Qual è la percentuale di ossigeno nell'aria atmosferica. Composizione dell'aria in percentuale in volume: diagramma e fatti interessanti. Grazie alla capacità di adattamento del corpo umano, è possibile osservare una respirazione normale anche con quantità minori.

Il rapporto dei gas nell'aria terrestre indicato nella tabella è tipico per i suoi strati inferiori, fino ad un'altitudine di 120 km. In queste regioni si trova una regione meravigliosamente mista e omogenea chiamata omosfera. Sopra l'omosfera si trova l'eterosfera, che è caratterizzata dalla decomposizione delle molecole di gas in atomi e ioni.

Le regioni sono separate l'una dall'altra da una pausa turbo.

La reazione chimica in cui le molecole vengono decomposte in atomi sotto l'influenza della radiazione solare e cosmica è chiamata fotodissociazione. Il decadimento dell'ossigeno molecolare produce ossigeno atomico, che è il principale gas presente nell'aria ad altitudini superiori a 200 km. Al di sopra dei 1200 km di altitudine cominciano a prevalere l'idrogeno e l'elio, che sono i gas più leggeri.

Poiché la massa d'aria principale è concentrata nei 3 strati atmosferici inferiori, le trasformazioni della composizione dell'aria ad altitudini superiori a 100 km non hanno un effetto notevole sulla composizione generale dell'aria.

L'azoto è il gas più diffuso e costituisce più di tre quarti dell'aria terrestre. L'azoto moderno è apparso dall'ossidazione della prima aria di ammoniaca-idrogeno con ossigeno molecolare, che si forma durante la fotosintesi.

Attualmente, una piccola quantità di azoto entra nell'aria a seguito della denitrificazione, il processo di riduzione dei nitrati in nitriti, seguito dalla formazione di azoto molecolare gassoso e ossidi, prodotto dai procarioti anaerobici. Una parte dell'azoto entra nell'aria durante le eruzioni vulcaniche.

Negli strati superiori dell'aria, sotto l'azione di scariche elettriche con la partecipazione dell'ozono, l'azoto molecolare viene ossidato in monossido di azoto:

In condizioni semplici, il monossido reagisce immediatamente con l'ossigeno per formare protossido di azoto:

L'azoto è l'elemento chimico più significativo nell'atmosfera terrestre. L'azoto fa parte delle proteine ​​e fornisce nutrimento minerale alle piante. Determina la velocità delle reazioni chimiche e svolge il ruolo di diluente dell'ossigeno.

Il secondo gas più comune nell'aria del suolo è l'ossigeno. La formazione di questo gas è associata all'attività fotosintetica di batteri e piante. E quanto più diversi e innumerevoli gli organismi fotosintetici diventavano, tanto maggiore diventava il processo del contenuto di ossigeno nell'aria.

Piccole quantità di ossigeno pesante vengono rilasciate durante la degassificazione del mantello.

Negli strati superiori della stratosfera e della troposfera, sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta (denotiamolo come h?), si forma l'ozono:

Come risultato della stessa radiazione ultravioletta, l'ozono si decompone:

O3+h? O2+O

Come risultato della prima reazione, si forma ossigeno atomico e, come risultato della seconda, si forma ossigeno molecolare. Tutte e 4 le reazioni sono chiamate “meccanismo Chapman”, dal nome dello scienziato inglese Sidney Chapman che le scoprì nella prima metà degli anni '30 del XX secolo.

L’ossigeno aiuta gli organismi viventi a respirare. Con il suo aiuto si verificano processi di combustione e ossidazione.

L'ozono aiuta a proteggere gli organismi viventi dalle radiazioni ultraviolette, che portano a mutazioni irreversibili. La più grande concentrazione di ozono si osserva nella bassa stratosfera all'interno del cosiddetto. strato di ozono o schermo di ozono situato in quota

La formazione del terzo gas più comune nell'aria, l'argon, e neon, elio, xeno e kripton, è associata al decadimento e alle eruzioni vulcaniche degli elementi radioattivi.

In particolare l'elio è un prodotto del decadimento radioattivo dell'uranio, del radio e del torio: 238 U 234 Th + ?, 230 Th 226 Ra + 4 He, 226 Ra 222 Rn + ? (in queste reazioni la particella è un nucleo di elio che, durante la perdita di energia, cattura elettroni e diventa 4 He).

L'argon si forma durante il decadimento dell'isotopo radioattivo del potassio: 40 K 40 Ar + ?.

Il neon fuoriesce dalle rocce ignee.

Il kripton si forma come prodotto finale del decadimento dell'uranio (235 U e 238 U) e del torio Th.

La massa principale del krypton atmosferico è apparsa nelle prime fasi dell'evoluzione del suolo come conseguenza del decadimento degli elementi transuranici con un tempo di dimezzamento straordinariamente breve o proveniva dallo spazio, il cui contenuto di krypton è dieci milioni di volte superiore a quello sulla Terra.

Lo xeno è il risultato della fissione dell'uranio, ma la massa principale di questo gas è rimasta dalle prime fasi della formazione del suolo, dall'aria primaria.

L'anidride carbonica entra nell'aria a seguito di eruzioni vulcaniche e durante la decomposizione della materia organica. Il suo contenuto nell'aria dei terreni alle medie latitudini varia molto a seconda delle stagioni dell'anno: in inverno la quantità di CO2 aumenta, in estate diminuisce. Questa fluttuazione è associata all'attività delle piante, che utilizzano l'anidride carbonica durante la fotosintesi.

L'idrogeno si forma a seguito della decomposizione dell'acqua ad opera della radiazione solare. Ma, essendo il più leggero dei gas che compongono l'aria, evapora sempre nello spazio e quindi il suo contenuto nell'aria è molto piccolo.

Il vapore è il risultato dell'evaporazione dell'acqua dalla superficie di laghi, fiumi, mari e terra.

La concentrazione dei principali gas negli strati inferiori dell'aria, ad eccezione del vapore acqueo e dell'anidride carbonica, è costante. L'ossido di zolfo SO2 si trova in piccole quantità nell'aria. ammoniaca NH3. Monossido di carbonio CO, ozono O3. acido cloridrico HCl, acido fluoridrico HF, monossido di azoto in quale quantità, idrocarburi, vapori di mercurio Hg, iodio I2 e molti altri. Nello strato atmosferico inferiore, la troposfera, ci sono sempre molte particelle solide e liquide sospese.

Le fonti di particelle dure nell'aria del suolo sono le eruzioni vulcaniche, il polline delle piante, i microbi e ora le attività umane, ad esempio la combustione di combustibili fossili durante la produzione. Piccole particelle di polvere, che sono nuclei di condensazione, sono la causa della formazione di nebbie e nubi. Senza le particelle dure che sono invariabilmente presenti nell’aria, le precipitazioni non cadrebbero sulla Terra.

I componenti principali dell'aria atmosferica sono ossigeno (circa 21%), azoto (78%), anidride carbonica (0,03-0,04%), vapore acqueo, gas inerti, ozono, perossido di idrogeno (circa 1%).

L’ossigeno è la parte più costituente dell’aria. Con la sua partecipazione diretta, tutti i processi ossidativi si verificano nel corpo umano e animale. A riposo, una persona consuma circa 350 ml di ossigeno al minuto e durante il lavoro fisico intenso la quantità di ossigeno consumato aumenta più volte.

L'aria inalata contiene il 20,7-20,9% di ossigeno e l'aria espirata ne contiene circa il 15-16%. Pertanto, i tessuti corporei assorbono circa 1/4 dell'ossigeno presente nell'aria inalata.

Nell'atmosfera, il contenuto di ossigeno non cambia in modo significativo. Le piante assorbono l'anidride carbonica e, scomponendola, assimilano il carbonio e rilasciano l'ossigeno rilasciato nell'atmosfera. La fonte della formazione di ossigeno è anche la decomposizione fotochimica del vapore acqueo negli strati superiori dell'atmosfera sotto l'influenza della radiazione ultravioletta del sole. Per garantire una composizione costante dell'aria atmosferica è importante anche la miscelazione dei flussi d'aria negli strati inferiori dell'atmosfera. L'eccezione sono gli ambienti ermeticamente chiusi, dove, a causa della permanenza prolungata delle persone, il contenuto di ossigeno può essere significativamente ridotto (sottomarini, rifugi, cabine di aerei pressurizzate, ecc.).

Per il corpo è importante la pressione parziale dell'ossigeno e non il suo contenuto assoluto nell'aria inalata. Ciò è dovuto al fatto che il passaggio dell'ossigeno dall'aria alveolare al sangue e dal sangue al fluido tissutale avviene sotto l'influenza delle differenze di pressione parziale. La pressione parziale dell'ossigeno diminuisce con l'aumentare dell'altitudine sul livello del mare (Tabella 1).

Tabella 1. Pressione parziale dell'ossigeno a diverse altitudini

L'uso dell'ossigeno è di grande importanza per il trattamento di malattie accompagnate da carenza di ossigeno (tende ad ossigeno, inalatori).

Anidride carbonica. Il contenuto di anidride carbonica nell’atmosfera è abbastanza costante. Questa costanza è spiegata dal suo ciclo in natura. Nonostante il fatto che i processi di decadimento e l'attività vitale del corpo siano accompagnati dal rilascio di anidride carbonica, non si verifica un aumento significativo del suo contenuto nell'atmosfera, poiché l'anidride carbonica viene assorbita dalle piante. In questo caso, il carbonio viene utilizzato per costruire sostanze organiche e l'ossigeno entra nell'atmosfera. L'aria espirata contiene fino al 4,4% di anidride carbonica.

L'anidride carbonica è uno stimolante fisiologico del centro respiratorio, pertanto durante la respirazione artificiale viene aggiunta all'aria in piccole quantità. In grandi quantità può avere un effetto narcotico e causare la morte.

L’anidride carbonica ha anche un significato igienico. In base al suo contenuto viene giudicata la pulizia dell'aria nei locali residenziali e pubblici (cioè nei locali in cui sono presenti persone). Quando le persone si riuniscono in ambienti poco ventilati, parallelamente all'accumulo di anidride carbonica nell'aria, aumenta il contenuto di altri rifiuti umani, la temperatura dell'aria aumenta e la sua umidità aumenta.

È stato stabilito che se il contenuto di anidride carbonica nell'aria interna supera lo 0,07-0,1%, l'aria acquisisce un odore sgradevole e può disturbare lo stato funzionale del corpo.

Il parallelismo tra i cambiamenti nelle proprietà elencate dell'aria nei locali residenziali e l'aumento della concentrazione di anidride carbonica, nonché la facilità di determinarne il contenuto, consentono di utilizzare questo indicatore per la valutazione igienica della qualità dell'aria e del efficienza della ventilazione dei locali pubblici.

Azoto e altri gas. L’azoto è il componente principale dell’aria atmosferica. Nel corpo si dissolve nel sangue e nei fluidi tissutali, ma non prende parte alle reazioni chimiche.

È ormai accertato sperimentalmente che in condizioni di alta pressione l'azoto atmosferico provoca negli animali un disturbo della coordinazione neuromuscolare, seguito da agitazione e stato narcotico. I ricercatori hanno osservato fenomeni simili tra i subacquei. L'uso di una miscela di elio-ossigeno per la respirazione da parte dei subacquei consente di aumentare la profondità di discesa fino a 200 m senza sintomi pronunciati di intossicazione.

Durante le scariche elettriche dei fulmini e sotto l'influenza dei raggi ultravioletti del sole, nell'aria si formano piccole quantità di altri gas. Il loro valore igienico è relativamente piccolo.

* La pressione parziale di un gas in una miscela di gas è la pressione che un dato gas produrrebbe se occupasse l'intero volume della miscela.

La struttura e la composizione dell'atmosfera terrestre, va detto, non sono sempre stati valori costanti nell'uno o nell'altro periodo dello sviluppo del nostro pianeta. Oggi la struttura verticale di questo elemento, che ha uno “spessore” totale di 1,5-2,0 mila km, è rappresentata da diversi strati principali, tra cui:

1. Troposfera.
2. Tropopausa.
3. Stratosfera.
4. Stratopausa.
5. Mesosfera e mesopausa.
6. Termosfera.
7. Esosfera.

Elementi fondamentali dell'atmosfera

La troposfera è uno strato in cui si osservano forti movimenti verticali e orizzontali; è qui che si formano il tempo, i fenomeni sedimentari e le condizioni climatiche; Si estende per 7-8 chilometri dalla superficie del pianeta quasi ovunque, ad eccezione delle regioni polari (lì fino a 15 km). Nella troposfera si registra una diminuzione graduale della temperatura, di circa 6,4°C per ogni chilometro di altitudine. Questo indicatore può differire a seconda delle latitudini e delle stagioni.

La composizione dell'atmosfera terrestre in questa parte è rappresentata dai seguenti elementi e dalle loro percentuali:

Azoto: circa il 78%;

Ossigeno: quasi il 21%;

Argon: circa l'1%;

Anidride carbonica - inferiore allo 0,05%.

Composizione singola fino a quota 90 chilometri

Inoltre qui si possono trovare polvere, goccioline d'acqua, vapore acqueo, prodotti della combustione, cristalli di ghiaccio, sali marini, molte particelle di aerosol, ecc. Questa composizione dell'atmosfera terrestre si osserva fino a circa novanta chilometri di altitudine, quindi l'aria è approssimativamente lo stesso nella composizione chimica, non solo nella troposfera, ma anche negli strati sovrastanti. Ma lì l'atmosfera ha proprietà fisiche fondamentalmente diverse. Lo strato che ha una composizione chimica generale è chiamato omosfera.

Quali altri elementi compongono l'atmosfera terrestre? In percentuale (in volume, nell'aria secca) gas come kripton (circa 1,14 x 10 -4), xeno (8,7 x 10 -7), idrogeno (5,0 x 10 -5), metano (circa 1,7 x 10 -5) sono rappresentati qui 4), protossido di azoto (5,0 x 10 -5), ecc. In percentuale in massa, la maggior parte dei componenti elencati sono protossido di azoto e idrogeno, seguiti da elio, cripton, ecc.

Proprietà fisiche dei diversi strati atmosferici

Le proprietà fisiche della troposfera sono strettamente legate alla sua vicinanza alla superficie del pianeta. Da qui, il calore solare riflesso sotto forma di raggi infrarossi viene diretto verso l'alto, coinvolgendo i processi di conduzione e convezione. Ecco perché la temperatura diminuisce con la distanza dalla superficie terrestre. Questo fenomeno si osserva fino all'altezza della stratosfera (11-17 chilometri), poi la temperatura diventa quasi invariata fino a 34-35 km, per poi risalire fino a quote di 50 chilometri (limite superiore della stratosfera). . Tra la stratosfera e la troposfera si trova un sottile strato intermedio della tropopausa (fino a 1-2 km), dove si osservano temperature costanti sopra l'equatore - circa meno 70 ° C e sotto. Sopra i poli la tropopausa si “riscalda” in estate fino a meno 45°C, in inverno le temperature oscillano intorno ai -65°C;

La composizione del gas dell'atmosfera terrestre include un elemento così importante come l'ozono. In superficie ce n'è relativamente poco (dieci alla meno sesta potenza dell'1%), poiché il gas si forma sotto l'influenza della luce solare dall'ossigeno atomico nelle parti superiori dell'atmosfera. In particolare, la maggior parte dell’ozono si trova ad un’altitudine di circa 25 km, e l’intero “schermo di ozono” si trova in aree che vanno da 7-8 km ai poli, da 18 km all’equatore e fino a cinquanta chilometri complessivamente sopra il livello del mare. superficie del pianeta.

L'atmosfera protegge dalle radiazioni solari

La composizione dell'aria nell'atmosfera terrestre gioca un ruolo molto importante nella preservazione della vita, poiché i singoli elementi chimici e le composizioni limitano con successo l'accesso della radiazione solare alla superficie terrestre e alle persone, agli animali e alle piante che vivono su di essa. Ad esempio, le molecole di vapore acqueo assorbono efficacemente quasi tutte le gamme di radiazioni infrarosse, ad eccezione delle lunghezze comprese tra 8 e 13 micron. L'ozono assorbe la radiazione ultravioletta fino alla lunghezza d'onda di 3100 A. Senza il suo sottile strato (solo 3 mm in media se posto sulla superficie del pianeta), solo l'acqua ad una profondità superiore a 10 metri e le grotte sotterranee dove la radiazione solare non arriva raggiungere può essere abitato.

Zero Celsius alla stratopausa

Tra i due livelli successivi dell'atmosfera, la stratosfera e la mesosfera, c'è uno strato notevole: la stratopausa. Corrisponde approssimativamente all'altezza massima dell'ozono e la temperatura qui è relativamente confortevole per l'uomo - circa 0°C. Al di sopra della stratopausa, nella mesosfera (inizia da qualche parte ad un'altitudine di 50 km e termina ad un'altitudine di 80-90 km), si osserva nuovamente un calo della temperatura con l'aumentare della distanza dalla superficie terrestre (a meno 70-80 ° C ). Le meteore di solito bruciano completamente nella mesosfera.

Nella termosfera - più 2000 K!

La composizione chimica dell'atmosfera terrestre nella termosfera (inizia dopo la mesopausa da altitudini comprese tra circa 85-90 e 800 km) determina la possibilità di un fenomeno come il riscaldamento graduale di strati di "aria" molto rarefatta sotto l'influenza della radiazione solare . In questa parte della “coperta d'aria” del pianeta, le temperature vanno da 200 a 2000 K, ottenute grazie alla ionizzazione dell'ossigeno (l'ossigeno atomico si trova a oltre 300 km), nonché alla ricombinazione degli atomi di ossigeno in molecole , accompagnato dal rilascio di una grande quantità di calore. La termosfera è il luogo in cui si verificano le aurore.

Sopra la termosfera c'è l'esosfera, lo strato esterno dell'atmosfera, da cui la luce e gli atomi di idrogeno in rapido movimento possono fuggire nello spazio. La composizione chimica dell'atmosfera terrestre qui è rappresentata principalmente da singoli atomi di ossigeno negli strati inferiori, da atomi di elio negli strati intermedi e quasi esclusivamente da atomi di idrogeno negli strati superiori. Qui prevalgono le alte temperature - circa 3000 K e non c'è pressione atmosferica.

Come si è formata l'atmosfera terrestre?

Ma, come accennato in precedenza, il pianeta non ha sempre avuto una composizione così atmosferica. In totale, ci sono tre concetti sull'origine di questo elemento. La prima ipotesi suggerisce che l'atmosfera sia stata prelevata attraverso il processo di accrescimento da una nube protoplanetaria. Tuttavia, oggi questa teoria è soggetta a critiche significative, poiché un’atmosfera così primaria avrebbe dovuto essere distrutta dal “vento” solare proveniente da una stella nel nostro sistema planetario. Inoltre, si presume che gli elementi volatili non possano essere trattenuti nella zona di formazione dei pianeti terrestri a causa delle temperature troppo elevate.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra, come suggerito dalla seconda ipotesi, potrebbe essersi formata a causa del bombardamento attivo della superficie da parte di asteroidi e comete arrivati ​​dalle vicinanze del sistema Solare nelle prime fasi di sviluppo. È abbastanza difficile confermare o confutare questo concetto.

Esperimento presso IDG RAS

La più plausibile sembra essere la terza ipotesi, secondo la quale l'atmosfera è apparsa a seguito del rilascio di gas dal mantello della crosta terrestre circa 4 miliardi di anni fa. Questo concetto è stato testato presso l’Istituto di Geografia dell’Accademia Russa delle Scienze durante un esperimento chiamato “Tsarev 2”, quando un campione di una sostanza di origine meteorica è stato riscaldato nel vuoto. Quindi è stato registrato il rilascio di gas come H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, ecc. Pertanto, gli scienziati hanno giustamente ipotizzato che la composizione chimica dell'atmosfera primaria della Terra includesse acqua e anidride carbonica, acido fluoridrico (). HF), monossido di carbonio (CO), idrogeno solforato (H 2 S), composti di azoto, idrogeno, metano (CH 4), vapore di ammoniaca (NH 3), argon, ecc. Il vapore acqueo dell'atmosfera primaria ha partecipato alla formazione dell'idrosfera, l'anidride carbonica si trovava in misura maggiore allo stato legato nelle sostanze organiche e nelle rocce, l'azoto è passato nella composizione dell'aria moderna, e ancora nelle rocce sedimentarie e nelle sostanze organiche.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra non consentirebbe agli esseri umani moderni di trovarsi al suo interno senza autorespiratore, poiché allora non c'era ossigeno nella quantità richiesta. Questo elemento è apparso in quantità significative un miliardo e mezzo di anni fa, probabilmente in relazione allo sviluppo del processo di fotosintesi delle alghe blu-verdi e di altre alghe, che sono gli abitanti più antichi del nostro pianeta.

Ossigeno minimo

Il fatto che la composizione dell'atmosfera terrestre fosse inizialmente quasi priva di ossigeno è indicato dal fatto che nelle rocce più antiche (catarchee) si trova grafite (carbonio) facilmente ossidata, ma non ossidata. Successivamente apparvero i cosiddetti minerali di ferro fasciati, che includevano strati di ossidi di ferro arricchiti, il che significa l'apparizione sul pianeta di una potente fonte di ossigeno in forma molecolare. Ma questi elementi venivano trovati solo periodicamente (forse le stesse alghe o altri produttori di ossigeno apparivano in piccole isole in un deserto privo di ossigeno), mentre il resto del mondo era anaerobico. Quest'ultimo è supportato dal fatto che la pirite facilmente ossidabile è stata trovata sotto forma di ciottoli lavorati dal flusso senza tracce di reazioni chimiche. Poiché le acque correnti non possono essere scarsamente aerate, si è sviluppata l'idea che l'atmosfera prima del Cambriano contenesse meno dell'1% della composizione di ossigeno di oggi.

Cambiamento rivoluzionario nella composizione dell'aria

Approssimativamente a metà del Proterozoico (1,8 miliardi di anni fa), si verificò una “rivoluzione dell’ossigeno” quando il mondo passò alla respirazione aerobica, durante la quale si possono ottenere 38 da una molecola di un nutriente (glucosio), e non da due (come nel caso respirazione anaerobica) unità di energia. La composizione dell'atmosfera terrestre, in termini di ossigeno, cominciò a superare l'1% di quella odierna e cominciò ad apparire uno strato di ozono che proteggeva gli organismi dalle radiazioni. Fu da lei che, ad esempio, animali antichi come i trilobiti “si nascondevano” sotto spesse conchiglie. Da allora fino ai nostri giorni, il contenuto del principale elemento “respiratorio” è gradualmente e lentamente aumentato, garantendo la diversità di sviluppo delle forme di vita sul pianeta.

Facciamo subito una prenotazione: l'azoto occupa la maggior parte dell'aria, ma la composizione chimica della restante parte è molto interessante e diversificata. In breve, l'elenco degli elementi principali è il seguente.

Daremo però anche alcune spiegazioni sulle funzioni di questi elementi chimici.

1. Azoto

Il contenuto di azoto nell'aria è del 78% in volume e del 75% in massa, cioè questo elemento domina nell'atmosfera, ha il titolo di uno dei più comuni sulla Terra e, inoltre, si trova al di fuori dell'abitazione umana zona - su Urano, Nettuno e negli spazi interstellari. Quindi, abbiamo già capito quanto azoto c'è nell'aria, ma rimane la domanda sulla sua funzione. L'azoto è necessario per l'esistenza degli esseri viventi, fa parte di:

• proteine;
• amminoacidi;
• acidi nucleici;
• clorofilla;
• emoglobina, ecc.

In media, circa il 2% di una cellula vivente è costituito da atomi di azoto, il che spiega perché nell’aria c’è così tanto azoto come percentuale del volume e della massa.
L'azoto è anche uno dei gas inerti estratti dall'aria atmosferica. Da esso viene sintetizzata l'ammoniaca e utilizzata per il raffreddamento e altri scopi.

2. Ossigeno

Il contenuto di ossigeno nell'aria è una delle domande più popolari. Restando intriganti, passiamo a un fatto divertente: l'ossigeno fu scoperto due volte: nel 1771 e nel 1774, tuttavia, a causa della differenza nelle pubblicazioni della scoperta, l'onore di scoprire l'elemento andò al chimico inglese Joseph Priestley, che in realtà isolò secondo dell'ossigeno. Pertanto, la percentuale di ossigeno nell'aria oscilla intorno al 21% in volume e al 23% in massa. Insieme all'azoto, questi due gas costituiscono il 99% di tutta l'aria terrestre. Tuttavia, la percentuale di ossigeno nell’aria è inferiore a quella di azoto, eppure non abbiamo problemi respiratori. Il fatto è che la quantità di ossigeno nell'aria è calcolata in modo ottimale appositamente per la normale respirazione nella sua forma pura, questo gas agisce sul corpo come un veleno, portando a difficoltà nel funzionamento del sistema nervoso, interruzione della respirazione e della circolazione sanguigna; . Allo stesso tempo, la mancanza di ossigeno influisce negativamente anche sulla salute, causando carenza di ossigeno e tutti i sintomi spiacevoli ad essa associati. Pertanto, la quantità di ossigeno contenuta nell'aria è ciò che è necessario per una respirazione sana e completa.

3. Argon

L'argon è al terzo posto nell'aria; è inodore, incolore e insapore. Non è stato identificato alcun ruolo biologico significativo di questo gas, ma ha un effetto narcotico ed è addirittura considerato doping. L'argon estratto dall'atmosfera viene utilizzato nell'industria, in medicina, per creare un'atmosfera artificiale, sintesi chimica, estinzione di incendi, creazione di laser, ecc.

4. Anidride carbonica

L'anidride carbonica costituisce l'atmosfera di Venere e Marte; la sua percentuale nell'aria terrestre è molto più bassa. Allo stesso tempo, nell'oceano è contenuta un'enorme quantità di anidride carbonica, viene regolarmente fornita da tutti gli organismi respiratori e viene rilasciata a causa del lavoro dell'industria. Nella vita umana, l'anidride carbonica viene utilizzata nella lotta antincendio, nell'industria alimentare come gas e come additivo alimentare E290, un conservante e un agente lievitante. In forma solida, l’anidride carbonica è uno dei refrigeranti più conosciuti, il “ghiaccio secco”.

5. Neon

Quella stessa luce misteriosa delle luci da discoteca, delle insegne luminose e dei fari moderni utilizza il quinto elemento chimico più comune, che viene inalato anche dagli esseri umani: il neon. Come molti gas inerti, il neon ha un effetto narcotico sugli esseri umani a una certa pressione, ma è questo gas che viene utilizzato nell'addestramento dei subacquei e di altre persone che lavorano ad alta pressione. Inoltre, le miscele neon-elio vengono utilizzate in medicina per i disturbi respiratori. Il neon stesso viene utilizzato per il raffreddamento, nella produzione di luci di segnalazione e delle stesse lampade al neon; Tuttavia, contrariamente allo stereotipo, la luce al neon non è blu, ma rossa. Tutti gli altri colori sono prodotti da lampade con altri gas.

6. Metano

Il metano e l'aria hanno una storia antichissima: nell'atmosfera primaria, ancor prima della comparsa dell'uomo, il metano era in quantità molto maggiori. Ora estratto e utilizzato come combustibile e materia prima nell'industria manifatturiera, questo gas non è così diffuso nell'atmosfera, ma viene ancora rilasciato dalla Terra. La ricerca moderna ha stabilito il ruolo del metano nella respirazione e nelle funzioni vitali del corpo umano, ma non esistono ancora dati autorevoli al riguardo.

7. Elio

Avendo visto quanto elio c'è nell'aria, chiunque capirà che questo gas non è uno dei più importanti. In effetti, è difficile determinare il significato biologico di questo gas. A parte la divertente distorsione della voce quando si inala l'elio da un palloncino :) Tuttavia, l'elio è ampiamente utilizzato nell'industria: nella metallurgia, nell'industria alimentare, per riempire aerei e palloni meteorologici, nei laser, nei reattori nucleari, ecc.

8. Kripton

Non stiamo parlando della patria di Superman :) Il cripton è un gas inerte tre volte più pesante dell'aria, chimicamente inerte, estratto dall'aria, utilizzato nelle lampade a incandescenza, nei laser ed è ancora attivamente studiato. Tra le proprietà interessanti del kripton, vale la pena notare che a una pressione di 3,5 atmosfere ha un effetto narcotico sull'uomo e a 6 atmosfere acquisisce un odore pungente.

9. Idrogeno

L'idrogeno nell'aria occupa lo 0,00005% in volume e lo 0,00008% in massa, ma allo stesso tempo è l'elemento più comune nell'Universo. È del tutto possibile scrivere un articolo a parte sulla sua storia, produzione e applicazione, quindi ora ci limiteremo a un piccolo elenco di industrie: chimica, carburante, industria alimentare, aviazione, meteorologia, energia elettrica.

10. Xeno

Quest'ultimo è un componente dell'aria, inizialmente considerato solo una miscela di krypton. Il suo nome si traduce come "alieno" e la percentuale di contenuti sia sulla Terra che oltre è minima, il che ha portato al suo costo elevato. Al giorno d'oggi non possono fare a meno dello xeno: produzione di sorgenti luminose potenti e pulsate, diagnostica e anestesia in medicina, motori di veicoli spaziali, carburante per missili. Inoltre, quando inalato, lo xeno abbassa significativamente la voce (l'effetto opposto dell'elio) e recentemente l'inalazione di questo gas è stata inclusa nell'elenco degli agenti dopanti.

Atmosfera(dal greco atmos - vapore e spharia - palla) - il guscio d'aria della Terra, che ruota con esso. Lo sviluppo dell'atmosfera era strettamente correlato ai processi geologici e geochimici che si verificano sul nostro pianeta, nonché alle attività degli organismi viventi.

Il confine inferiore dell'atmosfera coincide con la superficie della Terra, poiché l'aria penetra nei pori più piccoli del suolo e si dissolve anche nell'acqua.

Il confine superiore ad un'altitudine di 2000-3000 km passa gradualmente nello spazio.

Grazie all'atmosfera, che contiene ossigeno, la vita sulla Terra è possibile. L'ossigeno atmosferico viene utilizzato nel processo di respirazione di esseri umani, animali e piante.

Se non ci fosse l’atmosfera, la Terra sarebbe silenziosa come la Luna. Dopotutto, il suono è la vibrazione delle particelle d'aria. Il colore blu del cielo è spiegato dal fatto che i raggi del sole, attraversando l'atmosfera, come attraverso una lente, vengono scomposti nei colori che li compongono. In questo caso, i raggi dei colori blu e blu sono maggiormente dispersi.

L'atmosfera intrappola la maggior parte della radiazione ultravioletta del sole, che ha un effetto dannoso sugli organismi viventi. Inoltre trattiene il calore vicino alla superficie terrestre, impedendo al nostro pianeta di raffreddarsi.

La struttura dell'atmosfera

Nell'atmosfera si possono distinguere diversi strati, di diversa densità (Fig. 1).

Troposfera

Troposfera- lo strato più basso dell'atmosfera, il cui spessore sopra i poli è di 8-10 km, alle latitudini temperate - 10-12 km e sopra l'equatore - 16-18 km.

Riso. 1. La struttura dell'atmosfera terrestre

L'aria nella troposfera viene riscaldata dalla superficie terrestre, cioè dalla terra e dall'acqua. Pertanto la temperatura dell'aria in questo strato diminuisce con l'altezza in media di 0,6 °C ogni 100 m. Al limite superiore della troposfera raggiunge i -55 °C. Allo stesso tempo, nella zona dell'equatore, al limite superiore della troposfera, la temperatura dell'aria è di -70 °C, e nella zona del Polo Nord di -65 °C.

Circa l'80% della massa dell'atmosfera è concentrata nella troposfera, quasi tutto il vapore acqueo si trova, si verificano temporali, tempeste, nuvole e precipitazioni e si verifica il movimento dell'aria verticale (convezione) e orizzontale (vento).

Possiamo dire che il tempo si forma principalmente nella troposfera.

Stratosfera

Stratosfera- uno strato dell'atmosfera situato sopra la troposfera ad un'altitudine compresa tra 8 e 50 km. Il colore del cielo in questo strato appare viola, il che si spiega con la magrezza dell'aria, grazie alla quale i raggi del sole non sono quasi dispersi.

La stratosfera contiene il 20% della massa dell'atmosfera. L'aria in questo strato è rarefatta, praticamente non c'è vapore acqueo e quindi non si formano quasi nuvole e precipitazioni. Tuttavia, nella stratosfera si osservano correnti d'aria stabili, la cui velocità raggiunge i 300 km/h.

Questo strato è concentrato ozono(schermo dell'ozono, ozonosfera), uno strato che assorbe i raggi ultravioletti, impedendo loro di raggiungere la Terra e proteggendo così gli organismi viventi sul nostro pianeta. Grazie all'ozono, la temperatura dell'aria al limite superiore della stratosfera varia da -50 a 4-55 °C.

Tra la mesosfera e la stratosfera c'è una zona di transizione: la stratopausa.

Mesosfera

Mesosfera- uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine di 50-80 km. La densità dell'aria qui è 200 volte inferiore a quella della superficie terrestre. Il colore del cielo nella mesosfera appare nero e le stelle sono visibili durante il giorno. La temperatura dell'aria scende a -75 (-90)°C.

Ad un'altitudine di 80 km inizia termosfera. La temperatura dell'aria in questo strato sale bruscamente fino a un'altezza di 250 m, per poi diventare costante: a 150 km di altitudine raggiunge i 220-240 ° C; ad un'altitudine di 500-600 km supera i 1500 °C.

Nella mesosfera e nella termosfera, sotto l'influenza dei raggi cosmici, le molecole di gas si disintegrano in particelle di atomi cariche (ionizzate), quindi questa parte dell'atmosfera è chiamata ionosfera- uno strato di aria molto rarefatta, situato ad un'altitudine compresa tra 50 e 1000 km, costituito principalmente da atomi di ossigeno ionizzato, molecole di ossido di azoto ed elettroni liberi. Questo strato è caratterizzato da un'elevata elettrificazione e da esso vengono riflesse le onde radio lunghe e medie, come da uno specchio.

Nella ionosfera compaiono le aurore - il bagliore di gas rarefatti sotto l'influenza di particelle caricate elettricamente che volano dal Sole - e si osservano brusche fluttuazioni nel campo magnetico.

Esosfera

Esosfera- lo strato esterno dell'atmosfera situato al di sopra dei 1000 km. Questo strato è anche chiamato sfera di diffusione, poiché le particelle di gas si muovono qui ad alta velocità e possono essere disperse nello spazio.

Composizione atmosferica

L'atmosfera è una miscela di gas composta da azoto (78,08%), ossigeno (20,95%), anidride carbonica (0,03%), argon (0,93%), una piccola quantità di elio, neon, xeno, kripton (0,01%), ozono e altri gas, ma il loro contenuto è trascurabile (Tabella 1). La composizione moderna dell'aria terrestre è stata stabilita più di cento milioni di anni fa, ma l'attività produttiva umana in forte aumento ha comunque portato al suo cambiamento. Attualmente si registra un aumento del contenuto di CO 2 di circa il 10-12%.

I gas che compongono l'atmosfera svolgono vari ruoli funzionali. Tuttavia, l'importanza principale di questi gas è determinata principalmente dal fatto che assorbono fortemente l'energia radiante e quindi hanno un impatto significativo sul regime di temperatura della superficie terrestre e dell'atmosfera.

Tabella 1. Composizione chimica dell'aria atmosferica secca vicino alla superficie terrestre

	Concentrazione in volume. %	Peso molecolare, unità
Ossigeno
Anidride carbonica
Protossido di azoto
	da 0 a 0,00001
Anidride solforosa	da 0 a 0.000007 in estate; da 0 a 0.000002 in inverno
	Da 0 a 0,000002	46,0055/17,03061
Biossido di azog
Monossido di carbonio

Azoto, Il gas più comune nell'atmosfera, è chimicamente inattivo.

Ossigeno, a differenza dell'azoto, è un elemento chimicamente molto attivo. La funzione specifica dell'ossigeno è l'ossidazione della materia organica degli organismi eterotrofi, delle rocce e dei gas sottoossidati emessi nell'atmosfera dai vulcani. Senza ossigeno non ci sarebbe la decomposizione della materia organica morta.

Il ruolo dell’anidride carbonica nell’atmosfera è estremamente ampio. Entra nell'atmosfera a seguito di processi di combustione, respirazione di organismi viventi e decadimento ed è, prima di tutto, il principale materiale da costruzione per la creazione di materia organica durante la fotosintesi. Inoltre, di grande importanza è la capacità dell'anidride carbonica di trasmettere la radiazione solare a onde corte e di assorbire parte della radiazione termica a onde lunghe, che creerà il cosiddetto effetto serra, di cui parleremo di seguito.

I processi atmosferici, in particolare il regime termico della stratosfera, ne sono influenzati ozono. Questo gas funge da assorbitore naturale della radiazione ultravioletta del sole e l'assorbimento della radiazione solare porta al riscaldamento dell'aria. I valori medi mensili del contenuto totale di ozono nell'atmosfera variano a seconda della latitudine e del periodo dell'anno nell'intervallo 0,23-0,52 cm (questo è lo spessore dello strato di ozono alla pressione e alla temperatura del suolo). Si osserva un aumento del contenuto di ozono dall'equatore ai poli e un ciclo annuale con un minimo autunnale e un massimo primaverile.

Una proprietà caratteristica dell'atmosfera è che il contenuto dei principali gas (azoto, ossigeno, argon) cambia leggermente con l'altitudine: a un'altitudine di 65 km nell'atmosfera il contenuto di azoto è dell'86%, ossigeno - 19, argon - 0,91 , ad un'altitudine di 95 km - azoto 77, ossigeno - 21,3, argon - 0,82%. La costanza della composizione dell'aria atmosferica verticalmente e orizzontalmente è mantenuta dalla sua miscelazione.

Oltre ai gas, l'aria contiene vapore acqueo E particelle solide. Questi ultimi possono avere origine sia naturale che artificiale (antropogenica). Si tratta di polline, minuscoli cristalli di sale, polvere stradale e impurità aerosol. Quando i raggi del sole penetrano dalla finestra, possono essere visti ad occhio nudo.

Ci sono soprattutto molte particelle di particolato nell'aria delle città e dei grandi centri industriali, dove agli aerosol si aggiungono le emissioni di gas nocivi e le loro impurità formate durante la combustione del carburante.

La concentrazione di aerosol nell'atmosfera determina la trasparenza dell'aria, che influenza la radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. Gli aerosol più grandi sono i nuclei di condensazione (dal lat. condensazione- compattazione, ispessimento) - contribuiscono alla trasformazione del vapore acqueo in goccioline d'acqua.

L'importanza del vapore acqueo è determinata principalmente dal fatto che esso ritarda la radiazione termica a onde lunghe proveniente dalla superficie terrestre; rappresenta l'anello principale dei grandi e piccoli cicli di umidità; aumenta la temperatura dell'aria durante la condensazione dei letti ad acqua.

La quantità di vapore acqueo nell’atmosfera varia nel tempo e nello spazio. Pertanto, la concentrazione del vapore acqueo sulla superficie terrestre varia dal 3% ai tropici al 2-10 (15)% in Antartide.

Il contenuto medio di vapore acqueo nella colonna verticale dell'atmosfera alle latitudini temperate è di circa 1,6-1,7 cm (questo è lo spessore dello strato di vapore acqueo condensato). Le informazioni relative al vapore acqueo nei diversi strati dell'atmosfera sono contraddittorie. Si è ipotizzato, ad esempio, che nell'intervallo di altitudine compreso tra 20 e 30 km l'umidità specifica aumenti fortemente con l'altitudine. Tuttavia, misurazioni successive indicano una maggiore secchezza della stratosfera. Apparentemente l'umidità specifica nella stratosfera dipende poco dall'altitudine ed è di 2-4 mg/kg.

La variabilità del contenuto di vapore acqueo nella troposfera è determinata dall'interazione dei processi di evaporazione, condensazione e trasporto orizzontale. Come risultato della condensazione del vapore acqueo, si formano le nuvole e le precipitazioni cadono sotto forma di pioggia, grandine e neve.

I processi di transizione di fase dell'acqua si verificano prevalentemente nella troposfera, motivo per cui le nubi nella stratosfera (ad altitudini di 20-30 km) e nella mesosfera (vicino alla mesopausa), chiamate perlescenti e argentate, si osservano relativamente raramente, mentre le nubi troposferiche spesso coprono circa il 50% dell'intera superficie terrestre.

La quantità di vapore acqueo che può essere contenuta nell'aria dipende dalla temperatura dell'aria.

1 m 3 di aria ad una temperatura di -20 ° C non può contenere più di 1 g di acqua; a 0 °C - non più di 5 g; a +10 °C - non più di 9 g; a +30 °C - non più di 30 g di acqua.

Conclusione: Maggiore è la temperatura dell'aria, maggiore è la quantità di vapore acqueo che può contenere.

L'aria potrebbe esserlo ricco E non saturo vapore acqueo. Quindi, se alla temperatura di +30 °C 1 m 3 di aria contiene 15 g di vapore acqueo, l'aria non è satura di vapore acqueo; se 30 g - saturo.

Umidità assolutaè la quantità di vapore acqueo contenuta in 1 m3 di aria. È espresso in grammi. Ad esempio, se dicono "l'umidità assoluta è 15", significa che 1 ml contiene 15 g di vapore acqueo.

Umidità relativa- questo è il rapporto (in percentuale) tra il contenuto effettivo di vapore acqueo in 1 m 3 di aria e la quantità di vapore acqueo che può essere contenuta in 1 m L ad una data temperatura. Ad esempio, se la radio trasmette un bollettino meteorologico secondo cui l'umidità relativa è del 70%, significa che l'aria contiene il 70% del vapore acqueo che può trattenere a quella temperatura.

Maggiore è l'umidità relativa, ad es. Quanto più l’aria è vicina allo stato di saturazione, tanto più probabile è la precipitazione.

Nella zona equatoriale si osserva un'umidità relativa dell'aria sempre elevata (fino al 90%), poiché la temperatura dell'aria rimane elevata durante tutto l'anno e si verifica una grande evaporazione dalla superficie degli oceani. L'umidità relativa è elevata anche nelle regioni polari, ma perché a basse temperature anche una piccola quantità di vapore acqueo rende l'aria satura o quasi satura. Alle latitudini temperate, l'umidità relativa varia con le stagioni: è più alta in inverno, più bassa in estate.

L'umidità relativa dell'aria nei deserti è particolarmente bassa: 1 m 1 d'aria contiene da due a tre volte meno vapore acqueo di quanto sia possibile a una data temperatura.

Per misurare l'umidità relativa si utilizza un igrometro (dal greco hygros - umido e meterco - misuro).

Una volta raffreddata, l'aria satura non può trattenere la stessa quantità di vapore acqueo; si addensa (condensa), trasformandosi in goccioline di nebbia. La nebbia può essere osservata in estate in una notte limpida e fresca.

Nuvole- questa è la stessa nebbia, solo che non si forma sulla superficie terrestre, ma ad una certa altezza. Quando l'aria sale, si raffredda e il vapore acqueo al suo interno si condensa. Le minuscole goccioline d'acqua risultanti formano le nuvole.

Coinvolge anche la formazione delle nuvole particolato sospeso nella troposfera.

Le nuvole possono avere forme diverse, che dipendono dalle condizioni della loro formazione (Tabella 14).

Le nuvole più basse e pesanti sono gli strati. Si trovano ad un'altitudine di 2 km dalla superficie terrestre. Ad un'altitudine compresa tra 2 e 8 km si possono osservare cumuli più pittoreschi. I più alti e leggeri sono i cirri. Si trovano ad un'altitudine compresa tra 8 e 18 km sopra la superficie terrestre.

Famiglie	Tipi di nuvole	Aspetto
A. Nubi in alta quota - sopra i 6 km	I. Cirro	Filiformi, fibrosi, bianchi
	II. Circocumulo	Strati e creste di piccoli fiocchi e riccioli, bianchi
	III. Cirrostrato	Velo biancastro trasparente
B. Nubi di medio livello - sopra i 2 km	IV. Altocumuli	Strati e creste di colore bianco e grigio
	V. Altostratificato	Velo liscio di colore grigio latte
B. Nuvole basse - fino a 2 km	VI. Nimbostrato	Strato grigio solido e informe
	VII. Stratocumulo	Strati e creste non trasparenti di colore grigio
	VIII. Stratificato	Velo grigio non trasparente
D. Nuvole di sviluppo verticale - dal livello inferiore a quello superiore	IX. Cumulo	Le mazze e le cupole sono di un bianco brillante, con i bordi strappati dal vento
	X. Cumulonembo	Potenti masse cumuliformi di colore piombo scuro

Protezione atmosferica

Le fonti principali sono le imprese industriali e le automobili. Nelle grandi città il problema dell’inquinamento da gas sulle principali vie di trasporto è molto acuto. Ecco perché molte grandi città del mondo, compreso il nostro Paese, hanno introdotto il controllo ambientale della tossicità dei gas di scarico dei veicoli. Secondo gli esperti, il fumo e la polvere nell'aria possono ridurre della metà la fornitura di energia solare alla superficie terrestre, il che porterà a un cambiamento delle condizioni naturali.