Aké plyny zaberajú hlavné miesto v atmosfére? Zloženie plynu v atmosférickom vzduchu. Význam atmosféry pre človeka

Zemská atmosféra

Atmosféra(od. starogréckyἀτμός - para a σφαῖρα - guľa) - plynuškrupina ( geosféra), окружающая планету Zem. Внутренняя её поверхность покрывает hydrosféra a čiastočne štekať, vonkajší hraničí s blízkozemskou časťou kozmického priestoru.

Súbor odborov fyziky a chémie, ktoré študujú atmosféru, sa zvyčajne nazýva fyzika atmosféry. Atmosféra určuje počasie na povrchu Zeme pri štúdiu počasia meteorológia a dlhodobé variácie podnebie - klimatológie.

Štruktúra atmosféry

Štruktúra atmosféry

Troposféra

Её верхняя граница находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Obsahuje viac ako 80% celkovej hmotnosti atmosférického vzduchu a asi 90% všetkých vodných parov prítomných v atmosfére. V troposfére sú vysoko rozvinuté turbulencie A konvekcia, vznikajú mraky, sa rozvíjajú cyklóny A anticyklóny. Teplota klesá s rastúcou nadmorskou výškou s priemernou vertikálou gradient 0,65°/100 м

Na zemskom povrchu sa akceptujú nasledujúce ako „normálne podmienky“: hustota 1,2 kg/m3, barometrický tlak 101,35 kPa, teplota plus 20 ° C a relatívna vlhkosť 50%. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Stratosféra

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25-40 км от −56,5 до 0,8 ° S(horná vrstva stratosféry alebo oblasti inverzie). Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 ° C) v nadmorskej výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva стратопаузой a je hranicou medzi stratosférou a mezosféra.

Stratopauza

Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vo vertikálnom rozložení teploty je maximum (asi 0 °C).

mezosféra

Zemská atmosféra

mezosféra začína v nadmorskej výške 50 km a siaha do 80-90 km. Teplota klesá s výškou s priemerným vertikálnym sklonom (0,25-0,3)°/100 m Hlavným energetickým procesom je prenos tepla sálaním. Сложные фотохимические процессы с участием voľné radikály, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около -90 °C).

Línia Karman

Výška nad hladinou mora, ktorá sa bežne považuje za hranicu medzi zemskou atmosférou a vesmírom.

Termosféra

Hlavný článok: Termosféra

Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, potom zostáva do vysokých nadmorských výšok takmer konštantná. Pod vplyvom ultrafialového a röntgenového slnečného žiarenia a kozmického žiarenia dochádza k ionizácii vzduchu (“ polárne žiary") - hlavné oblasti ionosféra ležať vo vnútri termosféry. Vo výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík.

Атмосферные слои до высоты 120 км

Экзосфера (сфера рассеяния)

Exosféra- disperzná zóna, vonkajšia časť termosféry, nachádzajúca sa nad 700 km. Plyn v exosfére je veľmi riedky a odtiaľ jeho častice unikajú do medziplanetárneho priestoru ( rozptyl).

Do výšky 100 km je atmosféra homogénna, dobre premiešaná zmes plynov. Vo vyšších vrstvách závisí rozloženie plynov podľa výšky na ich molekulových hmotnostiach so vzdialenosťou od zemského povrchu rýchlejšie klesá koncentrácia ťažších plynov. V dôsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C v stratosfére na −110 °C v mezosfére. Kinetická energia jednotlivých častíc však vo výškach 200-250 km zodpovedá teplote ~1500 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000-3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Tento plyn však predstavuje len časť medziplanetárnej hmoty. Ďalšiu časť tvoria prachové častice kometárneho a meteorického pôvodu. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

Troposféra predstavuje asi 80% hmotnosti atmosféry, stratosféra - asi 20%; hmotnosť mezosféry nie je väčšia ako 0,3%, termosféra je menšia ako 0,05% z celkovej hmotnosti atmosféry. Na základe elektrických vlastností v atmosfére sa rozlišuje neutronosféra a ionosféra. V súčasnosti sa verí, že atmosféra siaha do nadmorskej výšky 2000-3000 km.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют homosféra A гетеросферу. Гетеросфера - Toto je oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje oddeľovanie plynov, pretože ich miešanie v takejto nadmorskej výške je zanedbateľné. To znamená premenlivé zloženie heterosféry. Pod ním leží dobre premiešaná, homogénna časť atmosféry, tzv homosféra. Hranica medzi týmito vrstvami je tzv турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Fyzikálne vlastnosti

Hrúbka atmosféry je približne 2000 - 3000 km od povrchu Zeme. Celková hmotnosť vzduchu- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molárna hmotačistý suchý vzduch je 28,966. Tlak pri 0 °C pri hladine mora 101,325 kPa; kritická teplota-140,7 °C; kritický tlak 3,7 MPa; C p 1,0048 × 103 J/(kg K) (pri 0 °C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (pri 0 °C). Растворимость воздуха в воде при 0 °C - 0,036 %, при 25 °C - 0,22 %.

Физиологические и другие свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется hladovanie kyslíkomи без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Ľudské dýchanie je nemožné vo výške 15 km, hoci približne do 115 km atmosféra obsahuje kyslík.

Atmosféra nám dodáva kyslík potrebný na dýchanie. Avšak v dôsledku poklesu celkového tlaku v atmosfére, keď stúpate do nadmorskej výšky, parciálny tlak kyslíka primerane klesá.

Ľudské pľúca neustále obsahujú asi 3 litre alveolárneho vzduchu. Čiastočný tlak kyslík v alveolárnom vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku je 110 mm Hg. Art., tlak oxidu uhličitého - 40 mm Hg. Art., a vodná para - 47 mm Hg. čl. So zvyšujúcou sa nadmorskou výškou tlak kyslíka klesá a celkový tlak pár vody a oxidu uhličitého v pľúcach zostáva takmer konštantný - asi 87 mm Hg. čl. Prívod kyslíka do pľúc sa úplne zastaví, keď sa tlak okolitého vzduchu vyrovná tejto hodnote.

Vo výške asi 19-20 km klesá atmosférický tlak na 47 mm Hg. čl. Preto v tejto nadmorskej výške začne v ľudskom tele vrieť voda a intersticiálna tekutina. Mimo pretlakovej kabíny v týchto nadmorských výškach nastáva smrť takmer okamžite. Z hľadiska ľudskej fyziológie teda „priestor“ začína už v nadmorskej výške 15-19 km.

Husté vrstvy vzduchu – troposféra a stratosféra – nás chránia pred škodlivými účinkami žiarenia. Pri dostatočnom riedení vzduchu vo výškach nad 36 km intenzívne pôsobia na organizmus ionizujúce látky. žiarenia- primárne kozmické žiarenie; Vo výškach nad 40 km je ultrafialová časť slnečného spektra pre človeka nebezpečná.

Ako stúpame do stále väčšej výšky nad zemským povrchom, v nižších vrstvách atmosféry pozorujeme také známe javy, ako je šírenie zvuku, vznik aerodynamických výťahи сопротивления, передача тепла konvekcia atď.

V riedkych vrstvách vzduchu, rozvod zvuk sa ukáže ako nemožné. Do výšok 60-90 km je stále možné využiť odpor vzduchu a vztlak na riadený aerodynamický let. Ale počnúc výškami 100-130 km, pojmy známe každému pilotovi čísla M A zvuková bariéraтеряют свой смысл, там проходит условная Línia Karman za tým začína guľa čisto balistického letu, ktorú je možné ovládať iba pomocou reaktívnych síl.

Vo výškach nad 100 km je atmosféra zbavená ďalšej pozoruhodnej vlastnosti - schopnosti absorbovať, viesť a prenášať tepelnú energiu konvekciou (t.j. miešaním vzduchu). To znamená, že rôzne prvky zariadenia na orbitálnej vesmírnej stanici sa nebudú môcť ochladiť zvonku rovnakým spôsobom, ako sa zvyčajne robia v lietadle - pomocou vzduchových prúdov a vzduchových radiátorov. V takej výške, ako vo všeobecnosti vo vesmíre, je jediný spôsob prenosu tepla tepelné žiarenie.

Atmosférické zloženie

Zloženie suchého vzduchu

Atmosféra Zeme pozostáva hlavne z plynov a rôznych nečistôt (prach, kvapôčky vody, ľadové kryštály, morské soli, spaľovacie výrobky).

Koncentrácia plynov, ktoré tvoria atmosféru, je takmer konštantná, s výnimkou vody (H20) a oxidu uhličitého (CO2).

Zloženie suchého vzduchu
Dusík
Kyslík
argón
Voda
Oxid uhličitý
Neon
hélium
metán
Krypton
Vodík
xenón
Oxid dusný

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra SO 2, NH 3, CO, ozón, uhľovodíky, HCl, HF, páry Hg, I 2 , a tiež NIE a mnoho ďalších plynov v malých množstvách. Troposféra neustále obsahuje veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc ( aerosól).

История образования атмосферы

Podľa najbežnejšej teórie mala zemská atmosféra v priebehu času štyri rôzne zloženie. Spočiatku pozostával z ľahkých plynov ( vodík A hélium), zachytené z medziplanetárneho priestoru. Ide o tzv primárna atmosféra(asi pred štyrmi miliardami rokov). V ďalšej fáze viedla aktívna sopečná činnosť k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). Takto to vzniklo sekundárna atmosféra(asi tri miliardy rokov pred súčasnosťou). Táto atmosféra bola obnovujúca. Ďalej bol proces tvorby atmosféry určený týmito faktormi:

úniku ľahkých plynov (vodík a hélium) do medziplanetárny priestor;

chemické reakcie prebiehajúce v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, bleskových výbojov a niektorých ďalších faktorov.

Postupne tieto faktory viedli k vzniku terciárna atmosféra, vyznačujúci sa oveľa nižším obsahom vodíka a oveľa vyšším obsahom dusíka a oxidu uhličitého (vzniká ako výsledok chemických reakcií z amoniaku a uhľovodíkov).

Dusík

Vznik veľkého množstva N 2 je spôsobený oxidáciou amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym O 2, ktorý začal prichádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy, ktorá sa začala pred 3 miliardami rokov. N2 sa tiež uvoľňuje do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík je v hornej atmosfére oxidovaný ozónom na NO.

Dusík N 2 reaguje len za špecifických podmienok (napríklad pri výboji blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom pri elektrických výbojoch sa využíva pri priemyselnej výrobe dusíkatých hnojív. Dokážu ho pri nízkej spotrebe energie oxidovať a premieňať na biologicky aktívnu formu. cyanobaktérie (modrozelené riasy) a uzlové baktérie, ktoré tvoria rhizobiálne symbióza s strukoviny rastliny, tzv zelené hnojenie.

Kyslík

Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s vzhľadom na Zemi živé organizmy, ako výsledok fotosyntéza sprevádzané uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík vynakladal na oxidáciu redukovaných zlúčenín - amoniak, uhľovodíky, dusíkaté formy žľaza obsiahnuté v oceánoch atď. Na konci tejto fázy sa obsah kyslíka v atmosfére začal zvyšovať. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra s oxidačnými vlastnosťami. Pretože to spôsobilo vážne a náhle zmeny v mnohých procesoch vyskytujúcich sa v atmosféru, litosféra A biosféra, toto podujatie sa volalo Kyslíková katastrofa.

Počas fanerozoikumсостав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Korelovali predovšetkým s rýchlosťou ukladania organického sedimentu. V obdobiach akumulácie uhlia teda obsah kyslíka v atmosfére zjavne výrazne prevyšoval modernú úroveň.

Oxid uhličitý

Obsah CO 2 v atmosfére závisí od vulkanickej činnosti a chemických procesov v zemských obaloch, ale predovšetkým - od intenzity biosyntézy a rozkladu organickej hmoty v biosféra Zem. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4×10 12 тонн ) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Pochovaný v oceán, V močiare a v lesov organická hmota sa mení na uhlia, oleja A zemný plyn. (cm. Geochemický uhlíkový cyklus)

Vzácne plyny

Zdroj inertných plynov - argón, hélium A krypton- вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Zem vo všeobecnosti a najmä atmosféra sú v porovnaní s vesmírom ochudobnené o inertné plyny. Predpokladá sa, že dôvod spočíva v neustálom úniku plynov do medziplanetárneho priestoru.

Znečistenie vzduchu

V poslednej dobe začal byť vývoj atmosféry ovplyvňovaný Ľudské. Výsledkom jeho činnosti bolo neustále výrazné zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických érach. Obrovské množstvá CO 2 sa spotrebúvajú počas fotosyntézy a absorbujú ho svetové oceány. Tento plyn sa dostáva do atmosféry rozkladom uhličitanových hornín a organických látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj vulkanizmom a priemyselnou činnosťou človeka. Za posledných 100 rokov sa obsah CO 2 v atmosfére zvýšil o 10%, pričom objem (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva. Ak miera rastu spaľovania paliva pokračuje, potom v nasledujúcich 50 - 60 rokoch sa množstvo CO 2 v atmosfére zdvojnásobí a môže viesť k globálnej klimatickej zmeny.

Spaľovanie paliva je hlavným zdrojom znečisťujúcich plynov ( CO, NIE, SO 2 ). Oxid siričitý sa oxiduje vzdušným kyslíkom na SO 3 v horných vrstvách atmosféry, ktorá zase interaguje s vodou a parou amoniak a výsledkom je kyselina sírová (H 2 SO 4 ) A sulfát amónneho ((NH 4 ) 2 SO 4 ) návrat na povrch Zeme v podobe tzv. kyslý dážď. Použitie spaľovacie motory vedie k výraznému znečisteniu ovzdušia oxidmi dusíka, uhľovodíkmi a zlúčeninami olova ( tetraetyllové olovo PB (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Aerosólové znečistenie atmosféry je spôsobené tak prírodnými príčinami (výbuchy sopiek, prachové búrky, strhávanie kvapiek morskej vody a peľu rastlín atď.), ako aj hospodárskou činnosťou človeka (ťažba rúd a stavebných materiálov, spaľovanie paliva, výroba cementu atď.). ). Intenzívne rozsiahle uvoľňovanie pevných častíc do atmosféry je jednou z možných príčin klimatických zmien na planéte.

Zloženie plynu v atmosférickom vzduchu

Zloženie plynu vzduchu, ktorý dýchame, vyzerá takto: 78 % tvorí dusík, 21 % kyslík a 1 % iné plyny. Ale v atmosfére veľkých priemyselných miest sa tento pomer často porušuje.

Významnú časť tvoria škodlivé nečistoty spôsobené emisiami z podnikov a vozidiel. Automobilová doprava prináša do ovzdušia množstvo nečistôt: uhľovodíky neznámeho zloženia, benzo(a)pyrén, oxid uhličitý, zlúčeniny síry a dusíka, olovo, oxid uhoľnatý.

Atmosféru tvorí zmes množstva plynov - vzduch, v ktorej sú suspendované koloidné nečistoty - prach, kvapôčky, kryštály a pod. Zloženie atmosférického vzduchu sa s nadmorskou výškou mení len málo. Avšak, počnúc nadmorskou výškou asi 100 km, spolu s molekulárnym kyslíkom a dusíkom, sa atómový kyslík objavuje aj v dôsledku disociácie molekúl a začína gravitačná separácia plynov. Nad 300 km, atómový kyslík prevláda v atmosfére nad 1000 km - hélium a potom atómovým vodíkom. Tlak a hustota atmosféry sa znižujú s nadmorskou výškou; asi polovica celkovej hmoty atmosféry je sústredená v dolných 5 km, 9/10 v dolných 20 km a 99,5 % v dolných 80 km. Vo výškach okolo 750 km klesá hustota vzduchu na 10-10 g/m3 (zatiaľ čo pri zemskom povrchu je to okolo 103 g/m3), ale aj taká nízka hustota stále postačuje na výskyt polárnej žiary. Atmosféra nemá ostrú hornú hranicu; плотность составляющих ее газов

Zloženie atmosférického vzduchu, ktorý každý z nás dýcha, zahŕňa niekoľko plynov, z ktorých hlavné sú: dusík (78,09 %), kyslík (20,95 %), vodík (0,01 %), oxid uhličitý (oxid uhličitý) (0,03 %) a inertné plyny (0,93 %). Okrem toho je vo vzduchu vždy určité množstvo vodnej pary, ktorej množstvo sa vždy mení so zmenami teploty: čím vyššia teplota, tým väčší obsah pary a naopak. V dôsledku kolísania množstva vodnej pary vo vzduchu nie je ani percento plynov v ňom konštantné. Všetky plyny, ktoré tvoria vzduch, sú bez farby a bez zápachu. Hmotnosť vzduchu sa mení v závislosti nielen od teploty, ale aj od obsahu vodnej pary v nej. Pri rovnakej teplote je hmotnosť suchého vzduchu väčšia ako váha vlhkého vzduchu, pretože vodná para je oveľa ľahšia ako vzduchová para.

Tabuľka ukazuje zloženie plynu v atmosfére v objemovom hmotnostnom pomere, ako aj životnosť hlavných zložiek:

Vlastnosti plynov, ktoré tvoria atmosférický vzduch pod tlakom, sa menia.

Napríklad: kyslík pod tlakom viac ako 2 atmosféry má toxický účinok na telo.

Dusík pod tlakom nad 5 atmosfér pôsobí narkoticky (intoxikácia dusíkom). Rýchly vzostup z hĺbky spôsobuje dekompresnú chorobu v dôsledku rýchleho uvoľňovania bubliniek dusíka z krvi, akoby ju spenili.

Повышение углекислого газа более 3% в дыхательной смеси вызывает смерть.

Každá zložka, ktorá tvorí vzduch, sa so zvýšením tlaku na určité hranice stáva jedom, ktorý môže otráviť telo.

Štúdie zloženia plynov v atmosfére. Atmosférická chémia

Pokiaľ ide o históriu rýchleho vývoja relatívne mladého odvetvia vedy nazývanej atmosférická chémia, je výraz „purp“ (hod), ktorý sa používa vo vysokorýchlostných športoch, najvhodnejší. Zo štartovacej pištole pravdepodobne vystrelili dva články publikované začiatkom 70. rokov. Hovorili o možnom ničení stratosférického ozónu oxidmi dusíka – NO a NO 2. Prvý patril k budúcim laureátom Nobelovej ceny a potom zamestnancovi Štokholmskej univerzity P. Crutzen, ktorý považoval za pravdepodobný zdroj oxidov dusíka v stratosfére, ktorý sa prirodzene vyskytuje oxid dusným oxidom N2 O, ktorý sa rozpadá pod vplyvom slnečného svetla. Autor druhého článku, chemik z Kalifornskej univerzity v Berkeley G. Johnston, navrhol, že oxidy dusíka sa objavujú v stratosfére v dôsledku ľudskej aktivity, konkrétne počas emisií spaľovacích produktov z prúdových motorov s vysokými nadšenými lietadlami.

Конечно, вышеупомянутые гипотезы возникли не на пустом месте. Pomer aspoň hlavných zložiek atmosférického vzduchu - molekuly dusíka, kyslíka, vodnej pary atď. - bol známy oveľa skôr. Už v druhej polovici 19. stor.

V Európe sa robili merania koncentrácií ozónu v povrchovom ovzduší. V 30. rokoch 20. storočia anglický vedec S. Chapman objavil mechanizmus tvorby ozónu v čisto kyslíkovej atmosfére, čo naznačuje súbor interakcií atómov a molekúl kyslíka, ako aj ozónu, v neprítomnosti akýchkoľvek iných zložiek vzduchu. Koncom 50. rokov však merania pomocou meteorologických rakiet ukázali, že v stratosfére je oveľa menej ozónu, ako by podľa Chapmanovho reakčného cyklu malo byť. Hoci tento mechanizmus zostáva dodnes základom, ukázalo sa, že existujú aj ďalšie procesy, ktoré sa tiež aktívne podieľajú na tvorbe atmosférického ozónu.

Нелишне упомянуть, что знания в области атмосферной химии к началу 70-х годов в основном были получены благодаря усилиям отдельных ученых, чьи исследования не были объединены какой-либо общественно значимой концепцией и носили чаще всего чисто академический характер. Johnstonova práca je iná záležitosť: Podľa jeho výpočtov by 500 lietadiel, ktoré letí 7 hodín denne, by mohlo znížiť množstvo stratosférického ozónu o najmenej 10%! И если бы эти оценки были справедливы, то проблема сразу становилась социально-экономической, так как в этом случае все программы развития сверхзвуковой транспортной авиации и сопутствующей инфраструктуры должны были подвергнуться существенной корректировке, а может быть, и закрытию. Okrem toho po prvýkrát skutočne vyvstala otázka, že antropogénna činnosť môže spôsobiť nie lokálnu, ale globálnu kataklizmu. Prirodzene, v súčasnej situácii teória potrebovala veľmi tvrdé a zároveň operatívne overenie.

Pripomeňme si, že podstatou vyššie uvedenej hypotézy bolo, že oxid dusnatý reaguje s ozónom NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, následne pri tejto reakcii vznikajúci oxid dusičitý reaguje s atómom kyslíka NO 2 + O ® NO. + O 2, čím sa obnovuje prítomnosť NO v atmosfére, zatiaľ čo molekula ozónu je navždy stratená. V tomto prípade sa takáto dvojica reakcií, ktorá tvorí dusíkový katalytický cyklus ničenia ozónu, opakuje, až kým akékoľvek chemické alebo fyzikálne procesy nevedú k odstráneniu oxidov dusíka z atmosféry. Napríklad NO 2 sa oxiduje na kyselinu dusičnú HNO 3, ktorá je vysoko rozpustná vo vode, a preto sa z atmosféry odstraňuje mrakmi a zrážkami. Katalytický cyklus dusíka je veľmi efektívny: jedna molekula NO počas svojho pobytu v atmosfére dokáže zničiť desaťtisíce molekúl ozónu.

Ale ako viete, problémy neprichádzajú samé. Čoskoro odborníci z amerických univerzít - Michigan (R. Stolarski a R. ciceron) a Harvard (S. Wofsey a M. McElroy) - zistili, že ozón môže mať ešte nemilosrdnejšie nepriateľské zlúčeniny - chlór. Chlórový katalytický cyklus deštrukcie ozónu (reakcie Cl + O 3 ® ClO + O 2 a ClO + O ® Cl + O 2) bol podľa ich odhadov niekoľkonásobne účinnejší ako dusíkový. Jediným dôvodom na opatrný optimizmus bolo, že množstvo prirodzene sa vyskytujúceho chlóru v atmosfére je relatívne malé, čo znamená, že celkový vplyv jeho vplyvu na ozón nemusí byť príliš silný. Situácia sa však dramaticky zmenila, keď v roku 1974 zamestnanci Kalifornskej univerzity v Irvine S. Rowland a M. Molina zistili, že zdrojom chlóru v stratosfére sú zlúčeniny chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC), široko používané v chladiacich jednotkách, aerosólových obaloch, atď. Keďže sú tieto látky nehorľavé, netoxické a chemicky pasívne, stúpajúcimi prúdmi vzduchu sa pomaly transportujú zo zemského povrchu do stratosféry, kde sú ich molekuly zničené slnečným žiarením, čo vedie k uvoľneniu voľných atómov chlóru. Priemyselná výroba freónov, ktorá sa začala v 30. rokoch, a ich emisie do ovzdušia vo všetkých nasledujúcich rokoch, najmä v 70. a 80. rokoch, neustále rástli. Vo veľmi krátkom časovom období teda teoretici identifikovali dva problémy v atmosférickej chémii spôsobené intenzívnym antropogénnym znečistením.

Aby sa však otestovala platnosť predložených hypotéz, bolo potrebné vykonávať veľa úloh.

po prvé, rozšíriť laboratórny výskum, počas ktorého by bolo možné určiť alebo objasniť rýchlosti fotochemických reakcií medzi rôznymi zložkami atmosférického vzduchu. Treba povedať, že veľmi mizerné údaje o týchto rýchlostiach, ktoré vtedy existovali, mali aj poriadnu chybovosť (až niekoľko sto percent). Okrem toho podmienky, za ktorých sa merania uskutočňovali, spravidla veľmi nezodpovedali realite atmosféry, čo vážne zhoršilo chybu, pretože intenzita väčšiny reakcií závisela od teploty a niekedy od tlaku alebo hustoty atmosféry. vzduchu.

po druhé, intenzívne študovať radiačno-optické vlastnosti množstva malých atmosférických plynov v laboratórnych podmienkach.

Ultrafialovým žiarením zo Slnka (pri fotolýznych reakciách) sa ničia molekuly značného počtu zložiek atmosférického vzduchu, medzi nimi nielen vyššie uvedené freóny, ale aj molekulárny kyslík, ozón, oxidy dusíka a mnohé ďalšie. Preto boli odhady parametrov každej fotolýznej reakcie rovnako potrebné a dôležité pre správnu reprodukciu chemických procesov v atmosfére ako rýchlosti reakcií medzi rôznymi molekulami.

Chemické zloženie vzduchu je dôležitý pri realizácii respiračných funkcií. Atmosférický vzduch je zmes plynov: kyslík, oxid uhličitý, argón, dusík, neón, kryptón, xenón, vodík, ozón atď. Najdôležitejší je kyslík. V pokoji človek absorbuje 0,3 l/min. Pri fyzickej aktivite sa spotreba kyslíka zvyšuje a môže dosiahnuť 4,5–8 l/min. Kolísanie obsahu kyslíka v atmosfére je malé a nepresahuje 0,5 %. Ak sa obsah kyslíka zníži na 11-13%, objavia sa príznaky nedostatku kyslíka. Obsah kyslíka 7-8% môže viesť k smrti. Oxid uhličitý je bezfarebný a bez zápachu, vzniká pri dýchaní a rozklade, spaľovaní paliva. V atmosfére je to 0,04% av priemyselných oblastiach - 0,05-0,06%. Pri veľkom dave ľudí sa môže zvýšiť na 0,6 - 0,8%. Pri dlhšom vdychovaní vzduchu obsahujúceho 1-1,5% oxidu uhličitého sa zaznamená zhoršenie zdravia a pri 2-2,5% - patologické zmeny. Pri 8-10% strate vedomia a smrti má vzduch tlak nazývaný atmosférický alebo barometrický. Meria sa v milimetroch ortuti (mmHg), hektopascaloch (hPa), milibaroch (mb).

Za normálny atmosférický tlak sa považuje hladina mora v zemepisnej šírke 45˚ pri teplote vzduchu 0˚C. Je to rovných 760 mmHg. (Vzduch v miestnosti sa považuje za nekvalitný, ak obsahuje 1 % oxidu uhličitého. Táto hodnota sa akceptuje ako vypočítaná hodnota pri návrhu a inštalácii vetrania v miestnostiach.

Znečistenie vzduchu. Oxid uhoľnatý je bezfarebný plyn bez zápachu, ktorý vzniká pri nedokonalom spaľovaní paliva a do atmosféry sa dostáva s priemyselnými emisiami a výfukovými plynmi zo spaľovacích motorov. V megacities môže jeho koncentrácia dosiahnuť 50-200 mg / m3. Pri fajčení tabaku sa do tela dostáva oxid uhoľnatý. Oxid uhoľnatý je krvný a všeobecný toxický jed. Blokuje hemoglobín, stráca schopnosť prenášať kyslík do tkanív. Akútna otrava nastáva, keď je koncentrácia oxidu uhoľnatého vo vzduchu 200-500 mg/m3. V tomto prípade sa pozoruje bolesť hlavy, všeobecná slabosť, nevoľnosť a vracanie. Maximálna prípustná priemerná denná koncentrácia je 0 1 mg/m3, jednorazovo – 6 mg/m3. Vzduch môže byť znečistený oxidom siričitým, sadzami, dechtovými látkami, oxidmi dusíka a sírouhlíkom.

Mikroorganizmy. V malom množstve sa vždy nachádzajú vo vzduchu, kam sa unášajú spolu s pôdnym prachom. Mikróby infekčných chorôb vstupujúce do atmosféry rýchlo zomierajú. Mimoriadne epidemiologické nebezpečenstvo predstavuje vzduch v obytných priestoroch a športových zariadeniach. Napríklad v zápasníckych halách je mikrobiálny obsah až 26 000 na 1m3 vzduchu. Aerogénne infekcie sa v takomto vzduchu šíria veľmi rýchlo.

Prach Sú to ľahké husté častice minerálneho alebo organického pôvodu, keď sa prach dostane do pľúc, zostáva tam a spôsobuje rôzne choroby. Priemyselný prach (olovo, chróm) môže spôsobiť otravu. V mestách by prach nemal presiahnuť 0,15 mg/m3 Športoviská musia byť pravidelne zavlažované, musia mať zelenú plochu a vykonávať mokré čistenie. Pre všetky podniky, ktoré znečisťujú ovzdušie, sú zriadené pásma sanitárnej ochrany. V súlade s triedou nebezpečnosti majú rôzne veľkosti: pre podniky triedy 1 - 1000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 - 100 m, 5 - 50 m Pri umiestňovaní športových zariadení v blízkosti podnikov je to potrebné zohľadniť veternú ružicu, hygienické ochranné pásma, stupeň znečistenia ovzdušia a pod.

Jedným z dôležitých opatrení na ochranu ovzdušia je preventívny a priebežný hygienický dozor a systematické monitorovanie stavu ovzdušia. Vykonáva sa pomocou automatizovaného monitorovacieho systému.

Čistý atmosférický vzduch na povrchu Zeme má nasledujúce chemické zloženie: kyslík - 20,93%, oxid uhličitý - 0,03-0,04%, dusík - 78,1%, argón, hélium, kryptón 1%.

Vydychovaný vzduch obsahuje o 25 % menej kyslíka a 100-krát viac oxidu uhličitého.
Kyslík. Najdôležitejšia zložka vzduchu. Zabezpečuje tok redoxných procesov v tele. Dospelý človek spotrebuje v pokoji 12 litrov kyslíka, pri fyzickej práci 10-krát viac. V krvi je kyslík viazaný na hemoglobín.

Ozón. Chemicky nestabilný plyn je schopný absorbovať slnečné krátkovlnné ultrafialové žiarenie, ktoré má škodlivý vplyv na všetko živé. Ozón pohlcuje dlhovlnné infračervené žiarenie vychádzajúce zo Zeme, a tým zabraňuje jeho nadmernému ochladzovaniu (ozónová vrstva Zeme). Pod vplyvom ultrafialového žiarenia sa ozón rozkladá na molekulu kyslíka a atóm. Ozón je baktericídny prostriedok na dezinfekciu vody. V prírode vzniká pri elektrických výbojoch, pri vyparovaní vody, pri ultrafialovom žiarení, pri búrke, v horách a v ihličnatých lesoch.

Oxid uhličitý. Vzniká v dôsledku redoxných procesov prebiehajúcich v tele ľudí a zvierat, spaľovaním paliva a rozkladom organických látok. Vo vzduchu miest sa koncentrácia oxidu uhličitého zvyšuje v dôsledku priemyselných emisií - až 0,045%, v obytných priestoroch - až 0,6-0,85. Dospelý v pokoji uvoľňuje 22 litrov oxidu uhličitého za hodinu a počas fyzickej práce - 2-3 krát viac. Známky zhoršenia zdravotného stavu človeka sa prejavujú až pri dlhšom vdychovaní vzduchu s obsahom 1-1,5% oxidu uhličitého, výrazných funkčných zmenách - pri koncentrácii 2-2,5% a výrazných symptómoch (bolesť hlavy, celková slabosť, dýchavičnosť, búšenie srdca, znížené výkon) – na úrovni 3-4 %. Hygienický význam oxidu uhličitého spočíva v tom, že slúži ako nepriamy indikátor celkového znečistenia ovzdušia. Norma oxidu uhličitého v telocvičniach je 0,1%.

Dusík. Indiferentný plyn slúži ako riedidlo pre iné plyny. Zvýšená inhalácia dusíka môže mať narkotický účinok.

Oxid uhoľnatý. Vzniká pri nedokonalom spaľovaní organických látok. Nemá farbu ani vôňu. Koncentrácia v atmosfére závisí od intenzity premávky vozidiel. Preniká cez pľúcne alveoly do krvi a vytvára karboxyhemoglobín, v dôsledku čoho hemoglobín stráca schopnosť prenášať kyslík. Maximálna prípustná priemerná denná koncentrácia oxidu uhoľnatého je 1 mg/m3.

Toxické dávky oxidu uhoľnatého v ovzduší sú 0,25-0,5 mg/l. Pri dlhšej expozícii bolesť hlavy, mdloby, búšenie srdca.

Oxid siričitý. Do atmosféry sa dostáva v dôsledku spaľovania paliva bohatého na síru (uhlia). Vzniká pri pražení a tavení sírnych rúd a pri farbení látok. Dráždi sliznice očí a horných dýchacích ciest. Prah citlivosti je 0,002-0,003 mg/l. Plyn má škodlivý vplyv na vegetáciu, najmä na ihličnaté stromy.
Mechanické nečistoty vzduchu prichádzajú vo forme dymu, sadzí, sadzí, rozdrvených častíc pôdy a iných pevných látok. Obsah prachu vo vzduchu závisí od charakteru pôdy (piesok, íl, asfalt), jej hygienického stavu (zalievanie, čistenie), znečistenia ovzdušia priemyselnými emisiami a hygienického stavu priestorov.

Prach mechanicky dráždi sliznice horných dýchacích ciest a očí. Systematické vdychovanie prachu spôsobuje ochorenia dýchacích ciest. Pri dýchaní nosom sa zadrží až 40-50% prachu. Z hygienického hľadiska je najnepriaznivejší mikroskopický prach, ktorý zostáva suspendovaný po dlhú dobu. Elektrický náboj prachu zvyšuje jeho schopnosť preniknúť a zotrvať v pľúcach. Prach. s obsahom olova, arzénu, chrómu a iných toxických látok spôsobuje typické otravy, a to pri preniknutí nielen vdýchnutím, ale aj cez kožu a gastrointestinálny trakt. V prašnom ovzduší sa výrazne znižuje intenzita slnečného žiarenia a ionizácia vzduchu. Aby sa predišlo nepriaznivým účinkom prachu na organizmus, obytné budovy sú umiestnené na náveternej strane škodlivín v ovzduší. Medzi nimi sú usporiadané zóny sanitárnej ochrany so šírkou 50-1000 m alebo viac. V obytných priestoroch systematické mokré čistenie, vetranie miestností, výmena obuvi a vrchného oblečenia, na otvorených priestranstvách používanie bezprašných pôd a zalievanie.

Vzduchové mikroorganizmy. Bakteriálne znečistenie ovzdušia, ako aj iných objektov životného prostredia (voda, pôda), predstavuje epidemiologické nebezpečenstvo. Vo vzduchu sú rôzne mikroorganizmy: baktérie, vírusy, plesne, kvasinkové bunky. Najbežnejší je prenos infekcií vzduchom: veľké množstvo mikróbov sa dostáva do vzduchu a dostáva sa do dýchacieho traktu zdravých ľudí pri dýchaní. Napríklad pri hlasnom rozhovore a ešte viac pri kašli a kýchaní sa rozprašujú drobné kvapôčky na vzdialenosť 1 – 1,5 m a šíria sa vzduchom na 8 – 9 m. ale vo väčšine prípadov sa ustáli za 40-60 minút. V prachu zostáva vírus chrípky a bacil záškrtu životaschopný 120-150 dní. Existuje známy vzťah: čím viac prachu je vo vzduchu v interiéri, tým je v ňom hojnejší obsah mikroflóry.

Vzduch je prírodná zmes plynov, ktorá sa vyvinula počas vývoja Zeme. Vzduch je najdôležitejším prvkom životného prostredia človeka a všetkého živého na našej planéte. Vzduch neustále obklopuje ľudské telo a je životne dôležitý pre jeho normálne fungovanie. Samotný život je nemožný bez dýchacích procesov.

Zloženie vzduchu

Atmosféra Zeme je viacvrstvová. Vrstva atmosféry najbližšie k Zemi, ktorú dýchame, pozostáva z nasledujúcich prvkov periodickej tabuľky: dusíka, kyslík, argón a oxid uhličitý. Ďalej nasledujú plyny, ktorých podiel na celkovom objeme vzduchu je menší ako 0,002 %, - hélium, neónový plyn, krypton, vodík, xenón, metán A ozón.

Toto zloženie sa môže výrazne líšiť v závislosti od lokality, líši sa napríklad v meste a v lese, na pobreží mora a v horách.

Vodná para, ozón a oxid uhličitý zohrávajú dôležitú úlohu tým, že bránia slnečnému žiareniu v silnom zahrievaní a ničení živých organizmov, ktoré žijú na povrchu planéty.

Samostatne by sa malo povedať o oxide uhličitom: vydychujú ho všetky živé bytosti na planéte, vyžarujú ho hnijúce rastliny a organizmy a je obsiahnutý v dyme z ohňa. Iba rastliny sú schopné „vdychovať“ oxid uhličitý a „vydychovať“ kyslík. Ľudia a zvieratá naopak vdychujú kyslík a vydychujú oxid uhličitý.

Zloženie vzduchu

Vlastnosti vzduchu

Vzduch môže byť stlačený a stane sa elastickým. Ľudia sa naučili využívať silu stlačeného vzduchu, vďaka čomu fungujú mnohé mechanizmy. Ide napríklad o kompresor do akvária, pumpu na hustenie bicyklových a automobilových pneumatík.

Vzduch dobre udržuje teplo. Táto vlastnosť pomáha ľuďom, zvieratám a dokonca aj rastlinám. Človek vloží dvojité rámy, medzi dvere ktorých je vzduch, a tým si zateplí dom. Vtáky a cicavce si zachovávajú telesné teplo vzduchom uväzneným medzi ich perím alebo srsťou. V chladnom počasí sa rastliny zohrievajú pod snehom vzduchom, ktorý sa nachádza medzi snehovými vločkami. To je dôvod, prečo rastliny potrebujú v zime snehovú prikrývku.

Ozónová vrstva

Vôňa sviežosti po búrke je vôňa ozón. Pri vystavení ultrafialovému žiareniu zo slnka sa kyslík premieňa na ozón. Táto plynová pokrývka pokrýva Zem vo výške 18-25 km. Je to to, čo blokuje slnečné lúče, ktoré ničia všetko živé. Okrem toho vzniká ozón v dôsledku elektrických výbojov, napríklad počas búrky a pri oxidácii morských rias alebo živice z ihličnatých stromov.

Ozón ničia chemické zlúčeniny obsahujúce chlór alebo fluór. Ide napríklad o freón, ktorý sa používa ako chladivo. V dôsledku vystavenia týmto látkam sa ozónová vrstva v atmosfére stenčuje a vytvára ozónovú dieru. Rast a zmenšovanie ozónových dier sú však tiež prírodnými javmi a nie sú úplne závislé od ľudskej činnosti.

Dnes vedci zistili, že hrúbka ozónovej vrstvy nad Antarktídou sa výrazne znížila. Z tohto dôvodu sa na zemský povrch dostáva veľké množstvo ultrafialových lúčov.

Atmosférické rušenie

Človek znečisťuje atmosféru tým, že do nej vypúšťa škodlivé plyny, ktoré majú rôzne názvy: metán, oxid uhoľnatý, oxid siričitý. Škodlivé plyny sa získavajú spaľovaním rôznych látok: benzín, na ktorý jazdia autá, uhlie, ktoré sa používa na vykurovanie kachlí, umelo vytvorené materiály a chemikálie, ktoré spaľujú rôzne podniky. To vedie k tomu, že obsah kyslíka vo vzduchu, ktorý dýchame, výrazne klesá a obsah oxidu uhličitého sa zvyšuje.

Zvlášť nebezpečné pre všetky živé hmoty, ktoré sú tzv aerosólov. Ak takéto látky vdýchnete, môžete vážne ochorieť. Vo veľkých mestách je množstvo aerosólov veľmi vysoké. V mestách sa preto často ťažko dýcha.

Zloženie a štruktúra atmosféry.

Atmosféra je plynný obal Zeme. Vertikálny rozsah atmosféry je viac ako tri polomery Zeme (priemerný polomer je 6371 km) a jej hmotnosť je 5,157 x 10 15 ton, čo je približne milióntina hmotnosti Zeme.

Rozdelenie atmosféry na vrstvy vo vertikálnom smere je založené na:

- zloženie atmosférického vzduchu,

— fyzikálne a chemické procesy;

— rozloženie teploty nad výškou;

— interakcia atmosféry s podložným povrchom.

Atmosféra našej planéty je mechanická zmes rôznych plynov, vrátane vodnej pary, ako aj určitého množstva aerosólov. Zloženie suchého vzduchu v dolných 100 km zostáva takmer konštantné. Čistý a suchý vzduch bez vodných pár, prachu a iných nečistôt je zmesou plynov, najmä dusíka (78 % objemu vzduchu) a kyslíka (21 %). O niečo menej ako jedno percento je argón a vo veľmi malých množstvách existuje mnoho ďalších plynov – xenón, kryptón, oxid uhličitý, vodík, hélium atď. (tabuľka 1.1).

Dusík, kyslík a ďalšie zložky atmosférického vzduchu sú v atmosfére vždy v plynnom stave, pretože kritické teploty, teda teploty, pri ktorých môžu byť v kvapalnom stave, sú oveľa nižšie ako teploty pozorované na povrchu zem. Výnimkou je oxid uhličitý. Na prechod do kvapalného stavu je však okrem teploty potrebné dosiahnuť aj stav nasýtenia. V atmosfére je málo oxidu uhličitého (0,03 %) a nachádza sa vo forme jednotlivých molekúl, rovnomerne rozložených medzi molekuly iných atmosférických plynov. Za posledných 60-70 rokov sa jeho obsah pod vplyvom ľudskej činnosti zvýšil o 10-12%.

Najnáchylnejší na zmenu je obsah vodnej pary, ktorej koncentrácia na povrchu Zeme pri vysokých teplotách môže dosiahnuť 4 %. So zvyšujúcou sa nadmorskou výškou a klesajúcou teplotou obsah vodnej pary prudko klesá (vo výške 1,5-2,0 km - na polovicu a 10-15 krát od rovníka k pólu).

Množstvo pevných nečistôt sa za posledných 70 rokov v atmosfére severnej pologule zvýšilo približne 1,5-krát.

Stálosť plynného zloženia vzduchu je zabezpečená intenzívnym premiešavaním spodnej vrstvy vzduchu.

Zloženie plynu spodných vrstiev suchého vzduchu (bez vodnej pary)

Úloha a význam hlavných plynov atmosférického vzduchu

KYSLÍK (O)životne dôležité pre takmer všetkých obyvateľov planéty. Toto je aktívny plyn. Zúčastňuje sa chemických reakcií s inými atmosférickými plynmi. Kyslík aktívne absorbuje energiu žiarenia, najmä veľmi krátke vlnové dĺžky menšie ako 2,4 mikrónu. Pod vplyvom slnečného ultrafialového žiarenia (X< 03 µm), molekula kyslíka sa rozpadne na atómy. Atómový kyslík spájaním s molekulou kyslíka vzniká nová látka – trojatómový kyslík resp ozón(Oz). Ozón sa nachádza hlavne vo vysokých nadmorských výškach. Tam jehoúloha pre planétu je mimoriadne prospešná. Na povrchu Zeme vzniká ozón pri výbojoch bleskov.

Na rozdiel od všetkých ostatných plynov v atmosfére, ktoré sú bez chuti a zápachu, má ozón charakteristický zápach. V preklade z gréčtiny znamená slovo „ozón“ „štipľavý zápach“. Po búrke je táto vôňa príjemná, vníma sa ako vôňa sviežosti. Vo veľkých množstvách je ozón toxická látka. V mestách s veľkým počtom áut, a teda aj veľkými emisiami automobilových plynov, vzniká vplyvom slnečného žiarenia za jasného alebo polooblačného počasia ozón. Mesto je zahalené do žlto-modrého mraku, viditeľnosť sa zhoršuje. Ide o fotochemický smog.

DUSÍK (N2) je neutrálny plyn, nereaguje s inými atmosférickými plynmi a nepodieľa sa na absorpcii energie žiarenia.

Až do nadmorských výšok 500 km sa atmosféra skladá hlavne z kyslíka a dusíka. Navyše, ak v spodnej vrstve atmosféry prevláda dusík, potom je vo vysokých nadmorských výškach viac kyslíka ako dusíka.

ARGÓN (Ar) je neutrálny plyn, nereaguje a nepodieľa sa na absorpcii ani emisii žiarivej energie. Podobne - xenón, kryptón a mnoho ďalších plynov. Argón je ťažká látka, vo vysokých vrstvách atmosféry je ho veľmi málo.

OXIDU UHLIČITÉHO (CO2) v atmosfére je v priemere 0,03 %. Tento plyn je pre rastliny veľmi potrebný a aktívne ho absorbujú.

Jeho skutočné množstvo vo vzduchu sa môže mierne líšiť. V priemyselných oblastiach sa jeho množstvo môže zvýšiť až na 0,05 %. Vo vidieckych oblastiach, nad lesmi a poliami je ho menej. Nad Antarktídou je približne 0,02% oxidu uhličitého, t.j. takmer Uz menej ako je priemerné množstvo v atmosfére. Rovnaké množstvo a ešte menej nad morom - 0,01 - 0,02%, pretože oxid uhličitý je intenzívne absorbovaný vodou.

Vo vrstve vzduchu, ktorá bezprostredne susedí so zemským povrchom, dochádza aj k denným výkyvom množstva oxidu uhličitého.

V noci je ho viac, cez deň menej. Vysvetľuje to skutočnosť, že počas denného svetla je oxid uhličitý absorbovaný rastlinami, ale nie v noci. Rastliny na planéte odoberú z atmosféry počas roka asi 550 miliárd ton kyslíka a vrátia do nej asi 400 miliárd ton kyslíka.

Oxid uhličitý je úplne priehľadný pre krátkovlnné slnečné lúče, ale intenzívne pohlcuje tepelné infračervené žiarenie Zeme. S tým súvisí aj problém skleníkového efektu, o ktorom sa na stránkach vedeckej tlače a hlavne masmédií pravidelne rozprúdili diskusie.

HÉLIUM (On) je veľmi ľahký plyn. Do atmosféry sa dostáva zo zemskej kôry v dôsledku rádioaktívneho rozpadu tória a uránu. Hélium uniká do vesmíru. Rýchlosť poklesu hélia zodpovedá rýchlosti jeho vstupu z útrob Zeme. Od nadmorskej výšky 600 km do 16 000 km sa naša atmosféra skladá hlavne z hélia. Toto je podľa Vernadského „héliová koruna Zeme“. Hélium nereaguje s inými atmosférickými plynmi a nezúčastňuje sa výmeny tepla sálaním.

VODÍK (Hg) je ešte ľahší plyn. V blízkosti zemského povrchu je ho veľmi málo. Stúpa do vyšších vrstiev atmosféry. V termosfére a exosfére sa dominantnou zložkou stáva atómový vodík. Vodík je najvrchnejšia, najvzdialenejšia schránka našej planéty.

Nad 16 000 km k hornej hranici atmosféry, teda do výšok 30 - 40 000 km, prevláda vodík. Chemické zloženie našej atmosféry s nadmorskou výškou sa teda približuje chemickému zloženiu Vesmíru, v ktorom sú vodík a hélium najbežnejšími prvkami.

V najvzdialenejšej, extrémne riedkej časti hornej atmosféry uniká z atmosféry vodík a hélium. Ich jednotlivé atómy majú na to dostatočne vysoké rýchlosti.

Atmosféra je vzdušný obal Zeme. Rozprestiera sa až 3000 km od zemského povrchu. Jeho stopy možno vystopovať do nadmorských výšok až 10 000 km. A. má nerovnomernú hustotu 50 5 jej hmoty sú sústredené do 5 km, 75 % - do 10 km, 90 % - do 16 km.

Atmosféru tvorí vzduch – mechanická zmes niekoľkých plynov.

Dusík(78%) v atmosfére zohráva úlohu riedidla kyslíka, regulujúceho rýchlosť oxidácie a tým aj rýchlosť a intenzitu biologických procesov. Dusík je hlavným prvkom zemskej atmosféry, ktorý sa neustále vymieňa so živou hmotou biosféry a jeho súčasťou sú zlúčeniny dusíka (aminokyseliny, puríny atď.). Dusík sa z atmosféry získava anorganickými a biochemickými cestami, hoci spolu úzko súvisia. Anorganická extrakcia je spojená s tvorbou jej zlúčenín N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Nachádzajú sa v zrážkach a vznikajú v atmosfére pod vplyvom elektrických výbojov počas búrok alebo fotochemických reakcií pod vplyvom slnečného žiarenia.

Biologickú fixáciu dusíka vykonávajú niektoré baktérie v symbióze s vyššími rastlinami v pôdach. Dusík fixujú aj niektoré mikroorganizmy planktónu a riasy v morskom prostredí. Z kvantitatívneho hľadiska biologická fixácia dusíka prevyšuje jeho anorganickú fixáciu. Výmena všetkého dusíka v atmosfére nastáva v priebehu približne 10 miliónov rokov. Dusík sa nachádza v plynoch sopečného pôvodu a vo vyvrelých horninách. Pri zahrievaní rôznych vzoriek kryštalických hornín a meteoritov sa dusík uvoľňuje vo forme molekúl N 2 a NH 3 . Hlavná forma prítomnosti dusíka, ako na Zemi, tak aj na terestrických planétach, je však molekulárna. Amoniak, ktorý vstupuje do hornej atmosféry, rýchlo oxiduje a uvoľňuje dusík. V sedimentárnych horninách je pochovaný spolu s organickou hmotou a vo zvýšenom množstve sa nachádza v bitúmenových ložiskách. Pri regionálnej metamorfóze týchto hornín sa dusík v rôznych formách uvoľňuje do zemskej atmosféry.

Geochemický cyklus dusíka (

Kyslík(21 %) je využívaný živými organizmami na dýchanie a je súčasťou organických látok (bielkoviny, tuky, sacharidy). Ozón O3. odďaľuje život deštruktívne ultrafialové žiarenie zo Slnka.

Kyslík je druhý najrozšírenejší plyn v atmosfére, ktorý zohráva mimoriadne dôležitú úlohu v mnohých procesoch v biosfére. Dominantnou formou jeho existencie je O2. V horných vrstvách atmosféry dochádza vplyvom ultrafialového žiarenia k disociácii molekúl kyslíka a vo výške približne 200 km sa pomer atómového kyslíka k molekulovému (O:O 2) rovná 10. formy kyslíka interagujú v atmosfére (vo výške 20-30 km), ozónový pás (ozónová clona). Ozón (O 3) je nevyhnutný pre živé organizmy, blokuje väčšinu ultrafialového žiarenia zo Slnka, ktoré je pre ne škodlivé.

V počiatočných štádiách vývoja Zeme sa voľný kyslík objavoval vo veľmi malých množstvách ako výsledok fotodisociácie molekúl oxidu uhličitého a vody v horných vrstvách atmosféry. Tieto malé množstvá sa však rýchlo spotrebovali oxidáciou iných plynov. S objavením sa autotrofných fotosyntetických organizmov v oceáne sa situácia výrazne zmenila. Množstvo voľného kyslíka v atmosfére sa začalo postupne zvyšovať a aktívne oxidovať mnohé zložky biosféry. Prvé časti voľného kyslíka teda primárne prispeli k prechodu železnatých foriem železa na oxidové formy a sulfidov na sírany.

Nakoniec, množstvo voľného kyslíka v zemskej atmosfére dosiahlo určitú hmotnosť a bolo vyvážené takým spôsobom, aby sa vyrobené množstvo rovná množstvu absorbovaného. V atmosfére bol stanovený relatívny konštantný obsah voľného kyslíka.

Geochemický kyslíkový cyklus (V.A. Vronskij, G.V. Voitkevich)

Oxid uhličitý, ide do formovania živej hmoty a spolu s vodnou parou vytvára takzvaný „skleníkový (skleníkový) efekt“.

Uhlík (oxid uhličitý) – väčšina z neho je v atmosfére vo forme CO 2 a oveľa menej vo forme CH 4. Význam geochemickej histórie uhlíka v biosfére je mimoriadne veľký, pretože je súčasťou všetkých živých organizmov. V rámci živých organizmov prevládajú redukované formy uhlíka a v prostredí biosféry oxidované formy. Tak je stanovená chemická výmena životného cyklu: CO 2 ↔ živá hmota.

Zdrojom primárneho oxidu uhličitého v biosfére je sopečná aktivita spojená s sekulárnym odplynením plášťa a dolnými horizontmi zemskej kôry. Časť tohto oxidu uhličitého vzniká pri tepelnom rozklade starých vápencov v rôznych metamorfovaných zónach. Migrácia CO 2 v biosfére prebieha dvoma spôsobmi.

Prvý spôsob je vyjadrený absorpciou CO 2 počas fotosyntézy s tvorbou organických látok a následným uložením do priaznivých redukčných podmienok v litosfére vo forme rašeliny, uhlia, ropy a ropných bridlíc. Podľa druhého spôsobu migrácia uhlíka vedie k vytvoreniu karbonátového systému v hydrosfére, kde sa CO 2 mení na H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Potom, s účasťou vápnika (menej často horčík a železo) sa uhličitany ukladajú biogénnymi a abiogénnymi dráhami. Objavujú sa hrubé vrstvy vápenca a dolomitu. Podľa A.B. Ronov, pomer organického uhlíka (Corg) k uhličitanovému uhlíku (Ccarb) v histórii biosféry bol 1:4.

Spolu s globálnym uhlíkovým cyklom existuje aj množstvo malých uhlíkových cyklov. Takže na súši zelené rastliny počas dňa absorbujú CO 2 pre proces fotosyntézy a v noci ho vypúšťajú do atmosféry. Smrťou živých organizmov na zemskom povrchu dochádza k oxidácii organických látok (za účasti mikroorganizmov) s uvoľňovaním CO 2 do atmosféry. V posledných desaťročiach bolo osobitné miesto v uhlíkovom cykle obsadené masívnym spaľovaním fosílnych palív a zvýšením jeho obsahu v modernej atmosfére.

Uhlíkový cyklus v geografickom obale (podľa F. Ramada, 1981)

argón- Tretí najrozšírenejší atmosférický plyn, ktorý ho ostro odlišuje od extrémne riedko rozložených iných inertných plynov. Argón však vo svojej geologickej histórii zdieľa osud týchto plynov, ktoré sa vyznačujú dvoma vlastnosťami:

1. nezvratnosť ich akumulácie v atmosfére;
2. úzke spojenie s rádioaktívnym rozpadom určitých nestabilných izotopov.

Inertné plyny sú mimo cyklu väčšiny cyklických prvkov v biosfére Zeme.

Všetky inertné plyny možno rozdeliť na primárne a rádiogénne. Medzi primárne patria tie, ktoré zachytili Zem počas obdobia jej formovania. Sú mimoriadne zriedkavé. Primárnu časť argónu predstavujú najmä izotopy 36 Ar a 38 Ar, zatiaľ čo atmosférický argón pozostáva výlučne z izotopu 40 Ar (99,6 %), ktorý je nepochybne rádiogénny. V horninách obsahujúcich draslík sa vyskytla a naďalej vyskytuje akumulácia rádiogénneho argónu v dôsledku rozpadu draslíka-40 prostredníctvom záchytu elektrónov: 40 K + e → 40 Ar.

Preto je obsah argónu v horninách určený ich vekom a množstvom draslíka. Do tohto rozsahu je koncentrácia hélia v horninách funkciou ich veku a obsahu tória a uránu. Argon a hélium sa uvoľňujú do atmosféry z čriev Zeme počas sopečných erupcií, cez trhliny v zemskej kôre vo forme plynových prúdov a tiež počas zvetrávania hornín. Podľa výpočtov, ktoré vykonali P. Dimon a J. Culp, sa hélium a argón v modernej dobe hromadia v zemskej kôre a do atmosféry sa dostávajú v relatívne malých množstvách. Rýchlosť vstupu týchto rádiogénnych plynov je taká nízka, že počas geologickej histórie Zeme nedokázala zabezpečiť ich pozorovaný obsah v modernej atmosfére. Zostáva teda predpokladať, že väčšina argónu v atmosfére pochádzala z vnútra Zeme v najskorších štádiách jej vývoja a oveľa menej sa pridalo následne počas procesu vulkanizmu a počas zvetrávania hornín s obsahom draslíka. .

V priebehu geologického času teda hélium a argón mali rôzne migračné procesy. V atmosfére je veľmi málo hélia (asi 5 * 10 -4%) a „héliové dýchanie“ Zeme bolo ľahšie, pretože sa ako najľahší plyn vyparilo do vesmíru. A „argónové dýchanie“ bolo ťažké a argón zostal v rámci hraníc našej planéty. Väčšina prvotných ušľachtilých plynov, ako je neón a xenón, bola spojená s prvotným neónom zachyteným Zemou počas jeho formovania, ako aj s uvoľňovaním počas odplynenia plášťa do atmosféry. Celé množstvo údajov o geochémii vznešených plynov naznačuje, že primárna atmosféra Zeme vznikla v najskorších štádiách jej vývoja.

Atmosféra obsahuje vodná para A voda v tekutom a tuhom stave. Вода в атмосфере является важным аккумулятором тепла.

Spodné vrstvy atmosféry obsahujú veľké množstvo minerálnych a technogénnych prachu a aerosólov, spaľovacích výrobkov, solí, spór a peľu atď.

Až do nadmorskej výšky 100-120 km, kvôli úplnému zmiešaniu vzduchu, je zloženie atmosféry homogénne. Pomer medzi dusíkom a kyslíkom je konštantný. Hore, inertné plyny, vodík atď. С удалением от земли содержание его падает. Выше соотношение газов изменяется, например на высоте 200- 800 км, кислород преобладает над азотом в 10-100 раз.

	kyslík
	oxid uhličitý

Vo vysokých vrstvách atmosféry sa zloženie vzduchu mení pod vplyvom tvrdého žiarenia zo slnka, čo vedie k dezintegrácii (disociácii) molekúl kyslíka do atómov. Atómový kyslík je hlavnou zložkou vysokých vrstiev atmosféry. Nakoniec, vo vrstvách atmosféry najvzdialenejšie od zemského povrchu sú hlavnými zložkami najľahšie plyny - vodík a hélium. V hornej atmosfére bola objavená nová zlúčenina, hydroxyl (OH). Prítomnosť tejto zlúčeniny vysvetľuje tvorbu vodnej pary vo vysokých nadmorských výškach v atmosfére. Pretože väčšina látky je koncentrovaná vo vzdialenosti 20 km od zemského povrchu, zmeny v zložení vzduchu s výškou nemajú výrazný vplyv na celkové zloženie atmosféry.

Najdôležitejšími zložkami atmosféry sú ozón a oxid uhličitý. Озон – трехатомный кислород ( O 3 ), prítomný v atmosfére od povrchu Zeme do nadmorskej výšky 70 km. V prízemných vrstvách ovzdušia vzniká najmä vplyvom atmosférickej elektriny a v procese oxidácie organických látok a vo vyšších vrstvách atmosféry (stratosféra) - v dôsledku vplyvu ultrafialového žiarenia zo Slnka. na molekule kyslíka. Основная масса озона находится в стратосфере (по этой причине стратосферу довольно часто называют озоносферой). Vrstva maximálnej koncentrácie ozónu vo výške 20-25 km sa nazýva ozónová clona. Celkovo ozónová vrstva absorbuje asi 13 % slnečnej energie. Pokles koncentrácie ozónu v určitých oblastiach sa nazýva „ozónové diery“.

Oxid uhličitý spolu s vodnou parou spôsobuje skleníkový efekt atmosféry. Skleníkový efekt je zahrievanie vnútorných vrstiev atmosféry, vysvetlené schopnosťou atmosféry prenášať žiarenie krátkeho vlny zo slnka a uvoľňovať dlhé vlny žiarenie zo zeme. Keby v atmosfére bolo dvakrát toľko oxidu uhličitého, priemerná teplota Zeme by dosiahla 18 0 ° C, teraz je 14-15 0 C.

Celková hmotnosť atmosférických plynov je približne 4,5 10 15 ton.

Vo vzduchu je veľa pevných častíc, ktorých priemer je zlomok mikrónu. Sú to kondenzačné jadrá. Bez nich by tvorba hmly, oblačnosti a zrážok nebola možná. Mnohé optické a atmosférické javy sú spojené s časticami v atmosfére. Spôsoby, akými sa dostávajú do atmosféry, sú rôzne: sopečný popol, dym zo spaľovania paliva, peľ rastlín, mikroorganizmy. V poslednej dobe priemyselné emisie a produkty rádioaktívneho rozpadu slúžili ako kondenzačné jadrá.

Dôležitou súčasťou atmosféry je vodná para, jej množstvo vo vlhkých rovníkových lesoch dosahuje 4%, v polárnych oblastiach klesá na 0,2%. Vodná para vstupuje do atmosféry odparovaním z povrchu pôdy a vodných plôch, ako aj transpiráciou vlhkosti rastlinami. Vodná para je skleníkový plyn a spolu s oxidom uhličitého zachytáva väčšinu žiarenia na dlhej vlny Zeme, čím bráni planéte v ochladení.

Atmosféra nie je dokonalým izolátorom; má schopnosť viesť elektrický prúd vplyvom ionizátorov – ultrafialové žiarenie zo Slnka, kozmické žiarenie, žiarenie rádioaktívnych látok. Maximálna elektrická vodivosť sa pozoruje v nadmorskej výške 100-150 km. V dôsledku spoločného pôsobenia atmosférických iónov a náboja zemského povrchu vzniká elektrické pole atmosféry. Vo vzťahu k zemskému povrchu je atmosféra kladne nabitá. Nachádza sa tu neutrosféra – vrstva s neutrálnym zložením (do 80 km) a ionosféra - ionizovaná vrstva.

Existuje niekoľko hlavných vrstiev atmosféry. Spodná, susediaca so zemským povrchom, je tzv troposféra(Výška 8-10 km na póloch, 12 km v miernych zemepisných šírkach a 16-18 km nad rovníkom). Teplota vzduchu s výškou postupne klesá - v priemere o 0,6º C na každých 100 m stúpania, čo sa citeľne prejavuje nielen v horských oblastiach, ale aj v nadmorských výškach Bieloruska.

Troposféra obsahuje až 80 % celkovej hmotnosti vzduchu, väčšinu atmosférických nečistôt a takmer všetku vodnú paru. V tejto časti atmosféry v nadmorskej výške 10-12 km sa tvoria oblaky, búrky, dažde a iné fyzikálne procesy, ktoré formujú počasie a určujú klimatické podmienky v rôznych oblastiach našej planéty. Нижний слой тропосферы, примыкающий непосредственно к земной поверхности называют pozemná vrstva.

Влияние земной поверхности простирается приблизительно до высоты 20 км, а далее нагревание воздуха происходит непосредственно Солнцем. Hranica GO, ktorá leží v nadmorskej výške 20-25 km, je teda určená okrem iného aj tepelným účinkom zemského povrchu. V tejto nadmorskej výške zmiznú zemepisné šírky v teplote vzduchu a geografická zonalita je rozmazaná.

Čím vyššie sa začína stratosféra, ktorý sa rozprestiera do výšky 50-55 km od hladiny oceánu alebo pevniny. Táto vrstva atmosféry je výrazne riedená, znižuje sa množstvo kyslíka a dusíka a zvyšuje sa množstvo vodíka, hélia a iných ľahkých plynov. Tu vytvorená ozónová vrstva pohlcuje ultrafialové žiarenie a vo veľkej miere ovplyvňuje tepelné pomery zemského povrchu a fyzikálne procesy v troposfére. V spodnej časti stratosféry je teplota vzduchu konštantná, nachádza sa tu izotermická vrstva. Počnúc nadmorskou výškou 22 km sa teplota vzduchu stúpa na hornej hranici stratosféry, ktorá dosahuje 0 0 ° C (zvýšenie teploty sa vysvetľuje prítomnosťou ozónu, ktorý absorbuje slnečné žiarenie). V stratosfére dochádza k intenzívnym horizontálnym pohybom vzduchu. Rýchlosť tokov vzduchu dosahuje 300-400 km/h. Stratosféra obsahuje menej ako 20% vzduchu atmosféry.

V nadmorskej výške 55-80 km je mezosféra(v tejto vrstve teplota vzduchu s výškou klesá a pri hornej hranici klesá na –80 0 C), medzi 80-800 km je termosféra, v ktorom dominuje hélium a vodík (teplota vzduchu s nadmorskou výškou rýchlo stúpa a vo výške 800 km dosahuje 1000 0 C). Mezosféra a termosféra tvoria spolu hrubú vrstvu tzv ionosféra(oblasť nabitých častíc - ióny a elektróny).

Najvyššia, veľmi riedka časť atmosféry (od 800 do 1200 km) je exosféra. Prevládajú v ňom plyny v atómovom stave, teplota stúpa na 2000ºC.

V živote občianskej spoločnosti má veľký význam atmosféra. Atmosféra má priaznivý vplyv na klímu Zeme, chráni ju pred nadmerným ochladzovaním a zahrievaním. Denné výkyvy teplôt na našej planéte bez atmosféry by dosiahli 200ºC: cez deň + 100ºC a vyššie, v noci - 100ºC. V súčasnosti je priemerná teplota vzduchu na povrchu Zeme + 14ºC. Atmosféra nepripúšťa meteory a tvrdé žiarenie dosiahnuť zem. Bez atmosféry by nebol žiadny zvuk, žiadne aurorá, žiadne oblaky a žiadne zrážky.

Atmosféra je škrupina plynu obklopujúceho zem. Atmosféra má „viacposchodovú“ štruktúru a je rozdelená na vrstvy ako troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra. Zloženie suchého zvyšku atmosféry v celej celej hrúbke je takmer rovnaké. Jeho hustota a teplota sa však líšia a v dolnej vrstve (troposféra) sa zvyšuje obsah vody, tuhých častíc a oxidu uhličitého nad pôdou. Troposféra zahŕňa asi 80% z celkovej hmotnosti atmosféry.

Hlavnými zložkami atmosféry sú dusík (viac ako 78 %) a kyslík (viac ako 20 %), ako aj množstvo ďalších plynov (do 1 %) – argón, neón, oxid uhličitý, metán, hélium, vodík , kryptón, xenón, oxid dusnatý, ozón, oxid siričitý. Niektoré plyny sa nachádzajú v atmosférickom vzduchu v stopových množstvách.

Zloženie plynov

Dusík v atmosfére je obsiahnutý v oveľa vyššej koncentrácii (78%) ako iné plyny. Asi pred tromi miliónmi rokov sa v dôsledku vzhľadu zelených rastlín, a podľa toho, fotosyntéza sa kyslík začal uvoľňovať do atmosféry vo veľkých množstvách. Keď bola atmosféra amoniaku-vodíka oxidovaná molekulárnym kyslíkom, objavilo sa obrovské množstvo dusíka. V súčasnosti sa tento plyn uvoľňuje do atmosféry počas života mikroorganizmov, pretože tento chemický prvok je neoddeliteľnou súčasťou bielkovín rastlinného a živočíšneho pôvodu. Atmosférický vzduch je obohatený o dusík počas denitrifikácie dusičnanov a niektorých zlúčenín obsahujúcich dusík. V horných vrstvách atmosféry je dusík oxidovaný ozónom na oxid dusnatého. Voľný dusík vstupuje do chemických reakcií iba za osobitných podmienok, napríklad počas výboja blesku. Dusík sa podieľa na prirodzenom cykle látok a na regulácii koncentrácie molekulárneho kyslíka v atmosfére, čím bráni jeho nadmernej akumulácii.

Kyslík, po dusíku, sa radí na druhom mieste v percentuálnom pojme podľa obsahu objemu v atmosférickom vzduchu (20,85%). Dramatické zmeny v zložení atmosféry sa vyskytli po výskyte živých organizmov na Zemi, najmä rastliny, ktoré v dôsledku fotosyntézy obohacujú vzduch kyslíkom a absorbujú oxid uhličitý. V počiatočných štádiách vývoja zemskej atmosféry sa uvoľnený kyslík strávil na oxidáciu amoniaku, uhľovodíkov a železa. Po skončení tohto obdobia sa obsah kyslíka vo vzduchu postupne zvyšoval. Atmosféra starovekej planéty začala získavať charakteristické črty moderného. Získanie oxidačných vlastností atmosférou stanovilo výskyt zmien v litosfére a biosfére. Kyslík obsiahnutý v atmosfére je nevyhnutný pre priebeh takých dôležitých procesov pre živé organizmy, ako je dýchanie, rozklad a spaľovanie. Teda bez tohto chemického prvku je život nemožné. V súčasnosti takmer všetok bezplatný kyslík vstupuje do atmosféry v dôsledku fotosyntézy v rastlinných bunkách.

Dôležitou zložkou vzduchu je oxid uhličitý, ktorý je v atmosfére obsiahnutý v malom množstve (0,03 %). Jeho koncentrácia závisí od aktivity sopiek, chemických procesov v zemských obaloch (minerálne pramene, pôdy, produkty rozpadu). Z priemyselných podnikov sa do atmosféry uvoľňuje aj veľké množstvo oxidu uhličitého. Väčšina tejto zlúčeniny sa však dostáva do atmosféry v dôsledku biosyntézy a rozkladu organickej hmoty v biosfére našej planéty. Oxid uhličitý sa považuje za ohrievač Zeme, pretože dobre prenáša slnečné žiarenie na povrch planéty a zadržiava teplo, ktoré z neho vyžaruje.

Obsah iných plynov v atmosfére je zanedbateľný. Nobesené plyny, ako napríklad Neon, Argon, Xenon, vstupujú do atmosféry v dôsledku sopečných erupcií a rozkladu určitých rádioaktívnych prvkov. Vedci sa domnievajú, že atmosféra Zeme obsahuje také malé množstvo ušľachtilých plynov v dôsledku ich neustáleho rozptylu vo vesmíre.

Pary a častice

Atmosférický vzduch obsahuje okrem plynov vodnú paru a pevné častice vo forme aerosólu. Koncentrácia vodnej pary vo vzduchu sa zvyšuje v dôsledku vyparovania vody z povrchu Zeme. Jeho obsah sa v rôznych oblastiach líši a môže sa meniť aj v priebehu roka. Zrážky a oblaky sa tvoria z vodnej pary. Je to vďaka obsahu vodnej pary, že atmosféra zadržiava asi 60 % tepla zo zemského povrchu.

Častice v atmosférickom vzduchu sú prach kozmického a vulkanického pôvodu, kryštály soli, dym, mikroorganizmy, peľ rastlinných organizmov atď. Suspendované častice znižujú slnečné žiarenie dopadajúce na zemský povrch a tiež urýchľujú kondenzáciu vodnej pary a tvorbu oblakov.

Súvisiace materiály: