De ce există atât de mult azot în atmosfera Pământului? și am primit cel mai bun răspuns
Răspuns de la Marat[guru]
Pot fi identificate mai multe motive. PRINCIPALA: Pământul este singura planetă din sistemul solar unde forma proteică a vieții s-a format, s-a stabilizat și continuă să se dezvolte. Compoziția atmosferei primare a Pământului a fost mai simplă: predominau vaporii de apă caldă și CO2, principalii produși ai gazelor vulcanice. După răcirea atmosferei, procesele de fotosinteză și condensare a apei au dus la o scădere semnificativă a proporției de CO2 și la apariția oxigenului liber. Punct IMPORTANT: printre produșii de descompunere a proteinelor (viața animală și vegetală), ureea (ureea) și acidul uric joacă un rol important. Aceste substanțe, la rândul lor, trec treptat prin hidroliză ireversibilă (!) cu formarea de amoniac (NH3). IMPORTANT: NH3 este un gaz mai ușor decât un amestec de O2, CO2 și vapori de apă - prin urmare, se ridică treptat în straturile superioare ale atmosferei, unde, sub influența razelor ultraviolete, începe să se oxideze încet cu oxigenul molecular pentru a se forma AZOT liber și apă: NH3 + O2 => N2 + H2O. Deoarece azotul este un gaz relativ greu, este ținut împreună de câmpul gravitațional al Pământului. În fine, nu uitați că în condiții NORMALE N2 este o substanță foarte inertă din punct de vedere chimic; acest factor contribuie și la acumularea de azot molecular în atmosfera planetei noastre.
Marat
Luminat
(25806)
Re: „Încă nu înțeleg de ce există atât de puțin azot în atmosferele lui Marte și Venus”.
Pentru că nu a existat niciodată biomasă într-o asemenea cantitate ca pe Pământ.
Re: „Probabil vrei să spui că pe alte planete, azotul este reprezentat în principal de amoniac”.
Nu am spus asta 🙂
Re: "Amoniacul este ușor și, prin urmare, se scurge din atmosferă."
Nu curge, dar ajunge în zona de acțiune a razelor ultraviolete.
Re: „Dar adevărul este că amoniacul din atmosferele lui Marte și Venus este chiar mai puțin decât heliu (heliul este un gaz foarte ușor)”
Sunt de acord.
Re „Da, și nu există nimic care să formeze amoniac de acolo, nu există viață, nu există materie organică”.
Corect, am vrut să spun același lucru.
Răspuns de la Yoergey Zaika[guru]
salut, nu, dar planetele gigantice, Jupiter și Saturn, nu există nici azot acolo? Paragraf... Azotul în sine este neutru din punct de vedere chimic și există atât de mult, alte gaze sunt mai agresive din punct de vedere chimic și reacționează cu totul și cu toate, și acesta este într-o stare legată sub formă de săruri și minerale din roci.
Răspuns de la Kirill Nikitin[guru]
Nu sunt sigur, dar cred că acest lucru se datorează ciclului crescut al azotului sub acțiunea organismelor vii (proteine)
Răspuns de la Mihail Levin[guru]
O sa incerc sa ma gandesc...
Azotul este un element foarte comun, așa că ar trebui să existe o mulțime de el peste tot.
Prezența gazului în atmosferă depinde de echilibrul de sosire (din intestinele planetei) și de evadare în spațiul cosmic.
Azotul este mai ușor decât CO2, așa că pleacă mai repede. Marte, cel mai probabil, pur și simplu nu-l poate ține (deoarece Pământul nu poate reține hidrogen sau heliu).
Dar cu Venus - o mare întrebare. Are 4% azot în atmosferă, dar atmosfera în sine este monstruoasă, nu este un fapt că în cifre absolute are mai puțin azot decât Pământul.
Un alt lucru este că Pământul are foarte puțin dioxid de carbon în atmosferă (deși este eliberat din intestine). Aici materia este deja în prezența apei și a vieții care o leagă.
Răspuns de la ARTYOM.[maestru]
Fixarea azotului atmosferic în natură are loc în două direcții principale - abiogen și biogen. Prima cale implică în principal reacțiile azotului cu oxigenul. Deoarece azotul este foarte inert din punct de vedere chimic, pentru oxidare sunt necesare cantități mari de energie (temperaturi ridicate). Aceste condiții se realizează în timpul descărcărilor fulgerelor, când temperatura atinge 25.000 °C sau mai mult. În acest caz, are loc formarea diverșilor oxizi de azot. Există, de asemenea, posibilitatea ca fixarea abiotică să apară ca urmare a reacțiilor fotocatalitice pe suprafețele semiconductorilor sau dielectricilor de bandă largă (nisip de deșert).
Cu toate acestea, cea mai mare parte a azotului molecular (aproximativ 1,4 108 t/an) este fixată biotic. Multă vreme s-a crezut că doar un număr mic de specii de microorganisme (deși larg distribuite pe suprafața Pământului) pot lega azotul molecular: bacteriile Azotobacter și Clostridium, bacteriile nodulare ale plantelor leguminoase Rhizobium, cianobacteriile Anabaena, Nostoc etc. se știe că multe au această capacitate.alte organisme din apă și sol, de exemplu, actinomicetele din tuberculii de arin și alți arbori (160 de specii în total). Toate transformă azotul molecular în compuși de amoniu (NH4+). Acest proces necesită o cantitate semnificativă de energie (pentru fixarea a 1 g de azot atmosferic, bacteriile din nodulii de leguminoase cheltuiesc aproximativ 167,5 kJ, adică oxidează aproximativ 10 g de glucoză). Astfel, beneficiul reciproc al simbiozei plantelor și bacteriilor fixatoare de azot este vizibil - primele îi furnizează celei din urmă un „loc de locuit” și furnizează „combustibilul” obținut ca urmare a fotosintezei - glucoză, cele din urmă furnizează azotul. necesare plantelor în forma pe care o asimilează.
Azotul sub formă de amoniac și compuși de amoniu, obținuți în procesele de fixare a azotului biogen, se oxidează rapid la nitrați și nitriți (acest proces se numește nitrificare). Acestea din urmă, neconectate prin țesuturi vegetale (și mai departe de-a lungul lanțului trofic de ierbivore și prădători), nu rămân în sol mult timp. Majoritatea nitraților și nitriților sunt foarte solubili, așa că sunt spălați de apă și ajung în cele din urmă în oceane (acest debit este estimat la 2,5-8 107 tone/an).
Azotul inclus în țesuturile plantelor și animalelor, după moartea acestora, suferă amonificare (descompunerea compușilor complecși care conțin azot cu eliberarea de amoniac și ioni de amoniu) și denitrificare, adică eliberarea azotului atomic, precum și a oxizilor acestuia. . Aceste procese se datorează în întregime activității microorganismelor în condiții aerobe și anaerobe.
În absența activității umane, procesele de fixare și nitrificare a azotului sunt aproape complet echilibrate de reacții opuse de denitrificare. O parte din azot intră în atmosferă din mantaua cu erupții vulcanice, o parte este ferm fixată în sol și minerale argiloase, în plus, azotul se scurge constant din straturile superioare ale atmosferei în spațiul interplanetar.
Atmosfera este învelișul gazos al planetei noastre care se rotește cu Pământul. Gazul din atmosferă se numește aer. Atmosfera este în contact cu hidrosfera și acoperă parțial litosfera. Dar este dificil să se determine limitele superioare. În mod convențional, se presupune că atmosfera se extinde în sus pe aproximativ trei mii de kilometri. Acolo curge lin în spațiul fără aer.
Compoziția chimică a atmosferei Pământului
Formarea compoziției chimice a atmosferei a început în urmă cu aproximativ patru miliarde de ani. Inițial, atmosfera era formată doar din gaze ușoare - heliu și hidrogen. Potrivit oamenilor de știință, premisele inițiale pentru crearea unui înveliș de gaz în jurul Pământului au fost erupțiile vulcanice, care, împreună cu lava, au emis o cantitate imensă de gaze. Ulterior, schimbul de gaze a început cu spațiile de apă, cu organismele vii, cu produsele activității lor. Compoziția aerului s-a schimbat treptat și în forma sa actuală a fost fixată în urmă cu câteva milioane de ani.
Principalele componente ale atmosferei sunt azotul (aproximativ 79%) și oxigenul (20%). Procentul rămas (1%) este reprezentat de următoarele gaze: argon, neon, heliu, metan, dioxid de carbon, hidrogen, cripton, xenon, ozon, amoniac, dioxid de sulf și azot, protoxid de azot și monoxid de carbon, incluse în acest un procent.
În plus, aerul conține vapori de apă și particule (polen de plante, praf, cristale de sare, impurități de aerosoli).
Recent, oamenii de știință au observat o schimbare nu calitativă, ci cantitativă a unor ingrediente din aer. Iar motivul pentru aceasta este persoana și activitatea sa. Numai în ultimii 100 de ani, conținutul de dioxid de carbon a crescut semnificativ! Aceasta este plină de multe probleme, dintre care cea mai globală este schimbările climatice.
Formarea vremii și a climei
Atmosfera joacă un rol vital în modelarea climei și a vremii de pe Pământ. Multe depind de cantitatea de lumină solară, de natura suprafeței subiacente și de circulația atmosferică.
Să ne uităm la factorii în ordine.
1. Atmosfera transmite căldura razelor solare și absoarbe radiațiile nocive. Grecii antici știau că razele Soarelui cad pe diferite părți ale Pământului în unghiuri diferite. Cuvântul „climă” în traducere din greaca veche înseamnă „pantă”. Deci, la ecuator, razele soarelui cad aproape vertical, pentru că aici este foarte cald. Cu cât este mai aproape de poli, cu atât unghiul de înclinare este mai mare. Și temperatura scade.
2. Din cauza încălzirii neuniforme a Pământului, în atmosferă se formează curenți de aer. Ele sunt clasificate în funcție de mărimea lor. Cele mai mici (zeci și sute de metri) sunt vânturile locale. Urmează musoni și alizee, cicloane și anticicloni, zone frontale planetare.
Toate aceste mase de aer se misca constant. Unele dintre ele sunt destul de statice. De exemplu, alizeele care bat din subtropicale spre ecuator. Mișcarea celorlalți depinde în mare măsură de presiunea atmosferică.
3. Presiunea atmosferică este un alt factor care influențează formarea climatului. Aceasta este presiunea aerului de pe suprafața pământului. După cum știți, masele de aer se deplasează dintr-o zonă cu presiune atmosferică mare către o zonă în care această presiune este mai mică.
Sunt 7 zone în total. Ecuatorul este o zonă de joasă presiune. În plus, de ambele părți ale ecuatorului până la a treizecea latitudine - o zonă de înaltă presiune. De la 30° la 60° - din nou presiune joasă. Și de la 60° la poli - o zonă de înaltă presiune. Masele de aer circulă între aceste zone. Cei care merg de la mare la uscat aduc ploi și vreme rea, iar cei care sufla de pe continente aduc vreme senină și uscată. În locurile în care curenții de aer se ciocnesc, se formează zonele frontale atmosferice, care se caracterizează prin precipitații și vreme nefavorabilă, cu vânt.
Oamenii de știință au demonstrat că chiar și bunăstarea unei persoane depinde de presiunea atmosferică. Conform standardelor internaționale, presiunea atmosferică normală este de 760 mm Hg. coloană la 0°C. Această cifră este calculată pentru acele zone de teren care sunt aproape la nivelul mării. Presiunea scade cu altitudinea. Prin urmare, de exemplu, pentru Sankt Petersburg 760 mm Hg. - este norma. Dar pentru Moscova, care este situată mai sus, presiunea normală este de 748 mm Hg.
Presiunea se schimbă nu numai pe verticală, ci și pe orizontală. Acest lucru se simte mai ales în timpul trecerii cicloanelor.
Structura atmosferei
Atmosfera este ca un tort stratificat. Și fiecare strat are propriile sale caracteristici.
. troposfera este stratul cel mai apropiat de Pământ. „Grosimea” acestui strat se modifică pe măsură ce vă îndepărtați de ecuator. Deasupra ecuatorului, stratul se extinde în sus pe 16-18 km, în zonele temperate - pe 10-12 km, la poli - pe 8-10 km.
Aici sunt conținute 80% din masa totală de aer și 90% din vaporii de apă. Aici se formează nori, se ridică cicloni și anticicloni. Temperatura aerului depinde de altitudinea zonei. În medie, scade cu 0,65°C la fiecare 100 de metri.
. tropopauza- stratul de tranziție al atmosferei. Înălțimea sa este de la câteva sute de metri până la 1-2 km. Temperatura aerului vara este mai mare decât iarna. Deci, de exemplu, peste poli iarna -65 ° C. Și peste ecuator în orice moment al anului este -70 ° C.
. Stratosferă- acesta este un strat, a cărui limită superioară se află la o altitudine de 50-55 de kilometri. Turbulența este scăzută aici, conținutul de vapori de apă din aer este neglijabil. Dar mult ozon. Concentrația sa maximă este la o altitudine de 20-25 km. În stratosferă, temperatura aerului începe să crească și ajunge la +0,8 ° C. Acest lucru se datorează faptului că stratul de ozon interacționează cu radiația ultravioletă.
. Stratopauza- un strat intermediar jos între stratosferă și mezosferă care îl urmează.
. Mezosfera- limita superioară a acestui strat este de 80-85 de kilometri. Aici au loc procese fotochimice complexe care implică radicalii liberi. Ei sunt cei care oferă acea strălucire albastră blândă a planetei noastre, care este văzută din spațiu.
Majoritatea cometelor și meteoriților ard în mezosferă.
. mezopauza- următorul strat intermediar, temperatura aerului în care este de cel puțin -90 °.
. Termosferă- limita inferioară începe la o altitudine de 80 - 90 km, iar limita superioară a stratului trece aproximativ la marcajul de 800 km. Temperatura aerului crește. Poate varia de la +500° C la +1000° C. În timpul zilei, fluctuațiile de temperatură se ridică la sute de grade! Dar aerul de aici este atât de rarefiat încât înțelegerea termenului „temperatură” așa cum ne imaginăm nu este potrivită aici.
. ionosferă- unește mezosfera, mezopauza și termosfera. Aerul de aici este format în principal din molecule de oxigen și azot, precum și din plasmă cvasi-neutră. Razele soarelui, care cad în ionosferă, ionizează puternic moleculele de aer. În stratul inferior (până la 90 km), gradul de ionizare este scăzut. Cu cât este mai mare, cu atât mai multă ionizare. Deci, la o altitudine de 100-110 km, electronii sunt concentrați. Acest lucru contribuie la reflectarea undelor radio scurte și medii.
Cel mai important strat al ionosferei este cel superior, care se află la o altitudine de 150-400 km. Particularitatea sa este că reflectă undele radio, iar acest lucru contribuie la transmiterea semnalelor radio pe distanțe lungi.
În ionosferă are loc un astfel de fenomen precum aurora.
. Exosfera- constă din atomi de oxigen, heliu și hidrogen. Gazul din acest strat este foarte rarefiat și adesea atomii de hidrogen scapă în spațiul cosmic. Prin urmare, acest strat este numit „zona de împrăștiere”.
Primul om de știință care a sugerat că atmosfera noastră are greutate a fost italianul E. Torricelli. Ostap Bender, de exemplu, în romanul „Vițelul de aur” se plângea că fiecare persoană a fost presată de o coloană de aer cu o greutate de 14 kg! Dar marele strateg s-a înșelat puțin. O persoană adultă se confruntă cu o presiune de 13-15 tone! Dar nu simțim această greutate, deoarece presiunea atmosferică este echilibrată de presiunea internă a unei persoane. Greutatea atmosferei noastre este de 5.300.000.000.000.000 de tone. Cifra este colosală, deși este doar o milioneme din greutatea planetei noastre.
Pagina 6 din 10
Rolul azotului în atmosfera Pământului.
Azot este elementul principal al atmosferei Pământului. Rolul său principal este de a regla viteza de oxidare prin diluarea oxigenului. Astfel, azotul afectează viteza și intensitatea proceselor biologice.
Există două moduri interconectate de a extrage azotul din atmosfera Pământului:
- 1) anorganice,
- 2) biochimic.
Figura 1. Ciclul geochimic al azotului (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)
Extracția anorganică a azotului din atmosfera Pământului.
În atmosfera Pământului, sub influența descărcărilor electrice (în timpul unei furtuni) sau în procesul de reacții fotochimice (radiația solară), se formează compuși de azot (N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 etc. ). Acești compuși, dizolvați în apa de ploaie, cad pe pământ împreună cu precipitațiile, căzând în solul și apa oceanelor.
Fixarea biologică a azotului
Legarea biologică a azotului atmosferic se realizează:
- - în sol - bacterii nodulare în simbioză cu plantele superioare,
- - în apă - microorganisme plancton și alge.
Cantitatea de azot legat biologic este mult mai mare decât cea fixată anorganic.
Cum ajunge azotul înapoi în atmosfera Pământului?
Rămășițele organismelor vii se descompun ca urmare a expunerii la numeroase microorganisme. În acest proces, azotul, care face parte din proteinele organismelor, suferă o serie de transformări:
- - în procesul de descompunere a proteinelor, se formează amoniacul și derivații săi, care apoi intră în aerul și apa oceanelor,
- - în viitor, amoniacul și alți compuși organici care conțin azot sub influența bacteriilor și nitrobacteriilor Nitrosomonas formează diverși oxizi de azot (N 2 O, NO, N 2 O 3 și N 2 O 5). Acest proces se numește nitrificare,
- Acidul azotic reacţionează cu metalele pentru a forma săruri. Aceste săruri sunt atacate de bacteriile denitrificatoare,
- - în procesul denitrificare se formează azotul elementar, care se întoarce înapoi în atmosferă (un exemplu sunt jeturile de gaz subterane formate din N 2 pur).
Unde se găsește azotul?
Azotul intră în atmosfera Pământului prin erupții vulcanice sub formă de amoniac. Intrând în atmosfera superioară, amoniacul (NH3) este oxidat și eliberează azot (N2).
Azotul este, de asemenea, îngropat în rocile sedimentare și se găsește în cantități mari în depozitele bituminoase. Cu toate acestea, acest azot intră și în atmosferă în timpul metamorfismului regional al acestor roci.
- Astfel, principala formă de prezență a azotului pe suprafața planetei noastre este azotul molecular (N 2) din compoziția atmosferei Pământului.
Acesta a fost articolul Azotul din compoziția atmosferei Pământului - conținutul din atmosferă este de 78%.
". Citiți mai departe: « Oxigenul în compoziția atmosferei Pământului - conținutul din atmosferă este de 21%.«
Articole pe tema „Atmosfera Pământului”:
- Impactul atmosferei Pământului asupra corpului uman odată cu creșterea altitudinii.
- Înălțimea și limitele atmosferei Pământului.
Structura și compoziția atmosferei Pământului, trebuie spus, nu au fost întotdeauna valori constante într-una sau alta perioadă a dezvoltării planetei noastre. Astăzi, structura verticală a acestui element, care are o „grosime” totală de 1,5-2,0 mii km, este reprezentată de mai multe straturi principale, printre care:
- troposfera.
- tropopauza.
- Stratosferă.
- Stratopauza.
- mezosferă și mezopauză.
- Termosferă.
- exosfera.
Elemente de bază ale atmosferei
Troposfera este un strat în care se observă mișcări puternice verticale și orizontale, aici se formează vremea, precipitațiile și condițiile climatice. Se întinde pe 7-8 kilometri de la suprafața planetei aproape peste tot, cu excepția regiunilor polare (acolo - până la 15 km). În troposferă, are loc o scădere treptată a temperaturii, aproximativ 6,4 ° C cu fiecare kilometru de altitudine. Această cifră poate diferi pentru diferite latitudini și anotimpuri.
Compoziția atmosferei Pământului în această parte este reprezentată de următoarele elemente și procentele acestora:
Azot - aproximativ 78 la sută;
Oxigen - aproape 21 la sută;
Argon - aproximativ un procent;
Dioxid de carbon - mai puțin de 0,05%.
Compoziție unică până la o înălțime de 90 de kilometri
În plus, aici se găsesc praf, picături de apă, vapori de apă, produse de ardere, cristale de gheață, săruri marine, multe particule de aerosoli etc.. Această compoziție a atmosferei Pământului se observă până la aproximativ nouăzeci de kilometri înălțime, astfel încât aerul este aproximativ aceeași ca compoziție chimică, nu numai în troposferă, ci și în straturile superioare. Dar acolo atmosfera are proprietăți fizice fundamental diferite. Stratul care are o compoziție chimică comună se numește homosferă.
Ce alte elemente se află în atmosfera Pământului? În procente (în volum, în aer uscat), gaze precum criptonul (aproximativ 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metan (aproximativ 1,7 x 10 -7). 4), protoxid de azot (5,0 x 10 -5), etc. În ceea ce privește procentul de masă al componentelor enumerate, protoxidul de azot și hidrogenul sunt cele mai multe, urmate de heliu, cripton etc.
Proprietățile fizice ale diferitelor straturi atmosferice
Proprietățile fizice ale troposferei sunt strâns legate de atașarea acesteia la suprafața planetei. De aici, căldura solară reflectată sub formă de raze infraroșii este trimisă înapoi, inclusiv procesele de conducție termică și convecție. De aceea temperatura scade odată cu distanța de la suprafața pământului. Acest fenomen se observă până la înălțimea stratosferei (11-17 kilometri), apoi temperatura devine practic neschimbată până la nivelul de 34-35 km, iar apoi are loc din nou o creștere a temperaturilor până la înălțimi de 50 de kilometri ( limita superioară a stratosferei). Între stratosferă și troposferă există un strat intermediar subțire al tropopauzei (până la 1-2 km), unde se observă temperaturi constante deasupra ecuatorului - aproximativ minus 70 ° C și mai jos. Deasupra polilor, tropopauza „se încălzește” vara la minus 45°C, iarna temperaturile fluctuează aici în jurul -65°C.
Compoziția gazoasă a atmosferei Pământului include un element atât de important precum ozonul. Există relativ puțin din el lângă suprafață (zece până la minus a șasea putere a unui procent), deoarece gazul se formează sub influența luminii solare din oxigenul atomic în părțile superioare ale atmosferei. În special, cea mai mare parte a ozonului se află la o altitudine de aproximativ 25 km, iar întregul „ecran de ozon” este situat în zone de la 7-8 km în regiunea polilor, de la 18 km la ecuator și până la cincizeci de kilometri. în general deasupra suprafeţei planetei.
Atmosfera protejează de radiațiile solare
Compoziția aerului din atmosfera Pământului joacă un rol foarte important în conservarea vieții, deoarece elementele și compozițiile chimice individuale limitează cu succes accesul radiațiilor solare la suprafața pământului și a oamenilor, animalelor și plantelor care trăiesc pe aceasta. De exemplu, moleculele de vapori de apă absorb în mod eficient aproape toate intervalele de radiații infraroșii, cu excepția lungimii cuprinse în intervalul de la 8 la 13 microni. Ozonul, pe de altă parte, absoarbe ultravioletele până la o lungime de undă de 3100 A. Fără stratul său subțire (în medie 3 mm dacă este plasat pe suprafața planetei), doar apă la o adâncime de peste 10 metri și peșteri subterane, acolo unde radiația solară nu ajunge, poate fi locuită.
Zero Celsius la stratopauză
Între următoarele două niveluri ale atmosferei, stratosferă și mezosferă, există un strat remarcabil - stratopauza. Aproximativ corespunde înălțimii maximelor de ozon și aici se observă o temperatură relativ confortabilă pentru oameni - aproximativ 0°C. Deasupra stratopauzei, în mezosferă (începe undeva la o altitudine de 50 km și se termină la o altitudine de 80-90 km), există din nou o scădere a temperaturii odată cu creșterea distanței de la suprafața Pământului (până la minus 70-80 °). C). În mezosferă, meteorii se ard de obicei complet.
În termosferă - plus 2000 K!
Compoziția chimică a atmosferei Pământului în termosferă (începe după mezopauza de la altitudini de aproximativ 85-90 până la 800 km) determină posibilitatea unui astfel de fenomen precum încălzirea treptată a straturilor de „aer” foarte rarefiat sub influența solară. radiatii. În această parte a „păturii de aer” a planetei, au loc temperaturi de la 200 la 2000 K, care sunt obținute în legătură cu ionizarea oxigenului (peste 300 km este oxigenul atomic), precum și recombinarea atomilor de oxigen în molecule. , însoțită de degajarea unei cantități mari de căldură. Termosfera este locul în care își au originea aurorele.
Deasupra termosferei se află exosfera - stratul exterior al atmosferei, din care atomii de hidrogen ușori și care se mișcă rapid pot scăpa în spațiul cosmic. Compoziția chimică a atmosferei Pământului aici este reprezentată mai mult de atomi individuali de oxigen în straturile inferioare, atomi de heliu în mijloc și aproape exclusiv atomi de hidrogen în cele superioare. Aici predomină temperaturile ridicate - aproximativ 3000 K și nu există presiune atmosferică.
Cum s-a format atmosfera pământului?
Dar, așa cum am menționat mai sus, planeta nu a avut întotdeauna o astfel de compoziție a atmosferei. În total, există trei concepte despre originea acestui element. Prima ipoteză presupune că atmosfera a fost luată în procesul de acumulare dintr-un nor protoplanetar. Cu toate acestea, astăzi această teorie este supusă unor critici semnificative, deoarece o astfel de atmosferă primară trebuie să fi fost distrusă de „vântul” solar dintr-o stea din sistemul nostru planetar. În plus, se presupune că elementele volatile nu ar putea rămâne în zona de formare a planetelor precum grupul terestru din cauza temperaturilor prea ridicate.
Compoziția atmosferei primare a Pământului, așa cum sugerează cea de-a doua ipoteză, ar putea fi formată din cauza bombardării active a suprafeței de către asteroizi și comete care au sosit din vecinătatea sistemului solar în stadiile incipiente de dezvoltare. Este destul de dificil să confirmi sau să infirmi acest concept.
Experiment la IDG RAS
Cea mai plauzibilă este a treia ipoteză, care crede că atmosfera a apărut ca urmare a eliberării de gaze din mantaua scoarței terestre în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani. Acest concept a fost testat la Institutul de Geologie și Geochimie al Academiei Ruse de Științe în cursul unui experiment numit „Tsarev 2”, când o probă dintr-o substanță meteorică a fost încălzită în vid. Apoi a fost înregistrată eliberarea de gaze precum H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 etc.. Prin urmare, oamenii de știință au presupus pe bună dreptate că compoziția chimică a atmosferei primare a Pământului include apă și dioxid de carbon, vapori de fluorură de hidrogen. (HF), monoxid de carbon gaz (CO), hidrogen sulfurat (H 2 S), compuși de azot, hidrogen, metan (CH 4), vapori de amoniac (NH 3), argon etc. Vaporii de apă din atmosfera primară au participat la formarea hidrosferei, dioxidul de carbon s-a dovedit a fi mai mult în stare legată în materie organică și roci, azotul a trecut în compoziția aerului modern, precum și din nou în rocile sedimentare și materia organică.
Compoziția atmosferei primare a Pământului nu ar permite oamenilor moderni să se afle în ea fără aparate de respirație, deoarece atunci nu exista oxigen în cantitățile necesare. Acest element a apărut în cantități semnificative în urmă cu un miliard și jumătate de ani, după cum se crede, în legătură cu dezvoltarea procesului de fotosinteză în alge albastru-verde și alte alge, care sunt cei mai vechi locuitori ai planetei noastre.
Oxigen minim
Faptul că compoziția atmosferei Pământului a fost inițial aproape anoxică este indicat de faptul că grafitul (carbonul) ușor oxidat, dar nu oxidat, se găsește în cele mai vechi roci (Katarchee). Ulterior, au apărut așa-numitele minereuri de fier în bandă, care au inclus straturi intermediare de oxizi de fier îmbogățiți, ceea ce înseamnă apariția pe planetă a unei puternice surse de oxigen sub formă moleculară. Dar aceste elemente au apărut doar periodic (poate că aceleași alge sau alți producători de oxigen au apărut ca mici insule într-un deșert anoxic), în timp ce restul lumii era anaerob. Aceasta din urmă este susținută de faptul că pirita ușor oxidabilă a fost găsită sub formă de pietricele prelucrate de flux fără urme de reacții chimice. Deoarece apele curgătoare nu pot fi aerate slab, a evoluat opinia conform căreia atmosfera pre-cambriană conținea mai puțin de un procent de oxigen din compoziția actuală.
Schimbare revoluționară în compoziția aerului
Aproximativ la mijlocul Proterozoicului (acum 1,8 miliarde de ani), a avut loc „revoluția oxigenului”, când lumea a trecut la respirația aerobă, timp în care 38 pot fi obținute dintr-o moleculă de nutrienți (glucoză), și nu două (ca în cazul respiraţie anaerobă) unităţi de energie. Compoziția atmosferei Pământului, în ceea ce privește oxigenul, a început să depășească un procent din cea modernă și a început să apară un strat de ozon, care protejează organismele de radiații. De la ea au fost „ascunse” sub scoici groase, de exemplu, animale străvechi precum trilobiții. De atunci și până în epoca noastră, conținutul principalului element „respirator” a crescut treptat și încet, oferind o varietate de dezvoltare a formelor de viață de pe planetă.
Cel puțin atmosferic, își datorează originea nu atât Soarelui, cât proceselor vieții. Există o discrepanță izbitoare între conținutul elementului nr. 7 din litosferă (0,01%) și din atmosferă (75,6% în masă sau 78,09% în volum). În general, trăim într-o atmosferă de azot moderat îmbogățită cu oxigen.
Între timp, nici pe alte planete ale sistemului solar, nici în compoziția cometelor sau a oricăror alte obiecte cosmice reci, nu a fost găsit liber. Există compușii și radicalii săi - CN*, NH*, NH*2, NH*3, dar nu există azot. Adevărat, aproximativ 2% din azot a fost înregistrat în atmosfera lui Venus, dar această cifră trebuie încă confirmată.
Se crede că nici în atmosfera primară a Pământului nu a existat nici un element 7. Unde este, deci, în aer? Aparent, atmosfera planetei noastre a constat inițial din substanțe volatile formate în interiorul pământului: H2, H2O, CO2, CH4, NH3. Liber dacă este ventilat ca produs al activității vulcanice, se transformă în amoniac. Condițiile pentru aceasta au fost cele mai potrivite: un exces de hidrogen, temperaturi ridicate - suprafața Pământului nu s-a răcit încă. Deci, ce înseamnă că azotul a fost prezent pentru prima dată în atmosferă sub formă de amoniac? Asa se pare. Să ne amintim acest fapt.
Dar apoi a apărut viața... Vladimir Ivanovici Vernadsky a susținut că „învelișul de gaz al pământului, aerul nostru, este creația vieții”. Viața a fost cea care a lansat mecanismul uimitor al fotosintezei. Unul dintre produsele finale ale acestui proces - free a început să se combine în mod activ cu amoniacul, eliberând azot molecular:
Fotosinteză
CO2 + 2H2O → HCO + NaO + O2;
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
Și azotul, după cum se știe, nu reacționează unul cu celălalt în condiții normale, ceea ce a permis aerului pământului să mențină „status quo-ul” al compoziției. Rețineți că o parte semnificativă a amoniacului ar fi putut fi dizolvată în apă în timpul formării hidrosferei.
În zilele noastre, principala sursă de N2 din atmosferă sunt gazele vulcanice.
Dacă rupeți tripla legătură...
După ce a distrus rezervele inepuizabile de azot activ legat, natura vie s-a confruntat cu problema modului de a lega azotul.După cum știm, s-a dovedit a fi foarte inert în stare liberă, moleculară. Motivul pentru aceasta este molecula sa triplă: N≡N.
De obicei, legăturile cu o astfel de multiplicitate sunt instabile. Amintiți-vă de exemplul clasic de acetilenă: HC≡ CH. Legătura triplă a moleculei sale este foarte fragilă, ceea ce explică activitatea chimică incredibilă a acestui gaz. Dar azotul are aici o anomalie clară: legătura sa triplă formează cea mai stabilă dintre toate moleculele diatomice cunoscute. Este nevoie de mult efort pentru a rupe această legătură. De exemplu, sinteza industrială a amoniacului necesită o presiune de peste 200 atm și o temperatură de peste 500 ° C, și chiar prezența obligatorie a catalizatorilor... Rezolvând problema fixării azotului, natura a trebuit să stabilească o producție continuă a compușilor de azot prin metoda furtunii.
Statisticile spun că peste trei miliarde de fulgere lovesc anual în atmosfera planetei noastre. Puterea descărcărilor individuale ajunge la 200 de milioane de kilowați, în timp ce aerul este încălzit (local, desigur) până la 20 de mii de grade. La o astfel de temperatură monstruoasă, moleculele de oxigen și azot se descompun în atomi care, reacționând cu ușurință între ele, formează oxid nitric fragil:
N2 + O2 → 2NO
Datorită răcirii rapide (descărcarea unui fulger durează o zece miimi de secundă), oxidul de azot nu se descompune și este oxidat liber de oxigenul aerului la un dioxid mai stabil.
2NO + O2 → 2NO2.
În prezența umidității atmosferice și a picăturilor de ploaie, dioxidul de azot este transformat în acid azotic:
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
Deci, căzut sub o ploaie proaspătă de furtună, avem ocazia să înotăm într-o soluție slabă de acid azotic. Pătrunzând în sol, atmosfera formează cu substanțele sale o varietate de îngrășăminte naturale.
Azotul este fixat în atmosferă și prin mijloace fotochimice: după ce a absorbit o cantitate de lumină, molecula de N2 intră într-o stare excitată, activată și devine capabilă să se combine cu oxigenul.
