Tāpēc pilsētās bieži ir grūti elpot.

Atmosfēras sastāvs un struktūra.

Atmosfēra ir Zemes gāzveida apvalks. Atmosfēras vertikālais apjoms ir lielāks par trim zemes rādiusiem (vidējais rādiuss ir 6371 km), un masa ir 5,157 x 10 15 tonnas, kas ir aptuveni miljonā daļa no Zemes masas.

Atmosfēras sadalīšana slāņos vertikālā virzienā balstās uz sekojošo:

- atmosfēras gaisa sastāvs,

— fizikālie un ķīmiskie procesi;

— temperatūras sadalījums augstumā;

— atmosfēras mijiedarbība ar apakšējo virsmu.

Mūsu planētas atmosfēra ir dažādu gāzu, tostarp ūdens tvaiku, kā arī noteikta daudzuma aerosolu mehānisks maisījums. Sausā gaisa sastāvs zemākajos 100 km paliek gandrīz nemainīgs. Tīrs un sauss gaiss, kurā nav ūdens tvaiku, putekļu un citu piemaisījumu, ir gāzu, galvenokārt slāpekļa (78% no gaisa tilpuma) un skābekļa (21%), maisījums. Nedaudz mazāk par vienu procentu ir argons, un ļoti mazos daudzumos ir daudz citu gāzu - ksenons, kriptons, oglekļa dioksīds, ūdeņradis, hēlijs utt. (1.1. tabula).

Slāpeklis, skābeklis un citas atmosfēras gaisa sastāvdaļas vienmēr atrodas atmosfērā gāzveida stāvoklī, jo kritiskās temperatūras, tas ir, temperatūras, kurās tās var atrasties šķidrā stāvoklī, ir daudz zemākas nekā temperatūra, kas novērota uz Zemes virsmas. . Izņēmums ir oglekļa dioksīds. Tomēr, lai pārietu uz šķidru stāvokli, papildus temperatūrai ir jāsasniedz arī piesātinājuma stāvoklis. Oglekļa dioksīda atmosfērā ir maz (0,03%), un tas ir atsevišķu molekulu veidā, kas vienmērīgi sadalīts starp citu atmosfēras gāzu molekulām. Pēdējo 60-70 gadu laikā tā saturs cilvēka darbības ietekmē ir palielinājies par 10-12%.

Vairāk nekā citi var mainīties ūdens tvaiku saturs, kura koncentrācija uz Zemes virsmas augstā temperatūrā var sasniegt 4%. Palielinoties augstumam un pazeminoties temperatūrai, ūdens tvaiku saturs strauji samazinās (1,5-2,0 km augstumā - uz pusi un 10-15 reizes no ekvatora līdz polam).

Cieto piemaisījumu masa pēdējo 70 gadu laikā ziemeļu puslodes atmosfērā ir palielinājusies aptuveni 1,5 reizes.

Gaisa gāzes sastāva noturību nodrošina intensīva apakšējā gaisa slāņa sajaukšanās.

Sausā gaisa apakšējo slāņu gāzes sastāvs (bez ūdens tvaikiem)

Atmosfēras gaisa galveno gāzu loma un nozīme

SKĀBEKLIS (O) vitāli svarīga gandrīz visiem planētas iedzīvotājiem. Tā ir aktīvā gāze. Tas piedalās ķīmiskās reakcijās ar citām atmosfēras gāzēm. Skābeklis aktīvi absorbē starojuma enerģiju, īpaši ļoti īsus viļņu garumus, kas mazāki par 2,4 μm. Saules ultravioletā starojuma ietekmē (X< 03 µm), skābekļa molekula sadalās atomos. Atomu skābeklis, savienojoties ar skābekļa molekulu, veido jaunu vielu - trīsatomu skābekli vai ozons(Ozs). Ozons galvenokārt atrodams lielos augstumos. Tur viņa loma planētai ir ārkārtīgi izdevīga. Uz Zemes virsmas ozons veidojas zibens izlādes laikā.

Atšķirībā no visām pārējām atmosfēras gāzēm, kurām nav ne garšas, ne smaržas, ozonam ir raksturīga smarža. Tulkojumā no grieķu valodas vārds "ozons" nozīmē "asi smaržojošs". Pēc pērkona negaisa šī smarža ir patīkama, tā tiek uztverta kā svaiguma smarža. Lielos daudzumos ozons ir indīga viela. Pilsētās, kurās ir liels automašīnu skaits un līdz ar to arī lielas automašīnu gāzu emisijas, bez mākoņainā vai nedaudz mākoņainā laikā saules gaismas ietekmē veidojas ozons. Pilsēta tīta dzeltenzilā mākonī, pasliktinās redzamība. Tas ir fotoķīmiskais smogs.

SLĀPEKLIS (N2) ir neitrāla gāze, tā nereaģē ar citām atmosfēras gāzēm, nepiedalās starojuma enerģijas absorbēšanā.

Līdz 500 km augstumam atmosfēra galvenokārt sastāv no skābekļa un slāpekļa. Tajā pašā laikā, ja atmosfēras apakšējā slānī dominē slāpeklis, tad lielā augstumā skābekļa ir vairāk nekā slāpekļa.

ARGONS (Ag) - neitrāla gāze, neiestājas reakcijā, nepiedalās starojuma enerģijas absorbēšanā un izstarošanā. Līdzīgi - ksenons, kriptons un daudzas citas gāzes. Argons ir smaga viela, tā ir ļoti maz augstajos atmosfēras slāņos.

OGLEKĻA DIOKSĪDS (CO2) atmosfērā ir vidēji 0,03%. Šī gāze ir ļoti nepieciešama augiem un tiek aktīvi absorbēta.

Faktiskais daudzums gaisā var nedaudz atšķirties. Rūpnieciskajās zonās tā apjoms var palielināties līdz 0,05%. Laukos virs mežiem lauku ir mazāk. Virs Antarktīdas aptuveni 0,02% oglekļa dioksīda, t.i., gandrīz Ouse mazāks par vidējo daudzumu atmosfērā. Tikpat daudz un vēl mazāk virs jūras - 0,01 - 0,02%, jo oglekļa dioksīdu intensīvi absorbē ūdens.

Gaisa slānī, kas atrodas tieši blakus zemes virsmai, arī oglekļa dioksīda daudzums piedzīvo ikdienas svārstības.

Naktī vairāk, dienā mazāk. Tas izskaidrojams ar to, ka dienas laikā augi absorbē oglekļa dioksīdu, bet ne naktī. Planētas augi gada laikā no atmosfēras paņem aptuveni 550 miljardus tonnu skābekļa un atgriež tajā aptuveni 400 miljardus tonnu skābekļa.

Oglekļa dioksīds ir pilnīgi caurspīdīgs īsa viļņa garuma saules stariem, bet intensīvi absorbē Zemes termisko infrasarkano starojumu. Ar to saistīta siltumnīcas efekta problēma, par kuru periodiski uzliesmo diskusijas zinātniskās preses lappusēs un galvenokārt masu medijos.

HĒLIJS (He) ir ļoti viegla gāze. Tas iekļūst atmosfērā no zemes garoza no torija un urāna radioaktīvās sabrukšanas. Hēlijs izplūst kosmosā. Hēlija samazināšanās ātrums atbilst tā iekļūšanas ātrumam no Zemes zarnām. No 600 km līdz 16 000 km augstumā mūsu atmosfēru galvenokārt veido hēlijs. Vernadska vārdiem sakot, tas ir "Zemes hēlija vainags". Hēlijs nereaģē ar citām atmosfēras gāzēm un nepiedalās starojuma siltuma pārnesē.

ŪDEŅRADS (Hg) ir vēl vieglāka gāze. Zemes virsmas tuvumā tā ir ļoti maz. Tas paceļas augšējos atmosfēras slāņos. Termosfērā un eksosfērā atomu ūdeņradis kļūst par dominējošo sastāvdaļu. Ūdeņradis ir mūsu planētas augstākais un tālākais apvalks.

Virs 16 000 km līdz atmosfēras augšējai robežai, tas ir, līdz 30-40 tūkstošu km augstumam, dominē ūdeņradis. Tādējādi mūsu atmosfēras ķīmiskais sastāvs ar augstumu tuvojas Visuma ķīmiskajam sastāvam, kurā visizplatītākie elementi ir ūdeņradis un hēlijs.

Attālākajā, ārkārtīgi reti sastopamajā daļā augšējā atmosfēraūdeņradis un hēlijs izplūst no atmosfēras. Viņu atsevišķiem atomiem ir pietiekami liels ātrums tam.

Atmosfēra ir Zemes gaisa apvalks. Izstiepjas līdz 3000 km no zemes virsmas. Tās pēdas var izsekot līdz pat 10 000 km augstumam. A. ir nevienmērīgs blīvums 50 5; tā masas koncentrējas līdz 5 km, 75% - līdz 10 km, 90% - līdz 16 km.

Atmosfēra sastāv no gaisa - vairāku gāzu mehāniska maisījuma.

Slāpeklis(78%) atmosfērā pilda skābekļa šķīdinātāja lomu, regulējot oksidācijas ātrumu un līdz ar to arī bioloģisko procesu ātrumu un intensitāti. Slāpeklis ir galvenais zemes atmosfēras elements, kas nepārtraukti apmainās ar biosfēras dzīvo vielu, un pēdējās sastāvdaļas ir slāpekļa savienojumi (aminoskābes, purīni utt.). Slāpekļa ieguve no atmosfēras notiek neorganiskos un bioķīmiskos veidos, lai gan tie ir savstarpēji cieši saistīti. Neorganiskā ekstrakcija ir saistīta ar tās savienojumu N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 veidošanos. Tie ir sastopami atmosfēras nokrišņos un veidojas atmosfērā elektrisko izlāžu ietekmē pērkona negaisa laikā vai fotoķīmisko reakciju rezultātā saules starojuma ietekmē.

Bioloģisko slāpekļa fiksāciju veic dažas baktērijas simbiozē ar augstākiem augiem augsnēs. Slāpekli fiksē arī daži planktona mikroorganismi un aļģes jūras vidē. Kvantitatīvā izteiksmē slāpekļa bioloģiskā saistīšanās pārsniedz tā neorganisko fiksāciju. Visa slāpekļa apmaiņa atmosfērā ilgst aptuveni 10 miljonus gadu. Slāpeklis ir atrodams vulkāniskas izcelsmes gāzēs un magmatiskos iežos. Karsējot dažādus kristālisko iežu un meteorītu paraugus, izdalās slāpeklis N 2 un NH 3 molekulu veidā. Tomēr galvenā slāpekļa klātbūtnes forma gan uz Zemes, gan uz sauszemes planētām ir molekulāra. Amonjaks, nokļūstot atmosfēras augšējos slāņos, ātri oksidējas, izdalot slāpekli. Nogulumiežu iežos tas ir aprakts kopā ar organiskajām vielām un ir sastopams palielinātā daudzumā bitumena nogulsnēs. Šo iežu reģionālās metamorfizācijas procesā slāpeklis dažādās formās izdalās Zemes atmosfērā.

Ģeoķīmiskais slāpekļa cikls (

Skābeklis(21%) izmanto dzīvie organismi elpošanai, ir daļa no organiskajām vielām (olbaltumvielām, taukiem, ogļhidrātiem). Ozons O 3 . bloķē dzīvībai bīstamo ultravioleto starojumu no Saules.

Skābeklis ir otrā visbiežāk sastopamā gāze atmosfērā, kam ir ārkārtīgi svarīga loma daudzos biosfēras procesos. Dominējošā tā eksistences forma ir O 2 . Atmosfēras augšējos slāņos ultravioletā starojuma ietekmē sadalās skābekļa molekulas, un aptuveni 200 km augstumā atomu skābekļa attiecība pret molekulu (O: O 2) kļūst vienāda ar 10. Kad šīs formas skābeklis mijiedarbojas atmosfērā (20-30 km augstumā), ozona josla (ozona vairogs). Ozons (O 3) ir nepieciešams dzīviem organismiem, aizkavējot lielāko daļu tiem kaitīgā saules ultravioletā starojuma.

Zemes attīstības sākumposmā brīvais skābeklis radās ļoti mazos daudzumos oglekļa dioksīda un ūdens molekulu fotodisociācijas rezultātā atmosfēras augšējos slāņos. Tomēr šie nelielie daudzumi ātri tika patērēti citu gāzu oksidēšanā. Līdz ar autotrofisko fotosintētisko organismu parādīšanos okeānā situācija ir būtiski mainījusies. Brīvā skābekļa daudzums atmosfērā sāka pakāpeniski palielināties, aktīvi oksidējot daudzas biosfēras sastāvdaļas. Tādējādi pirmās brīvā skābekļa porcijas galvenokārt veicināja dzelzs dzelzs formu pāreju oksīda formās un sulfīdus sulfātos.

Galu galā brīvā skābekļa daudzums Zemes atmosfērā sasniedza noteiktu masu un izrādījās līdzsvarots tā, ka saražotais daudzums kļuva vienāds ar absorbēto daudzumu. Atmosfērā tika noteikta relatīvā brīvā skābekļa satura noturība.

Ģeoķīmiskais skābekļa cikls (V.A. Vronskis, G.V. Voitkevičs)

Oglekļa dioksīds, iet uz dzīvās vielas veidošanos, un kopā ar ūdens tvaikiem rada tā saukto "siltumnīcas (siltumnīcas) efektu."

Ogleklis (oglekļa dioksīds) - lielākā daļa no tā atmosfērā ir CO 2 formā un daudz mazāk CH 4 formā. Oglekļa ģeoķīmiskās vēstures nozīme biosfērā ir ārkārtīgi liela, jo tā ir daļa no visa dzīvie organismi. Dzīvos organismos dominē reducētās oglekļa formas, bet biosfēras vidē - oksidētās. Tādējādi tiek noteikta dzīves cikla ķīmiskā apmaiņa: CO 2 ↔ dzīvā viela.

Galvenais oglekļa dioksīda avots biosfērā ir vulkāniskā darbība, kas saistīta ar mantijas un zemes garozas apakšējo horizontu sekulāru degazēšanu. Daļa no šī oglekļa dioksīda rodas seno kaļķakmeņu termiskās sadalīšanās rezultātā dažādās metamorfās zonās. CO 2 migrācija biosfērā notiek divos veidos.

Pirmā metode izpaužas kā CO 2 absorbcija fotosintēzes procesā ar organisko vielu veidošanos un sekojošu apglabāšanu labvēlīgos reducējošos apstākļos litosfērā kūdras, ogļu, naftas, degslānekļa veidā. Saskaņā ar otro metodi oglekļa migrācijas rezultātā hidrosfērā veidojas karbonātu sistēma, kur CO 2 pārvēršas par H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Tad, piedaloties kalcijam (retāk magnija un dzelzs), karbonātu nogulsnēšanās notiek biogēnā un abiogēnā veidā. Parādās biezi kaļķakmeņu un dolomītu slāņi. Saskaņā ar A.B. Ronova, organiskā oglekļa (Corg) un karbonāta oglekļa (Ccarb) attiecība biosfēras vēsturē bija 1:4.

Līdzās globālajam oglekļa ciklam ir vairāki tā mazie cikli. Tātad uz sauszemes zaļie augi dienas laikā absorbē CO 2 fotosintēzes procesam, un naktī tie izdala to atmosfērā. Līdz ar dzīvo organismu nāvi uz zemes virsmas organiskās vielas oksidējas (piedaloties mikroorganismiem), izdalot atmosfērā CO 2. Pēdējās desmitgadēs īpašu vietu oglekļa ciklā ir ieņēmusi fosilā kurināmā masveida sadegšana un tā satura palielināšanās mūsdienu atmosfērā.

Oglekļa cikls ģeogrāfiskā apvalkā (pēc F. Ramad, 1981)

Argons- trešā visizplatītākā atmosfēras gāze, kas to krasi atšķir no citām ārkārtīgi reti sastopamajām inertajām gāzēm. Tomēr argonam savā ģeoloģiskajā vēsturē ir līdzīgs šo gāzu liktenis, kam raksturīgas divas pazīmes:

1. to uzkrāšanās atmosfērā neatgriezeniskums;
2. cieša saistība ar noteiktu nestabilu izotopu radioaktīvo sabrukšanu.

Inertās gāzes atrodas ārpus lielākās daļas ciklisko elementu aprites Zemes biosfērā.

Visas inertās gāzes var iedalīt primārajās un radiogēnajās. Primārie ir tie, kurus Zeme sagūstīja tās veidošanās laikā. Tie ir ārkārtīgi reti. Argona primāro daļu galvenokārt veido 36 Ar un 38 Ar izotopi, savukārt atmosfēras argons pilnībā sastāv no 40 Ar izotopa (99,6%), kas neapšaubāmi ir radiogēns. Kāliju saturošajos iežos radiogēnais argons, kas uzkrāts kālija-40 sabrukšanas rezultātā, uztverot elektronus: 40 K + e → 40 Ar.

Tāpēc argona saturu akmeņos nosaka to vecums un kālija daudzums. Tādā mērā hēlija koncentrācija akmeņos ir atkarīga no to vecuma un torija un urāna satura. Argons un hēlijs izdalās atmosfērā no zemes iekšpuses vulkānu izvirdumu laikā, caur zemes garozas plaisām gāzes strūklu veidā, kā arī iežu dēdēšanas laikā. Saskaņā ar P. Dimona un J. Kulpa veiktajiem aprēķiniem, mūsdienu laikmetā hēlijs un argons uzkrājas zemes garozā un nonāk atmosfērā salīdzinoši nelielos daudzumos. Šo radiogēno gāzu iekļūšanas ātrums ir tik zems, ka Zemes ģeoloģiskās vēstures laikā tā nevarēja nodrošināt novēroto to saturu mūsdienu atmosfērā. Tāpēc atliek pieņemt, ka lielākā daļa atmosfērā esošā argona nāca no Zemes zarnām tās attīstības agrīnajos posmos, bet daudz mazāka daļa tika pievienota vēlāk vulkānisma procesā un kālija laika apstākļu ietekmē. satur akmeņus.

Tādējādi ģeoloģiskā laikā hēlijam un argonam bija dažādi migrācijas procesi. Atmosfērā ir ļoti maz hēlija (apmēram 5 * 10 -4%), un Zemes "hēlija elpa" bija vieglāka, jo tā kā vieglākā gāze izkļuva kosmosā. Un "argona elpa" - smags un argons palika mūsu planētas iekšienē. Lielākā daļa primāro inerto gāzu, piemēram, neons un ksenons, bija saistītas ar primāro neonu, ko Zeme notvēra tās veidošanās laikā, kā arī ar izdalīšanos atmosfērā apvalka degazēšanas laikā. Datu kopums par cēlgāzu ģeoķīmiju liecina, ka Zemes primārā atmosfēra radās maksimāli agrīnās stadijas tās attīstību.

Atmosfēra satur ūdens tvaiki un ūdensšķidrā un cietā stāvoklī. Ūdens atmosfērā ir svarīgs siltuma akumulators.

Atmosfēras apakšējos slāņos ir liels daudzums minerālu un tehnogēno putekļu un aerosolu, sadegšanas produktu, sāļu, sporu un augu putekšņu u.c.

Līdz 100-120 km augstumam gaisa pilnīgas sajaukšanās dēļ atmosfēras sastāvs ir viendabīgs. Slāpekļa un skābekļa attiecība ir nemainīga. Virs dominē inertās gāzes, ūdeņradis uc Atmosfēras zemākajos slāņos ir ūdens tvaiki. Ar attālumu no zemes tā saturs samazinās. Iepriekš gāzu attiecība mainās, piemēram, 200-800 km augstumā skābeklis 10-100 reižu dominē pār slāpekli.

Zemes sastāvs. Gaiss

Gaiss ir mehānisks dažādu gāzu maisījums, kas veido Zemes atmosfēru. Gaiss ir būtisks dzīvo organismu elpošanai, un to plaši izmanto rūpniecībā.

To, ka gaiss ir maisījums, nevis viendabīga viela, pierādīja skotu zinātnieka Džozefa Bleka eksperimenti. Vienā no tiem zinātnieks atklāja, ka, karsējot balto magnēziju (magnija karbonātu), izdalās "saistītais gaiss", tas ir, oglekļa dioksīds, un veidojas sadedzis magnēzijs (magnija oksīds). Turpretim, apdedzinot kaļķakmeni, tiek noņemts “saistītais gaiss”. Pamatojoties uz šiem eksperimentiem, zinātnieks secināja, ka atšķirība starp ogļskābajiem un kodīgajiem sārmiem ir tāda, ka pirmajā ietilpst oglekļa dioksīds, kas ir viens no sastāvdaļas gaiss. Šodien mēs zinām, ka papildus oglekļa dioksīdam zemes gaisa sastāvā ietilpst:

Tabulā norādītā gāzu attiecība zemes atmosfērā ir raksturīga tās apakšējiem slāņiem, līdz 120 km augstumam. Šajos apgabalos atrodas labi sajaukts, viendabīgs reģions, ko sauc par homosfēru. Virs homosfēras atrodas heterosfēra, kurai raksturīga gāzes molekulu sadalīšanās atomos un jonos. Reģioni ir atdalīti viens no otra ar turbopauzi.

Ķīmisko reakciju, kurā saules un kosmiskā starojuma ietekmē molekulas sadalās atomos, sauc par fotodisociāciju. Molekulārā skābekļa sabrukšanas laikā veidojas atomu skābeklis, kas ir galvenā atmosfēras gāze augstumā virs 200 km. Augstumā virs 1200 km sāk dominēt ūdeņradis un hēlijs, kas ir vieglākās no gāzēm.

Tā kā lielākā gaisa daļa ir koncentrēta 3 zemākajos atmosfēras slāņos, gaisa sastāva izmaiņām augstumā virs 100 km nav manāmas ietekmes uz kopējo atmosfēras sastāvu.

Slāpeklis ir visizplatītākā gāze, kas veido vairāk nekā trīs ceturtdaļas no zemes gaisa tilpuma. Mūsdienu slāpeklis radās, agrīnā amonjaka-ūdeņraža atmosfērā oksidējoties ar molekulāro skābekli, kas veidojas fotosintēzes laikā. Šobrīd neliels slāpekļa daudzums atmosfērā nonāk denitrifikācijas rezultātā – nitrātu reducēšanās procesā par nitrītiem, kam seko gāzveida oksīdu un molekulārā slāpekļa veidošanās, ko ražo anaerobie prokarioti. Daļa slāpekļa nonāk atmosfērā vulkānu izvirdumu laikā.

Atmosfēras augšējos slāņos, pakļaujot elektriskajām izlādēm ar ozona piedalīšanos, molekulārais slāpeklis tiek oksidēts līdz slāpekļa monoksīdam:

N 2 + O 2 → 2 NO

Normālos apstākļos monoksīds nekavējoties reaģē ar skābekli, veidojot slāpekļa oksīdu:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Slāpeklis ir vissvarīgākais ķīmiskais elements zemes atmosfērā. Slāpeklis ir daļa no olbaltumvielām, nodrošina augu minerālu uzturu. Tas nosaka bioķīmisko reakciju ātrumu, spēlē skābekļa šķīdinātāja lomu.

Skābeklis ir otrā visbiežāk sastopamā gāze Zemes atmosfērā. Šīs gāzes veidošanās ir saistīta ar augu un baktēriju fotosintēzes aktivitāti. Un jo daudzveidīgāki un daudzveidīgāki kļuva fotosintēzes organismi, jo nozīmīgāks kļuva skābekļa satura process atmosfērā. Mantijas degazēšanas laikā izdalās neliels daudzums smagā skābekļa.

Troposfēras un stratosfēras augšējos slāņos ultravioletā saules starojuma ietekmē (mēs to apzīmējam kā hν) veidojas ozons:

O 2 + hν → 2O

Tā paša ultravioletā starojuma darbības rezultātā ozons sadalās:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Pirmās reakcijas rezultātā veidojas atomu skābeklis, otrās – molekulārais skābeklis. Visas 4 reakcijas sauc par Čepmena mehānismu britu zinātnieka Sidnija Čepmena vārdā, kurš tās atklāja 1930. gadā.

Skābekli izmanto dzīvo organismu elpošanai. Ar tās palīdzību notiek oksidācijas un sadegšanas procesi.

Ozons kalpo dzīvo organismu aizsardzībai no ultravioletā starojuma, kas izraisa neatgriezeniskas mutācijas. Vislielākā ozona koncentrācija tiek novērota stratosfēras lejasdaļā t.s. ozona slānis vai ozona ekrāns, kas atrodas 22-25 km augstumā. Ozona saturs ir neliels: normālā spiedienā viss zemes atmosfēras ozons aizņemtu tikai 2,91 mm biezu slāni.

Atmosfērā trešās izplatītākās gāzes, argona, kā arī neona, hēlija, kriptona un ksenona veidošanās ir saistīta ar vulkānu izvirdumiem un radioaktīvo elementu sabrukšanu.

Jo īpaši hēlijs ir urāna, torija un rādija radioaktīvās sabrukšanas produkts: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (šajās reakcijās α- daļiņa ir hēlija kodols, kas enerģijas zuduma procesā uztver elektronus un kļūst par 4 He).

Argons veidojas kālija radioaktīvā izotopa sabrukšanas laikā: 40 K → 40 Ar + γ.

Neons izplūst no magmatiskajiem akmeņiem.

Kriptons veidojas kā urāna (235 U un 238 U) un torija Th sabrukšanas galaprodukts.

Lielākā daļa atmosfēras kriptona veidojās Zemes evolūcijas sākumposmā transurāna elementu sabrukšanas rezultātā ar fenomenāli īsu pussabrukšanas periodu vai nāca no kosmosa, kurā kriptona saturs ir desmit miljonus reižu lielāks nekā uz Zemes. .

Ksenons ir urāna skaldīšanas rezultāts, taču lielākā daļa šīs gāzes paliek pāri no Zemes veidošanās sākuma posmiem, no primārās atmosfēras.

Oglekļa dioksīds atmosfērā nonāk vulkānu izvirdumu rezultātā un organisko vielu sadalīšanās procesā. Tās saturs Zemes vidējo platuma grādu atmosfērā ļoti atšķiras atkarībā no gadalaikiem: ziemā CO 2 daudzums palielinās, bet vasarā samazinās. Šīs svārstības ir saistītas ar to augu darbību, kas fotosintēzes procesā izmanto oglekļa dioksīdu.

Ūdeņradis veidojas ūdens sadalīšanās rezultātā saules starojuma ietekmē. Bet, būdama vieglākā no atmosfēru veidojošajām gāzēm, tā pastāvīgi izplūst kosmosā, un tāpēc tās saturs atmosfērā ir ļoti mazs.

Ūdens tvaiki ir ūdens iztvaikošanas rezultāts no ezeru, upju, jūru un zemes virsmas.

Galveno gāzu koncentrācija atmosfēras apakšējos slāņos, izņemot ūdens tvaikus un oglekļa dioksīdu, ir nemainīga. Nelielos daudzumos atmosfērā ir sēra oksīds SO 2, amonjaks NH 3, oglekļa monoksīds CO, ozons O 3, hlorūdeņradis HCl, fluorūdeņradis HF, slāpekļa monoksīds NO, ogļūdeņraži, dzīvsudraba tvaiki Hg, jods I 2 un daudzi citi. Troposfēras apakšējā atmosfēras slānī pastāvīgi atrodas liels daudzums suspendētu cieto un šķidro daļiņu.

Cieto daļiņu avoti Zemes atmosfērā ir vulkānu izvirdumi, augu putekšņi, mikroorganismi un pēdējā laikā cilvēka darbība, piemēram, fosilā kurināmā dedzināšana ražošanas procesos. Mazākās putekļu daļiņas, kas ir kondensācijas kodoli, ir miglas un mākoņu veidošanās cēloņi. Bez cietām daļiņām, kas pastāvīgi atrodas atmosfērā, nokrišņi uz Zemes nenokristu.

Jāsaka, ka Zemes atmosfēras struktūra un sastāvs ne vienmēr bija nemainīgas vērtības vienā vai citā mūsu planētas attīstības periodā. Mūsdienās šī elementa vertikālo struktūru, kuras kopējais "biezums" ir 1,5-2,0 tūkstoši km, attēlo vairāki galvenie slāņi, tostarp:

1. Troposfēra.
2. tropopauze.
3. Stratosfēra.
4. Stratopauze.
5. mezosfēra un mezopauze.
6. Termosfēra.
7. eksosfēra.

Atmosfēras pamatelementi

Troposfēra ir slānis, kurā tiek novērotas spēcīgas vertikālas un horizontālas kustības, tieši šeit veidojas laika apstākļi, nokrišņi un klimatiskie apstākļi. Tas stiepjas 7-8 kilometrus no planētas virsmas gandrīz visur, izņemot polāros apgabalus (tur - līdz 15 km). Troposfērā notiek pakāpeniska temperatūras pazemināšanās, aptuveni 6,4 ° C ar katru augstuma kilometru. Šis skaitlis var atšķirties dažādos platuma grādos un gadalaikos.

Zemes atmosfēras sastāvu šajā daļā attēlo šādi elementi un to procenti:

Slāpeklis - apmēram 78 procenti;

Skābeklis - gandrīz 21 procents;

Argons - apmēram viens procents;

Oglekļa dioksīds - mazāks par 0,05%.

Viena kompozīcija līdz 90 kilometru augstumam

Turklāt te atrodami putekļi, ūdens pilieni, ūdens tvaiki, sadegšanas produkti, ledus kristāli, jūras sāļi, daudzas aerosola daļiņas u.c.. Šāds Zemes atmosfēras sastāvs novērojams līdz aptuveni deviņdesmit kilometru augstumā, tāpēc gaiss ķīmiskajā sastāvā ir aptuveni vienāds ne tikai troposfērā, bet arī augšējos slāņos. Bet tur atmosfēra ir principiāli atšķirīga. fizikālās īpašības. Slāni, kuram ir kopīgs ķīmiskais sastāvs, sauc par homosfēru.

Kādi citi elementi atrodas Zemes atmosfērā? Procentos (pēc tilpuma, sausā gaisā) tādas gāzes kā kriptons (apmēram 1,14 x 10 -4), ksenons (8,7 x 10 -7), ūdeņradis (5,0 x 10 -5), metāns (apmēram 1,7 x 10 -7). 4), slāpekļa oksīds (5,0 x 10 -5) utt. Pēc uzskaitīto komponentu masas procentiem visvairāk ir slāpekļa oksīds un ūdeņradis, kam seko hēlijs, kriptons u.c.

Dažādu atmosfēras slāņu fizikālās īpašības

Troposfēras fizikālās īpašības ir cieši saistītas ar tās piesaisti planētas virsmai. No šejienes atstarotais saules siltums infrasarkano staru veidā tiek nosūtīts atpakaļ uz augšu, ieskaitot siltuma vadīšanas un konvekcijas procesus. Tāpēc temperatūra pazeminās līdz ar attālumu no zemes virsmas. Šāda parādība tiek novērota līdz stratosfēras augstumam (11-17 kilometri), tad temperatūra praktiski nemainās līdz 34-35 km līmenim, un tad atkal notiek temperatūras paaugstināšanās līdz 50 kilometru augstumam ( stratosfēras augšējā robeža). Starp stratosfēru un troposfēru atrodas plāns tropopauzes starpslānis (līdz 1-2 km), kur virs ekvatora tiek novērota nemainīga temperatūra - apmēram mīnus 70 ° C un zemāk. Virs poliem tropopauze vasarā "uzsilst" līdz mīnus 45°C, ziemā temperatūra šeit svārstās ap -65°C.

Zemes atmosfēras gāzes sastāvs ietver tik svarīgu elementu kā ozons. Tās virsmas tuvumā ir salīdzinoši maz (desmit līdz mīnus sestā procenta jauda), jo gāze veidojas saules gaismas ietekmē no atomu skābekļa atmosfēras augšējos rajonos. Jo īpaši lielākā daļa ozona atrodas aptuveni 25 km augstumā, un viss "ozona ekrāns" atrodas apgabalos no 7-8 km polu reģionā, no 18 km pie ekvatora un līdz piecdesmit kilometriem. kopumā virs planētas virsmas.

Atmosfēra pasargā no saules starojuma

Gaisa sastāvam Zemes atmosfērā ir ļoti liela nozīme dzīvības saglabāšanā, jo individuāli ķīmiskie elementi un kompozīcijas veiksmīgi ierobežo saules starojuma piekļuvi zemes virsmai un uz tās dzīvojošiem cilvēkiem, dzīvniekiem un augiem. Piemēram, ūdens tvaiku molekulas efektīvi absorbē gandrīz visus infrasarkanā starojuma diapazonus, izņemot garumus diapazonā no 8 līdz 13 mikroniem. Savukārt ozons absorbē ultravioleto starojumu līdz 3100 A viļņa garumam. Bez tā plānā slāņa (vidēji 3 mm, ja to novieto uz planētas virsmas), tikai ūdeni vairāk nekā 10 metru dziļumā un pazemes alās, kur saules starojums nesasniedz, var apdzīvot..

Nulle pēc Celsija stratopauzē

Starp nākamajiem diviem atmosfēras līmeņiem, stratosfēru un mezosfēru, atrodas ievērojams slānis - stratopauze. Tas aptuveni atbilst ozona maksimumu augstumam un šeit ir vērojama cilvēkiem salīdzinoši ērta temperatūra - ap 0°C. Virs stratopauzes mezosfērā (sākas kaut kur 50 km augstumā un beidzas 80-90 km augstumā) atkal notiek temperatūras pazemināšanās, palielinoties attālumam no Zemes virsmas (līdz mīnus 70-80 °). C). Mezosfērā meteori parasti pilnībā izdeg.

Termosfērā - plus 2000 K!

Zemes atmosfēras ķīmiskais sastāvs termosfērā (sākas pēc mezopauzes no aptuveni 85-90 līdz 800 km augstuma) nosaka tādas parādības iespējamību kā ļoti retināta "gaisa" slāņu pakāpeniska sasilšana saules enerģijas ietekmē. starojums. Šajā planētas "gaisa vāka" daļā notiek temperatūra no 200 līdz 2000 K, kas tiek iegūta saistībā ar skābekļa jonizāciju (virs 300 km ir atomu skābeklis), kā arī skābekļa atomu rekombināciju molekulās. , ko pavada liela siltuma daudzuma izdalīšanās. Termosfēra ir vieta, kur rodas polārblāzmas.

Virs termosfēras atrodas eksosfēra – atmosfēras ārējais slānis, no kura vieglie un ātri kustīgie ūdeņraža atomi var izkļūt kosmosā. Zemes atmosfēras ķīmisko sastāvu šeit vairāk atspoguļo atsevišķi skābekļa atomi apakšējos slāņos, hēlija atomi vidū un gandrīz tikai ūdeņraža atomi augšējos slāņos. Šeit valda augsta temperatūra - aptuveni 3000 K un nav atmosfēras spiediena.

Kā veidojās Zemes atmosfēra?

Bet, kā minēts iepriekš, planētai ne vienmēr bija šāds atmosfēras sastāvs. Kopumā ir trīs šī elementa izcelsmes jēdzieni. Pirmā hipotēze paredz, ka atmosfēra tika ņemta akrecijas procesā no protoplanetāra mākoņa. Tomēr šodien šī teorija tiek nopietni kritizēta, jo šādu primāro atmosfēru noteikti ir iznīcinājis saules "vējš" no zvaigznes mūsu valstī. planētu sistēma. Turklāt tiek pieņemts, ka pārāk augstas temperatūras dēļ gaistošie elementi nevarēja palikt planētu veidošanās zonā, piemēram, sauszemes grupa.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs, kā liecina otrā hipotēze, varētu veidoties, aktīvi bombardējot virsmu ar asteroīdiem un komētām, kas atnākuši no Saules sistēmas apkārtnes attīstības sākumposmā. Ir diezgan grūti apstiprināt vai atspēkot šo koncepciju.

Eksperimentējiet IDG RAS

Visticamākā ir trešā hipotēze, kas uzskata, ka atmosfēra radusies gāzu izdalīšanās rezultātā no zemes garozas apvalka pirms aptuveni 4 miljardiem gadu. Šī koncepcija tika pārbaudīta Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģiskās ģeoloģijas institūtā eksperimenta laikā ar nosaukumu "Tsarev 2", kad meteoriskas izcelsmes paraugs tika karsēts vakuumā. Tad tika reģistrēta tādu gāzu izdalīšanās kā H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 uc Tāpēc zinātnieki pamatoti pieņēma, ka Zemes primārās atmosfēras ķīmiskais sastāvs ietvēra ūdeni un oglekļa dioksīdu, fluorūdeņradi. tvaiki (HF), oglekļa monoksīda gāze (CO), sērūdeņradis (H 2 S), slāpekļa savienojumi, ūdeņradis, metāns (CH 4), amonjaka tvaiki (NH 3), argons utt. Piedalījās primārās atmosfēras ūdens tvaiki. veidojoties hidrosfērai, ogļskābā gāze izrādījās vairāk saistītā stāvoklī organiskajās vielās un iežos, slāpeklis pārgāja mūsdienu gaisa sastāvā un atkal nogulumiežu iežos un organiskajās vielās.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs mūsdienu cilvēkiem neļautu tajā atrasties bez elpošanas aparāta, jo tajā laikā nebija skābekļa vajadzīgajā daudzumā. Šis elements ievērojamā daudzumā parādījās pirms pusotra miljarda gadu, kā tiek uzskatīts, saistībā ar fotosintēzes procesa attīstību zilaļģēs un citās aļģēs, kas ir mūsu planētas vecākie iemītnieki.

Skābekļa minimums

Par to, ka Zemes atmosfēras sastāvs sākotnēji bija gandrīz bezoksisks, liecina fakts, ka senākajos (Katarhejas) iežos ir atrodams viegli oksidēts, bet neoksidēts grafīts (ogleklis). Pēc tam parādījās tā sauktās lentveida dzelzsrūdas, kas ietvēra bagātinātu dzelzs oksīdu starpslāņus, kas nozīmē spēcīga skābekļa avota parādīšanos uz planētas molekulārā formā. Bet šie elementi parādījās tikai periodiski (varbūt vienas un tās pašas aļģes vai citi skābekļa ražotāji parādījās kā mazas salas bezskābekļa tuksnesī), kamēr pārējā pasaule bija anaeroba. Pēdējo apstiprina fakts, ka viegli oksidējams pirīts tika atrasts oļu veidā, ko plūsma apstrādā bez ķīmisku reakciju pēdām. Tā kā plūstošos ūdeņus nevar slikti aerēt, ir izveidojies uzskats, ka atmosfērā pirms Kembrija sākuma bija mazāk nekā viens procents skābekļa no mūsdienu sastāva.

Revolucionāras izmaiņas gaisa sastāvā

Apmēram proterozoika vidū (pirms 1,8 miljardiem gadu) notika “skābekļa revolūcija”, kad pasaule pārgāja uz aerobo elpošanu, kuras laikā no vienas barības vielu molekulas (glikozes) var iegūt 38, nevis divas (kā ar anaerobā elpošana) enerģijas vienības. Zemes atmosfēras sastāvs skābekļa izteiksmē sāka pārsniegt vienu procentu no mūsdienu, sāka veidoties ozona slānis, kas aizsargā organismus no radiācijas. Tieši no viņas “slēpa” zem bieziem čaumalām, piemēram, tādi seni dzīvnieki kā trilobīti. Kopš tā laika līdz mūsu laikam galvenā "elpošanas" elementa saturs pakāpeniski un lēnām ir palielinājies, nodrošinot dzīvības formu daudzveidību uz planētas.

Atmosfēra ir dažādu gāzu maisījums. Tas stiepjas no Zemes virsmas līdz pat 900 km augstumam, aizsargājot planētu no kaitīgā saules starojuma spektra, un satur gāzes, kas nepieciešamas visai dzīvībai uz planētas. Atmosfēra aiztur saules siltumu, sasilstot netālu no zemes virsmas un radot labvēlīgu klimatu.

Atmosfēras sastāvs

Zemes atmosfēra sastāv galvenokārt no divām gāzēm – slāpekļa (78%) un skābekļa (21%). Turklāt tajā ir oglekļa dioksīda un citu gāzu piemaisījumi. atmosfērā pastāv tvaiku, mitruma pilienu veidā mākoņos un ledus kristālu veidā.

Atmosfēras slāņi

Atmosfēra sastāv no daudziem slāņiem, starp kuriem nav skaidras robežas. Dažādu slāņu temperatūras ievērojami atšķiras viena no otras.

• bezgaisa magnetosfēra. Lielākā daļa Zemes pavadoņu šeit lido ārpus Zemes atmosfēras.
• Eksosfēra (450-500 km no virsmas). Gandrīz nesatur gāzes. Daži laika pavadoņi lido eksosfērā. Termosfērai (80-450 km) raksturīga augsta temperatūra augšējais slānis 1700°C.
• Mezosfēra (50-80 km). Šajā sfērā temperatūra pazeminās, palielinoties augstumam. Tieši šeit sadeg lielākā daļa meteorītu (kosmosa iežu fragmenti), kas nonāk atmosfērā.
• Stratosfēra (15-50 km). Satur ozona slāni, t.i., ozona slāni, kas absorbē saules ultravioleto starojumu. Tas noved pie temperatūras paaugstināšanās pie Zemes virsmas. Reaktīvās lidmašīnas šeit parasti lido, kā šajā slānī redzamība ir ļoti laba un laikapstākļi gandrīz netraucē.
• Troposfēra. Augstums svārstās no 8 līdz 15 km no zemes virsmas. Tieši šeit veidojas planētas laika apstākļi, kopš gada šajā slānī ir visvairāk ūdens tvaiku, putekļu un vēju. Temperatūra samazinās līdz ar attālumu no zemes virsmas.

Atmosfēras spiediens

Lai gan mēs to nejūtam, atmosfēras slāņi izdara spiedienu uz Zemes virsmu. Augstākais atrodas virsmas tuvumā, un, attālinoties no tās, tas pakāpeniski samazinās. Tas ir atkarīgs no temperatūras starpības starp zemi un okeānu, un tāpēc apgabalos, kas atrodas vienādā augstumā virs jūras līmeņa, bieži ir atšķirīgs spiediens. Zems spiediens rada mitru laiku, savukārt augsts spiediens parasti nosaka skaidru laiku.

Gaisa masu kustība atmosfērā

Un spiediens izraisa zemākas atmosfēras sajaukšanos. Šādi vēji pūš no reģioniem augstspiediena zemajā zonā. Daudzos reģionos ir arī lokāli vēji, ko izraisa zemes un jūras temperatūras atšķirības. Arī kalniem ir būtiska ietekme uz vēja virzienu.

siltumnīcas efekts

Oglekļa dioksīds un citas zemes atmosfērā esošās gāzes aiztur saules siltumu. Šo procesu parasti sauc par siltumnīcas efektu, jo tas daudzējādā ziņā ir līdzīgs siltuma cirkulācijai siltumnīcās. Siltumnīcas efekts izraisa globālo sasilšanu uz planētas. Augsta spiediena apgabalos - anticiklonos - izveidojas dzidrs saules spiediens. Reģionos zems spiediens- cikloni - parasti ir nestabils laiks. Siltuma un gaismas ienākšana atmosfērā. Gāzes aiztur siltumu, kas atstaro no zemes virsmas, tādējādi izraisot temperatūras paaugstināšanos uz zemes.

Stratosfērā ir īpašs ozona slānis. Ozons bloķē lielāko daļu Saules ultravioletā starojuma, pasargājot no tā Zemi un visu uz tās esošo dzīvību. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka ozona slāņa iznīcināšanas cēlonis ir īpašas hlorfluoroglekļa dioksīda gāzes, kas atrodas dažos aerosolos un saldēšanas iekārtās. Virs Arktikas un Antarktīdas ozona slānī ir atrasti milzīgi caurumi, kas veicina ultravioletā starojuma daudzuma pieaugumu, kas ietekmē Zemes virsmu.

Ozons veidojas zemākajos atmosfēras slāņos starp saules starojumu un dažādām izplūdes gāzēm un gāzēm. Parasti tas izkliedējas pa atmosfēru, bet, ja zem siltā gaisa slāņa veidojas slēgts aukstā gaisa slānis, ozons koncentrējas un rodas smogs. Diemžēl tas nevar kompensēt ozona zudumu ozona caurumos.

Satelītattēlā skaidri redzams caurums ozona slānī virs Antarktīdas. Cauruma izmērs ir atšķirīgs, taču zinātnieki uzskata, ka tas nepārtraukti palielinās. Tiek mēģināts samazināt izplūdes gāzu līmeni atmosfērā. Samaziniet gaisa piesārņojumu un izmantojiet bezdūmu degvielu pilsētās. Smogs daudziem cilvēkiem izraisa acu kairinājumu un aizrīšanos.

Zemes atmosfēras rašanās un evolūcija

Mūsdienu Zemes atmosfēra ir ilgstošas ​​evolūcijas attīstības rezultāts. Tas radās ģeoloģisko faktoru un organismu dzīvībai svarīgās aktivitātes kopīgas darbības rezultātā. Visā ģeoloģiskās vēstures laikā Zemes atmosfēra ir piedzīvojusi vairākas dziļas pārkārtošanās. Pamatojoties uz ģeoloģiskajiem datiem un teorētiskajiem (priekšnoteikumiem), jaunās Zemes pirmatnējā atmosfēra, kas pastāvēja apmēram pirms 4 miljardiem gadu, varētu sastāvēt no inertu un cēlgāzu maisījuma ar nelielu pasīvā slāpekļa piedevu (N. A. Yasamanov, 1985). ;A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Šobrīd uzskats par agrīnās atmosfēras sastāvu un struktūru ir nedaudz mainījies Primārā atmosfēra (protoatmosfēra) ir agrākajā protoplanetārajā stadijā. 4,2 miljardi gadu , varētu sastāvēt no metāna, amonjaka un oglekļa dioksīda maisījuma.Mantijas degazācijas un uz zemes virsmas notiekošo aktīvu laikapstākļu procesu rezultātā ūdens tvaiki, oglekļa savienojumi CO 2 un CO veidā, sērs un tā atmosfērā sāka nonākt savienojumi , kā arī spēcīgas halogēna skābes - HCI, HF, HI un borskābe, kas tika papildināti ar metānu, amonjaku, ūdeņradi, argonu un dažām citām atmosfērā esošām cēlgāzēm. Šī pirmatnējā atmosfēra bija ārkārtīgi vāja. Tāpēc temperatūra pie zemes virsmas bija tuvu radiācijas līdzsvara temperatūrai (AS Monin, 1977).

Laika gaitā primārās atmosfēras gāzu sastāvs sāka pārveidoties zemes virspusē izvirzīto iežu laika apstākļu ietekmē, zilaļģu un zilaļģu dzīvībai svarīgās aktivitātes, vulkānisko procesu un saules gaismas ietekmē. Tas noveda pie metāna sadalīšanās oglekļa dioksīdā, amonjaks - slāpeklī un ūdeņradi; sekundārajā atmosfērā sāka uzkrāties oglekļa dioksīds, kas lēnām nolaidās uz zemes virsmu, un slāpeklis. Pateicoties zilaļģu dzīvībai svarīgajai aktivitātei, fotosintēzes procesā sāka veidoties skābeklis, kas gan sākumā galvenokārt tika iztērēts “atmosfēras gāzu, bet pēc tam akmeņu oksidēšanai. Tajā pašā laikā atmosfērā sāka intensīvi uzkrāties amonjaks, oksidēts līdz molekulārajam slāpeklim. Tiek pieņemts, ka ievērojama daļa slāpekļa mūsdienu atmosfērā ir relikts. Metāns un oglekļa monoksīds tika oksidēti līdz oglekļa dioksīdam. Sērs un sērūdeņradis tika oksidēti līdz SO 2 un SO 3, kas to augstās mobilitātes un viegluma dēļ ātri tika izņemti no atmosfēras. Tādējādi atmosfēra no reducējošās atmosfēras, kāda tā bija arhejā un agrīnajā proterozojā, pakāpeniski pārvērtās par oksidējošu.

Oglekļa dioksīds atmosfērā nokļuva gan metāna oksidēšanās rezultātā, gan mantijas degazācijas un iežu dēdēšanas rezultātā. Gadījumā, ja viss Zemes vēsturē izdalītais oglekļa dioksīds paliktu atmosfērā, tā daļējais spiediens tagad varētu kļūt tāds pats kā uz Veneras (O. Sorohtins, S. A. Ušakovs, 1991). Bet uz Zemes process bija pretējs. Ievērojama daļa no atmosfēras oglekļa dioksīda tika izšķīdināta hidrosfērā, kurā to izmantoja ūdens organismi, veidojot čaulas un biogēni pārveidoja karbonātos. Pēc tam no tiem izveidojās visspēcīgākie ķīmisko un organogēno karbonātu slāņi.

Skābeklis atmosfērā tika piegādāts no trim avotiem. Ilgu laiku, sākot no Zemes veidošanās brīža, tas izdalījās mantijas degazācijas laikā un galvenokārt tika izlietots oksidācijas procesos.Vēl viens skābekļa avots bija ūdens tvaiku fotodisociācija ar cieto ultravioleto saules starojumu. izskats; brīvais skābeklis atmosfērā izraisīja lielākās daļas prokariotu nāvi, kas dzīvoja reducējošos apstākļos. Prokariotu organismi ir mainījuši savas dzīvotnes. Viņi atstāja Zemes virsmu tās dziļumos un reģionos, kur joprojām saglabājās reducējoši apstākļi. Tos nomainīja eikarioti, kas sāka enerģiski pārstrādāt oglekļa dioksīdu skābeklī.

Arhejas laikā un ievērojamā proterozoika daļā gandrīz viss skābeklis, kas rodas gan abiogēniski, gan biogēniski, galvenokārt tika iztērēts dzelzs un sēra oksidēšanai. Proterozoika beigās viss metāliskais divvērtīgais dzelzs, kas atradās uz zemes virsmas, vai nu oksidējās, vai arī pārcēlās uz zemes kodolu. Tas noveda pie tā, ka sākotnējā proterozoiskā atmosfērā skābekļa daļējais spiediens mainījās.

Proterozoika vidū skābekļa koncentrācija atmosfērā sasniedza Urey punktu un sasniedza 0,01% no pašreizējā līmeņa. Sākot no tā laika atmosfērā sāka uzkrāties skābeklis un, iespējams, jau Rifas beigās tā saturs sasniedza Pastēra punktu (0,1% no pašreizējā līmeņa). Iespējams, ka ozona slānis radās vendiešu periodā un tajā laikā nepazuda.

Brīvā skābekļa parādīšanās zemes atmosfērā stimulēja dzīvības evolūciju un izraisīja jaunu formu rašanos ar pilnīgāku vielmaiņu. Ja agrāk eikariotu vienšūnu aļģēm un cianīdiem, kas parādījās proterozoika sākumā, bija nepieciešams skābekļa saturs ūdenī tikai 10 -3 no tā mūsdienu koncentrācijas, tad līdz ar neskeleta metazoju parādīšanos agrā vendijas beigās, i., pirms aptuveni 650 miljoniem gadu skābekļa koncentrācijai atmosfērā vajadzēja būt daudz lielākai. Galu galā Metazoa izmantoja skābekļa elpošanu, un tas prasīja, lai skābekļa daļējais spiediens sasniegtu kritisko līmeni - Pastēra punktu. Šajā gadījumā anaerobās fermentācijas process tika aizstāts ar enerģētiski daudzsološāku un progresīvāku skābekļa metabolismu.

Pēc tam diezgan strauji notika tālāka skābekļa uzkrāšanās zemes atmosfērā. Progresīvais zilaļģu apjoma pieaugums veicināja dzīvnieku pasaules dzīvības uzturēšanai nepieciešamā skābekļa līmeņa sasniegšanu atmosfērā. Zināma skābekļa satura stabilizēšanās atmosfērā ir notikusi kopš brīža, kad augi nokļuva sauszemē - pirms aptuveni 450 miljoniem gadu. Augu parādīšanās uz zemes, kas notika Silūra periodā, noveda pie skābekļa līmeņa galīgās stabilizēšanās atmosfērā. Kopš tā laika tā koncentrācija sāka svārstīties diezgan šaurās robežās, nekad nepārsniedzot dzīvības esamību. Kopš ziedaugu parādīšanās skābekļa koncentrācija atmosfērā ir pilnībā stabilizējusies. Šis notikums notika krīta perioda vidū, t.i. apmēram pirms 100 miljoniem gadu.

Lielākā daļa slāpekļa veidojās Zemes attīstības sākumposmā, galvenokārt amonjaka sadalīšanās dēļ. Ar organismu parādīšanos atmosfēras slāpekļa saistīšanās process notiek organisko vielu un apglabāšana jūras nogulumos. Pēc organismu izlaišanas uz sauszemes slāpekli sāka aprakt kontinentālajos nogulumos. Brīvā slāpekļa pārstrādes procesi īpaši pastiprinājās līdz ar sauszemes augu parādīšanos.

Kriptozoja un fanerozoja mijā, t.i., pirms aptuveni 650 miljoniem gadu, oglekļa dioksīda saturs atmosfērā samazinājās līdz procenta desmitdaļām, un saturu, kas tuvu pašreizējam līmenim, tas sasniedza tikai pavisam nesen, aptuveni 10-20 milj. gadiem.

Tādējādi atmosfēras gāzu sastāvs ne tikai nodrošināja organismiem dzīves telpu, bet arī noteica to vitālās darbības īpatnības, veicināja apdzīvošanos un evolūciju. No tā izrietošās neveiksmes organismiem labvēlīgā atmosfēras gāzu sastāva sadalījumā gan kosmisku, gan planētu iemeslu dēļ izraisīja organiskās pasaules masveida izzušanu, kas vairākkārt notika kriptozoja laikā un atsevišķos fanerozoja vēstures posmos.

Atmosfēras etnosfēriskās funkcijas

Zemes atmosfēra nodrošina nepieciešamo vielu, enerģiju un nosaka vielmaiņas procesu virzienu un ātrumu. Mūsdienu atmosfēras gāzes sastāvs ir optimāls dzīvības pastāvēšanai un attīstībai. Atmosfērai kā laikapstākļu un klimata veidošanās zonai ir jārada ērti apstākļi cilvēku, dzīvnieku un veģetācijas dzīvei. Atmosfēras gaisa kvalitātes novirzes vienā vai otrā virzienā un laika apstākļi radīt ekstremālus apstākļus dzīvnieka dzīvībai un flora, tostarp cilvēkiem.

Zemes atmosfēra ne tikai nodrošina apstākļus cilvēces pastāvēšanai, jo tā ir galvenais etnosfēras evolūcijas faktors. Tajā pašā laikā tas izrādās enerģijas un izejvielu resurss ražošanai. Kopumā atmosfēra ir cilvēka veselību saudzējošs faktors, un atsevišķas teritorijas fizisko un ģeogrāfisko apstākļu un atmosfēras gaisa kvalitātes dēļ kalpo kā atpūtas zonas un ir vietas, kas paredzētas sanatoriskai ārstēšanai un cilvēku atpūtai. Tādējādi atmosfēra ir estētiskas un emocionālas ietekmes faktors.

Atmosfēras etnosfēriskajām un tehnosfēriskajām funkcijām, kas noteiktas pavisam nesen (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), nepieciešams neatkarīgs un padziļināts pētījums. Tādējādi atmosfēras enerģētisko funkciju izpēte ir ļoti aktuāla gan no vidi bojājošu procesu rašanās un darbības, gan no ietekmes uz cilvēka veselību un labklājību viedokļa. Šajā gadījumā runa ir par ciklonu un anticiklonu enerģiju, atmosfēras virpuļiem, atmosfēras spiedienu un citām ekstremālām atmosfēras parādībām, kuru efektīva izmantošana veicinās veiksmīgu nepiesārņojošas iegūšanas problēmas risinājumu. vide alternatīvie enerģijas avoti. Galu galā gaisa vide, it īpaši tā daļa, kas atrodas virs Pasaules okeāna, ir zona, kurā tiek atbrīvots milzīgs daudzums brīvās enerģijas.

Piemēram, ir konstatēts, ka tropiskie cikloni vidēja stipruma tikai dienā tie atbrīvo enerģiju, kas līdzvērtīga 500 tūkstošu atombumbu enerģijai, kas nomestas uz Hirosimu un Nagasaki. 10 dienas pēc šāda ciklona pastāvēšanas tiek atbrīvots pietiekami daudz enerģijas, lai apmierinātu visas tādas valsts kā ASV enerģijas vajadzības 600 gadus.

AT pēdējie gadi Ir publicēts liels skaits dabaszinātnieku darbu, kas vienā vai otrā veidā attiecas uz dažādiem darbības aspektiem un atmosfēras ietekmi uz zemes procesiem, kas liecina par starpdisciplināro mijiedarbību saasināšanos mūsdienu dabaszinātnēs. Tajā pašā laikā izpaužas atsevišķu tās virzienu integrējošā loma, starp kurām ir jāatzīmē funkcionāli ekoloģiskais virziens ģeoekoloģijā.

Šis virziens stimulē dažādu ģeosfēru ekoloģisko funkciju un planetārās lomas analīzi un teorētisku vispārināšanu, un tas, savukārt, ir svarīgs priekšnoteikums metodoloģijas un zinātnisko pamatu izstrādei mūsu planētas holistiskai izpētei, racionāla izmantošana un tās dabas resursu aizsardzību.

Zemes atmosfēra sastāv no vairākiem slāņiem: troposfēras, stratosfēras, mezosfēras, termosfēras, jonosfēras un eksosfēras. Troposfēras augšējā daļā un stratosfēras apakšējā daļā atrodas ar ozonu bagātināts slānis, ko sauc par ozona slāni. Konstatētas noteiktas (dienas, sezonas, gada u.c.) likumsakarības ozona izplatībā. Kopš tās pirmsākumiem atmosfēra ir ietekmējusi planētu procesu gaitu. Atmosfēras primārais sastāvs bija pavisam citāds nekā šobrīd, taču laika gaitā molekulārā slāpekļa īpatsvars un loma stabili pieauga, pirms aptuveni 650 miljoniem gadu parādījās brīvais skābeklis, kura daudzums nepārtraukti pieauga, bet oglekļa dioksīda koncentrācija attiecīgi samazinājās. . Atmosfēras augstā mobilitāte, gāzu sastāvs un aerosolu klātbūtne nosaka tās izcilo lomu un aktīvo līdzdalību dažādos ģeoloģiskos un biosfēras procesos. Atmosfēras loma pārdalē ir liela saules enerģija un katastrofālu dabas parādību un katastrofu attīstība. Atmosfēras viesuļi – tornado (tornado), viesuļvētras, taifūni, cikloni un citas parādības negatīvi ietekmē organisko pasauli un dabas sistēmas. Galvenie piesārņojuma avoti līdzās dabas faktoriem ir dažādi cilvēka saimnieciskās darbības veidi. Antropogēnā ietekme uz atmosfēru izpaužas ne tikai kā dažādu aerosolu un siltumnīcefekta gāzu parādīšanās, bet arī ūdens tvaiku daudzuma palielināšanās, un izpaužas kā smoga un skābo lietus. Siltumnīcefekta gāzes mainās temperatūras režīms Zemes virsma, noteiktu gāzu emisijas samazina ozona slāņa tilpumu un veicina ozona caurumu veidošanos. Zemes atmosfēras etnosfēriskā loma ir liela.

Atmosfēras loma dabas procesos

Virszemes atmosfēra tās starpstāvoklī starp litosfēru un kosmosu un tās gāzu sastāvs rada apstākļus organismu dzīvībai. Tajā pašā laikā iežu laikapstākļi un iznīcināšanas intensitāte, detrita materiāla pārnese un uzkrāšanās ir atkarīga no nokrišņu daudzuma, rakstura un biežuma, no vēja biežuma un stipruma, un īpaši no gaisa temperatūras. Atmosfēra ir klimata sistēmas centrālā sastāvdaļa. Gaisa temperatūra un mitrums, mākoņainība un nokrišņi, vējš – tas viss raksturo laikapstākļus, tas ir, nepārtraukti mainīgo atmosfēras stāvokli. Vienlaikus šīs pašas sastāvdaļas raksturo arī klimatu, t.i., vidējo ilglaicīgo laikapstākļu režīmu.

Gāzu sastāvs, mākoņu un dažādu piemaisījumu klātbūtne, ko sauc par aerosola daļiņām (pelni, putekļi, ūdens tvaiku daļiņas), nosaka saules starojuma caurlaidības īpašības atmosfērā un novērš Zemes termiskā starojuma izplūšanu. kosmosā.

Zemes atmosfēra ir ļoti mobila. Tajā notiekošie procesi un izmaiņas gāzes sastāvā, biezumā, duļķainībā, caurspīdīgumā un dažādu aerosola daļiņu klātbūtne tajā ietekmē gan laikapstākļus, gan klimatu.

Dabas procesu darbību un virzienu, kā arī dzīvību un darbību uz Zemes nosaka saules starojums. Tas dod 99,98% siltuma, kas nonāk uz zemes virsmas. Gadā tas sastāda 134*10 19 kcal. Šādu siltuma daudzumu var iegūt, sadedzinot 200 miljardus tonnu ogļu. Ūdeņraža rezerves, kas rada šo kodoltermiskās enerģijas plūsmu Saules masā, pietiks vēl vismaz 10 miljardiem gadu, t.i., divreiz ilgākam periodam, nekā pastāv pati mūsu planēta.

Apmēram 1/3 no kopējā saules enerģijas daudzuma, kas nonāk atmosfēras augšējā robežā, tiek atspoguļota atpakaļ pasaules telpā, 13% tiek absorbēti ozona slānis(ieskaitot gandrīz visu ultravioleto starojumu). 7% - pārējā atmosfēra un tikai 44% sasniedz zemes virsmu. Kopējais Saules starojums, kas dienā sasniedz Zemi, ir vienāds ar enerģiju, ko cilvēce ir saņēmusi visu veidu degvielas sadedzināšanas rezultātā pēdējā tūkstošgadē.

Saules starojuma izplatības daudzums un raksturs uz zemes virsmas ir cieši atkarīgs no atmosfēras mākoņainības un caurspīdīguma. Izkliedētā starojuma daudzumu ietekmē Saules augstums virs horizonta, atmosfēras caurspīdīgums, ūdens tvaiku saturs, putekļi, kopējais oglekļa dioksīda daudzums u.c.

Maksimālais izkliedētā starojuma daudzums iekrīt polārajos apgabalos. Jo zemāk Saule atrodas virs horizonta, jo mazāk siltuma nonāk noteiktā apgabalā.

Liela nozīme ir atmosfēras caurspīdīgumam un mākoņainībai. Mākoņainā vasaras dienā parasti ir vēsāks nekā skaidrā, jo dienas mākoņi neļauj zemes virsmai uzkarst.

Atmosfēras putekļu saturam ir liela nozīme siltuma sadalē. Tajā esošās smalki izkliedētās cietās putekļu un pelnu daļiņas, kas ietekmē tā caurspīdīgumu, nelabvēlīgi ietekmē saules starojuma izplatīšanos, kura lielākā daļa tiek atspoguļota. Smalkās daļiņas atmosfērā nonāk divos veidos: tie ir pelni, kas izdalās vulkāna izvirdumu laikā, vai tuksneša putekļi, ko vēji nes no sausiem tropu un subtropu reģioniem. Īpaši daudz šādu putekļu veidojas sausuma laikā, kad tie ar siltā gaisa plūsmām tiek nogādāti atmosfēras augšējos slāņos un var tur uzturēties ilgu laiku. Pēc Krakatoa vulkāna izvirduma 1883. gadā atmosfērā desmitiem kilometru izmesti putekļi stratosfērā saglabājās aptuveni 3 gadus. 1985. gada Elšišonas vulkāna (Meksika) izvirduma rezultātā putekļi sasniedza Eiropu, un tāpēc nedaudz pazeminājās virsmas temperatūra.

Zemes atmosfērā ir mainīgs ūdens tvaiku daudzums. Absolūtos skaitļos, pēc svara vai tilpuma, tā daudzums svārstās no 2 līdz 5%.

Ūdens tvaiki, tāpat kā oglekļa dioksīds, uzlabo siltumnīcas efektu. Mākoņos un miglā, kas rodas atmosfērā, notiek savdabīgi fizikāli ķīmiskie procesi.

Galvenais ūdens tvaiku avots atmosfērā ir okeānu virsma. No tā ik gadu iztvaiko 95 līdz 110 cm biezs ūdens slānis, daļa mitruma pēc kondensācijas atgriežas okeānā, bet otru gaisa straumes virza uz kontinentiem. Mainīga un mitra klimata apgabalos nokrišņi mitrina augsni, bet mitrās vietās veido rezerves. gruntsūdeņi. Tādējādi atmosfēra ir mitruma akumulators un nokrišņu rezervuārs. un miglas, kas veidojas atmosfērā, nodrošina augsnes segumu mitrumu un tādējādi spēlē izšķirošu lomu dzīvnieku un augu pasaules attīstībā.

Atmosfēras mitrums tiek sadalīts pa zemes virsmu atmosfēras mobilitātes dēļ. Tam ir ļoti sarežģīta vēju un spiediena sadales sistēma. Sakarā ar to, ka atmosfēra atrodas nepārtrauktā kustībā, vēja plūsmu un spiediena sadalījuma raksturs un apjoms pastāvīgi mainās. Aprites mērogi ir dažādi, sākot no mikrometeoroloģiskiem, kuru izmērs ir tikai daži simti metru, līdz globālam, kura izmērs ir vairāki desmiti tūkstošu kilometru. Milzīgi atmosfēras virpuļi ir iesaistīti liela mēroga gaisa straumju sistēmu veidošanā un nosaka vispārējo atmosfēras cirkulāciju. Turklāt tie ir katastrofālu atmosfēras parādību avoti.

Laikapstākļu un klimatisko apstākļu izplatība un dzīvās vielas funkcionēšana ir atkarīga no atmosfēras spiediena. Gadījumā, ja atmosfēras spiediens svārstās nelielās robežās, tam nav izšķirošas nozīmes cilvēku labklājībā un dzīvnieku uzvedībā un tas neietekmē augu fizioloģiskās funkcijas. Parasti frontālās parādības un laika apstākļu izmaiņas ir saistītas ar spiediena izmaiņām.

Atmosfēras spiedienam ir būtiska nozīme vēja veidošanā, kas, būdams reljefu veidojošs faktors, visspēcīgāk ietekmē floru un faunu.

Vējš spēj nomākt augu augšanu un vienlaikus veicina sēklu pārnešanu. Vēja loma laika un klimatisko apstākļu veidošanā ir liela. Viņš darbojas arī kā jūras straumju regulators. Vējš kā viens no eksogēnajiem faktoriem veicina laika apstākļu ietekmējamā materiāla eroziju un deflāciju lielos attālumos.

Atmosfēras procesu ekoloģiskā un ģeoloģiskā loma

Atmosfēras caurspīdīguma samazināšanās, ko izraisa aerosola daļiņu un cieto putekļu parādīšanās tajā, ietekmē saules starojuma izplatību, palielinot albedo jeb atstarošanas spēju. Dažādas ķīmiskas reakcijas noved pie tā paša rezultāta, izraisot ozona sadalīšanos un "pērļu" mākoņu veidošanos, kas sastāv no ūdens tvaikiem. Globālās atstarošanas izmaiņas, kā arī atmosfēras gāzu sastāva izmaiņas, galvenokārt siltumnīcefekta gāzes, ir klimata pārmaiņu cēlonis.

Nevienmērīga karsēšana, kas izraisa atmosfēras spiediena atšķirības augstāk dažādas sadaļas Zemes virsma, noved pie atmosfēras cirkulācijas, kas ir troposfēras pazīme. Ja ir spiediena atšķirības, gaiss plūst no augsta spiediena zonām uz zema spiediena zonām. Šīs kustības gaisa masas kopā ar mitrumu un temperatūru nosaka galvenās atmosfēras procesu ekoloģiskās un ģeoloģiskās iezīmes.

Atkarībā no ātruma vējš rada dažādus ģeoloģiskos darbus uz zemes virsmas. Ar ātrumu 10 m/s tas krata resnos koku zarus, savāc un nes putekļus un smalkas smiltis; lauž koku zarus ar ātrumu 20 m/s, ved smiltis un granti; ar ātrumu 30 m/s (vētra) plēš nost māju jumtus, izrauj kokus, lauž stabus, pārvieto oļus un nes sīko granti, savukārt viesuļvētra ar ātrumu 40 m/s iznīcina mājas, lauž un nojauc elektrolīniju stabi, izrauj lielus kokus.

Squat vētras un viesuļvētras (tornado) rada lielu negatīvu ietekmi uz vidi ar katastrofālām sekām - atmosfēras virpuļiem, kas rodas siltajā sezonā spēcīgās atmosfēras frontēs ar ātrumu līdz 100 m/s. Squalles ir horizontāli virpuļi ar viesuļvētru vēja ātrumu (līdz 60-80 m/s). Tos bieži pavada spēcīgas lietusgāzes un pērkona negaiss, kas ilgst no dažām minūtēm līdz pusstundai. Svārki aptver līdz 50 km platus apgabalus un veic 200-250 km attālumu. Spēcīgā vētra Maskavā un Maskavas apgabalā 1998. gadā sabojāja daudzu māju jumtus un nogāza kokus.

Tornado, iesaucās Ziemeļamerika Tornado ir spēcīgi piltuves formas atmosfēras virpuļi, kas bieži saistīti ar negaisa mākoņiem. Tās ir vidū sašaurinošas gaisa kolonnas ar diametru no vairākiem desmitiem līdz simtiem metru. Tornado ir piltuves izskats, ļoti līdzīgs ziloņa stumbram, kas nolaižas no mākoņiem vai paceļas no zemes virsmas. Ar spēcīgu retināšanu un lielu griešanās ātrumu tornado pārvietojas līdz pat vairākiem simtiem kilometru, ievelkot putekļus, ūdeni no rezervuāriem un dažādiem objektiem. Spēcīgus viesuļvētrus pavada pērkona negaiss, lietus un tiem ir liels postošais spēks.

Tornado reti sastopami subpolārajos vai ekvatoriālajos reģionos, kur pastāvīgi ir auksts vai karsts. Maz viesuļvētru atklātā okeānā. Tornado notiek Eiropā, Japānā, Austrālijā, ASV, un Krievijā tie īpaši bieži sastopami Centrālajā Melnzemes reģionā, Maskavas, Jaroslavļas, Ņižņijnovgorodas un Ivanovas apgabalos.

Tornado ceļ un pārvieto automašīnas, mājas, vagonus, tiltus. Īpaši postoši tornado (tornado) tiek novēroti ASV. Ik gadu tiek reģistrēti no 450 līdz 1500 viesuļvētru ar vidēji aptuveni 100 upuriem. Tornado ir ātras darbības katastrofāli atmosfēras procesi. Tie veidojas tikai 20-30 minūšu laikā, un to pastāvēšanas laiks ir 30 minūtes. Tāpēc ir gandrīz neiespējami paredzēt viesuļvētru rašanās laiku un vietu.

Citi postoši, bet ilgstoši atmosfēras virpuļi ir cikloni. Tie veidojas spiediena krituma dēļ, kas noteiktos apstākļos veicina gaisa plūsmu apļveida kustību. Atmosfēras virpuļi rodas ap spēcīgām augšupejošām mitra silta gaisa straumēm un griežas lielā ātrumā pulksteņrādītāja virzienā dienvidu puslodē un pretēji pulksteņrādītāja virzienam ziemeļu puslodē. Cikloni, atšķirībā no viesuļvētrām, rodas virs okeāniem un rada postošās darbības pār kontinentiem. Galvenie destruktīvie faktori ir stipri vēji, intensīvi nokrišņi sniegputeņa, lietusgāzes, krusas un plūdu veidā. Vējš ar ātrumu 19 - 30 m / s veido vētru, 30 - 35 m / s - vētru un vairāk nekā 35 m / s - viesuļvētru.

Tropu ciklonu – viesuļvētru un taifūnu – platums ir vidēji vairāki simti kilometru. Vēja ātrums ciklona iekšienē sasniedz viesuļvētras spēku. Tropu cikloni ilgst no vairākām dienām līdz vairākām nedēļām, pārvietojoties ar ātrumu no 50 līdz 200 km/h. Vidējo platuma grādu cikloniem ir lielāks diametrs. To šķērseniskie izmēri svārstās no tūkstoš līdz vairākiem tūkstošiem kilometru, vēja ātrums ir vētrains. Tie pārvietojas ziemeļu puslodē no rietumiem, un tos pavada krusa un sniegputenis, kas ir katastrofāli. Cikloni un ar tiem saistītās viesuļvētras un taifūni ir lielākās dabas katastrofas pēc plūdiem upuru skaita un nodarīto postījumu ziņā. Āzijas blīvi apdzīvotās vietās viesuļvētru laikā upuru skaits mērāms tūkstošos. 1991. gadā Bangladešā viesuļvētras laikā, kas izraisīja 6 m augstu jūras viļņu veidošanos, gāja bojā 125 tūkstoši cilvēku. Taifūni nodara lielus postījumus ASV. Tā rezultātā iet bojā desmitiem un simtiem cilvēku. Rietumeiropā viesuļvētras nodara mazāk postījumu.

Pērkona negaiss tiek uzskatīts par katastrofālu atmosfēras parādību. Tie rodas, kad ļoti ātri paceļas silts, mitrs gaiss. Uz tropu un subtropu zonas robežas pērkona negaiss notiek 90-100 dienas gadā, mērenajā joslā 10-30 dienas. Mūsu valstī visvairāk pērkona negaisu ir Ziemeļkaukāzā.

Pērkona negaiss parasti ilgst mazāk nekā stundu. Īpašas briesmas rada intensīvas lietusgāzes, krusas vētras, zibens spērieni, vēja brāzmas un vertikālas gaisa straumes. Krusas bīstamību nosaka krusas akmeņu lielums. Ziemeļkaukāzā krusas masa reiz sasniedza 0,5 kg, bet Indijā tika atzīmēti krusas akmeņi, kas sver 7 kg. Mūsu valsts bīstamākās teritorijas atrodas Ziemeļkaukāzā. 1992. gada jūlijā krusa Mineralnye Vody lidostā sabojāja 18 lidmašīnas.

Zibens ir bīstama laikapstākļu parādība. Tie nogalina cilvēkus, mājlopus, izraisa ugunsgrēkus, bojā elektrotīklu. Katru gadu no pērkona negaisiem un to sekām visā pasaulē mirst aptuveni 10 000 cilvēku. Turklāt dažās Āfrikas daļās, Francijā un ASV, zibens upuru skaits ir lielāks nekā citās dabas parādībās. Ikgadējie pērkona negaisu radītie ekonomiskie zaudējumi ASV ir vismaz 700 miljoni dolāru.

Sausums ir raksturīgs tuksneša, stepju un mežstepju reģioniem. Nokrišņu trūkums izraisa augsnes izžūšanu, pazeminot līmeni gruntsūdeņi un rezervuāros, līdz tie ir pilnībā izžuvuši. Mitruma trūkums izraisa veģetācijas un labības nāvi. Sausums ir īpaši nopietns Āfrikā, Tuvajos un Tuvajos Austrumos, Vidusāzijā un Ziemeļamerikas dienvidos.

Sausums maina cilvēku dzīves apstākļus, negatīvi ietekmē dabisko vidi, izmantojot tādus procesus kā augsnes sasāļošanās, sausi vēji, putekļu vētras, augsnes erozija un mežu ugunsgrēki. Ugunsgrēki ir īpaši spēcīgi sausuma laikā taigas reģionos, tropu un subtropu mežos un savannās.

Sausums ir īslaicīgi procesi, kas ilgst vienu sezonu. Ja sausums ilgst vairāk nekā divas sezonas, pastāv bada un masveida mirstības draudi. Parasti sausuma ietekme attiecas uz vienas vai vairāku valstu teritoriju. Īpaši bieži ilgstošs sausums ar traģiskām sekām notiek Āfrikas Sāhelas reģionā.

Atmosfēras parādības, piemēram, sniegputeņi, periodiskas spēcīgas lietusgāzes un ilgstošas ​​ilgstošas ​​lietusgāzes rada lielus postījumus. Sniegputenis izraisa masīvas lavīnas kalnos, un straujā uzkritušā sniega kušana un ilgstošas ​​spēcīgas lietusgāzes izraisa plūdus. Milzīga ūdens masa, kas nokrīt uz zemes virsmas, it īpaši vietās, kur nav koku, izraisa smagu augsnes seguma eroziju. Notiek intensīva gravu-siju sistēmu izaugsme. Plūdi rodas lielu plūdu rezultātā stipru nokrišņu periodā vai plūdi pēc pēkšņas sasilšanas vai pavasara sniega kušanas, un tāpēc pēc izcelsmes ir atmosfēras parādības (tās ir apskatītas nodaļā par hidrosfēras ekoloģisko lomu).

Antropogēnas izmaiņas atmosfērā

Pašlaik ir daudz dažādu antropogēnas dabas avotu, kas izraisa atmosfēras piesārņojumu un izraisa nopietnus ekoloģiskā līdzsvara pārkāpumus. Mēroga ziņā vislielākā ietekme uz atmosfēru ir diviem avotiem: transportam un rūpniecībai. Transports vidēji veido aptuveni 60% no kopējā atmosfēras piesārņojuma, rūpniecība - 15%, siltumenerģija - 15%, sadzīves un rūpniecības atkritumu iznīcināšanas tehnoloģijas - 10%.

Transports atkarībā no izmantotās degvielas un oksidētāju veidiem atmosfērā izdala slāpekļa oksīdus, sēru, oglekļa oksīdus un dioksīdus, svinu un tā savienojumus, kvēpus, benzopirēnu (viela no policiklisko aromātisko ogļūdeņražu grupas, kas ir spēcīgs kancerogēns, kas izraisa ādas vēzi).

Rūpniecība izdala sēra dioksīdu, oglekļa oksīdus un dioksīdus, ogļūdeņražus, amonjaku, sērūdeņradi, sērskābe, fenols, hlors, fluors un citi savienojumi un ķīmiskas vielas. Bet starp emisijām dominējošo vietu (līdz 85%) ieņem putekļi.

Piesārņojuma rezultātā mainās atmosfēras caurspīdīgums, tajā parādās aerosoli, smogs un skābie lietus.

Aerosoli ir izkliedētas sistēmas, kas sastāv no cietām daļiņām vai šķidruma pilieniem, kas suspendēti gāzveida vidē. Disperģētās fāzes daļiņu izmērs parasti ir 10 -3 -10 -7 cm Atkarībā no izkliedētās fāzes sastāva aerosolus iedala divās grupās. Vienā ietilpst aerosoli, kas sastāv no cietām daļiņām, kas izkliedētas gāzveida vidē, otrajā - aerosoli, kas ir gāzveida un šķidro fāžu maisījums. Pirmos sauc par dūmiem, bet otro - par miglu. Kondensācijas centriem ir liela nozīme to veidošanās procesā. Kā kondensācijas kodoli darbojas vulkāniskie pelni, kosmiskie putekļi, rūpniecisko izmešu produkti, dažādas baktērijas uc Iespējamo koncentrācijas kodolu avotu skaits nepārtraukti pieaug. Tā, piemēram, sausu zāli iznīcinot ugunsgrēkā 4000 m 2 platībā, veidojas vidēji 11 * 10 22 aerosola kodoli.

Aerosoli sāka veidoties no mūsu planētas rašanās brīža un ietekmēja dabiskos apstākļus. Taču to skaits un rīcība, sabalansēta ar vispārējo vielu apriti dabā, neizraisīja dziļas ekoloģiskas pārmaiņas. To veidošanās antropogēnie faktori novirzīja šo līdzsvaru uz būtiskām biosfēras pārslodzēm. Šī īpašība ir īpaši izteikta kopš cilvēce sāka izmantot speciāli radītus aerosolus gan toksisko vielu veidā, gan augu aizsardzībai.

Veģetācijas segumam visbīstamākie ir sēra dioksīda, fluorūdeņraža un slāpekļa aerosoli. Saskaroties ar mitru lapu virsmu, tās veido skābes, kas kaitīgi iedarbojas uz dzīvajām būtnēm. Skābes miglas kopā ar ieelpoto gaisu nonāk dzīvnieku un cilvēku elpošanas orgānos un agresīvi iedarbojas uz gļotādu. Daži no tiem sadala dzīvos audus, un radioaktīvie aerosoli izraisa vēzi. Radioaktīvo izotopu vidū SG 90 ir īpaši bīstams ne tikai sava kancerogenitātes dēļ, bet arī kā kalcija analogs, aizstājot to organismu kaulos, izraisot to sadalīšanos.

Kodolsprādzienu laikā atmosfērā veidojas radioaktīvi aerosola mākoņi. Mazas daļiņas ar rādiusu 1 - 10 mikroni iekrīt ne tikai troposfēras augšējos slāņos, bet arī stratosfērā, kurā tās spēj atrasties. ilgu laiku. Aerosola mākoņi veidojas arī rūpniecisko iekārtu, kas ražo kodoldegvielu, reaktoru darbības laikā, kā arī avāriju rezultātā atomelektrostacijās.

Smogs ir aerosolu maisījums ar šķidrām un cietām izkliedētām fāzēm, kas veido miglainu priekškaru virs industriālajiem rajoniem un lielām pilsētām.

Ir trīs veidu smogs: ledus, slapjš un sausais. Ledus smogu sauc par Aļasku. Tas ir gāzveida piesārņotāju kombinācija, kam pievienotas putekļainās daļiņas un ledus kristāli, kas rodas, kad sasalst miglas pilieni un tvaiki no apkures sistēmām.

Slapjo smogu jeb Londonas tipa smogu dažreiz sauc par ziemas smogu. Tas ir gāzveida piesārņotāju (galvenokārt sēra dioksīda), putekļu daļiņu un miglas pilienu maisījums. Meteoroloģiskais priekšnoteikums ziemas smoga parādīšanās ir mierīgs laiks, kurā virs aukstā gaisa virskārtas (zem 700 m) atrodas siltā gaisa slānis. Tajā pašā laikā nav ne tikai horizontālas, bet arī vertikālas apmaiņas. Piesārņojošās vielas, kas parasti ir izkliedētas augstos slāņos, šajā gadījumā uzkrājas virsmas slānī.

gadā veidojas sausais smogs vasaras laiks, un to bieži dēvē par Losandželosas tipa smogu. Tas ir ozona, oglekļa monoksīda, slāpekļa oksīdu un skābes tvaiku maisījums. Šāds smogs veidojas saules starojuma, īpaši tā ultravioletās daļas, piesārņojošo vielu sadalīšanās rezultātā. Meteoroloģiskais priekšnoteikums ir atmosfēras inversija, kas izpaužas kā auksta gaisa slāņa parādīšanās virs siltā. Gāzes un cietās daļiņas, ko parasti paceļ siltā gaisa plūsmas, pēc tam tiek izkliedētas augšējos aukstajos slāņos, bet šajā gadījumā tās uzkrājas inversijas slānī. Fotolīzes procesā slāpekļa dioksīdi, kas veidojas degvielas sadegšanas laikā automašīnu dzinējos, sadalās:

NO 2 → NĒ + O

Tad notiek ozona sintēze:

O + O 2 + M → O 3 + M

NĒ + O → NĒ 2

Fotodisociācijas procesus pavada dzeltenzaļš mirdzums.

Turklāt reakcijas notiek atbilstoši veidam: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, t.i., veidojas stipra sērskābe.

Mainoties meteoroloģiskajiem apstākļiem (vēja parādīšanās vai mitruma maiņa), aukstais gaiss izkliedējas un smogs pazūd.

Kancerogēnu klātbūtne smogā izraisa elpošanas mazspēju, gļotādu kairinājumu, asinsrites traucējumus, astmas izraisītu nosmakšanu un bieži vien nāvi. Smogs ir īpaši bīstams maziem bērniem.

Skābie lietus ir atmosfēras nokrišņi, ko paskābina sēra oksīdu, slāpekļa oksīdu un tajos izšķīdinātas perhlorskābes un hlora tvaiku rūpnieciskās emisijas. Ogļu un gāzes sadedzināšanas procesā lielākā daļa tajā esošā sēra gan oksīda veidā, gan savienojumos ar dzelzi, jo īpaši pirītā, pirotītā, halkopirītā utt., Pārvēršas sēra oksīdā, kas kopā ar oglekli dioksīds, izdalās atmosfērā. Savienojot atmosfēras slāpekli un tehniskās emisijas ar skābekli, veidojas dažādi slāpekļa oksīdi, un izveidoto slāpekļa oksīdu apjoms ir atkarīgs no degšanas temperatūras. Lielākā daļa slāpekļa oksīdu rodas transportlīdzekļu un dīzeļlokomotīvju darbības laikā, bet mazāka daļa rodas enerģētikā un rūpniecības uzņēmumos. Sēra un slāpekļa oksīdi ir galvenie skābes veidotāji. Reaģējot ar atmosfēras skābekli un tajā esošajiem ūdens tvaikiem, veidojas sērskābe un slāpekļskābe.

Ir zināms, ka barotnes sārmu-skābes līdzsvaru nosaka pH vērtība. Neitrālai videi pH vērtība ir 7, skābai videi – 0, sārmainai – 14. Mūsdienās lietus ūdens pH vērtība ir 5,6, lai gan nesenā pagātnē bija neitrāls. PH vērtības samazināšanās par vienu atbilst desmitkārtīgam skābuma palielinājumam, un tāpēc šobrīd lietavas ar paaugstinātu skābumu krīt gandrīz visur. Rietumeiropā reģistrētais lietus maksimālais skābums bija 4-3,5 pH. Jāņem vērā, ka pH vērtība, kas vienāda ar 4-4,5, ir nāvējoša lielākajai daļai zivju.

Skābie lietus agresīvi ietekmē Zemes veģetācijas segumu, rūpnieciskās un dzīvojamās ēkas un veicina ievērojamu atklāto iežu laikapstākļu paātrināšanos. Skābuma palielināšanās novērš augsnes, kurās ir izšķīdušas barības vielas, neitralizācijas pašregulāciju. Savukārt tas izraisa strauju ražas samazināšanos un izraisa veģetācijas seguma degradāciju. Augsnes skābums veicina saistītā stāvoklī esošo smago izdalīšanos, ko augi pamazām absorbē, izraisot tajos nopietnus audu bojājumus un iekļūstot cilvēka barības ķēdē.

Jūras ūdeņu sārmainās-skābes potenciāla izmaiņas, īpaši seklos ūdeņos, noved pie daudzu bezmugurkaulnieku vairošanās pārtraukšanas, izraisa zivju nāvi un izjauc ekoloģisko līdzsvaru okeānos.

Skābo lietus rezultātā nāves draudi ir Rietumeiropas, Baltijas valstu, Karēlijas, Urālu, Sibīrijas un Kanādas mežiem.