ატმოსფერო, მისი შემადგენლობა და სტრუქტურა. ატმოსფეროს ფუნქციები. ატმოსფერული შემადგენლობა ატმოსფერული პირობები

დედამიწის ატმოსფეროში თავისუფალი ჟანგბადის შესამჩნევი ზრდა 2,4 მილიარდი წლის წინ, როგორც ჩანს, გამოწვეული იყო ერთი წონასწორული მდგომარეობიდან მეორეზე ძალიან სწრაფი გადასვლის შედეგად. პირველი დონე შეესაბამებოდა O 2-ის უკიდურესად დაბალ კონცენტრაციას - დაახლოებით 100 000-ჯერ დაბალი, ვიდრე ახლა შეინიშნება. მეორე წონასწორობის დონე შეიძლება მიღწეულიყო უფრო მაღალი კონცენტრაციით, არანაკლებ 0,005 თანამედროვე. ამ ორ დონეს შორის ჟანგბადის შემცველობა ხასიათდება უკიდურესი არასტაბილურობით. ასეთი „ბისტაბილობის“ არსებობა შესაძლებელს ხდის გავიგოთ, რატომ იყო ასე ცოტა თავისუფალი ჟანგბადი დედამიწის ატმოსფეროში სულ მცირე 300 მილიონი წლის განმავლობაში მას შემდეგ, რაც ციანობაქტერიებმა (ლურჯ-მწვანე „წყალმცენარეებმა“) დაიწყეს მისი გამომუშავება.

ამჟამად დედამიწის ატმოსფერო შედგება 20%-ით თავისუფალი ჟანგბადისგან, რაც სხვა არაფერია, თუ არა ციანობაქტერიების, წყალმცენარეების და უმაღლესი მცენარეების მიერ ფოტოსინთეზის გვერდითი პროდუქტი. უამრავ ჟანგბადს გამოყოფს ტროპიკული ტყეები, რომლებსაც პოპულარულ გამოცემებში ხშირად პლანეტის ფილტვებს უწოდებენ. ამასთან, დუმს, რომ წლის განმავლობაში ტროპიკული ტყეები მოიხმარენ თითქმის იმდენ ჟანგბადს, რამდენსაც გამოიმუშავებენ. ის იხარჯება ორგანიზმების სუნთქვაზე, რომლებიც ანადგურებენ მზა ორგანულ ნივთიერებებს - პირველ რიგში ბაქტერიებსა და სოკოებს. ამისთვის, იმისათვის, რომ ატმოსფეროში ჟანგბადის დაგროვება დაიწყოს, ფოტოსინთეზის დროს წარმოქმნილი ნივთიერების ნაწილი მაინც უნდა მოიხსნას ციკლიდან.- მაგალითად, მოხვდეთ ქვედა ნალექებში და გახდით მიუწვდომელი ბაქტერიებისთვის, რომლებიც მას აერობიულად ანადგურებენ, ანუ ჟანგბადის მოხმარებით.

ჟანგბადის (ანუ „ჟანგბადის მიცემა“) ფოტოსინთეზის მთლიანი რეაქცია შეიძლება დაიწეროს როგორც:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH 2 O) + O 2,
სად hνარის მზის ენერგია და (CH 2 O) არის ორგანული ნივთიერებების განზოგადებული ფორმულა. სუნთქვა არის საპირისპირო პროცესი, რომელიც შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
ამავდროულად გამოიყოფა ორგანიზმებისთვის საჭირო ენერგია. თუმცა, აერობული სუნთქვა შესაძლებელია მხოლოდ O 2 კონცენტრაციით, არანაკლებ 0,01 თანამედროვე დონის (ე.წ. პასტერის წერტილი). ანაერობულ პირობებში ორგანული ნივთიერებები იშლება დუღილის შედეგად და ამ პროცესის ბოლო ეტაპები ხშირად წარმოქმნის მეთანს. მაგალითად, მეთანოგენეზის განზოგადებული განტოლება აცეტატის წარმოქმნით ასე გამოიყურება:
2(CH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2.
თუ ფოტოსინთეზის პროცესს გავაერთიანებთ ორგანული ნივთიერებების შემდგომ დაშლას ანაერობულ პირობებში, მაშინ საერთო განტოლება ასე გამოიყურება:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2.
ორგანული ნივთიერების დაშლის სწორედ ეს გზა იყო, როგორც ჩანს, უძველეს ბიოსფეროში.

ბევრი მნიშვნელოვანი დეტალი იმის შესახებ, თუ როგორ დამყარდა თანამედროვე ბალანსი ჟანგბადის მიწოდებასა და ატმოსფეროდან ამოღებას შორის, გაურკვეველია. ყოველივე ამის შემდეგ, ჟანგბადის შემცველობის შესამჩნევი ზრდა, ეგრეთ წოდებული "ატმოსფეროს დიდი დაჟანგვა", მოხდა მხოლოდ 2,4 მილიარდი წლის წინ, თუმცა დანამდვილებით ცნობილია, რომ ჟანგბადის ფოტოსინთეზის განმახორციელებელი ციანობაქტერიები უკვე საკმაოდ მრავალრიცხოვანი და აქტიური იყო 2,7 მილიარდი წლის წინ. ადრე და ისინი წარმოიშვნენ კიდევ უფრო ადრე - შესაძლოა 3 მილიარდი წლის წინ. ამრიგად, შიგნით სულ მცირე 300 მილიონი წლის განმავლობაში ციანობაქტერიების აქტივობამ არ გამოიწვია ატმოსფეროში ჟანგბადის შემცველობის გაზრდა..

ვარაუდი, რომ რაიმე მიზეზით, მოულოდნელად მოხდა წმინდა პირველადი წარმოების რადიკალური ზრდა (ანუ ციანობაქტერიების ფოტოსინთეზის დროს წარმოქმნილი ორგანული ნივთიერებების ზრდა) არ გაუძლო კრიტიკას. ფაქტია, რომ ფოტოსინთეზის დროს უპირატესად ნახშირბადის 12 C სინათლის იზოტოპი იხარჯება და გარემოში იზრდება მძიმე იზოტოპის 13 C შედარებითი შემცველობა. შესაბამისად, ორგანული ნივთიერებების შემცველი ქვედა ნალექები უნდა ამოიწუროს იზოტოპში 13 C, რომელიც გროვდება წყალში და მიდის კარბონატების წარმოქმნაზე. თუმცა, 12 C-დან 13 C-მდე თანაფარდობა კარბონატებში და ნალექების ორგანულ ნივთიერებებში უცვლელი რჩება ატმოსფეროში ჟანგბადის კონცენტრაციის რადიკალური ცვლილების მიუხედავად. ეს ნიშნავს, რომ მთელი წერტილი არის არა O 2-ის წყაროში, არამედ მის, როგორც გეოქიმიკოსები ამბობენ, „ჩაძირვაში“ (ატმოსფეროდან ამოღება), რომელიც მოულოდნელად მნიშვნელოვნად შემცირდა, რამაც გამოიწვია ჟანგბადის რაოდენობის მნიშვნელოვანი ზრდა. ატმოსფეროში.

ჩვეულებრივ ითვლება, რომ უშუალოდ "ატმოსფეროს დიდ ოქსიდაციამდე" მთელი ჟანგბადი იხარჯებოდა შემცირებული რკინის ნაერთების (და შემდეგ გოგირდის) დაჟანგვაზე, რომლებიც საკმაოდ უხვად იყო დედამიწის ზედაპირზე. კერძოდ, მაშინ ჩამოყალიბდა ე.წ. მაგრამ ახლახან კოლინ გოლდბლატი, აღმოსავლეთ ინგლისის უნივერსიტეტის გარემოსდაცვითი მეცნიერებათა სკოლის კურსდამთავრებული (ნორვიჩი, დიდი ბრიტანეთი), იმავე უნივერსიტეტის ორ კოლეგასთან ერთად, მივიდა დასკვნამდე, რომ დედამიწის ატმოსფეროში ჟანგბადის შემცველობა შეიძლება იყოს წონასწორობის ორი მდგომარეობიდან ერთ-ერთი: ის შეიძლება იყოს ან ძალიან მცირე - დაახლოებით 100 ათასი ჯერ ნაკლები ვიდრე ახლა, ან უკვე საკმაოდ ბევრი (თუმცა თანამედროვე დამკვირვებლის პოზიციიდან ეს მცირეა) - არანაკლებ 0,005 თანამედროვე დონის.

შემოთავაზებულ მოდელში მათ მხედველობაში მიიღეს როგორც ჟანგბადის, ასევე შემცირებული ნაერთების ატმოსფეროში შესვლა, კერძოდ, ყურადღება მიაქციეს თავისუფალი ჟანგბადისა და მეთანის თანაფარდობას. მათ აღნიშნეს, რომ თუ ჟანგბადის კონცენტრაცია აღემატება მიმდინარე დონის 0.0002-ს, მაშინ მეთანის ნაწილი უკვე შეიძლება დაჟანგდეს მეთანოტროფული ბაქტერიებით რეაქციის მიხედვით:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
მაგრამ დანარჩენი მეთანი (და საკმაოდ ბევრია, განსაკუთრებით ჟანგბადის დაბალი კონცენტრაციით) ატმოსფეროში შედის.

მთელი სისტემა თერმოდინამიკის თვალსაზრისით არათანაბარი მდგომარეობაშია. დარღვეული წონასწორობის აღდგენის მთავარი მექანიზმია ატმოსფეროს ზედა ფენებში მეთანის დაჟანგვა ჰიდროქსილის რადიკალით (იხ. მეთანის რყევები ატმოსფეროში: ადამიანი თუ ბუნება - ვინ იგებს, „ელემენტები“, 10/06/2006). ცნობილია, რომ ჰიდროქსილის რადიკალი წარმოიქმნება ატმოსფეროში ულტრაიისფერი გამოსხივების გავლენის ქვეშ. მაგრამ თუ ატმოსფეროში ბევრი ჟანგბადია (ამჟამინდელი დონის მინიმუმ 0,005), მაშინ მის ზედა ფენებში წარმოიქმნება ოზონის ეკრანი, რომელიც კარგად იცავს დედამიწას მძიმე ულტრაიისფერი სხივებისგან და ამავდროულად ერევა ფიზიკურ-ქიმიურ მოქმედებაში. მეთანის დაჟანგვა.

ავტორები მიდიან გარკვეულ პარადოქსულ დასკვნამდე, რომ ჟანგბადის ფოტოსინთეზის არსებობა თავისთავად არ არის საკმარისი პირობა არც ჟანგბადით მდიდარი ატმოსფეროს ფორმირებისთვის და არც ოზონის ეკრანის წარმოქმნისთვის. ეს გარემოება გასათვალისწინებელია იმ შემთხვევებში, როდესაც ვცდილობთ ვიპოვოთ სხვა პლანეტებზე სიცოცხლის არსებობის ნიშნები მათი ატმოსფეროს კვლევის შედეგების საფუძველზე.

ატმოსფერო (ბერძნულიდან ατμός - „ორთქლი“ და σφαῖρα - „სფერო“) არის ციური სხეულის გაზის გარსი, რომელიც მის ირგვლივ იკავებს გრავიტაციას. ატმოსფერო არის პლანეტის აირისებრი გარსი, რომელიც შედგება სხვადასხვა გაზების, წყლის ორთქლისა და მტვრის ნარევისგან. ატმოსფერო ცვლის მატერიას დედამიწასა და კოსმოსს შორის. დედამიწა იღებს კოსმოსურ მტვერს და მეტეორიტის მასალას და კარგავს ყველაზე მსუბუქ გაზებს: წყალბადს და ჰელიუმს. დედამიწის ატმოსფეროში შედის მზის ძლიერი გამოსხივება, რომელიც განსაზღვრავს პლანეტის ზედაპირის თერმულ რეჟიმს, რაც იწვევს ატმოსფერული აირების მოლეკულების დისოციაციას და ატომების იონიზაციას.

დედამიწის ატმოსფერო შეიცავს ჟანგბადს, რომელსაც ცოცხალი ორგანიზმების უმეტესობა იყენებს სუნთქვისთვის და ნახშირორჟანგს, რომელსაც მცენარეები, წყალმცენარეები და ციანობაქტერიები მოიხმარენ ფოტოსინთეზის დროს. ატმოსფერო ასევე არის პლანეტის დამცავი ფენა, რომელიც იცავს მის მოსახლეობას მზის ულტრაიისფერი გამოსხივებისგან.

ყველა მასიურ სხეულს - ხმელეთის პლანეტებსა და გაზის გიგანტებს - აქვს ატმოსფერო.

ატმოსფერული შემადგენლობა

ატმოსფერო არის აირების ნარევი, რომელიც შედგება აზოტის (78.08%), ჟანგბადის (20.95%), ნახშირორჟანგის (0.03%), არგონის (0.93%), მცირე რაოდენობით ჰელიუმის, ნეონის, ქსენონის, კრიპტონის (0.01%), 0,038% ნახშირორჟანგი და მცირე რაოდენობით წყალბადი, ჰელიუმი, სხვა კეთილშობილური აირები და დამაბინძურებლები.

დედამიწის ჰაერის თანამედროვე შემადგენლობა ჩამოყალიბდა ას მილიონზე მეტი წლის წინ, მაგრამ მკვეთრად გაზრდილმა ადამიანის წარმოების აქტივობამ მაინც განაპირობა მისი ცვლილება. ამჟამად შეინიშნება CO 2-ის შემცველობის მატება დაახლოებით 10-12%-ით, ატმოსფეროში შემავალი აირები ასრულებენ სხვადასხვა ფუნქციურ როლს. თუმცა, ამ აირების ძირითადი მნიშვნელობა, პირველ რიგში, განისაზღვრება იმით, რომ ისინი ძალიან ძლიერად შთანთქავენ გასხივოსნებულ ენერგიას და ამით მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ დედამიწის ზედაპირისა და ატმოსფეროს ტემპერატურულ რეჟიმზე.

პლანეტის ატმოსფეროს საწყისი შემადგენლობა, როგორც წესი, დამოკიდებულია მზის ქიმიურ და ტემპერატურულ თვისებებზე პლანეტარული ფორმირებისას და შემდგომში გარე გაზების გამოყოფაზე. შემდეგ გაზის გარსის შემადგენლობა ვითარდება სხვადასხვა ფაქტორების გავლენის ქვეშ.

ვენერას და მარსის ატმოსფერო ძირითადად შედგება ნახშირორჟანგისაგან აზოტის, არგონის, ჟანგბადის და სხვა გაზების მცირე დანამატებით. დედამიწის ატმოსფერო ძირითადად მასში მცხოვრები ორგანიზმების პროდუქტია. დაბალი ტემპერატურის გაზის გიგანტებს - იუპიტერს, სატურნს, ურანს და ნეპტუნს - შეუძლიათ შეინარჩუნონ ძირითადად დაბალი მოლეკულური წონის აირები - წყალბადი და ჰელიუმი. მაღალი ტემპერატურის გაზის გიგანტები, როგორიცაა Osiris ან 51 Pegasi b, პირიქით, ვერ იკავებენ მას და მათი ატმოსფეროს მოლეკულები მიმოფანტულია სივრცეში. ეს პროცესი ნელა და მუდმივად მიმდინარეობს.

აზოტი,ატმოსფეროში ყველაზე გავრცელებული გაზი, ის ქიმიურად არააქტიურია.

ჟანგბადიაზოტისგან განსხვავებით, ქიმიურად ძალიან აქტიური ელემენტია. ჟანგბადის სპეციფიკური ფუნქციაა ვულკანების მიერ ატმოსფეროში გამოსხივებული ჰეტეროტროფული ორგანიზმების, ქანების და არადაჟანგული აირების ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვა. ჟანგბადის გარეშე, მკვდარი ორგანული ნივთიერებების დაშლა არ მოხდებოდა.

ატმოსფერული სტრუქტურა

ატმოსფეროს სტრუქტურა შედგება ორი ნაწილისაგან: შიდა - ტროპოსფერო, სტრატოსფერო, მეზოსფერო და თერმოსფერო, ანუ იონოსფერო, ხოლო გარე - მაგნიტოსფერო (ეგზოსფერო).

1) ტროპოსფერო- ეს არის ატმოსფეროს ქვედა ნაწილი, რომელშიც კონცენტრირებულია 3/4 ანუ კონცენტრირებული. დედამიწის მთელი ატმოსფეროს ~ 80%. მისი სიმაღლე განისაზღვრება დედამიწის ზედაპირისა და ოკეანის გათბობით გამოწვეული ჰაერის ვერტიკალური (აღმავალი ან დაღმავალი) ნაკადების ინტენსივობით, ამიტომ ტროპოსფეროს სისქე ეკვატორზე 16-18 კმ-ია, ზომიერ განედებში 10-11 კმ და პოლუსებზე – 8 კმ-მდე. ჰაერის ტემპერატურა ტროპოსფეროში სიმაღლეზე მცირდება 0,6ºС-ით ყოველ 100 მ-ზე და მერყეობს +40-დან -50ºС-მდე.

2) სტრატოსფერომდებარეობს ტროპოსფეროს ზემოთ და აქვს სიმაღლე პლანეტის ზედაპირიდან 50 კმ-მდე. ტემპერატურა 30 კმ-მდე სიმაღლეზე მუდმივია -50ºС. შემდეგ ის იწყებს აწევას და 50 კმ სიმაღლეზე აღწევს +10ºС.

ბიოსფეროს ზედა საზღვარი არის ოზონის ეკრანი.

ოზონის ეკრანი არის ატმოსფეროს ფენა სტრატოსფეროში, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ზედაპირიდან სხვადასხვა სიმაღლეზე და აქვს ოზონის მაქსიმალური სიმკვრივე 20-26 კმ სიმაღლეზე.

პოლუსებზე ოზონის ფენის სიმაღლე შეფასებულია 7-8 კმ-ით, ეკვატორზე 17-18 კმ-ით, ხოლო ოზონის არსებობის მაქსიმალური სიმაღლე 45-50 კმ-ია. ოზონის ფარის ზემოთ სიცოცხლე შეუძლებელია მზის მკაცრი ულტრაიისფერი გამოსხივების გამო. თუ შეკუმშავთ ოზონის ყველა მოლეკულას, მიიღებთ ~ 3 მმ ფენას პლანეტის გარშემო.

3) მეზოსფერო– ამ ფენის ზედა საზღვარი მდებარეობს 80 კმ სიმაღლემდე. მისი მთავარი მახასიათებელია ტემპერატურის მკვეთრი ვარდნა -90ºС მის ზედა ზღვარზე. აქ დაფიქსირდა ყინულის კრისტალებისაგან შემდგარი ღამის ღრუბლები.

4) იონოსფერო (თერმოსფერო) -მდებარეობს 800 კმ სიმაღლეზე და ხასიათდება ტემპერატურის მნიშვნელოვანი მატებით:

150 კმ ტემპერატურა +240ºС,

200 კმ ტემპერატურა +500ºС,

600 კმ ტემპერატურა +1500ºС.

მზის ულტრაიისფერი გამოსხივების გავლენის ქვეშ აირები იონიზებულ მდგომარეობაში არიან. იონიზაცია დაკავშირებულია აირების სიკაშკაშესთან და ავრორას გამოჩენასთან.

იონოსფეროს აქვს რადიოტალღების განმეორებით ასახვის უნარი, რაც უზრუნველყოფს პლანეტაზე შორ მანძილზე რადიო კომუნიკაციებს.

5) ეგზოსფერო– მდებარეობს 800 კმ-ზე მაღლა და ვრცელდება 3000 კმ-მდე. აქ ტემპერატურა >2000ºС. გაზის მოძრაობის სიჩქარე უახლოვდება კრიტიკულ ~ 11,2 კმ/წმ. დომინანტური ატომებია წყალბადი და ჰელიუმი, რომლებიც ქმნიან მანათობელ გვირგვინს დედამიწის გარშემო, რომელიც ვრცელდება 20000 კმ სიმაღლეზე.

ატმოსფეროს ფუნქციები

1) თერმორეგულაცია - დედამიწაზე ამინდი და კლიმატი დამოკიდებულია სითბოს და წნევის განაწილებაზე.

2) სიცოცხლისუნარიანი.

3) ტროპოსფეროში ხდება ჰაერის მასების გლობალური ვერტიკალური და ჰორიზონტალური მოძრაობები, რაც განსაზღვრავს წყლის ციკლს და სითბოს გაცვლას.

4) თითქმის ყველა ზედაპირული გეოლოგიური პროცესი გამოწვეულია ატმოსფეროს, ლითოსფეროსა და ჰიდროსფეროს ურთიერთქმედებით.

5) დამცავი - ატმოსფერო იცავს დედამიწას კოსმოსის, მზის რადიაციისა და მეტეორიტის მტვრისგან.

ატმოსფეროს ფუნქციები. ატმოსფეროს გარეშე დედამიწაზე სიცოცხლე შეუძლებელი იქნებოდა. ადამიანი ყოველდღიურად მოიხმარს 12-15 კგ-ს. ჰაერი, ყოველ წუთში 5-დან 100 ლიტრამდე ჩასუნთქვა, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება საკვებისა და წყლის საშუალო დღიურ მოთხოვნილებას. გარდა ამისა, ატმოსფერო საიმედოდ იცავს ადამიანებს საფრთხისგან, რომელიც მათ კოსმოსიდან ემუქრება: ის არ აძლევს მეტეორიტებს ან კოსმოსურ გამოსხივებას გავლის საშუალებას. ადამიანს შეუძლია საკვების გარეშე იცხოვროს ხუთი კვირა, წყლის გარეშე ხუთი დღე, ჰაერის გარეშე ხუთი წუთი. ადამიანის ნორმალური ცხოვრება მოითხოვს არა მხოლოდ ჰაერს, არამედ მის გარკვეულ სისუფთავეს. ჰაერის ხარისხზეა დამოკიდებული ადამიანების ჯანმრთელობა, ფლორისა და ფაუნის მდგომარეობა, შენობებისა და სტრუქტურების სიძლიერე და გამძლეობა. დაბინძურებული ჰაერი დამღუპველია წყლის, მიწის, ზღვებისა და ნიადაგისთვის. ატმოსფერო განსაზღვრავს სინათლეს და არეგულირებს დედამიწის თერმულ რეჟიმებს, ხელს უწყობს სითბოს გადანაწილებას დედამიწაზე. გაზის გარსი იცავს დედამიწას გადაჭარბებული გაგრილებისა და გათბობისგან. ჩვენი პლანეტა ჰაერის გარსით რომ არ ყოფილიყო გარშემორტყმული, მაშინ ერთ დღეში ტემპერატურის მერყეობის ამპლიტუდა 200 C-ს მიაღწევდა. ატმოსფერო დედამიწაზე არსებულ ყველაფერს იცავს დამღუპველი ულტრაიისფერი, რენტგენის და კოსმოსური სხივებისგან. ატმოსფერო დიდ როლს ასრულებს სინათლის განაწილებაში. მისი ჰაერი არღვევს მზის სხივებს მილიონ პატარა სხივად, ფანტავს მათ და ქმნის ერთგვაროვან განათებას. ატმოსფერო ემსახურება როგორც ბგერების გამტარს.

ტროპოსფერო - ატმოსფეროს ქვედა ძალიან თხელი ფენა 8-18 კმ სიმაღლეზე, რომელშიც კონცენტრირებულია დედამიწის ატმოსფეროს მასის 80%.

ატმოსფერული O 2-ის მნიშვნელობა დედამიწაზე ბიოლოგიური და გეოქიმიური პროცესებისთვის უკიდურესად მაღალია. ამიტომ, მეცნიერები დიდი ხანია სწავლობენ, თუ როგორ შეიცვალა ჟანგბადის შემცველობა ჩვენი პლანეტის ისტორიაში. ამის გაგება შესაძლებელია O 2 და N 2 ნაწილობრივი წნევის გამოთვლით მთლიან ატმოსფერულ წნევაში.

მიუხედავად ამ საკითხის ხანგრძლივი ისტორიისა, ექსპერტებს ჯერ კიდევ არ აქვთ კონსენსუსი ბოლო 500 მილიონი წლის განმავლობაში ატმოსფერული წნევის ცვლილებაზე. გამოთვლები განსხვავდება 0,2 ატმ-მდე (იხ. დიაგრამა ქვემოთ). ბოლო რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაშიც კი არ არსებობს მკაფიო სურათი იმის შესახებ, თუ როგორ შეიცვალა ატმოსფერული წნევა, ნაწილობრივი წნევა და, შესაბამისად, O 2 კონცენტრაცია.

კითხვა ადვილი არ არის, რადგან ატმოსფეროდან ჟანგბადს მუდმივად მოიხმარენ ცხოველები, მცენარეები და ქვებიც კი. პრინსტონის უნივერსიტეტის მეცნიერთა ჯგუფმა ეს საკითხი განმარტა გრენლანდიისა და ანტარქტიდის ყინულის ბირთვებში ჰაერის ბუშტების კონცენტრაციის შესწავლით.

ყინულის ბირთვი 1837 მ სიღრმიდან ხილული წლიური ფენებით

დღეს ყინულის ბირთვები ატმოსფერული წნევის მონაცემების ყველაზე საიმედო და ზუსტი წყაროა. ბირთვებში ყინულის მაქსიმალური ასაკი 800 ათასი წელია, ამიტომ კვლევა შემოიფარგლება ამ დროის ინტერვალით.

ყინულის ბირთვის მოპოვება ვოსტოკის კვლევით სადგურზე ანტარქტიდაში

აღმოჩნდა, რომ ამ დროის განმავლობაში ჟანგბადის საკმაოდ სტაბილური გაჟონვა ხდება დედამიწიდან დაახლოებით 8,4 ppm სიჩქარით მილიონ წელიწადში. კერძოდ, ბოლო 800 000 წლის განმავლობაში ატმოსფეროში დაახლოებით 0,7%-ით ნაკლები ჟანგბადი იყო.

მარცხნივ დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ როგორ განსხვავდება სამეცნიერო მოდელირების შედეგები ატმოსფერული O 2 / N 2 თანაფარდობასა და ნაწილობრივ წნევას შორის. დიაგრამა მარჯვნივ გვიჩვენებს ნაწილობრივი წნევის ცვლილებას ყინულის ბირთვებში ჰაერის ბუშტების გაზომვის შედეგების საფუძველზე 800 ათასი წლის განმავლობაში.

„ეს გაზომვები უფრო ინტერესის გამო გავაკეთეთ, ვიდრე თეორიის დასადასტურებლად“, - თქვა სამეცნიერო ნაშრომის ერთ-ერთმა ავტორმა დანიელ სტოლპერმა. ”ჩვენ არ ვიცოდით, რა მოხდებოდა: გაიზრდებოდა ჟანგბადი წლების განმავლობაში, შემცირდებოდა თუ დარჩებოდა მუდმივ დონეზე.”

ატმოსფეროში ჟანგბადის რაოდენობის შემცირება საკმაოდ ნელა ხდება. ეს, ალბათ, არ ემუქრება ადამიანის სიცოცხლეს მილიონობით წლის განმავლობაში. მაგრამ ინფორმაცია ასეთი ციკლების ბუნების შესახებ ძალიან მნიშვნელოვანია მეცნიერებისთვის. ჩვენ უნდა ვიცოდეთ რა ფაქტორები ახდენს გავლენას ცვლილებებზე. ეს ინფორმაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას, სხვა საკითხებთან ერთად, მარსის ტერაფორმირებისას, როდესაც ადამიანები იწყებენ წითელი პლანეტის დასახლებას. ჩვენ ალბათ მოგვიწევს მარსის ატმოსფეროში ჟანგბადის რაოდენობის გაზრდა.

პირველი ორი მილიარდი წლის განმავლობაში არც დედამიწაზე იყო ჟანგბადი. ყველაზე სავარაუდო თეორია არის ის, რომ ჟანგბადის დონე გაიზარდა დაახლოებით 2,4 მილიარდი წლის წინ ციანობაქტერიების აქტივობის გამო, რომლებიც ასევე ცნობილია როგორც ლურჯი-მწვანე წყალმცენარეები. ატმოსფეროს შემადგენლობის დრამატული ცვლილებების ეს პერიოდი, რომელსაც მოჰყვა ბიოსფეროს რესტრუქტურიზაცია და დედამიწის ისტორიაში ჰურონის გლობალური გამყინვარება, ცნობილია როგორც ჟანგბადის კატასტროფა.

ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეები არის მიზეზი იმისა, რომ 2,4 მილიარდი წლის წინ დედამიწაზე ჟანგბადი დიდი რაოდენობით გამოჩნდა და უფრო განვითარებული სიცოცხლე გაჩნდა.

იგივე ჟანგბადის კატასტროფა შეიძლება შეიქმნას მარსზე.

მეცნიერებმა ჯერ ვერ მიაღწიეს კონსენსუსს იმის თაობაზე, თუ რატომ კარგავს დედამიწის ატმოსფერო ნელ-ნელა ჟანგბადს. არსებობს ორი ჰიპოთეზა. ერთი ის არის, რომ ეს გამოწვეულია ეროზიის სიჩქარის ზრდით, რაც ნიადაგიდან ამოიღებს მეტ ქვას, რომელიც იჟანგება და აკავშირებს მეტ ჟანგბადს. კიდევ ერთი თეორია ეხება კლიმატის ცვლილებას: ტემპერატურა ოდნავ დაეცა ბოლო რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაში, მიუხედავად ბოლო ათწლეულების მკვეთრი ზრდისა. ტემპერატურის შემცირების გამო, გარემოს რეაქციების ჯაჭვი შეიძლება დაიწყოს, რის შედეგადაც მსოფლიო ოკეანეში დაიწყო მეტი ჟანგბადის დაშლა და შეკვრა.

ჯერჯერობით, ეს ყველაფერი მხოლოდ ჰიპოთეზაა, რომელიც შესამოწმებელია.

ამ დროისთვის დედამიწის ატმოსფერო შეიცავს 78,09% აზოტს, 20,95% ჟანგბადს, 0,93% არგონს, 0,039% ნახშირორჟანგს და მცირე რაოდენობით სხვა გაზებს. ის ასევე მუდმივად ცვლის წყლის ორთქლის კონცენტრაციას, რომელიც ითვლება ერთ-ერთ მთავარ სათბურის გაზად. ოკეანის დონეზე H2O-ის კონცენტრაცია ატმოსფეროში დაახლოებით 1%-ია, საშუალოდ კი დაახლოებით 0,4%. ატმოსფეროს საერთო მასა არის 5,5 × 10 18 კგ, ანუ 5,5 ზეტაგრამი ან 5,5 პეტატონი.

ჟანგბადის დაგროვება დედამიწის ატმოსფეროში. მწვანე გრაფიკი არის ჟანგბადის დონის ქვედა შეფასება, წითელი გრაფიკი არის ზედა შეფასება. 1. 3,85-2,45 მილიარდი წლის წინ. 2. 2,45-1,85 მილიარდი წლის წინ: ჟანგბადის წარმოების დასაწყისი და მისი შეწოვა ოკეანისა და ზღვის ფსკერის ქანების მიერ. 3. 1,85-0,85 მილიარდი წლის წინ: ქანების დაჟანგვა ხმელეთზე. 4. 0,85-0,54 მილიარდი წლის წინ: ხმელეთზე ყველა კლდე იჟანგება, ატმოსფეროში ჟანგბადის დაგროვება იწყება. 5. 0,54 მილიარდი წლის წინ - დღემდე

ჟანგბადი დედამიწის ატმოსფეროდან ნელა ჟონავს. მაგრამ მეცნიერები ხაზს უსვამენ, რომ მათი კვლევა არ შეიცავს მონაცემებს ჟანგბადის დონის ცვლილებების შესახებ ბოლო 200 წლის განმავლობაში, ინდუსტრიული რევოლუციის დაწყების შემდეგ, როდესაც ადამიანებმა დაიწყეს ნახშირწყალბადების აქტიური დაჟანგვა დედამიწის ნაწლავებიდან, ენერგიის მიღება ამ ქიმიური რეაქციისგან. და ატმოსფეროდან დიდი რაოდენობით ჟანგბადის შებოჭვას. "ჩვენ ვიყენებთ ჟანგბადს ათასჯერ მეტს, ვიდრე ადრე", - ამბობს დანიელ სტოლპერი. ”კაცობრიობამ მთლიანად დახურა [ჟანგბადის] ციკლი, დაწვა ათასობით ტონა ნახშირბადი... ეს კიდევ ერთი მტკიცებულებაა იმისა, რომ ერთად თანამშრომლობით ადამიანებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად დააჩქარონ ბუნებრივი პროცესები დედამიწაზე.”

ჩვენი მზის სისტემის ცხელი და ცივი პლანეტებისგან განსხვავებით, პლანეტა დედამიწაზე არსებობს პირობები, რომლებიც სიცოცხლის გარკვეული ფორმით იძლევა. ერთ-ერთი მთავარი პირობაა ატმოსფეროს შემადგენლობა, რომელიც ყველა ცოცხალ არსებას აძლევს თავისუფლად სუნთქვის შესაძლებლობას და იცავს მათ კოსმოსში გამეფებული მომაკვდინებელი რადიაციისგან.

რისგან შედგება ატმოსფერო?

დედამიწის ატმოსფერო შედგება მრავალი აირისგან. ძირითადად რომელიც 77%-ს იკავებს. გაზი, რომლის გარეშეც დედამიწაზე სიცოცხლე წარმოუდგენელია, გაცილებით მცირე მოცულობას იკავებს, ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა ატმოსფეროს მთლიანი მოცულობის 21%-ის ტოლია. ბოლო 2% არის სხვადასხვა გაზების ნარევი, მათ შორის არგონი, ჰელიუმი, ნეონი, კრიპტონი და სხვა.

დედამიწის ატმოსფერო 8 ათასი კმ სიმაღლეზე იზრდება. სუნთქვისთვის შესაფერისი ჰაერი გვხვდება მხოლოდ ატმოსფეროს ქვედა ფენაში, ტროპოსფეროში, რომელიც პოლუსებზე 8 კმ-ს აღწევს და ეკვატორიდან 16 კმ-ზე. სიმაღლის მატებასთან ერთად ჰაერი თხელდება და ჟანგბადის ნაკლებობა იზრდება. იმის გასათვალისწინებლად, თუ რა არის ჟანგბადის შემცველობა ჰაერში სხვადასხვა სიმაღლეზე, მოვიყვანოთ მაგალითი. ევერესტის მწვერვალზე (სიმაღლე 8848 მ) ჰაერი ამ გაზს 3-ჯერ ნაკლებს ფლობს, ვიდრე ზღვის დონიდან. ამიტომ, მაღალი მთის მწვერვალების დამპყრობლებს - მთამსვლელებს - მხოლოდ ჟანგბადის ნიღბებით შეუძლიათ მის მწვერვალზე ასვლა.

ჟანგბადი პლანეტაზე გადარჩენის მთავარი პირობაა

დედამიწის არსებობის დასაწყისში ჰაერს, რომელიც მას აკრავდა, შემადგენლობაში არ იყო ეს გაზი. ეს საკმაოდ შესაფერისი იყო პროტოზოების სიცოცხლისთვის - ერთუჯრედიანი მოლეკულები, რომლებიც ცურავდნენ ოკეანეში. მათ არ სჭირდებოდათ ჟანგბადი. პროცესი დაიწყო დაახლოებით 2 მილიონი წლის წინ, როდესაც პირველმა ცოცხალმა ორგანიზმებმა, ფოტოსინთეზის რეაქციის შედეგად, დაიწყეს ამ გაზის მცირე დოზების გამოყოფა, მიღებული ქიმიური რეაქციების შედეგად, ჯერ ოკეანეში, შემდეგ ატმოსფეროში. . სიცოცხლე განვითარდა პლანეტაზე და მიიღო სხვადასხვა ფორმები, რომელთა უმეტესობა დღემდე არ შემორჩენილა. ზოგიერთი ორგანიზმი საბოლოოდ შეეგუა ახალ გაზთან ცხოვრებას.

მათ ისწავლეს მისი ენერგიის უსაფრთხოდ გამოყენება უჯრედის შიგნით, სადაც ის მოქმედებდა, როგორც ელექტროსადგური საკვებიდან ენერგიის მოსაპოვებლად. ჟანგბადის გამოყენების ამ ხერხს სუნთქვა ჰქვია და ამას ყოველ წამს ვაკეთებთ. ეს იყო სუნთქვა, რამაც შესაძლებელი გახადა უფრო რთული ორგანიზმებისა და ადამიანების გაჩენა. მილიონობით წლის განმავლობაში ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა თანამედროვე დონემდე გაიზარდა - დაახლოებით 21%. ამ აირის ატმოსფეროში დაგროვებამ ხელი შეუწყო დედამიწის ზედაპირიდან 8-30 კმ სიმაღლეზე ოზონის შრის შექმნას. ამავდროულად, პლანეტამ მიიღო დაცვა ულტრაიისფერი სხივების მავნე ზემოქმედებისგან. წყალსა და ხმელეთზე სიცოცხლის ფორმების შემდგომი ევოლუცია სწრაფად გაიზარდა ფოტოსინთეზის გაზრდის შედეგად.

ანაერობული ცხოვრება

მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ორგანიზმი ადაპტირებულია გამოთავისუფლებული აირის მზარდ დონესთან, დედამიწაზე არსებული სიცოცხლის მრავალი უმარტივესი ფორმა გაქრა. სხვა ორგანიზმები გადარჩნენ ჟანგბადისგან დამალვით. ზოგიერთი მათგანი დღეს ცხოვრობს პარკოსნების ფესვებში, ჰაერიდან აზოტს იყენებს მცენარეებისთვის ამინომჟავების შესაქმნელად. მომაკვდინებელი ორგანიზმი ბოტულიზმი კიდევ ერთი ლტოლვილია ჟანგბადისგან. ის ადვილად გადარჩება ვაკუუმში შეფუთულ დაკონსერვებულ საკვებში.

ჟანგბადის რომელი დონეა ოპტიმალური სიცოცხლისთვის?

ნაადრევად დაბადებული ბავშვები, რომელთა ფილტვები ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე გახსნილი სუნთქვისთვის, ხვდებიან სპეციალურ ინკუბატორებში. მათში ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა მოცულობით უფრო მაღალია და ჩვეულებრივი 21%-ის ნაცვლად მისი დონე 30-40%-ზე დგინდება. მძიმე სუნთქვის პრობლემების მქონე ბავშვებს აკრავს ჰაერი 100 პროცენტიანი ჟანგბადით, რათა თავიდან აიცილოს ბავშვის ტვინის დაზიანება. ასეთ ვითარებაში ყოფნა აუმჯობესებს ჰიპოქსიის მდგომარეობაში მყოფი ქსოვილების ჟანგბადის რეჟიმს და ახდენს მათი სასიცოცხლო ფუნქციების ნორმალიზებას. მაგრამ ჰაერში მისი ჭარბი რაოდენობა ისეთივე საშიშია, როგორც ძალიან ცოტა. ბავშვის სისხლში ჭარბი ჟანგბადი შეიძლება დააზიანოს თვალის სისხლძარღვები და გამოიწვიოს მხედველობის დაკარგვა. ეს აჩვენებს გაზის თვისებების ორმაგობას. ჩვენ უნდა ვისუნთქოთ ის, რომ ვიცხოვროთ, მაგრამ მისი ჭარბი რაოდენობა ზოგჯერ შეიძლება ორგანიზმისთვის შხამი გახდეს.

ჟანგვის პროცესი

როდესაც ჟანგბადი შერწყმულია წყალბადთან ან ნახშირბადთან, ხდება რეაქცია, რომელსაც ეწოდება დაჟანგვა. ეს პროცესი იწვევს ორგანული მოლეკულების დაშლას, რომლებიც სიცოცხლის საფუძველია. ადამიანის ორგანიზმში დაჟანგვა ხდება შემდეგნაირად. სისხლის წითელი უჯრედები აგროვებენ ჟანგბადს ფილტვებიდან და ატარებენ მას მთელ სხეულში. არსებობს საკვების მოლეკულების განადგურების პროცესი, რომელსაც ჩვენ ვჭამთ. ეს პროცესი ათავისუფლებს ენერგიას, წყალს და ტოვებს ნახშირორჟანგს. ეს უკანასკნელი სისხლის უჯრედებით გამოიყოფა უკან ფილტვებში და ჩვენ ამოვისუნთქავთ ჰაერში. ადამიანს შეუძლია დახრჩობა, თუ 5 წუთზე მეტხანს სუნთქვას შეუშლის.

სუნთქვა

განვიხილოთ ჟანგბადის შემცველობა ჩასუნთქულ ჰაერში, რომელიც ჩასუნთქვისას ფილტვებში შედის გარედან, ეწოდება ჩასუნთქვისას, ხოლო ჰაერს, რომელიც გამოდის სასუნთქი სისტემიდან ამოსუნთქვისას - ამოსუნთქული.

ეს არის ჰაერის ნარევი, რომელიც ავსებდა ალვეოლებს სასუნთქ გზებში. ჰაერის ქიმიური შემადგენლობა, რომელსაც ჯანმრთელი ადამიანი ისუნთქავს და ამოისუნთქავს ბუნებრივ პირობებში, პრაქტიკულად არ იცვლება და გამოიხატება შემდეგი რიცხვებით.

ჟანგბადი არის ჰაერის მთავარი კომპონენტი სიცოცხლისთვის. ატმოსფეროში ამ გაზის რაოდენობის ცვლილებები მცირეა. თუ ზღვის მახლობლად ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა 20,99%-მდე აღწევს, მაშინ ინდუსტრიული ქალაქების ძალიან დაბინძურებულ ჰაერშიც კი მისი დონე არ ეცემა 20,5%-ზე დაბლა. ასეთი ცვლილებები არ ავლენს გავლენას ადამიანის სხეულზე. ფიზიოლოგიური დარღვევები ჩნდება მაშინ, როდესაც ჰაერში ჟანგბადის პროცენტული მაჩვენებელი 16-17%-მდე ეცემა. ამ შემთხვევაში აშკარაა ის, რაც სასიცოცხლო აქტივობის მკვეთრ დაქვეითებას იწვევს და როცა ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა 7-8%-ია, შესაძლებელია სიკვდილი.

ატმოსფერო სხვადასხვა ეპოქაში

ატმოსფეროს შემადგენლობა ყოველთვის ახდენს გავლენას ევოლუციაზე. სხვადასხვა გეოლოგიურ დროს, ბუნებრივი კატასტროფების გამო, შეინიშნებოდა ჟანგბადის დონის მატება ან დაცემა, რაც ბიოსისტემაში ცვლილებებს მოჰყვა. დაახლოებით 300 მილიონი წლის წინ მისი შემცველობა ატმოსფეროში 35%-მდე გაიზარდა და პლანეტა კოლონიზირებული იყო გიგანტური ზომის მწერებით. დედამიწის ისტორიაში ცოცხალი არსებების უდიდესი გადაშენება დაახლოებით 250 მილიონი წლის წინ მოხდა. მის დროს დაიღუპა ოკეანის მკვიდრთა 90%-ზე მეტი და მიწის მკვიდრთა 75%. მასობრივი გადაშენების ერთ-ერთი ვერსია ამბობს, რომ დამნაშავე ჰაერში ჟანგბადის დაბალი დონე იყო. ამ გაზის რაოდენობა 12%-მდე დაეცა და ეს არის ატმოსფეროს ქვედა ფენაში 5300 მეტრ სიმაღლემდე. ჩვენს ეპოქაში ატმოსფერულ ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა 20,9%-ს აღწევს, რაც 0,7%-ით ნაკლებია, ვიდრე 800 ათასი წლის წინ. ეს ციფრები დაადასტურეს პრინსტონის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა, რომლებმაც გამოიკვლიეს გრენლანდიისა და ატლანტის ყინულის ნიმუშები, რომლებიც იმ დროს წარმოიქმნა. გაყინულმა წყალმა შეინარჩუნა ჰაერის ბუშტები და ეს ფაქტი ხელს უწყობს ატმოსფეროში ჟანგბადის დონის გამოთვლას.

რა განსაზღვრავს მის დონეს ჰაერში?

მისი აქტიური შთანთქმა ატმოსფეროდან შეიძლება გამოწვეული იყოს მყინვარების მოძრაობით. როდესაც ისინი შორდებიან, ისინი ავლენენ ორგანული ფენების გიგანტურ უბნებს, რომლებიც მოიხმარენ ჟანგბადს. კიდევ ერთი მიზეზი შეიძლება იყოს მსოფლიო ოკეანის წყლების გაციება: დაბალ ტემპერატურაზე მისი ბაქტერიები უფრო აქტიურად შთანთქავენ ჟანგბადს. მკვლევარები ამტკიცებენ, რომ სამრეწველო ნახტომი და მასთან ერთად დიდი რაოდენობით საწვავის წვა განსაკუთრებულ გავლენას არ ახდენს. მსოფლიო ოკეანეები 15 მილიონი წლის განმავლობაში გაცივდა და ატმოსფეროში სასიცოცხლო საკვები ნივთიერებების რაოდენობა შემცირდა ადამიანის ზემოქმედების მიუხედავად. დედამიწაზე, ალბათ, ხდება ბუნებრივი პროცესები, რომლებიც იწვევს ჟანგბადის მოხმარებას უფრო მაღალი ვიდრე მისი წარმოება.

ადამიანის გავლენა ატმოსფეროს შემადგენლობაზე

მოდით ვისაუბროთ ადამიანის გავლენას ჰაერის შემადგენლობაზე. დონე, რომელიც დღეს გვაქვს, იდეალურია ცოცხალი არსებებისთვის, ჰაერში ჟანგბადის შემცველობა 21%-ია. მისი და სხვა გაზების ბალანსს განსაზღვრავს ბუნებაში სასიცოცხლო ციკლი: ცხოველები ამოისუნთქავენ ნახშირორჟანგს, მცენარეები იყენებენ მას და გამოყოფენ ჟანგბადს.

მაგრამ არ არსებობს გარანტია, რომ ეს დონე ყოველთვის მუდმივი იქნება. ატმოსფეროში გამოთავისუფლებული ნახშირორჟანგის რაოდენობა იზრდება. ეს გამოწვეულია კაცობრიობის მიერ საწვავის გამოყენებით. და, როგორც მოგეხსენებათ, ის ორგანული წარმოშობის ნამარხებისგან წარმოიქმნა და ნახშირორჟანგი შემოდის ჰაერში. იმავდროულად, ჩვენს პლანეტაზე ყველაზე დიდი მცენარეები, ხეები, მზარდი ტემპით ნადგურდებიან. ერთ წუთში ტყის კილომეტრები ქრება. ეს ნიშნავს, რომ ჰაერში ჟანგბადის ნაწილი თანდათან ეცემა და მეცნიერები უკვე განგაშის ზარს აცხადებენ. დედამიწის ატმოსფერო არ არის უსაზღვრო საწყობი და მასში გარედან ჟანგბადი არ შედის. ის მუდმივად ვითარდებოდა დედამიწის განვითარებასთან ერთად. ყოველთვის უნდა გვახსოვდეს, რომ ეს აირი მცენარეულობით წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის პროცესში ნახშირორჟანგის მოხმარების გზით. და მცენარეულობის ნებისმიერი მნიშვნელოვანი შემცირება ტყეების განადგურების სახით აუცილებლად ამცირებს ჟანგბადის შეღწევას ატმოსფეროში, რითაც არღვევს მის წონასწორობას.

დედამიწის ატმოსფეროს სტრუქტურა და შემადგენლობა, უნდა ითქვას, ყოველთვის არ იყო მუდმივი ღირებულებები ჩვენი პლანეტის განვითარების ამა თუ იმ პერიოდში. დღეს ამ ელემენტის ვერტიკალური სტრუქტურა, რომელსაც აქვს საერთო „სისქე“ 1,5-2,0 ათასი კმ, წარმოდგენილია რამდენიმე ძირითადი ფენით, მათ შორის:

1. ტროპოსფერო.
2. ტროპოპაუზა.
3. სტრატოსფერო.
4. სტრატოპაუზა.
5. მეზოსფერო და მეზოპაუზა.
6. თერმოსფერო.
7. ეგზოსფერო.

ატმოსფეროს ძირითადი ელემენტები

ტროპოსფერო არის ფენა, რომელშიც შეიმჩნევა ძლიერი ვერტიკალური და ჰორიზონტალური მოძრაობები, აქ იქმნება ამინდი, დანალექი მოვლენები და კლიმატური პირობები. იგი პლანეტის ზედაპირიდან თითქმის ყველგან ვრცელდება 7-8 კილომეტრზე, პოლარული რეგიონების გარდა (იქ 15 კმ-მდე). ტროპოსფეროში აღინიშნება ტემპერატურის თანდათანობითი ვარდნა, დაახლოებით 6,4 ° C-ით ყოველი კილომეტრის სიმაღლეზე. ეს მაჩვენებელი შეიძლება განსხვავდებოდეს სხვადასხვა განედებისა და სეზონებისთვის.

დედამიწის ატმოსფეროს შემადგენლობა ამ ნაწილში წარმოდგენილია შემდეგი ელემენტებით და მათი პროცენტებით:

აზოტი - დაახლოებით 78 პროცენტი;

ჟანგბადი - თითქმის 21 პროცენტი;

არგონი - დაახლოებით ერთი პროცენტი;

ნახშირორჟანგი - 0,05%-ზე ნაკლები.

ერთი კომპოზიცია 90 კილომეტრის სიმაღლეზე

გარდა ამისა, აქ შეგიძლიათ იპოვოთ მტვერი, წყლის წვეთები, წყლის ორთქლი, წვის პროდუქტები, ყინულის კრისტალები, ზღვის მარილები, მრავალი აეროზოლის ნაწილაკი და ა. დაახლოებით იგივეა ქიმიური შემადგენლობით, არა მხოლოდ ტროპოსფეროში, არამედ გადაფარულ ფენებშიც. მაგრამ იქ ატმოსფეროს ფუნდამენტურად განსხვავებული ფიზიკური თვისებები აქვს. ფენას, რომელსაც აქვს ზოგადი ქიმიური შემადგენლობა, ეწოდება ჰომოსფერო.

რა სხვა ელემენტები ქმნიან დედამიწის ატმოსფეროს? პროცენტულად (მოცულობით, მშრალ ჰაერში) აირები, როგორიცაა კრიპტონი (დაახლოებით 1,14 x 10 -4), ქსენონი (8,7 x 10 -7), წყალბადი (5,0 x 10 -5), მეთანი (დაახლოებით 1,7 x 10 -5) აქ წარმოდგენილია 4), აზოტის ოქსიდი (5,0 x 10 -5) და ა.შ.. პროცენტული მასის მიხედვით ჩამოთვლილი კომპონენტების უმეტესობაა აზოტის ოქსიდი და წყალბადი, შემდეგ ჰელიუმი, კრიპტონი და ა.შ.

სხვადასხვა ატმოსფერული ფენების ფიზიკური თვისებები

ტროპოსფეროს ფიზიკური თვისებები მჭიდროდ არის დაკავშირებული პლანეტის ზედაპირთან მის სიახლოვესთან. აქედან, მზის არეკლილი სითბო ინფრაწითელი სხივების სახით მიმართულია უკან ზევით, რომელიც მოიცავს გამტარობისა და კონვექციის პროცესებს. ამიტომ ტემპერატურა ეცემა დედამიწის ზედაპირიდან დაშორებით. ეს ფენომენი შეინიშნება სტრატოსფეროს სიმაღლემდე (11-17 კილომეტრი), შემდეგ ტემპერატურა თითქმის უცვლელი ხდება 34-35 კმ-მდე, შემდეგ კი ტემპერატურა კვლავ იზრდება 50 კილომეტრის სიმაღლეზე (სტრატოსფეროს ზედა ზღვარი). . სტრატოსფეროსა და ტროპოსფეროს შორის არის ტროპოპაუზის თხელი შუალედური ფენა (1-2 კმ-მდე), სადაც მუდმივი ტემპერატურა შეინიშნება ეკვატორის ზემოთ - დაახლოებით მინუს 70 ° C და ქვემოთ. პოლუსების ზემოთ ტროპოპაუზი ზაფხულში „თბება“ მინუს 45°C-მდე, ზამთარში აქ ტემპერატურა მერყეობს -65°C-მდე.

დედამიწის ატმოსფეროს გაზის შემადგენლობა მოიცავს ისეთ მნიშვნელოვან ელემენტს, როგორიცაა ოზონი. ზედაპირზე შედარებით ცოტაა (ათი პროცენტის მინუს მეექვსე ხარისხამდე), ვინაიდან გაზი წარმოიქმნება მზის სხივების გავლენის ქვეშ ატმოსფეროს ზედა ნაწილებში ატომური ჟანგბადისგან. კერძოდ, ყველაზე მეტი ოზონი არის დაახლოებით 25 კმ სიმაღლეზე და მთელი „ოზონის ეკრანი“ მდებარეობს პოლუსებზე 7-8 კმ-დან, ეკვატორზე 18 კმ-მდე და მთლიანობაში ორმოცდაათ კილომეტრამდე. პლანეტის ზედაპირი.

ატმოსფერო იცავს მზის რადიაციისგან

დედამიწის ატმოსფეროში ჰაერის შემადგენლობა ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სიცოცხლის შენარჩუნებაში, რადგან ინდივიდუალური ქიმიური ელემენტები და კომპოზიციები წარმატებით ზღუდავს მზის რადიაციის წვდომას დედამიწის ზედაპირზე და მასზე მცხოვრებ ადამიანებს, ცხოველებსა და მცენარეებს. მაგალითად, წყლის ორთქლის მოლეკულები ეფექტურად შთანთქავს ინფრაწითელი გამოსხივების თითქმის ყველა დიაპაზონს, გარდა სიგრძისა 8-დან 13 მიკრონიმდე. ოზონი შთანთქავს ულტრაიისფერ გამოსხივებას 3100 ა ტალღის სიგრძემდე. მისი თხელი ფენის გარეშე (პლანეტის ზედაპირზე მოთავსებული საშუალოდ მხოლოდ 3 მმ), მხოლოდ წყალი 10 მეტრზე მეტ სიღრმეზე და მიწისქვეშა გამოქვაბულები, სადაც მზის რადიაცია არ არის. დასახლება შესაძლებელია..

ნულ ცელსიუსი სტრატოპაუზაში

ატმოსფეროს მომდევნო ორ დონეს, სტრატოსფეროსა და მეზოსფეროს შორის, არის შესანიშნავი შრე - სტრატოპაუზა. იგი დაახლოებით შეესაბამება ოზონის მაქსიმალური სიმაღლეს და ტემპერატურა აქ შედარებით კომფორტულია ადამიანისთვის - დაახლოებით 0°C. სტრატოპაუზის ზემოთ, მეზოსფეროში (იწყება სადღაც 50 კმ სიმაღლეზე და მთავრდება 80-90 კმ სიმაღლეზე), კვლავ შეინიშნება ტემპერატურის ვარდნა დედამიწის ზედაპირიდან მანძილის მატებასთან ერთად (მინუს 70-80 ° C-მდე). ). მეტეორები ჩვეულებრივ მთლიანად იწვის მეზოსფეროში.

თერმოსფეროში - პლუს 2000 K!

დედამიწის ატმოსფეროს ქიმიური შემადგენლობა თერმოსფეროში (მეზოპაუზის შემდეგ იწყება დაახლოებით 85-90-დან 800 კმ-მდე სიმაღლეზე) განსაზღვრავს ისეთი ფენომენის შესაძლებლობას, როგორიცაა ძალიან იშვიათი "ჰაერის" ფენების თანდათანობითი გათბობა მზის რადიაციის გავლენის ქვეშ. . პლანეტის "საჰაერო საბნის" ამ ნაწილში ტემპერატურა მერყეობს 200-დან 2000 K-მდე, რაც მიიღება ჟანგბადის იონიზაციის შედეგად (ატომური ჟანგბადი მდებარეობს 300 კმ-ზე ზემოთ), აგრეთვე ჟანგბადის ატომების მოლეკულებში რეკომბინაციის შედეგად. , რომელსაც თან ახლავს დიდი რაოდენობით სითბოს გამოყოფა. თერმოსფერო არის ავრორას ადგილი.

თერმოსფეროს ზემოთ არის ეგზოსფერო - ატმოსფეროს გარე ფენა, საიდანაც მსუბუქი და სწრაფად მოძრავი წყალბადის ატომები კოსმოსში გაქცევას შეუძლიათ. დედამიწის ატმოსფეროს ქიმიური შემადგენლობა აქ ძირითადად წარმოდგენილია ჟანგბადის ცალკეული ატომებით ქვედა ფენებში, ჰელიუმის ატომებით შუა ფენებში და თითქმის ექსკლუზიურად წყალბადის ატომებით ზედა ფენებში. აქ დომინირებს მაღალი ტემპერატურა - დაახლოებით 3000 K და არ არის ატმოსფერული წნევა.

როგორ ჩამოყალიბდა დედამიწის ატმოსფერო?

მაგრამ, როგორც ზემოთ აღინიშნა, პლანეტას ყოველთვის არ ჰქონდა ასეთი ატმოსფერული შემადგენლობა. საერთო ჯამში, ამ ელემენტის წარმოშობის სამი კონცეფციაა. პირველი ჰიპოთეზა ვარაუდობს, რომ ატმოსფერო აღებული იქნა პროტოპლანეტარული ღრუბლიდან აკრეციის პროცესში. თუმცა, დღეს ეს თეორია ექვემდებარება მნიშვნელოვან კრიტიკას, რადგან ასეთი პირველადი ატმოსფერო უნდა განადგურდეს მზის "ქარმა" ჩვენი პლანეტარული სისტემის ვარსკვლავიდან. გარდა ამისა, ვარაუდობენ, რომ ხმელეთის პლანეტების ფორმირების ზონაში აქროლადი ელემენტები ვერ შენარჩუნდა ძალიან მაღალი ტემპერატურის გამო.

დედამიწის პირველადი ატმოსფეროს შემადგენლობა, როგორც ვარაუდობს მეორე ჰიპოთეზა, შეიძლებოდა ჩამოყალიბებულიყო ზედაპირის აქტიური დაბომბვის გამო ასტეროიდების და კომეტების მიერ, რომლებიც მზის სისტემის მახლობლად ჩამოვიდნენ განვითარების ადრეულ ეტაპზე. ამ კონცეფციის დადასტურება ან უარყოფა საკმაოდ რთულია.

ექსპერიმენტი IDG RAS-ში

ყველაზე დამაჯერებელი ჩანს მესამე ჰიპოთეზა, რომელიც თვლის, რომ ატმოსფერო გაჩნდა დედამიწის ქერქის მანტიიდან აირების გამოთავისუფლების შედეგად, დაახლოებით 4 მილიარდი წლის წინ. ეს კონცეფცია გამოსცადეს რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის გეოგრაფიის ინსტიტუტში ექსპერიმენტის დროს, სახელწოდებით "ცარევ 2", როდესაც მეტეორიული წარმოშობის ნივთიერების ნიმუში ვაკუუმში გაცხელდა. შემდეგ დაფიქსირდა ისეთი აირების გამოშვება, როგორიცაა H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 და ა.შ. ამიტომ, მეცნიერებმა მართებულად ჩათვალეს, რომ დედამიწის პირველადი ატმოსფეროს ქიმიური შემადგენლობა მოიცავდა წყალს და ნახშირორჟანგს, წყალბადის ფტორს ( HF), ნახშირბადის მონოქსიდი გაზი (CO), წყალბადის სულფიდი (H 2 S), აზოტის ნაერთები, წყალბადი, მეთანი (CH 4), ამიაკის ორთქლი (NH 3), არგონი და ა.შ. წარმოქმნაში მონაწილეობდა წყლის ორთქლი პირველადი ატმოსფეროდან. ჰიდროსფეროში ნახშირორჟანგი უფრო მეტად იყო შეკრულ მდგომარეობაში ორგანულ ნივთიერებებსა და ქანებში, აზოტი გადავიდა თანამედროვე ჰაერის შემადგენლობაში და ასევე კვლავ დანალექ ქანებსა და ორგანულ ნივთიერებებში.

დედამიწის პირველადი ატმოსფეროს შემადგენლობა თანამედროვე ადამიანებს არ დაუშვებდა მასში სუნთქვის აპარატის გარეშე ყოფნას, ვინაიდან მაშინ საჭირო რაოდენობით ჟანგბადი არ იყო. ეს ელემენტი მნიშვნელოვანი რაოდენობით გამოჩნდა მილიარდნახევარი წლის წინ, რაც, სავარაუდოდ, დაკავშირებულია ლურჯ-მწვანე და სხვა წყალმცენარეებში ფოტოსინთეზის პროცესის განვითარებასთან, რომლებიც ჩვენი პლანეტის უძველესი მკვიდრნი არიან.

მინიმალური ჟანგბადი

იმ ფაქტზე, რომ დედამიწის ატმოსფეროს შემადგენლობა თავდაპირველად თითქმის უჟანგბადო იყო, მიუთითებს ის ფაქტი, რომ ადვილად დაჟანგული, მაგრამ არა დაჟანგული გრაფიტი (ნახშირბადი) გვხვდება უძველეს (კატარქეულ) ქანებში. შემდგომში გამოჩნდა ეგრეთ წოდებული ზოლიანი რკინის მადნები, რომელიც მოიცავდა გამდიდრებული რკინის ოქსიდების ფენებს, რაც ნიშნავს პლანეტაზე ჟანგბადის მძლავრი წყაროს მოლეკულურ ფორმაში გამოჩენას. მაგრამ ეს ელემენტები მხოლოდ პერიოდულად იყო ნაპოვნი (შესაძლოა, იგივე წყალმცენარეები ან ჟანგბადის სხვა მწარმოებლები ჩნდებოდნენ პატარა კუნძულებზე ანოქსიურ უდაბნოში), ხოლო დანარჩენი სამყარო ანაერობული იყო. ამ უკანასკნელს ისიც ადასტურებს, რომ ადვილად დაჟანგული პირიტი აღმოჩნდა ნაკადით დამუშავებული კენჭების სახით ქიმიური რეაქციების კვალის გარეშე. მას შემდეგ, რაც მიედინება წყლები არ შეიძლება ცუდად აირეოდეს, შეიქმნა შეხედულება, რომ ატმოსფერო კამბრიამდე შეიცავდა დღევანდელი ჟანგბადის შემადგენლობის ერთ პროცენტზე ნაკლებს.

ჰაერის შემადგენლობის რევოლუციური ცვლილება

დაახლოებით პროტეროზოიკის შუა პერიოდში (1,8 მილიარდი წლის წინ) მოხდა „ჟანგბადის რევოლუცია“, როდესაც სამყარო გადავიდა აერობულ სუნთქვაზე, რომლის დროსაც 38 შეიძლება მიღებულ იქნას საკვები ნივთიერების ერთი მოლეკულიდან (გლუკოზა), და არა ორიდან (როგორც ეს იყო. ანაერობული სუნთქვა) ენერგიის ერთეულები. დედამიწის ატმოსფეროს შემადგენლობამ, ჟანგბადის თვალსაზრისით, დაიწყო ერთ პროცენტზე მეტი, ვიდრე დღეს არის და დაიწყო ოზონის შრე, რომელიც იცავდა ორგანიზმებს რადიაციისგან. სწორედ მისგან იყო, მაგალითად, ისეთი უძველესი ცხოველები, როგორიცაა ტრილობიტები, "იმალებოდნენ" სქელი ჭურვების ქვეშ. მას შემდეგ ჩვენს დრომდე ძირითადი „რესპირატორული“ ელემენტის შემცველობა თანდათან და ნელა იზრდებოდა, რაც უზრუნველყოფს პლანეტაზე სიცოცხლის ფორმების განვითარების მრავალფეროვნებას.