التركيب الكيميائي للهواء الجوي. تكوين وهيكل الغلاف الجوي

الهواء هو شرط أساسي لحياة الغالبية العظمى من الكائنات الحية على كوكبنا.

يستطيع الإنسان أن يعيش لمدة شهر بدون طعام. بدون ماء - ثلاثة أيام. بدون هواء - بضع دقائق فقط.

تاريخ الدراسة

لا يعلم الجميع أن المكون الرئيسي لحياتنا هو مادة غير متجانسة للغاية. الهواء عبارة عن خليط من الغازات. اي واحدة؟

لفترة طويلة كان يعتقد أن الهواء مادة واحدة وليس خليطا من الغازات. ظهرت فرضية عدم التجانس في الأعمال العلمية للعديد من العلماء في أوقات مختلفة. لكن لم يتجاوز أحد التخمينات النظرية. فقط في القرن الثامن عشر، أثبت الكيميائي الاسكتلندي جوزيف بلاك تجريبيًا أن تركيب الغاز في الهواء غير متجانس. تم الاكتشاف خلال التجارب اللاحقة.

لقد أثبت العلماء المعاصرون أن الهواء عبارة عن خليط من الغازات يتكون من عشرة عناصر رئيسية.

يختلف التكوين حسب مكان التركيز. يتم تحديد تكوين الهواء باستمرار. صحة الناس تعتمد على هذا. الهواء خليط من ما الغازات؟

على الارتفاعات العالية (خاصة في الجبال) يكون محتوى الأكسجين منخفضًا. ويسمى هذا التركيز "الهواء المتخلخل". في الغابات، على العكس من ذلك، يكون محتوى الأكسجين هو الحد الأقصى. في المدن الكبرى، يتم زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون. يعد تحديد تركيبة الهواء أحد أهم مسؤوليات الخدمات البيئية.

أين يمكن استخدام الهواء؟

• يتم استخدام الكتلة المضغوطة عند ضخ الهواء تحت الضغط. يتم تركيب ما يصل إلى عشرة بار في أي محطة خدمة الإطارات. يتم نفخ الإطارات بالهواء.
• يستخدم العمال آلات ثقب الصخور والمسدسات الهوائية لإزالة/تركيب الصواميل والمسامير بسرعة. تتميز هذه المعدات بالوزن المنخفض والكفاءة العالية.
• وفي الصناعات التي تستخدم الورنيش والدهانات، يتم استخدامه لتسريع عملية التجفيف.
• في مغاسل السيارات، تساعد كتلة الهواء المضغوط على تجفيف السيارات بسرعة؛
• تستخدم شركات التصنيع الهواء المضغوط لتنظيف الأدوات من جميع أنواع الملوثات. وبهذه الطريقة، يمكن تنظيف الهناجر بأكملها من النشارة ونشارة الخشب.
• لم يعد بإمكان صناعة البتروكيماويات أن تتخيل نفسها بدون معدات لتطهير خطوط الأنابيب قبل بدء التشغيل الأول.
• في إنتاج الأكاسيد والأحماض.
• زيادة درجة حرارة العمليات التكنولوجية.
• يتم استخراجها من الهواء.

لماذا تحتاج الكائنات الحية للهواء؟

المهمة الرئيسية للهواء، أو بالأحرى، أحد المكونات الرئيسية - الأكسجين - هو اختراق الخلايا، ونتيجة لذلك يعزز عمليات الأكسدة. وبفضل هذا يتلقى الجسم الطاقة الضرورية للحياة.

يدخل الهواء إلى الجسم عبر الرئتين، وبعد ذلك يتم توزيعه في جميع أنحاء الجسم باستخدام الدورة الدموية.

الهواء خليط من ما الغازات؟ دعونا نلقي نظرة فاحصة عليهم.

نتروجين

الهواء عبارة عن خليط من الغازات، أولها النيتروجين. العنصر السابع من الجدول الدوري لديمتري مندليف. ويعتبر مكتشفها هو الكيميائي الاسكتلندي دانييل رذرفورد عام 1772.

وهو جزء من البروتينات والأحماض النووية في جسم الإنسان. وعلى الرغم من أن حصته في الخلايا صغيرة - لا تزيد عن ثلاثة بالمائة، إلا أن الغاز ضروري للحياة الطبيعية.

محتواه في الهواء أكثر من ثمانية وسبعين بالمائة.

في الظروف العادية يكون عديم اللون والرائحة. لا يتحد مع العناصر الكيميائية الأخرى.

يتم استخدام أكبر كمية من النيتروجين في الصناعة الكيميائية، وخاصة في صناعة الأسمدة.

يستخدم النيتروجين في الصناعة الطبية، وفي إنتاج الأصباغ،

في التجميل، يتم علاج حب الشباب والندبات والثآليل ونظام التنظيم الحراري في الجسم بالغاز.

باستخدام النيتروجين، يتم تصنيع الأمونيا ويتم إنتاج حمض النيتريك.

في الصناعة الكيميائية، يستخدم الأكسجين لأكسدة الهيدروكربونات في الكحول والأحماض والألدهيدات وإنتاج حمض النيتريك.

صناعة صيد الأسماك - تشبع المسطحات المائية بالأكسجين.

لكن الغاز هو الأهم بالنسبة للكائنات الحية. وبمساعدة الأكسجين يستطيع الجسم الاستفادة من (أكسدة) البروتينات والدهون والكربوهيدرات الضرورية وتحويلها إلى الطاقة اللازمة.

الأرجون

الغاز الموجود في الهواء يحتل المرتبة الثالثة من حيث الأهمية - الأرجون. المحتوى لا يتجاوز واحد في المئة. وهو غاز خامل ليس له لون ولا طعم ولا رائحة. العنصر الثامن عشر من الجدول الدوري.

يُنسب أول ذكر إلى كيميائي إنجليزي عام 1785. وحصل اللورد لاري وويليام رامزي على جوائز نوبل لإثبات وجود الغاز وإجراء التجارب عليه.

مجالات تطبيق الأرجون:

• المصابيح المتوهجة؛
• ملء الفراغ بين الألواح الزجاجية في النوافذ البلاستيكية؛
• بيئة وقائية أثناء اللحام.
• عامل إطفاء الحرائق؛
• لتنقية الهواء.
• التوليف الكيميائي.

لا يجلب أي فائدة خاصة لجسم الإنسان. عند تركيزات عالية من الغاز يؤدي إلى الاختناق.

اسطوانات الأرجون باللون الرمادي أو الأسود.

وتشكل العناصر السبعة المتبقية 0.03% في الهواء.

ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء عديم اللون والرائحة.

تتشكل نتيجة تعفن أو احتراق المواد العضوية التي تنطلق أثناء التنفس وتشغيل السيارات والمركبات الأخرى.

وفي جسم الإنسان يتشكل في الأنسجة نتيجة العمليات الحيوية وينتقل عبر الجهاز الوريدي إلى الرئتين.

لها معنى إيجابي، لأنه تحت الحمل، فإنه يوسع الشعيرات الدموية، مما يسمح بنقل أكبر للمواد. تأثير إيجابي على عضلة القلب. يساعد على زيادة وتيرة وقوة الحمل. يستخدم في تصحيح نقص الأكسجة. يشارك في تنظيم عملية التنفس.

في الصناعة، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون من منتجات الاحتراق، كمنتج ثانوي للعمليات الكيميائية أو أثناء فصل الهواء.

التطبيق واسع للغاية:

• مادة حافظة في صناعة المواد الغذائية.
• تشبع المشروبات
• طفايات الحريق وأنظمة إطفاء الحرائق؛
• تغذية نباتات الزينة؛
• بيئة وقائية أثناء اللحام.
• استخدامها في عبوات أسلحة الغاز.
• المبردات

نيون

الهواء عبارة عن خليط من الغازات، وخامسها النيون. تم افتتاحه في وقت لاحق - في عام 1898. تمت ترجمة الاسم من اليونانية على أنه "جديد".

غاز أحادي الذرة عديم اللون والرائحة.

لديه الموصلية الكهربائية العالية. لديه قذيفة إلكترونية كاملة. خامل.

يتم الحصول على الغاز عن طريق فصل الهواء.

طلب:

• بيئة خاملة في الصناعة؛
• المبردات في المنشآت المبردة.
• حشو لمصابيح تفريغ الغاز. وجدت استخدامًا واسع النطاق بفضل الإعلانات. معظم اللافتات الملونة مصنوعة باستخدام النيون. عند مرور تفريغ كهربائي، تنتج المصابيح توهجًا ملونًا ساطعًا.
• أضواء الإشارة في المنارات والمطارات. أنها تؤدي بشكل جيد في الضباب الكثيف.
• عنصر خليط الهواء للأشخاص عند العمل بالضغط العالي.

هيليوم

الهيليوم هو غاز أحادي الذرة عديم اللون والرائحة.

طلب:

• مثل النيون، عندما يمر عبر تفريغ كهربائي فإنه ينتج ضوءًا ساطعًا.
• في الصناعة - لإزالة الشوائب من الفولاذ أثناء الصهر؛
• المبرد.
• تعبئة المناطيد والبالونات؛
• جزئيا في مخاليط التنفس أثناء الغوص العميق.
• المبرد في المفاعلات النووية.
• الفرح الرئيسي للأطفال هو طيران البالونات.

أنها ليست ذات فائدة خاصة للكائنات الحية. في تركيزات عالية يمكن أن يسبب التسمم.

الميثان

الهواء عبارة عن خليط من الغازات، سابعها هو الميثان. الغاز عديم اللون وعديم الرائحة. في تركيزات عالية هو متفجر. لذلك تضاف إليها الروائح للإشارة.

وغالبا ما يستخدم كوقود والمواد الخام في التخليق العضوي.

تعمل الأفران المنزلية والغلايات والسخانات بشكل أساسي على غاز الميثان.

نتاج النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة.

كريبتون

الكريبتون هو غاز أحادي الذرة خامل بدون لون أو رائحة.

طلب:

• في إنتاج الليزر.
• مؤكسد وقود الصواريخ.
• ملء المصابيح المتوهجة.

لم تتم دراسة التأثير على جسم الإنسان إلا قليلاً. تتم دراسة التطبيق في الغوص في أعماق البحار.

هيدروجين

الهيدروجين هو غاز عديم اللون قابل للاشتعال.

طلب:

• الصناعة الكيميائية - إنتاج الأمونيا والصابون والبلاستيك.
• تعبئة القذائف الكروية في الأرصاد الجوية.
• وقود الصواريخ.
• تبريد المولدات الكهربائية.

زينون

الزينون هو غاز عديم اللون أحادي الذرة.

طلب:

• ملء المصابيح المتوهجة.
• في محركات المركبات الفضائية.
• كمخدر.

أنها غير ضارة لجسم الإنسان. ليست مفيدة بشكل خاص.

إزالة ومعالجة والتخلص من النفايات من فئات الخطر من 1 إلى 5

نحن نعمل مع جميع مناطق روسيا. ترخيص ساري المفعول. مجموعة كاملة من الوثائق الختامية. النهج الفردي للعميل وسياسة التسعير المرنة.

باستخدام هذا النموذج، يمكنك تقديم طلب للحصول على خدمات، أو طلب عرض تجاري، أو الحصول على استشارة مجانية من المتخصصين لدينا.

يرسل

الغلاف الجوي هو البيئة الجوية التي تحيط بالكرة الأرضية وهو من أهم أسباب نشوء الحياة على الأرض. لقد كان الهواء الجوي، وتكوينه الفريد، هو الذي أعطى الكائنات الحية الفرصة لأكسدة المواد العضوية بالأكسجين والحصول على الطاقة اللازمة للوجود. بدونها، سيكون الوجود البشري مستحيلا، وكذلك جميع ممثلي مملكة الحيوان ومعظم النباتات والفطريات والبكتيريا.

معنى بالنسبة للبشر

البيئة الجوية ليست مجرد مصدر للأكسجين. فهو يسمح للشخص برؤية الإشارات المكانية وإدراكها واستخدام الحواس.السمع والرؤية والشم - كلها تعتمد على حالة الهواء.

النقطة الثانية المهمة هي الحماية من الإشعاع الشمسي. يغلف الغلاف الجوي الكوكب بقشرة تحجب جزءًا من طيف الأشعة الشمسية. ونتيجة لذلك، يصل حوالي 30% من الإشعاع الشمسي إلى الأرض.

البيئة الجوية عبارة عن قشرة يتشكل فيها هطول الأمطار ويرتفع التبخر. هي المسؤولة عن نصف دورة تبادل الرطوبة. يؤثر هطول الأمطار المتكون في الغلاف الجوي على عمل المحيط العالمي، ويساهم في تراكم الرطوبة في القارات، ويحدد تدمير الصخور المكشوفة. تشارك في تكوين المناخ. يعد تداول الكتل الهوائية العامل الأكثر أهمية في تكوين مناطق مناخية ومناطق طبيعية محددة. تحدد الرياح الناشئة فوق الأرض درجة الحرارة والرطوبة ومستويات هطول الأمطار والضغط واستقرار الطقس في المنطقة.

حاليا، يتم استخراج المواد الكيميائية من الهواء: الأكسجين والهيليوم والأرجون والنيتروجين. لا تزال هذه التكنولوجيا في مرحلة الاختبار، ولكن في المستقبل يمكن اعتبار هذا اتجاهًا واعدًا للصناعة الكيميائية.

ما سبق هو أشياء واضحة. لكن البيئة الجوية مهمة أيضًا للصناعة والنشاط الاقتصادي البشري:

• وهو العامل الكيميائي الأكثر أهمية في تفاعلات الاحتراق والأكسدة.
• ينقل الحرارة.

وبالتالي فإن الهواء الجوي هو بيئة هوائية فريدة تسمح بوجود الكائنات الحية وتسمح للإنسان بتطوير الصناعة. هناك تفاعل وثيق بين جسم الإنسان والبيئة الجوية. إذا قمت بانتهاكها، فإن العواقب الوخيمة لن تجعلك تنتظر.

الخصائص الصحية للهواء

التلوث هو عملية إدخال الشوائب إلى الهواء الجوي والتي لا ينبغي أن تكون موجودة عادة. يمكن أن يكون التلوث طبيعيًا أو اصطناعيًا. يتم تحييد الشوائب التي تأتي من مصادر طبيعية في الدورة الكوكبية للمادة. مع التلوث الاصطناعي الوضع أكثر تعقيدا.

يشمل التلوث الطبيعي ما يلي:

• الغبار الكوني.
• الشوائب التي تتشكل أثناء الانفجارات البركانية والتجوية والحرائق.

التلوث الاصطناعي هو من صنع الإنسان في الطبيعة. هناك التلوث العالمي والمحلي. العالمية هي جميع الانبعاثات التي يمكن أن تؤثر على تكوين أو هيكل الغلاف الجوي. المحلي هو تغيير في المؤشرات في منطقة معينة أو في غرفة تستخدم للعيش أو العمل أو المناسبات العامة.

تعد نظافة الهواء المحيط قسمًا مهمًا للنظافة يتعامل مع تقييم ومراقبة معايير الهواء الداخلي. ظهر هذا القسم فيما يتعلق بالحاجة إلى الحماية الصحية. من الصعب المبالغة في تقدير الأهمية الصحية للهواء الجوي - إلى جانب التنفس، تدخل جميع الشوائب والجزيئات الموجودة في الهواء إلى جسم الإنسان.

يشمل التقييم الصحي المؤشرات التالية:

1. الخصائص الفيزيائية للهواء الجوي. يتضمن ذلك درجة الحرارة (الانتهاك الأكثر شيوعًا لـ SanPin في أماكن العمل هو ارتفاع درجة حرارة الهواء أكثر من اللازم)، والضغط، وسرعة الرياح (في المناطق المفتوحة)، والنشاط الإشعاعي، والرطوبة وغيرها من المؤشرات.
2. وجود شوائب وانحرافات عن التركيب الكيميائي القياسي. ويتميز الهواء الجوي بملاءمته للتنفس.
3. وجود شوائب صلبة - الغبار والجسيمات الدقيقة الأخرى.
4. وجود التلوث البكتيري – الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض والمسببة للأمراض بشكل مشروط.

لتجميع الخصائص الصحية، تتم مقارنة القراءات التي تم الحصول عليها في أربع نقاط مع المعايير المعمول بها.

حماية البيئة

في الآونة الأخيرة، تسببت حالة الهواء الجوي في إثارة القلق بين دعاة حماية البيئة. ومع تطور الصناعة، تنمو المخاطر البيئية أيضًا. لا تؤدي المصانع والمناطق الصناعية إلى تدمير طبقة الأوزون وتسخين الغلاف الجوي وتشبعه بشوائب الكربون فحسب، بل تقلل أيضًا من النظافة. لذلك، من المعتاد في البلدان المتقدمة تنفيذ تدابير شاملة لحماية البيئة الجوية.

الاتجاهات الرئيسية للحماية:

• التنظيم التشريعي.
• وضع توصيات لموقع المناطق الصناعية مع مراعاة العوامل المناخية والجغرافية.
• - اتخاذ تدابير للحد من الانبعاثات.
• الرقابة الصحية والنظافة في الشركات.
• المراقبة المنتظمة للتكوين.

وتشمل إجراءات الحماية أيضًا زراعة المساحات الخضراء وإنشاء خزانات صناعية وإنشاء مناطق عازلة بين المناطق الصناعية والسكنية. وقد تم تطوير توصيات لتنفيذ تدابير الحماية من قبل منظمات مثل منظمة الصحة العالمية واليونسكو. يتم تطوير التوصيات الحكومية والإقليمية على أساس التوصيات الدولية.

في الوقت الحالي، تحظى مشكلة نظافة الهواء باهتمام متزايد. ولسوء الحظ، في الوقت الحالي، فإن التدابير المتخذة ليست كافية لتقليل الأضرار البشرية المنشأ بشكل كامل. ولكن يمكننا أن نأمل أنه في المستقبل، إلى جانب تطوير المزيد من الصناعات الصديقة للبيئة، سيكون من الممكن تقليل العبء على الغلاف الجوي.

الهواء ضروري لجميع الكائنات الحية: الحيوانات للتنفس، والنباتات للتغذية. بالإضافة إلى ذلك، يحمي الهواء الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة للشمس. المكونات الرئيسية للهواء هي النيتروجين والأكسجين. يحتوي الهواء أيضًا على شوائب صغيرة من الغازات النبيلة وثاني أكسيد الكربون وكمية معينة من الجزيئات الصلبة - السخام والغبار. جميع الحيوانات تحتاج إلى الهواء للتنفس. حوالي 21% من الهواء عبارة عن أكسجين. يتكون جزيء الأكسجين (O2) من ذرتي أكسجين مرتبطتين.

تكوين الهواء

تختلف نسبة الغازات المختلفة في الهواء قليلاً حسب الموقع والوقت من السنة واليوم. النيتروجين والأكسجين هما المكونان الرئيسيان للهواء. يتكون واحد بالمائة من الهواء من الغازات النبيلة وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والملوثات مثل ثاني أكسيد النيتروجين. يمكن فصل الغازات الموجودة في الهواء عن طريق التقطير التجزيئي. يتم تبريد الهواء حتى تتحول الغازات إلى الحالة السائلة (انظر المقال ""). بعد ذلك، يتم تسخين الخليط السائل. ولكل سائل نقطة غليان خاصة به، ويمكن جمع الغازات المتكونة أثناء الغليان بشكل منفصل. يتحرك الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون باستمرار من الهواء إلى الهواء ويعودون إليه، أي. تحدث دورة. تستنشق الحيوانات الأكسجين من الهواء وتزفر ثاني أكسيد الكربون.

الأكسجين

نتروجين

أكثر من 78% من الهواء عبارة عن نيتروجين. البروتينات التي تتكون منها الكائنات الحية تحتوي أيضًا على النيتروجين. التطبيق الصناعي الرئيسي للنيتروجين هو إنتاج الأمونيااللازمة للأسمدة. لهذا الغرض، يتم دمج النيتروجين مع. يتم ضخ النيتروجين في عبوات اللحوم أو الأسماك، لأنه... عند ملامستها للهواء العادي، تتأكسد المنتجات وتتدهور، ويتم تخزين الأعضاء البشرية المعدة للزرع في النيتروجين السائل لأنه بارد وخامل كيميائيا. يتكون جزيء النيتروجين (N2) من ذرتين نيتروجين مرتبطتين.

غازات نبيلة

الغازات النبيلة هي 6 من المجموعة الثامنة. فهي خاملة كيميائيا للغاية. هي فقط موجودة في شكل ذرات فردية لا تشكل جزيئات. وبسبب سلبيتها، يتم استخدام بعضها لملء المصابيح. لا يستخدم الإنسان عمليا الزينون، ولكن يتم ضخ الأرجون في المصابيح الكهربائية، وتمتلئ مصابيح الفلورسنت بالكريبتون. يومض النيون باللون الأحمر البرتقالي عند شحنه كهربائيًا. يتم استخدامه في مصابيح الشوارع الصوديوم ومصابيح النيون. الرادون مشع. ويتكون من اضمحلال معدن الراديوم. لا يوجد أي مركبات هيليوم معروفة للعلم، ويعتبر الهيليوم خاملًا تمامًا. وكثافته أقل بـ 7 مرات من كثافة الهواء، ولهذا تمتلئ المناطيد به. يتم تجهيز البالونات المملوءة بالهيليوم بمعدات علمية ويتم إطلاقها في الغلاف الجوي العلوي.

الاحتباس الحراري

وهذا هو اسم الزيادة الملحوظة حاليًا في نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وما ينتج عنها الاحتباس الحرارى، أي. ارتفاع متوسط ​​درجات الحرارة السنوية حول العالم. يمنع ثاني أكسيد الكربون الحرارة من مغادرة الأرض، كما يحافظ الزجاج على درجات حرارة عالية داخل الدفيئة. ومع وجود المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الهواء، يتم احتجاز المزيد من الحرارة في الغلاف الجوي. وحتى الاحترار الطفيف يتسبب في ارتفاع مستوى سطح البحر، وتغير الرياح، وذوبان بعض الجليد عند القطبين. ويعتقد العلماء أنه إذا ارتفعت مستويات ثاني أكسيد الكربون بهذه السرعة، فمن الممكن أن يرتفع متوسط ​​درجة الحرارة خلال 50 عامًا بمقدار 1.5 درجة مئوية إلى 4 درجات مئوية.

يجب القول أن بنية وتكوين الغلاف الجوي للأرض لم تكن دائمًا قيمًا ثابتة في فترة أو أخرى من تطور كوكبنا. واليوم، يتم تمثيل الهيكل الرأسي لهذا العنصر، الذي يبلغ "سمكه" الإجمالي 1.5-2.0 ألف كيلومتر، بعدة طبقات رئيسية، منها:

1. التروبوسفير.
2. التروبوبوز.
3. الستراتوسفير.
4. الستراتوبوز.
5. الميزوسفير والميزوبوز.
6. الغلاف الحراري.
7. اكسوسفير.

العناصر الأساسية للغلاف الجوي

طبقة التروبوسفير هي طبقة تُلاحظ فيها حركات رأسية وأفقية قوية، وهنا يتشكل الطقس والظواهر الرسوبية والظروف المناخية. ويمتد من 7 إلى 8 كيلومترات من سطح الكوكب في كل مكان تقريبًا، باستثناء المناطق القطبية (حتى 15 كيلومترًا هناك). في طبقة التروبوسفير، هناك انخفاض تدريجي في درجة الحرارة، بحوالي 6.4 درجة مئوية مع كل كيلومتر من الارتفاع. قد يختلف هذا المؤشر باختلاف خطوط العرض والمواسم.

ويتمثل تكوين الغلاف الجوي للأرض في هذا الجزء بالعناصر التالية ونسبها:

النيتروجين - حوالي 78 بالمائة؛

الأكسجين - ما يقرب من 21 في المئة؛

الأرجون - حوالي واحد بالمائة؛

ثاني أكسيد الكربون - أقل من 0.05٪.

تكوين واحد يصل إلى ارتفاع 90 كيلومترا

بالإضافة إلى ذلك، يمكنك أن تجد هنا الغبار، وقطرات الماء، وبخار الماء، ومنتجات الاحتراق، وبلورات الجليد، وأملاح البحر، والعديد من جزيئات الهباء الجوي، وما إلى ذلك. ويمكن ملاحظة هذا التكوين للغلاف الجوي للأرض على ارتفاع يصل إلى تسعين كيلومترًا تقريبًا، وبالتالي فإن الهواء يكون تقريبًا نفس التركيب الكيميائي، ليس فقط في طبقة التروبوسفير، ولكن أيضًا في الطبقات التي تغطيها. ولكن الجو هناك له خصائص فيزيائية مختلفة بشكل أساسي. الطبقة التي لها تركيب كيميائي عام تسمى الغلاف الجوي.

ما هي العناصر الأخرى التي تشكل الغلاف الجوي للأرض؟ بالنسبة المئوية (من حيث الحجم، في الهواء الجاف) الغازات مثل الكريبتون (حوالي 1.14 × 10 -4)، زينون (8.7 × 10 -7)، الهيدروجين (5.0 × 10 -5)، الميثان (حوالي 1.7 × 10 -5) يتم تمثيلها هنا. 4)، وأكسيد النيتروز (5.0 × 10 -5)، وما إلى ذلك كنسبة مئوية من الكتلة، فإن معظم المكونات المدرجة هي أكسيد النيتروز والهيدروجين، يليها الهيليوم، والكريبتون، وما إلى ذلك.

الخصائص الفيزيائية لطبقات الغلاف الجوي المختلفة

ترتبط الخصائص الفيزيائية لطبقة التروبوسفير ارتباطًا وثيقًا بقربها من سطح الكوكب. من هنا، يتم توجيه الحرارة الشمسية المنعكسة على شكل أشعة تحت الحمراء إلى الأعلى، بما في ذلك عمليات التوصيل والحمل الحراري. ولهذا السبب تنخفض درجة الحرارة مع البعد عن سطح الأرض. تُلاحظ هذه الظاهرة حتى ارتفاع طبقة الستراتوسفير (11-17 كيلومترًا)، ثم تصبح درجة الحرارة دون تغيير تقريبًا حتى 34-35 كيلومترًا، ثم ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى إلى ارتفاعات 50 كيلومترًا (الحد الأعلى لطبقة الستراتوسفير). . بين الستراتوسفير والتروبوسفير توجد طبقة متوسطة رقيقة من التروبوبوز (تصل إلى 1-2 كم)، حيث يتم ملاحظة درجات حرارة ثابتة فوق خط الاستواء - حوالي 70 درجة مئوية تحت الصفر وأدناه. فوق القطبين، ترتفع درجة حرارة طبقة التروبوبوز في الصيف إلى 45 درجة مئوية تحت الصفر، وفي الشتاء تتقلب درجات الحرارة هنا حول -65 درجة مئوية.

يتضمن تكوين الغاز في الغلاف الجوي للأرض عنصرًا مهمًا مثل الأوزون. ويوجد منه القليل نسبيًا على السطح (عشرة أس ناقص سدس واحد بالمائة)، حيث يتشكل الغاز تحت تأثير ضوء الشمس من الأكسجين الذري في الأجزاء العليا من الغلاف الجوي. وعلى وجه الخصوص، فإن معظم الأوزون يقع على ارتفاع حوالي 25 كم، وتقع "شاشة الأوزون" بأكملها في مناطق من 7-8 كم عند القطبين، ومن 18 كم عند خط الاستواء ويصل إلى خمسين كيلومتراً إجمالاً فوق سطح الأرض. سطح الكوكب.

الغلاف الجوي يحمي من الإشعاع الشمسي

يلعب تكوين الهواء في الغلاف الجوي للأرض دورا مهما للغاية في الحفاظ على الحياة، حيث أن العناصر والتركيبات الكيميائية الفردية تحد بنجاح من وصول الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض والأشخاص والحيوانات والنباتات التي تعيش عليها. على سبيل المثال، تمتص جزيئات بخار الماء بفعالية جميع نطاقات الأشعة تحت الحمراء تقريبًا، باستثناء الأطوال التي تتراوح من 8 إلى 13 ميكرون. يمتص الأوزون الأشعة فوق البنفسجية حتى طول موجي يصل إلى 3100 ألف. وبدون طبقته الرقيقة (3 ملم فقط في المتوسط ​​إذا وضعت على سطح الكوكب)، فقط الماء على عمق أكثر من 10 أمتار والكهوف تحت الأرض حيث لا ينفذ الإشعاع الشمسي. يمكن أن يسكنها الوصول..

صفر درجة مئوية عند طبقة الستراتوبوز

بين المستويين التاليين من الغلاف الجوي، الستراتوسفير والميزوسفير، هناك طبقة رائعة - الستراتوبوز. وهو يتوافق تقريبًا مع ارتفاع الحد الأقصى للأوزون ودرجة الحرارة هنا مريحة نسبيًا للبشر - حوالي 0 درجة مئوية. فوق الستراتوبوز، في طبقة الميزوسفير (يبدأ في مكان ما على ارتفاع 50 كم وينتهي على ارتفاع 80-90 كم)، لوحظ مرة أخرى انخفاض في درجة الحرارة مع زيادة المسافة من سطح الأرض (إلى 70-80 درجة مئوية تحت الصفر) ). عادة ما تحترق النيازك بشكل كامل في طبقة الميزوسفير.

في الغلاف الحراري - بالإضافة إلى 2000 كلفن!

يحدد التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض في الغلاف الحراري (يبدأ بعد فترة انقطاع الطمث من ارتفاعات حوالي 85-90 إلى 800 كم) إمكانية حدوث ظاهرة مثل التسخين التدريجي لطبقات "الهواء" المخلخل للغاية تحت تأثير الإشعاع الشمسي . تتراوح درجات الحرارة في هذا الجزء من "الغطاء الهوائي" للكوكب من 200 إلى 2000 كلفن، والتي يتم الحصول عليها بسبب تأين الأكسجين (يقع الأكسجين الذري فوق 300 كيلومتر)، وكذلك إعادة تجميع ذرات الأكسجين إلى جزيئات. ، يرافقه إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. الغلاف الحراري هو المكان الذي يحدث فيه الشفق القطبي.

يوجد فوق الغلاف الحراري الغلاف الخارجي - الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي، والتي يمكن لذرات الهيدروجين الخفيفة والمتحركة بسرعة الهروب إلى الفضاء الخارجي. يتم تمثيل التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض هنا في الغالب بواسطة ذرات الأكسجين الفردية في الطبقات السفلية، وذرات الهيليوم في الطبقات الوسطى، وذرات الهيدروجين بشكل حصري تقريبًا في الطبقات العليا. تسود درجات الحرارة المرتفعة هنا - حوالي 3000 كلفن ولا يوجد ضغط جوي.

كيف تشكل الغلاف الجوي للأرض؟

ولكن، كما ذكر أعلاه، لم يكن لدى الكوكب دائما مثل هذا التكوين الجوي. في المجموع، هناك ثلاثة مفاهيم حول أصل هذا العنصر. تشير الفرضية الأولى إلى أن الغلاف الجوي قد تم أخذه من خلال عملية التراكم من سحابة كوكبية أولية. ومع ذلك، تخضع هذه النظرية اليوم لانتقادات كبيرة، حيث كان من المفترض أن يتم تدمير مثل هذا الغلاف الجوي الأولي بواسطة "الرياح" الشمسية القادمة من نجم في نظامنا الكوكبي. بالإضافة إلى ذلك، من المفترض أنه لا يمكن الاحتفاظ بالعناصر المتطايرة في منطقة تكوين الكواكب الأرضية بسبب درجات الحرارة المرتفعة جدًا.

يمكن أن يكون تكوين الغلاف الجوي الأولي للأرض، كما تقترحه الفرضية الثانية، قد تشكل بسبب القصف النشط للسطح بواسطة الكويكبات والمذنبات التي وصلت من محيط النظام الشمسي في المراحل الأولى من التطور. من الصعب جدًا تأكيد أو دحض هذا المفهوم.

تجربة في IDG RAS

ويبدو أن الفرضية الثالثة هي الأكثر منطقية، والتي ترى أن الغلاف الجوي ظهر نتيجة لانبعاث الغازات من غطاء القشرة الأرضية منذ حوالي 4 مليارات سنة. وتم اختبار هذا المفهوم في معهد الجغرافيا التابع لأكاديمية العلوم الروسية خلال تجربة تسمى "تساريف 2"، عندما تم تسخين عينة من مادة ذات أصل نيزكي في الفراغ. ثم تم تسجيل إطلاق الغازات مثل H 2، CH 4، CO، H 2 O، N 2، وما إلى ذلك، لذلك، افترض العلماء بحق أن التركيب الكيميائي للغلاف الجوي الأساسي للأرض يشمل الماء وثاني أكسيد الكربون، فلوريد الهيدروجين ( HF)، وغاز أول أكسيد الكربون (CO)، وكبريتيد الهيدروجين (H 2 S)، ومركبات النيتروجين، والهيدروجين، والميثان (CH 4)، وبخار الأمونيا (NH 3)، والأرجون، وما إلى ذلك. وشارك في التكوين بخار الماء من الغلاف الجوي الأولي. من الغلاف المائي، كان ثاني أكسيد الكربون إلى حد كبير في حالة مرتبطة بالمواد العضوية والصخور، وانتقل النيتروجين إلى تكوين الهواء الحديث، وكذلك مرة أخرى إلى الصخور الرسوبية والمواد العضوية.

إن تكوين الغلاف الجوي الأساسي للأرض لن يسمح للأشخاص المعاصرين بالتواجد فيه بدون أجهزة تنفس، حيث لم يكن هناك أكسجين بالكميات المطلوبة في ذلك الوقت. وظهر هذا العنصر بكميات كبيرة قبل مليار ونصف المليار سنة، ويعتقد أنه مرتبط بتطور عملية التمثيل الضوئي في الطحالب الخضراء المزرقة وغيرها من الطحالب، التي تعد أقدم سكان كوكبنا.

الحد الأدنى من الأكسجين

تشير حقيقة أن تكوين الغلاف الجوي للأرض كان في البداية خاليًا تقريبًا من الأكسجين إلى حقيقة أن الجرافيت (الكربون) المؤكسد بسهولة ولكن غير المؤكسد موجود في أقدم الصخور (الكاترخائية). بعد ذلك، ظهر ما يسمى خامات الحديد ذات النطاقات، والتي تضمنت طبقات من أكاسيد الحديد المخصب، مما يعني ظهور مصدر قوي للأكسجين في شكل جزيئي على الكوكب. ولكن تم العثور على هذه العناصر بشكل دوري فقط (ربما ظهرت نفس الطحالب أو غيرها من منتجي الأكسجين في جزر صغيرة في صحراء خالية من الأكسجين)، في حين كان بقية العالم لاهوائيا. ويدعم هذا الأخير حقيقة أنه تم العثور على البيريت المؤكسد بسهولة في شكل حصى تمت معالجتها بالتدفق دون آثار للتفاعلات الكيميائية. وبما أن المياه المتدفقة لا يمكن تهويتها بشكل سيئ، فقد تطورت وجهة نظر مفادها أن الغلاف الجوي قبل العصر الكامبري كان يحتوي على أقل من واحد بالمائة من تركيبة الأكسجين الموجودة اليوم.

التغيير الثوري في تكوين الهواء

في منتصف عصر البروتيروزويك تقريبًا (قبل 1.8 مليار سنة)، حدثت "ثورة الأكسجين" عندما تحول العالم إلى التنفس الهوائي، حيث يمكن الحصول على 38 من جزيء واحد من المغذيات (الجلوكوز)، وليس جزيئين (كما هو الحال مع التنفس اللاهوائي) وحدات الطاقة. وبدأت تركيبة الغلاف الجوي للأرض، من حيث الأكسجين، تزيد عن واحد بالمائة مما هي عليه اليوم، وبدأت تظهر طبقة الأوزون التي تحمي الكائنات الحية من الإشعاع. كان منها، على سبيل المثال، أن الحيوانات القديمة مثل ثلاثية الفصوص "اختبأت" تحت قذائف سميكة. ومنذ ذلك الحين وحتى عصرنا هذا، زاد محتوى العنصر "التنفسي" الرئيسي تدريجيًا وببطء، مما يضمن تنوع تطور أشكال الحياة على الكوكب.

يتم تحديد نوعية الهواء اللازم لدعم العمليات الحيوية لجميع الكائنات الحية على الأرض من خلال محتواه من الأكسجين.
دعونا ننظر في اعتماد نوعية الهواء على نسبة الأكسجين فيه باستخدام المثال في الشكل 1.

أرز. 1 نسبة الأكسجين في الهواء

   مستوى مناسب من الأكسجين في الهواء

   المنطقة 1-2:يعد هذا المستوى من محتوى الأكسجين نموذجيًا للمناطق والغابات النظيفة بيئيًا. يمكن أن يصل محتوى الأكسجين الموجود في الهواء على شاطئ المحيط إلى 21.9%

   مستوى محتوى الأكسجين المريح في الهواء

   المنطقة 3-4:يقتصر على المعيار المعتمد قانونًا للحد الأدنى من محتوى الأكسجين في الهواء الداخلي (20.5٪) و"المعيار" للهواء النقي (21٪). بالنسبة للهواء الحضري، يعتبر محتوى الأكسجين بنسبة 20.8٪ طبيعيًا.

   عدم كفاية مستويات الأكسجين في الهواء

   المنطقة 5-6:يقتصر على الحد الأدنى المسموح به من مستوى الأكسجين عندما يكون الشخص بدون جهاز تنفس (18٪).
إن البقاء في غرف بها مثل هذا الهواء يكون مصحوبًا بالتعب السريع والنعاس وانخفاض النشاط العقلي والصداع.
إن الإقامة لفترة طويلة في غرف بها مثل هذا الجو تشكل خطراً على الصحة

انخفاض خطير في مستويات الأكسجين في الهواء

   المنطقة 7 وما بعدها:عندما يكون محتوى الأكسجين 16٪، لوحظ الدوخة والتنفس السريع، 13٪ - فقدان الوعي، 12٪ - تغيرات لا رجعة فيها في عمل الجسم، 7٪ - الموت.
يتميز الجو غير القابل للتنفس أيضًا ليس فقط بتجاوز الحد الأقصى المسموح به لتركيزات المواد الضارة في الهواء، ولكن أيضًا بمحتوى الأكسجين غير الكافي.
نظرًا للتعريفات المختلفة المقدمة لمفهوم "محتوى الأكسجين غير الكافي"، غالبًا ما يرتكب رجال إنقاذ الغاز أخطاء عند وصف أعمال إنقاذ الغاز. ويحدث ذلك، من بين أمور أخرى، نتيجة لدراسة المواثيق والتعليمات والمعايير وغيرها من الوثائق التي تحتوي على مؤشر لمحتوى الأكسجين في الغلاف الجوي.
دعونا نلقي نظرة على الاختلافات في نسبة الأكسجين في الوثائق التنظيمية الرئيسية.

   1. محتوى الأكسجين أقل من 20%.
   أعمال الغاز الخطرةيتم إجراؤها عندما يكون هناك محتوى أكسجين في هواء منطقة العمل أقل من 20%.
- التعليمات القياسية لتنظيم السلوك الآمن للأعمال الغازية الخطرة (التي وافقت عليها هيئة التعدين والإشراف الفني في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 20 فبراير 1985):
   1.5. تشمل الأعمال الخطرة المتعلقة بالغاز العمل... الذي يحتوي على نسبة غير كافية من الأكسجين (نسبة الحجم أقل من 20%).
- التعليمات القياسية لتنظيم السلوك الآمن للأعمال الخطرة بالغاز في مؤسسات توريد المنتجات النفطية TOI R-112-17-95 (تمت الموافقة عليها بأمر من وزارة الوقود والطاقة في الاتحاد الروسي بتاريخ 4 يوليو 1995 N 144):
   1.3. تشمل الأعمال الخطرة المتعلقة بالغاز العمل... عندما يكون محتوى الأكسجين في الهواء أقل من 20% من حيث الحجم.
- المعيار الوطني للاتحاد الروسي GOST R 55892-2013 "مرافق إنتاج واستهلاك الغاز الطبيعي المسال على نطاق صغير. المتطلبات الفنية العامة" (تمت الموافقة عليه بأمر من الوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس بتاريخ 17 ديسمبر 2013 رقم 2278 -شارع):
   ك.1 تشمل الأعمال الخطرة المتعلقة بالغاز العمل... عندما يكون محتوى الأكسجين في هواء منطقة العمل أقل من 20%.

   2. محتوى الأكسجين أقل من 18%.
   أعمال إنقاذ الغازيتم إجراؤها عند مستويات الأكسجين أقل من 18%.
- اللوائح الخاصة بتكوين إنقاذ الغاز (تمت الموافقة عليها ودخلت حيز التنفيذ من قبل النائب الأول لوزير الصناعة والعلوم والتكنولوجيا أ. ج. سفينارينكو بتاريخ 05/06/2003 ؛ تمت الموافقة عليها من قبل: هيئة الرقابة الفيدرالية للتعدين والصناعة في الاتحاد الروسي بتاريخ 16/05/2003 ن ع 04-35/ 373).
   3. عمليات إنقاذ الغاز... في ظروف انخفاض نسبة الأكسجين في الجو إلى مستوى أقل من 18 حجماً%...
- المبادئ التوجيهية لتنظيم وتنفيذ عمليات الإنقاذ الطارئة في المنشآت الكيميائية (معتمدة برقم UAC رقم 5/6 البروتوكول رقم 2 بتاريخ 11 يوليو 2015).
   2. عمليات إنقاذ الغاز... في ظروف عدم كفاية الأكسجين (أقل من 18%)...
- GOST R 22.9.02-95 السلامة في حالات الطوارئ. طرق نشاط رجال الإنقاذ الذين يستخدمون معدات الحماية الشخصية عند التخلص من عواقب الحوادث في المنشآت الخطرة كيميائياً. المتطلبات العامة (تم اعتمادها كمعيار مشترك بين الولايات GOST 22.9.02-97)
   6.5 عند التركيزات العالية من المواد الكيميائية ومحتوى الأكسجين غير الكافي (أقل من 18%) في مصدر التلوث الكيميائي، استخدم فقط معدات حماية الجهاز التنفسي العازلة.

   3. محتوى الأكسجين أقل من 17%.
   يحظر استخدام المرشحات RPE في محتوى الأكسجين أقل من 17%.
- GOST R 12.4.233-2012 (EN 132:1998) نظام معايير السلامة المهنية. حماية الجهاز التنفسي الشخصية. المصطلحات والتعاريف والتسميات (تمت الموافقة عليها ودخلت حيز التنفيذ بأمر من الوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس بتاريخ 29 نوفمبر 2012 N 1824-st)
   2.87...الجو الذي يفتقر إلى الأكسجين: الهواء المحيط الذي يحتوي على أقل من 17% من الأكسجين من حيث الحجم والذي لا يمكن فيه استخدام ترشيح RPE.
- المعيار الدولي GOST 12.4.299-2015 نظام معايير السلامة المهنية. حماية الجهاز التنفسي الشخصية. توصيات للاختيار والتطبيق والصيانة (دخلت حيز التنفيذ بأمر من الوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس بتاريخ 24 يونيو 2015 N 792-st)
   ب.2.1 نقص الأكسجين. إذا أشار تحليل الظروف البيئية إلى وجود أو احتمال نقص الأكسجين (نسبة الحجم أقل من 17%)، فلا يتم استخدام مرشح RPE...
- قرار لجنة الاتحاد الجمركي بتاريخ 9 ديسمبر 2011 رقم 878 بشأن اعتماد اللوائح الفنية للاتحاد الجمركي "بشأن سلامة معدات الحماية الشخصية"
   7) ...لا يُسمح باستخدام معدات حماية الجهاز التنفسي الشخصية المصفاة إذا كان محتوى الأكسجين في الهواء المستنشق أقل من 17 بالمائة
- المعيار الدولي GOST 12.4.041-2001 نظام معايير السلامة المهنية. تصفية معدات حماية الجهاز التنفسي الشخصية. المتطلبات الفنية العامة (دخلت حيز التنفيذ بموجب مرسوم معيار الدولة للاتحاد الروسي بتاريخ 19 سبتمبر 2001 N 386-st)
   1 ...تصفية معدات الحماية الشخصية للجهاز التنفسي المصممة للحماية من الهباء الجوي والغازات والأبخرة الضارة ومجموعاتها في الهواء المحيط، بشرط أن تحتوي على 17 حجم أكسجين على الأقل. %.