Stadia van atmosferische ontwikkeling. Chemische samenstelling van de atmosfeer van de aarde. Samenstelling van de atmosfeer van de aarde in procenten. Als gevolg van vervuiling verandert de transparantie van de atmosfeer, waardoor aërosolen, smog en zure regen ontstaan.

De primaire atmosfeer van de aarde bestond voornamelijk uit waterdamp, waterstof en ammoniak. Onder invloed van ultraviolette straling van de zon valt waterdamp uiteen in waterstof en zuurstof. Waterstof ontsnapte grotendeels naar de ruimte, zuurstof reageerde met ammoniak en stikstof en er ontstond water. Aan het begin van de geologische geschiedenis creëerde de aarde, dankzij de magnetosfeer, die haar isoleerde van de zonnewind, haar eigen secundaire koolstofdioxideatmosfeer. Koolstofdioxide kwam uit de diepte tijdens intense vulkaanuitbarstingen. Met het verschijnen van groene planten aan het einde van het Paleozoïcum begon zuurstof de atmosfeer binnen te dringen als gevolg van de ontbinding van kooldioxide tijdens fotosynthese, en de samenstelling van de atmosfeer kreeg zijn moderne vorm. De moderne atmosfeer is grotendeels een product van de levende materie van de biosfeer. Volledige vernieuwing van de zuurstof van de planeet door levende materie vindt plaats in 5200-5800 jaar. De volledige massa wordt in ongeveer tweeduizend jaar door levende organismen opgenomen, alle koolstofdioxide in 300-395 jaar.

Samenstelling van de primaire en moderne atmosfeer van de aarde

Ook aanwezig in de primaire atmosfeer waren methaan, ammoniak, waterstof, enz. Vrije zuurstof verscheen 1,8-2 miljard jaar geleden in de atmosfeer.

Oorsprong en evolutie van de atmosfeer (volgens V.A. Vronsky en G.V. Voitkovich)

Zelfs tijdens de eerste radioactieve verwarming van de jonge aarde kwamen vluchtige stoffen vrij naar het oppervlak, waardoor de primaire oceaan en de primaire atmosfeer ontstonden. Er kan worden aangenomen dat de primaire atmosfeer van onze planeet qua samenstelling dicht bij de samenstelling van meteoriet- en vulkanische gassen lag. Tot op zekere hoogte was de primaire atmosfeer (CO 2 -gehalte was 98%, argon - 0,19%, stikstof - 1,5%) vergelijkbaar met de atmosfeer van Venus, de planeet die qua omvang het dichtst bij onze planeet ligt.

De primaire atmosfeer van de aarde was reducerend van aard en bevatte vrijwel geen vrije zuurstof. Slechts een klein deel ervan ontstond in de bovenste lagen van de atmosfeer als gevolg van de dissociatie van koolstofdioxide en watermoleculen. Momenteel bestaat er een algemene consensus dat in een bepaald stadium van de ontwikkeling van de aarde de koolstofdioxideatmosfeer veranderde in een stikstof-zuurstofatmosfeer. De vraag blijft echter onduidelijk over het tijdstip en de aard van deze transitie: in welk tijdperk van de geschiedenis van de biosfeer vond het keerpunt plaats, of dit nu snel of geleidelijk was.

Momenteel zijn gegevens verkregen over de aanwezigheid van vrije zuurstof in het Precambrium. De aanwezigheid van sterk geoxideerde ijzerverbindingen in de rode banden van ijzererts uit het Precambrium duidt op de aanwezigheid van vrije zuurstof. De toename van de inhoud ervan gedurende de geschiedenis van de biosfeer werd bepaald door het construeren van geschikte modellen met verschillende mate van betrouwbaarheid (A.P. Vinogradov, G. Holland, J. Walker, M. Shidlovsky, enz.). Volgens A.P. Vinogradov veranderde de samenstelling van de atmosfeer voortdurend en werd gereguleerd door zowel de processen van ontgassing van de mantel als door fysisch-chemische factoren die plaatsvonden op het aardoppervlak, waaronder afkoeling en dienovereenkomstig een verlaging van de omgevingstemperatuur. De chemische evolutie van de atmosfeer en de hydrosfeer in het verleden was nauw met elkaar verbonden wat betreft de balans van hun stoffen.

De overvloed aan begraven organische koolstof wordt als basis genomen voor berekeningen van de vroegere samenstelling van de atmosfeer, aangezien deze het fotosynthesestadium in de cyclus die verband houdt met het vrijkomen van zuurstof is gepasseerd. Met de afnemende ontgassing van de mantel gedurende de geologische geschiedenis, benaderde de totale massa van sedimentair gesteente geleidelijk de moderne massa. Tegelijkertijd werd 4/5 van de koolstof begraven in carbonaatgesteenten en 1/5 voor rekening van organische koolstof uit sedimentaire lagen. Op basis van deze uitgangspunten berekende de Duitse geochemicus M. Shidlovsky de toename van het gehalte aan vrije zuurstof tijdens de geologische geschiedenis van de aarde. Er werd vastgesteld dat ongeveer 39% van alle zuurstof die vrijkwam tijdens de fotosynthese gebonden was in Fe 2 O 3, 56% geconcentreerd was in SO 4 2 sulfaten en 5% continu in vrije toestand in de atmosfeer van de aarde bleef.

In het vroege Precambrium werd bijna alle vrijgekomen zuurstof snel geabsorbeerd door de aardkorst tijdens oxidatie, evenals door vulkanische zwavelgassen van de primaire atmosfeer. Het is waarschijnlijk dat de vormingsprocessen van gestreepte ijzerhoudende kwartsieten (jaspelieten) in het vroege en midden-Precambrium hebben geleid tot de absorptie van een aanzienlijk deel van de vrije zuurstof uit de fotosynthese van de oude biosfeer. Ferro-ijzer in de Precambrische zeeën was de belangrijkste zuurstofabsorbeerder toen fotosynthetische mariene organismen vrije moleculaire zuurstof rechtstreeks aan het watermilieu leverden. Nadat de Precambrische oceanen waren gezuiverd van opgelost ijzer, begon vrije zuurstof zich op te hopen in de hydrosfeer en vervolgens in de atmosfeer.

Een nieuwe fase in de geschiedenis van de biosfeer werd gekenmerkt door het feit dat er 2000-1800 miljoen jaar geleden in de atmosfeer een toename was van de hoeveelheid vrije zuurstof. Daarom verplaatste de oxidatie van ijzer zich naar het oppervlak van oude continenten in het gebied van de verwerende korst, wat leidde tot de vorming van krachtige oude roodgekleurde lagen. De aanvoer van ferro-ijzer naar de oceaan is afgenomen en dienovereenkomstig is de opname van vrije zuurstof door het mariene milieu afgenomen. Een toenemende hoeveelheid vrije zuurstof begon de atmosfeer binnen te dringen, waar het constante gehalte zich vestigde. In het algehele evenwicht van zuurstof in de atmosfeer is de rol van biochemische processen van levende materie in de biosfeer toegenomen. Het moderne stadium in de geschiedenis van zuurstof in de atmosfeer van de aarde begon met het verschijnen van vegetatie op de continenten. Dit leidde tot een aanzienlijke toename van de inhoud ervan vergeleken met de oude atmosfeer van onze planeet.

Literatuur

1. Vronsky V.A. Grondbeginselen van paleogeografie / V.A. Vronsky, G.V. Voitkevitsj. - Rostov z/d: uitgeverij "Phoenix", 1997. - 576 p.
2. Zubaschenko E.M. Regionale fysische geografie. Climates of the Earth: educatieve en methodologische handleiding. Deel 1. / E.M. Zubaschenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. – Voronezj: VSPU, 2007. – 183 p.

STRUCTUUR VAN DE BIOSFEER

biosfeer- de geologische schil van de aarde, bevolkt door levende organismen, onder hun invloed en bezet door de producten van hun vitale activiteit; “film van het leven”; mondiaal ecosysteem van de aarde.

De voorwaarde " biosfeer"werd in de biologie geïntroduceerd door Jean-Baptiste Lamarck (Fig. 4.18) aan het begin van de 19e eeuw, en in de geologie werd het in 1875 voorgesteld door de Oostenrijkse geoloog Eduard Suess (Fig. 4.19).

Een holistische doctrine van de biosfeer werd gecreëerd door de Russische biogeochemicus en filosoof V.I. Vernadski. Voor de eerste keer kende hij levende organismen de rol toe van de belangrijkste transformatieve kracht op planeet Aarde, waarbij hij niet alleen rekening hield met hun activiteiten in het heden, maar ook in het verleden.

De biosfeer bevindt zich op het snijpunt van het bovenste deel van de lithosfeer en het onderste deel van de atmosfeer en beslaat de gehele hydrosfeer (Fig. 4.1).

Afb.4.1 Biosfeer

Grenzen van de biosfeer

• Bovengrens in de atmosfeer: 15 ÷ 20 km. Het wordt bepaald door de ozonlaag, die kortegolf-UV-straling blokkeert, die schadelijk is voor levende organismen.
• Ondergrens in de lithosfeer: 3,5 ÷ 7,5 km. Het wordt bepaald door de temperatuur van de overgang van water in stoom en de temperatuur van denaturatie van eiwitten, maar over het algemeen is de verspreiding van levende organismen beperkt tot een diepte van enkele meters.
• Ondergrens in de hydrosfeer: 10 ÷ 11 km. Het wordt bepaald door de bodem van de Wereldoceaan, inclusief bodemsedimenten.

De biosfeer bestaat uit de volgende soorten stoffen:

1. Levende materie- de hele reeks lichamen van levende organismen die de aarde bewonen, is fysisch en chemisch verenigd, ongeacht hun systematische verwantschap. De massa van levende materie is relatief klein en wordt geschat op 2,4-3,6 ton (droog gewicht) en is minder dan 10-6 maal de massa van andere aardschillen. Maar dit is “een van de krachtigste geochemische krachten op onze planeet”, aangezien levende materie niet alleen de biosfeer bewoont, maar ook het uiterlijk van de aarde transformeert. Levende materie is zeer ongelijk verdeeld binnen de biosfeer.
2. Voedingsstof- een stof die wordt aangemaakt en verwerkt door levende materie. Tijdens de organische evolutie gingen levende organismen via hun organen, weefsels, cellen en bloed duizend keer door de hele atmosfeer, het hele volume van de oceanen van de wereld en een enorme massa minerale stoffen. Deze geologische rol van levende materie kan men zich voorstellen aan de hand van afzettingen van steenkool, olie, carbonaatgesteenten, enz.
3. Inerte substantie- in de vorming waarvan het leven niet deelneemt; vast, vloeibaar en gasvormig.
4. Bio-inerte stof, dat gelijktijdig wordt gecreëerd door levende organismen en inerte processen, die dynamisch evenwichtssystemen van beide vertegenwoordigen. Dit zijn grond, slib, verwerende korst, enz. Organismen spelen daarin een leidende rol.
5. Stof die radioactief verval ondergaat.
6. Verspreide atomen, voortdurend ontstaan ​​uit allerlei aardse materie onder invloed van kosmische straling.
7. Stof van kosmische oorsprong.

Structuur van de aarde

Er bestaat vooral speculatieve informatie over de structuur, samenstelling en eigenschappen van de ‘vaste’ aarde, aangezien alleen het bovenste deel van de aardkorst toegankelijk is voor directe observatie. De meest betrouwbare daarvan zijn seismische methoden, gebaseerd op de studie van de paden en de voortplantingssnelheid van elastische trillingen (seismische golven) in de aarde. Met hun hulp was het mogelijk om de verdeling van de ‘vaste’ aarde in afzonderlijke sferen vast te stellen en een idee te krijgen van de interne structuur van de aarde. Het blijkt dat het algemeen aanvaarde idee van de diepe structuur van de wereld een aanname is, omdat het niet is ontstaan ​​op basis van directe feitelijke gegevens. In aardrijkskundeboeken worden de aardkorst, de mantel en de kern gerapporteerd als objecten uit het echte leven, zonder enige twijfel over hun mogelijke fictie. De term 'aardkorst' verscheen in het midden van de 19e eeuw, toen de hypothese van de vorming van de aarde uit een hete gasbal, momenteel de Kant-Laplace-hypothese genoemd, erkenning kreeg in de natuurwetenschappen. Er werd aangenomen dat de dikte van de aardkorst 16 kilometer bedroeg. Hieronder ziet u het oorspronkelijke gesmolten materiaal dat bewaard is gebleven tijdens de vorming van onze planeet.

In 1909 Op het Balkanschiereiland, nabij de stad Zagreb, vond een sterke aardbeving plaats. De Kroatische geofysicus Andrija Mohorovicic, die een seismogram bestudeerde dat ten tijde van deze gebeurtenis was opgenomen, merkte op dat op een diepte van ongeveer 30 km de golfsnelheid aanzienlijk toeneemt. Deze waarneming werd bevestigd door andere seismologen. Dit betekent dat er een bepaald gedeelte is dat de aardkorst van onderaf begrenst. Om het aan te duiden werd een speciale term geïntroduceerd: het Mohorovicic-oppervlak (of Moho-sectie) (Fig. 4.2).

Fig. 4.2 Mantel, asthenosfeer, Mohorovicisch oppervlak

De aarde is ingekapseld in een harde buitenschil, of lithosfeer, bestaande uit de korst en een stevige bovenlaag van de mantel. De lithosfeer is opgesplitst in enorme blokken of platen. Onder de druk van krachtige ondergrondse krachten zijn deze platen voortdurend in beweging (Fig. 4.3). Op sommige plaatsen leidt hun beweging tot het ontstaan ​​van bergketens, op andere plaatsen worden de randen van de platen in diepe depressies getrokken. Dit fenomeen wordt underthrust of subductie genoemd. Terwijl de platen verschuiven, verbinden ze zich of splitsen ze zich, en de zones van hun kruispunten worden grenzen genoemd. Het is op deze zwakste punten van de aardkorst dat vulkanen het vaakst ontstaan.

Afb. 4.3 Aardplaten

Onder de korst op een diepte van 30-50 tot 2900 km bevindt zich de aardmantel. Het bestaat voornamelijk uit gesteenten die rijk zijn aan magnesium en ijzer. De mantel beslaat tot 82% van het volume van de planeet en is verdeeld in bovenste en onderste. De eerste ligt onder het Moho-oppervlak tot een diepte van 670 km. Een snelle drukval in het bovenste deel van de mantel en hoge temperatuur leiden tot het smelten van de substantie. Op een diepte van 400 km onder continenten en 10-150 km onder oceanen, d.w.z. in de bovenste mantel werd een laag ontdekt waar seismische golven relatief langzaam voortbewegen. Deze laag werd de asthenosfeer genoemd (van het Griekse "asthenes" - zwak). Hier is het smeltaandeel 1-3%, meer plastic dan de rest van de mantel. De asthenosfeer fungeert als een ‘smeermiddel’ waarlangs stijve lithosferische platen bewegen. Vergeleken met de rotsen waaruit de aardkorst bestaat, onderscheiden de rotsen van de mantel zich door hun hoge dichtheid en is de voortplantingssnelheid van seismische golven daarin merkbaar hoger. In de “kelder” van de lagere mantel - op een diepte van 1000 km en tot aan het oppervlak van de kern - neemt de dichtheid geleidelijk toe. Waar de onderste mantel uit bestaat, blijft een mysterie.

Fig.4.4 Voorgestelde structuur van de aarde

Er wordt aangenomen dat het oppervlak van de kern bestaat uit een stof met de eigenschappen van een vloeistof. De kerngrens ligt op een diepte van 2900 km. Maar het binnengebied, vanaf een diepte van 5100 km, zou zich als een solide lichaam moeten gedragen. Dit moet te wijten zijn aan een zeer hoge bloeddruk. Zelfs aan de bovengrens van de kern bedraagt ​​de theoretisch berekende druk ongeveer 1,3 miljoen atm. en in het midden bereikt het 3 miljoen atm. De temperatuur kan hier boven de 10.000 o C uitkomen. Hoe geldig deze aannames zijn, valt echter alleen maar te raden (Fig. 4.4). De allereerste proef door het boren van de structuur van de aardkorst van het continentale type vanuit de granietlaag en daaronder de basaltlaag gaf verschillende resultaten. We hebben het over de resultaten van het boren van de Kola-superdiepe put (Fig. 4.5). Het werd gesticht in het noorden van het Kola-schiereiland voor puur wetenschappelijke doeleinden om de zogenaamd voorspelde basaltlaag op een diepte van 7 km bloot te leggen. Daar hebben rotsen een snelheid van longitudinale seismische golven van 7,0-7,5 km/s. Volgens deze gegevens wordt de basaltlaag overal geïdentificeerd. Deze locatie is gekozen omdat volgens geofysische gegevens de basaltlaag binnen de USSR zich hier het dichtst bij het oppervlak van de lithosfeer bevindt. Hierboven bevinden zich rotsen met longitudinale golfsnelheden van 6,0-6,5 km/s - een granietlaag.

Afb. 4.5 Superdiepe Kola-put

Het echte gedeelte geopend door de Kola-superdiepe put bleek compleet anders te zijn. Tot een diepte van 6842 m komen zandstenen en tufstenen met een basaltische samenstelling met lichamen van dolerieten (cryptokristallijne basaltsoorten) veel voor, en daaronder - gneis, graniet-gneis en minder vaak - amfibolieten. Het belangrijkste in de resultaten van het boren van de Kola-superdiepe put, de enige die dieper dan 12 km op aarde is geboord, is dat ze niet alleen het algemeen aanvaarde idee van de structuur van het bovenste deel van de lithosfeer weerlegden, maar dat het, voordat ze werden verkregen, over het algemeen onmogelijk was om over de materiële structuur van deze dieptebol te praten. Noch school- noch universiteitsboeken over aardrijkskunde en geologie rapporteren echter de resultaten van het boren van de superdiepe put van Kola, en de presentatie van het gedeelte Lithosfeer begint met wat er wordt gezegd over de kern, mantel en korst, die op de continenten is samengesteld uit een granieten rots. laag, en daaronder - een basaltlaag.

de atmosfeer van de aarde

Atmosfeer Aarde - de luchtschil van de aarde, voornamelijk bestaande uit gassen en verschillende onzuiverheden (stof, waterdruppels, ijskristallen, zeezouten, verbrandingsproducten), waarvan de hoeveelheid niet constant is. De atmosfeer tot een hoogte van 500 km bestaat uit de troposfeer, stratosfeer, mesosfeer, ionosfeer (thermosfeer), exosfeer (Fig. 4.6)

Fig. 4.6 De structuur van de atmosfeer tot een hoogte van 500 km

Troposfeer- de onderste, meest bestudeerde laag van de atmosfeer, 8-10 km hoog in de poolgebieden, tot 10-12 km op gematigde breedtegraden en 16-18 km op de evenaar. De troposfeer bevat ongeveer 80-90% van de totale massa van de atmosfeer en bijna alle waterdamp. Bij een stijging van elke 100 m daalt de temperatuur in de troposfeer met gemiddeld 0,65° en bereikt in het bovenste gedeelte 220 K (−53°C). Deze bovenste laag van de troposfeer wordt de tropopauze genoemd.

Stratosfeer- een laag van de atmosfeer gelegen op een hoogte van 11 tot 50 km. Gekenmerkt door een kleine temperatuurverandering in de laag van 11-25 km (onderste laag van de stratosfeer) en een temperatuurstijging in de laag van 25-40 km van −56,5 naar 0,8 ° C (bovenste laag van de stratosfeer of inversiegebied) . Nadat op een hoogte van ongeveer 40 km een ​​waarde van ongeveer 273 K (ongeveer 0°C) is bereikt, blijft de temperatuur constant tot een hoogte van ongeveer 55 km. Dit gebied met constante temperatuur wordt de stratopauze genoemd en vormt de grens tussen de stratosfeer en de mesosfeer. Het is in de stratosfeer dat de ozonlaag (“ozonlaag”) zich bevindt (op een hoogte van 15-20 tot 55-60 km), die de bovengrens van het leven in de biosfeer bepaalt. Een belangrijk onderdeel van de stratosfeer en mesosfeer is O 3, dat wordt gevormd als gevolg van fotochemische reacties die het meest intens zijn op een hoogte van ~ 30 km. De totale massa van O 3 zou bij normale druk een laag van 1,7-4,0 mm dik bedragen, maar dit is voldoende om levensvernietigende UV-straling van de zon te absorberen. De vernietiging van O 3 vindt plaats wanneer het interageert met vrije radicalen, NO en halogeenhoudende verbindingen (waaronder “freonen”). In de stratosfeer blijft het grootste deel van het kortegolfgedeelte van de ultraviolette straling (180-200 nm) behouden en wordt de energie van korte golven getransformeerd. Onder invloed van deze stralen veranderen magnetische velden, vallen moleculen uiteen, vindt ionisatie plaats en vindt er nieuwe vorming van gassen en andere chemische verbindingen plaats. Deze processen kunnen worden waargenomen in de vorm van noorderlicht, bliksem en andere gloed. In de stratosfeer en hogere lagen dissociëren gasmoleculen onder invloed van zonnestraling in atomen (boven 80 km dissociëren CO 2 en H 2, boven 150 km - O 2, boven 300 km - H 2). Op een hoogte van 100-400 km vindt in de ionosfeer ook ionisatie van gassen plaats; op een hoogte van 320 km is de concentratie van geladen deeltjes (O + 2, O − 2, N + 2) ~ 1/300 van de hoeveelheid; concentratie van neutrale deeltjes. In de bovenste lagen van de atmosfeer bevinden zich vrije radicalen - OH, HO 2, enz. Er is bijna geen waterdamp in de stratosfeer.

Mesosfeer begint op een hoogte van 50 km en strekt zich uit tot 80-90 km. De luchttemperatuur op een hoogte van 75-85 km daalt tot −88°C. De bovengrens van de mesosfeer is de mesopauze.

Thermosfeer(een andere naam is de ionosfeer) - de laag van de atmosfeer die de mesosfeer volgt - begint op een hoogte van 80-90 km en strekt zich uit tot 800 km. De luchttemperatuur in de thermosfeer stijgt snel en gestaag en bereikt enkele honderden en zelfs duizenden graden.

Exosfeer- verspreidingszone, het buitenste deel van de thermosfeer, gelegen boven 800 km. Het gas in de exosfeer is zeer ijl en van hieruit lekken de deeltjes de interplanetaire ruimte in

De concentraties van gassen waaruit de atmosfeer in de grondlaag bestaat, zijn vrijwel constant, met uitzondering van water (H 2 O) en koolstofdioxide (CO 2). De verandering in de chemische samenstelling van de atmosfeer, afhankelijk van de hoogte, wordt weergegeven in figuur 4.7.

De verandering in druk en temperatuur van de atmosferische laag tot een hoogte van 35 km is weergegeven in figuur 4.8.

Fig. 4.7 Verandering in de chemische samenstelling van de atmosfeer in het aantal gasatomen per 1 cm3 hoogte.

De samenstelling van de oppervlaktelaag van de atmosfeer wordt gegeven in Tabel 4.1:

Tabel 4.1

Naast de in de tabel aangegeven gassen bevat de atmosfeer SO 2, CH 4, NH 3, CO, koolwaterstoffen, HCl, HF, Hg-damp, I 2, evenals NO en vele andere gassen in kleine hoeveelheden.

Fig. 4.8 Verandering in druk en temperatuur van de atmosferische laag tot een hoogte van 35 km

De primaire atmosfeer van de aarde was vergelijkbaar met de atmosfeer van andere planeten. Zo bestaat 89% van de atmosfeer van Jupiter uit waterstof. Nog eens ongeveer 10% is helium, de resterende fracties van een procent worden ingenomen door methaan, ammoniak en ethaan. Er is ook "sneeuw" - zowel water als ammoniakijs.

De atmosfeer van Saturnus bestaat ook voornamelijk uit helium en waterstof (Fig. 4.9)

Afb. 4.9 Atmosfeer van Saturnus

Geschiedenis van de vorming van de atmosfeer van de aarde

1. Aanvankelijk bestond het uit lichte gassen (waterstof en helium) die uit de interplanetaire ruimte werden opgevangen. Dit is de zgn primaire sfeer.

2. Actieve vulkanische activiteit heeft geleid tot de verzadiging van de atmosfeer met andere gassen dan waterstof (koolwaterstoffen, ammoniak, waterdamp). Dit is hoe het werd gevormd secundaire atmosfeer.

3. De constante lekkage van waterstof in de interplanetaire ruimte, chemische reacties die plaatsvinden in de atmosfeer onder invloed van ultraviolette straling, bliksemontladingen en enkele andere factoren leidden tot de vorming tertiaire sfeer.

4. Met het verschijnen van levende organismen op aarde als gevolg van fotosynthese, vergezeld van het vrijkomen van zuurstof en de opname van koolstofdioxide, begon de samenstelling van de atmosfeer te veranderen en vormde geleidelijk de moderne quaternair atmosfeer (Fig. 4.10). Er zijn echter gegevens (analyse van de isotopensamenstelling van atmosferische zuurstof en die die vrijkomt tijdens fotosynthese) die de geologische oorsprong van atmosferische zuurstof aangeven. De vorming van zuurstof uit water wordt vergemakkelijkt door straling en fotochemische reacties. Hun bijdrage is echter onbeduidend. In de loop van verschillende tijdperken hebben de samenstelling van de atmosfeer en het zuurstofgehalte zeer belangrijke veranderingen ondergaan. Het is gecorreleerd met mondiale uitstervingen, ijstijden en andere mondiale processen. Het tot stand brengen van het evenwicht was blijkbaar het resultaat van het verschijnen van heterotrofe organismen op het land en in de oceaan en van vulkanische activiteit.

Fig. 4.10 De atmosfeer van de aarde in verschillende perioden

In tegenstelling tot de wijdverbreide misvatting is het zuurstof- en stikstofgehalte in de atmosfeer vrijwel onafhankelijk van dat van bossen. In principe kan een bos het CO 2 -gehalte in de atmosfeer niet significant beïnvloeden, omdat het geen koolstof ophoopt. Het overgrote deel van de koolstof wordt terug in de atmosfeer gebracht als gevolg van de oxidatie van gevallen bladeren en bomen. Een gezond bos is in balans met de atmosfeer en geeft precies zoveel terug als het nodig heeft voor het “ademhalingsproces”. Bovendien nemen tropische bossen vaker zuurstof op, terwijl de taiga “licht” zuurstof afgeeft. In de jaren negentig zijn experimenten uitgevoerd om een ​​gesloten ecologisch systeem (“Biosfeer 2”) te creëren, waarbij het niet mogelijk was een stabiel systeem met een uniforme luchtsamenstelling te creëren. De invloed van micro-organismen leidde tot een afname van het zuurstofgehalte met wel 15% en een toename van de hoeveelheid kooldioxide.

De afgelopen honderd jaar is het CO2-gehalte in de atmosfeer met 10% toegenomen, waarbij het grootste deel (360 miljard ton) afkomstig is van de verbranding van brandstoffen (Fig. 4.11). Als de groeisnelheid van de brandstofverbranding aanhoudt, dan

Fig. 4.11 Vooruitgang bij het verhogen van de kooldioxideconcentraties en de gemiddelde temperaturen in de afgelopen jaren.

de komende 50 tot 60 jaar zal de hoeveelheid CO 2 in de atmosfeer verdubbelen, wat zou kunnen leiden tot een mondiale klimaatverandering.

Het principe van het broeikaseffect wordt geïllustreerd in Figuur 4.12.

Rijst. 4.12 Principes van het broeikaseffect

De ozonlaag bevindt zich in de stratosfeer op een hoogte van 15 tot 35 km (Fig. 4.13):

Afb. 4.13 Structuur van de ozonlaag

De afgelopen jaren is de ozonconcentratie in de stratosfeer sterk gedaald, wat leidt tot een toename van de UV-achtergrond op aarde, vooral in de Antarctische regio (Fig. 4.14).

Figuur 4.14 Veranderingen in de ozonlaag boven Antarctica

Hydrosfeer

Hydrosfeer(Grieks Hydor-water+ Sphaira- bol) - het geheel van alle waterreserves van de aarde, de intermitterende waterschil van de aardbol, gelegen op het oppervlak en in de dikte van de aardkorst en die het geheel van oceanen, zeeën en waterlichamen vertegenwoordigt.

Driekwart van het aardoppervlak wordt ingenomen door oceanen, zeeën, reservoirs en gletsjers. De hoeveelheid water in de oceaan is niet constant en verandert in de loop van de tijd als gevolg van verschillende factoren. Niveauschommelingen kunnen oplopen tot wel 150 meter in verschillende perioden van het bestaan ​​van de aarde. Grondwater is de verbindende schakel van de gehele hydrosfeer. Er wordt alleen rekening gehouden met grondwater dat tot een diepte van 5 km voorkomt. Ze sluiten de geologische waterkringloop. Hun aantal wordt geschat op 10-5 duizend kubieke kilometer of ongeveer 7% van de gehele hydrosfeer.

IJs en sneeuw in hoeveelheid zijn een van de belangrijkste componenten van de hydrosfeer. De watermassa in gletsjers is 2,6 x 10,7 miljard ton.

Bodemwater speelt een grote rol in de biosfeer, omdat... Door het water vinden er in de bodem biochemische processen plaats die de bodemvruchtbaarheid garanderen. De massa grondwater wordt geschat op 8x10.3 miljard ton.

Rivieren hebben de minste hoeveelheid water in de biosfeer. De waterreserves in rivieren worden geschat op 1-2x10.3 miljard ton. Rivierwater is doorgaans zoet, de mineralisatie ervan is onstabiel en varieert met de seizoenen. Rivieren stromen langs tektonisch gevormde reliëfdepressies.

Atmosferisch water combineert de hydrosfeer en de atmosfeer. Atmosferisch vocht is altijd vers. De massa van atmosferisch water is 14x10.3 miljard ton. Het belang ervan voor de biosfeer is zeer groot. De gemiddelde tijd voor watercirculatie tussen de hydrosfeer en de atmosfeer is 9-10 dagen.

Een aanzienlijk deel van het water bevindt zich in de biosfeer in een gebonden toestand in levende organismen - 1,1 x 10,3 miljard ton. In een wateromgeving filteren planten voortdurend water door hun oppervlak. Op het land halen planten met hun wortels water uit de bodem en transpireren dit met hun bovengrondse delen. Om 1 gram biomassa te synthetiseren, moeten planten ongeveer 100 gram water verdampen (Plankton filtert in ongeveer 1 jaar al het oceaanwater door zichzelf).

De verhouding tussen zout en zoet water in de hydrosfeer is weergegeven in figuur 2. 4.15

Fig. 4.15 De verhouding tussen zout en zoet water in de hydrosfeer

Het grootste deel van het water is geconcentreerd in de oceaan, en veel minder in het continentale rivierennetwerk en grondwater. Er zijn ook grote watervoorraden in de atmosfeer, in de vorm van wolken en waterdamp. Ruim 96% van het volume van de hydrosfeer bestaat uit zeeën en oceanen, ongeveer 2% is grondwater, ongeveer 2% is ijs en sneeuw, en ongeveer 0,02% is landoppervlaktewater. Een deel van het water bevindt zich in vaste toestand in de vorm van gletsjers, sneeuwbedekking en permafrost, die de cryosfeer vertegenwoordigen. Oppervlaktewateren, die een relatief klein deel van de totale massa van de hydrosfeer beslaan, spelen niettemin een cruciale rol in het leven op onze planeet, omdat het de belangrijkste bron van watervoorziening, irrigatie en watervoorziening is. De wateren van de hydrosfeer staan ​​in voortdurende interactie met de atmosfeer, de aardkorst en de biosfeer. De interactie van deze wateren en de onderlinge overgangen van het ene type water naar het andere vormen een complexe watercyclus op aarde. Het leven op aarde ontstond voor het eerst in de hydrosfeer. Pas aan het begin van het Paleozoïcum begon de geleidelijke migratie van dieren en plantaardige organismen naar het land.

Een van de belangrijkste functies van de hydrosfeer is warmteopslag, wat leidt tot de mondiale watercyclus in de biosfeer. Het verwarmen van oppervlaktewater door de zon (Fig. 4.16) leidt tot de herverdeling van warmte over de hele planeet.

Fig. 4.16 Temperatuur van oppervlaktewater van de oceaan

Het leven in de hydrosfeer is uiterst ongelijk verdeeld. Een aanzienlijk deel van de hydrosfeer heeft een zwakke populatie organismen. Dit geldt vooral in de diepten van de oceaan, waar er weinig licht is en relatief lage temperaturen.

Belangrijkste oppervlaktestromen:

In het noordelijke deel van de Stille Oceaan: warm - Kuroshio, Noordelijke Stille Oceaan en Alaska; koud - Californisch en Kuril. In het zuidelijke deel: warm - Zuidpassaatwind en Oost-Australisch; koud - Westelijke Winden en Peruaans (Fig. 4.17). De stromingen van de Noord-Atlantische Oceaan zijn nauw gecoördineerd met de stromingen van de Noordelijke IJszee. In de centrale Atlantische Oceaan wordt het water verwarmd en door de Golfstroom naar het noorden verplaatst, waar het water afkoelt en naar de diepten van de Noordelijke IJszee zinkt.

Hij is onzichtbaar, en toch kunnen we niet zonder hem leven.

Ieder van ons begrijpt hoe noodzakelijk lucht is voor het leven. De uitdrukking "Het is zo noodzakelijk als lucht" kun je horen als je praat over iets heel belangrijks voor iemands leven. We weten al van kinds af aan dat leven en ademen praktisch hetzelfde zijn.

Weet jij hoe lang een mens zonder lucht kan leven?

Niet alle mensen weten hoeveel lucht ze inademen. Het blijkt dat iemand op een dag, met ongeveer 20.000 ademhalingen en uitademingen, 15 kg lucht door zijn longen laat gaan, terwijl hij slechts ongeveer 1,5 kg voedsel en 2-3 kg water opneemt. Tegelijkertijd is lucht iets dat we als vanzelfsprekend beschouwen, zoals de zonsopgang elke ochtend. Helaas voelen we het alleen als er niet genoeg van is, of als het vervuild is. We vergeten dat al het leven op aarde, dat zich in de loop van miljoenen jaren heeft ontwikkeld, zich heeft aangepast aan het leven in een atmosfeer met een bepaalde natuurlijke samenstelling.

Laten we eens kijken waaruit lucht bestaat.

En laten we concluderen: lucht is een mengsel van gassen. Zuurstof daarin is ongeveer 21% (ongeveer 1/5 van het volume), stikstof is goed voor ongeveer 78%. De overige benodigde componenten zijn inerte gassen (voornamelijk argon), kooldioxide en andere chemische verbindingen.

Het onderzoek naar de samenstelling van lucht begon in de 18e eeuw, toen scheikundigen leerden gassen te verzamelen en er experimenten mee uit te voeren. Als je geïnteresseerd bent in de geschiedenis van de wetenschap, bekijk dan een korte film gewijd aan de geschiedenis van de ontdekking van lucht.

De zuurstof in de lucht is nodig voor de ademhaling van levende organismen. Wat is de essentie van het ademhalingsproces? Zoals u weet, verbruikt het lichaam tijdens het ademen zuurstof uit de lucht. Luchtzuurstof is nodig voor talrijke chemische reacties die voortdurend plaatsvinden in alle cellen, weefsels en organen van levende organismen. Tijdens deze reacties, met de deelname van zuurstof, "verbranden" de stoffen die met voedsel zijn meegeleverd langzaam om koolstofdioxide te vormen. Tegelijkertijd komt de energie die erin zit vrij. Dankzij deze energie bestaat het lichaam en gebruikt het voor alle functies: de synthese van stoffen, spiercontractie, het functioneren van alle organen, enz.

In de natuur zijn er ook enkele micro-organismen die stikstof kunnen gebruiken in het levensproces. Vanwege de koolstofdioxide in de lucht vindt het fotosyntheseproces plaats en leeft de biosfeer van de aarde als geheel.

Zoals u weet wordt de luchtomhulling van de aarde de atmosfeer genoemd. De atmosfeer strekt zich ongeveer 1000 km van de aarde uit - het is een soort barrière tussen de aarde en de ruimte. Afhankelijk van de aard van temperatuurveranderingen in de atmosfeer zijn er verschillende lagen:

Atmosfeer- Dit is een soort barrière tussen de aarde en de ruimte. Het verzacht de effecten van kosmische straling en schept omstandigheden op aarde voor de ontwikkeling en het bestaan ​​van leven. Het is de atmosfeer van de eerste schil van de aarde die in contact komt met de zonnestralen en de harde ultraviolette straling van de zon absorbeert, wat een schadelijk effect heeft op alle levende organismen.

Een andere ‘verdienste’ van de atmosfeer houdt verband met het feit dat deze de onzichtbare thermische (infrarood) straling van de aarde vrijwel volledig absorbeert en het grootste deel ervan teruggeeft. Dat wil zeggen, de atmosfeer, transparant voor de zonnestralen, vertegenwoordigt tegelijkertijd een luchtdeken die de aarde niet laat afkoelen. Zo behoudt onze planeet een optimale temperatuur voor het leven van een verscheidenheid aan levende wezens.

De samenstelling van de moderne atmosfeer is uniek, de enige in ons planetenstelsel.

De primaire atmosfeer van de aarde bestond uit methaan, ammoniak en andere gassen. Samen met de ontwikkeling van de planeet veranderde de atmosfeer aanzienlijk. Levende organismen speelden een leidende rol bij de vorming van de samenstelling van de atmosferische lucht die ontstond en met hun deelname tot op de dag van vandaag in stand wordt gehouden. Je kunt meer in detail kijken naar de geschiedenis van de vorming van de atmosfeer op aarde.

Natuurlijke processen van zowel consumptie als vorming van atmosferische componenten houden elkaar ongeveer in evenwicht, dat wil zeggen dat ze zorgen voor een constante samenstelling van de gassen waaruit de atmosfeer bestaat.

Zonder menselijke economische activiteit krijgt de natuur te maken met verschijnselen als het binnendringen van vulkanische gassen in de atmosfeer, rook van natuurbranden en stof van natuurlijke stofstormen. Deze emissies verspreiden zich in de atmosfeer, bezinken of vallen als neerslag op het aardoppervlak. Micro-organismen uit de bodem worden voor hen opgevangen en uiteindelijk verwerkt tot kooldioxide-, zwavel- en stikstofverbindingen van de bodem, dat wil zeggen tot de ‘gewone’ componenten van lucht en bodem. Dit is de reden waarom atmosferische lucht gemiddeld een constante samenstelling heeft. Met de verschijning van de mens op aarde begon, eerst geleidelijk, daarna snel en nu bedreigend, het proces van het veranderen van de gassamenstelling van de lucht en het vernietigen van de natuurlijke stabiliteit van de atmosfeer.Ongeveer 10.000 jaar geleden leerden mensen vuur te gebruiken. Verbrandingsproducten van verschillende soorten brandstoffen zijn toegevoegd aan natuurlijke bronnen van vervuiling. In eerste instantie was dat hout en ander plantaardig materiaal.

Momenteel wordt het schadelijkst voor de atmosfeer veroorzaakt door kunstmatig geproduceerde brandstof: aardolieproducten (benzine, kerosine, dieselolie, stookolie) en synthetische brandstof. Bij verbranding vormen ze stikstof- en zwaveloxiden, koolmonoxide, zware metalen en andere giftige stoffen van niet-natuurlijke oorsprong (verontreinigende stoffen).

Gezien de enorme schaal waarop de technologie tegenwoordig wordt gebruikt, kun je je voorstellen hoeveel motoren van auto's, vliegtuigen, schepen en andere apparatuur er elke seconde worden gegenereerd. doodde de atmosfeer Aleksashina I.Yu., Kosmodamiansky A.V., Oreshchenko N.I. Natuurwetenschappen: leerboek voor het 6e leerjaar van instellingen voor algemeen onderwijs. – Sint-Petersburg: SpetsLit, 2001. – 239 p. .

Waarom worden trolleybussen en trams als milieuvriendelijke vervoerswijzen beschouwd in vergelijking met bussen?

Bijzonder gevaarlijk voor alle levende wezens zijn de stabiele aërosolsystemen die samen met zuur en veel ander gasvormig industrieel afval in de atmosfeer worden gevormd. Europa is een van de dichtstbevolkte en geïndustrialiseerde delen van de wereld. Een krachtig transportsysteem, grote industrie, een hoog verbruik van fossiele brandstoffen en minerale grondstoffen leiden tot een merkbare toename van de concentraties van verontreinigende stoffen in de lucht. In vrijwel alle grote steden van Europa is dat wel het geval smog Smog is een aerosol bestaande uit rook, mist en stof, een van de vormen van luchtvervuiling in grote steden en industriële centra. Zie voor meer details: http://ru.wikipedia.org/wiki/Smog en er worden regelmatig verhoogde niveaus van gevaarlijke verontreinigende stoffen zoals stikstof- en zwaveloxiden, koolmonoxide, benzeen, fenolen, fijn stof, enz. in de lucht geregistreerd.

Er bestaat geen twijfel dat er een direct verband bestaat tussen de toename van het gehalte aan schadelijke stoffen in de atmosfeer en de toename van allergische aandoeningen en aandoeningen van de luchtwegen, evenals van een aantal andere ziekten.

Er zijn serieuze maatregelen nodig in verband met de toename van het aantal auto's in steden en de geplande industriële ontwikkeling in een aantal Russische steden, die onvermijdelijk de hoeveelheid verontreinigende emissies in de atmosfeer zal vergroten.

Zie hoe de problemen op het gebied van luchtzuiverheid worden opgelost in de ‘groene hoofdstad van Europa’: Stockholm.

Een reeks maatregelen om de luchtkwaliteit te verbeteren moet noodzakelijkerwijs het verbeteren van de milieuprestaties van auto's omvatten; bouw van gaszuiveringssystemen bij industriële ondernemingen; het gebruik van aardgas, in plaats van steenkool, als brandstof in energiebedrijven. Nu is er in elk ontwikkeld land een dienst voor het monitoren van de toestand van de luchtzuiverheid in steden en industriële centra, wat de huidige slechte situatie enigszins heeft verbeterd. Zo is er in Sint-Petersburg een geautomatiseerd systeem voor het monitoren van de atmosferische lucht van Sint-Petersburg (ASM). Dankzij dit kunnen niet alleen overheidsinstanties en lokale overheden, maar ook stadsbewoners meer te weten komen over de toestand van de atmosferische lucht.

De gezondheid van inwoners van Sint-Petersburg - een metropool met een ontwikkeld netwerk van transportsnelwegen - wordt in de eerste plaats beïnvloed door de belangrijkste verontreinigende stoffen: koolmonoxide, stikstofoxide, stikstofdioxide, zwevende stoffen (stof), zwaveldioxide, die komen in de atmosferische lucht van de stad terecht door emissies van thermische energiecentrales, industrie en transport. Momenteel bedraagt ​​het aandeel van de uitstoot van motorvoertuigen 80% van de totale uitstoot van de belangrijkste verontreinigende stoffen. (Volgens schattingen van deskundigen heeft het gemotoriseerde vervoer in meer dan 150 Russische steden de overheersende invloed op de luchtverontreiniging).

Hoe gaat het in jouw stad? Wat kan en moet er volgens jou worden gedaan om de lucht in onze steden schoner te maken?

Er wordt informatie verstrekt over het niveau van luchtverontreiniging in de gebieden waar AFM-stations zich in Sint-Petersburg bevinden.

Het moet gezegd worden dat er in Sint-Petersburg een tendens was naar een afname van de uitstoot van verontreinigende stoffen in de atmosfeer, maar de redenen voor dit fenomeen houden vooral verband met een afname van het aantal operationele ondernemingen. Het is duidelijk dat dit vanuit economisch oogpunt niet de beste manier is om de vervuiling terug te dringen.

Laten we conclusies trekken.

De luchtschil van de aarde – de atmosfeer – is noodzakelijk voor het bestaan ​​van leven. De gassen waaruit de lucht bestaat, zijn betrokken bij belangrijke processen als ademhaling en fotosynthese. De atmosfeer reflecteert en absorbeert zonnestraling en beschermt zo levende organismen tegen schadelijke röntgenstraling en ultraviolette straling. Koolstofdioxide houdt de thermische straling van het aardoppervlak tegen. De atmosfeer van de aarde is uniek! Onze gezondheid en ons leven zijn ervan afhankelijk.

De mens verzamelt gedachteloos afval van zijn activiteiten in de atmosfeer, wat ernstige milieuproblemen veroorzaakt. We moeten ons niet alleen allemaal bewust zijn van onze verantwoordelijkheid voor de toestand van de atmosfeer, maar ook, zo goed als we kunnen, doen wat we kunnen om de zuiverheid van de lucht, de basis van ons leven, te behouden.

Encyclopedisch YouTube

1 / 5

✪ Ruimteschip Aarde (aflevering 14) - Sfeer

✪ Waarom werd de atmosfeer niet in het vacuüm van de ruimte getrokken?

✪ Binnenkomst van het Sojoez TMA-8 ruimtevaartuig in de atmosfeer van de aarde

✪ Sfeerstructuur, betekenis, studie

✪ OS Ugolnikov "Hogere atmosfeer. Ontmoeting van aarde en ruimte"

Ondertitels

Atmosferische grens

Onder de atmosfeer wordt verstaan ​​dat gebied rond de aarde waarin het gasvormige medium samen met de aarde als één geheel roteert. De atmosfeer gaat geleidelijk over in de interplanetaire ruimte, in de exosfeer, beginnend op een hoogte van 500-1000 km van het aardoppervlak.

Volgens de door de International Aviation Federation voorgestelde definitie wordt de grens van de atmosfeer en de ruimte getrokken langs de Karman-lijn, gelegen op een hoogte van ongeveer 100 km, waarboven luchtvaartvluchten volkomen onmogelijk worden. NASA gebruikt de 122 kilometer (400.000 ft) grens als atmosferische limiet, waar de shuttles overschakelen van aangedreven manoeuvreren naar aerodynamisch manoeuvreren.

Fysieke eigenschappen

Naast de in de tabel aangegeven gassen bevat de atmosfeer ook Cl 2 (\ Displaystyle (\ ce (Cl2))) , DUS 2 (\ Displaystyle (\ ce (SO2))) , NH 3 (\ Displaystyle (\ ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NEE 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), koolwaterstoffen, HCl (\ Displaystyle (\ ce (HCl))) , HF (\ Displaystyle (\ ce (HF))) , HBr (\ Displaystyle (\ ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), koppels Hg (\ Displaystyle (\ ce (Hg))) , ik 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\ Displaystyle (\ ce (Br2))), evenals vele andere gassen in kleine hoeveelheden. De troposfeer bevat voortdurend een grote hoeveelheid zwevende vaste en vloeibare deeltjes (aerosol). Het zeldzaamste gas in de atmosfeer van de aarde is Rn (\ Displaystyle (\ ce (Rn))) .

De structuur van de atmosfeer

Atmosferische grenslaag

De onderste laag van de troposfeer (1-2 km dik), waarin de toestand en eigenschappen van het aardoppervlak rechtstreeks de dynamiek van de atmosfeer beïnvloeden.

Troposfeer

De bovengrens ligt op een hoogte van 8-10 km in poolgebieden, 10-12 km in gematigde breedtegraden en 16-18 km in tropische breedtegraden; in de winter lager dan in de zomer.
De onderste hoofdlaag van de atmosfeer bevat meer dan 80% van de totale massa atmosferische lucht en ongeveer 90% van de totale waterdamp die in de atmosfeer aanwezig is. In de troposfeer zijn turbulentie en convectie sterk ontwikkeld, ontstaan ​​er wolken en ontwikkelen zich cyclonen en anticyclonen. De temperatuur neemt af met toenemende hoogte, met een gemiddelde verticale helling van 0,65°/100 meter.

Tropopauze

De overgangslaag van de troposfeer naar de stratosfeer, een laag van de atmosfeer waarin de temperatuurdaling met de hoogte stopt.

Stratosfeer

Een laag van de atmosfeer die zich op een hoogte van 11 tot 50 km bevindt. Gekenmerkt door een kleine temperatuurverandering in de laag van 11-25 km (onderste laag van de stratosfeer) en een toename in de laag van 25-40 km van min 56,5 naar plus 0,8 ° C (bovenste laag van de stratosfeer of inversiegebied). Nadat op een hoogte van ongeveer 40 km een ​​waarde van ongeveer 273 K (bijna 0 °C) is bereikt, blijft de temperatuur constant tot een hoogte van ongeveer 55 km. Dit gebied met constante temperatuur wordt de stratopauze genoemd en vormt de grens tussen de stratosfeer en de mesosfeer.

Stratopauze

De grenslaag van de atmosfeer tussen de stratosfeer en de mesosfeer. In de verticale temperatuurverdeling zit een maximum (circa 0 °C).

Mesosfeer

Thermosfeer

De bovengrens ligt op ongeveer 800 km. De temperatuur stijgt tot een hoogte van 200-300 km, waar hij waarden in de orde van 1500 K bereikt, waarna hij op grote hoogte vrijwel constant blijft. Onder invloed van zonnestraling en kosmische straling vindt ionisatie van de lucht ("aurora's") plaats - de belangrijkste gebieden van de ionosfeer liggen in de thermosfeer. Op hoogtes boven 300 km overheerst atomaire zuurstof. De bovengrens van de thermosfeer wordt grotendeels bepaald door de huidige activiteit van de zon. Tijdens perioden van lage activiteit - bijvoorbeeld in 2008-2009 - is er een merkbare afname van de omvang van deze laag.

Thermopauze

Het gebied van de atmosfeer dat grenst boven de thermosfeer. In dit gebied is de absorptie van zonnestraling verwaarloosbaar en verandert de temperatuur niet daadwerkelijk met de hoogte.

Exosfeer (verstrooiende bol)

Tot een hoogte van 100 km is de atmosfeer een homogeen, goed gemengd mengsel van gassen. In hogere lagen hangt de verdeling van gassen naar hoogte af van hun molecuulgewicht; de concentratie van zwaardere gassen neemt sneller af met de afstand tot het aardoppervlak. Door de afname van de gasdichtheid daalt de temperatuur van 0 °C in de stratosfeer naar min 110 °C in de mesosfeer. De kinetische energie van individuele deeltjes op een hoogte van 200-250 km komt echter overeen met een temperatuur van ~150 °C. Boven de 200 km worden aanzienlijke schommelingen in temperatuur en gasdichtheid in tijd en ruimte waargenomen.

Op een hoogte van ongeveer 2000-3500 km verandert de exosfeer geleidelijk in de zogenaamde nabij ruimtevacuüm, die gevuld is met zeldzame deeltjes interplanetair gas, voornamelijk waterstofatomen. Maar dit gas vertegenwoordigt slechts een deel van de interplanetaire materie. Het andere deel bestaat uit stofdeeltjes van komeet- en meteorische oorsprong. Naast uiterst ijle stofdeeltjes dringt elektromagnetische en corpusculaire straling van zonne- en galactische oorsprong deze ruimte binnen.

Beoordeling

De troposfeer vertegenwoordigt ongeveer 80% van de massa van de atmosfeer, de stratosfeer ongeveer 20%; de massa van de mesosfeer bedraagt ​​niet meer dan 0,3%, de thermosfeer minder dan 0,05% van de totale massa van de atmosfeer.

Op basis van elektrische eigenschappen in de atmosfeer maken ze onderscheid neutrosfeer En ionosfeer .

Afhankelijk van de samenstelling van het gas in de atmosfeer stoten ze uit homosfeer En heterosfeer. Heterosfeer- Dit is het gebied waar de zwaartekracht de scheiding van gassen beïnvloedt, omdat hun vermenging op een dergelijke hoogte verwaarloosbaar is. Dit impliceert een variabele samenstelling van de heterosfeer. Daaronder ligt een goed gemengd, homogeen deel van de atmosfeer, de homosfeer genoemd. De grens tussen deze lagen wordt de turbopauze genoemd en ligt op een hoogte van ongeveer 120 km.

Andere eigenschappen van de atmosfeer en effecten op het menselijk lichaam

Al op een hoogte van 5 km boven zeeniveau begint een ongetraind persoon zuurstofgebrek te ervaren en zonder aanpassing worden de prestaties van een persoon aanzienlijk verminderd. De fysiologische zone van de atmosfeer eindigt hier. Menselijke ademhaling wordt onmogelijk op een hoogte van 9 km, hoewel de atmosfeer tot ongeveer 115 km zuurstof bevat.

De atmosfeer voorziet ons van de zuurstof die nodig is om te ademen. Als gevolg van de daling van de totale druk van de atmosfeer neemt de partiële zuurstofdruk echter overeenkomstig af naarmate u hoger komt.

Geschiedenis van atmosferische vorming

Volgens de meest gangbare theorie heeft de atmosfeer van de aarde door de geschiedenis heen drie verschillende samenstellingen gehad. Aanvankelijk bestond het uit lichte gassen (waterstof en helium) die uit de interplanetaire ruimte werden opgevangen. Dit is de zgn primaire sfeer. In de volgende fase leidde actieve vulkanische activiteit tot de verzadiging van de atmosfeer met andere gassen dan waterstof (kooldioxide, ammoniak, waterdamp). Dit is hoe het werd gevormd secundaire atmosfeer. Deze sfeer werkte herstellend. Verder werd het proces van atmosfeervorming bepaald door de volgende factoren:

• lekkage van lichte gassen (waterstof en helium) in de interplanetaire ruimte;
• chemische reacties die plaatsvinden in de atmosfeer onder invloed van ultraviolette straling, bliksemontladingen en enkele andere factoren.

Geleidelijk leidden deze factoren tot de formatie tertiaire sfeer, gekenmerkt door een veel lager waterstofgehalte en een veel hoger gehalte aan stikstof en kooldioxide (gevormd als gevolg van chemische reacties van ammoniak en koolwaterstoffen).

Stikstof

De vorming van een grote hoeveelheid stikstof is het gevolg van de oxidatie van de ammoniak-waterstofatmosfeer door moleculaire zuurstof O 2 (\ Displaystyle (\ ce (O2))), die van het oppervlak van de planeet begon te komen als resultaat van fotosynthese, die 3 miljard jaar geleden begon. Ook stikstof N 2 (\ Displaystyle (\ ce (N2))) vrijkomen in de atmosfeer als gevolg van denitrificatie van nitraten en andere stikstofhoudende verbindingen. Stikstof wordt door ozon geoxideerd tot NEE (\displaystyle ((\ce (NO)))) in de bovenste lagen van de atmosfeer.

Stikstof N 2 (\ Displaystyle (\ ce (N2))) reageert alleen onder specifieke omstandigheden (bijvoorbeeld tijdens een bliksemontlading). De oxidatie van moleculaire stikstof door ozon tijdens elektrische ontladingen wordt in kleine hoeveelheden gebruikt bij de industriële productie van stikstofmeststoffen. Cyanobacteriën (blauwgroene algen) en knobbelbacteriën, die rhizobiale symbiose vormen met peulvruchten, wat effectieve groenbemesters kunnen zijn - planten die de bodem niet uitputten, maar verrijken met natuurlijke meststoffen, kunnen deze met een laag energieverbruik oxideren en omzetten in een biologisch actieve vorm.

Zuurstof

De samenstelling van de atmosfeer begon radicaal te veranderen met het verschijnen van levende organismen op aarde als gevolg van fotosynthese, vergezeld van het vrijkomen van zuurstof en de opname van koolstofdioxide. Aanvankelijk werd zuurstof besteed aan de oxidatie van gereduceerde verbindingen - ammoniak, koolwaterstoffen, ijzerhoudende vormen van ijzer in de oceanen en andere. Aan het einde van deze fase begon het zuurstofgehalte in de atmosfeer te stijgen. Geleidelijk vormde zich een moderne atmosfeer met oxiderende eigenschappen. Omdat dit ernstige en abrupte veranderingen veroorzaakte in veel processen die plaatsvinden in de atmosfeer, lithosfeer en biosfeer, werd deze gebeurtenis de zuurstofcatastrofe genoemd.

Edelgassen

Luchtvervuiling

Onlangs zijn mensen begonnen de evolutie van de atmosfeer te beïnvloeden. Het resultaat van menselijke activiteit is een constante toename van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer als gevolg van de verbranding van koolwaterstofbrandstoffen die zich in voorgaande geologische tijdperken hebben verzameld. Tijdens de fotosynthese worden enorme hoeveelheden geconsumeerd en geabsorbeerd door de oceanen van de wereld. Dit gas komt in de atmosfeer terecht als gevolg van de ontbinding van carbonaatgesteenten en organische stoffen van plantaardige en dierlijke oorsprong, maar ook als gevolg van vulkanisme en menselijke industriële activiteit. Inhoud van de afgelopen 100 jaar CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) in de atmosfeer steeg met 10%, waarbij het grootste deel (360 miljard ton) afkomstig was van de verbranding van brandstof. Als de groeisnelheid van de brandstofverbranding aanhoudt, zal de hoeveelheid in de komende 200-300 jaar toenemen CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) in de atmosfeer zal verdubbelen en kan leiden tot

De vorming van de atmosfeer van de aarde begon in de oudheid – tijdens het protoplanetaire stadium van de ontwikkeling van de aarde, tijdens de periode van actieve vulkaanuitbarstingen waarbij enorme hoeveelheden gassen vrijkwamen.* Later, toen oceanen en de biosfeer op aarde verschenen, ontstond de vorming van de atmosfeer bleef bestaan ​​als gevolg van de gasuitwisseling tussen water, planten, dieren en de ontbinding van hun producten*

Door de geologische geschiedenis heen heeft de atmosfeer van de aarde een aantal diepgaande transformaties ondergaan.

De primaire atmosfeer van de aarde. Herstellend.

Deel De primaire atmosfeer van de aarde in het protoplanetaire stadium van de ontwikkeling van de aarde (meer dan 4,2 miljard jaar geleden) bestond het voornamelijk uit methaan, ammoniak en koolstofdioxide. Vervolgens werd, als gevolg van de ontgassing van de aardmantel en voortdurende verweringsprocessen op het aardoppervlak, de samenstelling van de primaire atmosfeer van de aarde verrijkt met waterdamp, koolstof (CO 2 , CO) en zwavelverbindingen, evenals sterke halogeenzuren. (HCI, HF, HI) en boorzuur. De primaire atmosfeer was erg dun.

Secundaire atmosfeer van de aarde. Oxidatief.

Vervolgens begon de primaire atmosfeer te transformeren in een secundaire atmosfeer. Dit gebeurde als gevolg van dezelfde verweringsprocessen die plaatsvonden op het aardoppervlak, vulkanische en zonneactiviteit, maar ook als gevolg van de activiteit van cyanobacteriën en blauwgroene algen.

Het resultaat van de transformatie was de ontleding van methaan in waterstof en kooldioxide, en van ammoniak in stikstof en waterstof. Kooldioxide en stikstof begonnen zich op te hopen in de atmosfeer van de aarde.

Blauwgroene algen begonnen via fotosynthese zuurstof te produceren, die vrijwel geheel werd besteed aan de oxidatie van andere gassen en gesteenten. Als gevolg hiervan werd ammoniak geoxideerd tot moleculaire stikstof, methaan en koolmonoxide tot kooldioxide, zwavel en waterstofsulfide tot SO 2 en SO 3.

Zo veranderde de atmosfeer geleidelijk van reducerend naar oxiderend.

Vorming en evolutie van kooldioxide

Bronnen van kooldioxide in de vroege stadia van atmosferische vorming:

• Methaanoxidatie,
• Ontgassing van de aardmantel,
• Verwering van rotsen.

Het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer van de vroege aarde was zeer aanzienlijk. Het grootste deel ervan loste echter op in de wateren van de hydrosfeer, waar het deelnam aan de constructie van de schelpen van verschillende waterorganismen, en op biogene wijze in carbonaten veranderde.

Aan het begin van het Proterozoïcum en het Paleozoïcum (ca. 600 miljoen jaar geleden) nam het kooldioxidegehalte in de atmosfeer af en bedroeg slechts tienden van een procent van het totale volume aan gassen in de atmosfeer.

Kooldioxide bereikte zijn huidige niveau in de atmosfeer pas 10 tot 20 miljoen jaar geleden.

Vorming en evolutie van zuurstof

in de primaire en secundaire atmosfeer.

Zuurstof bronnen in de vroege stadia van atmosferische vorming :

• Ontgassing van de aardmantel - bijna alle zuurstof werd besteed aan oxidatieve processen.
• Fotodissociatie van water (ontleding in waterstof- en zuurstofmoleculen) in de atmosfeer onder invloed van ultraviolette straling - als resultaat verschenen vrije zuurstofmoleculen in de atmosfeer.
• Omzetting van koolstofdioxide in zuurstof door eukaryoten. Het verschijnen van vrije zuurstof in de atmosfeer leidde tot de dood van prokaryoten (aangepast aan het leven in reducerende omstandigheden) en de opkomst van eukaryoten (aangepast aan het leven in een oxiderende omgeving).

Veranderingen in de zuurstofconcentratie in de atmosfeer.

Archean - eerste helft van het Proterozoïcum – de zuurstofconcentratie is 0,01% van het moderne niveau (Yuri-punt). Bijna alle resulterende zuurstof werd besteed aan de oxidatie van ijzer en zwavel. Dit ging door totdat al het tweewaardige ijzer op het aardoppervlak was geoxideerd. Vanaf dat moment begon zich zuurstof in de atmosfeer op te hopen.

Tweede helft van het Proterozoïcum - einde van de vroege Vendian – de zuurstofconcentratie in de atmosfeer is 0,1% van het huidige niveau (Pasteurpunt).

Late Vendian - Silurische periode. Vrije zuurstof stimuleerde de ontwikkeling van het leven - het anaërobe fermentatieproces werd vervangen door energetisch veelbelovender en progressiever zuurstofmetabolisme. Vanaf dit punt vond de ophoping van zuurstof in de atmosfeer vrij snel plaats. De opkomst van planten uit de zee op het land (450 miljoen jaar geleden) leidde tot de stabilisatie van het zuurstofniveau in de atmosfeer.

Midden Krijt . De uiteindelijke stabilisatie van de zuurstofconcentratie in de atmosfeer wordt geassocieerd met het verschijnen van bloeiende planten (100 miljoen jaar geleden).

Vorming en evolutie van stikstof

in de primaire en secundaire atmosfeer.

Stikstof werd gevormd in de vroege stadia van de ontwikkeling van de aarde als gevolg van de ontbinding van ammoniak. De fixatie van atmosferische stikstof en de begraving ervan in mariene sedimenten begon met het verschijnen van organismen. Nadat levende organismen het land bereikten, begon stikstof te worden begraven in continentale sedimenten. Het proces van stikstoffixatie werd vooral geïntensiveerd met de komst van landplanten.

Zo bepaalde de samenstelling van de atmosfeer van de aarde de kenmerken van de levensactiviteit van organismen en droeg bij aan hun evolutie, ontwikkeling en vestiging op het aardoppervlak. Maar in de geschiedenis van de aarde zijn er soms verstoringen geweest in de verdeling van de gassamenstelling. De reden hiervoor waren verschillende catastrofes die meer dan eens plaatsvonden tijdens het Cryptozoïcum en Phanerozoïcum. Deze mislukkingen leidden tot massale uitsterving van de organische wereld.

De procentuele samenstelling van de oude en moderne atmosfeer is weergegeven in Tabel 1.

Tabel 1. Samenstelling van de primaire en moderne atmosfeer van de aarde.