Hur stor är andelen syre i atmosfärisk luft. Luftens sammansättning i volymprocent: diagram och intressanta fakta. På grund av människokroppens förmåga att anpassa sig kan normal andning observeras även vid mindre mängder.

Förhållandet av gaser i jordens luft som anges i tabellen är typiskt för dess lägre lager, upp till en höjd av 120 km. Inom dessa regioner ligger en vackert blandad, enhetligt sammansatt region som kallas homosfären. Ovanför homosfären ligger heterosfären, som kännetecknas av nedbrytning av gasmolekyler till atomer och joner.

Regionerna är separerade från varandra med en turbopaus.

Den kemiska reaktionen där molekyler bryts ner till atomer under påverkan av sol- och kosmisk strålning kallas fotodissociation. Nedfallet av molekylärt syre producerar atomärt syre, som är huvudgasen i luften på höjder av mer än 200 km. På höjder över 1200 km börjar väte och helium, som är de lättaste av gaserna, att dominera.

Eftersom huvudmassan av luft är koncentrerad i de 3 lägre atmosfäriska lagren, har omvandlingar i luftsammansättningen på höjder över 100 km ingen märkbar effekt på den allmänna luftsammansättningen.

Kväve är den populäraste gasen och står för mer än tre fjärdedelar av jordens luft. Modernt kväve uppstod från oxidationen av tidig ammoniak-väteluft med molekylärt syre, som bildas under fotosyntesen.

För tillfället kommer en liten mängd kväve in i luften som ett resultat av denitrifikation - processen att reducera nitrater till nitriter, följt av bildandet av gasformigt molekylärt kväve och oxider, som produceras av anaeroba prokaryoter. En del kväve kommer in i luften vid vulkanutbrott.

I de övre luftlagren, under inverkan av elektriska urladdningar med deltagande av ozon, oxideras molekylärt kväve till kvävemonoxid:

Under enkla förhållanden reagerar monoxiden omedelbart med syre för att bilda dikväveoxid:

Kväve är det viktigaste kemiska elementet i jordens atmosfär. Kväve är en del av proteiner och tillför mineralnäring till växter. Det bestämmer hastigheten för kemiska reaktioner och spelar rollen som ett syrespädningsmedel.

Den näst vanligaste gasen i markluften är syre. Bildandet av denna gas är förknippat med den fotosyntetiska aktiviteten hos bakterier och växter. Och ju mer mångfaldiga och otaliga fotosyntetiska organismer blev, desto större blev syrehalten i luften.

Små mängder tungt syre frigörs när manteln avgasar.

I de övre skikten av stratosfären och troposfären, under påverkan av ultraviolett solstrålning (låt oss beteckna det som h?), bildas ozon:

Som ett resultat av samma ultravioletta strålning sönderfaller ozon:

O3 + h? O2 + O

Som ett resultat av den första reaktionen bildas atomärt syre, och som ett resultat av den andra bildas molekylärt syre. Alla fyra reaktionerna kallas "Chapman-mekanismen", uppkallad efter den engelska vetenskapsmannen Sidney Chapman som upptäckte dem under första hälften av 30-talet av 1900-talet.

Syre hjälper levande organismer att andas. Med dess hjälp uppstår förbrännings- och oxidationsprocesser.

Ozon hjälper till att skydda levande organismer från ultraviolett strålning, vilket leder till irreversibla mutationer. Den största koncentrationen av ozon observeras i den nedre stratosfären inom den sk. ozonskikt eller ozonskärm som ligger på höjden

Bildandet av den tredje vanligaste gasen i luften, argon och neon, helium, xenon och krypton, är förknippad med sönderfall och vulkanutbrott av radioaktiva grundämnen.

Helium är i synnerhet en produkt av det radioaktiva sönderfallet av uran, radium och torium: 238 U 234 Th + ?, 230 Th 226 Ra + 4 He, 226 Ra 222 Rn + ? (i dessa reaktioner är partikeln en heliumkärna, som under energiförlusten fångar elektroner och blir 4 He).

Argon bildas under sönderfallet av den radioaktiva isotopen av kalium: 40 K 40 Ar + ?.

Neon flyr från magmatiska stenar.

Krypton bildas som slutprodukten av sönderfallet av uran (235 U och 238 U) och torium Th.

Huvudmassan av atmosfäriskt krypton dök upp i de tidiga stadierna av jordens utveckling som en konsekvens av sönderfallet av transuranelement med en fenomenalt kort halveringstid eller kom från rymden, vars innehåll av krypton är tio miljoner gånger högre än på jorden.

Xenon är resultatet av klyvningen av uran, men huvudmassan av denna gas förblev från de tidiga stadierna av jordbildning, från primärluften.

Koldioxid kommer in i luften till följd av vulkanutbrott och vid nedbrytning av organiskt material. Dess innehåll i luften av jordar på mitten av latitud varierar mycket beroende på årstider: på vintern ökar mängden CO2 och på sommaren minskar den. Denna fluktuation är förknippad med aktiviteten hos växter, som använder koldioxid under fotosyntesen.

Väte bildas som ett resultat av nedbrytning av vatten genom solstrålning. Men eftersom den är den lättaste av de gaser som utgör luften, avdunstar den alltid ut i rymden, och därför är dess innehåll i luften mycket litet.

Ånga är resultatet av avdunstning av vatten från ytan av sjöar, floder, hav och land.

Koncentrationen av huvudgaserna i de lägre luftlagren, med undantag av vattenånga och koldioxid, är konstant. Svaveloxid SO2 finns i små mängder i luften. ammoniak NH3. Kolmonoxid CO, ozon O3. väteklorid HCl, vätefluorid HF, kvävemonoxid i vilken mängd, kolväten, kvicksilverånga Hg, jod I2 och många andra. I det nedre atmosfärsskiktet, troposfären, finns det alltid mycket suspenderade fasta och flytande partiklar.

Källorna till hårda partiklar i markens luft är vulkanutbrott, växtpollen, mikrober och nu mänskliga aktiviteter, till exempel förbränning av fossila bränslen under produktionen. Små dammpartiklar, som är kondensationskärnor, är orsaken till bildandet av dimma och moln. Utan de hårda partiklarna som alltid finns i luften skulle nederbörd inte falla på jorden.

Huvudkomponenterna i atmosfärisk luft är syre (ca 21%), kväve (78%), koldioxid (0,03-0,04%), vattenånga, inerta gaser, ozon, väteperoxid (ca 1%).

Syre är den mest ingående delen av luft. Med dess direkta deltagande sker alla oxidativa processer i människo- och djurkroppen. I vila förbrukar en person cirka 350 ml syre per minut, och under tungt fysiskt arbete ökar mängden syre som förbrukas flera gånger.

Inandningsluften innehåller 20,7-20,9% syre och utandningsluften innehåller ca 15-16%. Således absorberar kroppsvävnader cirka 1/4 av syret som finns i inandningsluften.

I atmosfären förändras inte syrehalten nämnvärt. Växter absorberar koldioxid och bryter ner den, assimilerar kol och släpper ut det frigjorda syret i atmosfären. Källan till syrebildning är också den fotokemiska nedbrytningen av vattenånga i de övre skikten av atmosfären under påverkan av ultraviolett strålning från solen. För att säkerställa en konstant sammansättning av atmosfärsluften är blandning av luftflöden i de lägre skikten av atmosfären också viktig. Undantaget är hermetiskt slutna rum, där syrehalten kan minskas avsevärt på grund av långvarig vistelse av människor (ubåtar, skyddsrum, trycksatta flygplanshytter etc.).

För kroppen är partialtrycket av syre viktigt, och inte dess absoluta innehåll i inandningsluften. Detta beror på det faktum att övergången av syre från alveolär luft till blod och från blod till vävnadsvätska sker under påverkan av skillnader i partialtryck. Syrepartialtrycket minskar med ökande höjd över havet (tabell 1).

Tabell 1. Partialtryck av syre på olika höjder

Användningen av syre är av stor betydelse för behandling av sjukdomar som åtföljs av syresvält (syretält, inhalatorer).

Koldioxid. Koldioxidhalten i atmosfären är ganska konstant. Denna beständighet förklaras av dess kretslopp i naturen. Trots det faktum att kroppens förfallsprocesser och vital aktivitet åtföljs av frisättning av koldioxid, sker ingen betydande ökning av dess innehåll i atmosfären, eftersom koldioxid absorberas av växter. I det här fallet används kol för att bygga organiska ämnen, och syre kommer in i atmosfären. Utandad luft innehåller upp till 4,4 % koldioxid.

Koldioxid är ett fysiologiskt stimulerande medel i andningscentrumet, därför läggs det till luften i små mängder under konstgjord andning. I stora mängder kan det ha en narkotisk effekt och orsaka dödsfall.

Koldioxid har också hygienisk betydelse. Utifrån dess innehåll bedöms luftens renhet i bostäder och offentliga lokaler (d.v.s. lokaler där människor vistas). När människor samlas i dåligt ventilerade rum, parallellt med ansamling av koldioxid i luften, ökar innehållet av andra mänskliga avfallsprodukter, lufttemperaturen stiger och dess luftfuktighet ökar.

Det har fastställts att om koldioxidhalten i inomhusluften överstiger 0,07-0,1 %, får luften en obehaglig lukt och kan störa kroppens funktionella tillstånd.

Parallellen mellan förändringarna i de listade egenskaperna hos luft i bostadslokaler och ökningen av koncentrationen av koldioxid, såväl som lättheten att bestämma dess innehåll, gör det möjligt att använda denna indikator för den hygieniska bedömningen av luftkvaliteten och luftkvaliteten. effektivitet i ventilationen av offentliga lokaler.

Kväve och andra gaser. Kväve är huvudkomponenten i atmosfärisk luft. I kroppen löses det i blodet och vävnadsvätskorna, men deltar inte i kemiska reaktioner.

Det har nu experimentellt fastställts att under förhållanden med högt tryck orsakar luftkväve en störning av neuromuskulär koordination hos djur, följt av agitation och ett narkotiskt tillstånd. Forskare observerade liknande fenomen bland dykare. Användningen av en helio-syreblandning för andning av dykare gör det möjligt att öka nedstigningsdjupet till 200 m utan uttalade symtom på berusning.

Vid elektriska blixtarladdningar och under påverkan av ultravioletta strålar från solen bildas små mängder andra gaser i luften. Deras hygieniska värde är relativt litet.

* Partialtrycket för en gas i en blandning av gaser är det tryck som en given gas skulle producera om den upptog hela volymen av blandningen.

Strukturen och sammansättningen av jordens atmosfär, det måste sägas, var inte alltid konstanta värden under en eller annan period av vår planets utveckling. Idag representeras den vertikala strukturen av detta element, som har en total "tjocklek" på 1,5-2,0 tusen km, av flera huvudlager, inklusive:

1. Troposfär.
2. Tropopaus.
3. Stratosfär.
4. Stratopaus.
5. Mesosfären och mesopausen.
6. Termosfär.
7. Exosfär.

Grundläggande element i atmosfären

Troposfären är ett lager där starka vertikala och horisontella rörelser observeras; det är här som väder, sedimentära fenomen och klimatförhållanden bildas. Den sträcker sig 7-8 kilometer från planetens yta nästan överallt, med undantag för polarområdena (upp till 15 km där). I troposfären sker en gradvis minskning av temperaturen, ungefär med 6,4 ° C med varje kilometer höjd. Denna indikator kan skilja sig åt för olika breddgrader och årstider.

Sammansättningen av jordens atmosfär i denna del representeras av följande element och deras procentsatser:

Kväve - cirka 78 procent;

Syre - nästan 21 procent;

Argon - cirka en procent;

Koldioxid - mindre än 0,05%.

Enkel sammansättning upp till en höjd av 90 kilometer

Dessutom kan du här hitta damm, vattendroppar, vattenånga, förbränningsprodukter, iskristaller, havssalter, många aerosolpartiklar etc. Denna sammansättning av jordens atmosfär observeras upp till cirka nittio kilometers höjd, så luften är ungefär lika i kemisk sammansättning, inte bara i troposfären, utan även i de överliggande lagren. Men där har atmosfären fundamentalt olika fysiska egenskaper. Det skikt som har en allmän kemisk sammansättning kallas homosfären.

Vilka andra grundämnen utgör jordens atmosfär? I procent (volym, i torr luft) gaser som krypton (ca 1,14 x 10-4), xenon (8,7 x 10 -7), väte (5,0 x 10 -5), metan (ca 1,7 x 10 -5) representeras här 4), dikväveoxid (5,0 x 10 -5) etc. Som viktprocent är de flesta av de listade komponenterna dikväveoxid och väte, följt av helium, krypton, etc.

Fysikaliska egenskaper hos olika atmosfäriska skikt

Troposfärens fysiska egenskaper är nära relaterade till dess närhet till planetens yta. Härifrån riktas reflekterad solvärme i form av infraröda strålar tillbaka uppåt, vilket involverar processerna för ledning och konvektion. Det är därför temperaturen sjunker med avståndet från jordens yta. Detta fenomen observeras upp till stratosfärens höjd (11-17 kilometer), sedan blir temperaturen nästan oförändrad upp till 34-35 km, och sedan stiger temperaturen igen till höjder av 50 kilometer (stratosfärens övre gräns) . Mellan stratosfären och troposfären finns ett tunt mellanlager av tropopausen (upp till 1-2 km), där konstanta temperaturer observeras ovanför ekvatorn - cirka minus 70 ° C och under. Ovanför polerna "värms upp" tropopausen på sommaren till minus 45°C, på vintern varierar temperaturen här runt -65°C.

Gassammansättningen i jordens atmosfär innehåller ett så viktigt element som ozon. Det finns relativt lite av det vid ytan (tio till minus sjätte potensen av en procent), eftersom gasen bildas under påverkan av solljus från atomärt syre i de övre delarna av atmosfären. I synnerhet finns det mest ozon på en höjd av cirka 25 km, och hela "ozonskärmen" ligger i områden från 7-8 km vid polerna, från 18 km vid ekvatorn och upp till femtio kilometer totalt ovanför planetens yta.

Atmosfären skyddar mot solstrålning

Sammansättningen av luften i jordens atmosfär spelar en mycket viktig roll för att bevara liv, eftersom enskilda kemiska element och sammansättningar framgångsrikt begränsar tillgången av solstrålning till jordens yta och människorna, djuren och växterna som lever på den. Till exempel absorberar vattenångmolekyler effektivt nästan alla områden av infraröd strålning, med undantag för längder i intervallet från 8 till 13 mikron. Ozon absorberar ultraviolett strålning upp till en våglängd på 3100 A. Utan sitt tunna skikt (endast 3 mm i genomsnitt om det placeras på planetens yta), endast vatten på ett djup av mer än 10 meter och underjordiska grottor där solstrålning inte räckvidd kan bebos. .

Noll Celsius vid stratopausen

Mellan de nästa två nivåerna i atmosfären, stratosfären och mesosfären, finns ett anmärkningsvärt lager - stratopausen. Det motsvarar ungefär höjden av ozonmaxima och temperaturen här är relativt behaglig för människor - cirka 0°C. Ovanför stratopausen, i mesosfären (börjar någonstans på en höjd av 50 km och slutar på en höjd av 80-90 km), observeras en temperatursänkning igen med ökande avstånd från jordens yta (till minus 70-80 ° C) ). Meteorer brinner vanligtvis upp helt i mesosfären.

I termosfären - plus 2000 K!

Den kemiska sammansättningen av jordens atmosfär i termosfären (börjar efter mesopausen från höjder på cirka 85-90 till 800 km) bestämmer möjligheten för ett sådant fenomen som gradvis uppvärmning av lager av mycket försåld "luft" under inverkan av solstrålning . I denna del av planetens "luftfilt" varierar temperaturerna från 200 till 2000 K, som erhålls på grund av jonisering av syre (atomärt syre ligger över 300 km), såväl som rekombinationen av syreatomer till molekyler , åtföljd av frigörandet av en stor mängd värme. Termosfären är där norrsken uppstår.

Ovanför termosfären finns exosfären - atmosfärens yttre skikt, från vilket lätta och snabbt rörliga väteatomer kan fly ut i yttre rymden. Den kemiska sammansättningen av jordens atmosfär här representeras mest av enskilda syreatomer i de nedre lagren, heliumatomer i de mellersta lagren och nästan uteslutande väteatomer i de övre lagren. Här råder höga temperaturer - cirka 3000 K och det finns inget atmosfärstryck.

Hur bildades jordens atmosfär?

Men, som nämnts ovan, hade planeten inte alltid en sådan atmosfärisk sammansättning. Totalt finns det tre begrepp om ursprunget till detta element. Den första hypotesen antyder att atmosfären togs genom processen med ackretion från ett protoplanetärt moln. Men idag är denna teori föremål för betydande kritik, eftersom en sådan primär atmosfär borde ha förstörts av solvinden från en stjärna i vårt planetsystem. Dessutom antas det att flyktiga element inte kunde hållas kvar i jordplanets bildningszon på grund av för höga temperaturer.

Sammansättningen av jordens primära atmosfär, som föreslås av den andra hypotesen, kunde ha bildats på grund av det aktiva bombardemanget av ytan av asteroider och kometer som anlände från närheten av solsystemet i de tidiga utvecklingsstadierna. Det är ganska svårt att bekräfta eller motbevisa detta koncept.

Experiment vid Institute of Geography RAS

Den mest troliga tycks vara den tredje hypotesen, som menar att atmosfären uppstod som ett resultat av frigörandet av gaser från jordskorpans mantel för cirka 4 miljarder år sedan. Detta koncept testades vid Institute of Geography vid Ryska vetenskapsakademin under ett experiment kallat "Tsarev 2", när ett prov av ett ämne av meteoriskt ursprung värmdes upp i ett vakuum. Sedan registrerades utsläpp av gaser som H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. Därför antog forskare med rätta att den kemiska sammansättningen av jordens primära atmosfär inkluderade vatten och koldioxid, vätefluorid ( HF), kolmonoxidgas (CO), vätesulfid (H 2 S), kväveföreningar, väte, metan (CH 4), ammoniakånga (NH 3), argon etc. Vattenånga från den primära atmosfären deltog i bildningen av hydrosfären var koldioxid i större utsträckning i bundet tillstånd i organiska ämnen och bergarter, kväve passerade in i den moderna luftens sammansättning och även återigen till sedimentära bergarter och organiska ämnen.

Sammansättningen av jordens primära atmosfär skulle inte tillåta moderna människor att vara i den utan andningsapparat, eftersom det inte fanns något syre i de nödvändiga mängderna då. Detta element uppträdde i betydande mängder för en och en halv miljard år sedan, som tros vara i samband med utvecklingen av fotosyntesprocessen i blågröna och andra alger, som är de äldsta invånarna på vår planet.

Minimum syre

Att jordatmosfärens sammansättning från början var nästan syrefri indikeras av att lätt oxiderad, men inte oxiderad grafit (kol) finns i de äldsta (katarkeiska) bergarterna. Därefter uppträdde så kallade bandade järnmalmer, som inkluderade lager av berikade järnoxider, vilket innebär uppkomsten på planeten av en kraftfull källa till syre i molekylär form. Men dessa grundämnen hittades bara periodvis (kanske samma alger eller andra syreproducenter dök upp på små öar i en syrefri öken), medan resten av världen var anaerob. Det senare stöds av det faktum att lätt oxiderad pyrit hittades i form av småsten bearbetade genom flöde utan spår av kemiska reaktioner. Eftersom strömmande vatten inte kan luftas dåligt har uppfattningen utvecklats att atmosfären före kambrium innehöll mindre än en procent av dagens syresammansättning.

Revolutionerande förändring i luftsammansättningen

Ungefär i mitten av Proterozoikum (1,8 miljarder år sedan) inträffade en "syrerevolution" när världen övergick till aerob andning, under vilken 38 kan erhållas från en molekyl av ett näringsämne (glukos), och inte två (som med anaerob andning) energienheter. Sammansättningen av jordens atmosfär, i termer av syre, började överstiga en procent av vad den är idag, och ett ozonskikt började uppstå som skyddade organismer från strålning. Det var från henne som till exempel sådana gamla djur som trilobiter "gömde sig" under tjocka skal. Sedan dess till vår tid ökade innehållet i huvudelementet "andningsorganen" gradvis och långsamt, vilket säkerställde mångfalden av utveckling av livsformer på planeten.

Låt oss göra en reservation direkt: kväve upptar majoriteten av luften, men den kemiska sammansättningen av den återstående delen är mycket intressant och mångsidig. Kortfattat är listan över huvudelement följande.

Men vi kommer också att ge några förklaringar om dessa kemiska grundämnens funktioner.

1. Kväve

Kvävehalten i luften är 78% i volym och 75% av massa, det vill säga detta element dominerar i atmosfären, har titeln en av de vanligaste på jorden, och finns dessutom utanför den mänskliga bostaden zon - på Uranus, Neptunus och i interstellära utrymmen. Så vi har redan räknat ut hur mycket kväve som finns i luften, men frågan kvarstår om dess funktion. Kväve är nödvändigt för existensen av levande varelser, det är en del av:

• proteiner;
• aminosyror;
• nukleinsyror;
• klorofyll;
• hemoglobin etc.

I genomsnitt består cirka 2 % av en levande cell av kväveatomer, vilket förklarar varför det finns så mycket kväve i luften i procent av volym och massa.
Kväve är också en av de inerta gaserna som utvinns från atmosfärisk luft. Ammoniak syntetiseras från det och används för kylning och andra ändamål.

2. Syre

Syrehalten i luften är en av de mest populära frågorna. För att behålla intrigen, låt oss gå vidare till ett roligt faktum: syre upptäcktes två gånger - 1771 och 1774, men på grund av skillnaden i publikationer av upptäckten gick äran att upptäcka grundämnet till den engelske kemisten Joseph Priestley, som faktiskt isolerade syre sekund. Så andelen syre i luften fluktuerar runt 21 volymprocent och 23 viktprocent. Tillsammans med kväve utgör dessa två gaser 99 % av all jordens luft. Däremot är andelen syre i luften mindre än kväve, och ändå upplever vi inga andningsproblem. Faktum är att mängden syre i luften är optimalt beräknad specifikt för normal andning; i sin rena form verkar denna gas på kroppen som gift, vilket leder till svårigheter i nervsystemets funktion, störningar i andningen och blodcirkulationen . Samtidigt påverkar syrebristen också hälsan negativt, vilket orsakar syresvält och alla de obehagliga symtom som är förknippade med det. Därför är hur mycket syre som finns i luften vad som behövs för en hälsosam, full andning.

3. Argon

Argon rankas på tredje plats i luften, det är luktfritt, färglöst och smaklöst. Ingen signifikant biologisk roll för denna gas har identifierats, men den har en narkotisk effekt och anses till och med vara doping. Argon utvunnet ur atmosfären används inom industri, medicin, för att skapa en konstgjord atmosfär, kemisk syntes, brandsläckning, skapa laser, etc.

4. Koldioxid

Koldioxid utgör atmosfären på Venus och Mars, dess andel i jordens luft är mycket lägre. Samtidigt finns en enorm mängd koldioxid i havet, den tillförs regelbundet av alla andningsorganismer och släpps ut på grund av industrins arbete. I människors liv används koldioxid i brandbekämpning, livsmedelsindustrin som gas och som livsmedelstillsats E290 - ett konserveringsmedel och jäsmedel. I fast form är koldioxid ett av de mest kända köldmedierna, "torris".

5. Neon

Samma mystiska ljus av discolampor, ljusa skyltar och moderna strålkastare använder det femte vanligaste kemiska elementet, som också andas in av människor - neon. Precis som många inerta gaser har neon en narkotisk effekt på människor vid ett visst tryck, men det är denna gas som används vid träning av dykare och andra personer som arbetar under högt tryck. Dessutom används neon-heliumblandningar inom medicin för andningsbesvär; neon i sig används för kylning, vid produktion av signalljus och samma neonlampor. Men i motsats till stereotypen är neonljus inte blått, utan rött. Alla andra färger produceras av lampor med andra gaser.

6. Metan

Metan och luft har en mycket gammal historia: i den primära atmosfären, redan innan människans uppträdande, fanns metan i mycket större mängder. Denna gas som nu utvinns och används som bränsle och råmaterial i tillverkningen är inte lika utbredd i atmosfären, men frigörs fortfarande från jorden. Modern forskning fastställer metanets roll i andningen och vitala funktioner i människokroppen, men det finns inga auktoritativa uppgifter om detta ännu.

7. Helium

Efter att ha tittat på hur mycket helium som finns i luften kommer alla att förstå att denna gas inte är en av de viktigaste. Det är faktiskt svårt att avgöra den biologiska betydelsen av denna gas. Förutom den roliga förvrängningen av rösten när man andas in helium från en ballong :) Helium används dock flitigt inom industrin: inom metallurgi, livsmedelsindustrin, för att fylla flygplan och väderballonger, i lasrar, kärnreaktorer osv.

8. Krypton

Vi pratar inte om Stålmannens hemland :) Krypton är en inert gas som är tre gånger tyngre än luft, kemiskt inert, utvunnen ur luft, används i glödlampor, lasrar och som fortfarande studeras aktivt. Bland de intressanta egenskaperna hos krypton är det värt att notera att det vid ett tryck på 3,5 atmosfärer har en narkotisk effekt på människor, och vid 6 atmosfärer får det en skarp lukt.

9. Väte

Väte i luften upptar 0,00005 volymprocent och 0,00008 viktprocent, men samtidigt är det det vanligaste grundämnet i universum. Det är fullt möjligt att skriva en separat artikel om dess historia, produktion och tillämpning, så nu kommer vi att begränsa oss till en liten lista över industrier: kemi, bränsle, livsmedelsindustri, flyg, meteorologi, elkraft.

10. Xenon

Den senare är en komponent av luft, som från början endast ansågs vara en blandning av krypton. Dess namn översätts som "främmande", och andelen innehåll både på jorden och utanför är minimal, vilket ledde till dess höga kostnad. Nuförtiden kan de inte klara sig utan xenon: produktion av kraftfulla och pulserande ljuskällor, diagnostik och anestesi inom medicin, rymdfarkoster, raketbränsle. Dessutom, vid inandning, sänker xenon rösten avsevärt (motsatt effekt av helium), och nyligen har inandning av denna gas inkluderats i listan över dopningsmedel.

Atmosfär(från den grekiska atmosfären - ånga och spharia - boll) - jordens luftskal som roterar med det. Atmosfärens utveckling var nära relaterad till de geologiska och geokemiska processerna som förekommer på vår planet, såväl som till levande organismers aktiviteter.

Atmosfärens nedre gräns sammanfaller med jordens yta, eftersom luft tränger in i de minsta porerna i jorden och löses även i vatten.

Den övre gränsen på en höjd av 2000-3000 km övergår gradvis till yttre rymden.

Tack vare atmosfären, som innehåller syre, är liv på jorden möjligt. Atmosfäriskt syre används i andningsprocessen hos människor, djur och växter.

Om det inte fanns någon atmosfär skulle jorden vara lika tyst som månen. När allt kommer omkring är ljud vibrationen av luftpartiklar. Den blå färgen på himlen förklaras av det faktum att solens strålar, som passerar genom atmosfären, som genom en lins, sönderdelas i sina beståndsfärger. I det här fallet är strålarna av blå och blå färger mest utspridda.

Atmosfären fångar det mesta av solens ultravioletta strålning, vilket har en skadlig effekt på levande organismer. Det behåller också värme nära jordens yta, vilket hindrar vår planet från att svalna.

Atmosfärens struktur

I atmosfären kan flera lager urskiljas, olika i densitet (Fig. 1).

Troposfär

Troposfär- det lägsta lagret av atmosfären, vars tjocklek ovanför polerna är 8-10 km, i tempererade breddgrader - 10-12 km och över ekvatorn - 16-18 km.

Ris. 1. Strukturen av jordens atmosfär

Luften i troposfären värms upp av jordytan, det vill säga av land och vatten. Därför minskar lufttemperaturen i detta lager med höjden med i genomsnitt 0,6 °C för varje 100 m. Vid troposfärens övre gräns når den -55 °C. Samtidigt, i området för ekvatorn vid troposfärens övre gräns, är lufttemperaturen -70 °C och i regionen av nordpolen -65 °C.

Cirka 80 % av atmosfärens massa är koncentrerad i troposfären, nästan all vattenånga är lokaliserad, åskväder, stormar, moln och nederbörd förekommer, och vertikal (konvektion) och horisontell (vind) rörelse av luft uppstår.

Vi kan säga att vädret huvudsakligen bildas i troposfären.

Stratosfär

Stratosfär- ett skikt av atmosfären ovanför troposfären på en höjd av 8 till 50 km. Himlens färg i detta lager ser lila ut, vilket förklaras av luftens tunnhet, på grund av vilken solens strålar nästan inte sprids.

Stratosfären innehåller 20 % av atmosfärens massa. Luften i detta lager är sällsynt, det finns praktiskt taget ingen vattenånga, och därför bildas nästan inga moln och nederbörd. Men stabila luftströmmar observeras i stratosfären, vars hastighet når 300 km/h.

Detta skikt är koncentrerat ozon(ozonskärm, ozonosfär), ett lager som absorberar ultravioletta strålar, hindrar dem från att nå jorden och skyddar därigenom levande organismer på vår planet. Tack vare ozon varierar lufttemperaturen vid stratosfärens övre gräns från -50 till 4-55 °C.

Mellan mesosfären och stratosfären finns en övergångszon - stratopausen.

Mesosfären

Mesosfären- ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 50-80 km. Luftdensiteten här är 200 gånger mindre än vid jordens yta. Färgen på himlen i mesosfären ser svart ut och stjärnor är synliga under dagen. Lufttemperaturen sjunker till -75 (-90)°C.

På en höjd av 80 km börjar termosfär. Lufttemperaturen i detta lager stiger kraftigt till en höjd av 250 m och blir sedan konstant: på en höjd av 150 km når den 220-240 ° C; på en höjd av 500-600 km överstiger 1500 °C.

I mesosfären och termosfären, under inverkan av kosmiska strålar, sönderfaller gasmolekyler till laddade (joniserade) partiklar av atomer, så denna del av atmosfären kallas jonosfär- ett lager av mycket förtärnad luft, beläget på en höjd av 50 till 1000 km, huvudsakligen bestående av joniserade syreatomer, kväveoxidmolekyler och fria elektroner. Detta lager kännetecknas av hög elektrifiering, och långa och medelstora radiovågor reflekteras från det, som från en spegel.

I jonosfären uppträder norrsken - glöden från förtärnade gaser under påverkan av elektriskt laddade partiklar som flyger från solen - och skarpa fluktuationer i magnetfältet observeras.

Exosfär

Exosfär- det yttre lagret av atmosfären som ligger över 1000 km. Detta skikt kallas även spridningssfären, eftersom gaspartiklar rör sig här med hög hastighet och kan spridas ut i rymden.

Atmosfärisk sammansättning

Atmosfären är en blandning av gaser som består av kväve (78,08%), syre (20,95%), koldioxid (0,03%), argon (0,93%), en liten mängd helium, neon, xenon, krypton (0,01%), ozon och andra gaser, men deras innehåll är försumbart (tabell 1). Den moderna sammansättningen av jordens luft etablerades för mer än hundra miljoner år sedan, men den kraftigt ökade mänskliga produktionsaktiviteten ledde ändå till dess förändring. För närvarande sker en ökning av CO 2 -halten med cirka 10-12%.

Gaserna som utgör atmosfären fyller olika funktionella roller. Men den huvudsakliga betydelsen av dessa gaser bestäms främst av det faktum att de mycket starkt absorberar strålningsenergi och därigenom har en betydande inverkan på temperaturregimen på jordens yta och atmosfär.

Tabell 1. Kemisk sammansättning av torr atmosfärisk luft nära jordytan

	Volymkoncentration. %	Molekylvikt, enheter
Syre
Koldioxid
Lustgas
	från 0 till 0,00001
Svaveldioxid	från 0 till 0,000007 på sommaren; från 0 till 0,000002 på vintern
	Från 0 till 0,000002	46,0055/17,03061
Azogdioxid
Kolmonoxid

Kväve, Den vanligaste gasen i atmosfären, den är kemiskt inaktiv.

Syre, till skillnad från kväve, är ett kemiskt mycket aktivt grundämne. Syrets specifika funktion är oxidation av organiskt material från heterotrofa organismer, stenar och underoxiderade gaser som släpps ut i atmosfären av vulkaner. Utan syre skulle det inte finnas någon nedbrytning av dött organiskt material.

Koldioxidens roll i atmosfären är extremt stor. Det kommer in i atmosfären som ett resultat av förbränningsprocesser, andning av levande organismer och förfall och är först och främst det huvudsakliga byggmaterialet för att skapa organiskt material under fotosyntesen. Dessutom är koldioxidens förmåga att överföra kortvågig solstrålning och absorbera en del av den termiska långvågsstrålningen av stor betydelse, vilket kommer att skapa den så kallade växthuseffekten, som kommer att diskuteras nedan.

Atmosfäriska processer, särskilt stratosfärens termiska regim, påverkas också av ozon. Denna gas fungerar som en naturlig absorbator av ultraviolett strålning från solen, och absorptionen av solstrålning leder till uppvärmning av luften. Genomsnittliga månadsvärden för det totala ozoninnehållet i atmosfären varierar beroende på latitud och tid på året inom intervallet 0,23-0,52 cm (detta är ozonskiktets tjocklek vid marktryck och temperatur). Det finns en ökning av ozonhalten från ekvatorn till polerna och en årscykel med ett minimum på hösten och ett maximum på våren.

En karakteristisk egenskap hos atmosfären är att halten av huvudgaserna (kväve, syre, argon) ändras något med höjden: på en höjd av 65 km i atmosfären är kvävehalten 86%, syre - 19, argon - 0,91 , på en höjd av 95 km - kväve 77, syre - 21,3, argon - 0,82%. Konstantiteten hos atmosfärsluftens sammansättning vertikalt och horisontellt bibehålls genom dess blandning.

Förutom gaser innehåller luften vattenånga Och fasta partiklar. Den senare kan ha både naturligt och artificiellt (antropogent) ursprung. Dessa är pollen, små saltkristaller, vägdamm och aerosolföroreningar. När solens strålar tränger in i fönstret kan de ses med blotta ögat.

Det finns särskilt många partiklar i luften i städer och stora industricentra, där utsläpp av skadliga gaser och deras föroreningar som bildas vid bränsleförbränning läggs till aerosoler.

Koncentrationen av aerosoler i atmosfären bestämmer luftens genomskinlighet, vilket påverkar solstrålningen som når jordens yta. De största aerosolerna är kondensationskärnor (från lat. kondensatio- packning, förtjockning) - bidra till omvandlingen av vattenånga till vattendroppar.

Betydelsen av vattenånga bestäms i första hand av att den fördröjer långvågig värmestrålning från jordytan; representerar huvudlänken mellan stora och små fuktcykler; ökar lufttemperaturen vid kondensering av vattenbäddar.

Mängden vattenånga i atmosfären varierar i tid och rum. Koncentrationen av vattenånga vid jordens yta varierar alltså från 3 % i tropikerna till 2-10 (15) % i Antarktis.

Det genomsnittliga innehållet av vattenånga i atmosfärens vertikala kolumn på tempererade breddgrader är cirka 1,6-1,7 cm (detta är tjockleken på lagret av kondenserad vattenånga). Information om vattenånga i olika skikt av atmosfären är motsägelsefull. Man antog till exempel att i höjdområdet från 20 till 30 km ökar den specifika luftfuktigheten kraftigt med höjden. Efterföljande mätningar indikerar dock större torrhet i stratosfären. Tydligen beror den specifika luftfuktigheten i stratosfären lite på höjden och är 2-4 mg/kg.

Variabiliteten av vattenånginnehållet i troposfären bestäms av växelverkan mellan processerna för avdunstning, kondensation och horisontell transport. Som ett resultat av kondensering av vattenånga bildas moln och nederbörd faller i form av regn, hagel och snö.

Processerna med fasövergångar av vatten sker övervägande i troposfären, varför moln i stratosfären (på höjder av 20-30 km) och mesosfären (nära mesopausen), kallade pärlemorskimrande och silverfärgade, observeras relativt sällan, medan troposfäriska moln täcker ofta cirka 50 % av hela jordens yta.

Mängden vattenånga som kan finnas i luften beror på lufttemperaturen.

1 m 3 luft vid en temperatur av -20 ° C kan inte innehålla mer än 1 g vatten; vid 0 °C - högst 5 g; vid +10 °C - inte mer än 9 g; vid +30 °C - högst 30 g vatten.

Slutsats: Ju högre lufttemperatur, desto mer vattenånga kan den innehålla.

Luften kan vara rik Och inte mättad vattenånga. Så om vid en temperatur av +30 °C 1 m 3 luft innehåller 15 g vattenånga, är luften inte mättad med vattenånga; om 30 g - mättad.

Absolut fuktighetär mängden vattenånga som finns i 1 m3 luft. Det uttrycks i gram. Till exempel, om de säger "absolut luftfuktighet är 15", betyder det att 1 mL innehåller 15 g vattenånga.

Relativ luftfuktighet- detta är förhållandet (i procent) mellan det faktiska innehållet av vattenånga i 1 m 3 luft och mängden vattenånga som kan finnas i 1 m L vid en given temperatur. Om radion till exempel sänder en väderrapport om att den relativa luftfuktigheten är 70 % betyder det att luften innehåller 70 % av den vattenånga den kan hålla vid den temperaturen.

Ju högre relativ luftfuktighet, d.v.s. Ju närmare luften är ett tillstånd av mättnad, desto mer sannolikt är nederbörd.

Alltid hög (upp till 90%) relativ luftfuktighet observeras i ekvatorialzonen, eftersom lufttemperaturen förblir hög där under hela året och stor avdunstning sker från havsytan. Den relativa luftfuktigheten är också hög i polarområdena, men eftersom vid låga temperaturer även en liten mängd vattenånga gör luften mättad eller nästan mättad. På tempererade breddgrader varierar den relativa luftfuktigheten med årstiderna - den är högre på vintern, lägre på sommaren.

Den relativa luftfuktigheten i öknar är särskilt låg: 1 m 1 luft där innehåller två till tre gånger mindre vattenånga än vad som är möjligt vid en given temperatur.

För att mäta relativ luftfuktighet används en hygrometer (från grekiskans hygros - våt och metreco - jag mäter).

När den kyls kan mättad luft inte behålla samma mängd vattenånga, den tjocknar (kondenserar) och förvandlas till dimdroppar. Dimma kan observeras på sommaren på en klar, sval natt.

Moln- det här är samma dimma, bara den bildas inte på jordens yta, utan på en viss höjd. När luften stiger svalnar den och vattenångan i den kondenseras. De resulterande små dropparna av vatten utgör moln.

Molnbildning involverar också partiklar upphängd i troposfären.

Moln kan ha olika former, vilket beror på förhållandena för deras bildning (tabell 14).

De lägsta och tyngsta molnen är stratus. De ligger på en höjd av 2 km från jordens yta. På en höjd av 2 till 8 km kan mer pittoreska cumulusmoln observeras. De högsta och lättaste är cirrusmoln. De ligger på en höjd av 8 till 18 km över jordens yta.

Familjer	Typer av moln	Utseende
A. Övre moln - över 6 km	I. Cirrus	Trådliknande, fibrös, vit
	II. Cirrocumulus	Lager och åsar av små flingor och lockar, vita
	III. Cirrostratus	Genomskinlig vitaktig slöja
B. Mellanliggande moln - över 2 km	IV. Altocumulus	Lager och åsar av vit och grå färg
	V. Altostratifierad	Slät slöja av mjölkgrå färg
B. Låga moln - upp till 2 km	VI. Nimbostratus	Fast formlöst grått lager
	VII. Stratocumulus	Icke-transparenta lager och åsar av grå färg
	VIII. Skiktad	Ej genomskinlig grå slöja
D. Moln av vertikal utveckling - från den nedre till den övre nivån	IX. Stackmoln	Klubbar och kupoler är ljusa vita, med rivna kanter i vinden
	X. Cumulonimbus	Kraftfulla cumulusformade massor av mörk blyfärg

Atmosfäriskt skydd

De huvudsakliga källorna är industriföretag och bilar. I stora städer är problemet med gasföroreningar på de viktigaste transportvägarna mycket akuta. Det är därför som många stora städer runt om i världen, inklusive vårt land, har infört miljökontroll av toxiciteten hos fordonsavgaser. Enligt experter kan rök och damm i luften minska tillförseln av solenergi till jordytan med hälften, vilket kommer att leda till en förändring av de naturliga förhållandena.