Како се формирала кислородната атмосфера на земјата. Атмосфера на земјата Како се формирала кислородната атмосфера на земјата

Според најчестата теорија, атмосферата
Земјата со текот на времето била во три различни состави.
Првично се состоеше од лесни гасови (водород и
хелиум) фатен од меѓупланетарниот простор. Ова е вистина
наречена примарна атмосфера (околу четири милијарди
Пред години).

Во следната фаза, активна вулканска активност
доведе до заситеност на атмосферата со други гасови, освен
водород (јаглерод диоксид, амонијак, водена пареа). Значи
се формира секундарна атмосфера (околу три милијарди
години до денес). Оваа атмосфера беше ресторативна.
Потоа, процесот на формирање на атмосферата беше одреден на следниов начин:
фактори:
- истекување на лесни гасови (водород и хелиум) во меѓупланетарната
простор;
- хемиски реакции кои се случуваат во атмосферата под влијание на
ублажување на ултравиолетово зрачење, молњски празнења и
некои други фактори.
Постепено, овие фактори доведоа до формирање на терцијарно
атмосфера, се карактеризира со многу помала содржина
притисок на водород и многу поголем - азот и јаглерод диоксид
гас (формиран како резултат на хемиски реакции од амонијак
и јаглеводороди).
Составот на атмосферата почна радикално да се менува со доаѓањето на
Ние јадеме живи организми на Земјата како резултат на фотосинтезата, ко-
придружено со ослободување на кислород и апсорпција на јаглерод
гас хлорид.
првично се трошеше кислород
за оксидација на редуцирани соединенија - амонијак, јаглерод
водород, црна форма на железо што се наоѓа во океаните
итн. На крајот од оваа фаза, содржината на кислород
почна да расте во атмосферата. Постепено модерното
ладна атмосфера со оксидирачки својства.
Затоа што предизвика големи и драстични промени
многу процеси кои се случуваат во атмосферата, литосферата и
биосфера, овој настан беше наречен катализатор на кислород
строфа.
Во моментов, атмосферата на Земјата се состои главно од
гасови и разни нечистотии (прашина, капки вода, кристали
мраз, морски соли, производи за согорување). Концентрација на гас,
компоненти на атмосферата е практично константна, со исклучок на
концентрацијата на вода (H 2 O) и јаглерод диоксид (CO 2).

Извор: class.rambler.ru

Следствено, формирањето на модерната (кислород) атмосфера на Земјата е незамисливо без живи системи, т.е. присуството на кислород е последица на развојот на биосферата. Брилијантната визија на В.И. Вернадски за улогата на биосферата што го трансформира лицето на Земјата се повеќе се потврдува. Сепак, патот на потеклото на животот сè уште ни е нејасен. Вернадски рече: „Илјадници генерации сме соочени со загатка што е нерешена, но фундаментално решлива - загатката на животот“.

Биолозите веруваат дека спонтано појавување на живот е можно само во редуцирачка средина, меѓутоа, според идеите на еден од нив, М. Рутен, содржината на кислород во гасната мешавина до 0,02% сè уште не го попречува појавувањето на абиогени синтези. Така, геохемичарите и биолозите имаат различни концепти за редуцирање и оксидирање на атмосферите. Атмосферата која содржи траги од кислород да ја наречеме неутрална, во која би можеле да се појават првите протеински акумулации, кои во принцип би можеле да користат (асимилираат) абиогени амино киселини за нивната исхрана, можеби поради некоја причина само изомери.

Меѓутоа, прашањето не е како јаделе овие аминохетеротрофи (организми кои користат амино киселини како храна), туку како може да се формира самоорганизираната материја, чија еволуција има негативна ентропија. Вториот, сепак, не е толку редок во Универзумот. Зарем формирањето на Сончевиот систем и нашата Земја, особено, не оди против протокот на ентропија? Талес од Мица напишал во својот трактат: „Водата е основната причина за сите нешта“. Навистина, прво мораше да се формира хидросферата за да стане лулка на животот. Вернадски и други големи научници од нашето време зборуваа многу за ова.

На В.И. Вернадски не му беше сосема јасно зошто живата материја е претставена само со леворачни изомери на органски молекули и зошто при секоја неорганска синтеза добиваме приближно еднаква мешавина на левораки и десни изомери. И дури и ако добиеме збогатување (на пример, во поларизирана светлина) со одредени техники, не можеме да ги изолираме во нивната чиста форма.

Како може да се формираат доста сложени органски соединенија како што се протеини, протеини, нуклеински киселини и други комплекси на организирани елементи што се состојат само од левораки изомери?

Извор: pochemuha.ru

Основни својства на атмосферата на Земјата

Атмосферата е нашата заштитна купола од секакви закани од вселената. Ги согорува повеќето метеорити кои паѓаат на планетата, а озонската обвивка служи како филтер против ултравиолетовото зрачење од Сонцето, чија енергија е фатална за живите суштества. Покрај тоа, атмосферата е таа што одржува удобна температура на површината на Земјата - ако не беше ефектот на стаклена градина, постигнат преку повторено рефлексија на сончевите зраци од облаците, Земјата во просек би била 20-30 степени поладна. Циркулацијата на водата во атмосферата и движењето на воздушните маси не само што ги балансираат температурата и влажноста, туку и создаваат разновидност на земјината површина на пејзажни форми и минерали - такво богатство не може да се најде никаде на друго место во Сончевиот систем.

Масата на атмосферата е 5,2×10 18 килограми. Иако гасовитите школки се протегаат на многу илјадници километри од Земјата, само оние што ротираат околу оската со брзина еднаква на брзината на ротација на планетата се сметаат за нејзина атмосфера. Така, висината на атмосферата на Земјата е околу 1000 километри, непречено преминувајќи во вселената во горниот слој, егзосферата (од грчката „надворешна сфера“).

Состав на атмосферата на Земјата. Историја на развој

Иако воздухот изгледа хомогено, тој е мешавина од разни гасови. Ако ги земеме само оние што зафаќаат најмалку една илјадити дел од волуменот на атмосферата, веќе ќе има 12. Ако ја погледнеме целокупната слика, тогаш целиот периодичен систем е во воздухот во исто време!

Сепак, Земјата не успеа веднаш да постигне таква разновидност. Само благодарение на уникатните совпаѓања на хемиските елементи и присуството на живот, атмосферата на Земјата стана толку сложена. Нашата планета има зачувано геолошки траги од овие процеси, што ни овозможува да погледнеме наназад милијарди години:

Првите гасови што ја прекриле младата Земја пред 4,3 милијарди години биле водородот и хелиумот, основните состојки на атмосферата на гасните џинови како Јупитер.
за најелементарните материи - се состоеле од остатоците од маглината која го родила Сонцето и околните планети, а изобилно се населувале околу гравитационите центри-планети. Нивната концентрација не била многу висока, а ниската атомска маса им овозможила да избегаат во вселената, што и денес го прават. Денес, нивната вкупна специфична тежина е 0,00052% од вкупната маса на Земјината атмосфера (0,00002% водород и 0,0005% хелиум), што е многу мало.
Меѓутоа, внатре во самата Земја лежеле многу материи кои се обидувале да избегаат од жешките црева. Од вулканите биле ослободени огромно количество гасови - првенствено амонијак, метан и јаглерод диоксид, како и сулфур. Амонијакот и метанот последователно се распаднаа во азот, кој сега го зазема лавовскиот дел од масата на атмосферата на Земјата - 78%.

Но, вистинската револуција во составот на атмосферата на Земјата се случи со доаѓањето на кислородот. Се појави и природно - жешката обвивка на младата планета активно се ослободуваше од гасовите заробени под земјината кора. Покрај тоа, водената пареа испуштена од вулканите беше поделена на водород и кислород под влијание на сончевото ултравиолетово зрачење.

Сепак, таков кислород не можеше долго да се задржува во атмосферата. Тој реагираше со јаглерод моноксид, слободно железо, сулфур и многу други елементи на површината на планетата - а високите температури и сончевото зрачење ги катализираа хемиските процеси. Оваа ситуација се промени само со појавата на живи организми.

Прво, тие почнаа да ослободуваат толку многу кислород што не само што ги оксидираше сите супстанции на површината, туку и почна да се акумулира - во текот на неколку милијарди години, неговата количина порасна од нула на 21% од вкупната маса на атмосферата.
Второ, живите организми активно користеле атмосферски јаглерод за да изградат свои скелети. Како резултат на нивните активности, земјината кора беше надополнета со цели геолошки слоеви на органски материјали и фосили, а јаглерод диоксидот стана многу помалку

И конечно, вишокот кислород ја формираше озонската обвивка, која почна да ги штити живите организми од ултравиолетово зрачење. Животот почна поактивно да се развива и да стекнува нови, посложени форми - меѓу бактериите и алгите почнаа да се појавуваат високо организирани суштества. Денес, озонот зафаќа само 0,00001% од вкупната маса на Земјата.

Веројатно веќе знаете дека сината боја на небото на Земјата ја создава и кислородот - од целиот спектар на виножитото на Сонцето, најдобро ги расфрла кратките бранови на светлина одговорни за сината боја. Истиот ефект делува и во вселената - од далечина Земјата изгледа како да е обвиткана во сина магла, а од далечина целосно се претвора во сина точка.

Покрај тоа, благородните гасови се присутни во значителни количини во атмосферата. Меѓу нив најмногу е аргонот, чие учество во атмосферата е 0,9–1%. Нејзиниот извор се нуклеарните процеси во длабочините на Земјата, а до површината стигнува преку микропукнатини во литосферски плочи и вулкански ерупции (вака се појавува хелиумот во атмосферата). Поради нивните физички карактеристики, благородните гасови се издигнуваат до горните слоеви на атмосферата, каде што бегаат во вселената.

Како што можеме да видиме, составот на атмосферата на Земјата се променил повеќе од еднаш, и тоа многу силно - но за тоа биле потребни милиони години. Од друга страна, виталните феномени се многу стабилни - озонската обвивка ќе постои и ќе функционира дури и ако на Земјата има 100 пати помалку кислород. Наспроти позадината на општата историја на планетата, човековата активност не остави сериозни траги. Сепак, на локално ниво, цивилизацијата е способна да создава проблеми - барем за себе. Загадувачите на воздухот веќе го направија животот опасен за жителите на Пекинг, Кина - а огромните облаци од валкана магла над големите градови се видливи дури и од вселената.

Атмосферска структура

Сепак, егзосферата не е единствениот посебен слој на нашата атмосфера. Има многу од нив, и секој од нив има свои уникатни карактеристики. Ајде да погледнеме неколку основни:

Тропосфера

Најнискиот и најгустиот слој на атмосферата се нарекува тропосфера. Читателот на статијата сега е токму во неговиот „долен“ дел - освен ако, се разбира, тој не е еден од 500-те илјади луѓе што летаат во авион во моментов. Горната граница на тропосферата зависи од ширината (сетете се на центрифугалната сила на ротацијата на Земјата, што ја прави планетата поширока на екваторот?) и се движи од 7 километри на половите до 20 километри на екваторот. Исто така, големината на тропосферата зависи од сезоната - колку е потопол воздухот, толку повисоко се зголемува горната граница.

Името „тропосфера“ доаѓа од старогрчкиот збор „тропос“, што се преведува како „сврт, промена“. Ова сосема точно ги одразува својствата на атмосферскиот слој - тој е најдинамичен и најпродуктивен. Во тропосферата се собираат облаци и циркулира вода, се создаваат циклони и антициклони и се создаваат ветрови - се случуваат сите оние процеси што ги нарекуваме „време“ и „клима“. Покрај тоа, ова е најмасивниот и најгустиот слој - сочинува 80% од масата на атмосферата и речиси целата содржина на вода. Повеќето живи организми живеат овде.

Сите знаат дека колку повисоко се оди, толку станува постудено. Ова е точно - на секои 100 метри нагоре, температурата на воздухот паѓа за 0,5-0,7 степени. Сепак, принципот функционира само во тропосферата - тогаш температурата почнува да расте со зголемување на надморската височина. Зоната помеѓу тропосферата и стратосферата каде температурата останува константна се нарекува тропопауза. И со висина, ветерот се забрзува - за 2–3 km/s на километар нагоре. Затоа, пара- и едрилиците претпочитаат издигнати висорамнини и планини за летови - тие секогаш ќе можат да „фатат бран“ таму.

Веќе споменатото воздушно дно, каде што атмосферата е во контакт со литосферата, се нарекува површински граничен слој. Неговата улога во атмосферската циркулација е неверојатно голема - преносот на топлина и зрачење од површината создава ветрови и разлики во притисокот, а планините и другите неправилности на теренот ги насочуваат и раздвојуваат. Размената на вода се случува веднаш - во рок од 8-12 дена, целата вода земена од океаните и површината се враќа назад, претворајќи ја тропосферата во еден вид филтер за вода.

Интересен факт е дека важен процес во животот на растенијата, транспирацијата, се заснова на размена на вода со атмосферата. Со негова помош, флората на планетата активно влијае на климата - на пример, големите зелени површини ги омекнуваат временските и температурните промени. Растенијата во областите заситени со вода испаруваат 99% од водата земена од почвата. На пример, хектар пченица испушта 2-3 илјади тони вода во атмосферата во текот на летото - тоа е значително повеќе отколку што би можела да ослободи безживотна почва.

Нормалниот притисок на површината на Земјата е околу 1000 милибари. Стандардот се смета за притисок од 1013 mbar, што е една „атмосфера“ - веројатно веќе сте ја сретнале оваа мерна единица. Со зголемување на надморската височина, притисокот брзо опаѓа: на границите на тропосферата (на надморска височина од 12 километри) веќе е 200 mBar, а на надморска височина од 45 километри целосно паѓа на 1 mBar. Затоа, не е изненадувачки што во заситената тропосфера се собира 80% од целата маса на атмосферата на Земјата.

Стратосфера

Слојот на атмосферата кој се наоѓа помеѓу 8 km надморска височина (на полот) и 50 km (на екваторот) се нарекува стратосфера. Името доаѓа од другиот грчки збор „стратос“, што значи „под, слој“. Ова е исклучително ретка зона на атмосферата на Земјата, во која речиси и да нема водена пареа. Воздушниот притисок во долниот дел на стратосферата е 10 пати помал од површинскиот, а во горниот дел е 100 пати помал.

Во нашиот разговор за тропосферата веќе дознавме дека температурата во неа се намалува во зависност од надморската височина. Во стратосферата, сè се случува токму спротивното - со зголемување на надморската височина, температурата се зголемува од -56 ° C на 0-1 ° C. Греењето престанува во стратопаузата, границата помеѓу стратосферата и мезосферата.

Животот и човекот во стратосферата

Патнички авиони и суперсонични авиони обично летаат во долните слоеви на стратосферата - ова не само што ги штити од нестабилноста на протокот на воздух во тропосферата, туку и го поедноставува нивното движење поради малата аеродинамична отпорност. А ниските температури и редок воздух овозможуваат оптимизирање на потрошувачката на гориво, што е особено важно за летови на долги растојанија.

Сепак, постои техничка височина за авион - протокот на воздух, кој е толку мал во стратосферата, е неопходен за работа на млазни мотори. Според тоа, за да се постигне потребниот воздушен притисок во турбината, авионот треба да се движи побрзо од брзината на звукот. Затоа, само борбени возила и суперсонични авиони како Конкорд може да се движат високо во стратосферата (на височина од 18-30 километри). Значи, главните „жители“ на стратосферата се временски сонди прикачени на балони - таму тие можат да останат долго време, собирајќи информации за динамиката на основната тропосфера.

Читателот веројатно веќе знае дека микроорганизмите - таканаречениот аеропланктон - се наоѓаат во атмосферата до озонската обвивка. Сепак, не само бактериите можат да преживеат во стратосферата. Така, еден ден африкански мршојадец, посебен вид мршојадец, влегол во моторот на авион на височина од 11,5 илјади метри. И некои патки мирно летаат над Еверест за време на нивните миграции.

Но, најголемото суштество кое било во стратосферата останува човекот. Актуелниот рекорд во висина го постави Алан Јустас, потпретседател на Google. На денот на скокот имал 57 години! Во специјален балон тој се искачи на височина од 41 километар надморска височина, а потоа скокна со падобран. Брзината што ја постигна на врвот на падот беше 1342 km/h – повеќе од брзината на звукот! Во исто време, Еустас стана првиот човек кој самостојно го надмина прагот на брзината на звукот (не сметајќи ги вселенските костими за одржување во живот и падобрани за слетување во целост).

Интересен факт е дека за да се откачи од балонот, на Еустас му била потребна експлозивна направа - како онаа што ја користат вселенските ракети кога се одвојуваат фази.

Озонски слој

А на границата меѓу стратосферата и мезосферата се наоѓа познатата озонска обвивка. Ја штити површината на Земјата од влијанието на ултравиолетовите зраци, а во исто време служи и како горна граница на ширење на животот на планетата - над неа температурата, притисокот и космичкото зрачење брзо ќе стават крај дури и на најупорните бактерија.

Од каде потекнува овој штит? Одговорот е неверојатен - го создале живи организми, поточно кислород, кој од памтивек го испуштале разни бактерии, алги и растенија. Издигнувајќи се високо во атмосферата, кислородот доаѓа во контакт со ултравиолетовото зрачење и влегува во фотохемиска реакција. Како резултат на тоа, обичниот кислород што го дишеме, О 2, произведува озон - О 3.

Парадоксално, озонот создаден од зрачењето на Сонцето не штити од истото зрачење! Озонот исто така не се рефлектира, туку апсорбира ултравиолетово зрачење - со тоа ја загрева атмосферата околу него.

Мезосфера

Веќе споменавме дека над стратосферата - поточно, над стратопаузата, граничниот слој на стабилна температура - се наоѓа мезосферата. Овој релативно мал слој се наоѓа помеѓу 40-45 и 90 километри на надморска височина и е најстуденото место на нашата планета - во мезопаузата, горниот слој на мезосферата, воздухот се лади до -143°C.

Мезосферата е најмалку проучен дел од атмосферата на Земјата. Екстремно нискиот притисок на гасот, кој е од илјада до десет илјади пати помал од површинскиот притисок, го ограничува движењето на балоните - нивната сила на кревање достигнува нула, а тие едноставно лебдат на своето место. Истото се случува и со млазните авиони - аеродинамиката на крилото и телото на авионот го губи своето значење. Затоа, или ракети или авиони со ракетни мотори - ракетни авиони - можат да летаат во мезосферата. Тука спаѓа и ракетниот авион X-15, кој ја држи позицијата на најбрз авион во светот: достигна височина од 108 километри и брзина од 7200 km/h – 6,72 пати поголема од брзината на звукот.

Сепак, рекордниот лет на Х-15 беше само 15 минути. Ова го симболизира општиот проблем на возилата кои се движат во мезосферата - тие се пребрзи за да спроведат какво било темелно истражување и не се задржуваат долго на одредена височина, летаат повисоко или паѓаат. Исто така, мезосферата не може да се истражи со помош на сателити или суборбитални сонди - иако притисокот во овој слој од атмосферата е низок, тој го забавува (а понекогаш и согорува) вселенските летала. Поради овие тешкотии, научниците често ја нарекуваат мезосферата „игноросфера“ (од англискиот „игноросфера“, каде што „незнаење“ е незнаење, недостаток на знаење).

Исто така, во мезосферата согоруваат повеќето метеори кои паѓаат на Земјата - таму избива метеорскиот дожд Персеиди, познат како „августуски метеорски дожд“. Светлосниот ефект се јавува кога космичко тело влегува во атмосферата на Земјата под остар агол со брзина поголема од 11 km/h – метеоритот светнува поради силата на триење.

Откако ја изгубија својата маса во мезосферата, остатоците од „вонземјаните“ се населуваат на Земјата во форма на космичка прашина - секој ден од 100 до 10 илјади тони метеоритска материја паѓаат на планетата. Бидејќи поединечните зрна прашина се многу лесни, им треба до еден месец да стигнат до површината на Земјата! Кога паѓаат во облаци, тие ги прават потешки, а понекогаш дури и предизвикуваат дожд - исто како што ги предизвикува вулканската пепел или честичките од нуклеарните експлозии. Сепак, влијанието на космичката прашина врз формирањето на дождот се смета за мало - ниту 10 илјади тони не се доволни за сериозно да се промени природната циркулација на атмосферата на Земјата.

Термосфера

Над мезосферата, на надморска височина од 100 километри, минува линијата Карман - конвенционалната граница меѓу Земјата и вселената. Иако таму има гасови кои ротираат со Земјата и технички влегуваат во атмосферата, нивната количина над линијата Карман е невидливо мала. Затоа, секој лет што оди подалеку од надморска височина од 100 километри веќе се смета за вселена.

Долната граница на најдолгиот слој на атмосферата, термосферата, се совпаѓа со линијата Карман. Се издига на надморска височина од 800 километри и се карактеризира со екстремно високи температури - на надморска височина од 400 километри достигнува максимални 1800°C!

Топло е, нели? На температура од 1538°C, железото почнува да се топи - тогаш како вселенските летала остануваат недопрени во термосферата? Се работи за екстремно ниската концентрација на гасови во горната атмосфера - притисокот во средината на термосферата е 1.000.000 пати помал од концентрацијата на воздухот на површината на Земјата! Енергијата на поединечните честички е висока - но растојанието меѓу нив е огромно, а вселенските летала се во суштина во вакуум. Ова, сепак, не им помага да се ослободат од топлината што механизмите ја испуштаат - за да ја исфрлат топлината, сите вселенски летала се опремени со радијатори кои испуштаат вишок енергија.

На забелешка. Кога станува збор за високите температури, секогаш вреди да се земе предвид густината на топлата материја - на пример, научниците од Хадронскиот судирач всушност можат да ја загреат материјата до температурата на Сонцето. Но, очигледно е дека тоа ќе бидат поединечни молекули - еден грам ѕвездена материја би бил доволен за силна експлозија. Затоа, не треба да му веруваме на жолтиот печат, кој ни ветува неминовен крај на светот од „рацете“ на Колајдерот, како што не треба да се плашиме од топлината во термосферата.

Термосфера и астронаутика

Термосферата е всушност отворен простор - токму во нејзините граници се наоѓаше орбитата на првиот советски Спутник. Имаше и апоцентар - највисоката точка над Земјата - на летот на вселенското летало Восток-1 со Јуриј Гагарин на него. На оваа височина се лансирани и многу вештачки сателити за проучување на површината на Земјата, океанот и атмосферата, како што се сателитите на Google Maps. Затоа, ако зборуваме за ЛЕО (Ниска референтна орбита, вообичаен термин во астронаутиката), во 99% од случаите се наоѓа во термосферата.

Орбиталните летови на луѓе и животни не се случуваат само во термосферата. Факт е дека во нејзиниот горен дел, на надморска височина од 500 километри, се протегаат радијационите појаси на Земјата. Таму наелектризираните честички на сончевиот ветер се фатени и акумулирани од магнетосферата. Долготрајниот престој во радијационите појаси предизвикува непоправлива штета на живите организми, па дури и на електрониката - затоа, сите возила со висока орбитална површина се заштитени од радијација.

Аурори

На поларните географски широчини често се појавува спектакуларен и грандиозен спектакл - поларните светла. Тие изгледаат како долги блескави лакови со различни бои и форми кои треперат на небото. Земјата го должи својот изглед на својата магнетосфера - или, поточно, на дупките во неа во близина на половите. Наполнетите честички од сончевиот ветер пробиваат, предизвикувајќи атмосферата да свети. Овде можете да им се восхитувате на најспектакуларните светла и да дознаете повеќе за нивното потекло.

Во денешно време, аурорите се секојдневие за жителите на циркумполарните земји како што се Канада или Норвешка, како и задолжителна ставка во програмата на секој турист - но претходно им се припишуваа натприродни својства. Луѓето од античко време гледале шарени светла како порти кон рајот, митски суштества и огнови на духови, а нивното однесување се сметало за пророштва. И нашите предци можат да се разберат - дури и образованието и вербата во сопствениот ум понекогаш не можат да ја ограничат нивната почит кон силите на природата.

Егзосфера

Последниот слој на Земјината атмосфера, чија долна граница минува на надморска височина од 700 километри, е егзосферата (од другите грчки сипаници „егзо“ - надвор, надвор). Тој е неверојатно дисперзиран и се состои главно од атоми на најлесниот елемент - водород; Постојат и поединечни атоми на кислород и азот, кои се високо јонизирани од сеопфатното зрачење на Сонцето.

Димензиите на земјината егзосфера се неверојатно големи - таа прераснува во земјината корона, геокорона, која се протега до 100 илјади километри од планетата. Тоа е многу ретко - концентрацијата на честички е милиони пати помала од густината на обичниот воздух. Но, ако Месечината ја замати Земјата за далечно летало, тогаш круната на нашата планета ќе биде видлива, исто како што ни е видлива круната на Сонцето за време на нејзиното затемнување. Сепак, овој феномен сè уште не е забележан.

Времето на атмосферата

Исто така, во егзосферата се случуваат атмосферски влијанија на атмосферата на Земјата - поради големото растојание од гравитациониот центар на планетата, честичките лесно се одвојуваат од вкупната гасна маса и влегуваат во сопствените орбити. Овој феномен се нарекува атмосферска дисипација. Нашата планета секоја секунда губи 3 килограми водород и 50 грама хелиум од атмосферата. Само овие честички се доволно лесни за да избегаат од општата гасна маса.

Едноставните пресметки покажуваат дека Земјата годишно губи околу 110 илјади тони атмосферска маса. Дали е опасно? Всушност, не - капацитетот на нашата планета да „произведува“ водород и хелиум ја надминува стапката на загуби. Покрај тоа, дел од изгубената материја се враќа назад во атмосферата со текот на времето. А важните гасови како кислородот и јаглерод диоксидот се едноставно премногу тешки за масовно да ја напуштат Земјата - така што нема потреба да се грижите дали атмосферата на нашата Земја ќе избега.

Интересен факт е дека „пророците“ на крајот на светот честопати велат дека ако јадрото на Земјата престане да ротира, атмосферата брзо ќе еродира под притисок на сончевиот ветер. Сепак, нашиот читател знае дека атмосферата во близина на Земјата ја држат заедно гравитационите сили, кои ќе дејствуваат без оглед на ротацијата на јадрото. Јасен доказ за тоа е Венера, која има неподвижно јадро и слабо магнетно поле, но нејзината атмосфера е 93 пати погуста и потешка од земјината. Сепак, тоа не значи дека запирањето на динамиката на јадрото на земјата е безбедно - тогаш магнетното поле на планетата ќе исчезне. Неговата улога е важна не толку во задржувањето на атмосферата, туку во заштитата од наелектризираните честички од сончевиот ветер, кои лесно може да ја претворат нашата планета во радиоактивна пустина.

Облаци

Водата на Земјата не постои само во огромниот океан и бројните реки. Во атмосферата има околу 5,2 x 10 15 килограми вода. Присутен е речиси насекаде - процентот на пареа во воздухот се движи од 0,1% до 2,5% од волуменот во зависност од температурата и локацијата. Сепак, поголемиот дел од водата се собира во облаците, каде што се складира не само како гас, туку и во мали капки и кристали од мраз. Концентрацијата на вода во облаците достигнува 10 g/m 3 - и бидејќи облаците достигнуваат волумен од неколку кубни километри, масата на вода во нив изнесува десетици и стотици тони.

Облаците се највидливата формација на нашата Земја; тие се видливи дури и од Месечината, каде што контурите на континентите се заматуваат пред голо око. И ова не е чудно - на крајот на краиштата, повеќе од 50% од Земјата е постојано покриена со облаци!

Облаците играат неверојатно важна улога во размената на топлина на Земјата. Во зима, тие ги фаќаат сончевите зраци, зголемувајќи ја температурата под нив поради ефектот на стаклена градина, а во лето ја штитат огромната енергија на Сонцето. Облаците, исто така, ги балансираат температурните разлики помеѓу денот и ноќта. Патем, токму поради нивното отсуство пустините толку многу се разладуваат ноќе - целата топлина акумулирана од песокот и камењата слободно лета нагоре, кога во другите региони ја задржуваат облаците.

Огромното мнозинство на облаци се формираат во близина на површината на Земјата, во тропосферата, но во нивниот понатамошен развој тие добиваат широк спектар на облици и својства. Нивното раздвојување е многу корисно - појавата на облаци од различни типови не само што може да помогне да се предвиди времето, туку и да се одреди присуството на нечистотии во воздухот! Ајде внимателно да ги разгледаме главните типови на облаци.

Ниски облаци

Облаците кои паѓаат најниско над земјата се нарекуваат облаци од пониско ниво. Се карактеризираат со висока униформност и мала маса - кога ќе паднат на земја, метеоролозите не ги одвојуваат од обичната магла. Сепак, постои разлика меѓу нив - некои едноставно го заматуваат небото, додека други можат да еруптираат при силен дожд и снежни врнежи.

Облаците кои можат да произведат обилни врнежи вклучуваат облаци нимбостратус. Тие се најголеми меѓу облаците од пониско ниво: нивната дебелина достигнува неколку километри, а нивните линеарни димензии надминуваат илјадници километри. Тие се хомогена сива маса - погледнете го небото при долг дожд и веројатно ќе видите облаци нимбостратус.
Друг вид облак на ниско ниво е стратокумулус, кој се издига 600–1500 метри над земјата. Тие се групи од стотици сиво-бели облаци, разделени со мали празнини. Вакви облаци обично гледаме во променливо облачни денови. Ретко врне дожд или снег.
Последниот тип на понизок облак е обичниот стратус облак; Тие се оние кои го покриваат небото во облачните денови, кога од небото доаѓа слаб дожд. Тие се многу тенки и ниски - висината на стратусните облаци достигнува максимум 400-500 метри. Нивната структура е многу слична на онаа на маглата - спуштајќи се навечер до самата земја, тие често создаваат густа утринска магла.

Облаци на вертикален развој

Облаците од долниот степен имаат постари браќа - облаци на вертикален развој. Иако нивната долна граница лежи на мала надморска височина од 800-2000 километри, облаците со вертикален развој сериозно брзаат нагоре - нивната дебелина може да достигне 12-14 километри, што ја турка нивната горна граница до границите на тропосферата. Таквите облаци се нарекуваат и конвективни: поради нивната голема големина, водата во нив добива различни температури, што доведува до конвекција - процес на поместување на топли маси нагоре и на студени маси надолу. Затоа, во облаците на вертикален развој, истовремено постојат водена пареа, мали капки, снегулки, па дури и цели ледени кристали.

Главниот тип на вертикални облаци се кумулусните облаци - огромни бели облаци кои личат на искинати парчиња памучна волна или санта мраз. Нивното постоење бара високи температури на воздухот - затоа, во централна Русија тие се појавуваат само во лето и се топат ноќе. Нивната дебелина достигнува неколку километри.

Меѓутоа, кога кумулусните облаци имаат можност да се соберат заедно, тие создаваат многу пограндиозна форма - кумулонимбусни облаци. Токму од нив во лето доаѓаат обилни врнежи, град и грмотевици. Тие постојат само неколку часа, но во исто време растат и до 15 километри - нивниот горен дел достигнува температура од -10 ° C и се состои од ледени кристали. формирани - рамни површини што личат на печурка или превртено железо. Ова се случува во оние области каде што облакот ја достигнува границата на стратосферата - физиката не дозволува да се шири понатаму, поради што облакот кумулонимбус се шири долж границата на надморска височина.

Интересен факт е дека моќните кумулонимбусни облаци се формираат на места на вулкански ерупции, удари од метеорити и нуклеарни експлозии. Овие облаци се најголеми - нивните граници достигнуваат дури и до стратосферата, достигнувајќи височина од 16 километри. Бидејќи се заситени со испарена вода и микрочестички, тие испуштаат моќни грмотевици - во повеќето случаи тоа е доволно за да се изгаснат пожарите поврзани со катаклизмата. Ова е толку природен пожарникар :)

Облаци од средно ниво

Во средниот дел на тропосферата (на надморска височина од 2-7 километри во средните ширини) има облаци од средно ниво. Тие се карактеризираат со големи површини - помалку се погодени од нагорнини од површината на земјата и нерамни предели - и мала дебелина од неколку стотици метри. Тоа се облаците кои „ветеруваат“ околу остри планински врвови и лебдат во нивна близина.

Самите облаци од средно ниво се поделени на два главни типа - алтостратус и алтокумулус.

Облаците Алтострат се една од компонентите на сложените атмосферски маси. Тие претставуваат униформа, сиво-сина превез низ која се видливи Сонцето и Месечината - иако алтостратските облаци се долги илјадници километри, тие се дебели само неколку километри. Сивиот густ превез што е видлив од прозорецот на авионот кој лета на голема височина е токму алтостратус облаци. Често врне дожд или снег долго време.

Алтокумулусните облаци, кои личат на мали парчиња искината памучна вата или тенки паралелни ленти, се наоѓаат во топла сезона - тие се формираат кога топлите воздушни маси се издигнуваат на висина од 2-6 километри. Алтокумулусните облаци служат како сигурен показател за претстојната промена на времето и приближувањето на дождот - тие можат да се создадат не само со природна конвекција на атмосферата, туку и со појава на ладни воздушни маси. Тие ретко врнат - сепак, облаците можат да се здружат и да создадат еден голем дождовен облак.

Зборувајќи за облаци во близина на планините, на фотографиите (а можеби дури и во реалниот живот) веројатно сте виделе кружни облаци кои личат на памучни влошки кои висат во слоеви над планински врв повеќе од еднаш. Факт е дека облаците од средно ниво често се леќести или во облик на леќи - поделени на неколку паралелни слоеви. Тие се создадени од воздушните бранови формирани кога ветрот тече околу стрмните врвови. Леќестите облаци се исто така посебни по тоа што висат на своето место дури и при најсилните ветрови. Тоа е овозможено по нивната природа - бидејќи таквите облаци се создаваат на точките на допир на неколку воздушни струи, тие се во релативно стабилна положба.

Горните облаци

Последното ниво на обични облаци што се издигнуваат до долниот тек на стратосферата се нарекува горен слој. Висината на таквите облаци достигнува 6-13 километри - таму е многу студено, и затоа облаците на горниот слој се состојат од мали ледени санти. Поради нивната влакнеста, испружена форма слична на пердуви, високите облаци се нарекуваат и цирус - иако каприците на атмосферата честопати им даваат облик на канџи, снегулки, па дури и скелети од риба. Врнежите што ги произведуваат никогаш не стигнуваат до земјата - но самото присуство на цирусни облаци служи како древен начин за предвидување на времето.

Чистите цирусни облаци се најдолги меѓу облаците од горниот слој - должината на поединечно влакно може да достигне десетици километри. Бидејќи ледените кристали во облаците се доволно големи за да ја почувствуваат гравитацијата на Земјата, цирусните облаци „паѓаат“ во цели каскади - растојанието помеѓу горните и долните точки на еден облак може да достигне 3-4 километри! Всушност, цирусните облаци се огромни „падови на мраз“. Разликите во обликот на водните кристали се тие што ја создаваат нивната фиброзна форма слична на поток.

Во оваа класа има и практично невидливи облаци - облаци циростратус. Тие се формираат кога големи маси блиску површински воздух се креваат нагоре - на големи надморски височини нивната влажност е доволна за да формира облак. Кога Сонцето или Месечината светат низ нив, се појавува ореол - сјаен виножито диск од расфрлани зраци.

ноќни облаци

Ноќните облаци - највисоките облаци на Земјата - треба да се постават во посебна класа. Тие се искачуваат на височина од 80 километри, што е дури и повисоко од стратосферата! Покрај тоа, тие имаат необичен состав - за разлика од другите облаци, тие се составени од метеоритска прашина и метан, а не од вода. Овие облаци се видливи само по зајдисонце или пред зори - зраците на Сонцето кои продираат од зад хоризонтот ги осветлуваат ноќните облаци, кои остануваат невидливи на надморска височина во текот на денот.

Ноќните облаци се неверојатно убава глетка - но за да ги видите на северната хемисфера потребни се посебни услови. И нивната мистерија не беше толку лесно да се реши - научниците, немоќни, одбија да веруваат во нив, прогласувајќи ги сребрените облаци за оптичка илузија. Можете да погледнете необични облаци и да дознаете за нивните тајни од нашата специјална статија.

Акумулација на O 2 во атмосферата на Земјата:
1 . (пред 3,85-2,45 милијарди години) - О 2 не е произведен
2 . (пред 2,45-1,85 милијарди години) О 2 беше произведен, но апсорбиран од океаните и карпите на морското дно
3 . (пред 1,85-0,85 милијарди години) О 2 го напушта океанот, но се троши за време на оксидацијата на карпите на копно и за време на формирањето на озонската обвивка
4 . (пред 0,85-0,54 милијарди години) сите карпи на копно се оксидираат, започнува акумулацијата на О 2 во атмосферата
5 . (пред 0,54 милијарди години - сегашен) модерен период, содржината на О 2 во атмосферата е стабилизирана

Кислород катастрофа(кислородна револуција) - глобална промена во составот на атмосферата на Земјата што се случила на самиот почеток на протерозоикот, пред околу 2,4 милијарди години (период на Сидерија). Резултатот од катастрофата со кислородот беше појавата на слободен кислород во атмосферата и промената на општиот карактер на атмосферата од редуцирачки во оксидирачки. Претпоставката за кислородна катастрофа беше направена врз основа на студија за остра промена во природата на седиментацијата.

Примарен состав на атмосферата

Точниот состав на примарната атмосфера на Земјата моментално е непознат, но општо прифатено е дека таа настанала како резултат на дегасирање на обвивката и имала редуцирачка природа. Се базираше на јаглерод диоксид, водород сулфид, амонијак и метан. Ова е поддржано од:

неоксидирани седименти јасно формирани на површината (на пример, речни камчиња од пирит кој е нестабилен за кислород);
отсуство на познати значајни извори на кислород и други оксидирачки агенси;
проучување на потенцијалните извори на примарната атмосфера (вулкански гасови, состав на други небесни тела).

Причини за катастрофата на кислородот

Единствениот значаен извор на молекуларен кислород е биосферата, или поточно фотосинтетичките организми. Откако се појавија на самиот почеток на постоењето на биосферата, фотосинтетичките архебактерии произведоа кислород, кој скоро веднаш беше потрошен за оксидација на карпите, растворените соединенија и атмосферските гасови. Висока концентрација беше создадена само локално, во бактериски душеци (т.н. „кислородни џебови“). Откако површинските карпи и гасови од атмосферата станаа оксидирани, кислородот почна да се акумулира во атмосферата во слободна форма.

Еден од веројатните фактори кои влијаат на промената на микробните заедници беше промената во хемискиот состав на океанот предизвикана од изумирањето на вулканската активност.

Последици од катастрофата со кислород

Биосфера

Бидејќи огромното мнозинство на организми од тоа време беа анаеробни, неспособни да постојат при значителни концентрации на кислород, се случи глобална промена во заедниците: анаеробните заедници беа заменети со аеробни, претходно ограничени само на „кислородни џебови“; анаеробните заедници, напротив, беа турнати во „анаеробни џебови“ (фигуративно кажано, „биосферата се претвори внатре кон надвор“). Последователно, присуството на молекуларен кислород во атмосферата доведе до формирање на озонски екран, кој значително ги прошири границите на биосферата и доведе до ширење на енергетски поповолно (во споредба со анаеробното) кислородно дишење.

Литосфера

Како резултат на катастрофата со кислород, практично сите метаморфни и седиментни карпи кои го сочинуваат најголемиот дел од Земјината кора се оксидираат.

Забележливото зголемување на слободниот кислород во атмосферата на Земјата пред 2,4 милијарди години се чини дека е резултат на многу брзиот премин од една во друга рамнотежна состојба. Првото ниво одговараше на екстремно ниска концентрација на О 2 - околу 100.000 пати пониска од она што се забележува сега. Второто ниво на рамнотежа можеше да се постигне со поголема концентрација, не помала од 0,005 од модерната. Содржината на кислород помеѓу овие две нивоа се карактеризира со екстремна нестабилност. Присуството на таква „бистабилност“ овозможува да се разбере зошто имало толку малку слободен кислород во атмосферата на Земјата најмалку 300 милиони години откако цијанобактериите (сино-зелените „алги“) почнале да го произведуваат.

Во моментов, атмосферата на Земјата се состои од 20% слободен кислород, што не е ништо повеќе од нуспроизвод на фотосинтезата од цијанобактерии, алги и повисоки растенија. Многу кислород се ослободува од тропските шуми, кои во популарните публикации често се нарекуваат бели дробови на планетата. Во исто време, сепак, молчи дека во текот на годината тропските шуми трошат речиси исто толку кислород колку што произведуваат. Се троши на дишење на организми кои ја разградуваат готовата органска материја - првенствено бактерии и габи. За тоа, За да почне да се акумулира кислород во атмосферата, барем дел од супстанцијата формирана за време на фотосинтезата мора да се отстрани од циклусот.- на пример, навлезете во долните седименти и станувате недостапни за бактериите кои аеробно го разградуваат, односно со потрошувачката на кислород.

Вкупната реакција на кислородната (т.е. „давање кислород“) фотосинтеза може да се запише како:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH 2 O) + O 2,
Каде hνе енергијата на сончевата светлина, а (CH 2 O) е генерализирана формула на органската материја. Дишењето е обратен процес, кој може да се напише како:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
Во исто време ќе се ослободи енергијата неопходна за организмите. Сепак, аеробното дишење е можно само при концентрација на О 2 не помала од 0,01 од современото ниво (т.н. Пастерова точка). Во анаеробни услови, органската материја се распаѓа преку ферментација, а последните фази од овој процес често произведуваат метан. На пример, генерализираната равенка за метаногенеза преку формирање на ацетат изгледа вака:
2(CH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2.
Ако го комбинираме процесот на фотосинтеза со последователно распаѓање на органска материја во анаеробни услови, тогаш целокупната равенка ќе изгледа вака:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2.
Токму овој пат на распаѓање на органската материја очигледно бил главниот во античката биосфера.

Многу важни детали за тоа како е воспоставена модерната рамнотежа помеѓу снабдувањето со кислород и отстранувањето од атмосферата остануваат нејасни. На крајот на краиштата, забележливо зголемување на содржината на кислород, таканаречената „Голема оксидација на атмосферата“, се случи пред само 2,4 милијарди години, иако со сигурност се знае дека цијанобактериите кои вршат кислородна фотосинтеза веќе биле доста бројни и активни 2,7 милијарди години пред, а тие се појавија уште порано - можеби пред 3 милијарди години. Така, во рамките на најмалку 300 милиони години, активноста на цијанобактериите не доведе до зголемување на содржината на кислород во атмосферата.

Претпоставката дека, поради некоја причина, одеднаш дошло до радикално зголемување на нето примарното производство (односно, зголемување на органската материја формирана за време на фотосинтезата на цијанобактериите) не издржа критики. Факт е дека за време на фотосинтезата, светлосниот изотоп на јаглерод 12 C доминантно се троши, а во околината се зголемува релативната содржина на потешкиот изотоп 13 C. Според тоа, седиментите на дното што содржат органска материја мора да се исцрпат во изотоп 13 C, кој се акумулира во вода и оди за формирање на карбонати. Сепак, односот од 12 C до 13 C во карбонатите и во органската материја на седиментите останува непроменет и покрај радикалните промени во концентрацијата на кислород во атмосферата. Тоа значи дека целата поента не е во изворот на О 2, туку во неговото, како што велат геохемичарите, „потоне“ (отстранување од атмосферата), кое наеднаш значително се намали, што доведе до значително зголемување на количината на кислород. во атмосферата.

Вообичаено се верува дека непосредно пред „Големата оксидација на атмосферата“, сиот тогаш формиран кислород се трошел на оксидација на редуцираните соединенија на железо (а потоа и сулфур), кои биле доста изобилни на површината на Земјата. Конкретно, тогаш беа формирани таканаречените „обврзани железни руди“. Но, неодамна Колин Голдблат, дипломиран студент на Факултетот за еколошки науки на Универзитетот во Источна Англија (Норвич, ОК), заедно со двајца колеги од истиот универзитет, дошле до заклучок дека содржината на кислород во земјината атмосфера може да биде во една од двете состојби на рамнотежа: може да биде или многу мала - околу 100 илјади пати помалку од сега, или веќе доста (иако од позиција на модерен набљудувач е мала) - не помалку од 0,005 од модерното ниво.

Во предложениот модел, тие го земаа предвид влегувањето во атмосферата и на кислородот и на редуцираните соединенија, особено обрнувајќи внимание на односот на слободниот кислород и метан. Тие забележаа дека ако концентрацијата на кислород надмине 0,0002 од сегашното ниво, тогаш дел од метанот веќе може да се оксидира од метанотрофни бактерии според реакцијата:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Но, остатокот од метанот (и има доста од него, особено при ниски концентрации на кислород) влегува во атмосферата.

Целиот систем е во нерамнотежна состојба од гледна точка на термодинамиката. Главниот механизам за враќање на нарушената рамнотежа е оксидацијата на метанот во горните слоеви на атмосферата со хидроксилен радикал (види Флуктуации на метанот во атмосферата: човек или природа - кој победува, „Елементи“, 10.06.2006). Познато е дека радикалот хидроксил се формира во атмосферата под влијание на ултравиолетовото зрачење. Но, ако има многу кислород во атмосферата (најмалку 0,005 од сегашното ниво), тогаш во неговите горните слоеви се формира озонски екран, кој добро ја штити Земјата од тврдите ултравиолетови зраци и во исто време се меша со физичко-хемиските оксидација на метанот.

Авторите доаѓаат до малку парадоксален заклучок дека самото постоење на кислородна фотосинтеза не е доволен услов ниту за формирање на атмосфера богата со кислород ниту за појава на озонски екран. Оваа околност треба да се земе предвид во случаи кога се обидуваме да најдеме знаци за постоење на живот на други планети врз основа на резултатите од истражувањето на нивната атмосфера.