Образование большого количества N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и др. азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.

Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.

Кислород

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений - аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.

Углекислый газ

Одной из важнейших частей воздуха является углекислый газ. У земной поверхности углекислый газ содержится в переменных количествах, в среднем 0,03% по объему.

В атмосферу углекислый газ поступает в результате вулканической деятельности, разложения и гниения органических веществ, дыхания животных и растений, сжигания топлива. Основным регулятором содержания углекислого газа в атмосфере является мировой океан. Он поглощает и отдает в атмосферу около 20% от среднего содержания в атмосфере.

Несмотря на относительно небольшое его содержание в атмосфере, углекислый газ оказывает большое влияние на так называемый «парниковый эффект». Пропуская к земной поверхности коротковолновую солнечную радиацию, поглощая длинноволновое (тепловое) излучение, поступающее от земной поверхности, он способствует повышению температуры воздуха в нижележащих слоях атмосферы.

В эпоху индустриализации отмечается повышенное содержание углекислого газа антропогенного происхождения.

Под влиянием деятельности человека увеличивается содержание в атмосфере газов техногенного происхождения, например сернистого, окиси углерода, различных окислов азота.

Исключительно важную роль имеет озон, поглощающий неблагоприятную для живых организмов и растений часть ультрафиолетового излучения Солнца. У земной поверхности озон содержится в небольших количествах: образуется в результате грозовых разрядов. Наибольшее его количество в стратосфере (озоносфере) от 10 до 50 км с максимумом в слое на высотах 20-25 км. В этом слое под действием ультрафиолетового излучения Солнца двухатомные молекулы кислорода частично распадаются на атомы, последние, присоединяясь к не распавшимся двухатомным молекулам кислорода, образуют трехатомный озон. Одновременно с образованием озона идет обратный процесс.

Концентрация озона зависит от интенсивности образования и разрушения молекул озона. Содержание озона увеличивается от экватора к высоким широтам.

Важная составная часть воздуха - водяной пар, который поступает в атмосферу в результате испарения с водной поверхности, суши, при вулканических извержениях. В нижних слоях атмосферы содержится от 0,1 до 4% водяного пара. С высотой его содержание резко убывает.

Водяной пар активно участвует во многих термодинамических процессах, связанных с образованием облаков, туманов.

В атмосфере присутствуют аэрозоли - это твердые и жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии. Некоторые из них, являясь ядрами конденсации, участвуют в процессе образования облаков, туманов.

К естественным аэрозолям относятся водяные капли и кристаллы льда, образующиеся при конденсации водяного пара; пыль, сажа, возникающие при лесных пожарах, почвенная, космическая, вулканическая пыль, соли морской воды. Также в атмосферу попадает большое количество аэрозолей искусственного происхождения - выбросы промышленных предприятий, автотранспорта и др.

Наибольшее количество аэрозолей содержится в нижних слоях атмосферы.

4. Строение атмосферы.

Масса атмосферы составляет 5.3* 105 т. В слое до 5,5 км

содержится 50%, до 25 км - 95% и до 30 км - 99% всей массы атмосферы. Тридцатикилометровый слой атмосферы составляет 1/200 или 0,05 радиуса Земли. На глобусе диаметром 40 см этот 30-километровый слой имеет толщину около 1 мм, т.е. атмосфера представляет тонкую пленку, покрывающую поверхность Земли.

Нижней границей атмосферы является земная поверхность, называемая в метеорологии подстилающей поверхностью. Четко выраженной верхней границы атмосфера не имеет. Она плавно переходит в межпланетное пространство.

За верхнюю границу атмосферы условно принимают высоту 1500-2000 км, выше которой находится земная корона .

Давление и плотность с высотой убывают: при давлении у земли 1013 гПа плотность равна 1,27*103 г/м3 , а на высоте 750 км плотность составляет 10-10 г/м3 .

Распределение физических свойств в атмосфере имеет слоистый характер, поскольку их изменение по высоте происходит во много раз интенсивнее, нежели в горизонтальном направлении. Так, вертикальные температурные градиенты в несколько сотен раз больше горизонтальных градиентов.

Расчленение атмосферы на слои делают по различным свойствам воздуха: по температуре, влажности, содержанию озона, по электропроводимости и т.п. Наиболее отчетливо различие слоев атмосферы проявляется в характере распределения температуры воздуха с высотой. По этому признаку выделяют пять основных слоев.

Вызвала в комментариях ожесточенный спор на тему, является ли человеческая цивилизация основным источником парниковых газов на планете. Уважаемый dims12 привел интересную ссылку , где говорится, что вулканы выбрасывают в 100-500 раз меньше углекислого газа, чем современная цивилизация:

В ответ на это, уважаемый vladimir000 привел свой . В результате него он получил, что выбросы СО2 человеческой цивилизацией гораздо меньше: около 600 миллионов тонн:

Что-то у вас порядок цифр странный. Поиск дает суммарную мощность всех электростанций Земли 2*10^12 ватт, то есть, предположив, что все они работают на ископаемом топливе круглый год, получаем примерно 2*10^16 ватт-час годового потребления, то есть 6*10^15 КДжоулей.

Опять же, поиск дает удельную теплоту сгорания первые десятки тысяч КДжоулей на килограмм ископаемого топлива. Примем для простоты 10000, и примем, что все переработанное топливо улетает в трубу без остатка.

Тогда, чтобы полностью покрыть потребности человечества в энергии, получается, достаточно сжигать 6*10^15 / 10^4 килограмм углерода в год, то есть 6*10^8 тонн. 600 мегатонн в год. Учитывая, что существуют еще атомные, гидро и прочие возобновляемые станции, не вижу за счет чего, итоговое потребление увеличится в 500 раз.

Разница получилась огромная - 500 раз. Но при этом я не совсем понял, откуда получилась эта 500-кратная разница. Если разделить 29 миллиардов тонн на 600 миллионов тонн, то будет разница в 50 раз. С другой стороны, эта разница, вероятно, связана с не 100% КПД электростанцией, и с тем фактом, что ископаемое топливо потребляют не только электростанции, но и для транспорта, обогрева жилищ или производства цемента.

Поэтому можно точнее произвести этот расчет. Для этого просто используем следующую цитату : "при сжигании угля в размере одной тонны условного топлива потребляется 2,3 тонны кислорода и выбрасывается 2,76 тонны углекислого газа, а при сжигании природного газа выбрасывается 1,62 тонны углекислого газа, а потребляется все те же 2,35 тонны кислорода ".

Сколько сейчас человечество потребляет условного топлива в год? Такая статистика приводится в отчетах компании BP . Около 13 миллиардов тонн условного топлива. Тем самым человечество выбрасывает в атмосферу порядка 26 миллиардов тонн углекислого газа. Более того, в тех же данных приводится подробная статистика по выбросам СО2 за каждый год. Из неё следует, что эти выбросы постоянно растут:

В тоже время, только половина этих выбросов попадает в атмосферу. Другая половина

Очень велика. Углекислый газ принимает участие в образовании всего живого вещества планеты и вместе с молекулами воды и метана создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».

Значение углекислого газа (CO 2 , двуокись или диоксид углерода ) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями .

Являясь парниковым газом , двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании .

В последнее время наблюдается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе, что ведет к .

Углерод (С) в атмосфере содержится в основном в виде углекислого газа (СО 2) и в небольшом количестве в виде метана (СН 4), угарного газа и других углеводородов.

Для газов атмосферы применяют понятие «время жизни газа». Это время, за которое газ полностью обновляется, т.е. время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько в нем содержится. Так вот, для углекислого газа это время составляет 3-5 лет, для метана - 10-14 лет. СО окисляется до СО 2 в течение нескольких месяцев.

В биосфере значение углерода очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых существ углерод содержится в восстановленном виде, а вне пределов биосферы - в окисленном. Таким образом, формируется химический обмен жизненного цикла: СО 2 ↔ живое вещество.

Источники углерода в атмосфере.

Источником первичной углекислоты являются , при извержении которых в атмосферу выделяется огромное количество газов. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма.

Также углерод поступает в атмосферу в виде метана в результате анаэробного разложения органических остатков. Метан под воздействием кислорода быстро окисляется до углекислого газа. Основными поставщиками метана в атмосферу являются тропические леса и .

В свою очередь углекислый газ атмосферы является источником углерода для других геосфер - , биосферы и .

Миграция СО 2 в биосфере.

Миграция СО 2 протекает двумя способами:

При первом способе СО 2 поглощается из атмосферы в процессе фотосинтеза и участвует в образовании органических веществ с последующем захоронением в в виде полезных ископаемых: торфа, нефти, горючих сланцев.

При втором способе углерод участвует в создании карбонатов в гидросфере. СО 2 переходит в Н 2 СО 3 , НСО 3 -1 , СО 3 -2 . Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. По оценке А.Б. Ронова, соотношение органического углерода (С орг) к углероду карбонатному (С карб) в истории биосферы составляло 1:4.

Каким образом осуществляется геохимический круговорот углерода в природе и как углекислый газ возвращается снова в атмосферу

Похоже, Земля переступила знаковый порог на фоне глобального потепления.

Обычно в сентябре показатели содержания углекислого газа (СО2) в атмосфере бывают минимальные. Эта концентрация является эталонной планкой, по которой измеряют колебания уровня парниковых газов весь следующий год. Но в сентябре текущего год уровень СО2 остается высоким, составляя примерно 400 миллионных долей, и многие ученые считают, что при нашей жизни концентрация парниковых газов не опустится ниже этого порогового значения.

Земля стабильно накапливает СО2 в атмосфере со времен промышленной революции, однако уровень в 400 миллионных долей создает новую норму, какой на нашей планете не было миллионы лет.

«Последний раз содержание СО2 в атмосфере нашей планеты составляло 400 миллионных долей около трех с половиной миллионов лет назад, и климат в то время очень сильно отличался от сегодняшнего», — сообщил по электронной почте Christian Science Monitor адъюнкт-профессор Школы по изучению моря и атмосферных явлений при Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук Дэвид Блэк (David Black).

«В частности, в Арктике (севернее 60-й широты) было значительно теплее, чем сегодня, а уровень моря на планете был на 5-27 метров выше нынешнего», — отметил Блэк.

«Тогда атмосфере понадобились миллионы лет, чтобы уровень СО2 в ней достиг 400 миллионных долей. А чтобы он упал до 280 миллионных долей (такой показатель был накануне промышленной революции), понадобились еще миллионы лет. Климатологов очень тревожит, что люди всего за несколько столетий сделали то, что природа сделала за миллионы лет, причем большая часть этих изменений приходится на последние 50-60 лет».

Глобальная концентрация СО2 уже несколько лет периодически поднимается выше 400 миллионных долей; но в летний сезон вегетации значительная часть углекислого газа в атмосфере поглощается в процессе фотосинтеза, и поэтому большую часть года уровень СО2 ниже этой отметки.

Контекст

Безумие парникового эффекта

Мир плохо подготовлен к глобальному потеплению

Климатическая катастрофа в Европе

Пора заняться климатом

Ядовитый климат

«Возможно ли, чтобы в октябре 2016 года месячный показатель был ниже сентябрьского, опустившись ниже 400 миллионных долей? Практически нет», — написал на прошлой неделе в своей статье директор программы из Института океанографии им. Скрипс Ральф Килинг (Ralph Keeling).

В прошлом бывали случаи, когда уровень СО2 падал ниже прежних сентябрьских значений, но они крайне редки. По словам ученых, даже если мир прямо с завтрашнего дня полностью прекратит выбрасывать углекислый газ в атмосферу, его концентрация еще несколько лет будет оставаться выше 400 миллионных долей.

«В лучшем случае (при таком сценарии) можно ждать стабилизации в ближайшей перспективе, а поэтому уровень СО2 вряд ли сильно изменится. Но лет через 10 или около того он начнет снижаться, — сказал изданию Climate Central главный климатолог НАСА Гэвин Шмидт (Gavin Schmidt). — На мой взгляд, мы больше не увидим месячный показатель ниже 400 миллионных долей».

Хотя рост концентрации СО2 в атмосфере дает повод для озабоченности, следует отметить, что сама по себе отметка в 400 миллионных долей это в большей степени маршрутный ориентир, чем жесткий показатель, предвещающий миру климатический апокалипсис.

«Людям нравятся округленные числа, — говорит профессор экологии из Университета Конкордия в Монреале Дэймон Мэтьюз (Damon Matthews). — Также весьма символично и то, что параллельно с увеличением СО2 мировая температура на один градус превысила доиндустриальный уровень».

Конечно, эти показатели в основном символические, но они являются реальной иллюстрацией той траектории, которой следует земной климат.

«Концентрация СО2 это в некоторой степени обратимый показатель, потому что растения поглощают углекислый газ, — отмечает доктор Мэтьюз. — А вот температура, возникающая на основе таких изменений, в отсутствие человеческих усилий необратима».

Двуокись углерода в виде парникового газа не только способствует глобальному потеплению, но и негативно влияет на состояние мирового океана из-за его подкисления. Когда углекислый газ в больших объемах растворяется в воде, часть его превращается в углекислоту, которая вступает в реакцию с молекулами воды, производя ионы водорода, что повышает кислотность среды океана. Это в свою очередь ведет к обесцвечиванию кораллов и создает помехи жизненному циклу мелких организмов, что также негативно отражается на организмах покрупнее, расположенных далее в пищевой цепочке.

Новость о пороге в 400 миллионных долей появилась в момент, когда мировые лидеры сделали ряд шагов к ратификации Парижского соглашения по климатическим изменениям, которое направлено на систематическое уменьшение углеродных выбросов во всем мире, начиная с 2020 года.

Ратифицирующим соглашение странам предстоит большая работа.

«Чтобы снизить уровень СО2 в атмосфере во временном масштабе нескольких столетий, нам надо не только использовать и разрабатывать источники энергии не на основе углерода; нам нужно также физическими, химическими и биологическими методами удалять СО2 из атмосферы, — говорит Блэк. — Технология удаления атмосферного СО2 есть, но в масштабах существующей проблемы она пока неприменима».

Страница 8 из 10

Роль углекислого газа в атмосфере Земли.

В последнее время наблюдается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе, что ведет к изменению климата Земли .

Углерод (С) в атмосфере содержится в основном в виде углекислого газа (СО 2) и в небольшом количестве в виде метана (СН 4), угарного газа и других углеводородов.

Для газов атмосферы Земли применяют понятие «время жизни газа». Это время, за которое газ полностью обновляется, т.е. время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько в нем содержится. Так вот, для углекислого газа это время составляет 3-5 лет, для метана – 10-14 лет. СО окисляется до СО 2 в течение нескольких месяцев.

В биосфере значение углерода очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых существ углерод содержится в восстановленном виде, а вне пределов биосферы – в окисленном. Таким образом, формируется химический обмен жизненного цикла: СО 2 ↔ живое вещество.

Источники углерода в атмосфере Земли.

Источником первичной углекислоты являются вулканы , при извержении которых в атмосферу выделяется огромное количество газов. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма.

Также углерод поступает в атмосферу Земли в виде метана в результате анаэробного разложения органических остатков. Метан под воздействием кислорода быстро окисляется до углекислого газа. Основными поставщиками метана в атмосферу являются тропические леса и болота .

Миграция СО 2 в биосфере.

Миграция СО 2 протекает двумя способами:

— При первом способе СО 2 поглощается из атмосферы Земли в процессе фотосинтеза и участвует в образовании органических веществ с последующем захоронением в земной коре в виде полезных ископаемых: торфа, нефти, горючих сланцев.

— При втором способе углерод участвует в создании карбонатов в гидросфере. СО 2 переходит в Н 2 СО 3 , НСО 3 -1 , СО 3 -2 . Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. По оценке А.Б. Ронова, соотношение органического углерода (С орг) к углероду карбонатному (С карб) в истории биосферы составляло 1:4.

Геохимический круговорот углерода.

Извлечение углекислого газа из атмосферы.

Углекислый газ из атмосферы Земли извлекается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения . Полученный из атмосферы углекислый газ растения преобразуют в углеводы и кислород. Углеводы участвуют в образовании органических соединений растений, а кислород выделяется обратно в атмосферу.

Связывание углекислого газа.

В активном круговороте углерода участвует очень небольшая часть всей его массы. Огромное количество угольной кислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород. Между углекислым газом атмосферы Земли и водой океана , в свою очередь, существует подвижное равновесие.

Благодаря высокой скорости размножения растительные организмы (особенно низшие микроорганизмы и морской фитопланктон) продуцируют в год около 1,5-10 11 т углерода в виде органической массы, что соответствует 5,86-10 20 Дж (1,4-10 20 кал) энергии.

Растения частично поедаются животными, при отмирании которых органическое вещество отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим другим каустобиолитам — каменным углям, нефти, горючим газам.

В процессах распада органических веществ, их минерализации огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые).

Основные запасы углерода находятся в связанном состоянии (в основном в составе карбонатов) в осадочных породах Земли, значительная часть растворена в водах океана, и относительно небольшая – присутствует в составе воздуха.

Отношение количеств углерода в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли, по уточненным расчетам, составляет 28 570: 57: 1.

Как углекислый газ возвращается снова в атмосферу Земли?

Углекислый газ выделяется в атмосферу Земли:

— в процессе дыхания живых организмов и разложения их трупов, распада карбонатов, процессов брожения, гниения и горения;

— зеленые растения, днем поглощая углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, ночью некоторую его часть возвращают обратно;

— в результате деятельности вулканов, газы которых состоят в основном из углекислого газа и паров воды. Современный вулканизм в среднем приводит к выделению 2·10 8 тонн CO 2 в год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии (выделенной в результате человеческой деятельности) ;

— в результате индустриальной деятельности человека, в последние годы занявшей особое место в круговороте углерода. Массовое сжигание ископаемого топлива ведет к возрастанию содержания углерода в атмосфере, так как только 57% процентов производимого человечеством углекислого газа перерабатывается растениями и поглощается гидросферой. Массовая вырубка лесов также ведет к увеличению концентрации углекислоты в воздухе.

Это была статья «Углекислый газ в составе атмосферы Земли. «. Далее читайте: «Аргон в составе атмосферы Земли — содержание в атмосфере 1%. «