ATMOSFĒRAS GAISA UN PIESĀRŅOTĀJU SASTĀVS - VIDE - 2025

No atmosfēras gaisa sastāvu vai atmosfērā nosaka īpatsvars dažādu gāzu ietverti tajā, kas ir bijis pastāvīgu izmaiņas visā vēsturē Zemes. Veidojošās planētas atmosfērā bija galvenokārt H ₂ un citas gāzes, piemēram, CO ₂ un H ₂ O. Apmēram pirms 4,4 miljardiem gadu atmosfēras gaisa sastāvs tika bagātināts galvenokārt ar CO ₂ .

Līdz ar dzīvības parādīšanos uz Zemes atmosfērā notika metāna (CH ₄ ) uzkrāšanās , jo pirmie organismi bija metāngēni. Vēlāk parādījās fotosintēzes organismi, kas atmosfēras gaisu bagātināja ar O ₂ .

Vispārējs Zemes atmosfēras skats. Avots: Reto Stöckli (zemes virsma, sekla ūdens, mākoņi) Roberts Simmons

Atmosfēras gaisa sastāvu mūsdienās var iedalīt divos lielos slāņos, diferencēti pēc to ķīmiskā sastāva; homosfēra un heterosfēra.

Homosfēra atrodas no 80 līdz 100 km virs jūras līmeņa, un to galvenokārt veido slāpeklis (78%), skābeklis (21%), argons (mazāk nekā 1%), oglekļa dioksīds, ozons, hēlijs, ūdeņradis un metāns , starp citiem elementiem, kas sastopami ļoti mazās proporcijās.

Heterosfēru veido mazmolekulāras gāzes un tā atrodas virs 100 km augstumā. Pirmajam slānim ir molekulārais N ₂ , otrajam atoma O, trešajam hēlijam un pēdējam ir atomu ūdeņraža (H) sastāvs.

Vēsture

Atmosfēras gaisa izpēte sākās pirms tūkstošiem gadu. Brīdī, kad primitīvās civilizācijas atklāja uguni, tām sāka rasties priekšstats par gaisa esamību.

Senā Grieķija

Šajā periodā viņi sāka analizēt, kas ir gaiss un ko tas dara. Piemēram, Miletusas Anaksimādē (588. g.p.m.ē. - 524.g.pmē.) Uzskatīja, ka gaiss ir dzīvībai būtisks, jo dzīvās būtnes barojas ar šo elementu.

Savukārt Acragas Empedocles (495 BC - 435 BC) uzskatīja, ka dzīvībai ir četri pamatelementi: ūdens, zeme, uguns un gaiss.

Arī Aristotelis (384.g.pmē. –322.g.pmē.) Gaisu uzskatīja par vienu no būtiskiem elementiem dzīvām būtnēm.

Atmosfēras gaisa sastāva atklāšana

1773. gadā zviedru ķīmiķis Karls Šīele atklāja, ka gaiss sastāv no slāpekļa un skābekļa (savvaļas gaiss). Vēlāk, 1774. gadā, brits Džozefs Prieslijs noteica, ka gaisu veido elementu sajaukums un ka viens no tiem ir būtisks dzīvībai.

1776. gadā francūzis Antuāns Lavoisjērs sauca skābekli elementā, kuru viņš izolēja no dzīvsudraba oksīda termiskās sadalīšanās.

1804. gadā dabaszinātnieks Aleksandrs fon Humbolts un franču ķīmiķis Gajs-Lussaks analizēja gaisu, kas nāk no dažādām planētas vietām. Pētnieki noteica, ka atmosfēras gaisam ir nemainīgs sastāvs.

Tikai 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā tika atklātas citas gāzes, kas ietilpst atmosfēras gaisā. Starp tiem mums ir argons 1894. gadā, tad hēlijs 1895. gadā un citas gāzes (neons, argons un ksenons) 1898. gadā.

raksturojums

Zemes atmosfēra, fonā Mēness. Avots: NASA, izmantojot Wikimedia Commons

Atmosfēras gaisu sauc arī par atmosfēru, un tas ir gāzu maisījums, kas aptver planētu Zeme.

Izcelsme

Par Zemes atmosfēras izcelsmi ir maz zināms. Tiek uzskatīts, ka pēc atdalīšanās no saules planētu apņēma ļoti karstu gāzu aploksne.

Iespējams, ka šīs gāzes reducējās un nāca no Saules, kas galvenokārt sastāv no H ₂ . Citas gāzes, iespējams, bija CO ₂ un H ₂ O, ko izdala intensīvas vulkāniskās aktivitātes.

Tiek ierosināts, ka daļa no klāt esošajām gāzēm atdziest, kondensējas un rada okeānus. Pārējās gāzes veidoja atmosfēru, bet citas tika glabātas klintīs.

Uzbūve

Atmosfēru veido dažādi koncentriski slāņi, kurus atdala pārejas zonas. Šī slāņa augšējā robeža nav precīzi noteikta, un daži autori to novieto virs 10 000 km virs jūras līmeņa.

Smaguma spēka pievilcība un gāzu saspiešanas veids ietekmē to izplatību uz zemes virsmas. Tādējādi lielākā tās kopējās masas daļa (aptuveni 99%) atrodas pirmajos 40 km virs jūras līmeņa.

Atmosfēras slāņi. Avots: Šo SVG attēlu izveidoja Medium69.Cette image SVG un été créée par Medium69.Lūdzu, ieskaitiet to: William Crochot

Dažādiem atmosfēras gaisa līmeņiem vai slāņiem ir atšķirīgs ķīmiskais sastāvs un temperatūras variācijas. Saskaņā ar tā vertikālo izvietojumu, kas atrodas vistuvāk vai vistālāk no Zemes virsmas, ir zināmi šādi slāņi: troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, termosfēra un eksosfēra.

Saistībā ar atmosfēras gaisa ķīmisko sastāvu tiek definēti divi slāņi: homosfēra un heterosfēra.

Homosfēra

Tas atrodas pirmajos 80–100 km virs jūras līmeņa, un tā gāzu sastāvs gaisā ir viendabīgs. Tajā atrodas troposfēra, stratosfēra un mezosfēra.

Heterosfēra

Tas atrodas vairāk nekā 100 km attālumā, un to raksturo tas, ka gaisā esošo gāzu sastāvs ir mainīgs. Atbilst termosfērai. Gāzu sastāvs mainās dažādos augstumos.

Primitīvā atmosfēras gaisa sastāvs

Planetesimālais disks. Avots: Public Domain, commons.wikimedia.org

Pēc Zemes veidošanās, apmēram pirms 4500 miljoniem gadu, sāka uzkrāties gāzes, kas veidoja atmosfēras gaisu. Gāzes galvenokārt nāca no Zemes mantijas, kā arī no trieciena ar planetesimāliem (materiālu agregātiem, kas radīja planētas).

CO uzkrāšanās

Lielā vulkāniskā aktivitāte uz planētas sāka izdalīt atmosfērā dažādas gāzes, piemēram, N ₂ , CO ₂ un H ₂ O. Kopš karbonizācijas ( atmosfēras CO ₂ fiksācijas process formā) sāka uzkrāties oglekļa dioksīds. karbonāts) bija maz.

Faktori, kas šajā laikā ietekmēja CO ₂ fiksāciju, bija ļoti zemas intensitātes lietus un ļoti mazs kontinentālais apgabals.

Dzīves izcelsme un metāna uzkrāšanās (CH

Pirmās dzīvās būtnes, kas parādījās uz planētas , elpošanai veica CO ₂ un H ₂ . Šie agrīnie organismi bija anaerobi un metanogeniski (tie ražoja lielu daudzumu metāna).

Metāns uzkrājās atmosfēras gaisā, jo tā sadalīšanās notika ļoti lēni. Tas sadalās, veicot fotolīzi, un atmosfērā, kas gandrīz nesatur skābekli, šis process var ilgt līdz 10 000 gadu.

Saskaņā ar dažiem ģeoloģiskiem ierakstiem, pirms apmēram 3,5 miljardiem gadu atmosfērā bija samazinājies CO ₂ , kas ir saistīts ar faktu, ka gaiss, kas bagāts ar CH _4, pastiprināja lietus, dodot priekšroku gāzēšanai.

Liels oksidatīvs notikums (O uzkrāšanās

Tiek uzskatīts, ka apmēram pirms 2,4 miljardiem gadu O _{2 daudzums} uz planētas atmosfēras gaisā sasniedza ievērojamu līmeni. Šī elementa uzkrāšanās ir saistīta ar fotosintētisko organismu parādīšanos.

Fotosintēze ir process, kas gaismas klātbūtnē ļauj sintēt organiskas molekulas no citām neorganiskām. Tā rašanās laikā O ₂ izdalās kā blakusprodukts.

Zilaļģu (pirmo fotosintētisko organismu) radītais augstais fotosintēzes ātrums mainīja atmosfēras gaisa sastāvu. Lielais izdalīto O ₂ daudzums atmosfērā arvien vairāk oksidējas.

Šie augstie O ₂ līmeņi ietekmēja CH ₄ uzkrāšanos , jo tas paātrināja šī savienojuma fotolīzes procesu. Tā kā metāns atmosfērā dramatiski kritās, planētas temperatūra pazeminājās un notika apledojums.

Vēl viens svarīgs O ₂ uzkrāšanās efekts uz planētas bija ozona slāņa veidošanās. Atmosfēras O ₂ gaismas ietekmē disociējas un veido divas atomu skābekļa daļiņas.

Atomu skābeklis rekombinējas ar molekulāro O ₂ un veido O ₃ (ozonu). Ozona slānis veido aizsargājošu barjeru pret ultravioleto starojumu, ļaujot dzīvībai attīstīties uz zemes virsmas.

Atmosfēras slāpeklis un tā loma dzīvības izcelsmē

Slāpeklis ir būtiska dzīvo organismu sastāvdaļa, jo tas ir nepieciešams olbaltumvielu un nukleīnskābju veidošanai. Tomēr atmosfēras N ₂ vairums organismu nevar tieši izmantot.

Slāpekļa fiksācija var būt biotiska vai abiotiska. Tas sastāv no N kombinācijā ₂ ar O ₂ vai H ₂ , lai veidotu amonjaka, nitrātus vai nitrītus.

N ₂ saturs atmosfēras gaisā ir vairāk vai mazāk nemainīgs Zemes atmosfērā. CO ₂ uzkrāšanās periodā N ₂ fiksācija pamatā bija abiotiska slāpekļa oksīda veidošanās dēļ, ko veidoja H ₂ O un CO ₂ molekulu, kas bija O ₂ avots, fotoķīmiskās disociācijas rezultātā .

Samazinoties atmosfēras CO ₂ līmenim , dramatiski samazinājās slāpekļa oksīdu veidošanās ātrums. Tiek uzskatīts, ka šajā laikā radās pirmie N ₂ fiksācijas biotiskie ceļi .

Pašreizējais atmosfēras gaisa sastāvs

Atmosfēras gaisu veido gāzu un citu diezgan sarežģītu elementu maisījums. Tās sastāvu galvenokārt ietekmē augstums.

Homosfēra

Sausā atmosfēras gaisa ķīmiskais sastāvs jūras līmenī ir atzīts par diezgan nemainīgu. Slāpeklis un skābeklis veido apmēram 99% no homosfēras masas un tilpuma.

Atmosfēras slāpekļa (N ₂ ) īpatsvars ir 78%, bet skābekļa - 21% no gaisa. Nākamais visbagātākais elements atmosfēras gaisā ir argons (Ar), kas aizņem mazāk nekā 1% no kopējā tilpuma.

Atmosfēras gaisa sastāvdaļas. Avots: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified.

Ir arī citi elementi, kuriem ir liela nozīme, pat ja tie ir mazās proporcijās. Oglekļa dioksīds (CO ₂ ) ir proporcijā 0,035%, un ūdens tvaiki var mainīties no 1 līdz 4%, atkarībā no reģiona.

Ozons (O ₃ ) ir atrodams 0,003% proporcijā, bet tas ir būtisks šķērslis dzīvo būtņu aizsardzībai. Arī šajā pašā proporcijā mēs atrodam dažādas cēlgāzes, piemēram, neonu (Ne), kriptonu (Kr) un ksenonu (Xe).

Turklāt ļoti mazos daudzumos ir ūdeņradis (H ₂ ), slāpekļa oksīdi un metāns (CH ₄ ).

Vēl viens elements, kas ietilpst atmosfēras gaisa sastāvā, ir šķidrais ūdens, kas atrodas mākoņos. Tāpat mēs atrodam tādus cietus elementus kā sporas, ziedputekšņi, pelni, sāļi, mikroorganismi un mazi ledus kristāli.

Heterosfēra

Šajā līmenī augstums nosaka dominējošo gāzes veidu atmosfēras gaisā. Visas gāzes ir vieglas (ar mazu molekulmasu) un ir sadalītas četros dažādos slāņos.

Ir redzams, ka, palielinoties augstumam, bagātīgākajām gāzēm ir zemāka atomu masa.

Starp 100 un 200 km augstumu ir lielāks molekulārā slāpekļa (N ₂ ) pārpilnība . Šīs molekulas svars ir 28,013 g / mol.

Otro heterosfēras slāni veido O atoms un tas atrodas starp 200 un 1000 km virs jūras līmeņa. Atomu O masa ir 15 999, un tā ir mazāk smaga nekā N ₂ .

Vēlāk mēs atrodam hēlija slāni, kura augstums ir no 1000 līdz 3500 km. Hēlija atomu masa ir 4,00226.

Pēdējo heterosfēras slāni veido ūdeņraža atoms (H). Šī gāze ir visvieglākā periodiskajā tabulā ar atomu masu 1,007.

Atsauces

1. Katz M (2011) Materiāli un izejvielas, Air. Didaktiskās rokasgrāmatas 2. nodaļa. Izglītības ministrijas Nacionālais tehnoloģiskās izglītības institūts. Buenosairesa. Argentīna. 75 lpp
2. Mūki PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Atmosfēras sastāva izmaiņas - globālā un reģionālā gaisa kvalitāte. Atmospheric Enviroment 43: 5268-5350.
3. Pla-García J un C Menor-Salván (2017) Zemes planētas primitīvās atmosfēras ķīmiskais sastāvs. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R un Vega A (2015) klimatoloģija. Trešais izdevums. Džounss un Bārlets mācās. Ņujorka, ASV. 451 lpp.
5. Saha K (2011) Zemes atmosfēra, tās fizika un dinamika. Springer-Verlag. Berlīne, Vācija 367 lpp.