Кои газове заемат основно място в атмосферата? Газов състав на атмосферния въздух. Значението на атмосферата за човека

Земна атмосфера

атмосфера(от. старогръцкиἀτμός - пара и σφαῖρα - топка) - газчерупка ( геосфера), заобикалящи планетата Земята. Вътрешната му повърхност покрива хидросфераи частично кора, външната граничи с околоземната част на космическото пространство.

Съвкупността от клонове на физиката и химията, които изучават атмосферата, обикновено се нарича физика на атмосферата. Атмосферата определя метеорологично времена повърхността на Земята, изучавайки времето метеорология, и дългосрочни вариации климат - климатология.

Структурата на атмосферата

Структурата на атмосферата

Тропосфера

Горната му граница е на надморска височина 8-10 km в полярните, 10-12 km в умерените и 16-18 km в тропичните ширини; по-ниска през зимата, отколкото през лятото. Долният, основен слой на атмосферата. Съдържа повече от 80% от общата маса на атмосферния въздух и около 90% от цялата водна пара, присъстваща в атмосферата. В тропосферата те са силно развити турбуленцияИ конвекция, възникват облаци, се развиват циклониИ антициклони. Температурата намалява с увеличаване на надморската височина със средна вертикала градиент 0,65°/100 m

За „нормални условия“ на земната повърхност се приемат: плътност 1,2 kg/m3, барометрично налягане 101,35 kPa, температура плюс 20 °C и относителна влажност 50%. Тези условни показатели имат чисто инженерно значение.

Стратосфера

Слой от атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 km. Характеризира се с лека промяна в температурата в слоя 11-25 km (долния слой на стратосферата) и увеличение в слоя 25-40 km от −56,5 до 0,8 ° СЪС(горен слой на стратосферата или регион инверсии). Достигайки стойност от около 273 K (почти 0 ° C) на надморска височина от около 40 km, температурата остава постоянна до надморска височина от около 55 km. Тази област с постоянна температура се нарича стратопаузаи е границата между стратосферата и мезосфера.

Стратопауза

Граничният слой на атмосферата между стратосферата и мезосферата. При вертикалното разпределение на температурата има максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Земна атмосфера

Мезосферазапочва на надморска височина 50 км и се простира до 80-90 км. Температурата намалява с височина със среден вертикален градиент от (0,25-0,3)°/100 m. Сложни фотохимични процеси, включващи свободни радикали, вибрационно възбудени молекули и др., причиняват сиянието на атмосферата.

Мезопауза

Преходен слой между мезосферата и термосферата. Има минимум във вертикалното разпределение на температурата (около -90 °C).

Линия Карман

Височината над морското равнище, която условно се приема за граница между земната атмосфера и космоса.

Термосфера

Основна статия: Термосфера

Горната граница е около 800 км. Температурата се повишава до надморска височина от 200-300 km, където достига стойности от порядъка на 1500 K, след което остава почти постоянна до голяма надморска височина. Под въздействието на ултравиолетовата и рентгеновата слънчева радиация и космическата радиация възниква йонизация на въздуха (“ полярни сияния") - основни области йоносфералежат вътре в термосферата. На височини над 300 km преобладава атомният кислород.

Атмосферни слоеве до височина 120 км

Екзосфера (сфера на разсейване)

Екзосфера- дисперсионна зона, външната част на термосферата, разположена над 700 km. Газът в екзосферата е много разреден и оттук неговите частици изтичат в междупланетното пространство ( разсейване).

До височина 100 km атмосферата е хомогенна, добре смесена смес от газове. В по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от техните молекулни тегла; концентрацията на по-тежките газове намалява по-бързо с разстоянието от повърхността на Земята. Поради намаляването на плътността на газа температурата пада от 0 °C в стратосферата до −110 °C в мезосферата. Но кинетичната енергия на отделните частици на височини от 200-250 km съответства на температура от ~1500 °C. Над 200 km се наблюдават значителни колебания в температурата и плътността на газа във времето и пространството.

На височина около 2000-3000 км екзосферата постепенно преминава в т.нар. близък космически вакуум, който е пълен със силно разредени частици междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ представлява само част от междупланетната материя. Другата част се състои от прахови частици от кометен и метеорен произход. В допълнение към изключително разредените прахови частици, в това пространство прониква електромагнитно и корпускулярно лъчение от слънчев и галактически произход.

Тропосферата представлява около 80% от масата на атмосферата, стратосферата - около 20%; масата на мезосферата е не повече от 0,3%, термосферата е по-малко от 0,05% от общата маса на атмосферата. Въз основа на електрическите свойства на атмосферата се разграничават неутроносферата и йоносферата. В момента се смята, че атмосферата се простира до надморска височина от 2000-3000 км.

В зависимост от състава на газа в атмосферата те отделят хомосфераИ хетеросфера. Хетеросфера - Това е зоната, в която гравитацията влияе върху разделянето на газовете, тъй като тяхното смесване на такава надморска височина е незначително. Това предполага променлив състав на хетеросферата. Под него се намира добре смесена, хомогенна част от атмосферата, т.нар хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбо пауза, намира се на около 120 км надморска височина.

Физични свойства

Дебелината на атмосферата е приблизително 2000 - 3000 км от повърхността на Земята. Обща маса въздух- (5.1-5.3)×10 18 кг. Моларна масачист сух въздух е 28,966. наляганепри 0 °C на морско ниво 101.325 kPa; критична температура-140,7°С; критично налягане 3,7 MPa; ° С стр 1,0048×10 3 J/(kg K) (при 0 °C), ° С v 0,7159×10 3 J/(kg K) (при 0 °C). Разтворимостта на въздух във вода при 0 °C е 0,036%, при 25 °C - 0,22%.

Физиологични и други свойства на атмосферата

Вече на надморска височина от 5 км се развива необучен човек кислородно гладуванеи без адаптация, представянето на човек е значително намалено. Тук свършва физиологичната зона на атмосферата. Човешкото дишане става невъзможно на надморска височина от 15 km, въпреки че до приблизително 115 km атмосферата съдържа кислород.

Атмосферата ни доставя необходимия за дишане кислород. Въпреки това, поради спада на общото налягане на атмосферата, докато се издигате на височина, парциалното налягане на кислорода намалява съответно.

Човешките бели дробове постоянно съдържат около 3 литра алвеоларен въздух. Парциално наляганекислород в алвеоларния въздух при нормално атмосферно налягане е 110 mm Hg. Чл., Налягане на въглероден диоксид - 40 mm Hg. чл., а водната пара - 47 mm Hg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането на кислорода пада, а общото налягане на парите на водата и въглеродния диоксид в белите дробове остава почти постоянно - около 87 mm Hg. Изкуство. Подаването на кислород в белите дробове ще спре напълно, когато налягането на околния въздух стане равно на тази стойност.

На надморска височина около 19-20 км атмосферното налягане пада до 47 mm Hg. Изкуство. Следователно на тази надморска височина водата и интерстициалната течност започват да кипят в човешкото тяло. Извън кабината под налягане на тези височини смъртта настъпва почти мигновено. Така, от гледна точка на човешката физиология, „космосът“ започва вече на височина 15-19 км.

Плътните слоеве въздух - тропосферата и стратосферата - ни предпазват от вредното въздействие на радиацията. При достатъчно разреждане на въздуха, на надморска височина над 36 km, йонизиращите агенти имат интензивен ефект върху тялото. радиация- първични космически лъчи; На надморска височина над 40 км ултравиолетовата част от слънчевия спектър е опасна за хората.

Докато се издигаме на все по-голяма височина над повърхността на Земята, такива познати явления, наблюдавани в ниските слоеве на атмосферата, като разпространението на звука, появата на аеродинамични вдигами съпротивление, пренос на топлина конвекцияи т.н.

Разпределение в разредени слоеве въздух звуксе оказва невъзможно. До височини от 60-90 км все още е възможно да се използва въздушно съпротивление и повдигане за контролиран аеродинамичен полет. Но започвайки от височини 100-130 км, концепции, познати на всеки пилот числа МИ звукова бариерагубят значението си, има условно Линия Карманотвъд който започва сферата на чисто балистичния полет, който може да се контролира само с помощта на реактивни сили.

На височини над 100 km атмосферата е лишена от друго забележително свойство - способността да абсорбира, провежда и предава топлинна енергия чрез конвекция (т.е. чрез смесване на въздуха). Това означава, че различни елементи от оборудването на орбиталната космическа станция няма да могат да се охлаждат отвън по същия начин, както обикновено се прави в самолета - с помощта на въздушни струи и въздушни радиатори. На такава височина, както обикновено в космоса, единственият начин за пренос на топлина е топлинно излъчване.

Атмосферен състав

Състав на сух въздух

Атмосферата на Земята се състои основно от газове и различни примеси (прах, водни капки, ледени кристали, морски соли, продукти от горенето).

Концентрацията на газовете, които изграждат атмосферата, е почти постоянна, с изключение на водата (H 2 O) и въглеродния диоксид (CO 2).

Състав на сух въздух
Азот
Кислород
Аргон
вода
Въглероден двуокис
Неон
Хелий
Метан
Криптон
Водород
ксенон
Азотен оксид

В допълнение към газовете, посочени в таблицата, атмосферата съдържа SO 2, NH 3, CO, озон, въглеводороди, НС1, HF, двойки Hg, I 2 , и също НЕи много други газове в малки количества. Тропосферата постоянно съдържа голям брой суспендирани твърди и течни частици ( аерозол).

История на формирането на атмосферата

Според най-разпространената теория атмосферата на Земята е имала четири различни състава във времето. Първоначално се състои от леки газове ( водородИ хелий), заснети от междупланетното пространство. Това е т.нар първична атмосфера(преди около четири милиарда години). На следващия етап активната вулканична дейност доведе до насищане на атмосферата с газове, различни от водород (въглероден диоксид, амоняк, водна пара). Така се формира вторична атмосфера(около три милиарда години преди наши дни). Тази атмосфера беше възстановяваща. Освен това процесът на образуване на атмосферата се определя от следните фактори:

изтичане на леки газове (водород и хелий) в междупланетно пространство;

химични реакции, протичащи в атмосферата под въздействието на ултравиолетово лъчение, мълнии и някои други фактори.

Постепенно тези фактори доведоха до образуването третична атмосфера, характеризиращ се с много по-ниско съдържание на водород и много по-високо съдържание на азот и въглероден диоксид (образуван в резултат на химични реакции от амоняк и въглеводороди).

Азот

Образуването на голямо количество N 2 се дължи на окисляването на амонячно-водородната атмосфера от молекулярния O 2, който започва да идва от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, започваща преди 3 милиарда години. N2 също се отделя в атмосферата в резултат на денитрификация на нитрати и други азотсъдържащи съединения. Азотът се окислява от озона до NO в горните слоеве на атмосферата.

Азотът N 2 реагира само при определени условия (например по време на мълния). Окисляването на молекулярен азот от озон по време на електрически разряди се използва в промишленото производство на азотни торове. Те могат да го окислят с ниска консумация на енергия и да го превърнат в биологично активна форма. цианобактерии (синьо-зелени водорасли)и нодулни бактерии, които образуват ризобиални симбиозас вариварастения, т.нар зелено торене.

Кислород

Съставът на атмосферата започна да се променя радикално с появата на Земята живи организми, като резултат фотосинтезапридружено от освобождаване на кислород и абсорбция на въглероден диоксид. Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - амоняк, въглеводороди, азотна форма жлезасъдържащи се в океаните и т.н. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да се увеличава. Постепенно се формира модерна атмосфера с окислителни свойства. Тъй като това предизвика сериозни и резки промени в много процеси, протичащи в атмосфера, литосфераИ биосфера, това събитие беше наречено Кислородна катастрофа.

По време на фанерозойсъставът на атмосферата и съдържанието на кислород претърпя промени. Те корелираха основно със скоростта на отлагане на органични утайки. По този начин, по време на периоди на натрупване на въглища, съдържанието на кислород в атмосферата очевидно значително надвишава съвременното ниво.

Въглероден двуокис

Съдържанието на CO 2 в атмосферата зависи от вулканичната активност и химичните процеси в земните черупки, но най-вече - от интензивността на биосинтезата и разграждането на органичните вещества в биосфера Земята. Почти цялата сегашна биомаса на планетата (около 2,4 × 10 12 тона ) се образува от въглероден диоксид, азот и водни пари, съдържащи се в атмосферния въздух. Погребан в океан, В блатаи в гориорганичната материя се превръща в въглища, маслоИ природен газ. (см. Геохимичен въглероден цикъл)

Благородни газове

Източник на инертни газове - аргон, хелийИ криптон- вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи. Земята като цяло и атмосферата в частност са изчерпани от инертни газове в сравнение с космоса. Смята се, че причината за това се крие в непрекъснатото изтичане на газове в междупланетното пространство.

Замърсяване на въздуха

Напоследък еволюцията на атмосферата започна да се влияе от Човек. Резултатът от неговите дейности беше постоянно значително увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради изгарянето на въглеводородни горива, натрупани в предишни геоложки епохи. Огромни количества CO 2 се изразходват по време на фотосинтезата и се абсорбират от световните океани. Този газ навлиза в атмосферата поради разлагането на карбонатни скали и органични вещества от растителен и животински произход, както и поради вулканизма и човешката промишлена дейност. През последните 100 години съдържанието на CO 2 в атмосферата се е увеличило с 10%, като основната част (360 милиарда тона) идва от изгаряне на гориво. Ако скоростта на нарастване на изгарянето на горивото продължи, тогава през следващите 50 - 60 години количеството CO 2 в атмосферата ще се удвои и може да доведе до глобално изменение на климата.

Изгарянето на гориво е основният източник на замърсяващи газове ( CO, НЕ, ТАКА 2 ). Серният диоксид се окислява от атмосферния кислород до ТАКА 3 в горните слоеве на атмосферата, които от своя страна взаимодействат с вода и амонячни пари и получената сярна киселина (H 2 ТАКА 4 ) И амониев сулфат ((NH 4 ) 2 ТАКА 4 ) връщане на повърхността на Земята под формата на т.нар. киселинен дъжд. Използване Двигатели с вътрешно гореневоди до значително замърсяване на атмосферата с азотни оксиди, въглеводороди и оловни съединения ( тетраетил олово Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Аерозолното замърсяване на атмосферата се причинява както от природни причини (вулканични изригвания, прашни бури, увличане на капки морска вода и растителен прашец и др.), така и от икономически дейности на човека (добив на руди и строителни материали, изгаряне на гориво, производство на цимент и др.). ). Интензивното мащабно изпускане на прахови частици в атмосферата е една от възможните причини за изменението на климата на планетата.

Газов състав на атмосферния въздух

Газовият състав на въздуха, който дишаме, изглежда така: 78% е азот, 21% е кислород и 1% са други газове. Но в атмосферата на големите индустриални градове това съотношение често се нарушава.

Значителна част се състои от вредни примеси, причинени от емисии от предприятия и превозни средства. Автомобилният транспорт въвежда в атмосферата много примеси: въглеводороди с неизвестен състав, бензо(а)пирен, въглероден диоксид, серни и азотни съединения, олово, въглероден оксид.

Атмосферата се състои от смес от редица газове - въздух, в който са суспендирани колоидни примеси - прах, капчици, кристали и др. Съставът на атмосферния въздух се променя слабо с надморската височина. Въпреки това, започвайки от надморска височина от около 100 km, заедно с молекулярния кислород и азота, в резултат на дисоциацията на молекулите се появява и атомен кислород и започва гравитационното разделяне на газовете. Над 300 km в атмосферата преобладава атомарният кислород, над 1000 km - хелият и след това атомарният водород. Налягането и плътността на атмосферата намаляват с надморската височина; около половината от общата маса на атмосферата е концентрирана в долните 5 км, 9/10 в долните 20 км и 99,5% в долните 80 км. На надморска височина от около 750 km плътността на въздуха пада до 10-10 g/m3 (докато на земната повърхност е около 103 g/m3), но дори и такава ниска плътност е достатъчна за появата на полярни сияния. Атмосферата няма рязка горна граница; плътността на съставните газове

Съставът на атмосферния въздух, който всеки от нас диша, включва няколко газа, основните от които са: азот (78,09%), кислород (20,95%), водород (0,01%), въглероден диоксид (въглероден диоксид) (0,03%) и инертни газове (0,93%). Освен това във въздуха винаги има известно количество водна пара, чието количество винаги се променя с промените в температурата: колкото по-висока е температурата, толкова по-голямо е съдържанието на пари и обратно. Поради колебания в количеството водни пари във въздуха, процентът на газовете в него също не е постоянен. Всички газове, които изграждат въздуха, са без цвят и мирис. Теглото на въздуха се променя в зависимост не само от температурата, но и от съдържанието на водни пари в него. При една и съща температура теглото на сухия въздух е по-голямо от това на влажния въздух, т.к водната пара е много по-лека от въздушната пара.

Таблицата показва газовия състав на атмосферата в обемно съотношение на масата, както и продължителността на живота на основните компоненти:

Свойствата на газовете, които изграждат атмосферния въздух под налягане се променят.

Например: кислородът под налягане над 2 атмосфери има токсичен ефект върху тялото.

Азотът под налягане над 5 атмосфери има наркотичен ефект (азотна интоксикация). Бързото издигане от дълбините причинява декомпресионна болест поради бързото освобождаване на азотни мехурчета от кръвта, сякаш я разпенва.

Увеличаването на въглеродния диоксид с повече от 3% в дихателната смес причинява смърт.

Всеки компонент, който съставлява въздуха, с повишаване на налягането до определени граници, се превръща в отрова, която може да отрови тялото.

Изследване на газовия състав на атмосферата. Атмосферна химия

За историята на бързото развитие на сравнително млад клон на науката, наречен атмосферна химия, терминът „изстрел“ (хвърляне), използван във високоскоростните спортове, е най-подходящ. Стартовият пистолет вероятно е изстрелян от две статии, публикувани в началото на 70-те години. Те говориха за възможното разрушаване на стратосферния озон от азотни оксиди - NO и NO 2. Първият принадлежи на бъдещия нобелов лауреат, а след това служител на Стокхолмския университет, П. Крутцен, който счита вероятния източник на азотни оксиди в стратосферата за естествено срещащ се азотен оксид N 2 O, който се разпада под въздействието на слънчева светлина. Авторът на втората статия, химик от Калифорнийския университет в Бъркли Г. Джонстън, предположи, че азотните оксиди се появяват в стратосферата в резултат на човешката дейност, а именно по време на емисиите на продукти от горенето от реактивни двигатели на самолети на голяма надморска височина.

Разбира се, горните хипотези не са възникнали от нищото. Съотношението поне на основните компоненти в атмосферния въздух - молекулите на азота, кислорода, водните пари и т.н. - беше известно много по-рано. Още през втората половина на 19в.

В Европа бяха направени измервания на концентрациите на озон в повърхностния въздух. През 30-те години на миналия век английският учен С. Чапман открива механизма на образуване на озон в чисто кислородна атмосфера, показващ набор от взаимодействия на кислородни атоми и молекули, както и озон, в отсъствието на други компоненти на въздуха. Въпреки това, в края на 50-те години, измерванията с помощта на метеорологични ракети показаха, че има много по-малко озон в стратосферата, отколкото би трябвало да има според реакционния цикъл на Чапман. Въпреки че този механизъм остава основен и до днес, стана ясно, че има някои други процеси, които също участват активно в образуването на атмосферния озон.

Заслужава да се отбележи, че до началото на 70-те години знанията в областта на атмосферната химия са получени главно чрез усилията на отделни учени, чиито изследвания не са обединени от никаква социално значима концепция и най-често са от чисто академичен характер. Работата на Джонстън е друг въпрос: според неговите изчисления 500 самолета, летящи по 7 часа на ден, биха могли да намалят количеството стратосферен озон с не по-малко от 10%! И ако тези оценки бяха справедливи, тогава проблемът веднага стана социално-икономически, тъй като в този случай всички програми за развитие на свръхзвукова транспортна авиация и свързаната с нея инфраструктура ще трябва да претърпят значителни корекции и може би дори закриване. Освен това тогава за първи път наистина възникна въпросът, че антропогенната дейност може да предизвика не локален, а глобален катаклизъм. Естествено, в настоящата ситуация теорията се нуждаеше от много тежка и в същото време оперативна проверка.

Нека си припомним, че същността на горепосочената хипотеза беше, че азотният оксид реагира с озона NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2 , тогава образуваният при тази реакция азотен диоксид реагира с кислородния атом NO 2 + O ® NO + O 2 , като по този начин се възстановява присъствието на NO в атмосферата, докато молекулата на озона се губи завинаги. В този случай такава двойка реакции, която съставлява азотния каталитичен цикъл на разрушаване на озона, се повтаря, докато химични или физични процеси доведат до отстраняване на азотни оксиди от атмосферата. Например NO 2 се окислява до азотна киселина HNO 3, която е силно разтворима във вода и следователно се отстранява от атмосферата от облаците и валежите. Азотният каталитичен цикъл е много ефективен: една молекула NO по време на престоя си в атмосферата успява да унищожи десетки хиляди озонови молекули.

Но, както знаете, неприятностите не идват сами. Скоро експерти от американските университети – Мичиган (Р. Столарски и Р. Цицерон) и Харвард (С. Уофси и М. Макелрой) – откриха, че озонът може да има още по-безмилостен враг – хлорните съединения. Хлорният каталитичен цикъл на разрушаване на озона (реакции Cl + O 3 ® ClO + O 2 и ClO + O ® Cl + O 2), според техните оценки, е няколко пъти по-ефективен от азотния. Единствената причина за предпазлив оптимизъм беше, че количеството естествено срещащ се хлор в атмосферата е сравнително малко, което означава, че цялостният ефект от въздействието му върху озона може да не е твърде силен. Ситуацията обаче се промени драматично, когато през 1974 г. служители на Калифорнийския университет в Ървайн С. Роуланд и М. Молина установиха, че източникът на хлор в стратосферата са хлорофлуоровъглеродни съединения (CFC), широко използвани в хладилни агрегати, аерозолни опаковки, и т.н. Тъй като са незапалими, нетоксични и химически пасивни, тези вещества се пренасят бавно от издигащите се въздушни течения от земната повърхност в стратосферата, където техните молекули се разрушават от слънчевата светлина, което води до освобождаване на свободни хлорни атоми. Промишленото производство на фреони, започнало през 30-те години на миналия век, и техните емисии в атмосферата постоянно се увеличават през всички следващи години, особено през 70-те и 80-те години. Така за много кратък период от време теоретиците идентифицираха два проблема в атмосферната химия, причинени от интензивно антропогенно замърсяване.

Въпреки това, за да се тества валидността на изложените хипотези, беше необходимо да се изпълнят много задачи.

първо,разширяване на лабораторните изследвания, по време на които би било възможно да се определят или изяснят скоростите на фотохимичните реакции между различните компоненти на атмосферния въздух. Трябва да се каже, че много оскъдните данни за тези скорости, които съществуваха по това време, също имаха доста грешки (до няколкостотин процента). В допълнение, условията, при които са направени измерванията, като правило, не съответстват точно на реалностите на атмосферата, което сериозно утежнява грешката, тъй като интензивността на повечето реакции зависи от температурата, а понякога и от налягането или плътността на атмосферата въздух.

второ,интензивно изучават радиационните оптични свойства на редица малки атмосферни газове в лабораторни условия.

Молекулите на значителен брой компоненти на атмосферния въздух се разрушават от ултравиолетовото лъчение от Слънцето (в реакции на фотолиза), сред които не само CFC, споменати по-горе, но и молекулярен кислород, озон, азотни оксиди и много други. Следователно оценките на параметрите на всяка реакция на фотолиза са толкова необходими и важни за правилното възпроизвеждане на атмосферните химични процеси, колкото скоростите на реакциите между различни молекули.

Химичен състав на въздухае важен за осъществяването на дихателната функция. Атмосферният въздух е смес от газове: кислород, въглероден диоксид, аргон, азот, неон, криптон, ксенон, водород, озон и др. Най-важен е кислородът. В покой човек усвоява 0,3 л/мин. По време на физическа активност консумацията на кислород се увеличава и може да достигне 4,5–8 l/min. Колебанията в съдържанието на кислород в атмосферата са малки и не надвишават 0,5%. Ако съдържанието на кислород намалее до 11-13%, се появяват симптоми на кислороден дефицит. Съдържанието на кислород от 7-8% може да доведе до смърт. Въглеродният диоксид е без цвят и мирис, образува се при дишане и гниене, изгаряне на гориво. В атмосферата е 0,04%, а в индустриалните зони – 0,05-0,06%. При голяма тълпа от хора може да се увеличи до 0,6 - 0,8%. При продължително вдишване на въздух, съдържащ 1-1,5% въглероден диоксид, се отбелязва влошаване на здравето, а при 2-2,5% - патологични промени. При 8-10% загуба на съзнание и смърт въздухът има налягане, наречено атмосферно или барометрично. Измерва се в милиметри живачен стълб (mmHg), хектопаскали (hPa), милибари (mb).

Счита се, че нормалното атмосферно налягане е на морското равнище на ширина 45˚ при температура на въздуха 0˚C. Тя е равна на 760 mmHg. (Счита се, че въздухът в помещението е с лошо качество, ако съдържа 1% въглероден диоксид. Тази стойност се приема като изчислена стойност при проектиране и инсталиране на вентилация в помещения.

Замърсяване на въздуха.Въглеродният окис е газ без цвят и мирис, който се образува при непълно изгаряне на гориво и навлиза в атмосферата с промишлени емисии и отработени газове от двигатели с вътрешно горене. В мегаполисите концентрацията му може да достигне 50-200 mg/m3. При пушене на тютюн въглеродният окис навлиза в тялото. Въглеродният окис е кръвна и обща токсична отрова. Той блокира хемоглобина, губи способността си да пренася кислород до тъканите. Острото отравяне настъпва при концентрация на въглероден оксид във въздуха 200-500 mg/m3. В този случай се наблюдават главоболие, обща слабост, гадене и повръщане. ПДК средноденонощна концентрация е 0 1 mg/m3, еднократна – 6 mg/m3. Въздухът може да бъде замърсен от серен диоксид, сажди, катранени вещества, азотни оксиди и въглероден дисулфид.

Микроорганизми.Винаги се намират в малки количества във въздуха, където се пренасят с почвения прах. Микробите от инфекциозни заболявания, влизащи в атмосферата, бързо умират. Особена опасност в епидемиологично отношение представлява въздухът в жилищните помещения и спортните съоръжения. Например в залите за борба има микробно съдържание до 26 000 на 1 m3 въздух. Аерогенните инфекции се разпространяват много бързо в такъв въздух.

ПрахТова са леки плътни частици от минерален или органичен произход; когато прахът попадне в белите дробове, той се задържа там и причинява различни заболявания. Индустриалният прах (олово, хром) може да причини отравяне. В градовете прахът не трябва да надвишава 0,15 mg/m3 Спортните площадки трябва да се поливат редовно, да имат озеленена площ и да се почистват мокро. Установени са санитарно-охранителни зони за всички предприятия, които замърсяват атмосферата. В съответствие с класа на опасност те имат различни размери: за предприятия от клас 1 - 1000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 -100 m, 5 - 50 m При разполагане на спортни съоръжения в близост до предприятия необходимо да се вземе предвид розата на вятъра, санитарно-защитните зони, степента на замърсяване на въздуха и др.

Една от важните мерки за опазване на атмосферния въздух е превантивният и текущ санитарен надзор и системно наблюдение на състоянието на атмосферния въздух. Извършва се с помощта на автоматизирана система за наблюдение.

Чистият атмосферен въздух на повърхността на Земята има следния химичен състав: кислород - 20,93%, въглероден диоксид - 0,03-0,04%, азот - 78,1%, аргон, хелий, криптон 1%.

Издишаният въздух съдържа 25% по-малко кислород и 100 пъти повече въглероден диоксид.
Кислород.Най-важният компонент на въздуха. Осигурява протичането на редокс процесите в организма. Възрастният изразходва 12 литра кислород в покой, а при физическа работа - 10 пъти повече. В кръвта кислородът е свързан с хемоглобина.

Озон.Химически нестабилен газ, той е способен да абсорбира слънчевата късовълнова ултравиолетова радиация, която има пагубен ефект върху всички живи същества. Озонът абсорбира дълговълновата инфрачервена радиация, излъчвана от Земята, и по този начин предотвратява нейното прекомерно охлаждане (озоновия слой на Земята). Под въздействието на ултравиолетовото лъчение озонът се разлага на кислородна молекула и атом. Озонът е бактерицидно средство за дезинфекция на вода. В природата се образува при електрически разряди, при изпаряване на водата, при ултравиолетово лъчение, при гръмотевична буря, в планините и в иглолистните гори.

Въглероден двуокис.Образува се в резултат на редокс процеси, протичащи в тялото на хората и животните, изгаряне на гориво и гниене на органични вещества. Във въздуха на градовете концентрацията на въглероден диоксид се увеличава поради промишлени емисии - до 0,045%, в жилищни помещения - до 0,6-0,85. Възрастен в покой отделя 22 литра въглероден диоксид на час, а по време на физическа работа - 2-3 пъти повече. Признаци на влошаване на здравето на човек се появяват само при продължително вдишване на въздух, съдържащ 1-1,5% въглероден диоксид, изразени функционални промени - при концентрация 2-2,5% и изразени симптоми (главоболие, обща слабост, задух, сърцебиене, намалена производителност) – на 3-4%. Хигиенното значение на въглеродния диоксид се състои в това, че той служи като косвен индикатор за общото замърсяване на въздуха. Стандартът за въглероден диоксид във фитнес залите е 0,1%.

Азот.Индиферентният газ служи като разредител за други газове. Повишеното вдишване на азот може да има наркотичен ефект.

Въглероден окис.Образува се при непълно изгаряне на органични вещества. Няма нито цвят, нито мирис. Концентрацията в атмосферата зависи от интензивността на автомобилния трафик. Прониквайки през белодробните алвеоли в кръвта, той образува карбоксихемоглобин, в резултат на което хемоглобинът губи способността си да пренася кислород. Максимално допустимата среднодневна концентрация на въглероден окис е 1 mg/m3.

Токсичните дози въглероден оксид във въздуха са 0,25-0,5 mg/l. При продължителна експозиция, главоболие, припадък, сърцебиене.

серен диоксид.Той попада в атмосферата в резултат на изгаряне на гориво, богато на сяра (въглища). Образува се при печене и топене на серни руди и при боядисване на тъкани. Дразни лигавицата на очите и горните дихателни пътища. Прагът на усещане е 0,002-0,003 mg/l. Газът има вредно въздействие върху растителността, особено върху иглолистните дървета.
Механични примеси на въздухаидват под формата на дим, сажди, сажди, натрошени частици пръст и други твърди вещества. Съдържанието на прах във въздуха зависи от естеството на почвата (пясък, глина, асфалт), нейното санитарно състояние (поливане, почистване), замърсяването на въздуха от промишлени емисии и санитарното състояние на помещенията.

Прахът механично дразни лигавиците на горните дихателни пътища и очите. Системното вдишване на прах причинява респираторни заболявания. При дишане през носа се задържат до 40-50% прах. Микроскопичният прах, който остава във висящо състояние за дълго време, е най-неблагоприятен от хигиенна гледна точка. Електрическият заряд на праха подобрява способността му да прониква и да се задържа в белите дробове. Прах. съдържащо олово, арсен, хром и други токсични вещества, причинява типични явления на отравяне и когато проникне не само чрез вдишване, но и през кожата и стомашно-чревния тракт. При запрашен въздух интензивността на слънчевата радиация и йонизацията на въздуха са значително намалени. За да се предотврати неблагоприятното въздействие на праха върху тялото, жилищните сгради са разположени от наветрената страна на замърсителите на въздуха. Между тях са разположени санитарно-защитни зони с ширина 50-1000 m или повече. В жилищни помещения, систематично мокро почистване, проветряване на помещения, смяна на обувки и връхни дрехи, на открити площи използването на почви без прах и поливане.

Въздушни микроорганизми. Бактериалното замърсяване на въздуха, както и на други обекти на околната среда (вода, почва), представлява епидемиологична опасност. Във въздуха има различни микроорганизми: бактерии, вируси, плесени, клетки от дрожди. Най-често срещаното е въздушно-капковото предаване на инфекции: голям брой микроби навлизат във въздуха и навлизат в дихателните пътища на здрави хора при дишане. Например, по време на силен разговор и още повече при кашляне и кихане, малки капчици се пръскат на разстояние от 1-1,5 m и се разпространяват с въздуха на 8-9 m. Тези капчици могат да бъдат суспендирани за 4-5 часа, но в повечето случаи се установяват за 40-60 минути. В прах вирусът на грипа и дифтерийният бацил остават жизнеспособни 120-150 дни. Има добре известна връзка: колкото повече прах има във въздуха в помещенията, толкова по-богата е микрофлората в него.

Въздухът е естествена смес от газове, образувала се по време на еволюцията на Земята. Въздухът е най-важният елемент от човешката среда и всички живи същества на нашата планета. Въздухът постоянно обгражда човешкото тяло и е жизненоважен за нормалното му функциониране. Самият живот е невъзможен без дихателни процеси.

Състав на въздуха

Атмосферата на Земята е многослойна. Най-близкият до Земята слой атмосфера, който дишаме, се състои от следните елементи на периодичната таблица: азот, кислород, аргон, и въглероден двуокис. Следват газове, чийто дял в общия обем на въздуха е по-малък от 0,002%, - хелий, неонов газ, криптон, водород, ксенон, метанИ озон.

Тази композиция може да варира значително в зависимост от местоположението, например тя се различава в града и в гората, на морския бряг и в планината.

Водните пари, озонът и въглеродният диоксид играят жизненоважна роля, като не позволяват на слънчевите лъчи да нагряват силно и да унищожават живите организми, които живеят на повърхността на планетата.

Отделно трябва да се каже за въглеродния диоксид: той се издишва от всички живи същества на планетата, отделя се от гниещи растения и организми и се съдържа в дима от пожар. Само растенията могат да „вдишват“ въглероден диоксид и „издишват“ кислород. Хората и животните, напротив, вдишват кислород и издишват въглероден диоксид.

Състав на въздуха

Свойства на въздуха

Въздухът може да бъде компресиран и той ще стане еластичен. Хората са се научили да използват силата на сгъстения въздух, благодарение на който работят много механизми. Това е например компресор за аквариум, помпа за помпане на велосипедни и автомобилни гуми.

Въздухът запазва топлината добре. Това свойство помага на хора, животни и дори растения. Човек си слага двойни каси, между вратите на които има въздух и така изолира къщата си. Птиците и бозайниците запазват телесната си топлина чрез въздуха, затворен между перата или козината им. В студено време растенията се затоплят под снега от въздуха, който се намира между снежинките. Ето защо растенията се нуждаят от снежна покривка през зимата.

Озонов слой

Миризмата на свежест след гръмотевична буря е миризмата озон. Когато е изложен на ултравиолетова радиация от слънцето, кислородът се превръща в озон. Тази газова покривка покрива Земята на височина 18-25 км. Това е, което блокира слънчевите лъчи, които са разрушителни за всички живи същества. Освен това озонът се образува поради електрически разряди, например по време на гръмотевична буря и по време на окисляването на морски водорасли или смола от иглолистни дървета.

Озонът се разрушава от химически съединения, съдържащи хлор или флуор. Например, това е фреон, използван като хладилен агент. В резултат на излагането на тези вещества озоновият слой в атмосферата изтънява, образувайки озонова дупка. Нарастването и намаляването на озоновите дупки обаче също са природни явления и не зависят изцяло от човешката дейност.

Днес учените са установили, че дебелината на озоновия слой над Антарктика е намаляла значително. Поради това голям брой ултравиолетови лъчи достигат земната повърхност.

Атмосферни смущения

Човекът замърсява атмосферата, като отделя в нея вредни газове, които имат различни имена: метан, въглероден оксид, серен диоксид. Вредни газовесе получават от изгарянето на различни вещества: бензин, с който се движат колите, въглища, които се използват за отопление на печката, изкуствено създадени материали и химикали, които се изгарят от различни предприятия. Това води до факта, че съдържанието на кислород във въздуха, който дишаме, значително намалява, а съдържанието на въглероден диоксид се увеличава.

Особено опасно за цялата жива материя, която се нарича аерозоли. Ако вдишвате такива вещества, можете да се разболеете сериозно. Над големите градове количеството аерозоли е много високо. Поради това често е трудно да се диша в градовете.

Състав и структура на атмосферата.

Атмосферата е газовата обвивка на Земята. Вертикалният обхват на атмосферата е повече от три радиуса на Земята (средният радиус е 6371 km), а масата е 5,157x10 15 тона, което е приблизително една милионна от масата на Земята.

Разделянето на атмосферата на слоеве във вертикална посока се основава на следното:

- състав на атмосферния въздух,

— физични и химични процеси;

— разпределение на температурата по височина;

— взаимодействие на атмосферата с подстилащата повърхност.

Атмосферата на нашата планета е механична смес от различни газове, включително водна пара, както и определено количество аерозоли. Съставът на сухия въздух в долните 100 km остава почти постоянен. Чистият и сух въздух, без водни пари, прах и други примеси, е смес от газове, главно азот (78% от обема на въздуха) и кислород (21%). Малко по-малко от един процент е аргонът и има много други газове в много малки количества - ксенон, криптон, въглероден диоксид, водород, хелий и др. (Таблица 1.1).

Азотът, кислородът и другите компоненти на атмосферния въздух винаги са в газообразно състояние в атмосферата, тъй като критичните температури, т.е. температурите, при които те могат да бъдат в течно състояние, са много по-ниски от температурите, наблюдавани на повърхността на Земята. Изключение прави въглеродният диоксид. За да се премине в течно състояние обаче, освен температура е необходимо да се постигне и състояние на насищане. В атмосферата има малко въглероден диоксид (0,03%) и се намира под формата на отделни молекули, равномерно разпределени между молекулите на други атмосферни газове. През последните 60-70 години съдържанието му се е увеличило с 10-12%, под влияние на човешката дейност.

Най-податливо на изменение е съдържанието на водни пари, чиято концентрация на повърхността на Земята при високи температури може да достигне 4%. С увеличаване на надморската височина и намаляване на температурата съдържанието на водни пари рязко намалява (на височина 1,5-2,0 km - наполовина и 10-15 пъти от екватора до полюса).

Масата на твърдите примеси през последните 70 години в атмосферата на северното полукълбо се е увеличила приблизително 1,5 пъти.

Постоянството на газовия състав на въздуха се осигурява чрез интензивно смесване на долния слой въздух.

Газов състав на долните слоеве сух въздух (без водна пара)

Ролята и значението на основните газове на атмосферния въздух

КИСЛОРОД (ОТНОСНО)жизненоважни за почти всички жители на планетата. Това е активен газ. Участва в химични реакции с други атмосферни газове. Кислородът активно абсорбира лъчиста енергия, особено много къси дължини на вълните под 2,4 микрона. Под влияние на слънчевата ултравиолетова радиация (Х< 03 µm), молекулата на кислорода се разпада на атоми. Атомарният кислород, комбинирайки се с кислородна молекула, образува ново вещество - триатомен кислород или озон(Оз). Озонът се намира главно на голяма надморска височина. Там неговиятроля за планетата е изключително полезна. На повърхността на Земята озонът се образува по време на мълния.

За разлика от всички други газове в атмосферата, които са без вкус и мирис, озонът има характерна миризма. В превод от гръцки думата "озон" означава "с остра миризма". След гръмотевична буря тази миризма се възприема като миризма на свежест. В големи количества озонът е токсично вещество. В градове с голям брой автомобили и следователно големи емисии на автомобилни газове, озонът се образува под въздействието на слънчевата светлина при ясно или частично облачно време. Градът е обвит в жълто-син облак, видимостта се влошава. Това е фотохимичен смог.

АЗОТЪТ (N2) е неутрален газ, не реагира с други атмосферни газове и не участва в абсорбцията на лъчиста енергия.

До надморска височина от 500 км атмосферата се състои основно от кислород и азот. Освен това, ако в долния слой на атмосферата преобладава азотът, тогава на голяма надморска височина има повече кислород, отколкото азот.

АРГОН (Ar) е неутрален газ, не реагира и не участва в поглъщането или излъчването на лъчиста енергия. По същия начин - ксенон, криптон и много други газове. Аргонът е тежко вещество, във високите слоеве на атмосферата има много малко.

ВЪГЛЕРОДНИЯТ ДИОКСИД (CO2) в атмосферата е средно 0,03%. Този газ е много необходим за растенията и се абсорбира активно от тях.

Действителното му количество във въздуха може леко да варира. В индустриалните зони количеството му може да нарасне до 0,05%. В селските райони, над горите и полетата има по-малко. Над Антарктика има приблизително 0,02% въглероден диоксид, т.е. почти Узпо-малко от средното количество в атмосферата. Същото количество и дори по-малко над морето - 0,01 - 0,02%, тъй като въглеродният диоксид се абсорбира интензивно от водата.

В слоя въздух, който е в непосредствена близост до земната повърхност, количеството въглероден диоксид също претърпява ежедневни колебания.

През нощта има повече, през деня по-малко. Това се обяснява с факта, че през светлата част на деня въглеродният диоксид се абсорбира от растенията, но не и през нощта. Растенията на планетата отнемат около 550 милиарда тона кислород от атмосферата през цялата година и връщат около 400 милиарда тона кислород в нея.

Въглеродният диоксид е напълно прозрачен за късовълновите лъчи на слънцето, но интензивно абсорбира топлинното инфрачервено лъчение на Земята. С това е свързан и проблемът с парниковия ефект, за който периодично се разгарят дискусии на страниците на научния печат и най-вече в медиите.

ХЕЛИЙ (He) е много лек газ. Той попада в атмосферата от земната кора в резултат на радиоактивния разпад на торий и уран. Хелият излиза в открития космос. Скоростта на намаляване на хелия съответства на скоростта на навлизането му от недрата на Земята. От надморска височина от 600 км до 16 000 км нашата атмосфера се състои главно от хелий. Това е „хелиевият венец на Земята“, според Вернадски. Хелият не реагира с други атмосферни газове и не участва в лъчистия топлообмен.

ВОДОРОДЪТ (Hg) е още по-лек газ. Има много малко от него близо до земната повърхност. Издига се до горните слоеве на атмосферата. В термосферата и екзосферата атомният водород става доминиращ компонент. Водородът е най-горната, най-външната обвивка на нашата планета.

Над 16 000 км до горната граница на атмосферата, тоест до височини 30-40 хил. км, преобладава водородът. Така химичният състав на нашата атмосфера с надморска височина се доближава до химичния състав на Вселената, в която водородът и хелият са най-често срещаните елементи.

В най-външната, изключително разредена част на горната атмосфера водородът и хелият излизат от атмосферата. Техните отделни атоми имат достатъчно високи скорости за това.

Атмосферата е въздушната обвивка на Земята. Простира се до 3000 км от земната повърхност. Неговите следи могат да бъдат проследени до надморска височина до 10 000 км. А. има неравномерна плътност 50 5 масите му са концентрирани до 5 км, 75% - до 10 км, 90% - до 16 км.

Атмосферата се състои от въздух - механична смес от няколко газа.

Азот(78%) в атмосферата играе ролята на кислороден разредител, регулиращ скоростта на окисление и следователно скоростта и интензивността на биологичните процеси. Азотът е основният елемент на земната атмосфера, който непрекъснато се обменя с живата материя на биосферата, а съставните части на последната са азотни съединения (аминокиселини, пурини и др.). Азотът се извлича от атмосферата по неорганични и биохимични пътища, въпреки че те са тясно свързани помежду си. Неорганичната екстракция е свързана с образуването на неговите съединения N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Те се намират във валежите и се образуват в атмосферата под въздействието на електрически разряди по време на гръмотевични бури или фотохимични реакции под въздействието на слънчевата радиация.

Биологичното фиксиране на азота се извършва от някои бактерии в симбиоза с висши растения в почвата. Азотът също се фиксира от някои планктонни микроорганизми и водорасли в морската среда. В количествено отношение биологичното фиксиране на азота превишава неорганичното му фиксиране. Обменът на целия азот в атмосферата се извършва в рамките на приблизително 10 милиона години. Азотът се намира в газове от вулканичен произход и в магмени скали. Когато различни проби от кристални скали и метеорити се нагряват, азотът се освобождава под формата на молекули N 2 и NH 3. Но основната форма на присъствие на азота, както на Земята, така и на планетите от земната група, е молекулярната. Амонякът, навлизайки в горните слоеве на атмосферата, бързо се окислява, освобождавайки азот. В седиментните скали той е заровен заедно с органичната материя и се намира в повишени количества в битуминозни отлагания. По време на регионалния метаморфизъм на тези скали азотът се освобождава в различни форми в земната атмосфера.

Геохимичен азотен цикъл (

Кислород(21%) се използва от живите организми за дишане и е част от органичните вещества (белтъчини, мазнини, въглехидрати). Озон O 3. забавя разрушителната за живота ултравиолетова радиация от Слънцето.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в атмосферата, играещ изключително важна роля в много процеси в биосферата. Доминиращата форма на неговото съществуване е O 2. В горните слоеве на атмосферата, под въздействието на ултравиолетовото лъчение, настъпва дисоциация на кислородните молекули и на надморска височина от приблизително 200 km съотношението на атомарния кислород към молекулярния (O: O 2) става равно на 10. Когато тези форми на кислород взаимодействат в атмосферата (на надморска височина 20-30 km), озонов пояс (озонов екран). Озонът (O 3) е необходим за живите организми, блокирайки по-голямата част от ултравиолетовото лъчение от слънцето, което е вредно за тях.

В ранните етапи от развитието на Земята свободният кислород се появява в много малки количества в резултат на фотодисоциация на въглероден диоксид и водни молекули в горните слоеве на атмосферата. Тези малки количества обаче бързо се изразходват от окисляването на други газове. С появата на автотрофни фотосинтезиращи организми в океана ситуацията се промени значително. Количеството свободен кислород в атмосферата започна прогресивно да нараства, активно окислявайки много компоненти на биосферата. По този начин първите порции свободен кислород допринесоха основно за прехода на железните форми на желязото в оксидни форми и сулфидите в сулфати.

В крайна сметка количеството свободен кислород в земната атмосфера достигна определена маса и беше балансирано по такъв начин, че произведеното количество стана равно на погълнатото. Установено е относително постоянно съдържание на свободен кислород в атмосферата.

Геохимичен цикъл на кислорода (В.А. Вронски, Г.В. Войткевич)

Въглероден двуокис, влиза в образуването на живата материя и заедно с водните пари създава така наречения „парников (парников) ефект“.

Въглерод (въглероден диоксид) - по-голямата част от него в атмосферата е под формата на CO 2 и много по-малко под формата на CH 4. Значението на геохимичната история на въглерода в биосферата е изключително голямо, тъй като той е част от всички живи организми. В живите организми преобладават редуцирани форми на въглерод, а в околната среда на биосферата преобладават окислени форми. Така се установява химическият обмен на жизнения цикъл: CO 2 ↔ жива материя.

Източникът на първичен въглероден диоксид в биосферата е вулканичната дейност, свързана с вековното дегазиране на мантията и долните хоризонти на земната кора. Част от този въглероден диоксид възниква по време на термичното разлагане на древни варовици в различни метаморфни зони. Миграцията на CO 2 в биосферата се осъществява по два начина.

Първият метод се изразява в абсорбцията на CO 2 по време на фотосинтеза с образуването на органични вещества и последващо погребване в благоприятни редуциращи условия в литосферата под формата на торф, въглища, нефт и нефтени шисти. Според втория метод въглеродната миграция води до създаването на карбонатна система в хидросферата, където CO 2 се превръща в H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. След това, с участието на калций (по-рядко магнезий и желязо), карбонатите се отлагат по биогенни и абиогенни пътища. Появяват се дебели слоеве от варовик и доломит. Според A.B. Ронов, съотношението на органичния въглерод (Corg) към карбонатния въглерод (Ccarb) в историята на биосферата е било 1:4.

Наред с глобалния въглероден цикъл има и редица малки въглеродни цикли. И така, на сушата зелените растения абсорбират CO 2 за процеса на фотосинтеза през деня, а през нощта го отделят в атмосферата. Със смъртта на живите организми на земната повърхност настъпва окисление на органични вещества (с участието на микроорганизми) с отделянето на CO 2 в атмосферата. През последните десетилетия специално място в цикъла на въглерода заема масовото изгаряне на изкопаеми горива и увеличаването на съдържанието му в съвременната атмосфера.

Въглероден цикъл в географската обвивка (по Ф. Рамад, 1981 г.)

Аргон- третият най-разпространен атмосферен газ, което рязко го отличава от изключително рядко разпространените други инертни газове. Въпреки това аргонът в своята геоложка история споделя съдбата на тези газове, които се характеризират с две характеристики:

1. необратимостта на тяхното натрупване в атмосферата;
2. тясна връзка с радиоактивния разпад на някои нестабилни изотопи.

Инертните газове са извън цикъла на повечето циклични елементи в биосферата на Земята.

Всички инертни газове могат да бъдат разделени на първични и радиогенни. Първичните включват тези, които са били заловени от Земята по време на периода на нейното формиране. Те са изключително редки. Основната част на аргона е представена главно от изотопите 36 Ar и 38 Ar, докато атмосферният аргон се състои изцяло от изотопа 40 Ar (99,6%), който несъмнено е радиогенен. В скалите, съдържащи калий, натрупването на радиогенен аргон е настъпило и продължава да се случва поради разпадането на калий-40 чрез улавяне на електрони: 40 K + e → 40 Ar.

Следователно съдържанието на аргон в скалите се определя от тяхната възраст и количеството калий. До тази степен концентрацията на хелий в скалите е функция на тяхната възраст и съдържание на торий и уран. Аргонът и хелият се отделят в атмосферата от недрата на земята по време на вулканични изригвания, през пукнатини в земната кора под формата на газови струи, а също и при изветряне на скалите. Според изчисленията, извършени от P. Dimon и J. Culp, хелият и аргонът в съвременната епоха се натрупват в земната кора и навлизат в атмосферата в относително малки количества. Скоростта на навлизане на тези радиогенни газове е толкова ниска, че по време на геоложката история на Земята не може да осигури наблюдаваното им съдържание в съвременната атмосфера. Следователно остава да се приеме, че по-голямата част от аргона в атмосферата идва от вътрешността на Земята в най-ранните етапи от нейното развитие и много по-малко е добавено впоследствие по време на процеса на вулканизъм и по време на изветрянето на калий-съдържащите скали .

По този начин, през геоложкото време, хелият и аргонът са имали различни процеси на миграция. В атмосферата има много малко хелий (около 5 * 10 -4%), а „дишането на хелий“ на Земята беше по-леко, тъй като той, като най-лекият газ, се изпари в открития космос. И „аргоновото дишане“ беше тежко и аргонът остана в границите на нашата планета. Повечето от първичните благородни газове, като неон и ксенон, са свързани с първичен неон, уловен от Земята по време на нейното формиране, както и с освобождаване по време на дегазиране на мантията в атмосферата. Целият набор от данни за геохимията на благородните газове показва, че първичната атмосфера на Земята е възникнала в най-ранните етапи от нейното развитие.

Атмосферата съдържа водна параИ водав течно и твърдо състояние. Водата в атмосферата е важен акумулатор на топлина.

Долните слоеве на атмосферата съдържат голямо количество минерален и техногенен прах и аерозоли, продукти от горенето, соли, спори и полени и др.

До височина 100-120 км, поради пълно смесване на въздуха, съставът на атмосферата е хомогенен. Съотношението между азот и кислород е постоянно. Отгоре преобладават инертни газове, водород и др. В долните слоеве на атмосферата има водна пара. С отдалечаване от земята съдържанието му намалява. По-високо се променя съотношението на газовете, например на надморска височина 200-800 км кислородът преобладава над азота 10-100 пъти.

	кислород
	въглероден двуокис

Във високите слоеве на атмосферата съставът на въздуха се променя под въздействието на силна радиация от Слънцето, което води до разпадане (дисоциация) на кислородните молекули на атоми. Атомарният кислород е основният компонент на високите слоеве на атмосферата. И накрая, в най-отдалечените от повърхността на Земята слоеве на атмосферата основните компоненти са най-леките газове - водород и хелий. В горните слоеве на атмосферата е открито ново съединение - хидроксил (ОН). Наличието на това съединение обяснява образуването на водни пари на голяма надморска височина в атмосферата. Тъй като по-голямата част от веществото е концентрирано на разстояние 20 км от повърхността на Земята, промените в състава на въздуха с височина не оказват забележимо влияние върху общия състав на атмосферата.

Най-важните компоненти на атмосферата са озонът и въглеродният диоксид. Озонът е триатомен кислород ( ОТНОСНО 3 ), присъстващи в атмосферата от земната повърхност до надморска височина от 70 km. В приземните слоеве на въздуха се образува главно под въздействието на атмосферното електричество и в процеса на окисление на органичните вещества, а в по-високите слоеве на атмосферата (стратосферата) - в резултат на въздействието на ултравиолетовото лъчение на Слънцето върху молекулата на кислорода. По-голямата част от озона се намира в стратосферата (по тази причина стратосферата често се нарича озоносфера). Слоят с максимална концентрация на озон на височина 20-25 km се нарича озонов екран. Като цяло озоновият слой поглъща около 13% от слънчевата енергия. Намаляването на концентрацията на озон в определени области се нарича „озонови дупки“.

Въглеродният диоксид, заедно с водните пари, причиняват парниковия ефект на атмосферата. Парниковият ефект е нагряването на вътрешните слоеве на атмосферата, което се обяснява със способността на атмосферата да пропуска късовълнова радиация от Слънцето и да не освобождава дълговълнова радиация от Земята. Ако в атмосферата имаше двойно повече въглероден диоксид, средната температура на Земята щеше да достигне 18 0 C, сега е 14-15 0 C.

Общото тегло на атмосферните газове е приблизително 4,5 10 15 тона. По този начин "теглото" на атмосферата на единица площ или атмосферното налягане е приблизително 10,3 тона/m 2 на морското равнище.

Във въздуха има много прахови частици, чийто диаметър е част от микрона. Те са кондензационни ядра. Без тях би било невъзможно образуването на мъгли, облаци и валежи. Много оптични и атмосферни явления са свързани с праховите частици в атмосферата. Начините за навлизане в атмосферата са различни: вулканична пепел, дим от изгаряне на гориво, цветен прашец от растения, микроорганизми. Напоследък промишлените емисии и продуктите на радиоактивното разпадане служат като кондензационни ядра.

Важен компонент на атмосферата е водната пара, количеството й във влажните екваториални гори достига 4%, в полярните райони намалява до 0,2%. Водните пари навлизат в атмосферата поради изпарение от повърхността на почвата и водните тела, както и транспирация на влага от растенията. Водната пара е парников газ и заедно с въглеродния диоксид улавя по-голямата част от дълговълновата радиация на Земята, предотвратявайки охлаждането на планетата.

Атмосферата не е перфектен изолатор; има способността да провежда електричество поради въздействието на йонизатори - ултравиолетова радиация от Слънцето, космически лъчи, радиация от радиоактивни вещества. Максимална електропроводимост се наблюдава на височина 100-150 км. В резултат на съвместното действие на атмосферните йони и заряда на земната повърхност се създава електрическо поле на атмосферата. По отношение на земната повърхност атмосферата е положително заредена. Има неутросфера - слой с неутрален състав (до 80 km) и йоносфера – йонизиран слой.

Има няколко основни слоя на атмосферата. Долната, прилежаща към земната повърхност, се нарича тропосфера(височина 8-10 км на полюсите, 12 км в умерените ширини и 16-18 км над екватора). Температурата на въздуха постепенно намалява с височина - средно с 0,6º C на всеки 100 m издигане, което се проявява осезаемо не само в планинските райони, но и във възвишенията на Беларус.

Тропосферата съдържа до 80% от общата маса на въздуха, по-голямата част от атмосферните примеси и почти всички водни пари. Именно в тази част на атмосферата на височина 10-12 км се образуват облаци, протичат гръмотевични бури, дъждове и други физически процеси, които формират времето и определят климатичните условия в различни области на нашата планета. Нарича се долният слой на тропосферата, непосредствено съседен на земната повърхност почвен слой.

Влиянието на земната повърхност се простира до приблизително 20 km височина, а след това въздухът се нагрява директно от Слънцето. По този начин границата на GO, която се намира на надморска височина от 20-25 km, се определя, наред с други неща, от топлинния ефект на земната повърхност. На тази надморска височина разликите в ширината на температурата на въздуха изчезват и географската зоналност е замъглена.

Колкото по-високо започва стратосфера, който се простира на височина 50-55 км от повърхността на океана или сушата. Този слой на атмосферата е значително разреден, количеството на кислород и азот намалява, а количеството на водород, хелий и други леки газове се увеличава. Озоновият слой, образуван тук, поглъща ултравиолетовото лъчение и силно влияе върху топлинните условия на земната повърхност и физическите процеси в тропосферата. В долната част на стратосферата температурата на въздуха е постоянна, тук се намира изотермичен слой. Започвайки от надморска височина от 22 km, температурата на въздуха се повишава, на горната граница на стратосферата достига 0 0 C (увеличаването на температурата се обяснява с наличието на озон тук, който абсорбира слънчевата радиация). В стратосферата възникват интензивни хоризонтални движения на въздуха. Скоростта на въздушните потоци достига 300-400 км/ч. Стратосферата съдържа по-малко от 20% от въздуха на атмосферата.

На височина 55-80 км има мезосфера(в този слой температурата на въздуха намалява с височина и близо до горната граница пада до –80 0 C), между 80-800 km има термосфера, в който преобладават хелий и водород (температурата на въздуха се повишава бързо с надморска височина и достига 1000 0 C на височина 800 km). Мезосферата и термосферата заедно образуват дебел слой, наречен йоносфера(област на заредени частици - йони и електрони).

Най-горната, силно разредена част на атмосферата (от 800 до 1200 km) е екзосфера. Той е доминиран от газове в атомно състояние, температурата се повишава до 2000º C.

В живота на гражданското общество атмосферата е от голямо значение. Атмосферата има благоприятен ефект върху климата на Земята, като я предпазва от прекомерно охлаждане и нагряване. Дневните температурни колебания на нашата планета без атмосфера биха достигнали 200º C: през деня + 100º C и по-високи, през нощта - 100º C. В момента средната температура на въздуха на повърхността на Земята е + 14º C. Атмосферата не позволява метеори и тежката радиация да достигне Земята. Без атмосферата нямаше да има звук, полярни сияния, облаци и валежи.

Атмосферата е газова обвивка около Земята. Атмосферата има „многоетажна“ структура и е разделена на слоеве като тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и екзосфера. Съставът на сухия остатък на атмосферата по цялата й дебелина е почти еднакъв. Но неговата плътност и температура се различават, а в долния слой (тропосфера) съдържанието на вода, твърди частици и въглероден диоксид над почвата се увеличава. Тропосферата включва около 80% от общата маса на атмосферата.

Основните компоненти на атмосферата са азот (повече от 78%) и кислород (повече от 20%), както и редица други газове (до 1%) - аргон, неон, въглероден диоксид, метан, хелий, водород , криптон, ксенон, азотен оксид, озон, серен диоксид. Някои газове се намират в атмосферния въздух в следи.

Състав на газовете

Азотът в атмосферата се съдържа в много по-висока концентрация (78%) от другите газове. Преди около три милиона години, в резултат на появата на зелени растения и съответно на фотосинтезата, в атмосферата започва да се отделя кислород в големи количества. Когато амонячно-водородната атмосфера се окисли от молекулярен кислород, се появи огромно количество азот. В момента този газ се отделя в атмосферата по време на живота на микроорганизмите, тъй като този химичен елемент е неразделна част от протеините от растителен и животински произход. Атмосферният въздух се обогатява с азот по време на денитрификацията на нитрати и някои азотсъдържащи съединения. В горните слоеве на атмосферата азотът се окислява от озон до азотен оксид. Свободният азот влиза в химични реакции само при специални условия, например по време на мълния. Азотът участва в естествения кръговрат на веществата и в регулирането на концентрацията на молекулярен кислород в атмосферата, предотвратявайки прекомерното му натрупване.

Кислородът след азота е на второ място по процентно отношение по обемно съдържание в атмосферния въздух (20,85%). Драматични промени в състава на атмосферата настъпиха след появата на живи организми на Земята, по-специално растения, които в резултат на фотосинтеза обогатяват въздуха с кислород и абсорбират въглероден диоксид. В началните етапи от развитието на земната атмосфера отделеният кислород се изразходва за окисляване на амоняк, въглеводороди и желязо. Когато този период приключи, съдържанието на кислород във въздуха постепенно се увеличи. Атмосферата на древната планета започна да придобива характерните черти на съвременната. Придобиването на окислителни свойства от атмосферата определя появата на промени в литосферата и биосферата. Кислородът, съдържащ се в атмосферата, е необходим за протичането на такива важни за живите организми процеси като дишане, гниене и горене. Следователно без този химичен елемент животът е невъзможен. В момента почти целият свободен кислород навлиза в атмосферата поради фотосинтезата в растителните клетки.

Важен компонент на въздуха е въглеродният диоксид, който се съдържа в атмосферата в малки количества (0,03%). Концентрацията му зависи от активността на вулканите, химичните процеси в черупките на Земята (минерални извори, почви, продукти на гниене). Освен това големи количества въглероден диоксид се отделят в атмосферата от промишлени предприятия. Но по-голямата част от това съединение навлиза в атмосферата в резултат на биосинтеза и разлагане на органични вещества в биосферата на нашата планета. Въглеродният диоксид се счита за нагревател на Земята, тъй като предава слънчевата радиация добре на повърхността на планетата и задържа топлината, излъчвана от нея.

Съдържанието на други газове в атмосферата е незначително. Благородните газове, като неон, аргон, ксенон, навлизат в атмосферата в резултат на вулканични изригвания и разпадане на някои радиоактивни елементи. Учените смятат, че земната атмосфера съдържа толкова малко количество благородни газове поради постоянното им разпръскване в космическото пространство.

Пари и частици

В допълнение към газовете, атмосферният въздух съдържа водна пара и твърди частици под формата на аерозол. Концентрацията на водни пари във въздуха се увеличава поради изпарението на водата от земната повърхност. Съдържанието му е различно в различните области и може да се променя през годината. Валежите и облаците се образуват от водни пари. Именно поради съдържанието на водни пари атмосферата задържа около 60% от топлината от земната повърхност.

Праховите частици в атмосферния въздух са прах от космически и вулканичен произход, солни кристали, дим, микроорганизми, цветен прашец от растителни организми и др. Суспендираните прахови частици намаляват слънчевата радиация, достигаща земната повърхност, а също така ускоряват кондензацията на водните пари и образуването на облаци.

Свързани материали: