Хімічний склад атмосфери землі. Склад атмосфери землі у відсотках

Будова і склад атмосфери Землі, потрібно сказати, не завжди були постійними величинами в той чи інший період розвитку нашої планети. Сьогодні вертикальне будова цього елементу, що має загальну «товщину» 1,5-2,0 тис. Км, представлено декількома основними шарами, в тому числі:

1. Тропосферою.
2. Тропопаузою.
3. Стратосферою.
4. Стратопаузой.
5. Мезосферою і мезопауза.
6. Термосферою.
7. Екзосфери.

Основні елементи атмосфери

Тропосфера являє собою шар, в якому спостерігаються сильні вертикальні і горизонтальні рухи, саме тут формується погода, осадові явища, кліматичні умови. Вона простягається на 7-8 кілометрів від поверхні планети майже повсюдно, за винятком полярних регіонів (там - до 15 км). У тропосфері спостерігається поступове зниження температури, приблизно на 6,4 ° С з кожним кілометром висоти. Цей показник може відрізнятися для різних широт і пір року.

Склад атмосфери Землі в цій частині представлений наступними елементами і їх процентними долями:

- азот - близько 78 відсотків;

- кисень - майже 21 відсоток;

- аргон - близько одного відсотка;

- вуглекислий газ - менш 0.05%.

Єдиний складу до висоти 90 кілометрів

Крім того, тут можна знайти пил, крапельки води, водяна пара, продукти горіння, кристалики льоду, морські солі, безліч аерозольних часток та ін. Такий склад атмосфери Землі спостерігається приблизно до дев'яноста кілометрів висоти, тому повітря приблизно однаковий за хімічним складом, не тільки в тропосфері, але й у вищерозташованих шарах. Але там атмосфера має принципово інші фізичні властивості. Шар же, який має загальний хімічний склад, називають гомосфери.

Які елементи ще входять до складу атмосфери Землі? У відсотках (за обсягом, в сухому повітрі) тут представлені такі гази як криптон (близько 1.14 х 10^-4), Ксенон (8.7 х 10^-7), Водень (5.0 х 10^-5), Метан (близько 1.7 х 10^-4), Закис азоту (5.0 х 10^-5) Та ін. У відсотках за масою з перерахованих компонентів найбільше закису азоту і водню, далі йде гелій, криптон та ін.

Фізичні властивості різних атмосферних шарів

Фізичні властивості тропосфери тісно пов'язані з її приляганням до поверхні планети. Звідси відбите сонячне тепло у формі інфрачервоних променів прямує назад вгору, включаючи процеси теплопровідності і конвекції. Саме тому з віддаленням від земної поверхні падає температура. Таке явище спостерігається до висоти стратосфери (11-17 кілометрів), потім температура стає практично незмінною до позначки 34-35 км, і далі йде знову зростання температур до висот в 50 кілометрів (верхня межа стратосфери). Між стратосферой і тропосферой є тонкий проміжний шар Тропопауза (до 1-2 км), де спостерігаються постійні температури над екватором - близько мінус 70 ° С і нижче. Над полюсами ж тропопауза «прогрівається» влітку до мінус 45 ° С, взимку температури тут коливаються біля позначки -65 ° С.

Газовий склад атмосфери Землі включає в себе такий важливий елемент, як озон. Його відносно небагато біля поверхні (десять в мінус шостого ступеня від відсотка), так як газ утворюється під впливом сонячних променів з атомарного кисню у верхніх частинах атмосфери. Зокрема, найбільше озону на висоті близько 25 км, а весь «озоновий екран» розташований в областях від 7-8 км в області полюсів, від 18 км на екваторі і до п'ятдесяти кілометрів на загальному над поверхнею планети.

Атмосфера захищає від сонячної радіації

Склад повітря атмосфери Землі відіграє дуже важливу роль у збереженні життя, так як окремі хімічні елементи та композиції вдало обмежують доступ сонячної радіації до земної поверхні і живуть на ній людям, тваринам, рослинам. Наприклад, молекули водяної пари ефективно поглинають майже всі діапазони інфрачервоного випромінювання, за винятком довжин в інтервалі від 8 до 13 мкм. Озон же поглинає ультрафіолет аж до довжини хвиль в 3100 А. Без його тонкого шару (складе всього в середньому 3 мм, якщо його розташувати на поверхні планети) заселені можуть бути тільки води на глибині більше 10 метрів і підземні печери, куди не доходить сонячна радіація .

Нуль за Цельсієм в стратопаузі

Між двома наступними рівнями атмосфери, стратосферой і мезосферою, існує примітний шар - стратопауза. Він приблизно відповідає висоті озонових максимумів і тут спостерігається відносно комфортна для людини температура - близько 0 ° С. Вище стратопаузой, в мезосфері (починається десь на висоті 50 км і закінчується на висоті 80-90 км), спостерігається знову ж падіння температур зі збільшенням відстані від поверхні Землі (до мінус 70-80 ° С). У мезосфері зазвичай повністю згоряють метеори.

У термосфере - плюс 2000 К!

Хімічний склад атмосфери Землі в термосфере (починається після мезопаузи з висот близько 85-90 до 800 км) визначає можливість такого явища, як поступовий нагрів шарів вельми розрідженого «повітря» під впливом сонячного випромінювання. У цій частині «повітряного покривала» планети зустрічаються температури від 200 до 2000 К, які виходять у зв'язку з іонізацією кисню (вище 300 км знаходиться атомарний кисень), а також рекомбинацией атомів кисню в молекули, що супроводжується виділенням великої кількості тепла. Термосфера - це місце виникнення полярних сяйв.

Вище термосфери знаходиться екзосфера - зовнішній шар атмосфери, з якого легені і швидко переміщаються атоми водню можуть йти в космічний простір. Хімічний склад атмосфери Землі тут представлений більше окремими атомами кисню в нижніх шарах, атомами гелію в середніх, і майже виключно атомами водню - у верхніх. Тут панують високі температури - близько 3000 К і відсутня атмосферний тиск.

Як утворилася земна атмосфера?

Але, як уже згадувалося вище, такий склад атмосфери планета мала не завжди. Всього існує три концепції походження цього елемента. Перша гіпотеза припускає, що атмосфера була взята в процесі акреції з протопланетної хмари. Однак сьогодні ця теорія зазнає суттєвої критиці, оскільки така первинна атмосфера повинна була бути зруйнована сонячним «вітром» від світила в нашої планетної системи. Крім того, передбачається, що летючі елементи не могли втриматися в зоні утворення планет за типом земної групи через занадто високих температур.

Склад первинної атмосфери Землі, як припускає друга гіпотеза, міг бути сформований за рахунок активної бомбардування поверхні астероїдами і кометами, які прибули з околиць Сонячної системи на ранніх етапах розвитку. Підтвердити або спростувати цю концепцію досить складно.

Експеримент в ІДГ РАН

Самої правдоподібною є третя гіпотеза, яка вважає, що атмосфера з'явилася в результаті виділення газів з мантії земної кори приблизно 4 млрд. Років тому. Цю концепцію вдалося перевірити в ІДГ РАН в ході експерименту під назвою «Царьов 2», коли у вакуумі був розігрітий зразок речовини метеорного походження. Тоді було зафіксовано виділення таких газів як Н₂, СН₄, СО, Н₂О, N₂ та ін. Тому вчені справедливо припустили, що хімічний склад первинної атмосфери Землі включав в себе водяний і вуглекислий газ, пари фтороводорода (HF), чадного газу (CO), сірководню (H₂S), сполук азоту, водень, метан (СН₄), Пари аміаку (NH₃), Аргон та ін. Водний пар з первинної атмосфери брав участь в утворенні гідросфери, вуглекислий газ виявився в більшій мірі у зв'язаному стані в органічних речовинах і гірських породах, азот перейшов до складу сучасного повітря, а також знову в осадові породи і органічні речовини.

Склад первинної атмосфери Землі не дозволив би сучасним людям перебувати в ній без дихальних апаратів, так як кисню в необхідних кількостях тоді не було. Цей елемент в значних обсягах з'явився півтора мільярда років тому, як вважають, у зв'язку з розвитком процесу фотосинтезу у синьо-зелених та інших водоростей, які є найдавнішими мешканцями нашої планети.

Мінімум кисню

На те, що склад атмосфери Землі спочатку був майже бескислородним, вказує те, що в найдавніших (катархейскіх) породах знаходять легкоокислюваних, але не окислений графіт (вуглець). Згодом з'явилися так звані полосчаті залізні руди, які включали в себе прошарку збагачених оксидів заліза, що означає появу на планеті потужного джерела кисню в молекулярній формі. Але ці елементи траплялися тільки періодично (можливо, ті ж водорості або інші продуценти кисню з'явилися невеликими острівцями в безкисневому пустелі), в той час як інший світ був анаеробним. На користь останнього говорить те, що легко окислюється пірит знаходили у вигляді гальки, обробленої плином без слідів хімічних реакцій. Так як текучі води не можуть бути погано аерувати, виробилася точка зору, що атмосфера до початку кембрію містила менше одного відсотка кисню від сьогоднішнього складу.

Революційна зміна складу повітря

Приблизно в середині протерозою (1,8 млрд. Років тому) відбулася «киснева революція», коли світ перейшов до аеробного подиху, в ході якого з однієї молекули поживної речовини (глюкоза) можна отримувати 38, а не дві (як при анаеробному диханні) одиниці енергії. Склад атмосфери Землі, в частині кисню, став перевищувати один відсоток від сучасного, став виникати озоновий шар, що захищає організми від радіації. Саме від неї «ховалися» під товстими панцирами, наприклад, такі древні тварини, як трилобіти. З тих пір і до нашого часу зміст основного «дихального» елемента поступово і повільно зростала, забезпечуючи різноманіття розвитку форм життя на планеті.

Статті за темою "Хімічний склад атмосфери землі. Склад атмосфери землі у відсотках"

Будова землі і його особливості

Що таке магнітне поле землі?

Яке воно - нормальне тиск повітря?

Планета плутон. Як виглядає плутон? Чому плутон позбавили статусу планети?