Atmosphäre der Erde
Atmosphäre - eine gasförmige Hülle eines Himmelskörpers, die durch die Schwerkraft in ihrer Nähe gehalten wird.
Die Erdatmosphäre enthält Sauerstoffdie meisten lebenden Organismen für die Atmung und Kohlendioxid, das von Pflanzen und Cyanobakterien während der Photosynthese verbraucht wird. Die Atmosphäre ist auch die Schutzschicht des Planeten und schützt seine Bewohner vor ultravioletter Sonnenstrahlung und Meteoriten.
Alle massiven Körper – Gasriesen und die meisten terrestrischen Planeten im Sonnensystem, außer Merkur – haben eine Atmosphäre.
- Atmosphärengrenzen
Die Atmosphäre wird als die Umgebung angesehenErde, in der sich das gasförmige Medium mit der Erde als Ganzes dreht. Es gelangt allmählich in den interplanetaren Raum in der Exosphäre, beginnend in einer Höhe von 500–1000 km von der Erdoberfläche.
Gemäß der von der Internationale vorgeschlagenen DefinitionAviation Federation wird die Grenze zwischen Atmosphäre und Weltraum entlang der Karman-Linie gezogen, die sich in einer Höhe von 100 km befindet, oberhalb derer Flugflüge völlig unmöglich werden.
Die NASA verwendet die 122 km-Marke als Grenze der Atmosphäre, wo die Shuttles vom motorgetriebenen Manövrieren zum aerodynamischen Manövrieren wechselten.
- Komposition
Die Erdatmosphäre ist das Ergebnis von zweiProzesse: Verdunstung der Substanz kosmischer Körper, wenn sie auf die Erde fallen, und Freisetzung von Gasen bei Vulkanausbrüchen (Entgasung des Erdmantels). Mit der Freisetzung der Ozeane und der Entstehung der Biosphäre veränderte sich die Atmosphäre aufgrund des Gasaustauschs mit Wasser, Pflanzen, Tieren und deren Zersetzungsprodukten in Böden und Sümpfen.
Gegenwärtig besteht die Erdatmosphäre hauptsächlich aus Gasen und verschiedenen Verunreinigungen (Staub, Wassertropfen, Eiskristalle, Meersalze, Verbrennungsprodukte).
Die Geschichte der Entstehung der Atmosphäre
Nach der gängigsten TheorieDie Erdatmosphäre hatte im Laufe ihrer Geschichte drei verschiedene Zusammensetzungen. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Dies ist das sogenanntePrimäratmosphäre.
Im nächsten Schritt führte die aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserdampf). So ist es entstandenSekundäratmosphäre... Die Atmosphäre war erholsam. Ferner wurde der Prozess der Bildung der Atmosphäre durch die folgenden Faktoren bestimmt:
- Austritt von leichten Gasen (Wasserstoff und Helium) in den interplanetaren Raum;
- chemische Reaktionen in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren.
Allmählich führten diese Faktoren zur Bildungtertiäre Atmosphäre, gekennzeichnet durch einen viel niedrigeren Wasserstoffgehalt und einen viel höheren Stickstoff- und Kohlendioxidgehalt (gebildet durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen).
Sauerstoff in der Atmosphäre
Mit dem Auftauchen lebender Organismen auf der Erde begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch die Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, radikal zu verändern.
Ursprünglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen verwendet – Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, in den Ozeanen enthaltene Eisenformen usw.
Am Ende dieser Stufe wird der Sauerstoffgehalt inDie Atmosphäre begann zu wachsen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften. Da dies zu ernsthaften und abrupten Veränderungen in vielen Prozessen in der Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre führte, wurde dieses Ereignis als Sauerstoffkatastrophe bezeichnet.
Warum verschwindet Sauerstoff aus der Atmosphäre?
Es stellte sich heraus, dass während dieser Zeit von der Erdees gibt ein ziemlich stabiles Sauerstoffleck mit einer Rate von ungefähr 8,4 ppm pro Million Jahre. Insbesondere in den letzten 800.000 Jahren hat die Atmosphäre in der Atmosphäre etwa 0,7% weniger Sauerstoff erhalten.
Das Diagramm links zeigt, wie unterschiedlichErgebnisse der wissenschaftlichen Modellierung des atmosphärischen O2 / N2-Verhältnisses und des Partialdrucks. Das Diagramm rechts zeigt die Änderung des Partialdrucks basierend auf den Ergebnissen der Messung von Luftblasen in Eisbohrkernen über 800.000 Jahre.
Verringerung der Sauerstoffmenge in der Atmosphärepassiert ziemlich langsam. Es wird wahrscheinlich in den nächsten Millionen Jahren keine Gefahr für das menschliche Leben darstellen. Doch Informationen über die Natur solcher Zyklen sind für die Wissenschaft sehr wichtig.
Sie müssen wissen, unter welchem Einfluss welche FaktorenÄnderungen finden statt. Diese Informationen können unter anderem bei der Terraformierung des Mars verwendet werden, wenn Menschen beginnen, den Roten Planeten zu bevölkern. Wir werden wahrscheinlich die Sauerstoffmenge in der Marsatmosphäre erhöhen müssen.
Warum verschwindet Sauerstoff?
Wissenschaftler sind sich noch nicht einig, warum die Erdatmosphäre langsam Sauerstoff verliert. Es gibt zwei Hypothesen.
- Die Erosionsrate nimmt zu, wodurch mehr Gestein aus dem Boden entfernt wird, das oxidiert und mehr Sauerstoff bindet.
- Klimaveränderung.Die Temperaturen sind in den letzten Millionen Jahren trotz starker Anstiege in den letzten Jahrzehnten leicht gesunken. Aufgrund des Temperaturabfalls konnte eine Kette ökologischer Reaktionen ausgelöst werden, wodurch sich mehr Sauerstoff in den Ozeanen aufzulösen und zu binden begann.
Wird der Sauerstoff vollständig verschwinden?
Ja, zumindest ist dies die Schlussfolgerung eines japanischen Wissenschaftlers der Toho-Universität Kazumi Ozaki und seines amerikanischen Kollegen Christopher Reinhard vom Georgia Institute of Technology.
Experten haben die Entwicklung der Atmosphäre modelliertunser Planet unter Berücksichtigung geologischer, biologischer und klimatischer Faktoren. Infolgedessen fanden sie heraus, dass die Erdatmosphäre etwa eine Milliarde Jahre lang relativ stabil bleiben wird und sich danach in einigen tausend Jahren praktisch sauerstofffrei entwickeln wird.
Laut Wissenschaftlern wird die Ursache der Katastrophe seinbestehen in der erhöhten Aktivität der Sonne, wodurch der Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre abnimmt. Wenn dieser Indikator einen kritischen Punkt erreicht, wird der Prozess der Photosynthese auf dem Planeten unterbrochen und der Sauerstoff gelangt nicht mehr in die Atmosphäre.
Die Biosphäre wird keine Zeit haben, sich an solch bedeutende Umweltveränderungen anzupassen. Die Welt der primitiven anaeroben Mikroben, die heute im Schatten lauert, wird sich wieder durchsetzen.
Fazit der Autoren der Arbeit
Wie wird die Erde ohne Sauerstoff sein?
Dieser Zustand bestand auf unserem Planeten bereits vor der Sauerstoffkatastrophe.
Die genaue Zusammensetzung der Primäratmosphäre der Erde aufHeute ist nicht bekannt, aber in der Regel glauben Wissenschaftler, dass es durch Entgasung des Mantels entstanden ist und regenerativer Natur war. Es basierte auf Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Methan. Dies wird belegt durch:
- nicht oxidierte Ablagerungen, die sich deutlich auf der Oberfläche gebildet haben (z. B. Flusskiesel aus Pyrit, die nicht gegen Sauerstoff resistent sind);
- Mangel an bekannten signifikanten Quellen für Sauerstoff und andere Oxidationsmittel;
- Untersuchung möglicher Quellen der Primäratmosphäre (vulkanische Gase, Zusammensetzung anderer Himmelskörper).
Da die überwiegende Mehrheit der OrganismenAls die Zeit anaerob war und bei signifikanten Sauerstoffkonzentrationen nicht existieren konnte, kam es zu einem globalen Wandel der Gemeinschaften: anaerobe Gemeinschaften wurden durch aerobe ersetzt, die zuvor nur auf „Sauerstofftaschen“ beschränkt waren. Anaerobe Gemeinschaften hingegen wurden in „anaerobe Taschen“ gedrängt (im übertragenen Sinne „die Biosphäre auf den Kopf gestellt“).
In Zukunft ist das Vorhandensein von molekularem Sauerstoff inDie Atmosphäre führte zur Bildung eines Ozonsiebs, der die Grenzen der Biosphäre erheblich erweiterte, und zur Ausbreitung einer energetisch günstigeren (im Vergleich zur anaeroben) Sauerstoffatmung.
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