Газова оболонка Землі
Введення
Становлення Землі як планети супроводжувалося формуваннямїї зонального будови і общепланетарной диференціацією хімічних елементів.Прийнято вважати, що першим результатом диференціації було утворенняважкого ядра і силікатної мантії. Результати ізотопного аналізу дають підставуприпускати, що виникнення зовнішніх фазових оболонок - твердої, рідкої ігазової - також відбулося на ранньому етапі розвитку планети.
Відокремлення зовнішніх оболонок не означає, що одночаснобув утворений їх стабільний хімічний склад. З моменту відокремлення почаласяеволюція їх складу, в якій визначну роль зіграло живу речовину. Найбільшсильно вплив біогеохімічних процесів позначилося на складі атмосфери.
1.Биогеохимическая еволюція складу атмосфери і життєдіяльності організмів у масообмінних газів
Історія формування атмосфери служить яскравим прикладомвпливу живої речовини на навколишнє середовище. Факти, отримані в останніроки, свідчать, що склад сучасної газової оболонки Землі єпідсумком тривалого процесу, в якому провідне значення мала геохімічнадіяльність живих організмів.
Маса атмосфери становить близько 5,2 Г— 10 15 т. Основна частина газового речовини (80%)укладена в тропосфері, верхня межа якої розташована на висотіблизько 17 км на екваторі, до полюсів вона знижується до 8 - 10 км.Верхня межа тропосфери - тропопауза - намічає область сильногозниження температури і відсутності скупчення парів води. Тропосфера єобластю активної взаємодії з океаном і сущої, в ній зосередженаосновна маса парів води і дрібних твердих частинок, що переносяться повітрянимимасами. У тропосфері відбуваються фотохімічні реакції, що мають важливезначення для біосфери.
Вище тропопаузи, в стратосфері і мезосфері, наростаєрозрідженість газів, складно міняються термічні умови. На висоті 25 - 30 кмпід впливом сонячної радіації відбувається фотодисоціація молекулкисню і утворюється озон. Молекули озону сильно розпорошені. Якби вониперебували в умовах, звичайних для поверхні Землі, під тиском 1 атм(101325 Па), то потужність озонового шару була б менше 1 см. Дужерозріджений шар озону поглинає 97% ультрафіолетової частини сонячної радіації.Без цього екрану існування життя на поверхні суші було б неможливо.
На видаленні від 80 до 800 км від поверхні Землірозташовується іоносфера - область сильно розрідженого, іонізованогогазу. Сама зовнішня частина газової оболонки - екзосфера - простираєтьсядо 1800 км. З цієї сфери відбувається дисипація - втрата Землеюнайбільш легких атомів водню і гелію.
Склад газової оболонки Землі, як і склад Океану, взначною мірою обумовлений діяльністю живих організмів і підтримуєтьсясистемою біогеохімічних циклів. В даний час газове речовина атмосферина 99,9% складається з азоту, кисню і аргону (табл. 1). Серед компонентів,містяться в малих кількостях, можна виділити пари води, інертні гази таз'єднання, обумовлені біологічними процесами та фотохімічнимиреакціями.
Таблиця 1. Хімічний склад атмосфери
Компонент
Зміст,% об'єму
Маса, 10 9 т
Сухе повітря
100,00
5,12 Г— 10 6
N 2
78,08
3,87 Г— 10 6
Про 2
20,95
1,18 Г— 10 6
Аг
0,93
6,59 Г— 10 4
СО 2
0,032
2,45 Г— 10 3
Ne
1,82 Г— 10 - 3
64,8
Не
5,24 Г— 10 -4
3,71
Кг
1,14 Г— 10 - 4
16,9
Хе
8,7 Г— 10 - 6
2,02
СН 4
1,5 Г— 10 - 4
4,30
Н 2
5,0 Г— 10 - 5
0,18
N 2 Про
3,0 Г— 10 ' 5
2,30
СО
1,2 Г— 10 - 5
0,59
NH 3
1,0 Г— 10 - 6
0,03
NO 2
1,0 Г— 10 -7
0,0081
H 2 S
2,0 Г— 10 - 8
0,0012
Великий інтерес для реконструкції історії атмосферипредставляє геохімія інертних газів. Відносно високий вміст аргонупов'язано з тим, що велика частина цього газу представлена ​​ізотопом 40 Аг,утвореним за рахунок розпаду радіоактівногол ізотопу калію 40 К.Кількість гелію в атмосфері, навпаки, в 1000 разів менше, ніж повинно бути. Цеобумовлено безперервної диссипацией цього елемента. Решта інертні газимістяться в тій кількості, в якому вони були виділені на протязі всьогочасу існування Землі. Вивчення співвідношення ізотопів ксенону призвелогеохімік Ю.А. Шуколюкова (1988) до висновку, що газова оболонкавиникла за дуже короткий відрізок часу, який приблизно збігається зіЗгодом аккреции Землі. Припускають, що швидке утворення атмосфериобумовлено енергійним виділенням газів при ударах метеоритних тіл на раннійстадії розвитку земної кори.
У складі первинної атмосфери були присутні пари води, СО 2 ,N 2 , NH 3 , H 2 , H 2 S, CO, CH 4 , HF, HC1. Переважав, очевидно, азот. Вміст СО 2 було не надто високим, який не дозволив через В«парникового ефектуВ» випаруватисядревньому океану. Гази, які надходили з надр Землі (за винятком інертних),були представлені, як і сучасні вулканічні еманації, відновленимиабо недоокислених з'єднань.
Під впливом сонячної радіації в атмосфері відбуваласядисоціація парів води. Безперервне видалення головного відновлювача - водню- В результаті дисипації викликало прогресуюче накопичення окислювачів. Цемало два важливих наслідки. По-перше, поступово утворювався екран,оберігає поверхню Землі від ультрафіолетової радіації. По-друге, виникпроцес окислення відновлених газів, безперервно надходили з мантії,окислювачами фотохімічного походження, які постійно поновлювалися вВнаслідок дисипації водню. Ок...
