Skład chemiczny powietrza atmosferycznego. Skład i struktura atmosfery

Powietrze jest niezbędnym warunkiem życia zdecydowanej większości organizmów na naszej planecie.

Człowiek może przeżyć miesiąc bez jedzenia. Bez wody – trzy dni. Bez powietrza - zaledwie kilka minut.

Historia badania

Nie wszyscy wiedzą, że głównym składnikiem naszego życia jest niezwykle niejednorodna substancja. Powietrze jest mieszaniną gazów. Które?

Przez długi czas uważano, że powietrze jest pojedynczą substancją, a nie mieszaniną gazów. Hipoteza heterogeniczności pojawiała się w pracach naukowych wielu naukowców w różnym czasie. Ale nikt nie wyszedł poza teoretyczne domysły. Dopiero w XVIII wieku szkocki chemik Joseph Black eksperymentalnie udowodnił, że skład gazowy powietrza jest niejednorodny. Odkrycia dokonano podczas kolejnych eksperymentów.

Współcześni naukowcy udowodnili, że powietrze jest mieszaniną gazów składającą się z dziesięciu głównych pierwiastków.

Skład różni się w zależności od miejsca koncentracji. Skład powietrza jest ustalany w sposób ciągły. Od tego zależy zdrowie ludzi. Powietrze jest mieszaniną jakich gazów?

Na większych wysokościach (zwłaszcza w górach) zawartość tlenu jest niska. Stężenie to nazywane jest „rozrzedzonym powietrzem”. Przeciwnie, w lasach zawartość tlenu jest maksymalna. W megamiastach wzrasta zawartość dwutlenku węgla. Określanie składu powietrza jest jednym z najważniejszych obowiązków służb ochrony środowiska.

Gdzie można wykorzystać powietrze?

• Sprężona masa wykorzystywana jest podczas pompowania powietrza pod ciśnieniem. Na każdej stacji obsługi opon montowane jest ustawienie do dziesięciu barów. Opony są napompowane powietrzem.
• Pracownicy używają młotów pneumatycznych i pistoletów pneumatycznych do szybkiego usuwania/montowania nakrętek i śrub. Sprzęt taki charakteryzuje się niską wagą i dużą wydajnością.
• W gałęziach przemysłu wykorzystujących lakiery i farby stosowany jest w celu przyspieszenia procesu schnięcia.
• Na myjniach masa sprężonego powietrza pomaga w szybkim wysuszeniu samochodów;
• Przedsiębiorstwa produkcyjne wykorzystują sprężone powietrze do czyszczenia narzędzi z wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń. W ten sposób można oczyścić całe hangary z wiórów i trocin.
• Przemysł petrochemiczny nie wyobraża sobie już siebie bez sprzętu do przepłukiwania rurociągów przed pierwszym uruchomieniem.
• W produkcji tlenków i kwasów.
• Aby podnieść temperaturę procesów technologicznych;
• Są wydobywane z powietrza;

Dlaczego żywe istoty potrzebują powietrza?

Głównym zadaniem powietrza, a raczej jednego z głównych jego składników – tlenu – jest przedostanie się do wnętrza komórek, w wyniku czego wspomaga ono procesy utleniania. Dzięki temu organizm otrzymuje niezbędną do życia energię.

Powietrze dostaje się do organizmu przez płuca, po czym jest rozprowadzane po całym organizmie za pomocą układu krążenia.

Powietrze jest mieszaniną jakich gazów? Przyjrzyjmy się im bliżej.

Azot

Powietrze jest mieszaniną gazów, z których pierwszym jest azot. Siódmy element układu okresowego Dmitrija Mendelejewa. Za odkrywcę uważa się szkockiego chemika Daniela Rutherforda w 1772 roku.

Wchodzi w skład białek i kwasów nukleinowych organizmu człowieka. Choć jego udział w komórkach jest niewielki – nie więcej niż trzy procent, gaz ten jest niezbędny do normalnego życia.

Jego zawartość w powietrzu wynosi ponad siedemdziesiąt osiem procent.

W normalnych warunkach jest bezbarwny i bezwonny. Nie łączy się z innymi pierwiastkami chemicznymi.

Najwięcej azotu wykorzystuje się w przemyśle chemicznym, przede wszystkim do produkcji nawozów.

Azot wykorzystywany jest w przemyśle medycznym, do produkcji barwników,

W kosmetologii gazem leczy się trądzik, blizny, brodawki i układ termoregulacji organizmu.

Za pomocą azotu syntetyzuje się amoniak i wytwarza się kwas azotowy.

W przemyśle chemicznym tlen wykorzystuje się do utleniania węglowodorów w alkoholach, kwasach, aldehydach oraz do produkcji kwasu azotowego.

Przemysł rybny - nasycanie zbiorników wodnych tlenem.

Ale gaz jest najważniejszy dla żywych istot. Za pomocą tlenu organizm może wykorzystać (utlenić) niezbędne białka, tłuszcze i węglowodany, przekształcając je w niezbędną energię.

Argon

Na trzecim miejscu znajduje się gaz wchodzący w skład powietrza – argon. Zawartość nie przekracza jednego procenta. Jest to gaz obojętny, bez koloru, smaku i zapachu. Osiemnasty element układu okresowego.

Pierwsza wzmianka przypisuje się angielskiemu chemikowi z 1785 roku. Lord Larey i William Ramsay otrzymali Nagrody Nobla za udowodnienie istnienia gazu i eksperymenty z nim.

Obszary zastosowania argonu:

• lampy żarowe;
• wypełnienie przestrzeni międzyszybowych w oknach plastikowych;
• środowisko ochronne podczas spawania;
• środek gaśniczy;
• do oczyszczania powietrza;
• synteza chemiczna.

Nie przynosi żadnych szczególnych korzyści dla organizmu ludzkiego. Przy dużych stężeniach gazu prowadzi to do uduszenia.

Butle argonowe w kolorze szarym lub czarnym.

Pozostałe siedem pierwiastków stanowi 0,03% w powietrzu.

Dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla w powietrzu jest bezbarwny i bezwonny.

Powstaje w wyniku gnicia lub spalania materiałów organicznych, uwalnianych podczas oddychania i eksploatacji samochodów i innych pojazdów.

W organizmie człowieka powstaje w tkankach w wyniku procesów życiowych i transportowany jest układem żylnym do płuc.

Ma to pozytywne znaczenie, ponieważ pod obciążeniem rozszerza kapilary, co pozwala na większy transport substancji. Pozytywny wpływ na mięsień sercowy. Pomaga zwiększyć częstotliwość i siłę obciążenia. Stosowany w korekcji niedotlenienia. Uczestniczy w regulacji oddychania.

W przemyśle dwutlenek węgla pozyskiwany jest z produktów spalania, jako produkt uboczny procesów chemicznych lub podczas separacji powietrza.

Zastosowanie jest niezwykle szerokie:

• konserwant w przemyśle spożywczym;
• nasycenie napojów;
• gaśnice i systemy gaśnicze;
• karmienie roślin akwariowych;
• środowisko ochronne podczas spawania;
• zastosowanie w kanistrach do broni gazowej;
• chłodziwo

Neon

Powietrze jest mieszaniną gazów, z których piąty to neon. Otwarto go znacznie później – w 1898 roku. Nazwa jest tłumaczona z języka greckiego jako „nowy”.

Gaz jednoatomowy, bezbarwny i bezwonny.

Ma wysoką przewodność elektryczną. Posiada kompletną obudowę elektroniczną. Obojętny.

Gaz uzyskuje się poprzez oddzielenie powietrza.

Aplikacja:

• Środowisko obojętne w przemyśle;
• Czynnik chłodniczy w instalacjach kriogenicznych;
• Wypełniacz do lamp wyładowczych. Znalazł szerokie zastosowanie dzięki reklamie. Większość kolorowych znaków wykonana jest przy użyciu neonów. Po przepuszczeniu wyładowania elektrycznego lampy wytwarzają jasny, kolorowy blask.
• Światła sygnalizacyjne na latarniach morskich i lotniskach. Dobrze radzą sobie w gęstej mgle.
• Element mieszanki powietrza dla osób pracujących pod wysokim ciśnieniem.

Hel

Hel jest bezbarwnym i bezwonnym gazem jednoatomowym.

Aplikacja:

• Podobnie jak neon, przechodząc przez wyładowanie elektryczne, wytwarza jasne światło.
• W przemyśle - do usuwania zanieczyszczeń ze stali podczas wytapiania;
• Chłodziwo.
• Napełnianie sterowców i balonów;
• Częściowo w mieszankach oddechowych podczas głębokich nurkowań.
• Chłodziwo w reaktorach jądrowych.
• Główną radością dzieci jest latanie balonami.

Nie jest to szczególnie korzystne dla organizmów żywych. W wysokich stężeniach może powodować zatrucie.

Metan

Powietrze jest mieszaniną gazów, z których siódmym jest metan. Gaz jest bezbarwny i bezwonny. W wysokich stężeniach jest wybuchowy. Dlatego w celach informacyjnych dodaje się do niego środki zapachowe.

Najczęściej wykorzystuje się go jako paliwo i surowiec w syntezie organicznej.

Przydomowe piece, kotły i gejzery działają głównie na metanie.

Produkt życiowej aktywności mikroorganizmów.

Krypton

Krypton to obojętny gaz jednoatomowy, bez koloru i zapachu.

Aplikacja:

• w produkcji laserów;
• utleniacz paliwa rakietowego;
• napełnianie lamp żarowych.

Niewiele zbadano wpływ na organizm ludzki. Badane jest zastosowanie w nurkowaniu głębinowym.

Wodór

Wodór jest bezbarwnym, palnym gazem.

Aplikacja:

• Przemysł chemiczny - produkcja amoniaku, mydła, tworzyw sztucznych.
• Wypełnianie muszli kulistych w meteorologii.
• Paliwo rakietowe.
• Chłodzenie generatorów elektrycznych.

Ksenon

Ksenon jest jednoatomowym, bezbarwnym gazem.

Aplikacja:

• napełnianie lamp żarowych;
• w silnikach statków kosmicznych;
• jako środek znieczulający.

Jest nieszkodliwy dla organizmu ludzkiego. Niezbyt przydatne.

Wywóz, przetwarzanie i unieszkodliwianie odpadów z klas zagrożenia 1 do 5

Współpracujemy ze wszystkimi regionami Rosji. Ważna licencja. Komplet dokumentów końcowych. Indywidualne podejście do klienta i elastyczna polityka cenowa.

Za pomocą tego formularza możesz złożyć zapytanie o usługi, zapytać o ofertę handlową lub uzyskać bezpłatną konsultację od naszych specjalistów.

Wysłać

Atmosfera to środowisko powietrzne otaczające kulę ziemską i stanowiące jedną z najważniejszych przyczyn pojawienia się życia na Ziemi. To właśnie powietrze atmosferyczne, jego unikalny skład, dało istotom żywym możliwość utlenienia substancji organicznych tlenem i uzyskania energii do życia. Bez niej niemożliwa będzie egzystencja człowieka, wszystkich przedstawicieli królestwa zwierząt, większości roślin, grzybów i bakterii.

Znaczenie dla ludzi

Środowisko powietrzne to nie tylko źródło tlenu. Umożliwia widzenie, odbieranie sygnałów przestrzennych i korzystanie ze zmysłów. Słuch, wzrok, węch – wszystko zależy od stanu powietrza.

Drugim ważnym punktem jest ochrona przed promieniowaniem słonecznym. Atmosfera otacza planetę powłoką, która blokuje część widma promieni słonecznych. W rezultacie do Ziemi dociera około 30% promieniowania słonecznego.

Środowisko powietrzne jest powłoką, w której tworzą się opady atmosferyczne i wzrasta parowanie. To ona odpowiada za połowę cyklu wymiany wilgoci. Opady powstające w atmosferze wpływają na funkcjonowanie Oceanu Światowego, przyczyniają się do gromadzenia się wilgoci na kontynentach i determinują niszczenie odsłoniętych skał. Bierze udział w tworzeniu klimatu. Cyrkulacja mas powietrza jest najważniejszym czynnikiem w tworzeniu określonych stref klimatycznych i stref naturalnych. Wiatry powstające nad Ziemią determinują temperaturę, wilgotność, poziom opadów, ciśnienie i stabilność pogody w regionie.

Obecnie z powietrza pobierane są substancje chemiczne: tlen, hel, argon, azot. Technologia jest jeszcze w fazie testów, ale w przyszłości można uznać ją za obiecujący kierunek dla przemysłu chemicznego.

Powyższe są rzeczami oczywistymi. Ale środowisko powietrzne jest również ważne dla przemysłu i działalności gospodarczej człowieka:

• Jest najważniejszym czynnikiem chemicznym w reakcjach spalania i utleniania.
• Przenosi ciepło.

Zatem powietrze atmosferyczne jest wyjątkowym środowiskiem powietrznym, które umożliwia istnienie istot żywych, a ludziom rozwój przemysłu. Istnieje ścisła interakcja pomiędzy organizmem człowieka a środowiskiem powietrznym. Jeśli go naruszysz, poważne konsekwencje nie pozwolą ci czekać.

Właściwości higieniczne powietrza

Zanieczyszczenie to proces wprowadzania do powietrza atmosferycznego zanieczyszczeń, które w normalnych warunkach nie powinny istnieć. Zanieczyszczenia mogą być naturalne lub sztuczne. Zanieczyszczenia pochodzące ze źródeł naturalnych są neutralizowane w planetarnym cyklu materii. W przypadku sztucznych zanieczyszczeń sytuacja jest bardziej skomplikowana.

Zanieczyszczenia naturalne obejmują:

• Kosmiczny pył.
• Zanieczyszczenia powstałe podczas erupcji wulkanów, wietrzenia i pożarów.

Sztuczne zanieczyszczenia mają charakter antropogeniczny. Istnieją zanieczyszczenia globalne i lokalne. Globalne to wszystkie emisje, które mogą mieć wpływ na skład lub strukturę atmosfery. Lokalność to zmiana wskaźników w określonym obszarze lub pomieszczeniu wykorzystywanym do zamieszkania, pracy lub wydarzeń publicznych.

Higiena powietrza otoczenia to ważny dział higieny, który zajmuje się oceną i kontrolą parametrów powietrza w pomieszczeniach zamkniętych. Sekcja ta pojawiła się w związku z koniecznością ochrony sanitarnej. Higieniczne znaczenie powietrza atmosferycznego jest trudne do przecenienia – wraz z oddychaniem do organizmu człowieka dostają się wszelkie zanieczyszczenia i cząstki zawarte w powietrzu.

Ocena higieniczna obejmuje następujące wskaźniki:

1. Właściwości fizyczne powietrza atmosferycznego. Obejmuje to temperaturę (najczęstszym naruszeniem SanPin w miejscach pracy jest nadmierne nagrzewanie się powietrza), ciśnienie, prędkość wiatru (na terenach otwartych), radioaktywność, wilgotność i inne wskaźniki.
2. Obecność zanieczyszczeń i odchylenia od standardowego składu chemicznego. Powietrze atmosferyczne charakteryzuje się przydatnością do oddychania.
3. Obecność zanieczyszczeń stałych - pyłu, innych mikrocząstek.
4. Obecność skażenia bakteryjnego – mikroorganizmy chorobotwórcze i warunkowo chorobotwórcze.

Aby sporządzić charakterystykę higieniczną, odczyty uzyskane w czterech punktach porównuje się z ustalonymi normami.

Ochrona środowiska

W ostatnim czasie stan powietrza atmosferycznego budzi niepokój ekologów. Wraz z rozwojem przemysłu rosną także zagrożenia dla środowiska. Fabryki i strefy przemysłowe nie tylko niszczą warstwę ozonową, podgrzewając atmosferę i nasycając ją zanieczyszczeniami węglowymi, ale także obniżają higienę. Dlatego w krajach rozwiniętych zwyczajowo podejmuje się kompleksowe działania mające na celu ochronę środowiska powietrznego.

Główne kierunki ochrony:

• Regulacja legislacyjna.
• Opracowanie zaleceń dotyczących lokalizacji stref przemysłowych z uwzględnieniem czynników klimatycznych i geograficznych.
• Prowadzenie działań mających na celu redukcję emisji.
• Kontrola sanitarno-higieniczna w przedsiębiorstwach.
• Regularne monitorowanie składu.

Do działań ochronnych zalicza się także sadzenie terenów zielonych, tworzenie sztucznych zbiorników wodnych oraz tworzenie stref barierowych pomiędzy terenami przemysłowymi i mieszkalnymi. Zalecenia dotyczące stosowania środków ochronnych zostały opracowane przez takie organizacje jak WHO i UNESCO. Rekomendacje państwowe i regionalne opracowywane są w oparciu o rekomendacje międzynarodowe.

Obecnie coraz większą uwagę poświęca się zagadnieniu higieny powietrza. Niestety w chwili obecnej podjęte środki nie są wystarczające, aby całkowicie zminimalizować szkody antropogeniczne. Można jednak mieć nadzieję, że w przyszłości wraz z rozwojem bardziej przyjaznych środowisku gałęzi przemysłu uda się zmniejszyć obciążenie atmosfery.

Powietrze jest niezbędne wszystkim żywym organizmom: zwierzętom do oddychania i roślinom do odżywiania. Ponadto powietrze chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym Słońca. Głównymi składnikami powietrza są azot i tlen. W powietrzu znajdują się także niewielkie domieszki gazów szlachetnych, dwutlenku węgla oraz pewna ilość cząstek stałych – sadzy i pyłów. Wszystkie zwierzęta potrzebują powietrza do oddychania. Około 21% powietrza stanowi tlen. Cząsteczka tlenu (O2) składa się z dwóch związanych atomów tlenu.

Skład powietrza

Procent różnych gazów w powietrzu różni się nieznacznie w zależności od lokalizacji, pory roku i dnia. Azot i tlen są głównymi składnikami powietrza. Jeden procent powietrza składa się z gazów szlachetnych, dwutlenku węgla, pary wodnej i substancji zanieczyszczających, takich jak dwutlenek azotu. Gazy zawarte w powietrzu można oddzielić za pomocą destylacja frakcyjna. Powietrze jest schładzane, aż gazy przejdą w stan ciekły (patrz artykuł „”). Następnie ciekłą mieszaninę ogrzewa się. Każda ciecz ma swoją własną temperaturę wrzenia, a gazy powstające podczas wrzenia można zbierać osobno. Tlen, azot i dwutlenek węgla stale przedostają się z powietrza do powietrza i do niego wracają, tj. następuje cykl. Zwierzęta wdychają tlen z powietrza, a wydychają dwutlenek węgla.

Tlen

Azot

Ponad 78% powietrza stanowi azot. Białka, z których zbudowane są organizmy żywe, zawierają także azot. Głównym zastosowaniem przemysłowym azotu jest produkcja amoniaku potrzebne do nawozów. W tym celu azot łączy się z. Azot pompowany jest do opakowań do mięsa czy ryb, ponieważ... w kontakcie ze zwykłym powietrzem produkty utleniają się i psują.Narządy ludzkie przeznaczone do przeszczepów przechowywane są w ciekłym azocie, ponieważ jest on zimny i obojętny chemicznie. Cząsteczka azotu (N2) składa się z dwóch związanych atomów azotu.

Gazy szlachetne

Gazy szlachetne należą do 6 grupy 8. Są wyjątkowo obojętne chemicznie. Tylko one istnieją w postaci pojedynczych atomów, które nie tworzą cząsteczek. Część z nich ze względu na swoją bierność wykorzystywana jest do wypełniania lamp. Ksenon praktycznie nie jest używany przez ludzi, ale argon jest pompowany do żarówek, a lampy fluorescencyjne są wypełnione kryptonem. Neon miga na czerwono-pomarańczowo, gdy jest naładowany elektrycznie. Stosowany jest w sodowych latarniach ulicznych i neonach. Radon jest radioaktywny. Powstaje w wyniku rozpadu metalicznego radu. Nauka nie zna żadnych związków helu, a hel jest uważany za całkowicie obojętny. Jego gęstość jest 7 razy mniejsza od gęstości powietrza, dlatego wypełniane są nim sterowce. Balony wypełnione helem są wyposażone w sprzęt naukowy i wystrzeliwane w górne warstwy atmosfery.

Efekt cieplarniany

Tak nazywa się obecnie obserwowany wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze i wynikający z tego wzrost globalne ocieplenie, tj. wzrost średnich rocznych temperatur na całym świecie. Dwutlenek węgla zapobiega wydostawaniu się ciepła z Ziemi, podobnie jak szkło utrzymuje wysoką temperaturę wewnątrz szklarni. Im więcej dwutlenku węgla w powietrzu, tym więcej ciepła jest zatrzymywane w atmosferze. Nawet niewielkie ocieplenie powoduje podniesienie się poziomu mórz, zmianę wiatrów i topnienie części lodu na biegunach. Naukowcy uważają, że jeśli poziom dwutlenku węgla będzie rósł tak szybko, to za 50 lat średnia temperatura może wzrosnąć od 1,5°C do 4°C.

Trzeba powiedzieć, że struktura i skład atmosfery ziemskiej nie zawsze były wartościami stałymi w tym czy innym okresie rozwoju naszej planety. Dziś pionową strukturę tego elementu, którego łączna „grubość” wynosi 1,5–2,0 tys. Km, reprezentuje kilka głównych warstw, w tym:

1. Troposfera.
2. Tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. Mezosfera i mezopauza.
6. Termosfera.
7. Egzosfera.

Podstawowe elementy atmosfery

Troposfera jest warstwą, w której obserwuje się silne ruchy pionowe i poziome, to tutaj kształtuje się pogoda, zjawiska sedymentacyjne i warunki klimatyczne. Rozciąga się na 7-8 kilometrów od powierzchni planety prawie wszędzie, z wyjątkiem regionów polarnych (tam do 15 km). W troposferze następuje stopniowy spadek temperatury, około 6,4°C z każdym kilometrem wysokości. Wskaźnik ten może się różnić dla różnych szerokości geograficznych i pór roku.

Skład atmosfery ziemskiej w tej części reprezentują następujące elementy i ich wartości procentowe:

Azot – około 78 procent;

Tlen – prawie 21 proc.;

Argon – około jednego procenta;

Dwutlenek węgla - mniej niż 0,05%.

Pojedynczy skład do wysokości 90 kilometrów

Ponadto można tu znaleźć pył, kropelki wody, parę wodną, ​​produkty spalania, kryształki lodu, sole morskie, wiele cząstek aerozolu itp. Taki skład atmosfery ziemskiej obserwuje się do około dziewięćdziesięciu kilometrów wysokości, więc powietrze jest w przybliżeniu taki sam skład chemiczny, nie tylko w troposferze, ale także w leżących nad nimi warstwach. Ale tam atmosfera ma zasadniczo inne właściwości fizyczne. Warstwa o ogólnym składzie chemicznym nazywana jest homosferą.

Jakie jeszcze pierwiastki tworzą atmosferę ziemską? Procentowo (objętościowo, w suchym powietrzu) ​​gazy takie jak krypton (około 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), wodór (5,0 x 10 -5), metan (około 1,7 x 10 -5) są tutaj przedstawione.4), podtlenek azotu (5,0 x 10 -5) itp. Jako procent masowy większość wymienionych składników to podtlenek azotu i wodór, a następnie hel, krypton itp.

Właściwości fizyczne różnych warstw atmosfery

Właściwości fizyczne troposfery są ściśle związane z jej bliskością do powierzchni planety. Stąd odbite ciepło słoneczne w postaci promieni podczerwonych jest kierowane z powrotem w górę, co obejmuje procesy przewodzenia i konwekcji. Dlatego temperatura spada wraz z odległością od powierzchni ziemi. Zjawisko to obserwuje się do wysokości stratosfery (11-17 kilometrów), następnie temperatura pozostaje prawie niezmieniona do 34-35 km, a następnie temperatura ponownie wzrasta do wysokości 50 kilometrów (górna granica stratosfery) . Pomiędzy stratosferą a troposferą znajduje się cienka warstwa pośrednia tropopauzy (do 1-2 km), w której powyżej równika obserwuje się stałe temperatury - około minus 70 ° C i poniżej. Nad biegunami tropopauza latem „nagrzewa się” do minus 45°C, zimą temperatury oscylują tu wokół -65°C.

Skład gazowy atmosfery ziemskiej obejmuje tak ważny pierwiastek jak ozon. Na powierzchni jest go stosunkowo niewiele (dziesięć do minus szóstej potęgi jednego procenta), ponieważ gaz powstaje pod wpływem światła słonecznego z tlenu atomowego w górnych partiach atmosfery. W szczególności najwięcej ozonu występuje na wysokości około 25 km, a cały „ekran ozonowy” zlokalizowany jest na obszarach od 7-8 km na biegunach, od 18 km na równiku i łącznie do pięćdziesięciu kilometrów nad poziomem morza. powierzchnię planety.

Atmosfera chroni przed promieniowaniem słonecznym

Skład powietrza w atmosferze ziemskiej odgrywa bardzo ważną rolę w zachowaniu życia, gdyż poszczególne pierwiastki i składy chemiczne skutecznie ograniczają dostęp promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi oraz żyjących na niej ludzi, zwierząt i roślin. Na przykład cząsteczki pary wodnej skutecznie pochłaniają prawie wszystkie zakresy promieniowania podczerwonego, z wyjątkiem długości w zakresie od 8 do 13 mikronów. Ozon pochłania promieniowanie ultrafioletowe o długości fali do 3100 A. Bez swojej cienkiej warstwy (średnio tylko 3 mm, jeśli jest umieszczony na powierzchni planety), jedynie woda na głębokości ponad 10 metrów i podziemne jaskinie, do których nie dociera promieniowanie słoneczne zasięg może być zamieszkany.

Zero Celsjusza w stratopauzie

Pomiędzy dwoma kolejnymi poziomami atmosfery, stratosferą i mezosferą, znajduje się niezwykła warstwa - stratopauza. Odpowiada to w przybliżeniu wysokości maksimów ozonu, a temperatura jest tu w miarę komfortowa dla człowieka – około 0°C. Nad stratopauzą, w mezosferze (zaczyna się gdzieś na wysokości 50 km i kończy na wysokości 80-90 km) ponownie obserwuje się spadek temperatury wraz ze wzrostem odległości od powierzchni Ziemi (do minus 70-80 ° C ). Meteory zwykle spalają się całkowicie w mezosferze.

W termosferze - plus 2000 K!

Skład chemiczny atmosfery ziemskiej w termosferze (rozpoczyna się po mezopauzie od wysokości około 85-90 do 800 km) determinuje możliwość wystąpienia takiego zjawiska, jak stopniowe nagrzewanie się warstw bardzo rozrzedzonego „powietrza” pod wpływem promieniowania słonecznego . W tej części „kocu powietrznego” planety temperatury wahają się od 200 do 2000 K, które uzyskuje się w wyniku jonizacji tlenu (tlen atomowy znajduje się powyżej 300 km), a także rekombinacji atomów tlenu w cząsteczki , któremu towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. W termosferze występują zorze polarne.

Nad termosferą znajduje się egzosfera - zewnętrzna warstwa atmosfery, z której lekkie i szybko poruszające się atomy wodoru mogą uciec w przestrzeń kosmiczną. Skład chemiczny atmosfery ziemskiej reprezentowany jest tutaj głównie przez pojedyncze atomy tlenu w dolnych warstwach, atomy helu w środkowych warstwach i prawie wyłącznie atomy wodoru w górnych warstwach. Panują tu wysokie temperatury – około 3000 K i nie ma ciśnienia atmosferycznego.

Jak powstała atmosfera ziemska?

Ale, jak wspomniano powyżej, planeta nie zawsze miała taki skład atmosferyczny. W sumie istnieją trzy koncepcje pochodzenia tego pierwiastka. Pierwsza hipoteza sugeruje, że atmosfera została przejęta przez proces akrecji z obłoku protoplanetarnego. Jednak dziś teoria ta podlega znacznej krytyce, ponieważ taka pierwotna atmosfera powinna zostać zniszczona przez „wiatr” słoneczny z gwiazdy w naszym układzie planetarnym. Ponadto zakłada się, że pierwiastki lotne nie mogły zostać zatrzymane w strefie formowania się planet ziemskich ze względu na zbyt wysokie temperatury.

Skład pierwotnej atmosfery Ziemi, jak sugeruje druga hipoteza, mógł powstać w wyniku aktywnego bombardowania powierzchni przez asteroidy i komety, które przybyły z okolic Układu Słonecznego we wczesnych stadiach rozwoju. Potwierdzenie lub obalenie tej koncepcji jest dość trudne.

Eksperyment w IDG RAS

Najbardziej prawdopodobna wydaje się hipoteza trzecia, która zakłada, że ​​atmosfera powstała w wyniku uwolnienia gazów z płaszcza skorupy ziemskiej około 4 miliardów lat temu. Koncepcja ta została przetestowana w Instytucie Geografii Rosyjskiej Akademii Nauk podczas eksperymentu „Carev 2”, polegającego na podgrzewaniu w próżni próbki substancji pochodzenia meteorycznego. Następnie zarejestrowano uwolnienie gazów, takich jak H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 itp. Dlatego naukowcy słusznie założyli, że skład chemiczny pierwotnej atmosfery Ziemi obejmował wodę i dwutlenek węgla, fluorowodór ( HF), gazowy tlenek węgla (CO), siarkowodór (H 2 S), związki azotu, wodór, metan (CH 4), pary amoniaku (NH 3), argon itp. W tworzeniu brała udział para wodna z atmosfery pierwotnej hydrosfery dwutlenek węgla znajdował się w większym stopniu w stanie związanym w substancjach organicznych i skałach, azot przedostał się do składu współczesnego powietrza, a także ponownie do skał osadowych i substancji organicznych.

Skład pierwotnej atmosfery Ziemi nie pozwalał współczesnym ludziom przebywać w niej bez aparatu oddechowego, gdyż nie było wówczas tlenu w wymaganych ilościach. Pierwiastek ten pojawił się w znacznych ilościach półtora miliarda lat temu, co uważa się za związane z rozwojem procesu fotosyntezy u niebieskozielonych i innych glonów, które są najstarszymi mieszkańcami naszej planety.

Minimalna ilość tlenu

O tym, że skład atmosfery ziemskiej był początkowo prawie beztlenowy, świadczy fakt, że w najstarszych skałach (katarchejskich) występuje łatwo utleniony, ale nie utleniony grafit (węgiel). Następnie pojawiły się tak zwane pasmowe rudy żelaza, które zawierały warstwy wzbogaconych tlenków żelaza, co oznacza pojawienie się na planecie potężnego źródła tlenu w postaci molekularnej. Ale pierwiastki te znajdowano tylko okresowo (być może na małych wyspach na beztlenowej pustyni pojawiły się te same glony lub inni producenci tlenu), podczas gdy reszta świata była beztlenowa. Za tym ostatnim przemawia fakt, że łatwo utleniony piryt stwierdzono w postaci otoczaków przetworzonych przepływowo, bez śladów reakcji chemicznych. Ponieważ wody płynące nie mogą być słabo napowietrzone, rozwinął się pogląd, że atmosfera przed kambrem zawierała mniej niż jeden procent dzisiejszego składu tlenu.

Rewolucyjna zmiana składu powietrza

Mniej więcej w połowie proterozoiku (1,8 miliarda lat temu) nastąpiła „rewolucja tlenowa”, kiedy świat przeszedł na oddychanie tlenowe, podczas którego z jednej cząsteczki składnika odżywczego (glukozy) można uzyskać 38, a nie dwie (jak w przypadku oddychanie beztlenowe) jednostki energii. Skład atmosfery ziemskiej pod względem zawartości tlenu zaczął przekraczać jeden procent obecnego składu i zaczęła pojawiać się warstwa ozonowa, chroniąca organizmy przed promieniowaniem. To od niej na przykład takie starożytne zwierzęta jak trylobity „ukrywały się” pod grubymi skorupami. Od tego czasu aż do naszych czasów zawartość głównego pierwiastka „oddechowego” stopniowo i powoli rosła, zapewniając różnorodność rozwoju form życia na planecie.

O jakości powietrza niezbędnego do procesów życiowych wszystkich organizmów żywych na Ziemi decyduje zawartość tlenu.
Rozważmy zależność jakości powietrza od zawartości procentowej tlenu w nim na przykładzie rysunku 1.

Ryż. 1 Procentowa zawartość tlenu w powietrzu

   Korzystny poziom tlenu w powietrzu

   Strefa 1-2: Taki poziom zawartości tlenu jest typowy dla obszarów i lasów ekologicznie czystych. Zawartość tlenu w powietrzu na brzegu oceanu może osiągnąć 21,9%

   Poziom komfortowej zawartości tlenu w powietrzu

   Strefa 3-4: ograniczone prawnie zatwierdzoną normą dotyczącą minimalnej zawartości tlenu w powietrzu w pomieszczeniach (20,5%) i „norma” świeżego powietrza (21%). W powietrzu miejskim za normalną uważa się zawartość tlenu wynoszącą 20,8%.

   Niewystarczający poziom tlenu w powietrzu

   Strefa 5-6: ograniczona do minimalnego dopuszczalnego poziomu tlenu, przy którym człowiek może przebywać bez aparatu oddechowego (18%).
Pobytowi w pomieszczeniach z takim powietrzem towarzyszy szybkie zmęczenie, senność, obniżona aktywność umysłowa i bóle głowy.
Długotrwałe przebywanie w pomieszczeniach o takiej atmosferze jest niebezpieczne dla zdrowia

Niebezpiecznie niski poziom tlenu w powietrzu

   Strefa 7 i nowsze: przy zawartości tlenu wynoszącej 16% obserwuje się zawroty głowy i przyspieszony oddech, 13% - utratę przytomności, 12% - nieodwracalne zmiany w funkcjonowaniu organizmu, 7% - śmierć.
Atmosferę nie nadającą się do oddychania charakteryzuje także nie tylko przekroczenie maksymalnych dopuszczalnych stężeń substancji szkodliwych w powietrzu, ale także niedostateczna zawartość tlenu.
Ze względu na różne definicje pojęcia „niedostatecznej zawartości tlenu” ratownicy gazowi bardzo często popełniają błędy w opisie działań ratownictwa gazowego. Dzieje się tak między innymi w wyniku studiowania kart, instrukcji, norm i innych dokumentów zawierających wskazanie zawartości tlenu w atmosferze.
Przyjrzyjmy się różnicom w zawartości procentowej tlenu w głównych dokumentach regulacyjnych.

   1.Zawartość tlenu mniej niż 20%.
   Praca niebezpieczna dla gazów przeprowadza się, gdy w powietrzu w miejscu pracy występuje zawartość tlenu mniej niż 20%.
- Standardowe instrukcje dotyczące organizacji bezpiecznego prowadzenia prac niebezpiecznych dla gazów (zatwierdzone przez Państwowy Dozór Górniczo-Techniczny ZSRR 20 lutego 1985 r.):
   1,5. Do prac niebezpiecznych pod względem gazów zalicza się prace... przy niewystarczającej zawartości tlenu (ułamek objętościowy poniżej 20%).
- Standardowe instrukcje dotyczące organizacji bezpiecznego prowadzenia prac niebezpiecznych dla gazów w przedsiębiorstwach dostarczających produkty naftowe TOI R-112-17-95 (zatwierdzone zarządzeniem Ministerstwa Paliw i Energii Federacji Rosyjskiej z dnia 4 lipca 1995 r. N 144):
   1.3. Do prac niebezpiecznych pod względem gazów zalicza się prace... gdy zawartość tlenu w powietrzu jest mniejsza niż 20% obj.
- Norma krajowa Federacji Rosyjskiej GOST R 55892-2013 „Urządzenia do produkcji i zużycia skroplonego gazu ziemnego na małą skalę. Ogólne wymagania techniczne” (zatwierdzona zarządzeniem Federalnej Agencji Regulacji Technicznych i Metrologii z dnia 17 grudnia 2013 r. N 2278 -st):
   K.1 Do prac niebezpiecznych pod względem gazów zalicza się prace..., w których zawartość tlenu w powietrzu w miejscu pracy jest mniejsza niż 20%.

   2. Zawartość tlenu niecałe 18%.
   Akcja ratownictwa gazowego przeprowadzane przy poziomie tlenu niecałe 18%.
- Przepisy dotyczące formacji ratownictwa gazowego (zatwierdzone i wprowadzone w życie przez Pierwszego Zastępcę Ministra Przemysłu, Nauki i Technologii A.G. Svinarenko w dniu 05.06.2003 r.; zatwierdzone przez: Federalny Nadzor Górniczy i Przemysłowy Federacji Rosyjskiej w dniu 16.05.2003 r. N AS 04-35/373).
   3. Akcja ratownictwa gazowego... w warunkach obniżenia zawartości tlenu w atmosferze do poziomu poniżej 18% obj....
- Wytyczne dotyczące organizacji i prowadzenia działań ratowniczych w zakładach chemicznych (zatwierdzone Protokołem UKA nr 5/6 nr 2 z dnia 11 lipca 2015 r.).
   2. Akcja ratownictwa gazowego... w warunkach niedostatecznej (poniżej 18%) zawartości tlenu...
- GOST R 22.9.02-95 Bezpieczeństwo w sytuacjach awaryjnych. Sposoby działania ratowników stosujących środki ochrony indywidualnej przy usuwaniu skutków wypadków w obiektach chemicznie niebezpiecznych. Wymagania ogólne (przyjęte jako norma międzystanowa GOST 22.9.02-97)
   6.5 Przy wysokich stężeniach substancji chemicznych i niedostatecznej zawartości tlenu (poniżej 18%) w źródle skażenia chemicznego należy stosować wyłącznie izolujący sprzęt ochrony dróg oddechowych.

   3. Zawartość tlenu niecałe 17%.
   Zabrania się stosowania filtrów RPE przy zawartości tlenu niecałe 17%.
- GOST R 12.4.233-2012 (EN 132:1998) System norm bezpieczeństwa pracy. Indywidualna ochrona dróg oddechowych. Terminy, definicje i oznaczenia (zatwierdzone i wprowadzone w życie zarządzeniem Federalnej Agencji Regulacji Technicznych i Metrologii z dnia 29 listopada 2012 r. N 1824-st)
   2.87…Atmosfera z niedoborem tlenu: Powietrze otoczenia zawierające mniej niż 17% objętości tlenu, w którym nie można stosować filtrujących RPE.
- Norma międzystanowa GOST 12.4.299-2015 System norm bezpieczeństwa pracy. Indywidualna ochrona dróg oddechowych. Zalecenia dotyczące wyboru, zastosowania i konserwacji (wprowadzone w życie zarządzeniem Federalnej Agencji Regulacji Technicznych i Metrologii z dnia 24 czerwca 2015 r. N 792-st)
   B.2.1 Niedobór tlenu. Jeżeli analiza warunków środowiskowych wskazuje na obecność lub możliwość niedoboru tlenu (ułamek objętościowy poniżej 17%), wówczas nie stosuje się RPE typu filtrującego...
- Decyzja Komisji Unii Celnej z dnia 9 grudnia 2011 r. N 878 w sprawie przyjęcia przepisów technicznych Unii Celnej „W sprawie bezpieczeństwa środków ochrony indywidualnej”
   7) ...niedozwolone jest stosowanie filtrujących środków ochrony indywidualnej dróg oddechowych, jeżeli zawartość tlenu we wdychanym powietrzu jest mniejsza niż 17 proc.
- Norma międzystanowa GOST 12.4.041-2001 System norm bezpieczeństwa pracy. Filtrujący sprzęt ochrony osobistej dróg oddechowych. Ogólne wymagania techniczne (wprowadzone w życie dekretem Państwowej Normy Federacji Rosyjskiej z dnia 19 września 2001 r. N 386-st)
   1 ...filtrujący sprzęt ochrony osobistej układu oddechowego, przeznaczony do ochrony przed szkodliwymi aerozolami, gazami i parami oraz ich kombinacjami w otaczającym powietrzu, pod warunkiem że zawiera ono co najmniej 17 obj. tlenu. %.