La composizione chimica dell'atmosfera terrestre. La composizione dell'atmosfera terrestre in percentuale

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

1. Troposfera.
2. Tropopausa.
3. Stratosfera.
4. Stratopausa.
5. Mesosfera e Mesopause.
6. Sfera termica.
7. Exosphere.

Gli elementi principali dell'atmosfera

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

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

- azoto - circa 78 percento;

- ossigeno - quasi il 21 percento;

- argon: circa l'uno percento;

- anidride carbonica - inferiore allo 0,05%.

Composizione singola fino ad un'altezza di 90 chilometri

Inoltre, puoi trovare polvere, gocce d'acqua, vapore acqueo, prodotti di combustione, cristalli di ghiaccio, sali marini, molte particelle di aerosol, ecc. Questa composizione dell'atmosfera terrestre si osserva fino a circa novanta chilometri di altezza, quindi l'aria è all'incirca uguale nella composizione chimica, non solo nella troposfera, ma anche negli strati soprastanti. Ma lì l'atmosfera ha proprietà fisiche fondamentalmente diverse. Lo strato che ha la composizione chimica generale è chiamato omosfera.

Quali elementi fanno ancora parte dell'atmosfera terrestre? Come percentuale (in volume, in aria secca), gas come krypton (circa 1,14 x 10 ^-4 ), xeno (8,7 x 10 ^-7 ), idrogeno (5,0 x 10 ^-5 ), metano (circa 1,7 x 10 ^{- 4} ), protossido di azoto (5,0 x 10 ^-5 ) e altri: in percentuale della massa di questi componenti, la maggior parte di essi sono ossido di azoto e idrogeno, seguiti da elio, kripton, ecc.

Proprietà fisiche di diversi strati atmosferici

Le proprietà fisiche della troposfera sono strettamente correlate alla sua aderenza alla superficie del pianeta. Da qui, il calore solare riflesso sotto forma di raggi infrarossi viene rinviato verso l'alto, inclusi i processi di conduzione del calore e convezione. Ecco perché la temperatura diminuisce con la distanza dalla superficie terrestre. Tale fenomeno è osservato fino all'altezza della stratosfera (11-17 chilometri), quindi la temperatura diventa quasi invariata fino al livello di 34-35 km, e quindi la temperatura sale di nuovo ad altitudini di 50 chilometri (il limite superiore della stratosfera). Tra la stratosfera e la troposfera c'è un sottile strato intermedio della tropopausa (fino a 1-2 km), dove le temperature costanti si osservano sopra l'equatore - circa meno 70 ° C e sotto. Sopra i poli, la tropopausa "riscalda" in estate a meno 45 ° С, in inverno le temperature qui oscillano intorno al segno di -65 ° С.

La composizione del gas dell'atmosfera terrestre include un elemento così importante come l'ozono. È relativamente piccolo in superficie (da dieci a meno il sesto del percento), poiché il gas si forma sotto l'influenza della luce solare dall'ossigeno atomico nelle parti superiori dell'atmosfera. In particolare, la maggior parte dell'ozono si trova a un'altitudine di circa 25 km e l'intero "schermo dell'ozono" si trova in aree da 7-8 km nel campo dei poli, da 18 km all'equatore e fino a cinquanta chilometri in generale sopra la superficie del pianeta.

L'atmosfera protegge dalla radiazione solare

Composizione dell'aria L'atmosfera terrestre svolge un ruolo molto importante nel salvare la vita, dal momento che singoli elementi e composizioni chimiche limitano con successo l'accesso della radiazione solare alla superficie terrestre e le persone, gli animali e le piante che vivono su di essa. Ad esempio, le molecole di vapore acqueo assorbono efficacemente quasi tutte le gamme. radiazione infrarossa tranne per lunghezze comprese tra 8 e 13 micron. L'ozono assorbe la luce ultravioletta fino a lunghezza d'onda a 3100 A. Senza il suo strato sottile (media di soli 3 mm se collocato sulla superficie del pianeta), solo l'acqua ad una profondità di oltre 10 metri e le grotte sotterranee dove non arriva la radiazione solare possono essere abitate.

Zero Celsius nella stratopausa

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

Nella termosfera - oltre 2000 K!

La composizione chimica dell'atmosfera terrestre nella termosfera (inizia dopo la mesopause da altitudini di circa 85-90 a 800 km) determina la possibilità di un tale fenomeno come il riscaldamento graduale di strati "d'aria" molto rarefatti sotto l'influenza della radiazione solare. In questa parte della "copertura aerea" del pianeta ci sono temperature da 200 a 2000 K, che si ottengono in connessione con la ionizzazione dell'ossigeno (l'ossigeno atomico è superiore a 300 km), così come la ricombinazione degli atomi di ossigeno in molecole, accompagnata dal rilascio di grandi quantità di calore. La termosfera è il luogo in cui appaiono le aurore.

Sopra la termosfera c'è l'esosfera, lo strato esterno dell'atmosfera, da cui gli atomi di idrogeno leggeri e in rapido movimento possono sfuggire nello spazio. La composizione chimica dell'atmosfera terrestre qui è rappresentata più dai singoli atomi di ossigeno negli strati inferiori, dagli atomi di elio nel mezzo e quasi esclusivamente dagli atomi di idrogeno in quelli superiori. Le alte temperature prevalgono qui - circa 3000 K e non c'è pressione atmosferica.

Come si è formata l'atmosfera terrestre?

Ma, come detto sopra, il pianeta non ha sempre avuto una tale composizione dell'atmosfera. In totale ci sono tre concetti sull'origine di questo elemento. La prima ipotesi suggerisce che l'atmosfera sia stata presa nel processo di accrescimento da una nube protoplanetaria. Tuttavia, oggi questa teoria è soggetta a critiche sostanziali, poiché tale atmosfera primaria dovrebbe essere stato distrutto "vento" solare dalla stella nel nostro sistema planetario. Inoltre, si presume che gli elementi volatili non possano essere mantenuti nella zona di formazione dei pianeti per il tipo del gruppo Terra a causa di temperature troppo elevate.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra, come suggerito dalla seconda ipotesi, avrebbe potuto essere formata a causa del bombardamento attivo della superficie da parte di asteroidi e comete, che provenivano dalla vicinanza del sistema solare nelle prime fasi di sviluppo. Confermare o negare questo concetto è abbastanza difficile.

Esperimento presso IDG RAS

La terza ipotesi sembra essere la più plausibile, che ritiene che l'atmosfera sia stata creata a seguito dell'emissione di gas dal mantello della crosta circa 4 miliardi di anni fa. Questo concetto è stato testato presso IDAS RAS durante un esperimento chiamato "Tsarev 2", quando un campione di una sostanza di origine meteorica è stato riscaldato nel vuoto. Quindi è stato registrato il rilascio di tali gas come H ₂ , CH ₄ , CO, H ₂ O, N ₂ , ecc. Pertanto, gli scienziati hanno giustamente ritenuto che la composizione chimica dell'atmosfera primaria della Terra includesse acqua e anidride carbonica, acido fluoridrico (HF), carbonio gas (CO), idrogeno solforato (H ₂ S), composti azotati, idrogeno, metano (CH ₄ ), vapori di ammoniaca (NH ₃ ), argon, ecc. Il vapore acqueo dall'atmosfera primaria è stato coinvolto nella formazione dell'idrosfera, il diossido di carbonio era più legato dentro materia organica e rocce, l'azoto è stato trasferito alla composizione dell'aria moderna, e anche di nuovo a rocce sedimentarie e materia organica.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra non permetterebbe alle persone moderne di esserci dentro senza respiratori, dato che all'epoca non c'era ossigeno nelle quantità richieste. Questo elemento in quantità significative è apparso mezzo miliardo di anni fa, si crede che sia dovuto allo sviluppo del processo di fotosintesi nelle alghe blu-verdi e altre, che sono gli abitanti più antichi del nostro pianeta.

Ossigeno minimo

Il fatto che la composizione dell'atmosfera terrestre sia stata inizialmente quasi priva di ossigeno indica che nelle rocce più antiche (catarie), facilmente ossidabili, ma non ossidate, si trova la grafite (carbonio). Successivamente, apparvero i cosiddetti minerali di ferro legati, che includevano strati di ossidi di ferro arricchiti, il che significa che l'apparizione sul pianeta di una potente fonte di ossigeno in forma molecolare. Ma questi elementi sono emersi solo periodicamente (forse le stesse alghe o altri produttori di ossigeno sono comparsi in piccole isole nel deserto senza ossigeno), mentre il resto del mondo era anaerobico. A favore di quest'ultimo è il fatto che la pirite facilmente ossidata è stata trovata sotto forma di ciottoli, trattati per oltre senza alcuna traccia di reazioni chimiche. Poiché le acque che scorrono non possono essere scarsamente aerate, è stata sviluppata la vista che l'atmosfera prima dell'inizio del Cambriano conteneva meno dell'1% di ossigeno dalla composizione corrente.

Cambiamento rivoluzionario della composizione dell'aria

Approssimativamente nel mezzo del Proterozoico (1,8 miliardi di anni fa), ha avuto luogo una "rivoluzione dell'ossigeno", quando il mondo è passato alla respirazione aerobica, durante il quale 38, piuttosto che due, possono essere ottenuti da una singola molecola nutritiva (glucosio) (come nella respirazione anaerobica) unità di energia. La composizione dell'atmosfera terrestre, in termini di ossigeno, ha iniziato a superare l'uno per cento del moderno, ha iniziato a nascere uno strato di ozono che protegge gli organismi dalle radiazioni. Era da lei che "si nascondeva" sotto grossi gusci, ad esempio, animali così antichi come i trilobiti. Da allora fino ad oggi, il contenuto del principale elemento "respiratorio" gradualmente e lentamente aumentato, fornendo la diversità dello sviluppo delle forme di vita sul pianeta.