Состав атмосферы

Масса атмосферы составляет (5–5,9)∙10¹⁵ т, однако основное кол-во вещества сосредоточено в тропосфере и нижней части стратосферы.

Область атмосферы, где химические процессы являются основными, называется хемосферой. Это название обычно связывают с часгью атмосферы, заключенной в интервале высот 20–110 км, включающей – всю стратосферу, мезосферу и нижнюю часть термосферы. Состав хемосферы определяется основными составляющими из таких устойчивых газов, как кислород, азот, аргон, и компонентами, представленными в виде малых примесей, таких, как 0, 0₂* (электронно-возбуж-молекулярный кислород), 0₃, N0, N0₂, С0₂, Н₂0. Н и различными-заряженными частицами. Большая часть падающего солнечного излучения проникает в хемосферу, где оно в широкой спектральной области действует как источник фотолиза. Образовавшиеся при фотолизе атомы, радикалы, возбужденныее молекулы и ионы вступают в многочисленные химические реакции друг с другом и с основными атмосферными компонентами. В области выше ~ 100 км поглощение длинноволновой части ультрафиолетового излучения приводит в дневное время к диссоциации молекулярного кислорода и малых атмосферных составляющих, таких, как да и диоксид углерода. Поэтому, начиная с этой высоты, состав атмосферы значительно отличается от состава над уровнем моря.

Вблизи высоты 100 км происходит основной процесс фотодиссоциации – поглощение молекулярным кислородом излучения с длинами волн короче 175 нм:

На меньших высотах и при больших давлениях этот процесс протекает с поглощением излучения с длинами волн короче 242 нм. Процесс диссоциации молекулярного кислорода протекает по всей области высот, простирающейся вниз до тропопаузы, с максимумом скорости; образования атомарного кислорода на высоте ~ 30 км.

При сравнительно высоких давлениях, характерных для стратосферы, происходит образование озонного слоя с концентрацией озона в максимуме 10¹²–10¹³см^-3. Слой атмосферы на высотах 15–70 км иногда называют озоносферой. Образование озонного слоя обусловлено протеканием следующих процессов:

О + О₂+ М → 0₃ + М + 100 кДж

О + 0₃ → 20₂ + 390 кДж

где М – какая-либо третья частица, обычно N ₂ или 0₂.

Озон легко подвергается фотолизу как видимым светом, который поглощает слабо, так и ультрафиолетовым излучением с длиной волны короче 290 нм, которое поглощается им очень сильно.

Следствием этого процесса является то, что солнечное излучение с длиной волны короче 290 нм не достигает поверхности Земли, оно было бы губительным для органической жизни в том виде, в котором она существует в настоящее время. При фотодиссоциации озона восстанавливается атомарный кислород, который участвует в процессе образования озона и в процессе дальнейшего разрушения озона. В результате цикла в атмосферу выделяется большое количество энергии, что объясняет наблюдаемый в стратосфере рост температуры с высотой.

Основные компоненты атмосферы. К основным компонентам атмосферы относят азот, кислород, аргон, водяной пар, диоксид углерода.

Азот – при обычном атмосферном давлении и не очень высоких темпетурах является инертной частью атмосферы. Диссоциация молекул азота начинается на высоте ~ 200 км, а полный распад на атомарный азот осуществляется только выше ~ 300 км.

На высоте 50-100 км возможно взаимодействие азота с кислородом

N₂ + O₂ + hy → 2NO

Образующийся монооксид азота превращается в диоксид азота в результате сложного фотохимического процесса:

2 NO + O₂ + hy → 2NO₂

Во влажном атмосферном воздухе диоксид азота взаимодействует с сутствующим в атмосфере аэрозольным хлоридом натрия NaС1. в результате чего образуются нитрат натрия NaNO₃ и хлороводородная кислота НС1. Первая стадия этого процесса – образование азотной кислоты, вторая стадия – адсорбция ее паров частицами хлорида натрия с вы­делением хлороводорода в газовую фазу, кроме того, в результате фотолиза N0₂ может вновь восстанавливаться до N0, а атомарный кислород примет участие в атмосферных процессах как активный окислитель.

Во время грозы (мощность отдельных разрядов достигает 200млн кВт, а воздух при этом разогревается локально до 200 тыс. К) под воздействием электрического тока молекулы азота встуают в химические реакции с образованием монооксида азота N0, аммиака и более сложных азотсодержащих органических соединений.

Кислород – не всегда входил в состав атмосферы. Он появился од-ременно с первыми хлорофилловыми организмами (~ 2 млрд лет назад). Атмосферный кислород - необходимое условие жизни, он обеспечивает протекание окислительно-восстановительных процессов в живых органихмах и одновременно является продуктом жизни.

Состояние кислорода неодинаково в разных слоях атмосферы. У поверхности Земли он находится в виде двухатомных молекул 0₂. В более разряженных слоях кислород подвергается диссоциации на атомы под действием солнечного излучения. С высоты 40 км содержание атомарного кислорода в атмосферных слоях заметно увеличивается, а выше 120-150 км молекулы 0₂ практически отсутствуют, весь кислород становится атомарным. Атомарный кислород, взаимодействуя с молекулярным, образует трехатомные молекулы озона 0₃, максимальная концентрация которых достигается на высоте 20–35 км.

Аргон и другие инертные газы – инертная часть атмосферы, компоненты не принимают заметного участия в превращениях как живой. так и косной Природы.

Водяной пар – очень важный компонент атмосферы. Вода атмосферы оказывает влияние на климат и обусловливает развитие жизни на Земле. Основная масса атмосферной воды сосредоточена в тропосфере, куда ежегодно поступает ~ 6-10⁸ млн т влаги.

Диоксид углерода – как и кислород участвует в многообразных процессах, протекающих в живой Природе. Его концентрация в атмосфере в различные периоды изменялась от 0,03 до 45 об.%. В обычных условиях содержание С0₂ в атмосферном воздухе непостоянно. Оно хотя и незначительно, меняется и в пространстве и во времени. Например, в высоких широтах концентрация С0₂ на 0,005 % меньше, чем на экваторе. Суточные колебания концентрации С0₂ связаны главным образом с изменением интенсивности процессов фотосинтеза.

Диоксид углерода не относят к токсичным веществам. Однако возрастение его концентрации в атмосфере может привести к появлению так называемого "парникового эффекта": молекулы С0₂ хорошо пропускают коротковолновое солнечное излучение, но поглощают излучение в длинноволновой части спектра, т. е. препятствуют рассеянию в космос тепла, излучаемого Землей, и затрудняют, таким образом, охлаждение, земной поверхности,, а это, в свою очередь, может привести к повышению температуры атмосферного воздуха и изменению климата в глобальном масштабе.

Дата добавления: 2015-07-14