Sastav zemlje. Zrak

Vazduh je mehani?ka me?avina raznih gasova koji ?ine Zemljinu atmosferu. Vazduh je neophodan za disanje ?ivih organizama i ?iroko se koristi u industriji.

?injenica da je zrak mje?avina, a ne homogena supstanca, dokazana je tokom eksperimenata ?kotskog nau?nika Josepha Blacka. Tokom jedne od njih, nau?nik je otkrio da kada se bijeli magnezijum (magnezijum karbonat) zagreje, osloba?a se "vezani vazduh", odnosno ugljen-dioksid i nastaje izgoreni magnezijum (magnezijum oksid). Nasuprot tome, kada se kre?njak pe?e, uklanja se "vezani zrak". Na osnovu ovih eksperimenata, nau?nik je zaklju?io da je razlika izme?u ugljenih i kausti?nih alkalija u tome ?to prva uklju?uje ugljen-dioksid, koji je jedna od komponenti vazduha. Danas znamo da pored uglji?nog dioksida, sastav zemaljskog zraka uklju?uje:

Odnos gasova u zemljinoj atmosferi naveden u tabeli je tipi?an za njene ni?e slojeve, do visine od 120 km. U ovim podru?jima le?i dobro izmije?ana, homogena regija, nazvana homosfera. Iznad homosfere le?i heterosfera, koju karakteri?e razlaganje molekula gasa na atome i ione. Regije su me?usobno odvojene turbopauzom.

Hemijska reakcija u kojoj se, pod utjecajem sun?evog i kosmi?kog zra?enja, molekule razla?u na atome, naziva se fotodisocijacija. Prilikom raspada molekularnog kiseonika nastaje atomski kiseonik, koji je glavni gas atmosfere na visinama iznad 200 km. Na visinama iznad 1200 km po?inju da prevladavaju vodonik i helijum, koji su najlak?i od gasova.

Budu?i da je najve?i dio zraka koncentrisan u 3 ni?a atmosferska sloja, promjene u sastavu zraka na visinama iznad 100 km nemaju primjetan uticaj na ukupni sastav atmosfere.

Azot je naj?e??i gas, koji ?ini vi?e od tri ?etvrtine zapremine zemaljskog vazduha. Moderni du?ik nastao je oksidacijom rane atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom, koji nastaje tokom fotosinteze. Trenutno mala koli?ina du?ika ulazi u atmosferu kao rezultat denitrifikacije - procesa redukcije nitrata u nitrite, nakon ?ega slijedi stvaranje plinovitih oksida i molekularnog du?ika, koji proizvode anaerobni prokarioti. Dio du?ika ulazi u atmosferu tokom vulkanskih erupcija.

U gornjoj atmosferi, kada je izlo?en elektri?nim pra?njenjima uz u?e??e ozona, molekularni du?ik se oksidira u du?ikov monoksid:

N 2 + O 2 -> 2NO

U normalnim uslovima, monoksid odmah reaguje sa kiseonikom i formira azot-oksid:

2NO + O 2 -> 2N 2 O

Azot je najva?niji hemijski element u Zemljinoj atmosferi. Azot je dio proteina, osigurava mineralnu ishranu biljaka. Odre?uje brzinu biokemijskih reakcija, igra ulogu razrje?iva?a kisika.

Kiseonik je drugi najzastupljeniji gas u Zemljinoj atmosferi. Formiranje ovog plina povezano je s fotosintetskom aktivno??u biljaka i bakterija. I ?to su fotosintetski organizmi postajali raznovrsniji i brojniji, to je proces sadr?aja kiseonika u atmosferi postajao zna?ajniji. Mala koli?ina te?kog kiseonika se osloba?a tokom degazacije pla?ta.

U gornjim slojevima troposfere i stratosfere, pod uticajem ultraljubi?astog sun?evog zra?enja (ozna?avamo ga kao hn), nastaje ozon:

O 2 + hn -> 2O

Kao rezultat djelovanja istog ultraljubi?astog zra?enja, ozon se raspada:

O 3 + hn -> O 2 + O

O 3 + O -> 2O 2

Kao rezultat prve reakcije nastaje atomski kisik, kao rezultat druge - molekularni kisik. Sve 4 reakcije nazivaju se Chapmanov mehanizam, po britanskom nau?niku Sidneyu Chapmanu koji ih je otkrio 1930. godine.

Kiseonik se koristi za disanje ?ivih organizama. Uz njegovu pomo? dolazi do procesa oksidacije i sagorijevanja.

Ozon slu?i za za?titu ?ivih organizama od ultraljubi?astog zra?enja, koje uzrokuje ireverzibilne mutacije. Najve?a koncentracija ozona uo?ena je u donjoj stratosferi unutar tzv. ozonski omota? ili ozonski ekran koji le?i na visinama od 22-25 km. Sadr?aj ozona je mali: pri normalnom pritisku sav ozon zemljine atmosfere zauzimao bi sloj debljine samo 2,91 mm.

Formiranje tre?eg naj?e??eg gasa u atmosferi, argona, kao i neona, helijuma, kriptona i ksenona, povezuje se sa vulkanskim erupcijama i raspadom radioaktivnih elemenata.

Konkretno, helijum je proizvod radioaktivnog raspada uranijuma, torija i radijuma: 238 U -> 234 Th + a, 230 Th -> 226 Ra + 4 He, 226 Ra -> 222 Rn + a (u ovim reakcijama a- ?estica je jezgro helijuma, koje u procesu gubitka energije hvata elektrone i postaje 4 He).

Argon nastaje tokom raspada radioaktivnog izotopa kalijuma: 40 K -> 40 Ar + g.

Neon bje?i iz magmatskih stijena.

Kripton nastaje kao krajnji proizvod raspada uranijuma (235 U i 238 U) i torija Th.

Glavnina atmosferskog kriptona nastala je u ranim fazama Zemljine evolucije kao rezultat raspadanja transuranskih elemenata sa fenomenalno kratkim poluraspadom ili je do?la iz svemira, u kojem je sadr?aj kriptona deset miliona puta ve?i nego na Zemlji. .

Ksenon je rezultat fisije uranijuma, ali ve?ina ovog gasa ostaje iz ranih faza formiranja Zemlje, iz primarne atmosfere.

Uglji?ni dioksid ulazi u atmosferu kao rezultat vulkanskih erupcija i u procesu raspadanja organske tvari. Njegov sadr?aj u atmosferi srednjih geografskih ?irina Zemlje uvelike varira u zavisnosti od godi?njih doba: zimi se koli?ina CO 2 pove?ava, a ljeti smanjuje. Ova fluktuacija je povezana s aktivno??u biljaka koje koriste uglji?ni dioksid u procesu fotosinteze.

Vodik nastaje kao rezultat razgradnje vode sun?evim zra?enjem. Ali, budu?i da je najlak?i od plinova koji ?ine atmosferu, on neprestano bje?i u svemir, pa je stoga njegov sadr?aj u atmosferi vrlo mali.

Vodena para je rezultat isparavanja vode sa povr?ine jezera, rijeka, mora i kopna.

Koncentracija glavnih gasova u ni?im slojevima atmosfere, sa izuzetkom vodene pare i ugljen-dioksida, je konstantna. U malim koli?inama atmosfera sadr?i sumporov oksid SO 2, amonijak NH 3, uglji?ni monoksid CO, ozon O 3, hlorovodonik HCl, fluorovodonik HF, azot monoksid NO, ugljovodonike, pare ?ive Hg, jod I 2 i mnoge druge. U donjem atmosferskom sloju troposfere stalno se nalazi velika koli?ina suspendiranih ?vrstih i teku?ih ?estica.

Izvori ?estica u Zemljinoj atmosferi su vulkanske erupcije, polen biljaka, mikroorganizmi i, u novije vrijeme, ljudske aktivnosti kao ?to je spaljivanje fosilnih goriva u proizvodnim procesima. Najsitnije ?estice pra?ine, koje su jezgra kondenzacije, uzro?nici su stvaranja magle i oblaka. Bez ?vrstih ?estica koje su stalno prisutne u atmosferi, padavine ne bi padale na Zemlju.

Gasni omota? koji okru?uje na?u planetu Zemlju, poznat kao atmosfera, sastoji se od pet glavnih slojeva. Ovi slojevi nastaju na povr?ini planete, od nivoa mora (ponekad ispod) i uzdi?u se u svemir u sljede?em nizu:

• Troposfera;
• Stratosphere;
• mezosfera;
• Thermosphere;
• Egzosfera.

Dijagram glavnih slojeva Zemljine atmosfere

Izme?u svakog od ovih glavnih pet slojeva nalaze se prijelazne zone koje se nazivaju "pauze" u kojima dolazi do promjena temperature, sastava i gusto?e zraka. Zajedno sa pauzama, Zemljina atmosfera uklju?uje ukupno 9 slojeva.

Troposfera: gdje se de?ava vrijeme

Od svih slojeva atmosfere, troposfera nam je najpoznatija (shvatali vi to ili ne), budu?i da ?ivimo na njenom dnu - povr?ini planete. Omotava povr?inu Zemlje i prote?e se prema gore nekoliko kilometara. Rije? troposfera zna?i "promjena lopte". Veoma prikladan naziv, jer je ovaj sloj mjesto gdje se na?e svakodnevne vremenske prilike de?avaju.

Po?ev?i od povr?ine planete, troposfera se uzdi?e do visine od 6 do 20 km. Donja tre?ina nama najbli?eg sloja sadr?i 50% svih atmosferskih gasova. To je jedini dio cjelokupne kompozicije atmosfere koji di?e. Zbog ?injenice da se vazduh odozdo zagreva od zemljine povr?ine, koja apsorbuje toplotnu energiju Sunca, temperatura i pritisak troposfere opadaju sa pove?anjem nadmorske visine.

Na vrhu je tanak sloj nazvan tropopauza, koji je samo tampon izme?u troposfere i stratosfere.

Stratosfera: dom ozona

Stratosfera je sljede?i sloj atmosfere. Prostire se od 6-20 km do 50 km iznad povr?ine zemlje. Ovo je sloj u kojem ve?ina komercijalnih aviona leti i baloni putuju.

Ovde vazduh ne struji gore-dole, ve? se kre?e paralelno sa povr?inom u veoma brzim vazdu?nim strujama. Temperature rastu kako se penjete, zahvaljuju?i obilju prirodnog ozona (O3), nusproizvoda sun?evog zra?enja i kiseonika, koji ima sposobnost da apsorbuje ?tetne sun?eve ultraljubi?aste zrake (svaki porast temperature sa visinom poznat je u meteorologija kao "inverzija").

Budu?i da stratosfera ima toplije temperature na dnu i ni?e temperature na vrhu, konvekcija (vertikalna kretanja vazdu?nih masa) je retka u ovom delu atmosfere. U stvari, iz stratosfere mo?ete vidjeti oluju koja bjesni u troposferi, jer sloj djeluje kao "kapa" za konvekciju, kroz koju olujni oblaci ne prodiru.

Stratosferu ponovo prati tampon sloj, ovaj put nazvan stratopauza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nalazi otprilike 50-80 km od povr?ine Zemlje. Gornja mezosfera je najhladnije prirodno mjesto na Zemlji, gdje temperature mogu pasti ispod -143°C.

Termosfera: gornja atmosfera

Nakon mezosfere i mezopauze slijedi termosfera, smje?tena izme?u 80 i 700 km iznad povr?ine planete i koja sadr?i manje od 0,01% ukupnog zraka u atmosferskom omota?u. Temperature ovdje dose?u i do +2000°C, ali zbog jakog razrje?ivanja zraka i nedostatka molekula plina za prijenos topline, ove visoke temperature se do?ivljavaju kao vrlo hladne.

Egzosfera: granica atmosfere i prostora

Na visini od oko 700-10.000 km iznad povr?ine zemlje nalazi se egzosfera - vanjski rub atmosfere, koji grani?i sa svemirom. Ovdje se meteorolo?ki sateliti okre?u oko Zemlje.

?ta je sa jonosferom?

Jonosfera nije poseban sloj, a zapravo se ovaj izraz koristi za ozna?avanje atmosfere na visini od 60 do 1000 km. Uklju?uje najgornje dijelove mezosfere, cijelu termosferu i dio egzosfere. Ionosfera je dobila ime jer se u ovom dijelu atmosfere Sun?evo zra?enje ionizira kada pro?e kroz Zemljina magnetna polja na i . Ovaj fenomen se posmatra sa Zemlje kao severno svetlo.

Primjetan porast sadr?aja slobodnog kisika u Zemljinoj atmosferi prije 2,4 milijarde godina, o?igledno je bio rezultat vrlo brzog prelaska iz jednog ravnote?nog stanja u drugo. Prvi nivo je odgovarao izuzetno niskoj koncentraciji O 2 - oko 100.000 puta ni?oj od one koja se sada opa?a. Drugi nivo ravnote?e mogao bi se posti?i pri vi?oj koncentraciji od najmanje 0,005 trenutne. Sadr?aj kiseonika izme?u ova dva nivoa karakteri?e ekstremna nestabilnost. Prisustvo takve "bistabilnosti" omogu?ava da se shvati za?to je bilo tako malo slobodnog kiseonika u Zemljinoj atmosferi najmanje 300 miliona godina nakon ?to su cijanobakterije (plavo-zelene "alge") po?ele da ga proizvode.

Trenutno je Zemljina atmosfera 20% slobodnog kiseonika, koji nije ni?ta drugo do nusproizvod fotosinteze cijanobakterija, algi i vi?ih biljaka. Puno kiseonika osloba?aju tropske ?ume, koje se u popularnim publikacijama ?esto nazivaju plu?ima planete. Me?utim, istovremeno se ?uti da tropske ?ume tokom godine tro?e skoro onoliko kiseonika koliko i proizvode. Tro?i se na disanje organizama koji razgra?uju gotovu organsku materiju, prvenstveno bakterija i gljivica. za, da bi se kisik po?eo akumulirati u atmosferi, barem dio tvari nastale fotosintezom mora biti uklonjen iz ciklusa- na primjer, dospjeti u donje sedimente i postati nedostupan bakterijama koje ga razgra?uju aerobno, odnosno uz potro?nju kisika.

Ukupna reakcija oksigeni?ne (tj. "davanja kisika") fotosinteze mo?e se zapisati kao:
CO 2 + H 2 O + hn-> (CH 2 O) + O 2,
gdje hn je energija sun?eve svjetlosti, a (CH 2 O) je generalizirana formula organske tvari. Disanje je obrnuti proces koji se mo?e zapisati kao:
(CH 2 O) + O 2 -> CO 2 + H 2 O.
U tom slu?aju ?e se osloboditi energija potrebna organizmima. Me?utim, aerobno disanje je mogu?e samo pri koncentraciji O 2 koja nije manja od 0,01 trenutnog nivoa (tzv. Pasteurova ta?ka). U anaerobnim uslovima, organska materija se razgra?uje fermentacijom, a metan se ?esto formira u zavr?nim fazama ovog procesa. Na primjer, generalizirana jednad?ba za metanogenezu kroz stvaranje acetata izgleda ovako:
2(CH 2 O) -> CH 3 COOH -> CH 4 + CO 2.
Ako kombiniramo proces fotosinteze s naknadnom razgradnjom organske tvari u anaerobnim uvjetima, onda ?e ukupna jednad?ba izgledati ovako:
CO 2 + H 2 O + hn-> 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2.
Upravo je ovaj na?in razgradnje organske materije, o?igledno, bio glavni u drevnoj biosferi.

Mnogi va?ni detalji o tome kako je uspostavljena moderna ravnote?a izme?u dovoda kisika u atmosferu i njegovog uklanjanja ostaju nejasni. Uostalom, primjetan porast sadr?aja kisika, takozvana „Velika oksidacija atmosfere“ (Great Oxidation), dogodio se prije samo 2,4 milijarde godina, iako se pouzdano zna da su cijanobakterije koje provode oksigensku fotosintezu ve? bile prili?no brojne. i aktivni prije 2,7 milijardi godina, a nastali su jo? ranije, mo?da prije 3 milijarde godina. Dakle, tokom najmanje 300 miliona godina, aktivnost cijanobakterija nije dovela do pove?anja sadr?aja kiseonika u atmosferi.

Pretpostavka da je iz nekog razloga iznenada do?lo do radikalnog pove?anja neto primarne proizvodnje (tj. pove?anja organske materije nastale tokom fotosinteze cijanobakterija) nije izdr?ala kritiku. ?injenica je da se tokom fotosinteze uglavnom tro?i laki izotop ugljika 12 C, dok se u okolini pove?ava relativni sadr?aj te?eg izotopa 13 C. Shodno tome, sedimenti dna koji sadr?e organsku materiju treba da se iscrpe izotopom 13 C koji se akumulira. u vodi i ide na stvaranje karbonata. Me?utim, odnos 12S i 13S u karbonatima i organskoj materiji sedimenata ostaje nepromenjen uprkos radikalnim promenama koncentracije kiseonika u atmosferi. To zna?i da cijela poenta nije u izvoru O 2, ve? u njegovom, kako su geohemi?ari rekli, "ponoru" (povla?enju iz atmosfere), koji se naglo zna?ajno smanjio, ?to je dovelo do zna?ajnog pove?anja koli?ine kisika. u atmosferi.

Obi?no se veruje da je neposredno pre „Velike oksidacije atmosfere“ sav tada nastali kiseonik potro?en na oksidaciju redukovanih jedinjenja gvo??a (a potom i sumpora), kojih je bilo dosta na povr?ini Zemlje. Konkretno, tada su se formirale takozvane "trakaste ?eljezne rude". Ali nedavno je Colin Goldblatt, doktorand na ?koli za nauku o ?ivotnoj sredini na Univerzitetu East Anglia (Norwich, UK), zajedno sa dvojicom kolega sa istog univerziteta do?ao do zaklju?ka da sadr?aj kiseonika u Zemljinoj atmosferi mo?e biti u jednoj dva ravnote?na stanja: mo?e biti ili vrlo mala - oko 100 hiljada puta manje nego sada, ili prili?no velika (iako je sa pozicije savremenog posmatra?a mala) - ne manje od 0,005 sada?njeg nivoa.

U predlo?enom modelu uzeli su u obzir ulazak u atmosferu i kiseonika i redukovanih jedinjenja, posebno obra?aju?i pa?nju na odnos slobodnog kiseonika i metana. Napomenuli su da ako koncentracija kisika prelazi 0,0002 trenutne razine, tada dio metana ve? mo?e oksidirati metanotrofne bakterije prema reakciji:
CH 4 + 2O 2 -> CO 2 + 2H 2 O.
Ali ostatak metana (a ima ga dosta, posebno pri niskim koncentracijama kisika) ulazi u atmosferu.

?itav sistem je u neravnote?nom stanju sa termodinami?ke ta?ke gledi?ta. Glavni mehanizam za uspostavljanje poreme?ene ravnote?e je oksidacija metana u gornjim slojevima atmosfere hidroksilnim radikalom (videti Fluktuacije metana u atmosferi: ?ovek ili priroda - ko pobe?uje, "Elementi", 06.10.2006). Poznato je da hidroksilni radikal nastaje u atmosferi pod dejstvom ultraljubi?astog zra?enja. Ali ako u atmosferi ima puno kisika (najmanje 0,005 trenutnog nivoa), tada se u njenim gornjim slojevima formira ozonski ekran, koji dobro ?titi Zemlju od o?trih ultraljubi?astih zraka i istovremeno ometa fizi?ko-hemijske oksidacije metana.

Autori dolaze do pomalo paradoksalnog zaklju?ka da postojanje fotosinteze kiseonika samo po sebi nije dovoljan uslov ni za formiranje atmosfere bogate kiseonikom, niti za formiranje ozonskog ekrana. Ovu okolnost treba uzeti u obzir u onim slu?ajevima kada poku?avamo prona?i znakove postojanja ?ivota na drugim planetama na osnovu rezultata istra?ivanja njihove atmosfere.

Za razliku od toplih i hladnih planeta u na?em solarnom sistemu, na planeti Zemlji postoje uslovi koji omogu?avaju ?ivot u nekom obliku. Jedan od glavnih uslova je sastav atmosfere, koji svim ?ivim bi?ima daje mogu?nost da slobodno di?u i ?titi od smrtonosnog zra?enja koje vlada u svemiru.

Od ?ega je napravljena atmosfera?

Zemljina atmosfera je sastavljena od mnogih gasova. U osnovi koji zauzima 77%. Gas, bez kojeg je ?ivot na Zemlji nezamisliv, zauzima mnogo manju zapreminu, sadr?aj kiseonika u vazduhu je 21% ukupne zapremine atmosfere. Posljednjih 2% je mje?avina raznih plinova, uklju?uju?i argon, helijum, neon, kripton i druge.

Zemljina atmosfera se di?e na visinu od 8.000 km. Vazduh koji se mo?e disati postoji samo u donjem sloju atmosfere, u troposferi, koja na polovima, prema gore, dose?e 8 km i 16 km iznad ekvatora. Kako se visina pove?ava, zrak postaje rije?i i vi?e kisika se iscrpljuje. Da bismo razmotrili koliki je sadr?aj kisika u zraku na razli?itim visinama, dat ?emo primjer. Na vrhu Everesta (nadmorska visina 8848 m), vazduh dr?i ovog gasa 3 puta manje nego iznad nivoa mora. Stoga se osvaja?i visokih planinskih vrhova - penja?i - na njegov vrh mogu popeti samo u maskama za kiseonik.

Kiseonik je glavni uslov za opstanak na planeti

Na po?etku postojanja Zemlje, vazduh koji ju je okru?ivao nije imao ovaj gas u svom sastavu. Ovo je bilo sasvim prikladno za ?ivot najjednostavnijih - jedno?elijskih molekula koji su plutali okeanom. Nije im trebao kiseonik. Proces je zapo?eo prije oko 2 miliona godina, kada su prvi ?ivi organizmi, kao rezultat reakcije fotosinteze, po?eli osloba?ati male doze ovog plina dobivenog kao rezultat kemijskih reakcija, prvo u ocean, a zatim u atmosferu. ?ivot je evoluirao na planeti i poprimio razli?ite oblike, od kojih ve?ina nije pre?ivjela do na?eg vremena. Neki organizmi su se na kraju prilagodili ?ivotu sa novim gasom.

Nau?ili su da bezbedno koriste njegovu snagu unutar ?elije, gde je delovala kao elektrana, kako bi izvukli energiju iz hrane. Ovakav na?in kori?tenja kisika zove se disanje, a mi to radimo svake sekunde. Upravo je disanje omogu?ilo nastanak slo?enijih organizama i ljudi. Tokom miliona godina, sadr?aj kiseonika u vazduhu je sko?io na sada?nji nivo - oko 21%. Akumulacija ovog gasa u atmosferi doprinela je stvaranju ozonskog omota?a na visini od 8-30 km od povr?ine zemlje. Istovremeno, planeta je dobila za?titu od ?tetnog djelovanja ultraljubi?astih zraka. Dalja evolucija ?ivotnih oblika na vodi i na kopnu brzo se pove?ala kao rezultat pove?ane fotosinteze.

anaerobni ?ivot

Iako su se neki organizmi prilagodili rastu?em nivou gasa koji se osloba?a, mnogi od najjednostavnijih oblika ?ivota koji su postojali na Zemlji su nestali. Drugi organizmi su pre?ivjeli skrivaju?i se od kisika. Neki od njih danas ?ive u korijenu mahunarki, koriste?i du?ik iz zraka za izgradnju aminokiselina za biljke. Smrtonosni organizam botulizam je jo? jedna "izbjeglica" od kiseonika. On tiho pre?ivljava u vakuum pakovanju sa konzerviranom hranom.

Koji nivo kiseonika je optimalan za ?ivot

Prevremeno ro?ene bebe, ?ija plu?a jo? nisu potpuno otvorena za disanje, padaju u posebne inkubatore. Kod njih je zapreminski ve?i sadr?aj kiseonika u vazduhu, a umesto uobi?ajenih 21%, ovde je postavljen njegov nivo od 30-40%. Mali?ani s te?kim problemima s disanjem okru?eni su zrakom sa 100% nivoa kisika kako bi se sprije?ilo o?te?enje djetetovog mozga. Boravak u takvim okolnostima pobolj?ava kiseonik u tkivima koja su u stanju hipoksije i normalizuje njihove vitalne funkcije. Ali njegova prekomjerna koli?ina u zraku jednako je opasna kao i nedostatak. Previ?e kisika u krvi djeteta mo?e o?tetiti krvne ?ile u o?ima i uzrokovati gubitak vida. Ovo pokazuje dualnost svojstava gasa. Moramo ga disati da bismo ?ivjeli, ali njegov vi?ak ponekad mo?e postati otrov za tijelo.

Proces oksidacije

Kada se kisik spoji s vodikom ili ugljikom, odvija se reakcija koja se zove oksidacija. Ovaj proces uzrokuje raspadanje organskih molekula koji su osnova ?ivota. U ljudskom tijelu oksidacija se odvija na sljede?i na?in. Crvena krvna zrnca sakupljaju kisik iz plu?a i prenose ga po cijelom tijelu. Dolazi do procesa uni?tavanja molekula hrane koju jedemo. Ovaj proces osloba?a energiju, vodu i uglji?ni dioksid. Ovo drugo krvne ?elije izlu?uju nazad u plu?a, a mi ga izdi?emo u vazduh. Osoba se mo?e ugu?iti ako je sprije?ena da di?e du?e od 5 minuta.

Breath

Razmotrite sadr?aj kiseonika u vazduhu koji udi?emo. Atmosferski vazduh koji ulazi u plu?a izvana kada se udi?e naziva se udahnutim, a vazduh koji izlazi kroz respiratorni sistem kada se izdi?e naziva se izdahnutim.

To je mje?avina zraka koja je ispunila alveole onim koji se nalazi u respiratornom traktu. Hemijski sastav zraka koji zdrava osoba udi?e i izdi?e u prirodnim uvjetima prakti?ki se ne mijenja i izra?ava se u takvim brojevima.

Kiseonik je glavni sastojak vazduha za ?ivot. Promjene u koli?ini ovog plina u atmosferi su male. Ako uz more sadr?aj kiseonika u vazduhu sadr?i i do 20,99%, onda ni u veoma zaga?enom vazduhu industrijskih gradova njegov nivo ne pada ispod 20,5%. Takve promjene ne otkrivaju efekte na ljudski organizam. Fiziolo?ki poreme?aji nastaju kada procenat kiseonika u vazduhu padne na 16-17%. Istovremeno, postoji jasna koja dovodi do o?trog pada vitalne aktivnosti, a sa sadr?ajem kisika u zraku od 7-8%, mogu? je smrtni ishod.

Atmosfera u razli?itim epohama

Sastav atmosfere je oduvek uticao na evoluciju. U razli?itim geolo?kim vremenima, usled prirodnih katastrofa, prime?eni su porasti ili padovi nivoa kiseonika, ?to je za sobom povla?ilo i promene u biosistemu. Prije otprilike 300 miliona godina, njegov sadr?aj u atmosferi popeo se na 35%, dok su planetu naseljavali d?inovski insekti. Najve?e izumiranje ?ivih bi?a u istoriji Zemlje dogodilo se prije oko 250 miliona godina. Tokom njega je umrlo vi?e od 90% stanovnika okeana i 75% stanovnika kopna. Jedna verzija masovnog izumiranja ka?e da je za to kriv nizak sadr?aj kisika u zraku. Koli?ina ovog gasa je pala na 12% i nalazi se u donjoj atmosferi do visine od 5300 metara. U na?oj eri, sadr?aj kiseonika u atmosferskom vazduhu dosti?e 20,9%, ?to je 0,7% manje nego pre 800 hiljada godina. Ove brojke potvr?uju nau?nici sa Univerziteta Princeton koji su ispitivali uzorke grenlandskog i atlantskog leda koji su se tada formirali. Smrznuta voda je sa?uvala mjehuri?e zraka, a ova ?injenica poma?e da se izra?una nivo kiseonika u atmosferi.

Koliki je njen nivo u vazduhu

Aktivna apsorpcija istog iz atmosfere mo?e biti uzrokovana kretanjem gle?era. Kako se udaljavaju, otkrivaju ogromna podru?ja organskih slojeva koji tro?e kisik. Drugi razlog mo?e biti hla?enje voda oceana: njegove bakterije aktivnije apsorbiraju kisik na niskim temperaturama. Istra?iva?i tvrde da industrijski skok, a time i sagorijevanje ogromne koli?ine goriva, nemaju poseban utjecaj. Svjetski okeani hlade se 15 miliona godina, a koli?ina vitalne materije u atmosferi se smanjila bez obzira na ljudski uticaj. Vjerovatno se na Zemlji odvijaju neki prirodni procesi koji dovode do toga da potro?nja kisika postaje ve?a od njegove proizvodnje.

Ljudski uticaj na sastav atmosfere

Hajde da pri?amo o uticaju ?oveka na sastav vazduha. Nivo koji imamo danas je idealan za ?iva bi?a, sadr?aj kiseonika u vazduhu je 21%. Ravnote?a uglji?nog dioksida i drugih plinova odre?ena je ?ivotnim ciklusom u prirodi: ?ivotinje izdi?u uglji?ni dioksid, biljke ga koriste i osloba?aju kisik.

Ali ne postoji garancija da ?e ovaj nivo uvijek biti konstantan. Koli?ina uglji?nog dioksida koji se osloba?a u atmosferu raste. To je zbog upotrebe goriva od strane ?ovje?anstva. A ona je, kao ?to znate, nastala od fosila organskog porijekla i uglji?ni dioksid ulazi u zrak. U me?uvremenu, najve?e biljke na na?oj planeti, drve?e, sve se br?e uni?tavaju. Kilometri ?ume nestaju za minut. To zna?i da dio kisika u zraku postepeno opada i nau?nici ve? zvone na uzbunu. Zemljina atmosfera nije neograni?ena ostava i kiseonik u nju ne ulazi izvana. Razvijala se sve vreme zajedno sa razvojem Zemlje. Mora se stalno imati na umu da ovaj plin proizvodi vegetacija u procesu fotosinteze zbog potro?nje uglji?nog dioksida. A svako zna?ajno smanjenje vegetacije u obliku kr?enja ?uma neizbje?no smanjuje ulazak kisika u atmosferu, naru?avaju?i time njenu ravnote?u.

Slojevi atmosfere po redu od Zemljine povr?ine

Uloga atmosfere u ?ivotu Zemlje

Atmosfera je izvor kiseonika koji ljudi udi?u. Me?utim, kako se penjete na visinu, ukupni atmosferski tlak opada, ?to rezultira smanjenjem parcijalnog tlaka kisika.

Ljudska plu?a sadr?e otprilike tri litre alveolarnog zraka. Ako je atmosferski pritisak normalan, tada ?e parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu biti 11 mm Hg. Art., pritisak uglji?nog dioksida - 40 mm Hg. art., i vodena para - 47 mm Hg. Art. S pove?anjem nadmorske visine, tlak kisika opada, a pritisak vodene pare i uglji?nog dioksida u plu?ima ukupno ?e ostati konstantan - otprilike 87 mm Hg. Art. Kada je pritisak vazduha jednak ovoj vrednosti, kiseonik ?e prestati da ulazi u plu?a.

Zbog pada atmosferskog pritiska na visini od 20 km, ovdje ?e klju?ati voda i intersticijalna tjelesna teku?ina u ljudskom tijelu. Ako ne koristite kabinu pod pritiskom, na takvoj visini osoba ?e umrijeti gotovo trenutno. Stoga, sa stanovi?ta fiziolo?kih karakteristika ljudskog tijela, "prostor" nastaje sa visine od 20 km nadmorske visine.

Uloga atmosfere u ?ivotu Zemlje je veoma velika. Tako, na primjer, zahvaljuju?i gustim slojevima zraka - troposferi i stratosferi, ljudi su za?ti?eni od izlaganja radijaciji. U svemiru, u razrije?enom zraku, na visini od preko 36 km, djeluje jonizuju?e zra?enje. Na nadmorskoj visini od preko 40 km - ultraljubi?asto.

Prilikom izdizanja iznad Zemljine povr?ine na visinu od preko 90-100 km, do?i ?e do postepenog slabljenja, a zatim i potpunog nestanka fenomena poznatih ljudima, uo?enih u donjem sloju atmosfere:

Zvuk se ne ?iri.

Nema aerodinami?ke sile i otpora.

Toplota se ne prenosi konvekcijom itd.

Atmosferski sloj ?titi Zemlju i sve ?ive organizme od kosmi?kog zra?enja, od meteorita, odgovoran je za regulaciju sezonskih temperaturnih oscilacija, balansiranje i ujedna?avanje dnevnih. U nedostatku atmosfere na Zemlji, dnevna temperatura bi se kretala unutar +/-200S?. Atmosferski sloj je ?ivotvorni "tampon" izme?u zemljine povr?ine i svemira, nosilac vlage i topline; u atmosferi se odvijaju procesi fotosinteze i izmjene energije - najva?niji procesi u biosferi.

Slojevi atmosfere po redu od Zemljine povr?ine

Atmosfera je slojevita struktura, koja se sastoji od sljede?ih slojeva atmosfere po redu od povr?ine Zemlje:

Troposfera.

Stratosfera.

Mezosfera.

Termosfera.

Egzosfera

Svaki sloj nema o?tre granice izme?u sebe, a na njihovu visinu uti?u geografska ?irina i godi?nja doba. Ova slojevita struktura nastala je kao rezultat temperaturnih promjena na razli?itim visinama. Zahvaljuju?i atmosferi vidimo zvijezde koje trepere.

Struktura Zemljine atmosfere po slojevima:

Od ?ega je napravljena Zemljina atmosfera?

Svaki atmosferski sloj se razlikuje po temperaturi, gustini i sastavu. Ukupna debljina atmosfere je 1,5-2,0 hiljada km. Od ?ega je napravljena Zemljina atmosfera? Trenutno je to mje?avina plinova s raznim ne?isto?ama.

Troposfera

Struktura Zemljine atmosfere po?inje troposferom, koja je donji dio atmosfere visok oko 10-15 km. Ovdje je koncentrisana ve?ina atmosferskog zraka. Karakteristi?na karakteristika troposfere je pad temperature od 0,6 ?C kako se di?ete na svakih 100 metara. Troposfera je u sebi koncentrisala skoro svu atmosfersku vodenu paru, a ovde se formiraju i oblaci.

Visina troposfere se mijenja svakodnevno. Osim toga, njegova prosje?na vrijednost varira ovisno o geografskoj ?irini i godi?njem dobu. Prosje?na visina troposfere iznad polova je 9 km, iznad ekvatora - oko 17 km. Prosje?na godi?nja temperatura zraka iznad ekvatora je blizu +26 ?C, a iznad sjevernog pola -23 ?C. Gornja linija granice troposfere iznad ekvatora je prosje?na godi?nja temperatura od oko -70 ?C, a preko sjevernog pola ljeti -45 ?C i zimi -65 ?C. Dakle, ?to je ve?a visina, to je ni?a temperatura. Sun?eve zrake slobodno prolaze kroz troposferu, zagrijavaju?i povr?inu Zemlje. Toplotu koju zra?i sunce zadr?avaju uglji?ni dioksid, metan i vodena para.

Stratosfera

Iznad sloja troposfere nalazi se stratosfera, koja je visoka 50-55 km. Posebnost ovog sloja je pove?anje temperature sa visinom. Izme?u troposfere i stratosfere le?i prelazni sloj koji se naziva tropopauza.

Otprilike sa visine od 25 kilometara temperatura stratosferskog sloja po?inje da raste i, dostizanjem maksimalne visine od 50 km, poprima vrednosti od +10 do +30 ?C.

U stratosferi ima vrlo malo vodene pare. Ponekad se na nadmorskoj visini od oko 25 km mogu na?i prili?no tanki oblaci, koji se nazivaju "sedef". Danju se ne primje?uju, ali no?u blistaju zbog obasjavanja sunca koje je ispod horizonta. Sastav oblaka sedefa su prehla?ene kapljice vode. Stratosfera se sastoji uglavnom od ozona.

Mezosfera

Visina sloja mezosfere je oko 80 km. Ovdje, kako raste prema gore, temperatura opada i na najgornjoj granici dosti?e vrijednosti nekoliko desetina C? ispod nule. U mezosferi se mogu uo?iti i oblaci za koje se pretpostavlja da su formirani od kristala leda. Ovi oblaci se nazivaju "srebrnasti". Mezosferu karakteri?e najhladnija temperatura u atmosferi: od -2 do -138 ?C.

Termosfera

Ovaj atmosferski sloj dobio je ime zbog visokih temperatura. Termosfera se sastoji od:

Ionosfera.

egzosfere.

Jonosferu karakterizira razrije?en zrak, ?iji se svaki centimetar na visini od 300 km sastoji od 1 milijarde atoma i molekula, a na visini od 600 km - vi?e od 100 miliona.

Jonosferu tako?e karakteri?e visoka jonizacija vazduha. Ovi ioni se sastoje od nabijenih atoma kisika, nabijenih molekula atoma du?ika i slobodnih elektrona.

Egzosfera

Sa visine od 800-1000 km po?inje egzosferski sloj. ?estice plina, posebno lake, kre?u se ovdje velikom brzinom, savladavaju?i silu gravitacije. Takve ?estice zbog brzog kretanja lete iz atmosfere u svemir i raspr?uju se. Stoga se egzosfera naziva sfera disperzije. U svemir lete prete?no atomi vodonika, koji ?ine najvi?e slojeve egzosfere. Zahvaljuju?i ?esticama u gornjim slojevima atmosfere i ?esticama solarnog vjetra, mo?emo promatrati sjeverno svjetlo.

Sateliti i geofizi?ke rakete omogu?ile su da se utvrdi prisustvo u gornjoj atmosferi radijacijskog pojasa planete, koji se sastoji od elektri?no nabijenih ?estica - elektrona i protona.