Quels gaz occupent la place principale dans l'atmosphère ? Composition gazeuse de l'air atmosphérique. L'importance de l'atmosphère pour l'homme

l'atmosphère terrestre

Atmosphère(depuis. Grec ancienἀτμός - vapeur et σφαῖρα - balle) - gaz coquille ( géosphère), entourant la planète Terre. Sa surface intérieure recouvre hydrosphère et partiellement aboyer, l'extérieur borde la partie proche de la Terre de l'espace extra-atmosphérique.

L'ensemble des branches de la physique et de la chimie qui étudient l'atmosphère est généralement appelé physique atmosphérique. L'atmosphère détermine météoà la surface de la Terre, étudiant la météo météorologie, et variations à long terme climat - climatologie.

La structure de l'atmosphère

La structure de l'atmosphère

Troposphère

Sa limite supérieure se situe à une altitude de 8 à 10 km aux latitudes polaires, de 10 à 12 km aux latitudes tempérées et de 16 à 18 km aux latitudes tropicales ; plus faible en hiver qu'en été. La couche inférieure et principale de l’atmosphère. Contient plus de 80 % de la masse totale de l'air atmosphérique et environ 90 % de toute la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère. Dans la troposphère sont très développés turbulence Et convection, surgir des nuages, se développent cyclones Et anticyclones. La température diminue avec l'augmentation de l'altitude avec une verticale moyenne pente 0,65°/100 m

Sont considérées comme « conditions normales » à la surface de la Terre : densité 1,2 kg/m3, pression barométrique 101,35 kPa, température plus 20 °C et humidité relative 50 %. Ces indicateurs conditionnels ont une signification purement technique.

Stratosphère

Couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Caractérisé par un léger changement de température dans la couche 11-25 km (couche inférieure de la stratosphère) et une augmentation dans la couche 25-40 km de −56,5 à 0,8° AVEC(couche supérieure de la stratosphère ou de la région inversion). Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0°C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région à température constante est appelée stratopause et constitue la frontière entre la stratosphère et mésosphère.

Stratopause

Couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. Dans la répartition verticale de la température, il existe un maximum (environ 0 °C).

Mésosphère

l'atmosphère terrestre

Mésosphère commence à une altitude de 50 km et s'étend jusqu'à 80-90 km. La température diminue avec l'altitude avec un gradient vertical moyen de (0,25-0,3)°/100 m. Le principal processus énergétique est le transfert de chaleur radiante. Processus photochimiques complexes impliquant radicaux libres, les molécules excitées par les vibrations, etc., provoquent la lueur de l'atmosphère.

Mésopause

Couche de transition entre la mésosphère et la thermosphère. Il existe un minimum dans la répartition verticale de la température (environ -90 °C).

Ligne Karman

Hauteur au-dessus du niveau de la mer, qui est conventionnellement acceptée comme limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace.

Thermosphère

Article principal: Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte jusqu'à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1 500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'aux hautes altitudes. Sous l’influence du rayonnement solaire ultraviolet et des rayons X et du rayonnement cosmique, l’ionisation de l’air se produit (« aurores") - zones principales ionosphère se trouvent à l’intérieur de la thermosphère. Aux altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine.

Couches atmosphériques jusqu'à 120 km d'altitude

Exosphère (sphère de diffusion)

Exosphère- zone de dispersion, partie externe de la thermosphère, située au-dessus de 700 km. Le gaz dans l'exosphère est très raréfié et de là ses particules s'échappent dans l'espace interplanétaire ( dissipation).

Jusqu’à 100 km d’altitude, l’atmosphère est un mélange de gaz homogène et bien mélangé. Dans les couches supérieures, la répartition des gaz en hauteur dépend de leurs poids moléculaires ; la concentration des gaz plus lourds diminue plus rapidement avec la distance à la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité du gaz, la température passe de 0 °C dans la stratosphère à −110 °C dans la mésosphère. Cependant, l’énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200 à 250 km correspond à une température d’environ 1 500 °C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de température et de densité de gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2 000 à 3 000 km, l'exosphère se transforme progressivement en ce qu'on appelle vide proche de l'espace, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz ne représente qu’une partie de la matière interplanétaire. L’autre partie est constituée de particules de poussières d’origine cométaire et météorique. Outre les particules de poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80 % de la masse de l'atmosphère, la stratosphère - environ 20 % ; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3 %, la thermosphère représente moins de 0,05 % de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l’atmosphère, on distingue la neutronosphère et l’ionosphère. On pense actuellement que l’atmosphère s’étend jusqu’à une altitude de 2 000 à 3 000 km.

Selon la composition du gaz présent dans l'atmosphère, ils émettent homosphère Et hétérosphère. Hétérosphère - C'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, puisque leur mélange à une telle altitude est négligeable. Cela implique une composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie homogène et bien mélangée de l'atmosphère, appelée homosphère. La frontière entre ces couches est appelée pause turbo, il se trouve à une altitude d'environ 120 km.

Propriétés physiques

L'épaisseur de l'atmosphère se situe à environ 2 000 à 3 000 km de la surface de la Terre. Masse totale air- (5,1-5,3)×10 18 kg. Masse molaire l'air propre et sec est de 28,966. Pressionà 0 °C au niveau de la mer 101,325 kPa; température critique?140,7 °C ; pression critique 3,7 MPa ; C p 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (à 0 °C), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (à 0 °C). La solubilité de l'air dans l'eau à 0 °C est de 0,036 %, à 25 °C de 0,22 %.

Propriétés physiologiques et autres de l'atmosphère

Déjà à une altitude de 5 km au dessus du niveau de la mer, une personne non formée développe manque d'oxygène et sans adaptation, les performances d’une personne sont considérablement réduites. La zone physiologique de l'atmosphère se termine ici. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 15 km, même si jusqu'à environ 115 km l'atmosphère contient de l'oxygène.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène nécessaire à la respiration. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l’atmosphère, à mesure que l’on monte en altitude, la pression partielle de l’oxygène diminue en conséquence.

Les poumons humains contiennent en permanence environ 3 litres d'air alvéolaire. Pression partielle l'oxygène dans l'air alvéolaire à pression atmosphérique normale est de 110 mm Hg. Art., pression de dioxyde de carbone - 40 mm Hg. Art., et vapeur d'eau - 47 mm Hg. Art. Avec l'augmentation de l'altitude, la pression de l'oxygène diminue et la pression totale de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone dans les poumons reste presque constante - environ 87 mm Hg. Art. L’apport d’oxygène aux poumons s’arrêtera complètement lorsque la pression de l’air ambiant deviendra égale à cette valeur.

À une altitude d'environ 19-20 km, la pression atmosphérique chute à 47 mm Hg. Art. Par conséquent, à cette altitude, l’eau et le liquide interstitiel commencent à bouillir dans le corps humain. En dehors de la cabine pressurisée, à ces altitudes, la mort survient presque instantanément. Ainsi, du point de vue de la physiologie humaine, « l'espace » commence déjà à une altitude de 15 à 19 km.

Des couches d'air denses - la troposphère et la stratosphère - nous protègent des effets néfastes des rayonnements. Avec une raréfaction de l'air suffisante, à plus de 36 km d'altitude, les agents ionisants ont un effet intense sur l'organisme. radiation- les rayons cosmiques primaires ; À des altitudes supérieures à 40 km, la partie ultraviolette du spectre solaire est dangereuse pour l'homme.

À mesure que nous nous élevons de plus en plus au-dessus de la surface de la Terre, des phénomènes aussi familiers observés dans les couches inférieures de l'atmosphère que la propagation du son, l'émergence de phénomènes aérodynamiques ascenseur et résistance, transfert de chaleur convection et etc.

Dans les couches d'air raréfiées, la distribution son s'avère impossible. Jusqu'à des altitudes de 60 à 90 km, il est encore possible d'utiliser la résistance de l'air et la portance pour un vol aérodynamique contrôlé. Mais à partir d'altitudes de 100-130 km, des concepts familiers à tout pilote chiffres M Et mur du son perdent leur sens, il y a un conditionnel Ligne Karman au-delà de quoi commence la sphère du vol purement balistique, qui ne peut être contrôlée que par des forces réactives.

À des altitudes supérieures à 100 km, l'atmosphère est privée d'une autre propriété remarquable : la capacité d'absorber, de conduire et de transmettre l'énergie thermique par convection (c'est-à-dire en mélangeant l'air). Cela signifie que divers éléments d'équipement de la station spatiale orbitale ne pourront pas être refroidis de l'extérieur de la même manière que cela se fait habituellement dans un avion - à l'aide de jets d'air et de radiateurs à air. À une telle hauteur, comme dans l'espace en général, la seule façon de transférer la chaleur est Radiation thermique.

Composition atmosphérique

Composition de l'air sec

L'atmosphère terrestre est principalement constituée de gaz et d'impuretés diverses (poussières, gouttelettes d'eau, cristaux de glace, sels marins, produits de combustion).

La concentration des gaz qui composent l'atmosphère est quasi constante, à l'exception de l'eau (H 2 O) et du dioxyde de carbone (CO 2).

Composition de l'air sec
Azote
Oxygène
Argon
Eau
Gaz carbonique
Néon
Hélium
Méthane
Krypton
Hydrogène
Xénon
Protoxyde d'azote

En plus des gaz indiqués dans le tableau, l'atmosphère contient du SO 2, NH 3, CO, ozone, hydrocarbures, HCl, HF, des couples Hg, je 2 , et aussi NON et de nombreux autres gaz en petites quantités. La troposphère contient en permanence un grand nombre de particules solides et liquides en suspension ( aérosol).

Histoire de la formation atmosphérique

Selon la théorie la plus courante, l’atmosphère terrestre a eu quatre compositions différentes au fil du temps. Initialement, il s'agissait de gaz légers ( hydrogène Et hélium), capturé depuis l'espace interplanétaire. C'est ce qu'on appelle atmosphère primaire(il y a environ quatre milliards d'années). A l'étape suivante, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec des gaz autres que l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). C'est ainsi qu'il a été formé atmosphère secondaire(environ trois milliards d'années avant nos jours). Cette atmosphère était réparatrice. De plus, le processus de formation de l’atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants :

fuite de gaz légers (hydrogène et hélium) dans espace interplanétaire;

réactions chimiques se produisant dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des éclairs et de certains autres facteurs.

Peu à peu, ces facteurs ont conduit à la formation ambiance tertiaire, caractérisé par une teneur beaucoup plus faible en hydrogène et une teneur beaucoup plus élevée en azote et en dioxyde de carbone (formés à la suite de réactions chimiques à partir de l'ammoniac et des hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité de N 2 est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène par l'O 2 moléculaire, qui a commencé à provenir de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, il y a 3 milliards d'années. Le N2 est également rejeté dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et d'autres composés contenant de l'azote. L'azote est oxydé par l'ozone en NO dans la haute atmosphère.

L'azote N 2 ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'une décharge de foudre). L'oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone lors de décharges électriques est utilisée dans la production industrielle d'engrais azotés. Ils peuvent l'oxyder avec une faible consommation d'énergie et le convertir en une forme biologiquement active. cyanobactéries (algues bleu-vert) et des bactéries nodulaires qui forment des rhizobies symbiose Avec les légumineuses plantes, appelées engrais vert.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition sur Terre les organismes vivants, par conséquent photosynthèse accompagné de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone. Initialement, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - ammoniac, hydrocarbures, forme nitreuse glande contenu dans les océans, etc. A la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Peu à peu, une atmosphère moderne aux propriétés oxydantes se forme. Puisque cela a provoqué des changements sérieux et brusques dans de nombreux processus se produisant dans atmosphère, lithosphère Et biosphère, cet événement s'appelait Catastrophe de l'oxygène.

Pendant Phanérozoïque la composition de l'atmosphère et la teneur en oxygène ont subi des changements. Ils étaient principalement corrélés à la vitesse de dépôt des sédiments organiques. Ainsi, pendant les périodes d'accumulation de charbon, la teneur en oxygène de l'atmosphère dépassait apparemment largement le niveau moderne.

Gaz carbonique

La teneur en CO 2 dans l'atmosphère dépend de l'activité volcanique et des processus chimiques dans les coquilles terrestres, mais surtout de l'intensité de la biosynthèse et de la décomposition de la matière organique dans biosphère Terre. La quasi-totalité de la biomasse actuelle de la planète (environ 2,4 × 10 12 tonnes ) se forme à cause du dioxyde de carbone, de l'azote et de la vapeur d'eau contenus dans l'air atmosphérique. Enterré dans océan, V les marais et en les forêts la matière organique se transforme en charbon, huile Et gaz naturel. (cm. Cycle géochimique du carbone)

gaz nobles

Source de gaz inertes - argon, hélium Et krypton- les éruptions volcaniques et la désintégration des éléments radioactifs. La Terre en général et l’atmosphère en particulier sont dépourvues de gaz inertes par rapport à l’espace. On pense que la raison en est la fuite continue de gaz dans l'espace interplanétaire.

La pollution de l'air

Récemment, l'évolution de l'atmosphère a commencé à être influencée par Humain. Le résultat de ses activités a été une augmentation constante et significative de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion d'hydrocarbures accumulés au cours des ères géologiques précédentes. D'énormes quantités de CO 2 sont consommées lors de la photosynthèse et absorbées par les océans de la planète. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition des roches carbonatées et des substances organiques d'origine végétale et animale, ainsi qu'en raison du volcanisme et de l'activité industrielle humaine. Au cours des 100 dernières années, la teneur en CO 2 de l'atmosphère a augmenté de 10 %, la majeure partie (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de carburants. Si le taux de croissance de la combustion des carburants se poursuit, au cours des 50 à 60 prochaines années, la quantité de CO 2 dans l'atmosphère doublera et pourrait conduire à changement climatique mondial.

La combustion des carburants est la principale source de gaz polluants ( CO, NON, DONC 2 ). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'oxygène atmosphérique pour former DONC 3 dans les couches supérieures de l'atmosphère, qui à son tour interagit avec la vapeur d'eau et d'ammoniac, et le résultat acide sulfurique (H 2 DONC 4 ) Et sulfate d'ammonium ((NH 4 ) 2 DONC 4 ) revenir à la surface de la Terre sous la forme de ce qu'on appelle. pluie acide. Usage moteurs à combustion interne entraîne une pollution atmosphérique importante par des oxydes d'azote, des hydrocarbures et des composés de plomb ( plomb tétraéthyle Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

La pollution de l'atmosphère par les aérosols est causée à la fois par des causes naturelles (éruptions volcaniques, tempêtes de poussière, entraînement de gouttes d'eau de mer et de pollen végétal, etc.) et par des activités économiques humaines (extraction de minerais et de matériaux de construction, combustion de carburant, fabrication de ciment, etc. ). Le rejet intense et à grande échelle de particules dans l’atmosphère est l’une des causes possibles du changement climatique sur la planète.

Composition gazeuse de l'air atmosphérique

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

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

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

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

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

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

Par exemple : l'oxygène sous une pression supérieure à 2 atmosphères a un effet toxique sur l'organisme.

L'azote sous pression supérieure à 5 atmosphères a un effet narcotique (intoxication à l'azote). Une montée rapide des profondeurs provoque un accident de décompression dû à la libération rapide de bulles d'azote du sang, comme si elles le faisaient mousser.

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

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

Etudes de la composition gazeuse de l'atmosphère. Chimie atmosphérique

Pour l'histoire du développement rapide d'une branche relativement jeune de la science appelée chimie atmosphérique, le terme « poussée » (lancer), utilisé dans les sports de vitesse, est le plus approprié. Le coup d’envoi a probablement été tiré par deux articles publiés au début des années 1970. Ils ont parlé de la possible destruction de l'ozone stratosphérique par les oxydes d'azote - NO et NO 2. Le premier appartenait au futur lauréat du prix Nobel, puis employé de l'Université de Stockholm, P. Crutzen, qui considérait que la source probable d'oxydes d'azote dans la stratosphère était le protoxyde d'azote naturel N 2 O, qui se désintègre sous l'influence de la lumière du soleil. L'auteur du deuxième article, un chimiste de l'Université de Californie à Berkeley G. Johnston, a suggéré que les oxydes d'azote apparaissent dans la stratosphère à la suite de l'activité humaine, notamment lors des émissions de produits de combustion des moteurs à réaction des avions à haute altitude.

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

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

Il convient de mentionner qu'au début des années 70, les connaissances dans le domaine de la chimie atmosphérique étaient principalement obtenues grâce aux efforts de scientifiques individuels, dont les recherches n'étaient unies par aucun concept socialement significatif et étaient le plus souvent de nature purement académique. Le travail de Johnston est une autre affaire : selon ses calculs, 500 avions volant 7 heures par jour pourraient réduire la quantité d’ozone stratosphérique de pas moins de 10 % ! Et si ces évaluations étaient justes, alors le problème deviendrait immédiatement socio-économique, puisque dans ce cas, tous les programmes de développement de l'aviation de transport supersonique et des infrastructures associées devraient subir des ajustements importants, voire même être fermés. En outre, pour la première fois, la question s'est réellement posée de savoir si l'activité anthropique pourrait provoquer non pas un cataclysme local, mais mondial. Naturellement, dans la situation actuelle, la théorie nécessitait une vérification à la fois très rigoureuse et opérationnelle.

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

Mais comme vous le savez, les problèmes ne surviennent pas seuls. Bientôt, des experts des universités américaines - du Michigan (R. Stolarski et R. Cicerone) et de Harvard (S. Wofsey et M. McElroy) - ont découvert que l'ozone pourrait avoir un ennemi encore plus impitoyable : les composés chlorés. Le cycle catalytique du chlore de destruction de l'ozone (réactions Cl + O 3 ® ClO + O 2 et ClO + O ® Cl + O 2), selon leurs estimations, était plusieurs fois plus efficace que celui de l'azote. La seule raison d'être optimiste est que la quantité de chlore naturellement présente dans l'atmosphère est relativement faible, ce qui signifie que l'effet global de son impact sur l'ozone n'est peut-être pas trop fort. Cependant, la situation a radicalement changé lorsqu'en 1974, des employés de l'Université de Californie à Irvine, S. Rowland et M. Molina, ont établi que la source de chlore dans la stratosphère était constituée de composés chlorofluorocarbonés (CFC), largement utilisés dans les unités de réfrigération, les emballages aérosols, etc. Ininflammables, non toxiques et chimiquement passives, ces substances sont lentement transportées par les courants d'air ascendants de la surface terrestre vers la stratosphère, où leurs molécules sont détruites par la lumière du soleil, entraînant la libération d'atomes de chlore libres. La production industrielle de CFC, qui a débuté dans les années 30, et leurs émissions dans l'atmosphère n'ont cessé d'augmenter au cours des années suivantes, notamment dans les années 70 et 80. Ainsi, en très peu de temps, les théoriciens ont identifié deux problèmes de chimie atmosphérique causés par une intense pollution anthropique.

Cependant, afin de tester la validité des hypothèses avancées, de nombreuses tâches ont été nécessaires.

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

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

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

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

La pression atmosphérique normale est considérée comme étant au niveau de la mer à une latitude de 45° et une température de l'air de 0°C. Elle est égale à 760 mmHg. (L'air d'une pièce est considéré comme de mauvaise qualité s'il contient 1 % de dioxyde de carbone. Cette valeur est acceptée comme valeur calculée lors de la conception et de l'installation de la ventilation des pièces.

La pollution de l'air. Le monoxyde de carbone est un gaz incolore et inodore qui se forme lors d'une combustion incomplète du carburant et pénètre dans l'atmosphère avec les émissions industrielles et les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. Dans les mégapoles, sa concentration peut atteindre 50 à 200 mg/m3. En fumant du tabac, le monoxyde de carbone pénètre dans le corps. Le monoxyde de carbone est un poison toxique pour le sang et en général. Il bloque l'hémoglobine et perd sa capacité à transporter l'oxygène vers les tissus. Une intoxication aiguë se produit lorsque la concentration de monoxyde de carbone dans l'air est comprise entre 200 et 500 mg/m3. Dans ce cas, on observe des maux de tête, une faiblesse générale, des nausées et des vomissements. La concentration quotidienne moyenne maximale admissible est de 0,1 mg/m3, une fois – 6 mg/m3. L'air peut être pollué par le dioxyde de soufre, la suie, les substances goudronneuses, les oxydes d'azote et le sulfure de carbone.

Microorganismes. On les trouve toujours en petites quantités dans l'air, où elles sont transportées par la poussière du sol. Les microbes des maladies infectieuses qui pénètrent dans l'atmosphère meurent rapidement. L’air des locaux d’habitation et des installations sportives présente un danger particulier du point de vue épidémiologique. Par exemple, dans les salles de lutte, la teneur en microbes peut atteindre 26 000 par m3 d'air. Les infections aérogènes se propagent très rapidement dans un tel air.

Poussière Il s'agit de particules légères et denses d'origine minérale ou organique ; lorsque la poussière pénètre dans les poumons, elle s'y attarde et provoque diverses maladies. Les poussières industrielles (plomb, chrome) peuvent provoquer des intoxications. En ville, la poussière ne doit pas dépasser 0,15 mg/m3. Les terrains de sport doivent être régulièrement arrosés, disposer d'un espace vert et être nettoyés à l'eau. Des zones de protection sanitaire ont été établies pour toutes les entreprises qui polluent l'atmosphère. Conformément à la classe de danger, ils ont des tailles différentes : pour les entreprises de classe 1 - 1 000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 - 100 m, 5 - 50 m. Lors de l'installation d'installations sportives à proximité d'entreprises, il est nécessaire de les utiliser. il faut tenir compte de la rose des vents, des zones de protection sanitaire, du degré de pollution de l'air, etc.

L'une des mesures importantes pour protéger l'environnement aérien est la surveillance sanitaire préventive et continue et la surveillance systématique de l'état de l'air atmosphérique. Elle est réalisée à l'aide d'un système de surveillance automatisé.

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

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

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

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

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

Monoxyde de carbone. Formé lors d'une combustion incomplète de substances organiques. Il n'a ni couleur ni odeur. La concentration dans l'atmosphère dépend de l'intensité du trafic automobile. En pénétrant dans le sang par les alvéoles pulmonaires, il forme de la carboxyhémoglobine, ce qui fait que l'hémoglobine perd sa capacité à transporter l'oxygène. La concentration quotidienne moyenne maximale autorisée de monoxyde de carbone est de 1 mg/m3.

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

Le dioxyde de soufre. Il pénètre dans l’atmosphère suite à la combustion d’un combustible riche en soufre (charbon). Il se forme lors de la torréfaction et de la fusion des minerais de soufre et lors de la teinture des tissus. Il irrite les muqueuses des yeux et des voies respiratoires supérieures. Le seuil de sensation est de 0,002 à 0,003 mg/l. Le gaz a un effet nocif sur la végétation, notamment sur les conifères.
Impuretés mécaniques de l'air se présentent sous forme de fumée, de suie, de suie, de particules de sol broyées et d'autres solides. La teneur en poussières de l'air dépend de la nature du sol (sable, argile, asphalte), de son état sanitaire (arrosage, nettoyage), de la pollution de l'air due aux émissions industrielles et de l'état sanitaire des locaux.

La poussière irrite mécaniquement les muqueuses des voies respiratoires supérieures et des yeux. L'inhalation systématique de poussières provoque des maladies respiratoires. Lors de la respiration par le nez, jusqu'à 40 à 50 % de la poussière est retenue. Les poussières microscopiques qui restent longtemps en suspension sont les plus défavorables d'un point de vue hygiénique. La charge électrique de la poussière améliore sa capacité à pénétrer et à s’attarder dans les poumons. Poussière. contenant du plomb, de l'arsenic, du chrome et d'autres substances toxiques, provoque des phénomènes d'empoisonnement typiques et, lorsqu'il est pénétré non seulement par inhalation, mais également par la peau et le tractus gastro-intestinal. Dans l'air poussiéreux, l'intensité du rayonnement solaire et l'ionisation de l'air sont considérablement réduites. Pour éviter les effets néfastes de la poussière sur le corps, les bâtiments résidentiels sont situés du côté au vent des polluants atmosphériques. Des zones de protection sanitaire d'une largeur de 50 à 1 000 m ou plus sont disposées entre elles. Dans les locaux d'habitation, nettoyage humide systématique, aération des pièces, changement de chaussures et de vêtements d'extérieur, dans les espaces ouverts utilisation de sols sans poussière et arrosage.

Microorganismes aériens. La pollution bactérienne de l'air, ainsi que d'autres objets environnementaux (eau, sol), présente un danger épidémiologique. Il existe divers micro-organismes dans l’air : bactéries, virus, moisissures, cellules de levure. La transmission aérienne des infections est la plus courante : un grand nombre de microbes pénètrent dans l'air et pénètrent dans les voies respiratoires des personnes en bonne santé lorsqu'elles respirent. Par exemple, lors d'une conversation bruyante, et encore plus lors d'une toux et d'un éternuement, de minuscules gouttelettes sont pulvérisées sur une distance de 1 à 1,5 m et se propagent dans l'air sur 8 à 9 m. Ces gouttelettes peuvent être suspendues pendant 4 à 5 heures. mais dans la plupart des cas, le problème se règle en 40 à 60 minutes. Dans la poussière, le virus de la grippe et les bacilles diphtériques restent viables pendant 120 à 150 jours. Il existe une relation bien connue : plus il y a de poussière dans l'air intérieur, plus la microflore y est abondante.

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

Composition de l'air

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

Cette composition peut varier considérablement selon le lieu, par exemple, elle diffère en ville et en forêt, en bord de mer et en montagne.

La vapeur d'eau, l'ozone et le dioxyde de carbone jouent un rôle essentiel en empêchant les rayons du soleil de chauffer fortement et en détruisant les organismes vivants qui vivent à la surface de la planète.

Séparément, il faut dire du dioxyde de carbone : il est exhalé par tous les êtres vivants de la planète, il est émis par les plantes et les organismes en décomposition et il est contenu dans la fumée d'un incendie. Seules les plantes sont capables « d’inspirer » du dioxyde de carbone et « d’expirer » de l’oxygène. Les humains et les animaux, au contraire, inspirent de l’oxygène et expirent du dioxyde de carbone.

Composition de l'air

Propriétés de l'air

L'air peut être comprimé et il deviendra élastique. Les gens ont appris à utiliser la puissance de l'air comprimé, grâce à laquelle de nombreux mécanismes fonctionnent. Il s'agit par exemple d'un compresseur pour aquarium, d'une pompe pour gonfler les pneus de vélo et de voiture.

L'air retient bien la chaleur. Cette propriété aide les personnes, les animaux et même les plantes. Une personne insère des cadres doubles, entre les portes desquels il y a de l'air, et isole ainsi sa maison. Les oiseaux et les mammifères conservent leur chaleur corporelle grâce à l'air emprisonné entre leurs plumes ou leur fourrure. Par temps froid, les plantes sont réchauffées sous la neige par l'air qui se trouve entre les flocons de neige. C'est pourquoi les plantes ont besoin d'une couverture de neige en hiver.

Couche d'ozone

L'odeur de fraîcheur après un orage est l'odeur ozone. Lorsqu’il est exposé aux rayons ultraviolets du soleil, l’oxygène se transforme en ozone. Cette couverture gazeuse recouvre la Terre à une altitude de 18 à 25 km. C'est ce qui bloque les rayons du soleil, qui sont destructeurs pour tous les êtres vivants. De plus, l'ozone se forme à cause de décharges électriques, par exemple lors d'un orage et lors de l'oxydation des algues ou de la résine des conifères.

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

Aujourd'hui, les scientifiques ont établi que l'épaisseur de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique a considérablement diminué. De ce fait, un grand nombre de rayons ultraviolets atteignent la surface de la Terre.

Interférence atmosphérique

L'homme pollue l'atmosphère en y émettant des gaz nocifs, qui portent différents noms : méthane, monoxyde de carbone, dioxyde de soufre. Gaz nocifs sont obtenus à partir de la combustion de diverses substances : l'essence avec laquelle fonctionnent les voitures, le charbon qui est utilisé pour chauffer le poêle, des matériaux créés artificiellement et des produits chimiques qui sont brûlés par diverses entreprises. Cela conduit au fait que la teneur en oxygène de l'air que nous respirons diminue considérablement et que la teneur en dioxyde de carbone augmente.

Particulièrement dangereux pour toute matière vivante, appelée aérosols. Si vous inhalez de telles substances, vous pourriez tomber gravement malade. Dans les grandes villes, la quantité d’aérosols est très élevée. Il est donc souvent difficile de respirer en ville.

Composition et structure de l'atmosphère.

L'atmosphère est la coquille gazeuse de la Terre. L'étendue verticale de l'atmosphère est supérieure à trois rayons terrestres (le rayon moyen est de 6 371 km) et sa masse est de 5,157 x 10 15 tonnes, soit environ un millionième de la masse terrestre.

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

- composition de l'air atmosphérique,

— les processus physiques et chimiques ;

— répartition de la température sur la hauteur ;

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

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

L'azote, l'oxygène et les autres composants de l'air atmosphérique sont toujours à l'état gazeux dans l'atmosphère, car les températures critiques, c'est-à-dire les températures auxquelles ils peuvent être à l'état liquide, sont bien inférieures aux températures observées à la surface de La terre. L'exception est le dioxyde de carbone. Cependant, pour passer à l’état liquide, outre la température, il est également nécessaire d’atteindre un état de saturation. Il y a peu de dioxyde de carbone dans l'atmosphère (0,03 %) et on le trouve sous forme de molécules individuelles, uniformément réparties parmi les molécules des autres gaz atmosphériques. Au cours des 60 à 70 dernières années, sa teneur a augmenté de 10 à 12 %, sous l'influence de l'activité humaine.

Le plus susceptible de changer est la teneur en vapeur d'eau, dont la concentration à la surface de la Terre à haute température peut atteindre 4 %. Avec l'augmentation de l'altitude et la diminution de la température, la teneur en vapeur d'eau diminue fortement (à une altitude de 1,5 à 2,0 km - de moitié et 10 à 15 fois de l'équateur au pôle).

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

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

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

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

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

Contrairement à tous les autres gaz de l’atmosphère, qui sont insipides et inodores, l’ozone a une odeur caractéristique. Traduit du grec, le mot « ozone » signifie « odeur âcre ». Après un orage, cette odeur est agréable ; elle est perçue comme une odeur de fraîcheur. En grande quantité, l'ozone est une substance toxique. Dans les villes où se trouvent un grand nombre de voitures et donc d'importantes émissions de gaz d'échappement, l'ozone se forme sous l'influence de la lumière du soleil par temps clair ou partiellement nuageux. La ville est enveloppée d'un nuage jaune-bleu, la visibilité se détériore. C'est du smog photochimique.

L'AZOTE (N2) est un gaz neutre ; il ne réagit pas avec les autres gaz atmosphériques et ne participe pas à l'absorption de l'énergie radiante.

Jusqu’à 500 km d’altitude, l’atmosphère est principalement constituée d’oxygène et d’azote. De plus, si l'azote prédomine dans les couches inférieures de l'atmosphère, alors à haute altitude, il y a plus d'oxygène que d'azote.

L'ARGON (Ar) est un gaz neutre, ne réagit pas et ne participe pas à l'absorption ou à l'émission d'énergie radiante. De même - le xénon, le krypton et de nombreux autres gaz. L'argon est une substance lourde ; on en trouve très peu dans les hautes couches de l'atmosphère.

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

La quantité réelle dans l’air peut varier légèrement. Dans les zones industrielles, son montant peut atteindre 0,05 %. Dans les zones rurales, au-dessus des forêts et des champs, il y en a moins. Au-dessus de l'Antarctique, il y a environ 0,02 % de dioxyde de carbone, soit presque Ouz inférieure à la quantité moyenne présente dans l'atmosphère. La même quantité et encore moins au-dessus de la mer - 0,01 à 0,02 %, puisque le dioxyde de carbone est intensément absorbé par l'eau.

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

Il y en a davantage la nuit et moins le jour. Cela s'explique par le fait que pendant la journée, le dioxyde de carbone est absorbé par les plantes, mais pas la nuit. Les plantes de la planète absorbent environ 550 milliards de tonnes d’oxygène de l’atmosphère tout au long de l’année et y restituent environ 400 milliards de tonnes d’oxygène.

Le dioxyde de carbone est totalement transparent aux rayons du soleil à ondes courtes, mais absorbe intensément le rayonnement infrarouge thermique de la Terre. A cela s'ajoute le problème de l'effet de serre, sur lequel des discussions éclatent périodiquement dans les pages de la presse scientifique, et principalement dans les médias.

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

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

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

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

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

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

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

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

Cycle géochimique de l'azote (

Oxygène(21 %) est utilisé par les organismes vivants pour la respiration et fait partie de la matière organique (protéines, graisses, glucides). Ozone O3. retarde le rayonnement ultraviolet destructeur pour la vie du Soleil.

L'oxygène est le deuxième gaz le plus répandu dans l'atmosphère et joue un rôle extrêmement important dans de nombreux processus de la biosphère. La forme dominante de son existence est O 2. Dans les couches supérieures de l'atmosphère, sous l'influence du rayonnement ultraviolet, une dissociation des molécules d'oxygène se produit, et à une altitude d'environ 200 km, le rapport oxygène atomique/moléculaire (O : O 2) devient égal à 10. Lorsque ces les formes d'oxygène interagissent dans l'atmosphère (à une altitude de 20-30 km), une ceinture d'ozone (écran d'ozone). L'ozone (O 3) est nécessaire aux organismes vivants, bloquant la majeure partie du rayonnement ultraviolet du Soleil, qui leur est nocif.

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

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

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

Gaz carbonique, entre dans la formation de matière vivante et, avec la vapeur d’eau, crée ce que l’on appelle « l’effet de serre ».

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

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

La première méthode s'exprime par l'absorption du CO 2 lors de la photosynthèse avec formation de substances organiques et enfouissement ultérieur dans des conditions réductrices favorables dans la lithosphère sous forme de tourbe, de charbon, de pétrole et de schiste bitumineux. Selon la deuxième méthode, la migration du carbone conduit à la création d'un système carbonaté dans l'hydrosphère, où le CO 2 se transforme en H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Ensuite, avec la participation du calcium (moins souvent du magnésium et du fer), les carbonates se déposent via des voies biogéniques et abiogéniques. D'épaisses couches de calcaire et de dolomite apparaissent. Selon A.B. Ronov, le rapport entre le carbone organique (Corg) et le carbone carboné (Ccarb) dans l'histoire de la biosphère était de 1:4.

Parallèlement au cycle mondial du carbone, il existe également un certain nombre de petits cycles du carbone. Ainsi, sur terre, les plantes vertes absorbent le CO 2 pour le processus de photosynthèse pendant la journée et la nuit, elles le rejettent dans l'atmosphère. Avec la mort des organismes vivants à la surface de la Terre, une oxydation des substances organiques se produit (avec la participation de micro-organismes) avec libération de CO 2 dans l'atmosphère. Au cours des dernières décennies, une place particulière dans le cycle du carbone a été occupée par la combustion massive de combustibles fossiles et l'augmentation de leur teneur dans l'atmosphère moderne.

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

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

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

Les gaz inertes se situent en dehors du cycle de la plupart des éléments cycliques de la biosphère terrestre.

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

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

Ainsi, au cours des temps géologiques, l’hélium et l’argon ont connu des processus de migration différents. Il y a très peu d'hélium dans l'atmosphère (environ 5 * 10 -4 %), et la « respiration d'hélium » de la Terre était plus légère, car elle, en tant que gaz le plus léger, s'est évaporée dans l'espace. Et la « respiration de l’argon » était lourde et l’argon restait dans les limites de notre planète. La plupart des gaz rares primordiaux, tels que le néon et le xénon, étaient associés au néon primordial capturé par la Terre lors de sa formation, ainsi qu'à la libération lors du dégazage du manteau dans l'atmosphère. L’ensemble des données sur la géochimie des gaz rares indique que l’atmosphère primaire de la Terre est apparue dès les premiers stades de son développement.

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

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

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

	oxygène
	gaz carbonique

Dans les hautes couches de l'atmosphère, la composition de l'air change sous l'influence du rayonnement dur du Soleil, ce qui conduit à la désintégration (dissociation) des molécules d'oxygène en atomes. L'oxygène atomique est le principal composant des hautes couches de l'atmosphère. Enfin, dans les couches de l'atmosphère les plus éloignées de la surface de la Terre, les principaux composants sont les gaz les plus légers : l'hydrogène et l'hélium. Un nouveau composé, l’hydroxyle (OH), a été découvert dans la haute atmosphère. La présence de ce composé explique la formation de vapeur d'eau à haute altitude dans l'atmosphère. Étant donné que la majeure partie de la substance est concentrée à une distance de 20 km de la surface de la Terre, les changements dans la composition de l’air avec l’altitude n’ont pas d’effet notable sur la composition globale de l’atmosphère.

Les composants les plus importants de l'atmosphère sont l'ozone et le dioxyde de carbone. L'ozone est de l'oxygène triatomique ( À PROPOS 3 ), présent dans l'atmosphère depuis la surface de la Terre jusqu'à 70 km d'altitude. Dans les couches souterraines de l'air, il se forme principalement sous l'influence de l'électricité atmosphérique et lors du processus d'oxydation de substances organiques, et dans les couches supérieures de l'atmosphère (stratosphère) - sous l'influence du rayonnement ultraviolet du Soleil. sur la molécule d'oxygène. La majeure partie de l’ozone se trouve dans la stratosphère (c’est pour cette raison que la stratosphère est souvent appelée ozonosphère). La couche de concentration maximale d'ozone à une altitude de 20 à 25 km est appelée écran d'ozone. Au total, la couche d'ozone absorbe environ 13 % de l'énergie solaire. La diminution de la concentration d’ozone dans certaines zones est appelée « trous d’ozone ».

Le dioxyde de carbone, associé à la vapeur d'eau, provoque l'effet de serre de l'atmosphère. L'effet de serre est le réchauffement des couches internes de l'atmosphère, expliqué par la capacité de l'atmosphère à transmettre le rayonnement à ondes courtes du Soleil et à ne pas émettre de rayonnement à ondes longues en provenance de la Terre. S'il y avait deux fois plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, la température moyenne de la Terre atteindrait 18 0 C, elle est aujourd'hui de 14 à 15 0 C.

Le poids total des gaz atmosphériques est d'environ 4,5 10 15 tonnes. Ainsi, le « poids » de l'atmosphère par unité de surface, ou pression atmosphérique, est d'environ 10,3 tonnes/m 2 au niveau de la mer.

Il existe dans l’air de nombreuses particules dont le diamètre est d’une fraction de micron. Ce sont des noyaux de condensation. Sans eux, la formation de brouillards, de nuages ​​et de précipitations serait impossible. De nombreux phénomènes optiques et atmosphériques sont associés aux particules présentes dans l’atmosphère. Les voies par lesquelles ils pénètrent dans l'atmosphère sont différentes : cendres volcaniques, fumées issues de la combustion de carburants, pollen végétal, micro-organismes. Récemment, les émissions industrielles et les produits de désintégration radioactive ont servi de noyaux de condensation.

Un composant important de l'atmosphère est la vapeur d'eau, sa quantité dans les forêts équatoriales humides atteint 4 %, dans les régions polaires elle diminue à 0,2 %. La vapeur d'eau pénètre dans l'atmosphère en raison de l'évaporation de la surface du sol et des plans d'eau, ainsi que de la transpiration de l'humidité par les plantes. La vapeur d'eau est un gaz à effet de serre et, avec le dioxyde de carbone, elle piège la majeure partie du rayonnement terrestre à ondes longues, empêchant ainsi la planète de se refroidir.

L’atmosphère n’est pas un isolant parfait ; Il a la capacité de conduire l’électricité grâce à l’influence des ioniseurs – rayonnement ultraviolet du Soleil, rayons cosmiques et rayonnement de substances radioactives. La conductivité électrique maximale est observée à une altitude de 100-150 km. Grâce à l'action combinée des ions atmosphériques et de la charge de la surface terrestre, un champ électrique de l'atmosphère est créé. Par rapport à la surface terrestre, l’atmosphère est chargée positivement. Il existe une neutrosphère - une couche de composition neutre (jusqu'à 80 km) et une ionosphère – couche ionisée.

Il existe plusieurs couches principales de l'atmosphère. Celui du bas, adjacent à la surface de la terre, est appelé troposphère(hauteur 8-10 km aux pôles, 12 km sous les latitudes tempérées et 16-18 km au-dessus de l'équateur). La température de l'air diminue progressivement avec l'altitude - en moyenne de 0,6 °C tous les 100 m d'élévation, ce qui se manifeste sensiblement non seulement dans les régions montagneuses, mais également dans les altitudes de la Biélorussie.

La troposphère contient jusqu'à 80 % de la masse totale d'air, la majeure partie des impuretés atmosphériques et la quasi-totalité de la vapeur d'eau. C'est dans cette partie de l'atmosphère, à une altitude de 10 à 12 km, que se forment les nuages, que se produisent des orages, des pluies et d'autres processus physiques qui façonnent le temps et déterminent les conditions climatiques dans différentes régions de notre planète. La couche inférieure de la troposphère, adjacente directement à la surface terrestre, est appelée couche de sol.

L'influence de la surface terrestre s'étend jusqu'à environ 20 km d'altitude, puis l'air est chauffé directement par le Soleil. Ainsi, la limite du GO, qui se situe à une altitude de 20 à 25 km, est déterminée, entre autres, par l’effet thermique de la surface terrestre. À cette altitude, les différences latitudinales de température de l'air disparaissent et le zonage géographique est flou.

Plus ça commence haut stratosphère, qui s'étend jusqu'à une hauteur de 50 à 55 km de la surface de l'océan ou de la terre. Cette couche de l'atmosphère est considérablement raréfiée, la quantité d'oxygène et d'azote diminue et la quantité d'hydrogène, d'hélium et d'autres gaz légers augmente. La couche d'ozone formée ici absorbe le rayonnement ultraviolet et affecte grandement les conditions thermiques de la surface terrestre et les processus physiques dans la troposphère. Dans la partie inférieure de la stratosphère, la température de l'air est constante ; il y a ici une couche isotherme. A partir d'une altitude de 22 km, la température de l'air augmente, à la limite supérieure de la stratosphère elle atteint 0 0 C (l'augmentation de la température s'explique ici par la présence d'ozone, qui absorbe le rayonnement solaire). Des mouvements horizontaux intenses de l’air se produisent dans la stratosphère. La vitesse des flux d'air atteint 300-400 km/h. La stratosphère contient moins de 20 % de l'air de l'atmosphère.

A une altitude de 55-80 km il y a mésosphère(dans cette couche, la température de l'air diminue avec l'altitude et près de la limite supérieure descend à –80 0 C), entre 80 et 800 km il y a thermosphère, qui est dominé par l'hélium et l'hydrogène (la température de l'air augmente rapidement avec l'altitude et atteint 1000 0 C à 800 km d'altitude). La mésosphère et la thermosphère forment ensemble une couche épaisse appelée ionosphère(région des particules chargées - ions et électrons).

La partie la plus élevée et très raréfiée de l'atmosphère (de 800 à 1 200 km) est exosphère. Il est dominé par les gaz à l'état atomique, la température s'élève jusqu'à 2000º C.

Dans la vie de la société civile, l'ambiance est d'une grande importance. L'atmosphère a un effet bénéfique sur le climat de la Terre, en la protégeant du refroidissement et du réchauffement excessifs. Les fluctuations quotidiennes de température sur notre planète sans atmosphère atteindraient 200º C : le jour + 100º C et plus, la nuit - 100º C. Actuellement, la température moyenne de l'air à la surface de la Terre est de + 14º C. L'atmosphère n'autorise pas les météores et des radiations dures pour atteindre la Terre. Sans l’atmosphère, il n’y aurait ni son, ni aurore, ni nuage, ni précipitation.

L'atmosphère est une coquille de gaz entourant la Terre. L'atmosphère a une structure « à plusieurs étages » et est divisée en couches telles que la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère et l'exosphère. La composition du résidu sec de l'atmosphère sur toute son épaisseur est quasiment la même. Mais sa densité et sa température diffèrent, et dans la couche inférieure (troposphère), la teneur en eau, en particules solides et en dioxyde de carbone au-dessus du sol est augmentée. La troposphère représente environ 80 % de la masse totale de l'atmosphère.

Les principaux composants de l'atmosphère sont l'azote (plus de 78 %) et l'oxygène (plus de 20 %), ainsi qu'un certain nombre d'autres gaz (jusqu'à 1 %) - argon, néon, dioxyde de carbone, méthane, hélium, hydrogène. , krypton, xénon, oxyde nitrique, ozone, dioxyde de soufre. Certains gaz se trouvent dans l’air atmosphérique en quantités infimes.

Composition des gaz

L'azote dans l'atmosphère est contenu dans une concentration beaucoup plus élevée (78 %) que les autres gaz. Il y a environ trois millions d'années, en raison de l'apparition des plantes vertes et, par conséquent, de la photosynthèse, de grandes quantités d'oxygène ont commencé à être libérées dans l'atmosphère. Lorsque l'atmosphère ammoniac-hydrogène a été oxydée par l'oxygène moléculaire, une énorme quantité d'azote est apparue. Actuellement, ce gaz est rejeté dans l’atmosphère au cours de la vie des micro-organismes, puisque cet élément chimique fait partie intégrante des protéines d’origine végétale et animale. L'air atmosphérique s'enrichit en azote lors de la dénitrification des nitrates et de certains composés azotés. Dans les couches supérieures de l’atmosphère, l’azote subit une oxydation par l’ozone en oxyde nitrique. L'azote libre n'entre dans des réactions chimiques que dans des conditions particulières, par exemple lors d'une décharge de foudre. L'azote participe au cycle naturel des substances et à la régulation de la concentration d'oxygène moléculaire dans l'atmosphère, évitant ainsi son accumulation excessive.

L'oxygène, après l'azote, occupe la deuxième place en termes de pourcentage en termes de teneur en volume dans l'air atmosphérique (20,85 %). Des changements dramatiques dans la composition de l'atmosphère se sont produits après l'apparition d'organismes vivants sur Terre, en particulier des plantes qui, grâce à la photosynthèse, enrichissent l'air en oxygène et absorbent le dioxyde de carbone. Aux premiers stades du développement de l'atmosphère terrestre, l'oxygène libéré était consacré à l'oxydation de l'ammoniac, des hydrocarbures et du fer. À la fin de cette période, la teneur en oxygène de l’air a progressivement augmenté. L'atmosphère de l'ancienne planète a commencé à acquérir les traits caractéristiques d'une atmosphère moderne. L'acquisition de propriétés oxydantes par l'atmosphère a déterminé l'apparition de modifications dans la lithosphère et la biosphère. L'oxygène contenu dans l'atmosphère est nécessaire à l'apparition de processus aussi importants pour les organismes vivants que la respiration, la décomposition et la combustion. Ainsi, sans cet élément chimique, la vie est impossible. Actuellement, presque tout l’oxygène libre pénètre dans l’atmosphère grâce à la photosynthèse des cellules végétales.

Un composant important de l'air est le dioxyde de carbone, qui est contenu dans l'atmosphère en petites quantités (0,03 %). Sa concentration dépend de l'activité des volcans, des processus chimiques dans les coquilles terrestres (sources minérales, sols, produits de décomposition). En outre, de grandes quantités de dioxyde de carbone sont rejetées dans l’atmosphère par les entreprises industrielles. Mais la majeure partie de ce composé pénètre dans l'atmosphère à la suite de la biosynthèse et de la décomposition de la matière organique dans la biosphère de notre planète. Le dioxyde de carbone est considéré comme un élément chauffant de la Terre, car il transmet bien le rayonnement solaire à la surface de la planète et retient la chaleur qui en est émise.

La teneur en autres gaz de l'atmosphère est insignifiante. Les gaz rares, tels que le néon, l'argon, le xénon, pénètrent dans l'atmosphère à la suite d'éruptions volcaniques et de la désintégration de certains éléments radioactifs. Les scientifiques pensent que l'atmosphère terrestre contient une si petite quantité de gaz rares en raison de leur dispersion constante dans l'espace.

Vapeurs et particules

En plus des gaz, l'air atmosphérique contient de la vapeur d'eau et des particules solides sous forme d'aérosol. La concentration de vapeur d'eau dans l'air augmente en raison de l'évaporation de l'eau de la surface de la Terre. Son contenu diffère selon les domaines et peut également changer tout au long de l'année. Les précipitations et les nuages ​​se forment à partir de la vapeur d'eau. C'est grâce à la teneur en vapeur d'eau que l'atmosphère retient environ 60 % de la chaleur de la surface terrestre.

Les particules présentes dans l'air atmosphérique sont des poussières d'origine cosmique et volcanique, des cristaux de sel, de la fumée, des micro-organismes, du pollen d'organismes végétaux, etc. Les particules en suspension réduisent le rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre et accélèrent également la condensation de la vapeur d'eau et la formation de nuages.

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