Care este procentul de oxigen din aerul atmosferic. Compoziția aerului ca procent în volum: diagramă și fapte interesante. Datorită capacității de adaptare a corpului uman, respirația normală poate fi observată chiar și cu cantități mai mici.

Raportul dintre gazele din aerul pământului indicat în tabel este tipic pentru straturile sale inferioare, până la o altitudine de 120 km. În aceste regiuni se află o regiune frumos amestecată, compusă uniform, numită homosferă. Deasupra homosferei se află heterosfera, care se caracterizează prin descompunerea moleculelor de gaz în atomi și ioni.

Regiunile sunt separate unele de altele printr-o pauză turbo.

Reacția chimică în care moleculele sunt descompuse în atomi sub influența radiațiilor solare și cosmice se numește fotodisociere. Dezintegrarea oxigenului molecular produce oxigen atomic, care este principalul gaz din aer la altitudini de peste 200 km. La altitudini de peste 1200 km, hidrogenul și heliul, care sunt cele mai ușoare dintre gaze, încep să predomine.

Deoarece masa principală de aer este concentrată în cele 3 straturi atmosferice inferioare, transformările în compoziția aerului la altitudini mai mari de 100 km nu au un efect sesizabil asupra compoziției generale a aerului.

Azotul este cel mai popular gaz, reprezentând mai mult de trei sferturi din aerul pământului. Azotul modern a apărut din oxidarea aerului timpuriu amoniac-hidrogen cu oxigen molecular, care se formează în timpul fotosintezei.

În prezent, o cantitate mică de azot intră în aer ca urmare a denitrificării - procesul de reducere a nitraților la nitriți, urmat de formarea de azot molecular și oxizi gazos, care este produs de procariotele anaerobe. O parte din azot intră în aer în timpul erupțiilor vulcanice.

În straturile superioare ale aerului, sub acțiunea descărcărilor electrice cu participarea ozonului, azotul molecular este oxidat la monoxid de azot:

În condiții simple, monoxidul reacționează imediat cu oxigenul pentru a forma protoxid de azot:

Azotul este cel mai important element chimic din atmosfera pământului. Azotul face parte din proteine și furnizează hrană minerală plantelor. Determină viteza reacțiilor chimice și joacă rolul unui diluant de oxigen.

Al doilea cel mai frecvent gaz din aerul din sol este oxigenul. Formarea acestui gaz este asociată cu activitatea fotosintetică a bacteriilor și plantelor. Și cu cât organismele fotosintetice au devenit mai diverse și nenumărate, cu atât procesul de conținut de oxigen din aer a devenit mai mare.

Cantități mici de oxigen greu sunt eliberate pe măsură ce mantaua se degazează.

În straturile superioare ale stratosferei și troposferei, sub influența radiației solare ultraviolete (să o notăm cu h?), se formează ozon:

Ca urmare a aceleiași radiații ultraviolete, ozonul se descompune:

O3 + h? O2 + O

Ca rezultat al primei reacții, se formează oxigenul atomic, iar în urma celei de-a doua se formează oxigenul molecular. Toate cele 4 reacții sunt numite „mecanismul Chapman”, numit după omul de știință englez Sidney Chapman care le-a descoperit în prima jumătate a anilor 30 a secolului XX.

Oxigenul ajută organismele vii să respire. Cu ajutorul lui, au loc procese de ardere și oxidare.

Ozonul ajută la protejarea organismelor vii de radiațiile ultraviolete, ceea ce duce la mutații ireversibile. Cea mai mare concentrație de ozon se observă în stratosfera inferioară în așa-numita. strat de ozon sau ecran de ozon situat la înălțime

Formarea celui de-al treilea cel mai frecvent gaz în aer, argonul și neonul, heliul, xenonul și criptonul, este asociată cu descompunerea și erupțiile vulcanice ale elementelor radioactive.

În special, heliul este un produs al dezintegrarii radioactive a uraniului, radiului și toriului: 238 U 234 Th + ?, 230 Th 226 Ra + 4 He, 226 Ra 222 Rn + ? (în aceste reacții particula este un nucleu de heliu, care, în timpul pierderii de energie, captează electroni și devine 4 He).

Argonul se formează în timpul dezintegrarii izotopului radioactiv al potasiului: 40 K 40 Ar + ?.

Neonul scapă din rocile magmatice.

Kryptonul se formează ca produs final al descompunerii uraniului (235 U și 238 U) și a toriului Th.

Masa principală a criptonului atmosferic a apărut în primele etape ale evoluției Solului ca o consecință a dezintegrarii elementelor transuraniu cu un timp de înjumătățire fenomenal de scurt sau provenite din spațiu, conținutul de cripton în care este de zece milioane de ori mai mare decât pe pamant.

Xenonul este rezultatul fisiunii uraniului, dar masa principală a acestui gaz a rămas încă din primele etape de formare a solului, din aerul primar.

Dioxidul de carbon intră în aer ca urmare a erupțiilor vulcanice și în timpul descompunerii materiei organice. Conținutul său în aerul solurilor de latitudine medie variază foarte mult în funcție de anotimpurile anului: iarna cantitatea de CO2 crește, iar vara scade. Această fluctuație este asociată cu activitatea plantelor, care utilizează dioxid de carbon în timpul fotosintezei.

Hidrogenul se formează ca urmare a descompunerii apei prin radiația solară. Dar, fiind cel mai ușor dintre gazele care alcătuiesc aerul, se evaporă întotdeauna în spațiul cosmic și, prin urmare, conținutul său în aer este foarte mic.

Aburul este rezultatul evaporării apei de la suprafața lacurilor, râurilor, mărilor și pământului.

Concentrația gazelor principale în straturile inferioare ale aerului, cu excepția vaporilor de apă și a dioxidului de carbon, este constantă. Oxidul de sulf SO2 se găsește în cantități mici în aer. amoniac NH3. Monoxid de carbon CO, ozon O3. clorură de hidrogen HCl, fluorură de hidrogen HF, monoxid de azot în ce cantitate, hidrocarburi, vapori de mercur Hg, iod I2 și multe altele. În stratul atmosferic inferior, troposferă, există întotdeauna o mulțime de particule solide și lichide în suspensie.

Sursele de particule dure din aerul solului sunt erupțiile vulcanice, polenul vegetal, microbii, iar acum activitățile umane, de exemplu, arderea combustibililor fosili în timpul producției. Particulele mici de praf, care sunt nuclee de condensare, sunt cauza formării de ceață și nori. Fără particulele dure care sunt invariabil prezente în aer, precipitațiile nu ar cădea pe Pământ.

Principalele componente ale aerului atmosferic sunt oxigenul (circa 21%), azotul (78%), dioxidul de carbon (0,03-0,04%), vapori de apă, gaze inerte, ozon, peroxid de hidrogen (circa 1%).

Oxigenul este partea cea mai constitutivă a aerului. Cu participarea sa directă, toate procesele oxidative au loc în corpul uman și animal. În repaus, o persoană consumă aproximativ 350 ml de oxigen pe minut, iar în timpul muncii fizice grele, cantitatea de oxigen consumată crește de câteva ori.

Aerul inspirat conține 20,7-20,9% oxigen, iar aerul expirat conține aproximativ 15-16%. Astfel, țesuturile corpului absorb aproximativ 1/4 din oxigenul prezent în aerul inhalat.

În atmosferă, conținutul de oxigen nu se modifică semnificativ. Plantele absorb dioxidul de carbon și, descompunându-l, asimilează carbonul și eliberează oxigenul eliberat în atmosferă. Sursa formării oxigenului este și descompunerea fotochimică a vaporilor de apă din straturile superioare ale atmosferei sub influența radiațiilor ultraviolete de la soare. În asigurarea unei compoziții constante a aerului atmosferic, este importantă și amestecarea fluxurilor de aer în straturile inferioare ale atmosferei. Excepție fac încăperile închise ermetic, unde, din cauza șederii prelungite a oamenilor, conținutul de oxigen poate fi redus semnificativ (submarine, adăposturi, cabine de avioane sub presiune etc.).

Pentru organism, presiunea parțială a oxigenului este importantă, și nu conținutul său absolut în aerul inhalat. Acest lucru se datorează faptului că trecerea oxigenului de la aerul alveolar la sânge și de la sânge la lichidul tisular are loc sub influența diferențelor de presiune parțială. Presiunea parțială a oxigenului scade odată cu creșterea altitudinii deasupra nivelului mării (Tabelul 1).

Tabelul 1. Presiunea parțială a oxigenului la diferite altitudini

Utilizarea oxigenului este de mare importanță pentru tratamentul bolilor însoțite de lipsa de oxigen (corturi de oxigen, inhalatoare).

Dioxid de carbon. Conținutul de dioxid de carbon din atmosferă este destul de constant. Această constanță se explică prin ciclul său în natură. În ciuda faptului că procesele de degradare și activitatea vitală a corpului sunt însoțite de eliberarea de dioxid de carbon, nu are loc o creștere semnificativă a conținutului său în atmosferă, deoarece dioxidul de carbon este absorbit de plante. În acest caz, carbonul este folosit pentru a construi substanțe organice, iar oxigenul intră în atmosferă. Aerul expirat conține până la 4,4% dioxid de carbon.

Dioxidul de carbon este un stimulent fiziologic al centrului respirator, prin urmare în timpul respirației artificiale se adaugă în aer în cantități mici. În cantități mari poate avea un efect narcotic și poate provoca moartea.

Dioxidul de carbon are și o semnificație igienică. Pe baza conținutului său, se evaluează curățenia aerului din spațiile rezidențiale și publice (adică spațiile în care sunt prezenți oameni). Când oamenii se adună în încăperi slab ventilate, paralel cu acumularea de dioxid de carbon în aer, conținutul altor deșeuri umane crește, temperatura aerului crește și umiditatea acestuia crește.

S-a stabilit că dacă conținutul de dioxid de carbon din aerul din interior depășește 0,07-0,1%, atunci aerul capătă un miros neplăcut și poate perturba starea funcțională a organismului.

Paralelismul modificărilor proprietăților enumerate ale aerului în spațiile rezidențiale și creșterea concentrației de dioxid de carbon, precum și ușurința de a determina conținutul acestuia, fac posibilă utilizarea acestui indicator pentru evaluarea igienică a calității aerului și a eficienta ventilatiei spatiilor publice.

Azot și alte gaze. Azotul este componenta principală a aerului atmosferic. În organism, este dizolvat în sânge și fluide tisulare, dar nu ia parte la reacții chimice.

Acum s-a stabilit experimental că în condiții de presiune ridicată, azotul aerului provoacă o tulburare a coordonării neuromusculare la animale, urmată de agitație și o stare narcotică. Cercetătorii au observat fenomene similare în rândul scafandrilor. Utilizarea unui amestec de helio-oxigen pentru respirație de către scafandri face posibilă creșterea adâncimii de coborâre la 200 m fără simptome pronunțate de intoxicație.

În timpul descărcărilor electrice de fulgere și sub influența razelor ultraviolete de la soare, în aer se formează cantități mici de alte gaze. Valoarea lor igienica este relativ mica.

* Presiunea parțială a unui gaz într-un amestec de gaze este presiunea pe care ar produce-o un anumit gaz dacă ar ocupa întregul volum al amestecului.

Structura și compoziția atmosferei Pământului, trebuie spus, nu au fost întotdeauna valori constante într-una sau alta perioadă a dezvoltării planetei noastre. Astăzi, structura verticală a acestui element, care are o „grosime” totală de 1,5-2,0 mii km, este reprezentată de mai multe straturi principale, inclusiv:

troposfera.
Tropopauza.
Stratosferă.
Stratopauza.
Mezosfera și mezopauza.
Termosferă.
Exosfera.

Elemente de bază ale atmosferei

Troposfera este un strat în care se observă mișcări puternice verticale și orizontale; aici se formează vremea, fenomenele sedimentare și condițiile climatice. Se întinde la 7-8 kilometri de la suprafața planetei aproape peste tot, cu excepția regiunilor polare (până la 15 km acolo). În troposferă, are loc o scădere treptată a temperaturii, cu aproximativ 6,4 ° C cu fiecare kilometru de altitudine. Acest indicator poate diferi pentru diferite latitudini și anotimpuri.

Compoziția atmosferei Pământului în această parte este reprezentată de următoarele elemente și procentele acestora:

Azot - aproximativ 78 la sută;

Oxigen - aproape 21 la sută;

Argon - aproximativ un procent;

Dioxid de carbon - mai puțin de 0,05%.

Compoziție unică până la o altitudine de 90 de kilometri

În plus, aici puteți găsi praf, picături de apă, vapori de apă, produse de combustie, cristale de gheață, săruri marine, multe particule de aerosoli etc. Această compoziție a atmosferei Pământului se observă până la aproximativ nouăzeci de kilometri în altitudine, astfel încât aerul este aproximativ la fel ca compoziție chimică, nu numai în troposferă, ci și în straturile de deasupra. Dar acolo atmosfera are proprietăți fizice fundamental diferite. Stratul care are o compoziție chimică generală se numește homosferă.

Ce alte elemente alcătuiesc atmosfera Pământului? În procente (în volum, în aer uscat) gaze precum kripton (aproximativ 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metan (aproximativ 1,7 x 10 -5) sunt reprezentate aici. 4), protoxid de azot (5,0 x 10 -5) etc. Ca procent din masă, cele mai multe dintre componentele enumerate sunt protoxid de azot și hidrogen, urmate de heliu, cripton etc.

Proprietățile fizice ale diferitelor straturi atmosferice

Proprietățile fizice ale troposferei sunt strâns legate de apropierea acesteia de suprafața planetei. De aici, căldura solară reflectată sub formă de raze infraroșii este îndreptată înapoi în sus, implicând procesele de conducție și convecție. De aceea temperatura scade odată cu distanța de la suprafața pământului. Acest fenomen se observă până la înălțimea stratosferei (11-17 kilometri), apoi temperatura devine aproape neschimbată până la 34-35 km, iar apoi temperatura crește din nou la altitudini de 50 de kilometri (limita superioară a stratosferei) . Între stratosferă și troposferă există un strat intermediar subțire al tropopauzei (până la 1-2 km), unde se observă temperaturi constante deasupra ecuatorului - aproximativ minus 70 ° C și mai jos. Deasupra polilor, tropopauza „se încălzește” vara la minus 45°C; iarna, temperaturile aici fluctuează în jurul valorii de -65°C.

Compoziția gazoasă a atmosferei Pământului include un element atât de important precum ozonul. Există relativ puțin din el la suprafață (zece până la minus a șasea putere de unu la sută), deoarece gazul se formează sub influența luminii solare din oxigenul atomic în părțile superioare ale atmosferei. În special, cel mai mult ozon se află la o altitudine de aproximativ 25 km, iar întregul „ecran de ozon” este situat în zone de la 7-8 km la poli, de la 18 km la ecuator și până la cincizeci de kilometri în total deasupra suprafata planetei.

Atmosfera protejează de radiațiile solare

Compoziția aerului din atmosfera Pământului joacă un rol foarte important în conservarea vieții, deoarece elementele și compozițiile chimice individuale limitează cu succes accesul radiațiilor solare la suprafața pământului și a oamenilor, animalelor și plantelor care trăiesc pe aceasta. De exemplu, moleculele de vapori de apă absorb în mod eficient aproape toate intervalele de radiații infraroșii, cu excepția lungimii în intervalul de la 8 la 13 microni. Ozonul absoarbe radiația ultravioletă până la o lungime de undă de 3100 A. Fără stratul său subțire (doar 3 mm în medie dacă este plasat pe suprafața planetei), doar apă la o adâncime mai mare de 10 metri și peșteri subterane unde radiația solară nu raza poate fi locuita..

Zero Celsius la stratopauză

Între următoarele două niveluri ale atmosferei, stratosferă și mezosferă, există un strat remarcabil - stratopauza. Aproximativ corespunde înălțimii maximelor de ozon și temperatura de aici este relativ confortabilă pentru oameni - aproximativ 0°C. Deasupra stratopauzei, în mezosferă (începe undeva la o altitudine de 50 km și se termină la o altitudine de 80-90 km), se observă din nou o scădere a temperaturii odată cu creșterea distanței de la suprafața Pământului (până la minus 70-80 ° C). ). Meteorii ard de obicei complet în mezosferă.

În termosferă - plus 2000 K!

Compoziția chimică a atmosferei Pământului în termosferă (începe după mezopauză de la altitudini de aproximativ 85-90 până la 800 km) determină posibilitatea unui astfel de fenomen precum încălzirea treptată a straturilor de „aer” foarte rarefiat sub influența radiației solare. . În această parte a „păturii de aer” a planetei, temperaturile variază de la 200 la 2000 K, care sunt obținute datorită ionizării oxigenului (oxigenul atomic este situat peste 300 km), precum și recombinării atomilor de oxigen în molecule. , însoțită de degajarea unei cantități mari de căldură. Termosfera este locul unde apar aurorele.

Deasupra termosferei se află exosfera - stratul exterior al atmosferei, din care atomii de hidrogen ușori și care se mișcă rapid pot scăpa în spațiul cosmic. Compoziția chimică a atmosferei Pământului aici este reprezentată în mare parte de atomi individuali de oxigen în straturile inferioare, atomi de heliu în straturile mijlocii și aproape exclusiv atomi de hidrogen în straturile superioare. Aici predomină temperaturile ridicate - aproximativ 3000 K și nu există presiune atmosferică.

Cum s-a format atmosfera pământului?

Dar, așa cum am menționat mai sus, planeta nu a avut întotdeauna o astfel de compoziție atmosferică. În total, există trei concepte despre originea acestui element. Prima ipoteză sugerează că atmosfera a fost luată prin procesul de acumulare dintr-un nor protoplanetar. Cu toate acestea, astăzi această teorie este supusă unor critici semnificative, deoarece o astfel de atmosferă primară ar fi trebuit să fie distrusă de „vântul” solar de la o stea din sistemul nostru planetar. În plus, se presupune că elementele volatile nu au putut fi reținute în zona de formare a planetelor terestre din cauza temperaturilor prea ridicate.

Compoziția atmosferei primare a Pământului, așa cum sugerează cea de-a doua ipoteză, s-ar fi putut forma din cauza bombardării active a suprafeței de către asteroizi și comete care au sosit din vecinătatea sistemului solar în primele stadii de dezvoltare. Este destul de dificil să confirmi sau să infirmi acest concept.

Experiment la IDG RAS

Cea mai plauzibilă pare să fie a treia ipoteză, care crede că atmosfera a apărut ca urmare a eliberării de gaze din mantaua scoarței terestre cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă. Acest concept a fost testat la Institutul de Geografie al Academiei Ruse de Științe în timpul unui experiment numit „Tsarev 2”, când o probă dintr-o substanță de origine meteorică a fost încălzită în vid. Apoi a fost înregistrată eliberarea de gaze precum H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 etc.. Prin urmare, oamenii de știință au presupus pe bună dreptate că compoziția chimică a atmosferei primare a Pământului include apă și dioxid de carbon, fluorură de hidrogen ( HF), monoxid de carbon gazos (CO), hidrogen sulfurat (H 2 S), compuși de azot, hidrogen, metan (CH 4), vapori de amoniac (NH 3), argon etc. La formare au participat vaporii de apă din atmosfera primară. al hidrosferei, dioxidul de carbon a fost într-o mai mare măsură în stare legată în substanțele organice și roci, azotul a trecut în compoziția aerului modern și, de asemenea, din nou în roci sedimentare și substanțe organice.

Compoziția atmosferei primare a Pământului nu ar permite oamenilor moderni să se afle în ea fără aparate de respirație, deoarece atunci nu exista oxigen în cantitățile necesare. Acest element a apărut în cantități semnificative în urmă cu un miliard și jumătate de ani, despre care se crede că este în legătură cu dezvoltarea procesului de fotosinteză în alge albastru-verde și alte alge, care sunt cei mai vechi locuitori ai planetei noastre.

Oxigen minim

Faptul că compoziția atmosferei Pământului a fost inițial aproape lipsită de oxigen este indicat de faptul că grafitul (carbonul) ușor oxidat, dar nu oxidat, se găsește în cele mai vechi roci (catarheene). Ulterior, au apărut așa-numitele minereuri de fier cu bandă, care au inclus straturi de oxizi de fier îmbogățiți, ceea ce înseamnă apariția pe planetă a unei puternice surse de oxigen sub formă moleculară. Dar aceste elemente au fost găsite doar periodic (poate că aceleași alge sau alți producători de oxigen au apărut în mici insule dintr-un deșert fără oxigen), în timp ce restul lumii era anaerob. Acesta din urmă este susținut de faptul că pirita ușor oxidată a fost găsită sub formă de pietricele prelucrate prin curgere fără urme de reacții chimice. Deoarece apele curgătoare nu pot fi aerate slab, s-a dezvoltat punctul de vedere că atmosfera dinaintea Cambrianului conținea mai puțin de unu la sută din compoziția de oxigen de astăzi.

Schimbare revoluționară în compoziția aerului

Aproximativ la mijlocul Proterozoicului (acum 1,8 miliarde de ani), a avut loc o „revoluție a oxigenului” atunci când lumea a trecut la respirația aerobă, în timpul căreia 38 pot fi obținute dintr-o moleculă de nutrient (glucoză) și nu două (ca în cazul respiraţie anaerobă) unităţi de energie. Compoziția atmosferei Pământului, în ceea ce privește oxigenul, a început să depășească un procent din ceea ce este astăzi și a început să apară un strat de ozon, care protejează organismele de radiații. De la ea, de exemplu, animale străvechi precum trilobiții „s-au ascuns” sub scoici groase. De atunci și până în epoca noastră, conținutul principalului element „respirator” a crescut treptat și lent, asigurând diversitatea dezvoltării formelor de viață de pe planetă.

Să facem imediat o rezervă: azotul ocupă cea mai mare parte a aerului, dar compoziția chimică a porțiunii rămase este foarte interesantă și diversă. Pe scurt, lista elementelor principale este următoarea.

Cu toate acestea, vom oferi și câteva explicații asupra funcțiilor acestor elemente chimice.

1. Azot

Conținutul de azot din aer este de 78% în volum și 75% în masă, adică acest element domină în atmosferă, are titlul de unul dintre cele mai comune de pe Pământ și, în plus, se găsește în afara locuinței umane. zona - pe Uranus, Neptun și în spațiile interstelare. Deci, ne-am dat deja seama cât de mult azot este în aer, dar rămâne întrebarea cu privire la funcția sa. Azotul este necesar pentru existența ființelor vii, face parte din:

proteine;
aminoacizi;
acizi nucleici;
clorofilă;
hemoglobina etc.

În medie, aproximativ 2% dintr-o celulă vie este formată din atomi de azot, ceea ce explică de ce există atât de mult azot în aer ca procent din volum și masă.
Azotul este, de asemenea, unul dintre gazele inerte extrase din aerul atmosferic. Amoniacul este sintetizat din acesta și folosit pentru răcire și alte scopuri.

2. Oxigen

Conținutul de oxigen din aer este una dintre cele mai populare întrebări. Păstrând intriga, să ne abatem de la un fapt amuzant: oxigenul a fost descoperit de două ori - în 1771 și 1774, totuși, din cauza diferenței dintre publicațiile descoperirii, onorurile descoperirii elementului i-au revenit chimistului englez Joseph Priestley, care de fapt a izolat. oxigen secund. Deci, proporția de oxigen din aer fluctuează în jur de 21% din volum și 23% din masă. Împreună cu azotul, aceste două gaze formează 99% din tot aerul pământului. Cu toate acestea, procentul de oxigen din aer este mai mic decât azotul și totuși nu avem probleme de respirație. Faptul este că cantitatea de oxigen din aer este calculată în mod optim special pentru respirația normală; în forma sa pură, acest gaz acționează asupra organismului ca o otravă, ducând la dificultăți în funcționarea sistemului nervos, întreruperea respirației și a circulației sângelui. . În același timp, lipsa de oxigen afectează negativ sănătatea, provocând înfometarea de oxigen și toate simptomele neplăcute asociate cu acesta. Prin urmare, cât de mult oxigen este conținut în aer este ceea ce este necesar pentru o respirație sănătoasă și deplină.

3. Argon

Argonul ocupă locul trei în aer; este inodor, incolor și fără gust. Nu a fost identificat niciun rol biologic semnificativ al acestui gaz, dar are un efect narcotic și chiar este considerat doping. Argonul extras din atmosferă este folosit în industrie, medicină, pentru crearea unei atmosfere artificiale, sinteza chimică, stingerea incendiilor, crearea laserelor etc.

4. Dioxid de carbon

Dioxidul de carbon formează atmosfera lui Venus și Marte; procentul său în aerul pământului este mult mai mic. În același timp, o cantitate imensă de dioxid de carbon este conținută în ocean, este furnizată în mod regulat de toate organismele care respiră și este eliberată datorită muncii industriei. În viața umană, dioxidul de carbon este folosit în stingerea incendiilor, în industria alimentară ca gaz și ca aditiv alimentar E290 - un conservant și un agent de dospire. În formă solidă, dioxidul de carbon este unul dintre cei mai cunoscuți agenți frigorifici, „gheață carbonică”.

5. Neon

Aceeași lumină misterioasă a luminilor disco, semnele luminoase și farurile moderne folosesc al cincilea element chimic cel mai frecvent, care este, de asemenea, inhalat de oameni - neonul. La fel ca multe gaze inerte, neonul are un efect narcotic asupra oamenilor la o anumită presiune, dar acest gaz este folosit în pregătirea scafandrilor și a altor persoane care lucrează la presiune ridicată. De asemenea, amestecurile de neon-heliu sunt folosite în medicină pentru afecțiunile respiratorii; neonul însuși este folosit pentru răcire, în producția de lumini de semnalizare și aceleași lămpi de neon. Cu toate acestea, spre deosebire de stereotip, lumina de neon nu este albastră, ci roșie. Toate celelalte culori sunt produse de lămpi cu alte gaze.

6. Metan

Metanul și aerul au o istorie foarte veche: în atmosfera primară, chiar înainte de apariția omului, metanul era în cantități mult mai mari. Acum extras și folosit ca combustibil și materie primă în producție, acest gaz nu este la fel de răspândit în atmosferă, dar este încă eliberat de pe Pământ. Cercetările moderne stabilesc rolul metanului în respirația și funcțiile vitale ale corpului uman, dar încă nu există date autorizate în acest sens.

7. Heliu

După ce s-a uitat la cât de mult heliu este în aer, oricine va înțelege că acest gaz nu este unul dintre cele mai importante. Într-adevăr, este dificil de determinat semnificația biologică a acestui gaz. În afară de distorsiunea amuzantă a vocii la inhalarea heliului dintr-un balon :) Cu toate acestea, heliul este utilizat pe scară largă în industrie: în metalurgie, industria alimentară, pentru umplerea avioanelor și baloane meteorologice, în lasere, reactoare nucleare etc.

8. Krypton

Nu vorbim de patria lui Superman :) Kryptonul este un gaz inert de trei ori mai greu decât aerul, inert din punct de vedere chimic, extras din aer, folosit în lămpi cu incandescență, lasere și este încă în studiu activ. Printre proprietățile interesante ale criptonului, este de remarcat faptul că la o presiune de 3,5 atmosfere are un efect narcotic asupra oamenilor, iar la 6 atmosfere capătă un miros înțepător.

9. Hidrogen

Hidrogenul din aer ocupă 0,00005% din volum și 0,00008% din masă, dar în același timp este cel mai comun element din Univers. Este destul de posibil să scriem un articol separat despre istoria, producția și aplicarea sa, așa că acum ne vom limita la o mică listă de industrii: chimie, combustibili, industria alimentară, aviație, meteorologie, energie electrică.

10. Xenon

Acesta din urmă este o componentă a aerului, care a fost considerat inițial doar un amestec de cripton. Numele său se traduce prin „extraterestru”, iar procentul de conținut atât pe Pământ, cât și dincolo de acesta este minim, ceea ce a dus la costul său ridicat. În zilele noastre nu se pot lipsi de xenon: producția de surse de lumină puternică și pulsată, diagnosticare și anestezie în medicină, motoare de nave spațiale, combustibil pentru rachete. În plus, atunci când este inhalat, xenonul scade semnificativ vocea (efectul opus al heliului), iar recent inhalarea acestui gaz a fost inclusă în lista agenților dopanți.

Atmosfera(din grecescul atmos - abur și spharia - minge) - învelișul de aer al Pământului, care se rotește odată cu acesta. Dezvoltarea atmosferei a fost strâns legată de procesele geologice și geochimice care au loc pe planeta noastră, precum și de activitățile organismelor vii.

Limita inferioară a atmosferei coincide cu suprafața Pământului, deoarece aerul pătrunde în cei mai mici pori din sol și este dizolvat chiar și în apă.

Limita superioară la o altitudine de 2000-3000 km trece treptat în spațiul cosmic.

Datorită atmosferei, care conține oxigen, viața pe Pământ este posibilă. Oxigenul atmosferic este folosit în procesul de respirație al oamenilor, animalelor și plantelor.

Dacă nu ar exista atmosferă, Pământul ar fi la fel de liniștit ca Luna. La urma urmei, sunetul este vibrația particulelor de aer. Culoarea albastră a cerului se explică prin faptul că razele soarelui, care trec prin atmosferă, ca printr-o lentilă, sunt descompuse în culorile lor componente. În acest caz, razele de culori albastre și albastre sunt cele mai împrăștiate.

Atmosfera captează cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete ale soarelui, ceea ce are un efect dăunător asupra organismelor vii. De asemenea, reține căldura lângă suprafața Pământului, împiedicând răcirea planetei noastre.

Structura atmosferei

În atmosferă se pot distinge mai multe straturi, care diferă ca densitate (Fig. 1).

troposfera

troposfera- cel mai de jos strat al atmosferei, a cărui grosime deasupra polilor este de 8-10 km, la latitudini temperate - 10-12 km, iar deasupra ecuatorului - 16-18 km.

Orez. 1. Structura atmosferei Pământului

Aerul din troposferă este încălzit de suprafața pământului, adică de pământ și apă. Prin urmare, temperatura aerului din acest strat scade odată cu înălțimea cu o medie de 0,6 °C la fiecare 100 m. La limita superioară a troposferei ajunge la -55 °C. În același timp, în regiunea ecuatorului de la limita superioară a troposferei, temperatura aerului este de -70 °C, iar în regiunea Polului Nord -65 °C.

Aproximativ 80% din masa atmosferei este concentrată în troposferă, aproape toți vaporii de apă sunt localizați, au loc furtuni, furtuni, nori și precipitații, și are loc mișcarea verticală (convecție) și orizontală (vânt) a aerului.

Putem spune că vremea se formează în principal în troposferă.

Stratosferă

Stratosferă- un strat al atmosferei situat deasupra troposferei la o altitudine de 8 până la 50 km. Culoarea cerului în acest strat apare violet, ceea ce se explică prin subțirea aerului, datorită căreia razele soarelui aproape că nu sunt împrăștiate.

Stratosfera conține 20% din masa atmosferei. Aerul din acest strat este rarefiat, practic nu există vapori de apă și, prin urmare, aproape nu se formează nori și precipitații. Cu toate acestea, în stratosferă se observă curenți de aer stabili, a căror viteză atinge 300 km/h.

Acest strat este concentrat ozon(ecran de ozon, ozonosferă), un strat care absoarbe razele ultraviolete, împiedicându-le să ajungă pe Pământ și protejând astfel organismele vii de pe planeta noastră. Datorită ozonului, temperatura aerului la limita superioară a stratosferei variază între -50 și 4-55 °C.

Între mezosferă și stratosferă există o zonă de tranziție - stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- un strat al atmosferei situat la o altitudine de 50-80 km. Densitatea aerului aici este de 200 de ori mai mică decât la suprafața Pământului. Culoarea cerului în mezosferă pare neagră, iar stelele sunt vizibile în timpul zilei. Temperatura aerului scade la -75 (-90)°C.

La o altitudine de 80 km începe termosferă. Temperatura aerului din acest strat crește brusc la o înălțime de 250 m, apoi devine constantă: la o altitudine de 150 km ajunge la 220-240 ° C; la o altitudine de 500-600 km depăşeşte 1500 °C.

În mezosferă și termosferă, sub influența razelor cosmice, moleculele de gaz se dezintegrează în particule încărcate (ionizate) de atomi, așa că această parte a atmosferei se numește ionosferă- un strat de aer foarte rarefiat, situat la o altitudine de 50 până la 1000 km, format în principal din atomi de oxigen ionizat, molecule de oxid de azot și electroni liberi. Acest strat este caracterizat de o electrificare ridicată, iar undele radio lungi și medii sunt reflectate din el, ca dintr-o oglindă.

În ionosferă apar aurore - strălucirea gazelor rarefiate sub influența particulelor încărcate electric care zboară de la Soare - și se observă fluctuații bruște ale câmpului magnetic.

Exosfera

Exosfera- stratul exterior al atmosferei situat peste 1000 km. Acest strat se mai numește și sferă de împrăștiere, deoarece particulele de gaz se mișcă aici cu viteză mare și pot fi împrăștiate în spațiul cosmic.

Compoziția atmosferică

Atmosfera este un amestec de gaze format din azot (78,08%), oxigen (20,95%), dioxid de carbon (0,03%), argon (0,93%), o cantitate mică de heliu, neon, xenon, cripton (0,01%), ozon și alte gaze, dar conținutul lor este neglijabil (Tabelul 1). Compoziția modernă a aerului Pământului a fost stabilită cu mai bine de o sută de milioane de ani în urmă, dar activitatea de producție umană a crescut brusc a dus totuși la schimbarea acesteia. În prezent, există o creștere a conținutului de CO 2 cu aproximativ 10-12%.

Gazele care alcătuiesc atmosfera îndeplinesc diverse roluri funcționale. Cu toate acestea, semnificația principală a acestor gaze este determinată în primul rând de faptul că ele absorb foarte puternic energia radiantă și, prin urmare, au un impact semnificativ asupra regimului de temperatură al suprafeței și atmosferei Pământului.

Tabelul 1. Compoziția chimică a aerului atmosferic uscat de lângă suprafața pământului

	Concentrarea volumului. %	Greutate moleculară, unități

Oxigen

Dioxid de carbon





Oxid de azot
	de la 0 la 0,00001
Dioxid de sulf	de la 0 la 0,000007 vara; de la 0 la 0,000002 iarna
	De la 0 la 0,000002	46,0055/17,03061
dioxid de azog

Monoxid de carbon

Azot, Cel mai comun gaz din atmosferă, este inactiv din punct de vedere chimic.

Oxigen, spre deosebire de azot, este un element foarte activ din punct de vedere chimic. Funcția specifică a oxigenului este oxidarea materiei organice a organismelor heterotrofe, a rocilor și a gazelor suboxidate emise în atmosferă de vulcani. Fără oxigen, nu ar exista descompunerea materiei organice moarte.

Rolul dioxidului de carbon în atmosferă este extrem de mare. Intră în atmosferă ca urmare a proceselor de ardere, a respirației organismelor vii și a degradarii și este, în primul rând, principalul material de construcție pentru crearea materiei organice în timpul fotosintezei. În plus, este de mare importanță capacitatea dioxidului de carbon de a transmite radiația solară cu undă scurtă și de a absorbi o parte din radiația termică de undă lungă, ceea ce va crea așa-numitul efect de seră, care va fi discutat mai jos.

Procesele atmosferice, în special regimul termic al stratosferei, sunt, de asemenea, influențate de ozon. Acest gaz servește ca un absorbant natural al radiațiilor ultraviolete de la soare, iar absorbția radiației solare duce la încălzirea aerului. Valorile medii lunare ale conținutului total de ozon din atmosferă variază în funcție de latitudine și perioada anului în intervalul 0,23-0,52 cm (aceasta este grosimea stratului de ozon la presiunea solului și la temperatură). Există o creștere a conținutului de ozon de la ecuator la poli și un ciclu anual cu un minim toamna și un maxim primăvara.

O proprietate caracteristică a atmosferei este că conținutul gazelor principale (azot, oxigen, argon) se modifică ușor cu altitudinea: la o altitudine de 65 km în atmosferă conținutul de azot este de 86%, oxigen - 19, argon - 0,91 , la o altitudine de 95 km - azot 77, oxigen - 21,3, argon - 0,82%. Constanța compoziției aerului atmosferic pe verticală și pe orizontală este menținută prin amestecarea acestuia.

Pe lângă gaze, aerul conține vapor de apăȘi particule solide. Acestea din urmă pot avea origine atât naturală, cât și artificială (antropică). Acestea sunt polen, cristale mici de sare, praf de drum și impurități de aerosoli. Când razele soarelui pătrund pe fereastră, pot fi văzute cu ochiul liber.

Există în special multe particule de particule în aerul orașelor și al marilor centre industriale, unde emisiile de gaze nocive și impuritățile acestora formate în timpul arderii combustibilului sunt adăugate aerosolilor.

Concentrația de aerosoli în atmosferă determină transparența aerului, care afectează radiația solară care ajunge la suprafața Pământului. Cei mai mari aerosoli sunt nucleele de condensare (din lat. condensatie- compactare, îngroșare) - contribuie la transformarea vaporilor de apă în picături de apă.

Importanța vaporilor de apă este determinată în primul rând de faptul că întârzie radiația termică cu undă lungă de la suprafața pământului; reprezintă veriga principală a ciclurilor mari și mici de umiditate; crește temperatura aerului în timpul condensării patului de apă.

Cantitatea de vapori de apă din atmosferă variază în timp și spațiu. Astfel, concentrația vaporilor de apă la suprafața pământului variază de la 3% la tropice până la 2-10 (15)% în Antarctica.

Conținutul mediu de vapori de apă în coloana verticală a atmosferei la latitudini temperate este de aproximativ 1,6-1,7 cm (aceasta este grosimea stratului de vapori de apă condensați). Informațiile referitoare la vaporii de apă din diferite straturi ale atmosferei sunt contradictorii. S-a presupus, de exemplu, că în intervalul de altitudine de la 20 la 30 km, umiditatea specifică crește puternic odată cu altitudinea. Cu toate acestea, măsurătorile ulterioare indică o uscăciune mai mare a stratosferei. Aparent, umiditatea specifică din stratosferă depinde puțin de altitudine și este de 2-4 mg/kg.

Variabilitatea conținutului de vapori de apă în troposferă este determinată de interacțiunea proceselor de evaporare, condensare și transport orizontal. Ca urmare a condensului vaporilor de apă, se formează nori, iar precipitațiile cad sub formă de ploaie, grindină și zăpadă.

Procesele de tranziție de fază ale apei au loc preponderent în troposferă, motiv pentru care norii din stratosferă (la altitudini de 20-30 km) și mezosferă (în apropierea mezopauzei), numiți sidefați și argintii, sunt observați relativ rar, în timp ce norii troposferici. acoperă adesea aproximativ 50% din întreaga suprafață a pământului.suprafețe.

Cantitatea de vapori de apă care poate fi conținută în aer depinde de temperatura aerului.

1 m 3 de aer la o temperatură de -20 ° C nu poate conține mai mult de 1 g de apă; la 0 °C - nu mai mult de 5 g; la +10 °C - nu mai mult de 9 g; la +30 °C - nu mai mult de 30 g de apă.

Concluzie: Cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât poate conține mai mulți vapori de apă.

Aerul poate fi bogatȘi nu saturate vapor de apă. Deci, dacă la o temperatură de +30 °C 1 m 3 de aer conține 15 g vapori de apă, aerul nu este saturat cu vapori de apă; dacă 30 g - saturată.

Umiditate absolută este cantitatea de vapori de apă conținută în 1 m3 de aer. Se exprimă în grame. De exemplu, dacă se spune „umiditatea absolută este 15”, aceasta înseamnă că 1 m L conține 15 g de vapori de apă.

Umiditate relativă- acesta este raportul (în procente) dintre conținutul real de vapori de apă din 1 m 3 de aer și cantitatea de vapori de apă care poate fi conținută în 1 m L la o temperatură dată. De exemplu, dacă radioul a difuzat un raport meteorologic conform căruia umiditatea relativă este de 70%, aceasta înseamnă că aerul conține 70% din vaporii de apă pe care îi poate reține la acea temperatură.

Cu cât umiditatea relativă este mai mare, adică Cu cât aerul este mai aproape de starea de saturație, cu atât sunt mai probabile precipitații.

În zona ecuatorială se observă întotdeauna o umiditate relativă ridicată (până la 90%), deoarece temperatura aerului rămâne ridicată acolo pe tot parcursul anului și are loc o evaporare mare de la suprafața oceanelor. Umiditatea relativă este mare și în regiunile polare, dar pentru că la temperaturi scăzute chiar și o cantitate mică de vapori de apă face ca aerul să fie saturat sau aproape de saturat. În latitudinile temperate, umiditatea relativă variază în funcție de anotimpuri - este mai mare iarna, mai mică vara.

Umiditatea relativă a aerului în deșert este deosebit de scăzută: 1 m 1 de aer acolo conține de două până la trei ori mai puțini vapori de apă decât este posibil la o anumită temperatură.

Pentru a măsura umiditatea relativă, se folosește un higrometru (din grecescul hygros - umed și metreco - măsoară).

Când este răcit, aerul saturat nu poate reține aceeași cantitate de vapori de apă; se îngroașă (condensează), transformându-se în picături de ceață. Ceața poate fi observată vara într-o noapte senină și răcoroasă.

nori- aceasta este aceeași ceață, doar că se formează nu la suprafața pământului, ci la o anumită înălțime. Pe măsură ce aerul se ridică, se răcește și vaporii de apă din el se condensează. Picăturile mici de apă rezultate formează norii.

Formarea norilor implică și particule în suspensie suspendat în troposferă.

Norii pot avea forme diferite, care depind de condițiile formării lor (Tabelul 14).

Norii cei mai jos și cei mai grei sunt stratus. Sunt situate la o altitudine de 2 km de suprafața pământului. La o altitudine de 2 până la 8 km, pot fi observați nori cumuluși mai pitorești. Cei mai înalți și mai ușori sunt norii cirus. Sunt situate la o altitudine de 8 până la 18 km deasupra suprafeței pământului.

Familiile	Soiuri de nori	Aspect
A. Nori de sus - peste 6 km	I. Cirrus	Sub formă de fir, fibros, alb
	II. Cirrocumulus	Straturi și creste de mici fulgi și bucle, albe
	III. Cirrostratus	Voal albicios transparent
B. Nori de nivel mediu - peste 2 km	IV. Altocumulus	Straturi și creste de culoare albă și gri
B. Nori de nivel mediu - peste 2 km	V. Altostratificat	Voal neted de culoare gri lăptos
B. Nori joase - până la 2 km	VI. Nimbostratus	Strat solid gri, fără formă
	VII. Stratocumulus	Straturi netransparente și creste de culoare gri
	VIII. Stratificat	Voal gri netransparent
D. Norii de dezvoltare verticală - de la nivelul inferior spre cel superior	IX. Cumulus	Cluburile și cupolele sunt albe strălucitoare, cu margini rupte în vânt
	X. Cumulonimbus	Mase puternice în formă de cumulus de culoare plumb închisă

Protectie atmosferica

Principalele surse sunt întreprinderile industriale și mașinile. În orașele mari, problema poluării cu gaze pe principalele rute de transport este foarte acută. De aceea, multe orașe mari din întreaga lume, inclusiv țara noastră, au introdus controlul de mediu al toxicității gazelor de eșapament ale vehiculelor. Potrivit experților, fumul și praful din aer pot reduce la jumătate aportul de energie solară la suprafața pământului, ceea ce va duce la o schimbare a condițiilor naturale.