атмосфера Землі
атмосфера - газова шар небесного тіла, утримувана у нього гравітацією.
Атмосфера Землі містить кисень, який використовуєтьсябільшістю живих організмів для дихання, і діоксид вуглецю, споживаний рослинами і ціанобактеріями в процесі фотосинтезу. Атмосфера також є захисним шаром планети, захищаючи її мешканців від сонячного ультрафіолетового випромінювання і метеоритів.
Атмосфера є у всіх масивних тіл - газових гігантів і більшості планет земного типу в Сонячній системі, крім Меркурія.
- межі атмосфери
Атмосферою прийнято вважати ту область навколоЗемлі, в якій газове середовище обертається разом з Землею як єдине ціле. Вона переходить в міжпланетний простір поступово, в екзосфері, що починається на висоті 500-1000 км від поверхні Землі.
За визначенням, запропонованим Міжнародноюавіаційною федерацією, кордон атмосфери та космосу проводиться по лінії Кишені, розташованої на висоті 100 км, вище за яку авіаційні польоти стають повністю неможливими.
NASA використовує в якості кордону атмосфери позначку в 122 км (400 000 футів), де «шатли» переключалися з маневрування за допомогою двигунів на аеродинамічний маневрування.
- склад
Атмосфера Землі виникла в результаті двохпроцесів: випаровування речовини космічних тіл при їх падінні на Землю і виділення газів при вулканічних виверженнях (дегазація земної мантії). З виділенням океанів і появою біосфери атмосфера змінювалася за рахунок газообміну з водою, рослинами, тваринами і продуктами їх розкладання в ґрунтах і болотах.
В даний час атмосфера Землі складається в основному з газів і різних домішок (пил, краплі води, кристали льоду, морські солі, продукти горіння).
Історія утворення атмосфери
Згідно з найбільш поширеною теорією,атмосфера Землі протягом історії останньої перебула у трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню та гелію), захоплених із міжпланетного простору. Це так званапервинна атмосфера.
На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери та іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяною парою). Так утвориласявторинна атмосфера. Ця атмосфера була відновної. Далі процес утворення атмосфери визначався наступними факторами:
- витік легких газів (водню і гелію) в міжпланетний простір;
- хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів і деяких інших чинників.
Поступово ці фактори призвели до утвореннятретинної атмосфери, Яка характеризується набагато меншим вмістом водню і набагато більшим - азоту і вуглекислого газу (утворені в результаті хімічних реакцій з аміаку і вуглеводнів).
Кисень в атмосфері
Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, внаслідок фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню та поглинанням вуглекислого газу.
Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених сполук - аміаку, вуглеводнів, закисної форми заліза, що містилася в океанах та іншому.
Після закінчення даного етапу вміст кисню ватмосфері стало рости. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що володіє окислювальними властивостями. Оскільки це викликало серйозні і різкі зміни багатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері і біосфері, це подія отримала назву Киснева катастрофа.
Чому кисень зникає з атмосфери?
Виявилося, що протягом цього часу з Землівідбувається досить стабільна витік кисню зі швидкістю приблизно 8,4 проміле за мільйон років. Зокрема за останні 800 тис. Років в атмосфері стало приблизно на 0,7% менше кисню.
На діаграмі зліва показано, як відрізняютьсярезультати наукового моделювання співвідношення O2 / N2 в атмосфері і парціального тиску. На діаграмі праворуч - зміна парціального тиску за результатами вимірювання повітряних бульбашок в крижаних кернах за 800 тис. Років
Зменшення кількості кисню в атмосферівідбувається досить повільно. Ймовірно, у найближчі мільйони років воно не загрожує людському життю. Але інформація про природу таких циклів є дуже важливою для науки.
Потрібно знати, під впливом яких чинниківвідбуваються зміни. Цю інформацію можна використовувати в тому числі при тераформуванні Марса, коли люди почнуть заселення Червоної планети. Ймовірно, нам доведеться підвищувати кількість кисню в марсіанській атмосфері.
Чому кисень зникає?
Вчені ще не прийшли до єдиної думки, чому атмосфера Землі повільно втрачає кисень. Є дві гіпотези.
- Збільшення швидкості ерозії, внаслідок якої з ґрунту витягується більше гірських порід, які окислюються та пов'язують більше кисню.
- Зміна клімату.За останні кілька мільйонів років температура трохи знизилася, незважаючи на різке зростання в останні десятиліття. Через зниження температури могла ініціюватися ланцюжок екологічних реакцій, в результаті якої більше кисню стало розчинятися і зв'язуватися в Світовому океані.
Кисень зникне повністю?
Так, принаймні до такого висновку прийшли японський вчений з Університету Тохо Казуми Озакі і його американський колега Крістофер Рейнхард з Технологічного інституту Джорджії.
Фахівці змоделювали еволюцію атмосферинашої планети з урахуванням геологічних, біологічних і кліматичних факторів. В результаті вони з'ясували, що земна атмосфера залишиться відносно стабільною ще близько мільярда років, а після цього за кілька тисяч років вона перетвориться в практично безкисневому.
На думку вчених, причина катастрофи будеполягати в збільшеної активності Сонця, через яку в атмосфері знизиться вміст вуглекислого газу. Коли цей показник дійде до критичної точки, на планеті порушиться процес фотосинтезу, і кисень перестане надходити в атмосферу.
Біосфера не встигне адаптуватися до таких значних змін середовища. Світ примітивних анаеробних бактерій, який сьогодні ховається в тіні, знову візьме верх.
Висновок авторів роботи
Як Земля буде без кисню?
Такий стан вже був із нашою планетою до кисневої катастрофи.
Точний склад первинної атмосфери Землі насьогоднішній день невідомий, однак, як правило, вчені вважають, що вона сформувалася в результаті дегазації мантії і носила відновлювальний характер. Основу її становили вуглекислий газ, сірководень, аміак, метан. На користь цього свідчать:
- неокислені відкладення, що утворилися явно на поверхні (наприклад, річкова галька з нестійкого до кисню піриту);
- відсутність відомих значущих джерел кисню та інших окислювачів;
- вивчення потенційних джерел первинної атмосфери (вулканічні гази, склад інших небесних тіл).
Оскільки переважна частина організмів тогочасу була анаеробною, нездатною існувати при значних концентраціях кисню, відбулася глобальна зміна угруповань: анаеробні спільноти змінилися аеробними, обмеженими раніше лише «кисневими кишенями». Анаеробні ж спільноти, навпаки, виявилися відтіснені в «анаеробні кишені» (образно кажучи, «біосфера вивернулася навиворіт»).
Надалі наявність молекулярного кисню ватмосфері привело до формування озонового екрану, значно розширив кордони біосфери, і до поширення більш енергетично вигідного (в порівнянні з анаеробним) кисневого дихання.
Читати далі
Уран отримав статус самої дивної планети в Сонячній системі. Чому?
Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять