Кислород в атмосфере земли составляет ее объема. Строение атмосферы и характеристика отдельных оболочек

Атмосфера Земли медленно теряет кислород

• Научно-популярное ,
• Экология

Тропосфера - нижний очень тонкий слой атмосферы высотой 8-18 км, в котором сосредоточено 80% массы атмосферы Земли

Важность атмосферного O 2 для биологических и геохимических процессов на Земле чрезвычайно высока. Поэтому учёные давно изучают, как изменялось содержание кислорода в истории нашей планеты. Это можно понять из расчёта парциального давления O 2 и N 2 в общем атмосферном давлении.

Несмотря на долгую историю вопроса, у специалистов до сих пор нет единого мнения об изменении атмосферного давления на протяжении последних 500 млн лет. Расчёты отличаются до 0,2 атм (см. диаграмму внизу). Даже за последние несколько миллионов лет нет ясной картины, как именно менялось атмосферное давление, парциальное давление и, следовательно, концентрация O 2 .

Вопрос непростой, ведь кислород из атмосферы постоянно потребляют животные, растения и даже камни. Группа учёных из Принстонского университета прояснила этот вопрос, изучив концентрацию воздушных пузырьков в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды .

Ледяной керн с глубины 1837 м с видимыми годовыми слоями

На сегодняшний день ледяные керны - самый надёжный и точный источник данных об атмосферном давлении. Максимальный возраст льда в кернах - 800 тыс. лет, поэтому исследования ограничены этим временным интервалом.

Добыча ледяных кернов на научной станции «Восток» в Антарктиде

Оказалось, что в течение этого времени с Земли происходит довольно стабильная утечка кислорода со скоростью примерно 8,4 промилле за миллион лет. В частности, за последние 800 000 лет в атмосфере стало примерно на 0,7% меньше кислорода.

На диаграмме слева показано, как отличаются результаты научного моделирования соотношения O 2 /N 2 в атмосфере и парциального давления. На диаграмме справа - изменение парциального давления по результатам измерения воздушных пузырьков в ледяных кернах за 800 тыс. лет

«Мы проделали эти измерения больше из интереса, чем для подтверждения теории, - один из авторов научной работы Дэниель Столпер (Daniel Stolper). - Мы не знали, что получится: будет кислород увеличиваться с годами, уменьшаться или оставаться на постоянном уровне».

Уменьшение количества кислорода в атмосфере происходит довольно медленно. Вероятно, в ближайшие миллионы лет оно не угрожает человеческой жизни. Но информация о природе таких циклов очень важна для науки. Нам нужно знать, под влиянием каких факторов происходят изменения. Эту информацию можно использовать, в том числе, при терраформировании Марса, когда люди начнут заселение Красной планеты. Вероятно, нам придётся повышать количество кислорода в марсианской атмосфере.

На Земле тоже не было кислорода в первые пару миллиардов лет. Согласно наиболее вероятной теории, примерно 2,4 млрд лет назад уровень кислорода резко подскочил благодаря активности цианобактерий , известных также как сине-зелёные водоросли. Этот период резкого изменения состава атмосферы с последующей перестройкой биосферы и глобальным гуронским оледенением в истории Земли известен как кислородная катастрофа .

Сине-зелёные водоросли - причина, по которой 2,4 млрд лет назад на Земле появился кислород в большом количестве и возникла более продвинутая жизнь

Такую же кислородную катастрофу можно устроить на Марсе.

Учёные ещё не пришли к единому мнению, почему атмосфера Земли медленно теряет кислород. Есть две гипотезы . Одна из них - это происходит из-за увеличения скорости эрозии, в результате которой из почвы извлекается больше горных пород, которые окисляются и связывают больше кислорода. Другая теория связана с изменением климата: за последние несколько миллионов лет температура немного снизилась, несмотря на резкий рост в последние десятилетия. Из-за снижения температуры могла инициироваться цепочка экологических реакций, в результате которой больше кислорода стало растворяться и связываться в Мировом океане.

Пока что всё это лишь гипотезы, которые следует проверить.

В данный момент атмосфера Земли содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,039% углекислого газа и небольшие примеси других газов. В ней также постоянно изменяется концентрация водяного пара, который считается одним из основных парниковых газов. На уровне океана концентрация H 2 O в атмосфере составляет около 1%, а в среднем - около 0,4%. Общая масса атмосферы - 5,5×10 18 кг, то есть 5,5 зеттаграммов или 5,5 петатонн.

Накопление кислорода в атмосфере Земли . Зелёный график - нижняя оценка уровня кислорода, красный - верхняя оценка. 1. 3,85-2,45 млрд лет назад. 2. 2,45-1,85 млрд лет назад: начало производства кислорода и поглощение его океаном и породами морского дна. 3. 1,85-0,85 млрд лет назад: окисление горных пород на суше. 4. 0,85-0,54 млрд лет назад: все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере. 5. 0,54 млрд лет назад - настоящее время

Утечка кислорода из земной атмосферы происходит медленно. Но учёные подчёркивают, что в их исследовании нет данных по изменению уровня кислорода за последние 200 лет, после начала Индустриальной революции, когда люди начали активно окислять углеводороды из земных недр, получая энергию от этой химической реакции и связывая большое количество кислорода из атмосферы. «Мы потребляем кислород в тысячу раз активнее, чем раньше, - говорит Дэниель Столпер. - Человечество полностью замкнуло [кислородный] цикл, сжигая тысячи тонн углерода… Это ещё одно свидетельство, что совместными усилиями люди способны значительно ускорить естественные процессы на Земле».

Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.

Химический состав атмосферы Земли

Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.

Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент (1%) приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода, входящих в этот один процент.

Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).

В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа значительно возросло! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.

Формирование погоды и климата

Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.

Рассмотрим факторы по порядку.

1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово "климат" в переводе с древнегреческого означает "наклон". Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона. И температура понижается.

2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам. Самые маленькие (десятки и сотни метров) - это местные ветра. Далее следуют муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны, планетарные фронтальные зоны.

Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.

3. Атмосферное давление - еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.

Всего выделено 7 зон. Экватор - зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт - область высокого давления. От 30° до 60° - опять низкое давление. А от 60° до полюсов - зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов - ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой.

Ученые доказали, что от атмосферного давления зависит даже самочувствие человека. По международным стандартам нормальное атмосферное давление - 760 мм рт. столба при температуре 0°C. Этот показатель рассчитан на те участки суши, которые находятся практически вровень с уровнем моря. С высотой давление понижается. Поэтому, например, для Санкт-Петербурга 760 мм рт.ст. - это норма. А вот для Москвы, которая расположена выше, нормальное давление - 748 мм рт.ст.

Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов.

Строение атмосферы

Атмосфера напоминает слоеный пирог. И каждый слой имеет свои особенности.

. Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.

Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.

. Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.

. Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.

. Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.

. Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.

В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.

. Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.

. Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.

. Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.

Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.

Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.

. Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".

Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе "Золотой теленок" сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.

Причина кислорода в атмосфере Земли и причина вулканизма на Земле – одна. Это собственное тепло планеты, генерируемое каждым атомом, в процессе метаболизма.

Причина вулканизма на Земле

Причина вулканизма на Земле – тепло, генерируемое всей массой планеты в процессе метаболизма. То есть, причина такая же, как и для Ио.

Моя оценка: Энергия Земли 0,2*10^15 Дж/сек (в соответствии с теорией).

Теплопроводность литосферных плит и океанического дна мала, чтобы отвести эту энергию. Поэтому, тепло отводится через вулканизм. Из 10 000 вулканов, зарегистрированных на Земле, большая часть подводные. Они нагревают океан. Меньшая часть надводные. Они нагревают атмосферу.

Разрушение воды

Вода океанов, контактирует с огромным количеством расплавленной магмы, извергаемой подводными вулканами. И от этого контакта разрушается на кислород и водород. Оба газа всплывают на поверхность. Лёгкий водород поднимается в верхние слои атмосферы и там соединяется с озоном, образуя воду. Вода конденсируется и видна как перистые облака на высоте 30 км (на фото). Осадками, вода опять выпадает на землю. А в атмосфере образуются «озоновые дыры». Часть водорода сдувается солнечным ветром и уносится в космос. Кислород тяжёлый, поэтому концентрируется у поверхности Земли. Именно этим кислородом мы все дышим!!!

Осознал это, посмотрев документальный фильм: «Водородная "бомба" под ногами и под нефтяной экономикой».

Причина кислорода в атмосфере Земли

Концентрация кислорода в атмосфере Земли обусловлена подводной вулканической активностью. А вулканическая активность обусловлена собственным теплом планеты, генерируемым в процессе метаболизма!!! Вот почему концентрация кислорода стабильна.

Растения, в процессе фотосинтеза тоже выделяют кислород. И тоже, путём разрушения молекул воды. СО2 и Н2 соединяются в углеводород, а молекула кислорода поступает в воздух.

Почему считаю, что не растения отвечают за наблюдаемую концентрацию кислорода в атмосфере Земли? Об этом, чуть ниже.

Процент кислорода в атмосфере, раньше

Ископаемые древние растения и животные имели очень крупные размеры. Размеры, которые нельзя достичь при современной концентрации кислорода в атмосфере. Кислорода было больше. И это логично вытекает из идеи разрушения «Древней планеты». Сразу по её разрушении, обнажились очень большие площади магмы, из-за сокращения размеров литосферной плиты. Вода океана охладила магму. Но разрушение воды было очень масштабным. В атмосферу поступало намного больше кислорода из океана. Да и сам океан был сильно пропитан кислородом, что способствовало росту морских животных до больших размеров. По мере охлаждения дна, сформировались новые донные плиты, ставшие теплоизолятором. И после этого, избыточное тепло стало прорываться на поверхность посредством вулканизма, на стыках тектонических плит.

Темпы разрушения Земного океана

Можно оценить время полного разрушения океанов Земли.

Потеря водорода происходит по причине сдувания его солнечным ветром, в космос. Темп выдувания водорода 10% от того, что находится в атмосфере –250 000 000 тонн/год. При таких темпах потери водорода, Земле грозит обезвоживание (по моей гипотезе, его происхождения из воды). Темп разрушения воды – 2,25 км3/год. На полное разрушение всех океанов Земли надо 645 миллионов лет.

Примечание.

1. Темп выдувания водорода 250 000 тонн/год. Информация из фильма: «Водородная "бомба" под ногами и под нефтяной экономикой» таблица на 7 минут 30 секунд.

2. Темп выдувания водорода 10% от того, что находится в атмосфере. Этот же фильм, озвучка на 45 минуте.

Предполагаю, что в таблице забыли нарисовать три ноля. Художник, делавший таблицу, забыл. Докладчик сказал верное число в форме пропорции.

Судьба Венеры

Что касается второго крупного обломка «Древней планеты» - Венеры. Ей досталось меньше воды океана и очень мало материковых плит (всего две = 10% её площади). Воды не хватило для того, чтобы остудить обнажённую магму. В результате, разложение воды привело к образованию огромного количества кислорода и водорода.

Поднимаясь вверх, часть водорода опять соединялась с кислородом и выпадала остывшими осадками. Но водород выдувался из атмосферы солнечным ветром очень интенсивно, так как планета оказалась ближе к Солнцу, чем Земля и её магнитное поле оказалось слабым.

Атмосфера Венеры стала очень кислородной. Кислород соединился с углеродом образовав СО2, из которой сейчас и состоит 96,5% атмосферы Венеры.

Собственное тепло, генерируемое материей Венеры - 0,117*10^15 Дж/сек (расчётная, по теории). Для того, чтобы отвести всё тепло, генерируемое материей Венеры и получаемое от Солнца, достаточно температуры поверхности -20С°.

Но Венере досталась более плотная, чем Земле, атмосфера из азота, что создало более выраженный парниковый эффект.

Объём доставшейся Венере азотной атмосферы легко посчитать. То, что есть сейчас, составляет 1,88*10^19 кг. Что в 4,9 раза больше, чем азота в земной атмосфере. Плюс тот азот, что превратился в углерод, за счёт солнечной радиации и, соединившись с кислородом, стал углекислым газом - 1,42*10^20 кг. Что в 36,85 раз больше, чем азота в земной атмосфере. Всего, в атмосфере Венеры, азота было в 41,75 раз больше, чем сейчас на Земле 1,61*10^20 кг.

Водород, от разрушенной воды, интенсивно выдувался в космос. Очень мощная атмосфера из СО2, закрыла планету от излучения тепла, как одеяло. Планета у поверхности очень горячая (464С°). Вода исчезла.

При таких же темпах потери водорода, как на Земле, Венера полностью потеряла бы океан за 189 миллионов лет!!! Но, темпы потери водорода на Венере были намного больше. Она потеряла свой океан меньше, чем за 4 000 000 лет.

Чуть меньше океанов (1/3 от земных), плотнее атмосфера из азота (в 42 раза больше земной), чуть меньше континентальных плит (в 3 раза меньше земных), чуть ближе к Солнцу (больше солнечный ветер), слабое магнитное поле – и совсем другая судьба!!!

Судьба Земли

Землю ожидает судьба Венеры!!!

Не в бесконечном будущем, а менее чем через 645 миллионов лет.

Эволюция

Вся история генетических форм жизни, как на Земле, так и на Древней планете, обусловлена водой.

Жизнь появилась не раньше воды.

Вулканизм обусловлен метаболизмом материи планеты, поэтому был всегда.

Если была вода и был вулканизм, значит, был кислород в атмосфере.

Если кислород в атмосфере был от самого зарождения условий для жизни, значит наше представление об эволюции генетических форм жизни – неверно!!! Мы неправильно представляем себе ход истории.

Проблема1: Темпы накопления кислорода.

Если принять темп разрушения воды 2,25 км3/год, то для заполнения атмосферы кислородом, в наблюдаемом сейчас объёме, понадобится 585 000 лет. С нуля.

Чтобы объяснить 4000 000 лет существования Земли, надо найти, куда девается кислород, чтобы сохранялась пропорция.

Или предположить, что темп выветривания водорода в космос был завышен в 4000 000 / 585 000 = 6,8 раза.
- Или предположить, что кислород связывается углеродом в углекислый газ, а затем планктоном, в карбонат кальция, который оседает мелом на дне мирового океана.
- Можно предположить, что некоторая часть водорода образуется из недр Земли, как и утверждается теорией Ларина Владимира Николаевича. Этот водород соединяется в атмосфере с кислородом и возвращается в состояние воды. Этим путём, количество воды на Земле прирастает на 2,25 км3/год взамен разрушенной. Количество воды и количество кислорода остаётся постоянным.

Проблема 2: Откуда берётся кислород?

Если предположить, что моя гипотеза образования кислорода из воды не верна, а весь водород, теряемый «выдуванием» приходит из недр и соединяется с кислородом в атмосфере, то темпы исчезновения кислорода в атмосфере должны быть такими, что за 585 000 лет, он полностью исчезнет. Раз кислород исчезает, надо искать причину его восстановления.

Фотосинтез разрушает воду, связывает водород и углекислый газ в углеводород и создаёт свободный кислород. То есть является источником кислорода. Но, для фотосинтеза нужен углекислый газ. Значит надо искать такой же масштабный источник углекислого газа. Превращение азота в углерод, даёт источник углекислого газа, но ведёт к убыли азота в атмосфере, что в итоге должно привести к истощению атмосферы Земли. Ещё проблема – объём синтезированных растениями углеводов. Они не должны разрушаться. Иначе при окислении, углеводы опять станут водой и углекислым газом. Этот углекислый газ надо куда-то утилизировать, чтобы объяснить его малую концентрацию в атмосфере. Таким источником утилизации является океанический планктон. Он связывает углекислый газ в карбонат кальция, и надолго выводит из круговорота веществ.

Истина где-то посередине.

Водород поднимается из недр. Часть водорода восстанавливает кислород из соединений и связывается в углеводород, образуя нефтепродукты. Освобождённый кислород выходит на поверхность вместе со свободным водородом, вулканической активностью. В атмосфере, кислород и водород соединяются в воду, служа её первоисточником. Такова природа появления воды на Древней планете.

Если водород, является причиной освобождения кислорода из соединений, то нефти должно быть столько, чтобы объяснить всю массу кислорода в атмосфере, то есть – порядка 1 000 000 км3.

Так же верно и то, что вода мирового океана, контактируя с раскалёнными недрами в зоне подводных вулканов, разрушается на кислород и водород. И именно этот кислород, разрушенной вулканами, воды, и является причиной свободного кислорода воздуха. Этот кислород связывается с углеродом, образовавшимся из азота в верхних слоях атмосферы, появляется углекислый газ. Углекислый газ согревает планету, как одеяло. Углекислый газ связывается морским планктоном с кальцием, образуя карбонат кальция (мел). Растения связывают углекислый газ с молекулой водорода, полученной расщеплением воды, синтезируя углеводы. Растения, как и планктон, очищают атмосферу Земли от углекислого газа, не позволяя перегреться, как это произошло на Венере.

Тепловой баланс планеты.

Чем больше углекислого газа, тем теплее планета. Тем интенсивнее растения разрушают воду, связывая СО2. Атмосфера обогащается кислородом, что приводит к ускорению синтеза нового углекислого газа. Повышение тепла мирового океана активизирует деятельность планктона, который связывает углекислый газ в мел и выводит из круговорота веществ. Планета остывает, освободившись от углекислого газа. Планете не даёт перегреться – планктон (Видеоцитата 2 м14 сек) !

Как долго это будет длиться?

Пока не «выгорит» весь азот из атмосферы, превратившись в мел.

Аналогично, если планете 6 миллионов лет, то азота в атмосфере Земли было в два раза больше. Земная атмосфера была в два раза плотнее, всего 6 миллионов лет назад!!!

Таблица: Количество воды и атмосферы из азота, сразу после разрушения ДПл.

По мере истощения азота атмосфера становится легче. Давление у поверхности будет ослабевать. Давление будет частично компенсироваться ростом объёма кислорода.

Наступит момент, когда источник углерода (азот) для углекислого газа закончится. Кислород нечем будет связывать. Процентное содержание кислорода в атмосфере значительно возрастёт. Что хорошо для дыхания животных. Животные будут процветать, некоторое время. Затем начнутся пожары из-за чрезмерной, пожароопасной концентрации кислорода. В атмосферу частично высвободится скопленный растениями углекислый газ. Этот газ свяжется планктоном в мел и выйдет из круговорота. Начнётся СО2 голод для растений. Из-за чего их биомасса сократится. За ней сократится биомасса животных. Это произойдёт раньше, чем через 6 миллионов лет. Сложно сказать, насколько, но ясно, что раньше. Океан будет существовать ещё 639 миллионов лет, но без жизни в нём.

Итоги

На полное разрушение океанов надо 645 миллионов лет.
На полное разрушение суши, эрозией, надо 15 миллионов лет.
На полное истощение азота в атмосфере, надо 6 миллионов лет.
Все расчёты показывают одно, жизнь на планете Земля – не вечна.
Условия для существования генетической жизни – уникальны и скоротечны.

Атмосфера (от. греч. ατμός - «пар» и σφαῖρα - «сфера») - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Атмосфера - газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Атмосфера есть у всех массивных тел - планет земного типа, газовых гигантов.

Состав атмосферы

Атмосфера - это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.

Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО 2 примерно на 10-12 %.Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Начальный состав атмосферы планеты обычно зависит от химических и температурных свойств солнца в период формирования планет и последующего выхода внешних газов. Затем состав газовой оболочки эволюционирует под действием различных факторов.

Атмосфера Венеры и Марса в основном состоят из двуокиси углерода с небольшими добавлениями азота, аргона, кислорода и других газов. Земная атмосфера в большой степени является продуктом живущих в ней организмов. Низкотемпературные газовые гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - могут удерживать в основном газы с низкой молекулярной массой - водород и гелий. Высокотемпературные газовые гиганты, такие как Осирис или 51 Пегаса b, наоборот, не могут её удержать и молекулы их атмосферы рассеиваются в пространстве. Этот процесс протекает медленно, постоянно.

Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород , в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода - окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

Структура атмосферы

Структура атмосферы складывается из двух частей: внутренней- тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, или ионосферы, и внешней - магнитосферы (экзосферы).

1)Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено 3\4 т.е. ~ 80% всей земной атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности и океана, поэтому толщина тропосферы на экваторе составляет 16 – 18 км, в умеренных широтах 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. Температура воздуха в тропосфере на высоте понижается на 0,6ºС на каждые 100м и колеблется от +40 до - 50ºС.

2)Стратосфера находится выше тропосферы и имеет высоту до 50км от поверхности планеты. Температура на высоте до 30км постоянная -50ºС. Затем она начинает повышаться и на высоте 50 км достигает +10ºС.

Верхней границей биосферы являются озоновый экран.

Озоновый экран – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющей максимальную плотность озона на высоте 20-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7 - 8 км, у экватора в 17-18км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. Если спрессовать все молекулы озона, то получится слой ~ 3мм вокруг планеты.

3)Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80км. Главная её особенность – резкое понижение температуры -90ºС у её верхней границы. Здесь фиксируется серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.

4)Ионосфера (термосфера)- располагается до высоты 800 км и для неё характерно значительное повышение температуры:

150км температура +240ºС,

200км температура +500ºС,

600км температура +1500ºС.

Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний.

Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на планете.

5)Экзосфера – располагается выше 800км и простирается до 3000км. Здесь температура >2000ºС. Скорость движения газов приближается к критической ~ 11,2 км/сек. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли светящуюся корону, простирающуюся до высоты 20000км.

Функций атмосферы

1) Терморегулирующая – погода и климат на Земле зависит от распределения тепла, давления.

2) Жизнеобеспечивающая.

3) В тропосфере происходит глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс определяющий круговорот воды, теплообмен.

4) Практически все поверхности геологические процессы обусловлены взаимодействием атмосферы, литосферы и гидросферы.

5) Защитная – атмосфера защищает землю от космоса, солнечной радиации и метеоритной пыли.

Функции атмосферы . Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Человек ежедневно потребляет 12-15 кг. воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде. Кроме того, атмосфера надежно оберегает человека от опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты, космические излучения. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха - пять минут. Нормальная жизнедеятельность людей требует не только воздуха, но и определенной его чистоты. От качества воздуха воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв. Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы земли, способствует перераспределению тепла на земном шаре. Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Если бы наша планета не была бы окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200 С. Атмосфера спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Велико значение атмосферы в распределении света. Ее воздух разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает равномерное освещение. Атмосфера служит проводником звуков.

Газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля, известная как атмосфера, состоит из пяти основных слоев. Эти слои берут начало на поверхности планеты, от уровня моря (иногда ниже) и поднимаются до космического пространства в следующей последовательности:

• Тропосфера;
• Стратосфера;
• Мезосфера;
• Термосфера;
• Экзосфера.

Схема основных слоев атмосферы Земли

В промежутке между каждым из этих основных пяти слоев находятся переходные зоны, называемые «паузами», где происходят изменения температуры, состава и плотности воздуха. Вместе с паузами, атмосфера Земли в общей сложности включает 9 слоев.

Тропосфера: где происходит погода

Из всех слоев атмосферы тропосфера является тем, с которым мы больше всего знакомы (осознаете ли вы это или нет), так как мы живем на ее дне - поверхности планеты. Она окутывает поверхность Земли и простирается вверх на несколько километров. Слово тропосфера означает «изменение шара». Очень подходящее название, так как этот слой, где происходит наша повседневная погода.

Начиная с поверхности планеты, тропосфера поднимается на высоту от 6 до 20 км. Нижняя треть слоя, ближайшая к нам, содержит 50% всех атмосферных газов. Это единственная часть всего состава атмосферы, которая дышит. Благодаря тому, что воздух нагревается снизу земной поверхностью, поглощающей тепловую энергию Солнца, с увеличением высоты температура и давление тропосферы понижаются.

На вершине находится тонкий слой, называемый тропопаузой, который является всего лишь буфером между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера: дом озона

Стратосфера - следующий слой атмосферы. Он простирается от 6-20 км до 50 км над земной поверхностью Земли. Это слой, в котором летают большинство коммерческих авиалайнеров и путешествуют воздушные шары.

Здесь воздух не течет вверх и вниз, а движется параллельно поверхности в очень быстрых воздушных потоках. По мере того, как вы поднимаетесь, температура увеличивается, благодаря обилию природного озона (O 3) - побочного продукта солнечной радиации и кислорода, который обладает способностью поглощать вредные ультрафиолетовые лучи солнца (любое повышение температуры с высотой в метеорологии, известно как "инверсия").

Поскольку стратосфера имеет более теплые температуры внизу и более прохладные наверху, конвекция (вертикальные перемещения воздушных масс) встречается редко в этой части атмосферы. Фактически, вы можете рассматривать из стратосферы бушующую в тропосфере бурю, поскольку слой действует как «колпачок» для конвекции, через который не проникают штормовые облака.

После стратосферы снова следует буферный слой, на этот раз называемый стратопаузой.

Мезосфера: средняя атмосфера

Мезосфера находится примерно на расстоянии 50-80 км от поверхности Земли. Верхняя область мезосферы является самым холодным естественным местом на Земле, где температура может опускаться ниже -143° C.

Термосфера: верхняя атмосфера

После мезосферы и мезопаузы следует термосфера, расположенная между 80 и 700 км над поверхностью планеты, и содержит менее 0,01% всего воздуха в атмосферной оболочке. Температуры здесь достигают до +2000° C, но из-за сильной разреженности воздуха и нехватки молекул газа для переноса тепла, эти высокие температуры воспринимаются, как очень холодные.

Экзосфера: граница атмосферы и космоса

На высоте около 700-10000 км над земной поверхностью находится экзосфера - внешний край атмосферы, граничащий с космосом. Здесь метеорологические спутники вращаются вокруг Земли.

Как насчет ионосферы?

Ионосфера не является отдельным слоем, а на самом деле этот термин используется для обозначения атмосферы на высоте от 60 до 1000 км. Она включает в себя самые верхние части мезосферы, всю термосферу и часть экзосферы. Ионосфера получила свое название, потому что в этой части атмосферы излучение Солнца ионизируется, когда проходит магнитные поля Земли на и . Это явления наблюдается с земли как северное сияние.