Portalda reklam

Atmosfer, onun tərkibi və quruluşu. Atmosferin funksiyaları. Atmosfer tərkibi Atmosfer şəraiti

2,4 milyard il əvvəl Yer atmosferində sərbəst oksigenin nəzərəçarpacaq dərəcədə artması, bir tarazlıq vəziyyətindən digərinə çox sürətli keçid nəticəsində meydana çıxdığı görünür. Birinci səviyyə O 2-nin son dərəcə aşağı konsentrasiyasına uyğundur - indi müşahidə olunandan təxminən 100.000 dəfə aşağıdır. İkinci tarazlıq səviyyəsinə müasirdən 0,005-dən az olmayan daha yüksək konsentrasiyada nail olmaq olardı. Bu iki səviyyə arasındakı oksigen miqdarı həddindən artıq qeyri-sabitliklə xarakterizə olunur. Bu cür "bistabilliyin" olması, siyanobakteriyaların (mavi-yaşıl "yosunlar") onu istehsal etməyə başlamasından sonra ən azı 300 milyon il ərzində Yer atmosferində niyə bu qədər az sərbəst oksigenin olduğunu anlamağa imkan verir.

Hazırda Yer atmosferi 20% sərbəst oksigendən ibarətdir ki, bu da siyanobakteriyalar, yosunlar və ali bitkilərin fotosintezinin əlavə məhsulundan başqa bir şey deyil. Populyar nəşrlərdə tez-tez planetin ağciyərləri adlanan tropik meşələr tərəfindən çoxlu oksigen buraxılır. Ancaq eyni zamanda, tropik meşələrin il ərzində istehsal etdikləri qədər oksigen istehlak etdiyi də səssizdir. Hazır üzvi maddələri - ilk növbədə bakteriya və göbələkləri parçalayan orqanizmlərin tənəffüsünə sərf olunur. Onun üçün, Atmosferdə oksigen yığılmağa başlaması üçün fotosintez zamanı əmələ gələn maddənin heç olmasa bir hissəsi dövrandan kənarlaşdırılmalıdır.- məsələn, dib çöküntülərinə girin və onu aerob, yəni oksigen istehlakı ilə parçalayan bakteriyalar üçün əlçatmaz olur.

Oksigen (yəni “oksigen verən”) fotosintezin ümumi reaksiyası belə yazıla bilər:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH 2 O) + O 2,
Harada hν günəş işığının enerjisidir və (CH 2 O) üzvi maddələrin ümumiləşdirilmiş düsturudur. Nəfəs alma tərs prosesdir, onu belə yazmaq olar:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
Eyni zamanda orqanizmlər üçün lazım olan enerji sərbəst buraxılacaq. Bununla belə, aerob tənəffüs yalnız müasir səviyyədən (Paster nöqtəsi adlanan) 0,01-dən az olmayan O 2 konsentrasiyası ilə mümkündür. Anaerob şəraitdə üzvi maddələr fermentasiya yolu ilə parçalanır və bu prosesin son mərhələlərində çox vaxt metan əmələ gəlir. Məsələn, asetatın əmələ gəlməsi ilə metanogenez üçün ümumiləşdirilmiş tənlik belə görünür:
2(CH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2.
Fotosintez prosesini anaerob şəraitdə üzvi maddələrin sonrakı parçalanması ilə birləşdirsək, ümumi tənlik belə görünəcəkdir:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2.
Məhz üzvi maddələrin parçalanma yolu qədim biosferdə əsas yol idi.

Atmosferdən oksigen tədarükü və çıxarılması arasında müasir tarazlığın necə qurulduğuna dair bir çox vacib detallar hələ də qeyri-müəyyən olaraq qalır. Axı, "Atmosferin Böyük Oksidləşməsi" adlanan oksigen tərkibində nəzərəçarpacaq artım cəmi 2,4 milyard il əvvəl baş verdi, baxmayaraq ki, oksigenli fotosintez aparan siyanobakteriyaların artıq kifayət qədər çox olduğu və 2,7 milyard il aktiv olduğu dəqiq məlumdur. əvvəl və onlar daha əvvəl yaranıb - bəlkə də 3 milyard il əvvəl. Beləliklə, daxilində ən azı 300 milyon il ərzində siyanobakteriyaların fəaliyyəti atmosferdə oksigen miqdarının artmasına səbəb olmamışdır..

Nədənsə birdən-birə xalis ilkin istehsalın köklü şəkildə artması (yəni siyanobakteriyaların fotosintezi zamanı əmələ gələn üzvi maddələrin artması) fərziyyəsi tənqidlərə tab gətirmədi. Fakt budur ki, fotosintez zamanı karbon 12 C-nin yüngül izotopu üstünlük təşkil edir və ətraf mühitdə daha ağır izotop 13 C-nin nisbi tərkibi artır, buna görə də üzvi maddələr olan dib çöküntüləri 13 C izotopunda tükənməlidir suda toplanır və karbonatların əmələ gəlməsinə gedir. Bununla belə, atmosferdə oksigen konsentrasiyasının köklü dəyişməsinə baxmayaraq, karbonatlarda və çöküntülərin üzvi maddələrində 12 C-dən 13 C-yə nisbəti dəyişməz olaraq qalır. Bu o deməkdir ki, bütün məqam O 2 mənbəyində deyil, onun, geokimyaçıların dediyi kimi, birdən-birə əhəmiyyətli dərəcədə azalan, oksigen miqdarının əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olan “batmaqda” (atmosferdən çıxarılması)dır. atmosferdə.

Adətən belə hesab edilir ki, "Atmosferin Böyük Oksidləşməsi"ndən dərhal əvvəl, sonra yaranan bütün oksigen Yer səthində kifayət qədər çox olan azaldılmış dəmir birləşmələrinin (və sonra kükürdün) oksidləşməsinə sərf edilmişdir. Xüsusilə, o zamanlar "zolaqlı dəmir filizləri" meydana gəldi. Lakin bu yaxınlarda Şərqi İngiltərə Universitetinin (Norviç, Böyük Britaniya) Ətraf Mühit Elmləri fakültəsinin aspirantı Kolin Qoldblatt eyni universitetdən olan iki həmkarı ilə birlikdə belə qənaətə gəldi ki, yer atmosferində oksigen miqdarı ola bilər. iki tarazlıq vəziyyətindən biri: ya çox kiçik ola bilər - indikindən təqribən 100 min dəfə az, ya da artıq kifayət qədər çoxdur (müasir müşahidəçinin mövqeyindən kiçik olsa da) - müasir səviyyənin 0,005-dən az olmayaraq.

Təklif olunan modeldə onlar həm oksigenin, həm də azaldılmış birləşmələrin atmosferə daxil olmasını, xüsusən də sərbəst oksigen və metanın nisbətinə diqqət yetiriblər. Onlar qeyd etdilər ki, oksigen konsentrasiyası hazırkı səviyyədən 0,0002-dən çox olarsa, metanın bir hissəsi reaksiyaya uyğun olaraq metanotrof bakteriyalar tərəfindən artıq oksidləşə bilər:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Ancaq metanın qalan hissəsi (və bunun kifayət qədər çoxu var, xüsusən də aşağı oksigen konsentrasiyalarında) atmosferə daxil olur.

Bütün sistem termodinamika baxımından qeyri-tarazlıq vəziyyətindədir. Bozulmuş tarazlığın bərpasının əsas mexanizmi atmosferin yuxarı qatlarında metanın hidroksil radikal tərəfindən oksidləşməsidir (bax: Atmosferdə metanın dalğalanması: insan və ya təbiət - kim qalib gəlir, "Elements", 10/06/2006). Hidroksil radikalının ultrabənövşəyi şüaların təsiri altında atmosferdə əmələ gəldiyi məlumdur. Ancaq atmosferdə çoxlu oksigen varsa (indiki səviyyənin ən azı 0,005-i), onda onun yuxarı təbəqələrində ozon ekranı əmələ gəlir ki, bu da Yeri sərt ultrabənövşəyi şüalardan yaxşı qoruyur və eyni zamanda fiziki-kimyəvi təsirlərə mane olur. metanın oksidləşməsi.

Müəlliflər bir qədər paradoksal nəticəyə gəlirlər ki, oksigenli fotosintezin mövcudluğu nə oksigenlə zəngin atmosferin əmələ gəlməsi, nə də ozon ekranının yaranması üçün kifayət qədər şərt deyil. Bu hal digər planetlərin atmosferinin tədqiqinin nəticələrinə əsasən həyatın mövcudluğunun əlamətlərini tapmağa çalışdığımız hallarda nəzərə alınmalıdır.

Atmosfer (yunanca ατμός - "buxar" və σφαῖρα - "kürə") - cazibə qüvvəsi ilə ətrafında saxlanılan göy cisminin qaz qabığıdır. Atmosfer planetin müxtəlif qazlar, su buxarı və toz qarışığından ibarət qazlı qabığıdır. Atmosfer Yerlə Kosmos arasında maddə mübadiləsi aparır. Yer kosmik toz və meteorit materialı alır və ən yüngül qazları: hidrogen və heliumu itirir. Yer atmosferi planetin səthinin istilik rejimini təyin edən, atmosfer qazlarının molekullarının dissosiasiyasına və atomların ionlaşmasına səbəb olan Günəşdən gələn güclü radiasiya vasitəsilə və vasitəsilə nüfuz edir.

Yer atmosferində əksər canlı orqanizmlərin tənəffüs üçün istifadə etdiyi oksigen və fotosintez zamanı bitkilər, yosunlar və siyanobakteriyalar tərəfindən istehlak edilən karbon qazı var. Atmosfer həm də planetin qoruyucu təbəqəsidir və onun sakinlərini günəşin ultrabənövşəyi radiasiyasından qoruyur.

Bütün kütləvi cisimlər - yer planetləri və qaz nəhəngləri - atmosferə malikdir.

Atmosfer tərkibi

Atmosfer azot (78,08%), oksigen (20,95%), karbon qazı (0,03%), arqon (0,93%), az miqdarda helium, neon, ksenon, kriptondan (0,01%) ibarət qazların qarışığıdır. 0,038% karbon qazı və az miqdarda hidrogen, helium, digər nəcib qazlar və çirkləndiricilər.

Yerin havasının müasir tərkibi yüz milyon ildən çox əvvəl qurulmuşdur, lakin kəskin artan insanın istehsal fəaliyyəti buna baxmayaraq onun dəyişməsinə səbəb olmuşdur. Hal-hazırda, CO 2 tərkibində təxminən 10-12% artım var. Bununla belə, bu qazların əsas əhəmiyyəti, ilk növbədə, parlaq enerjini çox güclü şəkildə mənimsəmələri və bununla da Yer səthinin və atmosferinin temperatur rejiminə əhəmiyyətli təsir göstərmələri ilə müəyyən edilir.

Planetin atmosferinin ilkin tərkibi adətən planetlərin əmələ gəlməsi və sonradan xarici qazların buraxılması zamanı günəşin kimyəvi və temperatur xüsusiyyətlərindən asılıdır. Sonra qaz qabığının tərkibi müxtəlif amillərin təsiri altında inkişaf edir.

Venera və Marsın atmosferi əsasən azot, arqon, oksigen və digər qazların əlavələri ilə karbon qazından ibarətdir. Yer atmosferi əsasən orada yaşayan orqanizmlərin məhsuludur. Aşağı temperaturlu qaz nəhəngləri - Yupiter, Saturn, Uran və Neptun əsasən aşağı molekulyar qazları - hidrogen və heliumu saxlaya bilir. Osiris və ya 51 Pegasi b kimi yüksək temperaturlu qaz nəhəngləri, əksinə, onu saxlaya bilmir və onların atmosferinin molekulları kosmosa səpələnir. Bu proses yavaş-yavaş və davamlı olaraq baş verir.

azot, Atmosferdə ən çox yayılmış qaz, kimyəvi cəhətdən qeyri-aktivdir.

oksigen, azotdan fərqli olaraq, kimyəvi cəhətdən çox aktiv elementdir. Oksigenin spesifik funksiyası heterotrof orqanizmlərin üzvi maddələrinin, süxurların və vulkanlar tərəfindən atmosferə buraxılan az oksidləşmiş qazların oksidləşməsidir. Oksigen olmasaydı, ölü üzvi maddələrin parçalanması olmazdı.

Atmosfer quruluşu

Atmosferin quruluşu iki hissədən ibarətdir: daxili hissə - troposfer, stratosfer, mezosfer və termosfer və ya ionosfer və xarici hissə - maqnitosfer (ekzosfer).

1) Troposfer- bu, atmosferin 3/4-nin cəmləşdiyi aşağı hissəsidir. Bütün yer atmosferinin ~ 80%-ni təşkil edir. Onun hündürlüyü yer səthinin və okeanın qızması nəticəsində yaranan şaquli (yuxarı və ya enən) hava axınlarının intensivliyi ilə müəyyən edilir, buna görə də ekvatorda troposferin qalınlığı 16-18 km, mülayim enliklərdə 10-11 km, və qütblərdə - 8 km-ə qədər. Hündürlükdə troposferdə havanın temperaturu hər 100 m üçün 0,6ºС azalır və +40 ilə -50ºС arasında dəyişir.

2) Stratosfer troposferin üstündə yerləşir və planetin səthindən 50 km-ə qədər yüksəkliyə malikdir. 30 km-ə qədər yüksəklikdə temperatur sabit -50ºС-dir. Sonra yüksəlməyə başlayır və 50 km yüksəklikdə +10ºС-ə çatır.

Biosferin yuxarı sərhədi ozon ekranıdır.

Ozon ekranı stratosfer daxilində atmosferin Yer səthindən müxtəlif hündürlüklərdə yerləşən və 20-26 km hündürlükdə maksimum ozon sıxlığına malik olan təbəqəsidir.

Qütblərdə ozon təbəqəsinin hündürlüyü 7-8 km, ekvatorda 17-18 km, ozonun mövcudluğunun maksimal hündürlüyü isə 45-50 km-dir. Günəşin sərt ultrabənövşəyi şüalanması səbəbindən ozon qalxanı üzərində həyat mümkün deyil. Bütün ozon molekullarını sıxsanız, planetin ətrafında ~ 3 mm təbəqə əldə edəcəksiniz.

3) Mezosfer– bu təbəqənin yuxarı sərhədi 80 km hündürlüyə qədər yerləşir. Onun əsas xüsusiyyəti yuxarı həddində -90ºС temperaturun kəskin düşməsidir. Burada buz kristallarından ibarət gecə parıltılı buludlar qeydə alınır.

4) İonosfer (termosfer) - 800 km yüksəkliyə qədər yerləşir və temperaturun əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə xarakterizə olunur:

150 km temperatur +240ºС,

200 km temperatur +500ºС,

600 km temperatur +1500ºС.

Günəşdən gələn ultrabənövşəyi radiasiyanın təsiri altında qazlar ionlaşmış vəziyyətdədir. İonlaşma qazların parıltısı və auroraların görünüşü ilə əlaqələndirilir.

İonosfer radiodalğaları dəfələrlə əks etdirmək qabiliyyətinə malikdir ki, bu da planetdə uzaq məsafəli radio rabitəsini təmin edir.

5) Ekzosfer– 800 km-dən yuxarıda yerləşir və 3000 km-ə qədər uzanır. Burada temperatur >2000ºС-dir. Qazın hərəkət sürəti kritik ~ 11,2 km/saniyə yaxınlaşır. Dominant atomlar hidrogen və heliumdur ki, onlar Yer ətrafında 20.000 km hündürlüyə qədər uzanan işıq saçan tac yaradır.

Atmosferin funksiyaları

1) Termoregulyasiya - Yerdəki hava və iqlim istilik və təzyiqin paylanmasından asılıdır.

2) Həyatı təmin edən.

3) Troposferdə hava kütlələrinin qlobal şaquli və üfüqi hərəkətləri baş verir ki, bu da suyun dövranını və istilik mübadiləsini müəyyən edir.

4) Demək olar ki, bütün yerüstü geoloji proseslər atmosfer, litosfer və hidrosferin qarşılıqlı təsiri nəticəsində baş verir.

5) Qoruyucu - atmosfer Yeri kosmosdan, günəş radiasiyasından və meteorit tozundan qoruyur.

Atmosferin funksiyaları. Atmosfer olmasaydı, Yerdəki həyat qeyri-mümkün olardı. Bir insan gündə 12-15 kq istehlak edir. hava, hər dəqiqə 5 ilə 100 litr arasında nəfəs alır ki, bu da qida və suya olan orta gündəlik ehtiyacı əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir. Bundan əlavə, atmosfer insanları kosmosdan təhdid edən təhlükələrdən etibarlı şəkildə qoruyur: meteoritlərin və ya kosmik radiasiyanın keçməsinə imkan vermir. İnsan yeməksiz beş həftə, susuz beş gün, havasız beş dəqiqə yaşaya bilər. Normal insan həyatı təkcə hava deyil, həm də onun müəyyən saflığını tələb edir. İnsanların sağlamlığı, flora və faunanın vəziyyəti, bina konstruksiyalarının və tikililərinin möhkəmliyi və davamlılığı havanın keyfiyyətindən asılıdır. Çirklənmiş hava sulara, quruya, dənizlərə və torpaqlara dağıdıcı təsir göstərir. Atmosfer işığı müəyyənləşdirir və yerin istilik rejimlərini tənzimləyir, yer kürəsində istiliyin yenidən bölüşdürülməsinə kömək edir. Qaz qabığı Yeri həddindən artıq soyutma və istiləşmədən qoruyur. Əgər planetimiz hava qabığı ilə əhatə olunmasaydı, onda bir gün ərzində temperaturun dəyişmə amplitudası 200 C-yə çatacaqdı. Atmosfer Yerdə yaşayan hər şeyi dağıdıcı ultrabənövşəyi, rentgen və kosmik şüalardan xilas edir. İşığın paylanmasında atmosfer böyük rol oynayır. Onun havası günəş şüalarını milyonlarla kiçik şüalara parçalayır, onları səpələyir və vahid işıqlandırma yaradır. Atmosfer səslərin dirijoru kimi xidmət edir.

Troposfer - Yer atmosferinin kütləsinin 80% -nin cəmləşdiyi 8-18 km hündürlükdə atmosferin aşağı çox nazik təbəqəsi

Atmosfer O 2-nin Yerdəki bioloji və geokimyəvi proseslər üçün əhəmiyyəti son dərəcə yüksəkdir. Buna görə də alimlər uzun müddətdir ki, planetimizin tarixində oksigen tərkibinin necə dəyişdiyini öyrənirlər. Bunu ümumi atmosfer təzyiqində O 2 və N 2-nin qismən təzyiqini hesablamaqla başa düşmək olar.

Məsələnin uzun tarixə malik olmasına baxmayaraq, ekspertlər hələ də son 500 milyon il ərzində atmosfer təzyiqinin dəyişməsi ilə bağlı konsensusa malik deyillər. Hesablamalar 0,2 atm-ə qədər fərqlənir (aşağıdakı diaqrama baxın). Hətta son bir neçə milyon il ərzində atmosfer təzyiqinin, qismən təzyiqin və buna görə də O 2 konsentrasiyalarının necə dəyişdiyinə dair dəqiq bir mənzərə yoxdur.

Sual asan deyil, çünki atmosferdən gələn oksigen heyvanlar, bitkilər və hətta daşlar tərəfindən daim istehlak olunur. Prinston Universitetinin bir qrup alimi Qrenlandiya və Antarktidadan gələn buz nüvələrində hava qabarcıqlarının konsentrasiyasını öyrənərək bu məsələyə aydınlıq gətirib.

Görünən illik təbəqələri olan 1837 m dərinlikdən buz nüvəsi

Bu gün buz nüvələri atmosfer təzyiqi məlumatlarının ən etibarlı və dəqiq mənbəyidir. Özəklərdəki buzun maksimum yaşı 800 min ildir, buna görə də tədqiqatlar bu zaman intervalı ilə məhdudlaşır.


Antarktidadakı Vostok tədqiqat stansiyasında buz nüvəsinin çıxarılması

Məlum oldu ki, bu müddət ərzində Yerdən milyon ildə təxminən 8,4 ppm sürətlə kifayət qədər sabit oksigen sızması baş verir. Xüsusilə, son 800.000 il ərzində atmosferdə təxminən 0,7% az oksigen var.


Soldakı diaqram elmi modelləşdirmə nəticələrinin atmosfer O 2 /N 2 nisbəti və qismən təzyiq arasında necə fərqləndiyini göstərir. Sağdakı diaqram 800 min ildən artıq buz nüvələrində hava qabarcıqlarının ölçülməsinin nəticələrinə əsasən qismən təzyiqin dəyişməsini göstərir.

Elmi işin müəlliflərindən biri Daniel Stolper, "Biz bu ölçüləri nəzəriyyəni təsdiqləməkdən daha çox maraq üçün etdik". "Nə olacağını bilmirdik: oksigen illər keçdikcə artacaq, azalacaq və ya sabit səviyyədə qalacaq."

Atmosferdə oksigen miqdarının azalması olduqca yavaş baş verir. Çox güman ki, milyonlarla il insan həyatını təhdid etməyəcək. Lakin belə dövrlərin mahiyyəti haqqında məlumat elm üçün çox vacibdir. Dəyişikliklərə hansı amillərin təsir etdiyini bilməliyik. Bu məlumat, digər şeylər arasında, insanlar Qırmızı Planetdə məskunlaşmağa başlayanda, Marsın terraformasiyası zamanı istifadə edilə bilər. Yəqin ki, Mars atmosferindəki oksigenin miqdarını artırmalı olacağıq.

İlk bir neçə milyard il ərzində Yerdə də oksigen yox idi. Ən çox ehtimal olunan nəzəriyyə, oksigen səviyyəsinin təxminən 2,4 milyard il əvvəl mavi-yaşıl yosunlar olaraq da bilinən siyanobakteriyaların fəaliyyəti səbəbindən yüksəlməsidir. Atmosferin tərkibində kəskin dəyişikliklərin baş verdiyi, ardınca biosferin yenidən qurulması və Yer tarixində qlobal Huron buzlaşması dövrü oksigen fəlakəti kimi tanınır.


Mavi-yaşıl yosunlar 2,4 milyard il əvvəl oksigenin Yer üzündə böyük miqdarda peyda olmasının və daha inkişaf etmiş həyatın yaranmasının səbəbidir.

Eyni oksigen fəlakəti Marsda da yarana bilər.

Elm adamları Yer atmosferinin niyə yavaş-yavaş oksigeni itirməsi ilə bağlı konsensusa gəlməyiblər. İki hipotez var. Biri odur ki, bu, torpaqdan daha çox süxur çıxaran, daha çox oksigeni oksidləşdirən və bağlayan eroziya sürətinin artması ilə əlaqədardır. Başqa bir nəzəriyyə iqlim dəyişikliyi ilə bağlıdır: son onilliklərdə kəskin artımlara baxmayaraq, temperatur son bir neçə milyon il ərzində bir qədər aşağı düşüb. Temperaturun azalması səbəbindən ətraf mühit reaksiyaları zənciri başlaya bilər, bunun nəticəsində Dünya Okeanında daha çox oksigen həll olunmağa və bağlanmağa başladı.

Hələlik bunların hamısı sınaqdan keçirilməli olan fərziyyələrdir.

Hazırda Yer atmosferi 78,09% azot, 20,95% oksigen, 0,93% arqon, 0,039% karbon qazı və az miqdarda digər qazlardan ibarətdir. Əsas istixana qazlarından biri hesab edilən su buxarının konsentrasiyasını da daim dəyişir. Okean səviyyəsində atmosferdə H2O konsentrasiyası təxminən 1%, orta hesabla isə təxminən 0,4% təşkil edir. Atmosferin ümumi kütləsi 5,5 × 1018 kq, yəni 5,5 zettaqram və ya 5,5 petatondur.


Yer atmosferində oksigenin yığılması. Yaşıl qrafik oksigen səviyyəsinin aşağı təxmini, qırmızı qrafik isə yuxarı təxmindir. 1. 3,85-2,45 milyard il əvvəl. 2. 2,45-1,85 milyard il əvvəl: oksigen istehsalının başlanğıcı və onun okean və dəniz dibi süxurlar tərəfindən udulması. 3. 1,85-0,85 milyard il əvvəl: quruda süxurların oksidləşməsi. 4. 0,85-0,54 milyard il əvvəl: qurudakı bütün süxurlar oksidləşir, atmosferdə oksigen toplanması başlayır. 5. 0,54 milyard il əvvəl - indiki

Yer atmosferindən oksigen yavaş-yavaş sızır. Lakin alimlər vurğulayırlar ki, onların tədqiqatında sənaye inqilabının başlanmasından sonra, insanların bu kimyəvi reaksiyadan enerji alaraq yerin bağırsaqlarından karbohidrogenləri aktiv şəkildə oksidləşdirməyə başladığı son 200 il ərzində oksigen səviyyələrində dəyişikliklərə dair məlumatlar yoxdur. və atmosferdən böyük miqdarda oksigeni bağlayır. Daniel Stolper deyir: "Biz əvvəlkindən min dəfə çox oksigen istehlak edirik". “Bəşəriyyət minlərlə ton karbon yandıraraq [oksigen] dövrəsini tamamilə bağladı... Bu, insanların birgə işləməsi ilə Yerdəki təbii prosesləri əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirə biləcəyinə daha bir sübutdur.”

Günəş sistemimizin isti və soyuq planetlərindən fərqli olaraq, Yer planetində hansısa formada həyata imkan verən şərait mövcuddur. Əsas şərtlərdən biri bütün canlılara sərbəst nəfəs almaq imkanı verən və onları kosmosda hökm sürən ölümcül şüalanmadan qoruyan atmosferin tərkibidir.

Atmosfer nədən ibarətdir?

Yerin atmosferi çoxlu qazlardan ibarətdir. Əsasən 77%-ni tutur. Onsuz Yerdəki həyatı təsəvvür etmək mümkün olmayan qaz, havadakı oksigen miqdarı atmosferin ümumi həcminin 21% -ə bərabərdir; Son 2% isə müxtəlif qazların, o cümlədən arqon, helium, neon, kripton və başqalarının qarışığıdır.

Yer atmosferi 8 min km yüksəkliyə qalxır. Nəfəs almağa yararlı hava yalnız atmosferin aşağı qatında, qütblərdə 8 km və ekvatordan 16 km yuxarıya çatan troposferdə olur. Hündürlük artdıqca hava nazikləşir və oksigen çatışmazlığı bir o qədər çox olur. Müxtəlif hündürlüklərdə havadakı oksigen miqdarının nə olduğunu düşünmək üçün bir misal verək. Everestin zirvəsində (hündürlüyü 8848 m) hava bu qazı dəniz səviyyəsindən 3 dəfə az saxlayır. Ona görə də yüksək dağ zirvələrini fəth edənlər - alpinistlər onun zirvəsinə yalnız oksigen maskalarında qalxa bilərlər.

Oksigen planetdə yaşamaq üçün əsas şərtdir

Yerin mövcudluğunun əvvəlində onu əhatə edən havanın tərkibində bu qaz yox idi. Bu, protozoaların - okeanda üzən tək hüceyrəli molekulların həyatı üçün olduqca uyğun idi. Onların oksigenə ehtiyacı yox idi. Proses təxminən 2 milyon il əvvəl, ilk canlı orqanizmlər fotosintez reaksiyası nəticəsində kimyəvi reaksiyalar nəticəsində əldə edilən bu qazın kiçik dozalarını əvvəlcə okeana, sonra atmosferə buraxmağa başlayanda başladı. . Planetdə həyat təkamül keçirdi və müxtəlif formalar aldı, əksəriyyəti müasir dövrə qədər gəlib çatmamışdır. Bəzi orqanizmlər sonda yeni qazla yaşamağa uyğunlaşdılar.

Onlar onun enerjisindən qidadan enerji çıxarmaq üçün güc mərkəzi rolunu oynadığı hüceyrənin içərisində təhlükəsiz şəkildə istifadə etməyi öyrəndilər. Oksigendən istifadənin bu üsulu tənəffüs adlanır və biz bunu hər saniyə edirik. Daha mürəkkəb orqanizmlərin və insanların yaranmasına imkan verən nəfəs idi. Milyonlarla il ərzində havadakı oksigen miqdarı müasir səviyyəyə yüksəldi - təxminən 21%. Bu qazın atmosferdə toplanması yer səthindən 8-30 km hündürlükdə ozon təbəqəsinin yaranmasına səbəb olub. Eyni zamanda, planet ultrabənövşəyi şüaların zərərli təsirlərindən qorundu. Suda və quruda həyat formalarının sonrakı təkamülü fotosintezin artması nəticəsində sürətlə artdı.

Anaerob həyat

Bəzi orqanizmlər artan qaz səviyyəsinə uyğunlaşsa da, Yerdə mövcud olan ən sadə həyat formalarının çoxu yoxa çıxdı. Digər orqanizmlər oksigendən gizlənərək sağ qaldılar. Onların bəziləri bu gün paxlalı bitkilərin köklərində yaşayır, bitkilər üçün amin turşuları yaratmaq üçün havadan azotdan istifadə edirlər. Ölümcül orqanizm botulizm oksigendən başqa bir qaçqındır. Vakuumlu konservləşdirilmiş qidalarda asanlıqla yaşayır.

Hansı oksigen səviyyəsi həyat üçün optimaldır?

Ağciyərləri hələ nəfəs almaq üçün tam açılmamış vaxtından əvvəl doğulmuş körpələr xüsusi inkubatorlara yerləşdirilir. Onlarda havadakı oksigen miqdarı həcmcə daha yüksəkdir və adi 21% əvəzinə onun səviyyəsi 30-40% səviyyəsində müəyyən edilir. Ağır tənəffüs problemi olan körpələr, uşağın beyninin zədələnməsinin qarşısını almaq üçün yüzdə 100 oksigen səviyyəsinə malik hava ilə əhatə olunur. Belə şəraitdə olmaq hipoksiya vəziyyətində olan toxumaların oksigen rejimini yaxşılaşdırır və həyati funksiyalarını normallaşdırır. Ancaq havada çox olması çox az olduğu qədər təhlükəlidir. Uşağın qanında həddindən artıq oksigen gözlərdəki damarları zədələyə və görmə itkisinə səbəb ola bilər. Bu, qaz xüsusiyyətlərinin ikililiyini göstərir. Yaşamaq üçün onu nəfəs almalıyıq, lakin onun artıqlığı bəzən bədən üçün zəhərə çevrilə bilər.

Oksidləşmə prosesi

Oksigen hidrogen və ya karbonla birləşdikdə oksidləşmə adlanan reaksiya baş verir. Bu proses həyatın əsasını təşkil edən üzvi molekulların parçalanmasına səbəb olur. İnsan orqanizmində oksidləşmə aşağıdakı kimi baş verir. Qırmızı qan hüceyrələri ağciyərlərdən oksigeni toplayır və onu bütün bədənə daşıyır. Yediyimiz qidanın molekullarının məhv edilməsi prosesi var. Bu proses enerji, su və karbon dioksidi buraxır. Sonuncu qan hüceyrələri tərəfindən yenidən ağciyərlərə atılır və biz onu havaya buraxırıq. İnsan 5 dəqiqədən çox nəfəs almasına mane olarsa, boğula bilər.

Nəfəs

Nəfəs aldıqda xaricdən ağciyərlərə daxil olan oksigenin tənəffüslə alınan havanın tərkibindəki oksigenin inhalyasiya, nəfəs aldıqda isə tənəffüs sistemi vasitəsilə çıxan havanın tənəffüs havası adlandığını düşünək.

Bu, tənəffüs yollarında alveolları dolduran havanın qarışığıdır. Sağlam bir insanın təbii şəraitdə nəfəs aldığı və nəfəs aldığı havanın kimyəvi tərkibi praktiki olaraq dəyişmir və aşağıdakı rəqəmlərlə ifadə edilir.

Oksigen həyat üçün havanın əsas komponentidir. Atmosferdə bu qazın miqdarının dəyişməsi kiçikdir. Əgər dənizə yaxın havada oksigenin miqdarı 20,99%-ə çatırsa, sənaye şəhərlərinin çox çirkli havasında belə onun səviyyəsi 20,5%-dən aşağı düşmür. Bu cür dəyişikliklər insan orqanizminə təsir göstərmir. Fizioloji pozğunluqlar havada oksigenin faizi 16-17%-ə düşəndə ​​ortaya çıxır. Bu vəziyyətdə, həyati fəaliyyətin kəskin azalmasına səbəb olan açıq bir var və havada oksigen miqdarı 7-8% olduqda, ölüm mümkündür.

Müxtəlif dövrlərdə atmosfer

Atmosferin tərkibi həmişə təkamülə təsir göstərmişdir. Müxtəlif geoloji dövrlərdə təbii fəlakətlər nəticəsində oksigen səviyyəsinin qalxması və ya azalması müşahidə edilir və bu, biosistemdə dəyişikliklərə səbəb olur. Təxminən 300 milyon il əvvəl onun atmosferdəki tərkibi 35% -ə yüksəldi və planet nəhəng ölçülü həşəratlar tərəfindən koloniyalaşdırıldı. Yer kürəsinin tarixində canlıların ən böyük yox olması təxminən 250 milyon il əvvəl baş verib. Bu müddət ərzində okean sakinlərinin 90% -dən çoxu və quruda yaşayanların 75% -i öldü. Kütləvi məhvin bir versiyasında deyilir ki, günahkar havada oksigen səviyyəsinin aşağı olmasıdır. Bu qazın miqdarı 12%-ə qədər azalıb və bu, atmosferin aşağı qatında 5300 metr yüksəkliyə qədərdir. Bizim eramızda atmosfer havasındakı oksigenin miqdarı 20,9%-ə çatır ki, bu da 800 min il əvvəlkindən 0,7% azdır. Bu rəqəmləri o dövrdə əmələ gələn Qrenlandiya və Atlantik buzunun nümunələrini tədqiq edən Prinston Universitetinin alimləri təsdiqləyiblər. Donmuş su hava qabarcıqlarını qoruyub saxlayır və bu fakt atmosferdəki oksigenin səviyyəsini hesablamağa kömək edir.

Onun havadakı səviyyəsini nə müəyyənləşdirir?

Onun atmosferdən aktiv şəkildə udulmasına buzlaqların hərəkəti səbəb ola bilər. Onlar uzaqlaşdıqca, oksigen istehlak edən üzvi təbəqələrin nəhəng sahələrini aşkar edirlər. Başqa bir səbəb Dünya Okeanının sularının soyuması ola bilər: onun bakteriyaları aşağı temperaturda oksigeni daha aktiv şəkildə udur. Tədqiqatçılar iddia edirlər ki, sənaye sıçrayışı və onunla birlikdə böyük miqdarda yanacağın yandırılması xüsusi təsir göstərmir. Dünya okeanları 15 milyon ildir ki, soyuyur və insan təsirindən asılı olmayaraq atmosferdə həyati təmin edən maddələrin miqdarı azalıb. Yəqin ki, Yer kürəsində baş verən bəzi təbii proseslər var ki, bu da oksigen istehlakının onun istehsalından daha çox olmasına səbəb olur.

Atmosferin tərkibinə insanın təsiri

Gəlin insanın havanın tərkibinə təsirindən danışaq. Bu gün malik olduğumuz səviyyə canlılar üçün idealdır; havadakı oksigen miqdarı 21% təşkil edir. Onun və digər qazların tarazlığı təbiətdəki həyat dövrü ilə müəyyən edilir: heyvanlar karbon qazını çıxarır, bitkilər ondan istifadə edir və oksigen buraxır.

Ancaq bu səviyyənin həmişə sabit olacağına zəmanət yoxdur. Atmosferə atılan karbon qazının miqdarı artır. Bu, bəşəriyyətin yanacaqdan istifadə etməsi ilə bağlıdır. Və bildiyiniz kimi, üzvi mənşəli fosillərdən əmələ gəlib və karbon qazı havaya daxil olur. Bu arada, planetimizdəki ən böyük bitkilər olan ağaclar artan sürətlə məhv edilir. Bir dəqiqədən sonra kilometrlərlə meşə yox olur. Bu o deməkdir ki, havadakı oksigenin bir hissəsi tədricən düşür və alimlər artıq həyəcan təbili çalır. Yerin atmosferi sonsuz bir anbar deyil və oksigen ona xaricdən daxil olmur. Yerin inkişafı ilə birlikdə daim inkişaf etdirilirdi. Həmişə yadda saxlamalıyıq ki, bu qaz karbon qazının istehlakı ilə fotosintez prosesində bitki örtüyü tərəfindən əmələ gəlir. Meşələrin məhv edilməsi şəklində bitki örtüyünün hər hansı əhəmiyyətli azalması qaçılmaz olaraq oksigenin atmosferə daxil olmasını azaldır və bununla da onun tarazlığını pozur.

Yer atmosferinin quruluşu və tərkibi, deyilməlidir ki, planetimizin inkişafının bu və ya digər dövründə həmişə sabit dəyərlər deyildi. Bu gün ümumi "qalınlığı" 1,5-2,0 min km olan bu elementin şaquli quruluşu bir neçə əsas təbəqə ilə təmsil olunur, o cümlədən:

  1. Troposfer.
  2. Tropopauz.
  3. Stratosfer.
  4. Stratopoz.
  5. Mezosfer və mezopoz.
  6. Termosfer.
  7. Ekzosfer.

Atmosferin əsas elementləri

Troposfer güclü şaquli və üfüqi hərəkətlərin müşahidə olunduğu təbəqədir, burada hava, çöküntü hadisələri və iqlim şəraiti əmələ gəlir. Qütb bölgələri (orada 15 km-ə qədər) istisna olmaqla, demək olar ki, hər yerdə planetin səthindən 7-8 kilometr uzanır. Troposferdə temperaturun tədricən hər kilometr hündürlükdə təxminən 6,4 ° C azalması müşahidə olunur. Bu göstərici müxtəlif enliklər və fəsillər üçün fərqli ola bilər.

Bu hissədə Yer atmosferinin tərkibi aşağıdakı elementlər və onların faizləri ilə təmsil olunur:

Azot - təxminən 78 faiz;

Oksigen - demək olar ki, 21 faiz;

Arqon - təxminən bir faiz;

Karbon qazı - 0,05% -dən azdır.

90 kilometr yüksəkliyə qədər tək kompozisiya

Bundan əlavə, burada siz toz, su damlaları, su buxarı, yanma məhsulları, buz kristalları, dəniz duzları, bir çox aerozol hissəcikləri və s. tapa bilərsiniz. Yer atmosferinin bu tərkibi təxminən doxsan kilometr hündürlükdə müşahidə olunur, ona görə də hava kimyəvi tərkibində təxminən eynidir, təkcə troposferdə deyil, həm də üst qatlarda. Lakin orada atmosfer əsaslı şəkildə fərqli fiziki xüsusiyyətlərə malikdir. Ümumi kimyəvi tərkibə malik olan təbəqəyə homosfer deyilir.

Yerin atmosferini başqa hansı elementlər təşkil edir? Kripton (təxminən 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metan (təxminən 1,7 x 10 -5) kimi qazlar faizlə (həcmlə, quru havada) burada 4), azot oksidi (5,0 x 10 -5) və s. Kütləvi faizlə sadalanan komponentlərin əksəriyyəti azot oksidi və hidrogendir, ondan sonra helium, kripton və s.

Müxtəlif atmosfer qatlarının fiziki xassələri

Troposferin fiziki xüsusiyyətləri onun planetin səthinə yaxınlığı ilə sıx bağlıdır. Buradan infraqırmızı şüalar şəklində əks olunan günəş istiliyi keçiricilik və konveksiya proseslərini əhatə edərək yuxarıya doğru yönəldilir. Buna görə temperatur yer səthindən uzaqlaşdıqca aşağı düşür. Bu fenomen stratosferin hündürlüyünə (11-17 kilometr) qədər müşahidə olunur, sonra temperatur 34-35 km-ə qədər demək olar ki, dəyişməz olur və sonra temperatur yenidən 50 kilometr yüksəkliyə qalxır (stratosferin yuxarı həddi) . Stratosfer və troposfer arasında tropopozun nazik aralıq təbəqəsi (1-2 km-ə qədər) var, burada sabit temperatur ekvatorun üstündə - təxminən mənfi 70 ° C və aşağıda müşahidə olunur. Qütblərin üstündə tropopoz yayda mənfi 45°C-ə qədər “istiyir”, burada temperatur -65°C ətrafında dəyişir.

Yer atmosferinin qaz tərkibinə ozon kimi mühüm element daxildir. Qaz atmosferin yuxarı hissələrində atomik oksigenin günəş işığının təsiri altında əmələ gəldiyi üçün onun səthində nisbətən azdır (on faizdən mənfi altıncı qüvvəyə qədər). Xüsusilə, ən çox ozon təqribən 25 km hündürlükdədir və bütün “ozon ekranı” qütblərdə 7-8 km, ekvatorda 18 km və ümumilikdə 50 km-ə qədər olan ərazilərdə yerləşir. planetin səthi.

Atmosfer günəş radiasiyasından qoruyur

Yer atmosferindəki havanın tərkibi həyatın qorunmasında çox mühüm rol oynayır, çünki ayrı-ayrı kimyəvi elementlər və kompozisiyalar günəş radiasiyasının yer səthinə və orada yaşayan insanlara, heyvanlara və bitkilərə çıxışını müvəffəqiyyətlə məhdudlaşdırır. Məsələn, su buxarı molekulları 8 ilə 13 mikron arasında olan uzunluqlar istisna olmaqla, demək olar ki, bütün infraqırmızı şüalanma diapazonlarını effektiv şəkildə udur. Ozon ultrabənövşəyi radiasiyanı 3100 A dalğa uzunluğuna qədər udur. Onun nazik təbəqəsi olmadan (planetin səthində yerləşdirildikdə orta hesabla cəmi 3 mm), yalnız 10 metrdən çox dərinlikdə olan su və günəş radiasiyasının olmadığı yeraltı mağaralar məskunlaşa bilər.

Stratopozda sıfır Selsi

Atmosferin sonrakı iki səviyyəsi, stratosfer və mezosfer arasında diqqətəlayiq bir təbəqə - stratopoz var. O, təqribən ozonun maksimal hündürlüyünə uyğundur və buradakı temperatur insanlar üçün nisbətən rahatdır - təxminən 0°C. Stratopozun üstündə, mezosferdə (haradasa 50 km hündürlükdə başlayır və 80-90 km hündürlükdə bitir) Yer səthindən məsafənin artması ilə yenidən temperaturun azalması müşahidə olunur (mənfi 70-80 ° C-ə qədər). ). Meteoritlər ümumiyyətlə mezosferdə tamamilə yanır.

Termosferdə - üstəgəl 2000 K!

Termosferdəki Yer atmosferinin kimyəvi tərkibi (təxminən 85-90 ilə 800 km yüksəklikdən mezopauzadan sonra başlayır) günəş radiasiyasının təsiri altında çox nadir "hava" təbəqələrinin tədricən istiləşməsi kimi bir fenomenin mümkünlüyünü müəyyənləşdirir. . Planetin "hava örtüyünün" bu hissəsində oksigenin ionlaşması (atom oksigen 300 km-dən yuxarı yerləşir), həmçinin oksigen atomlarının molekullara rekombinasiyası nəticəsində əldə edilən temperatur 200 ilə 2000 K arasında dəyişir. , böyük miqdarda istilik buraxılması ilə müşayiət olunur. Termosfer auroraların meydana gəldiyi yerdir.

Termosferin üstündə ekzosfer - yüngül və sürətlə hərəkət edən hidrogen atomlarının kosmosa çıxa biləcəyi atmosferin xarici təbəqəsi yerləşir. Burada Yer atmosferinin kimyəvi tərkibi daha çox aşağı təbəqələrdə fərdi oksigen atomları, orta təbəqələrdə helium atomları və yuxarı təbəqələrdə demək olar ki, yalnız hidrogen atomları ilə təmsil olunur. Burada yüksək temperatur hökm sürür - təxminən 3000 K və atmosfer təzyiqi yoxdur.

Yerin atmosferi necə əmələ gəlib?

Ancaq yuxarıda qeyd edildiyi kimi, planet həmişə belə bir atmosfer tərkibinə malik deyildi. Ümumilikdə bu elementin mənşəyi ilə bağlı üç anlayış var. Birinci fərziyyə atmosferin protoplanetar buluddan yığılma prosesi ilə alındığını göstərir. Ancaq bu gün bu nəzəriyyə ciddi tənqidə məruz qalır, çünki belə bir ilkin atmosfer planetimizdəki bir ulduzdan gələn günəş "küləyi" tərəfindən məhv edilməli idi. Bundan əlavə, həddindən artıq yüksək temperatur səbəbindən uçucu elementlərin yer planetlərinin formalaşma zonasında saxlanıla bilməyəcəyi güman edilir.

Yerin ilkin atmosferinin tərkibi, ikinci fərziyyənin irəli sürdüyü kimi, inkişafın ilkin mərhələlərində Günəş sisteminin yaxınlığından gələn asteroidlər və kometlər tərəfindən səthin aktiv şəkildə bombalanması nəticəsində yarana bilərdi. Bu konsepsiyanı təsdiq və ya təkzib etmək olduqca çətindir.

IDG RAS-da sınaq

Atmosferin təxminən 4 milyard il əvvəl yer qabığının mantiyasından qazların buraxılması nəticəsində meydana gəldiyinə inanan üçüncü fərziyyə ən inandırıcı görünür. Bu konsepsiya Rusiya Elmlər Akademiyasının Coğrafiya İnstitutunda “Tsarev 2” adlı eksperiment zamanı meteor mənşəli maddənin nümunəsi vakuumda qızdırılan zaman sınaqdan keçirilib. Sonra H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 və s. kimi qazların buraxılması qeydə alındı, buna görə də elm adamları Yerin ilkin atmosferinin kimyəvi tərkibinə su və karbon qazı, hidrogen flüoridini daxil etdi (. HF), dəm qazı (CO), hidrogen sulfid (H 2 S), azot birləşmələri, hidrogen, metan (CH 4), ammonyak buxarı (NH 3), arqon və s. İlkin atmosferdən gələn su buxarı əmələ gəlmədə iştirak etmişdir. hidrosferin, karbon qazı daha çox üzvi maddələrdə və süxurlarda bağlı vəziyyətdə idi, azot müasir havanın tərkibinə, həmçinin yenidən çöküntü süxurlarına və üzvi maddələrə keçdi.

Yerin ilkin atmosferinin tərkibi müasir insanların tənəffüs aparatı olmadan orada olmasına imkan verməzdi, çünki o vaxt lazımi miqdarda oksigen yox idi. Planetimizin ən qədim sakinləri olan mavi-yaşıl və digər yosunlarda fotosintez prosesinin inkişafı ilə əlaqəli olduğu güman edilən bu element bir milyard yarım il əvvəl əhəmiyyətli miqdarda meydana çıxdı.

Minimum oksigen

Yer atmosferinin tərkibinin ilkin olaraq demək olar ki, oksigensiz olmasını ən qədim (Katarxey) süxurlarda asanlıqla oksidləşən, lakin oksidləşməmiş qrafit (karbon) tapması göstərir. Sonradan zənginləşdirilmiş dəmir oksidlərinin təbəqələrini ehtiva edən zolaqlı dəmir filizləri meydana çıxdı ki, bu da planetdə molekulyar formada güclü oksigen mənbəyinin görünməsi deməkdir. Ancaq bu elementlər yalnız dövri olaraq tapıldı (bəlkə də eyni yosunlar və ya digər oksigen istehsalçıları oksigensiz səhrada kiçik adalarda meydana çıxdı), dünyanın qalan hissəsi isə anaerob idi. Sonuncu, asanlıqla oksidləşən piritin kimyəvi reaksiyaların izləri olmadan axınla işlənmiş çınqıllar şəklində tapılması ilə təsdiqlənir. Axan sular zəif havalandırıla bilmədiyi üçün Kembriyə qədər atmosferdə bugünkü oksigen tərkibinin yüzdə birindən az olduğu qənaəti yarandı.

Havanın tərkibində inqilabi dəyişiklik

Təxminən Proterozoyun ortalarında (1,8 milyard il əvvəl) dünya aerob tənəffüsə keçdikdə "oksigen inqilabı" baş verdi, bu müddət ərzində iki deyil, bir qida molekulundan (qlükoza) 38 əldə edilə bilər. anaerob tənəffüs) enerji vahidləri. Yer atmosferinin tərkibi, oksigen baxımından indiki ilə müqayisədə bir faizi keçməyə başladı və orqanizmləri radiasiyadan qoruyan ozon təbəqəsi yaranmağa başladı. Məsələn, trilobitlər kimi qədim heyvanlar qalın qabıqların altında "gizləndilər". O vaxtdan bizim dövrümüzə qədər əsas "tənəffüs" elementinin tərkibi tədricən və yavaş-yavaş artaraq, planetdə həyat formalarının inkişafının müxtəlifliyini təmin etdi.