Ποια αέρια καταλαμβάνουν την κύρια θέση στην ατμόσφαιρα; Σύσταση αερίου του ατμοσφαιρικού αέρα. Η σημασία της ατμόσφαιρας για τον άνθρωπο

ατμόσφαιρα της γης

Ατμόσφαιρα(από. άλλα ελληνικάἀτμός - ατμός και σφαῖρα - μπάλα) - αέριοκοχύλι ( γεωσφαίρα), που περιβάλλει τον πλανήτη Γη. Η εσωτερική του επιφάνεια καλύπτει υδροσφαίρακαι εν μέρει φλοιός, το εξωτερικό συνορεύει με το εγγύς στη Γη τμήμα του διαστήματος.

Το σύνολο των κλάδων της φυσικής και της χημείας που μελετούν την ατμόσφαιρα συνήθως ονομάζεται ατμοσφαιρική φυσική. Η ατμόσφαιρα καθορίζει καιρόςστην επιφάνεια της Γης, μελετώντας τον καιρό μετεωρολογίακαι μακροπρόθεσμες παραλλαγές κλίμα - κλιματολογία.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Η δομή της ατμόσφαιρας

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας. Περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% όλων των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Στην τροπόσφαιρα είναι ιδιαίτερα ανεπτυγμένα ταραχήΚαι μεταγωγή, προκύψει σύννεφα, αναπτύσσονται κυκλώνεςΚαι αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου με τη μέση κατακόρυφη βαθμίδα 0,65°/100 m

Ως «κανονικές συνθήκες» γίνονται δεκτές στην επιφάνεια της Γης: πυκνότητα 1,2 kg/m3, βαρομετρική πίεση 101,35 kPa, θερμοκρασία συν 20 °C και σχετική υγρασία 50%. Αυτοί οι δείκτες υπό όρους έχουν καθαρά μηχανική σημασία.

Στρατόσφαιρα

Ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο από 11 έως 50 km. Χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και μια αύξηση στο στρώμα 25-40 km από -56,5 σε 0,8 ° ΜΕ(ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή της περιοχής αναστροφές). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 ° C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυσηκαι είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και μεσόσφαιρα.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας υπάρχει μέγιστη (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

ατμόσφαιρα της γης

Μεσόσφαιραξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται σε 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m Η κύρια διαδικασία ενέργειας είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, δονητικά διεγερμένα μόρια κ.λπ., προκαλούν τη λάμψη της ατμόσφαιρας.

Μεσόπαυση

Μεταβατικό στρώμα μεταξύ της μεσόσφαιρας και της θερμόσφαιρας. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου -90 °C).

Γραμμή Karman

Το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, που είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος.

Θερμόσφαιρα

Κύριο άρθρο: Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή σε μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της υπεριώδους και της ηλιακής ακτινοβολίας ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, εμφανίζεται ο ιονισμός του αέρα (" σέλας") - κύριες περιοχές ιονόσφαιραβρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο.

Ατμοσφαιρικά στρώματα έως και 120 km

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Εξώσφαιρα- ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι πολύ σπάνιο και από εδώ τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο ( διάλυση).

Σε υψόμετρο 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων κατά ύψος εξαρτάται από τις μοριακές τους μάζες, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~1500 °C. Πάνω από τα 200 km παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων σε χρόνο και χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3000 km, η εξώσφαιρα μετατρέπεται σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο αντιπροσωπεύει μόνο ένα μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια σκόνης κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια σκόνης, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα - περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετρονόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιραΚαι ετερόσφαιρα. Ετερόσφαιρα - Αυτή είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο υψόμετρο είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομόσφαιρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται παύση turbo, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 χλμ.

Φυσικές ιδιότητες

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 2000 - 3000 km από την επιφάνεια της Γης. Ολική μάζα αέρας- (5,1-5,3)×10 18 κιλά. Μοριακή μάζακαθαρός ξηρός αέρας είναι 28.966. Πίεσηστους 0 °C στο επίπεδο της θάλασσας 101.325 kPa; κρίσιμη θερμοκρασία-140,7°C; κρίσιμη πίεση 3,7 MPa; ντο Π 1,0048×10 3 J/(kg K) (στους 0 °C), ντο v 0,7159×10 3 J/(kg K) (στους 0 °C). Η διαλυτότητα του αέρα στο νερό στους 0 °C είναι 0,036%, στους 25 °C - 0,22%.

Φυσιολογικές και άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Ήδη σε υψόμετρο 5 χλμ. πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, αναπτύσσεται ένα ανεκπαίδευτο άτομο πείνα οξυγόνουκαι χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας τελειώνει εδώ. Η ανθρώπινη αναπνοή καθίσταται αδύνατη σε υψόμετρο 15 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας τροφοδοτεί με το απαραίτητο οξυγόνο για την αναπνοή. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας, καθώς ανεβαίνετε στο υψόμετρο, η μερική πίεση του οξυγόνου μειώνεται ανάλογα.

Οι ανθρώπινοι πνεύμονες περιέχουν συνεχώς περίπου 3 λίτρα κυψελιδικού αέρα. Μερική πίεσηΤο οξυγόνο στον κυψελιδικό αέρα σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 110 mm Hg. Τέχνη, πίεση διοξειδίου του άνθρακα - 40 mm Hg. Art., και υδρατμοί - 47 mm Hg. Τέχνη. Με την αύξηση του υψομέτρου, η πίεση του οξυγόνου πέφτει και η συνολική τάση ατμών του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα στους πνεύμονες παραμένει σχεδόν σταθερή - περίπου 87 mm Hg. Τέχνη. Η παροχή οξυγόνου στους πνεύμονες θα σταματήσει εντελώς όταν η πίεση του αέρα του περιβάλλοντος γίνει ίση με αυτήν την τιμή.

Σε υψόμετρο περίπου 19-20 km, η ατμοσφαιρική πίεση πέφτει στα 47 mm Hg. Τέχνη. Επομένως, σε αυτό το υψόμετρο, το νερό και το διάμεσο υγρό αρχίζουν να βράζουν στο ανθρώπινο σώμα. Έξω από την καμπίνα υπό πίεση σε αυτά τα υψόμετρα, ο θάνατος επέρχεται σχεδόν ακαριαία. Έτσι, από την άποψη της ανθρώπινης φυσιολογίας, το "διάστημα" ξεκινά ήδη σε υψόμετρο 15-19 km.

Πυκνά στρώματα αέρα - η τροπόσφαιρα και η στρατόσφαιρα - μας προστατεύουν από τις καταστροφικές συνέπειες της ακτινοβολίας. Με επαρκή αραίωση του αέρα, σε υψόμετρα άνω των 36 km, οι ιονιστές έχουν έντονη επίδραση στο σώμα. ακτινοβολία- Πρωτογενείς κοσμικές ακτίνες. Σε υψόμετρα άνω των 40 χιλιομέτρων, το υπεριώδες τμήμα του ηλιακού φάσματος είναι επικίνδυνο για τον άνθρωπο.

Καθώς ανεβαίνουμε σε ένα όλο και μεγαλύτερο ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης, τέτοια γνωστά φαινόμενα παρατηρούνται στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας όπως η διάδοση του ήχου, η εμφάνιση αεροδυναμικής ανελκυστήραςκαι αντίσταση, μεταφορά θερμότητας μεταγωγήκαι τα λοιπά.

Σε σπάνια στρώματα αέρα, κατανομή ήχοςαποδεικνύεται αδύνατο. Μέχρι υψόμετρα 60-90 km, είναι ακόμα δυνατή η χρήση αντίστασης αέρα και ανύψωσης για ελεγχόμενη αεροδυναμική πτήση. Ξεκινώντας όμως από υψόμετρα 100-130 km, έννοιες γνώριμες σε κάθε πιλότο αριθμοί ΜΚαι φράγμα ήχουχάνουν το νόημά τους, υπάρχει μια υπό όρους Γραμμή Karmanπέρα από την οποία ξεκινά η σφαίρα της καθαρά βαλλιστικής πτήσης, η οποία μπορεί να ελεγχθεί μόνο με τη χρήση αντιδραστικών δυνάμεων.

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταδίδει και να μεταδίδει θερμική ενέργεια με μεταφορά (δηλαδή με ανάμιξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού στον τροχιακό διαστημικό σταθμό δεν θα μπορούν να ψύχονται από το εξωτερικό με τον ίδιο τρόπο που γίνεται συνήθως σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και θερμαντικά σώματα αέρα. Σε τέτοιο ύψος, όπως στο διάστημα γενικά, ο μόνος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι θερμική ακτινοβολία.

Ατμοσφαιρική σύνθεση

Σύνθεση ξηρού αέρα

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγονίδια νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλασσινά άλατα, προϊόντα καύσης).

Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το νερό (H 2 O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2).

Σύνθεση ξηρού αέρα
Αζωτο
Οξυγόνο
Αργόν
Νερό
Διοξείδιο του άνθρακα
Νέο
Ήλιο
Μεθάνιο
Κρυπτόν
Υδρογόνο
Ξένο
Οξείδιο του αζώτου

Εκτός από τα αέρια που αναφέρονται στον πίνακα, η ατμόσφαιρα περιέχει SO 2, NH 3, CO, όζο, υδρογονάνθρακες, HCl, HF, ζευγάρια Hg, I 2 , και επίσης ΟΧΙκαι πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Η τροπόσφαιρα περιέχει συνεχώς μεγάλο αριθμό αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων ( αερόλυμα).

Ιστορία ατμοσφαιρικού σχηματισμού

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης είχε τέσσερις διαφορετικές συνθέσεις με την πάροδο του χρόνου. Αρχικά αποτελούνταν από ελαφρά αέρια ( υδρογόνοΚαι ήλιο), που καταγράφηκε από το διαπλανητικό διάστημα. Αυτό είναι το λεγόμενο πρωταρχική ατμόσφαιρα(πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια). Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια άλλα από το υδρογόνο (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρατμούς). Έτσι διαμορφώθηκε δευτερεύουσα ατμόσφαιρα(περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη σημερινή ημέρα). Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) σε διαπλανητικό χώρο;

χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, των κεραυνών και ορισμένων άλλων παραγόντων.

Σταδιακά αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό τριτογενής ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων από αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας N 2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό O 2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που ξεκίνησε πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Το N2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Το άζωτο N 2 αντιδρά μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Μπορούν να το οξειδώσουν με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να το μετατρέψουν σε βιολογικά ενεργή μορφή. κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια)και οζώδη βακτήρια που σχηματίζουν ριζόβια συμβίωσηΜε όσπριαφυτά, τα λεγόμενα πράσινη κοπριά.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την εμφάνιση στη Γη ζωντανοί οργανισμοί, σαν άποτέλεσμα φωτοσύνθεσησυνοδεύεται από απελευθέρωση οξυγόνου και απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνία, υδρογονάνθρακες, νιτρώδης μορφή αδέναςπου περιέχονται στους ωκεανούς κλπ. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Επειδή αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διαδικασίες που συμβαίνουν στο ατμόσφαιρα, λιθόσφαιραΚαι βιόσφαιρα, ονομάστηκε αυτή η εκδήλωση Καταστροφή οξυγόνου.

Στη διάρκεια Φανεροζωικόη σύνθεση της ατμόσφαιρας και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο υπέστησαν αλλαγές. Συσχετίστηκαν κυρίως με τον ρυθμό εναπόθεσης οργανικών ιζημάτων. Έτσι, σε περιόδους συσσώρευσης άνθρακα, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα προφανώς ξεπέρασε σημαντικά το σύγχρονο επίπεδο.

Διοξείδιο του άνθρακα

Η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα και τις χημικές διεργασίες στα κελύφη της γης, αλλά κυρίως από την ένταση της βιοσύνθεσης και της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης στο βιόσφαιρα Γη. Σχεδόν ολόκληρη η τρέχουσα βιομάζα του πλανήτη (περίπου 2,4 × 10 12 τόνοι ) σχηματίζεται λόγω του διοξειδίου του άνθρακα, του αζώτου και των υδρατμών που περιέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα. Θαμμένος μέσα ωκεανός, V βάλτουςκαι στο δάσηη οργανική ύλη μετατρέπεται σε κάρβουνο, λάδιΚαι φυσικό αέριο. (εκ. Γεωχημικός κύκλος άνθρακα)

ευγενή αέρια

Πηγή αδρανών αερίων - αργόν, ήλιοΚαι κρυπτόν- ηφαιστειακές εκρήξεις και αποσύνθεση ραδιενεργών στοιχείων. Η Γη γενικά και η ατμόσφαιρα ειδικότερα έχουν εξαντληθεί από αδρανή αέρια σε σύγκριση με το διάστημα. Πιστεύεται ότι ο λόγος για αυτό έγκειται στη συνεχή διαρροή αερίων στον διαπλανητικό χώρο.

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα, η εξέλιξη της ατμόσφαιρας έχει αρχίσει να επηρεάζεται από Ο άνθρωπος. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια σταθερή σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO 2 καταναλώνονται κατά τη φωτοσύνθεση και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω του ηφαιστειακού και της ανθρώπινης βιομηχανικής δραστηριότητας. Τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 10%, με το μεγαλύτερο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 50 - 60 χρόνια η ποσότητα του CO 2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και θα μπορούσε να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή ρυπογόνων αερίων ( CO, ΟΧΙ, ΕΤΣΙ 2 ). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε ΕΤΣΙ 3 στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, η οποία με τη σειρά της αλληλεπιδρά με το νερό και τους ατμούς αμμωνίας, και το προκύπτον θειικό οξύ (Η 2 ΕΤΣΙ 4 ) Και θειικό αμμώνιο ((ΝΗ 4 ) 2 ΕΤΣΙ 4 ) επιστροφή στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή του λεγόμενου. όξινη βροχή. Χρήση ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣοδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου ( τετρααιθυλο μόλυβδος Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα προκαλείται τόσο από φυσικά αίτια (ηφαιστειακές εκρήξεις, καταιγίδες σκόνης, συμπαρασυρμό σταγόνων θαλασσινού νερού και γύρης φυτών κ.λπ.) όσο και από ανθρώπινες οικονομικές δραστηριότητες (εξόρυξη μεταλλευμάτων και οικοδομικών υλικών, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ. ). Η έντονη μεγάλης κλίμακας απελευθέρωση σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι μία από τις πιθανές αιτίες της κλιματικής αλλαγής στον πλανήτη.

Σύσταση αερίου του ατμοσφαιρικού αέρα

Η σύνθεση αερίων του αέρα που αναπνέουμε μοιάζει με αυτό: το 78% είναι άζωτο, το 21% είναι οξυγόνο και το 1% είναι άλλα αέρια. Αλλά στην ατμόσφαιρα των μεγάλων βιομηχανικών πόλεων αυτή η αναλογία συχνά παραβιάζεται.

Ένα σημαντικό ποσοστό αποτελείται από επιβλαβείς ακαθαρσίες που προκαλούνται από εκπομπές από επιχειρήσεις και οχήματα. Οι μηχανοκίνητες μεταφορές εισάγουν πολλές ακαθαρσίες στην ατμόσφαιρα: υδρογονάνθρακες άγνωστης σύστασης, βενζο(α)πυρένιο, διοξείδιο του άνθρακα, ενώσεις θείου και αζώτου, μόλυβδος, μονοξείδιο του άνθρακα.

Η ατμόσφαιρα αποτελείται από ένα μείγμα από ένα πλήθος αερίων - αέρα, στο οποίο αιωρούνται κολλοειδείς ακαθαρσίες - σκόνη, σταγονίδια, κρύσταλλοι κ.λπ. Η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα αλλάζει ελάχιστα με το υψόμετρο. Ωστόσο, ξεκινώντας από υψόμετρο περίπου 100 km, μαζί με το μοριακό οξυγόνο και το άζωτο, εμφανίζεται και ατομικό οξυγόνο ως αποτέλεσμα της διάστασης των μορίων και αρχίζει ο βαρυτικός διαχωρισμός των αερίων. Πάνω από 300 km, στην ατμόσφαιρα κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο, πάνω από τα 1000 km - ήλιο και στη συνέχεια ατομικό υδρογόνο. Η πίεση και η πυκνότητα της ατμόσφαιρας μειώνονται με το υψόμετρο. περίπου το ήμισυ της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας συγκεντρώνεται στα χαμηλότερα 5 km, τα 9/10 στα χαμηλότερα 20 km και το 99,5% στα χαμηλότερα 80 km. Σε υψόμετρα περίπου 750 km, η πυκνότητα του αέρα πέφτει στα 10-10 g/m3 (ενώ στην επιφάνεια της γης είναι περίπου 103 g/m3), αλλά ακόμη και μια τόσο χαμηλή πυκνότητα εξακολουθεί να είναι επαρκής για την εμφάνιση σέλας. Η ατμόσφαιρα δεν έχει ένα έντονο ανώτερο όριο. πυκνότητα των αερίων που το αποτελούν

Η σύνθεση του ατμοσφαιρικού αέρα που αναπνέει ο καθένας μας περιλαμβάνει πολλά αέρια, τα κυριότερα από τα οποία είναι: άζωτο (78,09%), οξυγόνο (20,95%), υδρογόνο (0,01%), διοξείδιο του άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα) (0,03%) και αδρανή αέρια (0,93%). Επιπλέον, υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα υδρατμών στον αέρα, η ποσότητα του οποίου αλλάζει πάντα με τις αλλαγές της θερμοκρασίας: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε ατμούς και αντίστροφα. Λόγω των διακυμάνσεων της ποσότητας των υδρατμών στον αέρα, το ποσοστό των αερίων σε αυτόν δεν είναι επίσης σταθερό. Όλα τα αέρια που συνθέτουν τον αέρα είναι άχρωμα και άοσμα. Το βάρος του αέρα αλλάζει ανάλογα όχι μόνο με τη θερμοκρασία, αλλά και από την περιεκτικότητα σε υδρατμούς σε αυτόν. Στην ίδια θερμοκρασία, το βάρος του ξηρού αέρα είναι μεγαλύτερο από αυτό του υγρού αέρα, γιατί οι υδρατμοί είναι πολύ ελαφρύτεροι από τους ατμούς του αέρα.

Ο πίνακας δείχνει τη σύνθεση αερίων της ατμόσφαιρας σε ογκομετρικό λόγο μάζας, καθώς και τη διάρκεια ζωής των κύριων συστατικών:

Οι ιδιότητες των αερίων που συνθέτουν τον ατμοσφαιρικό αέρα υπό πίεση αλλάζουν.

Για παράδειγμα: το οξυγόνο υπό πίεση άνω των 2 ατμοσφαιρών έχει τοξική επίδραση στο σώμα.

Το άζωτο υπό πίεση πάνω από 5 ατμόσφαιρες έχει ναρκωτική δράση (μέθη με άζωτο). Μια γρήγορη άνοδος από τα βάθη προκαλεί ασθένεια αποσυμπίεσης λόγω της γρήγορης απελευθέρωσης φυσαλίδων αζώτου από το αίμα, σαν να το αφρίζει.

Μια αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα πάνω από 3% στο αναπνευστικό μείγμα προκαλεί θάνατο.

Κάθε συστατικό που συνθέτει τον αέρα, με αύξηση της πίεσης σε ορισμένα όρια, γίνεται ένα δηλητήριο που μπορεί να δηλητηριάσει το σώμα.

Μελέτες της σύστασης αερίων της ατμόσφαιρας. Ατμοσφαιρική χημεία

Για την ιστορία της ταχείας ανάπτυξης ενός σχετικά νεαρού κλάδου της επιστήμης που ονομάζεται ατμοσφαιρική χημεία, ο όρος "spurt" (ρίψη), που χρησιμοποιείται στα αθλήματα υψηλής ταχύτητας, είναι ο πλέον κατάλληλος. Το πιστόλι εκκίνησης πιθανότατα πυροδοτήθηκε από δύο άρθρα που δημοσιεύτηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Μίλησαν για την πιθανή καταστροφή του όζοντος της στρατόσφαιρας από τα οξείδια του αζώτου - NO και NO 2. Το πρώτο ανήκε στον μελλοντικό βραβευμένο με Νόμπελ και στη συνέχεια έναν υπάλληλο του Πανεπιστημίου της Στοκχόλμης, P. Crutzen, ο οποίος θεώρησε ότι η πιθανή πηγή οξειδίων του αζώτου στη στρατόσφαιρα είναι το φυσικό οξείδιο του αζώτου N 2 O, το οποίο διασπάται υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός. Ο συγγραφέας του δεύτερου άρθρου, χημικός από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Berkeley G. Johnston, πρότεινε ότι τα οξείδια του αζώτου εμφανίζονται στη στρατόσφαιρα ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας, συγκεκριμένα κατά τις εκπομπές προϊόντων καύσης από κινητήρες αεριωθούμενων αεροσκαφών μεγάλου υψόμετρου.

Φυσικά, οι παραπάνω υποθέσεις δεν προέκυψαν από το πουθενά. Η αναλογία τουλάχιστον των κύριων συστατικών στον ατμοσφαιρικό αέρα - μόρια αζώτου, οξυγόνου, υδρατμών κ.λπ. - ήταν γνωστή πολύ νωρίτερα. Ήδη στο δεύτερο μισό του 19ου αι.

Στην Ευρώπη έγιναν μετρήσεις των συγκεντρώσεων του όζοντος στον επιφανειακό αέρα. Στη δεκαετία του 1930, ο Άγγλος επιστήμονας S. Chapman ανακάλυψε τον μηχανισμό σχηματισμού όζοντος σε μια καθαρά ατμόσφαιρα οξυγόνου, υποδεικνύοντας ένα σύνολο αλληλεπιδράσεων ατόμων και μορίων οξυγόνου, καθώς και του όζοντος, απουσία άλλων συστατικών του αέρα. Ωστόσο, στα τέλη της δεκαετίας του '50, οι μετρήσεις με χρήση καιρικών πυραύλων έδειξαν ότι υπήρχε πολύ λιγότερο όζον στη στρατόσφαιρα από ό,τι θα έπρεπε σύμφωνα με τον κύκλο αντίδρασης Chapman. Αν και αυτός ο μηχανισμός παραμένει θεμελιώδης μέχρι σήμερα, έχει καταστεί σαφές ότι υπάρχουν κάποιες άλλες διεργασίες που επίσης εμπλέκονται ενεργά στο σχηματισμό του ατμοσφαιρικού όζοντος.

Αξίζει να σημειωθεί ότι στις αρχές της δεκαετίας του '70, οι γνώσεις στον τομέα της χημείας της ατμόσφαιρας αποκτήθηκαν κυρίως με τις προσπάθειες μεμονωμένων επιστημόνων, η έρευνα των οποίων δεν ενωνόταν με καμία κοινωνικά σημαντική έννοια και ήταν τις περισσότερες φορές καθαρά ακαδημαϊκού χαρακτήρα. Το έργο του Τζόνστον είναι διαφορετικό: σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, 500 αεροπλάνα, που πετούν 7 ώρες την ημέρα, θα μπορούσαν να μειώσουν την ποσότητα του όζοντος της στρατόσφαιρας τουλάχιστον κατά 10%! Και αν αυτές οι εκτιμήσεις ήταν δίκαιες, τότε το πρόβλημα έγινε αμέσως κοινωνικοοικονομικό, αφού στην περίπτωση αυτή όλα τα προγράμματα για την ανάπτυξη της υπερηχητικής αεροπορίας μεταφορών και των σχετικών υποδομών θα έπρεπε να υποστούν σημαντικές προσαρμογές, ίσως και να κλείσουν. Επιπλέον, τότε για πρώτη φορά προέκυψε πραγματικά το ερώτημα ότι η ανθρωπογενής δραστηριότητα θα μπορούσε να προκαλέσει όχι έναν τοπικό, αλλά έναν παγκόσμιο κατακλυσμό. Φυσικά, στην παρούσα κατάσταση, η θεωρία χρειαζόταν μια πολύ σκληρή και ταυτόχρονα επιχειρησιακή επαλήθευση.

Ας θυμηθούμε ότι η ουσία της προαναφερθείσας υπόθεσης ήταν ότι το οξείδιο του αζώτου αντιδρά με το όζον NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2 , τότε το διοξείδιο του αζώτου που σχηματίζεται σε αυτή την αντίδραση αντιδρά με το άτομο οξυγόνου NO 2 + O ® NO + O 2 , αποκαθιστώντας έτσι την παρουσία του ΝΟ στην ατμόσφαιρα, ενώ το μόριο του όζοντος χάνεται για πάντα. Σε αυτή την περίπτωση, ένα τέτοιο ζεύγος αντιδράσεων, που αποτελεί τον καταλυτικό κύκλο του αζώτου της καταστροφής του όζοντος, επαναλαμβάνεται έως ότου οποιεσδήποτε χημικές ή φυσικές διεργασίες οδηγήσουν στην απομάκρυνση των οξειδίων του αζώτου από την ατμόσφαιρα. Για παράδειγμα, το NO 2 οξειδώνεται σε νιτρικό οξύ HNO 3, το οποίο είναι πολύ διαλυτό στο νερό, και επομένως απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα από τα σύννεφα και την κατακρήμνιση. Ο καταλυτικός κύκλος του αζώτου είναι πολύ αποτελεσματικός: ένα μόριο ΝΟ κατά την παραμονή του στην ατμόσφαιρα καταφέρνει να καταστρέψει δεκάδες χιλιάδες μόρια όζοντος.

Αλλά, όπως γνωρίζετε, το πρόβλημα δεν έρχεται μόνο του. Σύντομα, ειδικοί από τα πανεπιστήμια των ΗΠΑ - του Μίτσιγκαν (R. Stolarski και R. Cicerone) και του Χάρβαρντ (S. Wofsey και M. McElroy) - ανακάλυψαν ότι το όζον μπορεί να έχει έναν ακόμη πιο ανελέητο εχθρό - τις ενώσεις χλωρίου. Ο καταλυτικός κύκλος χλωρίου της καταστροφής του όζοντος (αντιδράσεις Cl + O 3 ® ClO + O 2 και ClO + O ® Cl + O 2), σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τους, ήταν αρκετές φορές πιο αποτελεσματικός από τον αζωτούχο. Η μόνη αιτία για συγκρατημένη αισιοδοξία ήταν ότι η ποσότητα του φυσικού χλωρίου στην ατμόσφαιρα είναι σχετικά μικρή, πράγμα που σημαίνει ότι η συνολική επίδραση της επίδρασής του στο όζον μπορεί να μην είναι πολύ ισχυρή. Ωστόσο, η κατάσταση άλλαξε δραματικά όταν το 1974, υπάλληλοι του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Irvine S. Rowland και ο M. Molina διαπίστωσαν ότι η πηγή χλωρίου στη στρατόσφαιρα είναι ενώσεις χλωροφθοράνθρακα (CFCs), που χρησιμοποιούνται ευρέως σε μονάδες ψύξης, συσκευασίες αεροζόλ. και τα λοιπά. Όντας μη εύφλεκτες, μη τοξικές και χημικά παθητικές, αυτές οι ουσίες μεταφέρονται αργά με αυξανόμενα ρεύματα αέρα από την επιφάνεια της γης στη στρατόσφαιρα, όπου τα μόριά τους καταστρέφονται από το ηλιακό φως, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση ελεύθερων ατόμων χλωρίου. Η βιομηχανική παραγωγή CFC, η οποία ξεκίνησε τη δεκαετία του '30, και οι εκπομπές τους στην ατμόσφαιρα αυξήθηκαν σταθερά όλα τα επόμενα χρόνια, ειδικά στις δεκαετίες του '70 και του '80. Έτσι, μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, οι θεωρητικοί εντόπισαν δύο προβλήματα στην ατμοσφαιρική χημεία που προκαλούνται από την έντονη ανθρωπογενή ρύπανση.

Ωστόσο, για να ελεγχθεί η εγκυρότητα των υποθέσεων που διατυπώθηκαν, ήταν απαραίτητο να εκτελεστούν πολλές εργασίες.

Πρώτα,να επεκτείνει την εργαστηριακή έρευνα, κατά την οποία θα ήταν δυνατό να προσδιοριστούν ή να διευκρινιστούν οι ρυθμοί φωτοχημικών αντιδράσεων μεταξύ διαφόρων συστατικών του ατμοσφαιρικού αέρα. Πρέπει να πούμε ότι τα πολύ πενιχρά δεδομένα για αυτές τις ταχύτητες που υπήρχαν εκείνη την εποχή είχαν επίσης αρκετά λάθη (έως και αρκετές εκατοντάδες τοις εκατό). Επιπλέον, οι συνθήκες υπό τις οποίες πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις, κατά κανόνα, δεν αντιστοιχούσαν στενά με την πραγματικότητα της ατμόσφαιρας, γεγονός που επιδείνωσε σοβαρά το σφάλμα, καθώς η ένταση των περισσότερων αντιδράσεων εξαρτιόταν από τη θερμοκρασία και μερικές φορές από την πίεση ή την πυκνότητα της ατμοσφαιρικής αέρας.

Κατα δευτερον,μελετήσει εντατικά τις ακτινοβολικές-οπτικές ιδιότητες ενός αριθμού μικρών ατμοσφαιρικών αερίων σε εργαστηριακές συνθήκες.

Μόρια σημαντικού αριθμού συστατικών του ατμοσφαιρικού αέρα καταστρέφονται από την υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου (σε αντιδράσεις φωτόλυσης), μεταξύ των οποίων όχι μόνο οι CFC που αναφέρονται παραπάνω, αλλά και μοριακό οξυγόνο, όζον, οξείδια του αζώτου και πολλά άλλα. Ως εκ τούτου, οι εκτιμήσεις των παραμέτρων κάθε αντίδρασης φωτόλυσης ήταν τόσο απαραίτητες και σημαντικές για τη σωστή αναπαραγωγή των ατμοσφαιρικών χημικών διεργασιών όσο και οι ρυθμοί των αντιδράσεων μεταξύ διαφορετικών μορίων.

Χημική σύνθεση του αέραείναι σημαντική για την εφαρμογή της αναπνευστικής λειτουργίας. Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι ένα μείγμα αερίων: οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, αργό, άζωτο, νέο, κρυπτό, ξένο, υδρογόνο, όζον κ.λπ. Το οξυγόνο είναι το πιο σημαντικό. Σε κατάσταση ηρεμίας, ένα άτομο απορροφά 0,3 l/min. Κατά τη διάρκεια της φυσικής δραστηριότητας, η κατανάλωση οξυγόνου αυξάνεται και μπορεί να φτάσει τα 4,5–8 l/min Οι διακυμάνσεις της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα είναι μικρές και δεν ξεπερνούν το 0,5%. Εάν η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειωθεί στο 11-13%, εμφανίζονται συμπτώματα ανεπάρκειας οξυγόνου. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο 7-8% μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι άχρωμο και άοσμο, σχηματίζεται κατά την αναπνοή και την αποσύνθεση, την καύση του καυσίμου. Στην ατμόσφαιρα είναι 0,04%, και στις βιομηχανικές ζώνες – 0,05-0,06%. Με μεγάλο πλήθος ανθρώπων μπορεί να αυξηθεί στο 0,6 - 0,8%. Με παρατεταμένη εισπνοή αέρα που περιέχει 1-1,5% διοξείδιο του άνθρακα, σημειώνεται επιδείνωση της υγείας και με 2-2,5% - παθολογικές αλλαγές. Σε 8-10% απώλεια συνείδησης και θάνατο, ο αέρας έχει μια πίεση που ονομάζεται ατμοσφαιρική ή βαρομετρική. Μετριέται σε χιλιοστά υδραργύρου (mmHg), hectopascals (hPa), millibar (mb).

Η κανονική ατμοσφαιρική πίεση θεωρείται ότι είναι στο επίπεδο της θάλασσας σε γεωγραφικό πλάτος 45˚ σε θερμοκρασία αέρα 0˚C. Είναι ίσο με 760 mmHg. (Ο αέρας σε ένα δωμάτιο θεωρείται κακής ποιότητας εάν περιέχει 1% διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η τιμή γίνεται αποδεκτή ως υπολογισμένη τιμή κατά το σχεδιασμό και την εγκατάσταση αερισμού σε δωμάτια.

Μόλυνση του αέρα.Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο που σχηματίζεται κατά την ατελή καύση του καυσίμου και εισέρχεται στην ατμόσφαιρα με βιομηχανικές εκπομπές και καυσαέρια από κινητήρες εσωτερικής καύσης. Στις μεγαλουπόλεις η συγκέντρωσή του μπορεί να φτάσει τα 50-200 mg/m3. Όταν καπνίζετε καπνό, το μονοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο σώμα. Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα αίμα και γενικά τοξικό δηλητήριο. Μπλοκάρει την αιμοσφαιρίνη, χάνει την ικανότητά της να μεταφέρει οξυγόνο στους ιστούς. Η οξεία δηλητηρίαση εμφανίζεται όταν η συγκέντρωση του μονοξειδίου του άνθρακα στον αέρα είναι 200-500 mg/m3. Σε αυτή την περίπτωση, παρατηρείται πονοκέφαλος, γενική αδυναμία, ναυτία και έμετος. Η μέγιστη επιτρεπόμενη μέση ημερήσια συγκέντρωση είναι 0 1 mg/m3, εφάπαξ – 6 mg/m3. Ο αέρας μπορεί να μολυνθεί από διοξείδιο του θείου, αιθάλη, πίσσα, οξείδια του αζώτου και δισουλφίδιο του άνθρακα.

Μικροοργανισμοί.Βρίσκονται πάντα σε μικρές ποσότητες στον αέρα, όπου μεταφέρονται με τη σκόνη του εδάφους. Τα μικρόβια μολυσματικών ασθενειών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα πεθαίνουν γρήγορα. Ιδιαίτερο επιδημιολογικό κίνδυνο αποτελεί ο αέρας σε οικιστικούς χώρους και αθλητικές εγκαταστάσεις. Για παράδειγμα, στις αίθουσες πάλης υπάρχει μικροβιακό περιεχόμενο έως και 26.000 ανά 1 m3 αέρα. Οι αερογενείς λοιμώξεις εξαπλώνονται πολύ γρήγορα σε τέτοιο αέρα.

ΣκόνηΕίναι ελαφρά πυκνά σωματίδια ορυκτής ή οργανικής προέλευσης, όταν η σκόνη μπαίνει στους πνεύμονες, παραμένει εκεί και προκαλεί διάφορες ασθένειες. Η βιομηχανική σκόνη (μόλυβδος, χρώμιο) μπορεί να προκαλέσει δηλητηρίαση. Στις πόλεις, η σκόνη δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,15 mg/m3 Οι αθλητικοί χώροι πρέπει να ποτίζονται τακτικά, να έχουν χώρο πρασίνου και να πραγματοποιούν υγρό καθαρισμό. Έχουν δημιουργηθεί ζώνες υγειονομικής προστασίας για όλες τις επιχειρήσεις που ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα. Σύμφωνα με την κατηγορία κινδύνου, έχουν διαφορετικά μεγέθη: για επιχειρήσεις κατηγορίας 1 - 1000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 -100 m, 5 - 50 m Κατά την τοποθέτηση αθλητικών εγκαταστάσεων κοντά σε επιχειρήσεις απαραίτητο να ληφθεί υπόψη το ροδόγραμμα ανέμου, οι υγειονομικές προστατευτικές ζώνες, ο βαθμός ατμοσφαιρικής ρύπανσης κ.λπ.

Ένα από τα σημαντικά μέτρα για την προστασία του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος είναι η προληπτική και διαρκής υγειονομική επίβλεψη και η συστηματική παρακολούθηση της κατάστασης του ατμοσφαιρικού αέρα. Πραγματοποιείται με τη χρήση αυτοματοποιημένου συστήματος παρακολούθησης.

Ο καθαρός ατμοσφαιρικός αέρας στην επιφάνεια της Γης έχει την ακόλουθη χημική σύσταση: οξυγόνο - 20,93%, διοξείδιο του άνθρακα - 0,03-0,04%, άζωτο - 78,1%, αργό, ήλιο, κρυπτό 1%.

Ο εκπνεόμενος αέρας περιέχει 25% λιγότερο οξυγόνο και 100 φορές περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα.
Οξυγόνο.Το πιο σημαντικό συστατικό του αέρα. Εξασφαλίζει τη ροή των οξειδοαναγωγικών διεργασιών στο σώμα. Ένας ενήλικας καταναλώνει 12 λίτρα οξυγόνου σε κατάσταση ηρεμίας και 10 φορές περισσότερο κατά τη σωματική εργασία. Στο αίμα, το οξυγόνο συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη.

Οζο.Ένα χημικά ασταθές αέριο, είναι ικανό να απορροφά την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία βραχέων κυμάτων, η οποία έχει επιζήμια επίδραση σε όλα τα ζωντανά όντα. Το όζον απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία μακρών κυμάτων που εκπέμπεται από τη Γη και έτσι εμποδίζει την υπερβολική ψύξη της (στοιβάδα του όζοντος της Γης). Υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, το όζον αποσυντίθεται σε ένα μόριο οξυγόνου και ένα άτομο. Το όζον είναι βακτηριοκτόνος παράγοντας για την απολύμανση του νερού. Στη φύση, σχηματίζεται κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις, κατά την εξάτμιση του νερού, κατά τη διάρκεια της υπεριώδους ακτινοβολίας, κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, στα βουνά και σε δάση κωνοφόρων.

Διοξείδιο του άνθρακα.Σχηματίζεται ως αποτέλεσμα διεργασιών οξειδοαναγωγής που συμβαίνουν στο σώμα ανθρώπων και ζώων, καύσης καυσίμου και αποσύνθεσης οργανικών ουσιών. Στον αέρα των πόλεων, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται λόγω των βιομηχανικών εκπομπών - έως 0,045%, σε κατοικίες - έως 0,6-0,85. Ένας ενήλικας σε κατάσταση ηρεμίας εκπέμπει 22 λίτρα διοξειδίου του άνθρακα ανά ώρα και κατά τη διάρκεια της σωματικής εργασίας - 2-3 φορές περισσότερο. Σημάδια επιδείνωσης της υγείας ενός ατόμου εμφανίζονται μόνο με παρατεταμένη εισπνοή αέρα που περιέχει 1-1,5% διοξείδιο του άνθρακα, έντονες λειτουργικές αλλαγές - σε συγκέντρωση 2-2,5% και έντονα συμπτώματα (κεφαλαλγία, γενική αδυναμία, δύσπνοια, αίσθημα παλμών, μειωμένη απόδοση) – στο 3-4%. Η υγιεινή σημασία του διοξειδίου του άνθρακα έγκειται στο γεγονός ότι χρησιμεύει ως έμμεσος δείκτης της γενικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Το πρότυπο διοξειδίου του άνθρακα στα γυμναστήρια είναι 0,1%.

Αζωτο.Ένα αδιάφορο αέριο χρησιμεύει ως αραιωτικό για άλλα αέρια. Η αυξημένη εισπνοή αζώτου μπορεί να έχει ναρκωτική δράση.

Μονοξείδιο του άνθρακα.Σχηματίζεται κατά την ατελή καύση οργανικών ουσιών. Δεν έχει ούτε χρώμα ούτε μυρωδιά. Η συγκέντρωση στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την ένταση της κυκλοφορίας των οχημάτων. Διεισδύοντας μέσω των πνευμονικών κυψελίδων στο αίμα, σχηματίζει καρβοξυαιμοσφαιρίνη, με αποτέλεσμα η αιμοσφαιρίνη να χάνει την ικανότητά της να μεταφέρει οξυγόνο. Η μέγιστη επιτρεπόμενη μέση ημερήσια συγκέντρωση μονοξειδίου του άνθρακα είναι 1 mg/m3.

Οι τοξικές δόσεις μονοξειδίου του άνθρακα στον αέρα είναι 0,25-0,5 mg/l. Με παρατεταμένη έκθεση, πονοκέφαλο, λιποθυμία, αίσθημα παλμών.

Διοξείδιο του θείου.Εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της καύσης καυσίμου πλούσιου σε θείο (κάρβουνο). Σχηματίζεται κατά το ψήσιμο και τη τήξη θειομεταλλευμάτων και κατά τη βαφή υφασμάτων. Ερεθίζει τους βλεννογόνους των ματιών και την ανώτερη αναπνευστική οδό. Ο ουδός αίσθησης είναι 0,002-0,003 mg/l. Το αέριο έχει βλαβερή επίδραση στη βλάστηση, ιδιαίτερα στα κωνοφόρα δέντρα.
Μηχανικές ακαθαρσίες αέραέρχονται με τη μορφή καπνού, αιθάλης, αιθάλης, θρυμματισμένων σωματιδίων εδάφους και άλλων στερεών. Η περιεκτικότητα σε σκόνη του αέρα εξαρτάται από τη φύση του εδάφους (άμμος, πηλός, άσφαλτος), την υγειονομική του κατάσταση (πότισμα, καθαρισμός), την ατμοσφαιρική ρύπανση από βιομηχανικές εκπομπές και την υγειονομική κατάσταση των χώρων.

Η σκόνη ερεθίζει μηχανικά τους βλεννογόνους της ανώτερης αναπνευστικής οδού και των ματιών. Η συστηματική εισπνοή σκόνης προκαλεί ασθένειες του αναπνευστικού. Όταν αναπνέετε από τη μύτη, συγκρατείται έως και 40-50% της σκόνης. Η μικροσκοπική σκόνη που παραμένει αιωρούμενη για μεγάλο χρονικό διάστημα είναι η δυσμενέστερη από άποψη υγιεινής. Το ηλεκτρικό φορτίο της σκόνης ενισχύει την ικανότητά της να διεισδύει και να παραμένει στους πνεύμονες. Σκόνη. που περιέχει μόλυβδο, αρσενικό, χρώμιο και άλλες τοξικές ουσίες, προκαλεί τυπικά φαινόμενα δηλητηρίασης και όταν διεισδύεται όχι μόνο με εισπνοή, αλλά και μέσω του δέρματος και του γαστρεντερικού σωλήνα. Σε σκονισμένο αέρα, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και ο ιονισμός του αέρα μειώνονται σημαντικά. Για να αποφευχθούν οι δυσμενείς επιπτώσεις της σκόνης στο σώμα, τα κτίρια κατοικιών βρίσκονται στην προσήνεμη πλευρά των ατμοσφαιρικών ρύπων. Ανάμεσά τους διατάσσονται ζώνες υγειονομικής προστασίας με πλάτος 50-1000 m ή περισσότερο. Σε οικιστικούς χώρους συστηματικός υγρός καθαρισμός, αερισμός δωματίων, αλλαγή παπουτσιών και εξωτερικών ενδυμάτων, σε ανοιχτούς χώρους χρήση εδαφών χωρίς σκόνη και πότισμα.

Μικροοργανισμοί αέρα. Η βακτηριακή ρύπανση του αέρα, καθώς και άλλων περιβαλλοντικών αντικειμένων (νερό, έδαφος), αποτελεί επιδημιολογικό κίνδυνο. Υπάρχουν διάφοροι μικροοργανισμοί στον αέρα: βακτήρια, ιοί, μούχλα, κύτταρα ζύμης. Η πιο συνηθισμένη είναι η αεροπορική μετάδοση λοιμώξεων: ένας μεγάλος αριθμός μικροβίων εισέρχεται στον αέρα και εισέρχεται στην αναπνευστική οδό υγιών ατόμων όταν αναπνέουν. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μιας δυνατής συνομιλίας, και ακόμη περισσότερο κατά το βήχα και το φτέρνισμα, ψεκάζονται μικροσκοπικά σταγονίδια σε απόσταση 1-1,5 m και εξαπλώνονται με αέρα σε απόσταση 8-9 μέτρων. αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις εγκαθίστανται σε 40-60 λεπτά. Στη σκόνη, ο ιός της γρίπης και οι βάκιλοι της διφθερίτιδας παραμένουν βιώσιμοι για 120-150 ημέρες. Υπάρχει μια πολύ γνωστή σχέση: όσο περισσότερη σκόνη υπάρχει στον εσωτερικό αέρα, τόσο πιο άφθονη είναι η περιεκτικότητα σε μικροχλωρίδα σε αυτόν.

Ο αέρας είναι ένα φυσικό μείγμα αερίων που αναπτύχθηκε κατά την εξέλιξη της Γης. Ο αέρας είναι το πιο σημαντικό στοιχείο του ανθρώπινου περιβάλλοντος και όλων των έμβιων όντων στον πλανήτη μας. Ο αέρας περιβάλλει συνεχώς το ανθρώπινο σώμα και είναι ζωτικής σημασίας για την ομαλή λειτουργία του. Η ίδια η ζωή είναι αδύνατη χωρίς διαδικασίες αναπνοής.

Σύνθεση αέρα

Η ατμόσφαιρα της Γης είναι πολυεπίπεδη. Το στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πιο κοντά στη Γη, το οποίο αναπνέουμε, αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία του περιοδικού πίνακα: άζωτο, οξυγόνο, αργόν, και διοξείδιο του άνθρακα. Ακολουθούν τα αέρια, το μερίδιο των οποίων στον συνολικό όγκο του αέρα είναι μικρότερο από 0,002% - ήλιο, αέριο νέον, κρυπτόν, υδρογόνο, ξένο, μεθάνιοΚαι όζο.

Αυτή η σύνθεση μπορεί να ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με την τοποθεσία, για παράδειγμα, διαφέρει στην πόλη και στο δάσος, στην ακτή της θάλασσας και στα βουνά.

Οι υδρατμοί, το όζον και το διοξείδιο του άνθρακα παίζουν ζωτικό ρόλο εμποδίζοντας τις ακτίνες του ήλιου να θερμαίνουν έντονα και να καταστρέφουν τους ζωντανούς οργανισμούς που ζουν στην επιφάνεια του πλανήτη.

Ξεχωριστά, πρέπει να ειπωθεί για το διοξείδιο του άνθρακα: εκπνέεται από όλα τα ζωντανά όντα στον πλανήτη, εκπέμπεται από σάπια φυτά και οργανισμούς και περιέχεται στον καπνό από μια φωτιά. Μόνο τα φυτά είναι σε θέση να «ειπνεύσουν» διοξείδιο του άνθρακα και να «εκπνεύσουν» οξυγόνο. Οι άνθρωποι και τα ζώα, αντίθετα, εισπνέουν οξυγόνο και εκπνέουν διοξείδιο του άνθρακα.

Σύνθεση αέρα

Ιδιότητες του αέρα

Ο αέρας μπορεί να συμπιεστεί και θα γίνει ελαστικός. Οι άνθρωποι έχουν μάθει να χρησιμοποιούν τη δύναμη του πεπιεσμένου αέρα, χάρη στον οποίο λειτουργούν πολλοί μηχανισμοί. Αυτός είναι, για παράδειγμα, ένας συμπιεστής για ένα ενυδρείο, μια αντλία για το φούσκωμα των ελαστικών ποδηλάτων και αυτοκινήτων.

Ο αέρας διατηρεί καλά τη θερμότητα. Αυτή η ιδιότητα βοηθά ανθρώπους, ζώα, ακόμη και φυτά. Ένα άτομο εισάγει διπλά κουφώματα, ανάμεσα στις πόρτες των οποίων υπάρχει αέρας, και έτσι μονώνει το σπίτι του. Τα πουλιά και τα θηλαστικά διατηρούν τη θερμότητα του σώματός τους μέσω του αέρα που παγιδεύεται ανάμεσα στα φτερά ή τη γούνα τους. Σε κρύο καιρό, τα φυτά θερμαίνονται κάτω από το χιόνι από τον αέρα που βρίσκεται ανάμεσα στις νιφάδες χιονιού. Αυτός είναι ο λόγος που τα φυτά χρειάζονται μια κουβέρτα χιονιού το χειμώνα.

Στιβάδα όζοντος

Η μυρωδιά της φρεσκάδας μετά από μια καταιγίδα είναι η μυρωδιά όζο. Όταν εκτίθεται στην υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου, το οξυγόνο μετατρέπεται σε όζον. Αυτή η κουβέρτα αερίου καλύπτει τη Γη σε υψόμετρο 18-25 km. Είναι αυτό που μπλοκάρει τις ακτίνες του ήλιου, οι οποίες είναι καταστροφικές για όλα τα έμβια όντα. Επιπλέον, το όζον σχηματίζεται λόγω ηλεκτρικών εκκενώσεων, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας και κατά την οξείδωση φυκιών ή ρητίνης από κωνοφόρα δέντρα.

Το όζον καταστρέφεται από χημικές ενώσεις που περιέχουν χλώριο ή φθόριο. Για παράδειγμα, αυτό είναι το φρέον, που χρησιμοποιείται ως ψυκτικό μέσο. Ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε αυτές τις ουσίες, η στιβάδα του όζοντος στην ατμόσφαιρα γίνεται πιο λεπτή, σχηματίζοντας μια τρύπα του όζοντος. Ωστόσο, η ανάπτυξη και η μείωση των τρυπών του όζοντος είναι επίσης φυσικά φαινόμενα και δεν εξαρτώνται πλήρως από την ανθρώπινη δραστηριότητα.

Σήμερα, οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι το πάχος του στρώματος του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική έχει μειωθεί σημαντικά. Εξαιτίας αυτού, ένας μεγάλος αριθμός υπεριωδών ακτίνων φτάνουν στην επιφάνεια της Γης.

Ατμοσφαιρικές παρεμβολές

Ο άνθρωπος μολύνει την ατμόσφαιρα εκπέμποντας σε αυτήν επιβλαβή αέρια, τα οποία έχουν διαφορετικά ονόματα: μεθάνιο, μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του θείου. Επιβλαβή αέριαπροέρχονται από την καύση διαφόρων ουσιών: βενζίνη με την οποία κινούνται τα αυτοκίνητα, άνθρακας που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση της σόμπας, τεχνητά δημιουργημένα υλικά και χημικά που καίγονται από διάφορες επιχειρήσεις. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον αέρα που αναπνέουμε μειώνεται πολύ και η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα αυξάνεται.

Ιδιαίτερα επικίνδυνο για όλη τη ζωντανή ύλη, που ονομάζονται αεροζόλ. Εάν εισπνεύσετε τέτοιες ουσίες, μπορεί να αρρωστήσετε σοβαρά. Στις μεγάλες πόλεις η ποσότητα των αερολυμάτων είναι πολύ υψηλή. Ως εκ τούτου, είναι συχνά δύσκολο να αναπνέεις στις πόλεις.

Σύνθεση και δομή της ατμόσφαιρας.

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο κέλυφος της Γης. Η κατακόρυφη έκταση της ατμόσφαιρας είναι μεγαλύτερη από τρεις γήινες ακτίνες (η μέση ακτίνα είναι 6371 km) και η μάζα της είναι 5,157x10 15 τόνοι, που είναι περίπου το ένα εκατομμυριοστό της μάζας της Γης.

Η διαίρεση της ατμόσφαιρας σε στρώματα στην κατακόρυφη κατεύθυνση βασίζεται στα εξής:

- σύνθεση ατμοσφαιρικού αέρα,

— φυσικές και χημικές διεργασίες·

— κατανομή θερμοκρασίας σε ύψος.

— αλληλεπίδραση της ατμόσφαιρας με την υποκείμενη επιφάνεια.

Η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας είναι ένα μηχανικό μείγμα διαφόρων αερίων, συμπεριλαμβανομένων των υδρατμών, καθώς και ορισμένης ποσότητας αερολυμάτων. Η σύνθεση του ξηρού αέρα στα χαμηλότερα 100 km παραμένει σχεδόν σταθερή. Ο καθαρός και ξηρός αέρας, απαλλαγμένος από υδρατμούς, σκόνη και άλλες ακαθαρσίες, είναι ένα μείγμα αερίων, κυρίως αζώτου (78% του όγκου του αέρα) και οξυγόνου (21%). Λίγο λιγότερο από ένα τοις εκατό είναι αργό και υπάρχουν πολλά άλλα αέρια σε πολύ μικρές ποσότητες - ξένο, κρυπτό, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, ήλιο, κ.λπ. (Πίνακας 1.1).

Το άζωτο, το οξυγόνο και άλλα συστατικά του ατμοσφαιρικού αέρα βρίσκονται πάντα σε αέρια κατάσταση στην ατμόσφαιρα, καθώς οι κρίσιμες θερμοκρασίες, δηλαδή οι θερμοκρασίες στις οποίες μπορούν να βρίσκονται σε υγρή κατάσταση, είναι πολύ χαμηλότερες από τις θερμοκρασίες που παρατηρούνται στην επιφάνεια του η γη. Η εξαίρεση είναι το διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, για τη μετάβαση σε υγρή κατάσταση, εκτός από τη θερμοκρασία, είναι απαραίτητο να επιτευχθεί και μια κατάσταση κορεσμού. Υπάρχει λίγο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (0,03%) και βρίσκεται με τη μορφή μεμονωμένων μορίων, ομοιόμορφα κατανεμημένα μεταξύ των μορίων άλλων ατμοσφαιρικών αερίων. Τα τελευταία 60-70 χρόνια, το περιεχόμενό του έχει αυξηθεί κατά 10-12%, υπό την επίδραση της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Η περιεκτικότητα σε υδρατμούς που είναι πιο επιρρεπής σε αλλαγές είναι η συγκέντρωση του οποίου στην επιφάνεια της Γης σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να φτάσει το 4%. Με την αύξηση του υψομέτρου και τη μείωση της θερμοκρασίας, η περιεκτικότητα σε υδρατμούς μειώνεται απότομα (σε υψόμετρο 1,5-2,0 km - κατά το ήμισυ και 10-15 φορές από τον ισημερινό στον πόλο).

Η μάζα των στερεών ακαθαρσιών τα τελευταία 70 χρόνια στην ατμόσφαιρα του βόρειου ημισφαιρίου έχει αυξηθεί περίπου 1,5 φορές.

Η σταθερότητα της σύστασης αερίου του αέρα εξασφαλίζεται με την εντατική ανάμειξη του κατώτερου στρώματος αέρα.

Σύσταση αερίου των κατώτερων στρωμάτων ξηρού αέρα (χωρίς υδρατμούς)

Ο ρόλος και η σημασία των κύριων αερίων του ατμοσφαιρικού αέρα

ΟΞΥΓΟΝΟ (ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ)ζωτικής σημασίας για όλους σχεδόν τους κατοίκους του πλανήτη. Αυτό είναι ένα ενεργό αέριο. Συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις με άλλα ατμοσφαιρικά αέρια. Το οξυγόνο απορροφά ενεργά την ενέργεια ακτινοβολίας, ειδικά τα πολύ μικρά μήκη κύματος μικρότερα από 2,4 μικρά. Υπό την επίδραση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας (Χ< 03 μm), το μόριο οξυγόνου διασπάται σε άτομα. Το ατομικό οξυγόνο, σε συνδυασμό με ένα μόριο οξυγόνου, σχηματίζει μια νέα ουσία - τριατομικό οξυγόνο ή όζο(Οζ). Το όζον βρίσκεται κυρίως σε μεγάλα υψόμετρα. Εκεί τουρόλος για τον πλανήτη είναι εξαιρετικά επωφελής. Στην επιφάνεια της Γης, το όζον σχηματίζεται κατά τις εκκενώσεις κεραυνών.

Σε αντίθεση με όλα τα άλλα αέρια της ατμόσφαιρας, τα οποία είναι άγευστα και άοσμα, το όζον έχει μια χαρακτηριστική οσμή. Μετάφραση από τα ελληνικά, η λέξη «όζον» σημαίνει «πικρή μυρωδιά». Μετά από μια καταιγίδα, αυτή η μυρωδιά είναι ευχάριστη, γίνεται αντιληπτή ως μυρωδιά φρεσκάδας. Σε μεγάλες ποσότητες, το όζον είναι μια τοξική ουσία. Σε πόλεις με μεγάλο αριθμό αυτοκινήτων και επομένως μεγάλες εκπομπές αερίων αυτοκινήτων, το όζον σχηματίζεται υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός σε καθαρό ή μερικώς συννεφιασμένο καιρό. Η πόλη είναι τυλιγμένη σε ένα κίτρινο-μπλε σύννεφο, η ορατότητα επιδεινώνεται. Αυτό είναι φωτοχημική αιθαλομίχλη.

Το ΑΖΩΤΟ (N2) είναι ουδέτερο αέριο, δεν αντιδρά με άλλα ατμοσφαιρικά αέρια και δεν συμμετέχει στην απορρόφηση της ακτινοβολούμενης ενέργειας.

Μέχρι υψόμετρα 500 km, η ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από οξυγόνο και άζωτο. Επιπλέον, εάν το άζωτο κυριαρχεί στο χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, τότε σε μεγάλα υψόμετρα υπάρχει περισσότερο οξυγόνο από άζωτο.

Το ΑΡΓΟΝ (Ar) είναι ουδέτερο αέριο, δεν αντιδρά και δεν συμμετέχει στην απορρόφηση ή στην εκπομπή ακτινοβολούμενης ενέργειας. Ομοίως - ξένο, κρυπτό και πολλά άλλα αέρια. Το αργό είναι μια βαριά ουσία, υπάρχει πολύ λίγο από αυτό στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας.

Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα είναι κατά μέσο όρο 0,03%. Αυτό το αέριο είναι πολύ απαραίτητο για τα φυτά και απορροφάται ενεργά από αυτά.

Η πραγματική ποσότητα του στον αέρα μπορεί να διαφέρει ελαφρώς. Σε βιομηχανικές περιοχές, η ποσότητα του μπορεί να αυξηθεί στο 0,05%. Σε αγροτικές περιοχές, πάνω από δάση και χωράφια, υπάρχει λιγότερο. Πάνω από την Ανταρκτική υπάρχει περίπου 0,02% διοξείδιο του άνθρακα, δηλαδή σχεδόν Uzμικρότερη από τη μέση ποσότητα στην ατμόσφαιρα. Ίδια ποσότητα και ακόμη λιγότερο πάνω από τη θάλασσα - 0,01 - 0,02%, αφού το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται εντατικά από το νερό.

Στο στρώμα του αέρα που βρίσκεται ακριβώς δίπλα στην επιφάνεια της γης, η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα παρουσιάζει επίσης καθημερινές διακυμάνσεις.

Υπάρχει περισσότερο τη νύχτα, λιγότερο τη μέρα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι κατά τις ώρες της ημέρας το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται από τα φυτά, αλλά όχι τη νύχτα. Τα φυτά στον πλανήτη παίρνουν περίπου 550 δισεκατομμύρια τόνους οξυγόνου από την ατμόσφαιρα καθ' όλη τη διάρκεια του έτους και επιστρέφουν περίπου 400 δισεκατομμύρια τόνους οξυγόνου σε αυτήν.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι εντελώς διαφανές στις ακτίνες βραχέων κυμάτων του ήλιου, αλλά απορροφά έντονα τη θερμική υπέρυθρη ακτινοβολία της Γης. Με αυτό σχετίζεται και το πρόβλημα του φαινομένου του θερμοκηπίου, για το οποίο ανά διαστήματα φουντώνουν οι συζητήσεις στις σελίδες του επιστημονικού τύπου και κυρίως στα μέσα μαζικής ενημέρωσης.

Το ΗΛΙΟ (Αυτός) είναι πολύ ελαφρύ αέριο. Εισέρχεται στην ατμόσφαιρα από τον φλοιό της γης ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής διάσπασης του θορίου και του ουρανίου. Το ήλιο διαφεύγει στο διάστημα. Ο ρυθμός μείωσης του ηλίου αντιστοιχεί στον ρυθμό εισόδου του από τα έγκατα της Γης. Από υψόμετρο 600 km έως 16.000 km, η ατμόσφαιρά μας αποτελείται κυρίως από ήλιο. Αυτή είναι η «στέμμα ηλίου της Γης», σύμφωνα με τον Vernadsky. Το ήλιο δεν αντιδρά με άλλα ατμοσφαιρικά αέρια και δεν συμμετέχει στην ανταλλαγή ακτινοβολίας θερμότητας.

Το ΥΔΡΟΓΟΝΟ (Hg) είναι ακόμα πιο ελαφρύ αέριο. Υπάρχει πολύ λίγο από αυτό κοντά στην επιφάνεια της Γης. Ανεβαίνει στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Στη θερμόσφαιρα και στην εξώσφαιρα, το ατομικό υδρογόνο γίνεται το κυρίαρχο συστατικό. Το υδρογόνο είναι το ανώτερο, το πιο εξωτερικό κέλυφος του πλανήτη μας.

Πάνω από 16.000 χλμ. μέχρι το ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας, δηλαδή μέχρι υψόμετρα 30 - 40 χιλιάδων χλμ., κυριαρχεί το υδρογόνο. Έτσι, η χημική σύσταση της ατμόσφαιράς μας με το υψόμετρο προσεγγίζει τη χημική σύνθεση του Σύμπαντος, στο οποίο το υδρογόνο και το ήλιο είναι τα πιο κοινά στοιχεία.

Στο εξώτατο, εξαιρετικά σπάνιο τμήμα της ανώτερης ατμόσφαιρας, υδρογόνο και ήλιο διαφεύγουν από την ατμόσφαιρα. Τα μεμονωμένα άτομα τους έχουν αρκετά υψηλές ταχύτητες για αυτό.

Η ατμόσφαιρα είναι το περίβλημα αέρα της Γης. Εκτείνεται έως και 3000 km από την επιφάνεια της γης. Τα ίχνη του εντοπίζονται σε υψόμετρα έως και 10.000 χλμ. Το Α. έχει ανομοιόμορφη πυκνότητα 50 5 οι μάζες του συγκεντρώνονται μέχρι 5 km, 75% - έως 10 km, 90% - έως 16 km.

Η ατμόσφαιρα αποτελείται από αέρα - ένα μηχανικό μείγμα πολλών αερίων.

Αζωτο(78%) στην ατμόσφαιρα παίζει το ρόλο ενός αραιωτικού οξυγόνου, ρυθμίζοντας το ρυθμό οξείδωσης και, κατά συνέπεια, την ταχύτητα και την ένταση των βιολογικών διεργασιών. Το άζωτο είναι το κύριο στοιχείο της ατμόσφαιρας της γης, το οποίο ανταλλάσσεται συνεχώς με τη ζωντανή ύλη της βιόσφαιρας και τα συστατικά της τελευταίας είναι ενώσεις αζώτου (αμινοξέα, πουρίνες κ.λπ.). Το άζωτο εξάγεται από την ατμόσφαιρα με ανόργανες και βιοχημικές οδούς, αν και είναι στενά αλληλένδετες. Η ανόργανη εκχύλιση συνδέεται με το σχηματισμό των ενώσεων της N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Βρίσκονται στην κατακρήμνιση και σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση ηλεκτρικών εκκενώσεων κατά τη διάρκεια καταιγίδων ή φωτοχημικών αντιδράσεων υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας.

Η βιολογική δέσμευση του αζώτου πραγματοποιείται από ορισμένα βακτήρια σε συμβίωση με ανώτερα φυτά στο έδαφος. Το άζωτο δεσμεύεται επίσης από ορισμένους μικροοργανισμούς πλαγκτού και φύκια στο θαλάσσιο περιβάλλον. Σε ποσοτικούς όρους, η βιολογική δέσμευση του αζώτου υπερβαίνει την ανόργανη δέσμευσή του. Η ανταλλαγή όλου του αζώτου στην ατμόσφαιρα συμβαίνει μέσα σε περίπου 10 εκατομμύρια χρόνια. Το άζωτο βρίσκεται σε αέρια ηφαιστειακής προέλευσης και σε πυριγενή πετρώματα. Όταν θερμαίνονται διάφορα δείγματα κρυσταλλικών πετρωμάτων και μετεωριτών, απελευθερώνεται άζωτο με τη μορφή μορίων N 2 και NH 3. Ωστόσο, η κύρια μορφή της παρουσίας αζώτου, τόσο στη Γη όσο και στους επίγειους πλανήτες, είναι η μοριακή. Η αμμωνία, εισερχόμενη στην ανώτερη ατμόσφαιρα, οξειδώνεται γρήγορα, απελευθερώνοντας άζωτο. Σε ιζηματογενή πετρώματα θάβεται μαζί με οργανική ύλη και βρίσκεται σε αυξημένες ποσότητες σε ασφαλτούχα κοιτάσματα. Κατά τη διάρκεια της περιφερειακής μεταμόρφωσης αυτών των πετρωμάτων, το άζωτο απελευθερώνεται με διάφορες μορφές στην ατμόσφαιρα της Γης.

Γεωχημικός κύκλος αζώτου (

Οξυγόνο(21%) χρησιμοποιείται από ζωντανούς οργανισμούς για την αναπνοή και αποτελεί μέρος της οργανικής ύλης (πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες). Όζον Ο 3. καθυστερεί την καταστροφική για τη ζωή υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο.

Το οξυγόνο είναι το δεύτερο πιο διαδεδομένο αέριο στην ατμόσφαιρα, διαδραματίζοντας εξαιρετικά σημαντικό ρόλο σε πολλές διεργασίες στη βιόσφαιρα. Η κυρίαρχη μορφή της ύπαρξής του είναι το O 2. Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, συμβαίνει διάσταση των μορίων οξυγόνου και σε υψόμετρο περίπου 200 km, η αναλογία ατομικού οξυγόνου προς μοριακό (O: O 2) γίνεται ίση με 10. Όταν αυτά μορφές οξυγόνου αλληλεπιδρούν στην ατμόσφαιρα (σε υψόμετρο 20-30 km), μια ζώνη όζοντος (οθόνη όζοντος). Το όζον (O 3) είναι απαραίτητο για τους ζωντανούς οργανισμούς, εμποδίζοντας το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο, η οποία είναι επιβλαβής για αυτούς.

Στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης της Γης, το ελεύθερο οξυγόνο εμφανίστηκε σε πολύ μικρές ποσότητες ως αποτέλεσμα της φωτοδιάσπασης του διοξειδίου του άνθρακα και των μορίων του νερού στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Ωστόσο, αυτές οι μικρές ποσότητες καταναλώθηκαν γρήγορα από την οξείδωση άλλων αερίων. Με την εμφάνιση αυτότροφων φωτοσυνθετικών οργανισμών στον ωκεανό, η κατάσταση άλλαξε σημαντικά. Η ποσότητα του ελεύθερου οξυγόνου στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται προοδευτικά, οξειδώνοντας ενεργά πολλά συστατικά της βιόσφαιρας. Έτσι, τα πρώτα μέρη ελεύθερου οξυγόνου συνέβαλαν κυρίως στη μετάβαση των σιδηρούχων μορφών σιδήρου σε μορφές οξειδίου και των σουλφιδίων σε θειικά.

Τελικά, η ποσότητα του ελεύθερου οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης έφτασε σε μια ορισμένη μάζα και εξισορροπήθηκε με τέτοιο τρόπο ώστε η ποσότητα που παρήχθη έγινε ίση με την ποσότητα που απορροφήθηκε. Μια σχετική σταθερή περιεκτικότητα σε ελεύθερο οξυγόνο έχει καθιερωθεί στην ατμόσφαιρα.

Γεωχημικός κύκλος οξυγόνου (V.A. Vronsky, G.V. Βόιτκεβιτς)

Διοξείδιο του άνθρακα, πηγαίνει στο σχηματισμό της ζωντανής ύλης και μαζί με τους υδρατμούς δημιουργεί το λεγόμενο «φαινόμενο του θερμοκηπίου (θερμοκηπίου)».

Άνθρακας (διοξείδιο του άνθρακα) - το μεγαλύτερο μέρος του στην ατμόσφαιρα έχει τη μορφή CO 2 και πολύ λιγότερο με τη μορφή CH 4. Η σημασία της γεωχημικής ιστορίας του άνθρακα στη βιόσφαιρα είναι εξαιρετικά μεγάλη, αφού αποτελεί μέρος όλων των ζωντανών οργανισμών. Στους ζωντανούς οργανισμούς κυριαρχούν ανηγμένες μορφές άνθρακα και στο περιβάλλον της βιόσφαιρας κυριαρχούν οι οξειδωμένες μορφές. Έτσι, καθιερώνεται η χημική ανταλλαγή του κύκλου ζωής: CO 2 ↔ ζωντανή ύλη.

Η πηγή του πρωτογενούς διοξειδίου του άνθρακα στη βιόσφαιρα είναι η ηφαιστειακή δραστηριότητα που σχετίζεται με την κοσμική απαέρωση του μανδύα και τους κατώτερους ορίζοντες του φλοιού της γης. Μέρος αυτού του διοξειδίου του άνθρακα προκύπτει κατά τη θερμική αποσύνθεση αρχαίων ασβεστόλιθων σε διάφορες μεταμορφωμένες ζώνες. Η μετανάστευση του CO 2 στη βιόσφαιρα συμβαίνει με δύο τρόπους.

Η πρώτη μέθοδος εκφράζεται στην απορρόφηση CO 2 κατά τη φωτοσύνθεση με το σχηματισμό οργανικών ουσιών και την επακόλουθη ταφή σε ευνοϊκές αναγωγικές συνθήκες στη λιθόσφαιρα με τη μορφή τύρφης, άνθρακα, πετρελαίου και σχιστόλιθου πετρελαίου. Σύμφωνα με τη δεύτερη μέθοδο, η μετανάστευση του άνθρακα οδηγεί στη δημιουργία ενός ανθρακικού συστήματος στην υδρόσφαιρα, όπου το CO 2 μετατρέπεται σε H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Στη συνέχεια, με τη συμμετοχή του ασβεστίου (σπανιότερα μαγνησίου και σιδήρου), τα ανθρακικά εναποτίθενται μέσω βιογενών και αβιογενών οδών. Εμφανίζονται παχιά στρώματα ασβεστόλιθου και δολομίτη. Σύμφωνα με τον Α.Β. Ronov, η αναλογία οργανικού άνθρακα (Corg) προς ανθρακικό άνθρακα (Ccarb) στην ιστορία της βιόσφαιρας ήταν 1:4.

Μαζί με τον παγκόσμιο κύκλο άνθρακα, υπάρχει επίσης ένας αριθμός μικρών κύκλων άνθρακα. Έτσι, στην ξηρά, τα πράσινα φυτά απορροφούν CO 2 για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης κατά τη διάρκεια της ημέρας και τη νύχτα το απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα. Με το θάνατο των ζωντανών οργανισμών στην επιφάνεια της γης, συμβαίνει οξείδωση οργανικών ουσιών (με τη συμμετοχή μικροοργανισμών) με την απελευθέρωση CO 2 στην ατμόσφαιρα. Τις τελευταίες δεκαετίες, ιδιαίτερη θέση στον κύκλο του άνθρακα κατέχει η μαζική καύση ορυκτών καυσίμων και η αύξηση της περιεκτικότητάς τους στη σύγχρονη ατμόσφαιρα.

Κυκλοφορία άνθρακα στο γεωγραφικό περίβλημα (σύμφωνα με τον F. Ramad, 1981)

Αργόν- το τρίτο πιο διαδεδομένο ατμοσφαιρικό αέριο, το οποίο το διακρίνει έντονα από τα εξαιρετικά αραιά κατανεμημένα άλλα αδρανή αέρια. Ωστόσο, το αργό στη γεωλογική του ιστορία μοιράζεται τη μοίρα αυτών των αερίων, τα οποία χαρακτηρίζονται από δύο χαρακτηριστικά:

1. το μη αναστρέψιμο της συσσώρευσής τους στην ατμόσφαιρα·
2. στενή σύνδεση με τη ραδιενεργή διάσπαση ορισμένων ασταθών ισοτόπων.

Τα αδρανή αέρια βρίσκονται εκτός του κύκλου των περισσότερων κυκλικών στοιχείων στη γήινη βιόσφαιρα.

Όλα τα αδρανή αέρια μπορούν να χωριστούν σε πρωτογενή και ραδιογενή. Στα πρωτεύοντα περιλαμβάνονται εκείνα που αιχμαλωτίστηκαν από τη Γη κατά την περίοδο σχηματισμού της. Είναι εξαιρετικά σπάνια. Το πρωτεύον τμήμα του αργού αντιπροσωπεύεται κυρίως από τα ισότοπα 36 Ar και 38 Ar, ενώ το ατμοσφαιρικό αργό αποτελείται εξ ολοκλήρου από το ισότοπο 40 Ar (99,6%), το οποίο είναι αναμφίβολα ραδιογόνο. Σε πετρώματα που περιέχουν κάλιο, η συσσώρευση ραδιογόνου αργού συνέβη και συνεχίζει να συμβαίνει λόγω της διάσπασης του καλίου-40 μέσω της δέσμευσης ηλεκτρονίων: 40 K + e → 40 Ar.

Επομένως, η περιεκτικότητα αργού στα πετρώματα καθορίζεται από την ηλικία τους και την ποσότητα καλίου. Σε αυτό το βαθμό, η συγκέντρωση ηλίου στα πετρώματα είναι συνάρτηση της ηλικίας τους και της περιεκτικότητάς τους σε θόριο και ουράνιο. Το αργό και το ήλιο απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα από τα έγκατα της γης κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων, μέσω ρωγμών στο φλοιό της γης με τη μορφή πίδακες αερίου, καθώς και κατά τη διάρκεια της διάβρωσης των πετρωμάτων. Σύμφωνα με υπολογισμούς που έκαναν οι P. Dimon και J. Culp, το ήλιο και το αργό στη σύγχρονη εποχή συσσωρεύονται στο φλοιό της γης και εισέρχονται στην ατμόσφαιρα σε σχετικά μικρές ποσότητες. Ο ρυθμός εισόδου αυτών των ραδιογενών αερίων είναι τόσο χαμηλός που κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας της Γης δεν μπορούσε να εξασφαλίσει το παρατηρούμενο περιεχόμενό τους στη σύγχρονη ατμόσφαιρα. Επομένως, μένει να υποθέσουμε ότι το μεγαλύτερο μέρος του αργού στην ατμόσφαιρα προήλθε από το εσωτερικό της Γης στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής της και πολύ λιγότερο προστέθηκε στη συνέχεια κατά τη διαδικασία του ηφαιστείου και κατά τη διάβρωση των βράχων που περιέχουν κάλιο. .

Έτσι, με την πάροδο του γεωλογικού χρόνου, το ήλιο και το αργό είχαν διαφορετικές διαδικασίες μετανάστευσης. Υπάρχει πολύ λίγο ήλιο στην ατμόσφαιρα (περίπου 5 * 10 -4%) και η «αναπνοή ηλίου» της Γης ήταν ελαφρύτερη, καθώς, ως το ελαφρύτερο αέριο, εξατμίστηκε στο διάστημα. Και η «αναπνοή αργού» ήταν βαριά και το αργό παρέμεινε εντός των ορίων του πλανήτη μας. Τα περισσότερα από τα αρχέγονα ευγενή αέρια, όπως το νέο και το ξένο, συνδέθηκαν με το αρχέγονο νέον που συλλήφθηκε από τη Γη κατά τον σχηματισμό της, καθώς και με την απελευθέρωση κατά την απαέρωση του μανδύα στην ατμόσφαιρα. Ολόκληρο το σύνολο των δεδομένων για τη γεωχημεία των ευγενών αερίων δείχνει ότι η πρωταρχική ατμόσφαιρα της Γης προέκυψε στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής της.

Η ατμόσφαιρα περιέχει υδρατμούςΚαι νερόσε υγρή και στερεή κατάσταση. Το νερό στην ατμόσφαιρα είναι ένας σημαντικός συσσωρευτής θερμότητας.

Τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας περιέχουν μεγάλη ποσότητα ορυκτής και τεχνολογικής σκόνης και αερολυμάτων, προϊόντων καύσης, άλατα, σπόρια και γύρη κ.λπ.

Σε υψόμετρο 100-120 km, λόγω της πλήρους ανάμειξης του αέρα, η σύσταση της ατμόσφαιρας είναι ομοιογενής. Η αναλογία μεταξύ αζώτου και οξυγόνου είναι σταθερή. Πιο πάνω κυριαρχούν αδρανή αέρια, υδρογόνο κ.λπ. Στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας υπάρχουν υδρατμοί. Με την απόσταση από τη γη το περιεχόμενό του μειώνεται. Όσο υψηλότερη η αναλογία των αερίων αλλάζει, για παράδειγμα, σε υψόμετρο 200-800 km, το οξυγόνο υπερισχύει του αζώτου κατά 10-100 φορές.

	οξυγόνο
	διοξείδιο του άνθρακα

Στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, η σύσταση του αέρα αλλάζει υπό την επίδραση της σκληρής ακτινοβολίας από τον Ήλιο, η οποία οδηγεί στη διάσπαση (διάσπαση) των μορίων οξυγόνου σε άτομα. Το ατομικό οξυγόνο είναι το κύριο συστατικό των υψηλών στρωμάτων της ατμόσφαιρας. Τέλος, στα στρώματα της ατμόσφαιρας που βρίσκονται πιο μακριά από την επιφάνεια της Γης, τα κύρια συστατικά είναι τα ελαφρύτερα αέρια - το υδρογόνο και το ήλιο. Μια νέα ένωση ανακαλύφθηκε στην ανώτερη ατμόσφαιρα - το υδροξύλιο (ΟΗ). Η παρουσία αυτής της ένωσης εξηγεί τον σχηματισμό υδρατμών σε μεγάλα υψόμετρα στην ατμόσφαιρα. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος της ουσίας συγκεντρώνεται σε απόσταση 20 km από την επιφάνεια της Γης, οι αλλαγές στη σύνθεση του αέρα με το ύψος δεν έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στη συνολική σύνθεση της ατμόσφαιρας.

Τα πιο σημαντικά συστατικά της ατμόσφαιρας είναι το όζον και το διοξείδιο του άνθρακα. Το όζον είναι τριατομικό οξυγόνο ( ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 3 ), που υπάρχει στην ατμόσφαιρα από την επιφάνεια της Γης σε υψόμετρο 70 km. Στα επίγεια στρώματα του αέρα, σχηματίζεται κυρίως υπό την επίδραση του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού και κατά τη διαδικασία οξείδωσης οργανικών ουσιών, και σε υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας (στρατόσφαιρα) - ως αποτέλεσμα της επίδρασης της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο στο μόριο του οξυγόνου. Το μεγαλύτερο μέρος του όζοντος βρίσκεται στη στρατόσφαιρα (για το λόγο αυτό, η στρατόσφαιρα ονομάζεται συχνά οζονόσφαιρα). Το στρώμα μέγιστης συγκέντρωσης όζοντος σε υψόμετρο 20-25 km ονομάζεται οθόνη όζοντος. Συνολικά, το στρώμα του όζοντος απορροφά περίπου το 13% της ηλιακής ενέργειας. Η μείωση της συγκέντρωσης του όζοντος σε ορισμένες περιοχές ονομάζεται «τρύπες του όζοντος».

Το διοξείδιο του άνθρακα, μαζί με τους υδρατμούς, προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου της ατμόσφαιρας. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι η θέρμανση των εσωτερικών στρωμάτων της ατμόσφαιρας, που εξηγείται από την ικανότητα της ατμόσφαιρας να μεταδίδει ακτινοβολία βραχέων κυμάτων από τον Ήλιο και να μην απελευθερώνει ακτινοβολία μακρών κυμάτων από τη Γη. Αν υπήρχε διπλάσιο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η μέση θερμοκρασία της Γης θα έφτανε τους 18 0 C, τώρα είναι 14-15 0 C.

Το συνολικό βάρος των ατμοσφαιρικών αερίων είναι περίπου 4,5 10 15 τόνοι Έτσι, το «βάρος» της ατμόσφαιρας ανά μονάδα επιφάνειας, ή ατμοσφαιρική πίεση, είναι περίπου 10,3 τόνοι/m 2 στο επίπεδο της θάλασσας.

Υπάρχουν πολλά σωματίδια στον αέρα, η διάμετρος των οποίων είναι κλάσμα του μικρού. Είναι πυρήνες συμπύκνωσης. Χωρίς αυτά, ο σχηματισμός ομίχλης, νεφών και βροχοπτώσεων θα ήταν αδύνατος. Πολλά οπτικά και ατμοσφαιρικά φαινόμενα συνδέονται με σωματίδια στην ατμόσφαιρα. Οι τρόποι εισόδου τους στην ατμόσφαιρα είναι διαφορετικοί: ηφαιστειακή τέφρα, καπνός από την καύση καυσίμου, γύρη φυτών, μικροοργανισμοί. Πρόσφατα, οι βιομηχανικές εκπομπές και τα προϊόντα ραδιενεργού αποσύνθεσης έχουν χρησιμεύσει ως πυρήνες συμπύκνωσης.

Σημαντικό συστατικό της ατμόσφαιρας είναι οι υδρατμοί, η ποσότητα του στα υγρά ισημερινά δάση φτάνει το 4%, στις πολικές περιοχές μειώνεται στο 0,2%. Οι υδρατμοί εισέρχονται στην ατμόσφαιρα λόγω της εξάτμισης από την επιφάνεια του εδάφους και των υδάτινων σωμάτων, καθώς και λόγω της διαπνοής υγρασίας από τα φυτά. Οι υδρατμοί είναι αέριο του θερμοκηπίου και μαζί με το διοξείδιο του άνθρακα παγιδεύουν το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας μεγάλων κυμάτων της Γης, εμποδίζοντας την ψύξη του πλανήτη.

Η ατμόσφαιρα δεν είναι τέλειος μονωτήρας. έχει την ικανότητα να μεταφέρει ηλεκτρισμό λόγω της επίδρασης ιονιστών - υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο, κοσμικές ακτίνες, ακτινοβολία από ραδιενεργές ουσίες. Η μέγιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα παρατηρείται σε υψόμετρο 100-150 km. Ως αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης των ατμοσφαιρικών ιόντων και του φορτίου της επιφάνειας της γης, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο της ατμόσφαιρας. Σε σχέση με την επιφάνεια της γης, η ατμόσφαιρα είναι θετικά φορτισμένη. Υπάρχει μια ουδετερόσφαιρα - ένα στρώμα με ουδέτερη σύνθεση (έως 80 km) και μια ιονόσφαιρα – ιονισμένο στρώμα.

Υπάρχουν πολλά κύρια στρώματα της ατμόσφαιρας. Το κατώτερο, δίπλα στην επιφάνεια της γης, ονομάζεται τροποσφαίρα(ύψος 8-10 km στους πόλους, 12 km σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη και 16-18 km πάνω από τον ισημερινό). Η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται σταδιακά με το ύψος - κατά μέσο όρο κατά 0,6º C για κάθε 100 m ανόδου, κάτι που εκδηλώνεται αισθητά όχι μόνο στις ορεινές περιοχές, αλλά και στα υψόμετρα της Λευκορωσίας.

Η τροπόσφαιρα περιέχει έως και το 80% της συνολικής μάζας του αέρα, τον κύριο όγκο των ατμοσφαιρικών ακαθαρσιών και σχεδόν όλους τους υδρατμούς. Σε αυτό το τμήμα της ατμόσφαιρας σε υψόμετρο 10-12 km σχηματίζονται σύννεφα, καταιγίδες, βροχές και άλλες φυσικές διεργασίες που διαμορφώνουν τον καιρό και καθορίζουν τις κλιματικές συνθήκες σε διάφορες περιοχές του πλανήτη μας. Το κατώτερο στρώμα της τροπόσφαιρας, που βρίσκεται ακριβώς δίπλα στην επιφάνεια της γης, ονομάζεται στρώμα εδάφους.

Η επιρροή της επιφάνειας της γης εκτείνεται σε ύψος περίπου 20 km, και στη συνέχεια ο αέρας θερμαίνεται απευθείας από τον Ήλιο. Έτσι, το όριο του GO, το οποίο βρίσκεται σε υψόμετρο 20-25 km, καθορίζεται, μεταξύ άλλων, από τη θερμική επίδραση της επιφάνειας της γης. Σε αυτό το υψόμετρο, οι γεωγραφικές διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα εξαφανίζονται και η γεωγραφική ζώνη είναι θολή.

Όσο πιο ψηλά ξεκινάει στρατόσφαιρα, που εκτείνεται σε ύψος 50-55 km από την επιφάνεια του ωκεανού ή της ξηράς. Αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας είναι σημαντικά αραιωμένο, η ποσότητα οξυγόνου και αζώτου μειώνεται και η ποσότητα υδρογόνου, ηλίου και άλλων ελαφρών αερίων αυξάνεται. Το στρώμα του όζοντος που σχηματίζεται εδώ απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία και επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τις θερμικές συνθήκες της επιφάνειας της Γης και τις φυσικές διεργασίες στην τροπόσφαιρα. Στο κάτω μέρος της στρατόσφαιρας, η θερμοκρασία του αέρα είναι σταθερή, εδώ βρίσκεται ένα ισόθερμο στρώμα. Ξεκινώντας από υψόμετρο 22 km, η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται, στο ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας φτάνει τους 0 0 C (η αύξηση της θερμοκρασίας εξηγείται από την παρουσία του όζοντος εδώ, το οποίο απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία). Έντονες οριζόντιες κινήσεις του αέρα συμβαίνουν στη στρατόσφαιρα. Η ταχύτητα των ροών του αέρα φτάνει τα 300-400 km/h. Η στρατόσφαιρα περιέχει λιγότερο από το 20% του αέρα της ατμόσφαιρας.

Σε υψόμετρο 55-80 χλμ. υπάρχει μεσόσφαιρα(σε αυτό το στρώμα η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται με το ύψος και κοντά στο άνω όριο πέφτει στους –80 0 C), μεταξύ 80-800 km υπάρχει θερμόσφαιρα, στο οποίο κυριαρχούν το ήλιο και το υδρογόνο (η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται ραγδαία με το υψόμετρο και φτάνει τους 1000 0 C σε υψόμετρο 800 km). Η μεσόσφαιρα και η θερμόσφαιρα μαζί σχηματίζουν ένα παχύ στρώμα που ονομάζεται ιονόσφαιρα(περιοχή φορτισμένων σωματιδίων - ιόντων και ηλεκτρονίων).

Το ανώτερο, εξαιρετικά σπάνιο μέρος της ατμόσφαιρας (από 800 έως 1200 km) είναι εξώσφαιρα. Κυριαρχείται από αέρια σε ατομική κατάσταση, η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 2000º C.

Στη ζωή της κοινωνίας των πολιτών, η ατμόσφαιρα έχει μεγάλη σημασία. Η ατμόσφαιρα έχει ευεργετική επίδραση στο κλίμα της Γης, προστατεύοντάς την από την υπερβολική ψύξη και θέρμανση. Οι ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στον πλανήτη μας χωρίς ατμόσφαιρα θα έφταναν τους 200º C: κατά τη διάρκεια της ημέρας + 100º C και υψηλότερες, τη νύχτα - 100º C. Επί του παρόντος, η μέση θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης είναι + 14º C. Η ατμόσφαιρα δεν επιτρέπει μετεωρίτες και σκληρή ακτινοβολία για να φτάσει στη Γη. Χωρίς την ατμόσφαιρα δεν θα υπήρχε ήχος, ούτε σέλας, ούτε σύννεφα, ούτε βροχόπτωση.

Η ατμόσφαιρα είναι ένα κέλυφος αερίου που περιβάλλει τη Γη. Η ατμόσφαιρα έχει μια «πολυόροφη» δομή και χωρίζεται σε στρώματα όπως η τροπόσφαιρα, η στρατόσφαιρα, η μεσόσφαιρα, η θερμόσφαιρα και η εξώσφαιρα. Η σύνθεση του ξηρού υπολείμματος της ατμόσφαιρας σε όλο το πάχος της είναι σχεδόν η ίδια. Όμως η πυκνότητα και η θερμοκρασία του διαφέρουν και στο κατώτερο στρώμα (τροπόσφαιρα) αυξάνεται η περιεκτικότητα σε νερό, στερεά σωματίδια και διοξείδιο του άνθρακα πάνω από το έδαφος. Η τροπόσφαιρα περιλαμβάνει περίπου το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας.

Τα κύρια συστατικά της ατμόσφαιρας είναι το άζωτο (πάνω από 78%) και το οξυγόνο (πάνω από 20%), καθώς και μια σειρά από άλλα αέρια (έως 1%) - αργό, νέο, διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, ήλιο, υδρογόνο , κρυπτόν, ξένον, μονοξείδιο του αζώτου, όζον, διοξείδιο του θείου. Ορισμένα αέρια βρίσκονται στον ατμοσφαιρικό αέρα σε ίχνη.

Σύνθεση αερίων

Το άζωτο στην ατμόσφαιρα περιέχεται σε πολύ υψηλότερη συγκέντρωση (78%) από άλλα αέρια. Πριν από περίπου τρία εκατομμύρια χρόνια, ως αποτέλεσμα της εμφάνισης πράσινων φυτών και, κατά συνέπεια, της φωτοσύνθεσης, το οξυγόνο άρχισε να απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα σε μεγάλες ποσότητες. Όταν η ατμόσφαιρα αμμωνίας-υδρογόνου οξειδώθηκε από το μοριακό οξυγόνο, εμφανίστηκε τεράστια ποσότητα αζώτου. Επί του παρόντος, αυτό το αέριο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια της ζωής των μικροοργανισμών, καθώς αυτό το χημικό στοιχείο αποτελεί αναπόσπαστο μέρος πρωτεϊνών φυτικής και ζωικής προέλευσης. Ο ατμοσφαιρικός αέρας εμπλουτίζεται με άζωτο κατά την απονιτροποίηση των νιτρικών αλάτων και ορισμένων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, το άζωτο υφίσταται οξείδωση από το όζον σε μονοξείδιο του αζώτου. Το ελεύθερο άζωτο εισέρχεται σε χημικές αντιδράσεις μόνο υπό ειδικές συνθήκες, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού. Το άζωτο συμμετέχει στον φυσικό κύκλο των ουσιών και στη ρύθμιση της συγκέντρωσης του μοριακού οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, αποτρέποντας την υπερβολική συσσώρευσή του.

Το οξυγόνο, μετά το άζωτο, κατέχει τη δεύτερη θέση σε ποσοστιαία βάση κατ' όγκο περιεκτικότητας στον ατμοσφαιρικό αέρα (20,85%). Δραματικές αλλαγές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας σημειώθηκαν μετά την εμφάνιση ζωντανών οργανισμών στη Γη, ιδίως φυτών, τα οποία, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, εμπλουτίζουν τον αέρα με οξυγόνο και απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα. Στα αρχικά στάδια της ανάπτυξης της ατμόσφαιρας της Γης, το απελευθερωμένο οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση της αμμωνίας, των υδρογονανθράκων και του σιδήρου. Όταν τελείωσε αυτή η περίοδος, η περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο σταδιακά αυξήθηκε. Η ατμόσφαιρα του αρχαίου πλανήτη άρχισε να αποκτά τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα ενός σύγχρονου. Η απόκτηση οξειδωτικών ιδιοτήτων από την ατμόσφαιρα καθόρισε την εμφάνιση αλλαγών στη λιθόσφαιρα και τη βιόσφαιρα. Το οξυγόνο που περιέχεται στην ατμόσφαιρα είναι απαραίτητο για την εμφάνιση τόσο σημαντικών διεργασιών για τους ζωντανούς οργανισμούς όπως η αναπνοή, η αποσύνθεση και η καύση. Έτσι, χωρίς αυτό το χημικό στοιχείο η ζωή είναι αδύνατη. Επί του παρόντος, σχεδόν όλο το ελεύθερο οξυγόνο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της φωτοσύνθεσης στα φυτικά κύτταρα.

Σημαντικό συστατικό του αέρα είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο περιέχεται στην ατμόσφαιρα σε μικρές ποσότητες (0,03%). Η συγκέντρωσή του εξαρτάται από τη δραστηριότητα των ηφαιστείων, τις χημικές διεργασίες στα κελύφη της Γης (ορυκτές πηγές, εδάφη, προϊόντα αποσύνθεσης). Επίσης, μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα από τις βιομηχανικές επιχειρήσεις. Αλλά το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ένωσης εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της βιοσύνθεσης και της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης στη βιόσφαιρα του πλανήτη μας. Το διοξείδιο του άνθρακα θεωρείται θερμαντήρας της Γης, αφού μεταδίδει καλά την ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια του πλανήτη και συγκρατεί τη θερμότητα που εκπέμπεται από αυτόν.

Η περιεκτικότητα σε άλλα αέρια στην ατμόσφαιρα είναι ασήμαντη. Ευγενή αέρια, όπως νέον, αργό, ξένο, εισέρχονται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα ηφαιστειακών εκρήξεων και της αποσύνθεσης ορισμένων ραδιενεργών στοιχείων. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ατμόσφαιρα της γης περιέχει τόσο μικρή ποσότητα ευγενών αερίων λόγω της συνεχούς διασποράς τους στο διάστημα.

Ατμοί και σωματίδια

Εκτός από τα αέρια, ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει υδρατμούς και στερεά σωματίδια με τη μορφή αερολύματος. Η συγκέντρωση των υδρατμών στον αέρα αυξάνεται λόγω της εξάτμισης του νερού από την επιφάνεια της Γης. Το περιεχόμενό του διαφέρει σε διαφορετικούς τομείς και μπορεί επίσης να αλλάξει κατά τη διάρκεια του έτους. Από τους υδρατμούς σχηματίζονται βροχοπτώσεις και σύννεφα. Λόγω της περιεκτικότητας σε υδρατμούς, η ατμόσφαιρα συγκρατεί περίπου το 60% της θερμότητας από την επιφάνεια της γης.

Τα σωματίδια στον ατμοσφαιρικό αέρα είναι σκόνη κοσμικής και ηφαιστειακής προέλευσης, κρύσταλλοι αλατιού, καπνός, μικροοργανισμοί, γύρη φυτικών οργανισμών κ.λπ. Τα αιωρούμενα αιωρούμενα σωματίδια μειώνουν την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης και επίσης επιταχύνει τη συμπύκνωση των υδρατμών και το σχηματισμό νεφών.

Σχετικά υλικά: