Каква част от кислорода се съдържа във въздуха. Медицински справочник за всяко семейство

атмосфера(от гръцки atmos - пара и spharia - топка) - въздушната обвивка на Земята, въртяща се с нея. Развитието на атмосферата е тясно свързано с геоложките и геохимичните процеси, протичащи на нашата планета, както и с дейността на живите организми.

Долната граница на атмосферата съвпада с повърхността на Земята, тъй като въздухът прониква в най-малките пори на почвата и се разтваря дори във вода.

Горната граница на височина 2000-3000 км постепенно преминава в открития космос.

Благодарение на атмосферата, която съдържа кислород, животът на Земята е възможен. Атмосферният кислород се използва в процеса на дишане на хора, животни и растения.

Ако нямаше атмосфера, Земята щеше да е тиха като Луната. В крайна сметка звукът е вибрацията на частиците въздух. Синият цвят на небето се обяснява с факта, че слънчевите лъчи, преминавайки през атмосферата, като през леща, се разлагат на съставните си цветове. В този случай лъчите от сини и сини цветове се разпръскват най-много.

Атмосферата улавя по-голямата част от слънчевата ултравиолетова радиация, която има пагубен ефект върху живите организми. Той също така задържа топлината близо до повърхността на Земята, предотвратявайки охлаждането на нашата планета.

Структурата на атмосферата

В атмосферата могат да се разграничат няколко слоя, различаващи се по плътност (фиг. 1).

Тропосфера

Тропосфера- най-долният слой на атмосферата, чиято дебелина над полюсите е 8-10 км, в умерените ширини - 10-12 км, а над екватора - 16-18 км.

ориз. 1. Структурата на земната атмосфера

Въздухът в тропосферата се нагрява от земната повърхност, тоест от земята и водата. Следователно температурата на въздуха в този слой намалява с височина средно с 0,6 °C на всеки 100 m. На горната граница на тропосферата тя достига -55 °C. В същото време в района на екватора на горната граница на тропосферата температурата на въздуха е -70 °C, а в района на Северния полюс -65 °C.

Около 80% от масата на атмосферата е концентрирана в тропосферата, почти цялата водна пара е разположена, възникват гръмотевични бури, бури, облаци и валежи, възниква вертикално (конвекция) и хоризонтално (вятър) движение на въздуха.

Можем да кажем, че времето се формира главно в тропосферата.

Стратосфера

Стратосфера- слой на атмосферата, разположен над тропосферата на височина от 8 до 50 km. Цветът на небето в този слой изглежда лилав, което се обяснява с рядкостта на въздуха, поради което слънчевите лъчи почти не се разпръскват.

Стратосферата съдържа 20% от масата на атмосферата. Въздухът в този слой е разреден, практически няма водни пари и следователно почти не се образуват облаци и валежи. В стратосферата обаче се наблюдават стабилни въздушни течения, чиято скорост достига 300 км/ч.

Този слой е концентриран озон(озонов екран, озоносфера), слой, който абсорбира ултравиолетовите лъчи, предотвратявайки достигането им до Земята и по този начин защитавайки живите организми на нашата планета. Благодарение на озона температурата на въздуха на горната граница на стратосферата варира от -50 до 4-55 °C.

Между мезосферата и стратосферата има преходна зона - стратопаузата.

Мезосфера

Мезосфера- слой на атмосферата, разположен на височина 50-80 km. Плътността на въздуха тук е 200 пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята. Цветът на небето в мезосферата изглежда черен и звездите се виждат през деня. Температурата на въздуха пада до -75 (-90) °C.

На височина 80 км започва термосфера.Температурата на въздуха в този слой рязко се повишава до височина 250 m и след това става постоянна: на височина 150 km достига 220-240 ° C; на височина 500-600 km надвишава 1500 °C.

В мезосферата и термосферата под въздействието на космическите лъчи газовите молекули се разпадат на заредени (йонизирани) частици от атоми, така че тази част от атмосферата се нарича йоносфера- слой от много разреден въздух, разположен на височина от 50 до 1000 km, състоящ се главно от йонизирани кислородни атоми, молекули на азотен оксид и свободни електрони. Този слой се характеризира с висока електрификация и дълги и средни радиовълни се отразяват от него, като от огледало.

В йоносферата се появяват сияния - сиянието на разредени газове под въздействието на електрически заредени частици, летящи от Слънцето - и се наблюдават резки колебания в магнитното поле.

Екзосфера

Екзосфера- външният слой на атмосферата, разположен над 1000 km. Този слой се нарича също сфера на разсейване, тъй като частиците газ се движат тук висока скорости може да се разпръсне в открития космос.

Атмосферен състав

Атмосферата е смес от газове, състояща се от азот (78,08%), кислород (20,95%), въглероден диоксид (0,03%), аргон (0,93%), не голямо количествохелий, неон, ксенон, криптон (0,01%), озон и други газове, но тяхното съдържание е незначително (табл. 1). Съвременният състав на въздуха на Земята е установен преди повече от сто милиона години, но рязко нарасналата човешка производствена дейност все пак доведе до неговата промяна. В момента има увеличение на съдържанието на CO 2 с приблизително 10-12%.

Газовете, които изграждат атмосферата, изпълняват различни функционални роли. Въпреки това, основното значение на тези газове се определя преди всичко от факта, че те много силно абсорбират лъчиста енергия и по този начин оказват значително въздействие върху температурен режимЗемна повърхност и атмосфера.

Таблица 1. Химичен състав на сух атмосферен въздухблизо до земната повърхност

азот,Най-често срещаният газ в атмосферата, той е химически неактивен.

Кислород, за разлика от азота, е химически много активен елемент. Специфичната функция на кислорода е окисляването на органичната материя на хетеротрофни организми, скали и недостатъчно окислени газове, изпускани в атмосферата от вулкани. Без кислород не би имало разлагане на мъртва органична материя.

Ролята на въглеродния диоксид в атмосферата е изключително голяма. Той навлиза в атмосферата в резултат на процесите на горене, дишането на живите организми и гниенето и е преди всичко основният строителен материал за създаването на органична материя по време на фотосинтезата. В допълнение, способността на въглеродния диоксид да предава късовълнова слънчева радиация и да абсорбира част от топлинната дълговълнова радиация е от голямо значение, което ще създаде така наречения парников ефект, който ще говоримпо-долу.

Атмосферните процеси, особено топлинният режим на стратосферата, също се влияят от озон.Този газ служи като естествен абсорбатор на ултравиолетовото лъчение от Слънцето и абсорбцията слънчева радиацияводи до нагряване на въздуха. Средните месечни стойности на общото съдържание на озон в атмосферата варират в зависимост от географската ширина и времето на годината в рамките на 0,23-0,52 cm (това е дебелината на озоновия слой при приземно налягане и температура). Има увеличение на съдържанието на озон от екватора към полюсите и годишен цикъл с минимум през есента и максимум през пролетта.

Характерно свойство на атмосферата е, че съдържанието на основните газове (азот, кислород, аргон) се променя леко с надморска височина: на височина 65 km в атмосферата съдържанието на азот е 86%, кислород - 19, аргон - 0,91 , на височина 95 км - азот 77, кислород - 21,3, аргон - 0,82%. Постоянността на състава на атмосферния въздух вертикално и хоризонтално се поддържа чрез смесването му.

Освен газове, въздухът съдържа водна параИ твърди частици.Последните могат да имат както естествен, така и изкуствен (антропогенен) произход. Това са прашец, малки солни кристали, пътен прах и аерозолни примеси. Когато слънчевите лъчи проникнат през прозореца, те могат да се видят с просто око.

Особено много прахови частици има във въздуха на градовете и големите индустриални центрове, където емисиите на вредни газове и техните примеси, образувани при изгарянето на гориво, се добавят към аерозолите.

Концентрацията на аерозоли в атмосферата определя прозрачността на въздуха, което влияе на слънчевата радиация, достигаща земната повърхност. Най-големите аерозоли са кондензационните ядра (от лат. кондензация- уплътняване, сгъстяване) - допринасят за превръщането на водните пари във водни капчици.

Значението на водната пара се определя преди всичко от факта, че тя забавя дълговълновото топлинно излъчване от земната повърхност; представлява основната връзка на големи и малки цикли на влага; повишава температурата на въздуха по време на кондензация на водни легла.

Количеството водна пара в атмосферата варира във времето и пространството. Така концентрацията на водна пара на земната повърхност варира от 3% в тропиците до 2-10 (15)% в Антарктида.

Средното съдържание на водна пара във вертикалния стълб на атмосферата в умерените ширини е около 1,6-1,7 cm (това е дебелината на слоя кондензирана водна пара). Информацията за водните пари в различните слоеве на атмосферата е противоречива. Предполага се например, че в диапазона на надморската височина от 20 до 30 km специфичната влажност нараства силно с надморската височина. Последвалите измервания обаче показват по-голяма сухота на стратосферата. Очевидно специфичната влажност в стратосферата зависи малко от надморската височина и е 2-4 mg / kg.

Променливостта на съдържанието на водна пара в тропосферата се определя от взаимодействието на процесите на изпарение, кондензация и хоризонтален транспорт. В резултат на кондензацията на водните пари се образуват облаци и падат валежи под формата на дъжд, градушка и сняг.

Процесите на фазови преходи на водата протичат предимно в тропосферата, поради което облаците в стратосферата (на надморска височина 20-30 km) и мезосферата (близо до мезопаузата), наречени перлени и сребристи, се наблюдават сравнително рядко, докато тропосферните облаци често покриват около 50% от цялата земна повърхност.

Количеството водна пара, което може да се съдържа във въздуха, зависи от температурата на въздуха.

1 m 3 въздух при температура -20 ° C може да съдържа не повече от 1 g вода; при 0 °C - не повече от 5 g; при +10 °C - не повече от 9 g; при +30 °C - не повече от 30 g вода.

Заключение:Колкото по-висока е температурата на въздуха, толкова повече водна пара може да съдържа.

Въздухът може да бъде богатИ не е наситенводна пара. Така че, ако при температура от +30 ° C 1 m 3 въздух съдържа 15 g водна пара, въздухът не е наситен с водна пара; ако е 30 г - наситен.

Абсолютна влажносте количеството водна пара, съдържащо се в 1 m3 въздух. Изразява се в грамове. Например, ако казват „абсолютната влажност е 15“, това означава, че 1 m L съдържа 15 g водна пара.

Относителна влажност- това е съотношението (в проценти) на действителното съдържание на водна пара в 1 m 3 въздух към количеството водна пара, което може да се съдържа в 1 m L при дадена температура. Например, ако радиото излъчи прогноза за времето, че относителната влажност е 70%, това означава, че въздухът съдържа 70% от водните пари, които може да задържи при тази температура.

Колкото по-висока е относителната влажност, т.е. Колкото по-близо е въздухът до състояние на насищане, толкова по-вероятни са валежи.

В екваториалната зона се наблюдава винаги висока (до 90%) относителна влажност на въздуха, тъй като там температурата на въздуха остава висока през цялата година и се получава голямо изпарение от повърхността на океаните. Същата висока относителна влажност има и в полярните райони, но защото кога ниски температуридори малко количество водна пара прави въздуха наситен или близък до наситен. В умерените географски ширини относителната влажност варира според сезоните – тя е по-висока през зимата, по-ниска през лятото.

Относителната влажност на въздуха в пустините е особено ниска: 1 m 1 въздух съдържа два до три пъти по-малко водни пари, отколкото е възможно при дадена температура.

За измерване относителна влажностизползвайте влагомер (от гръцки hygros - мокър и metreco - измервам).

При охлаждане наситен въздухне може да задържи същото количество водна пара, тя се сгъстява (кондензира), превръщайки се в капчици мъгла. През лятото в ясна, хладна нощ може да се наблюдава мъгла.

Облаци- това е същата мъгла, само че се образува не на земната повърхност, а на определена височина. Когато въздухът се издига, той се охлажда и водните пари в него кондензират. Получените малки капчици вода образуват облаци.

Образуването на облак също включва прахови частициокачени в тропосферата.

Облаците може да имат различна форма, което зависи от условията на образуването им (Таблица 14).

Най-долните и тежки облаци са слоести. Те се намират на надморска височина от 2 км от земната повърхност. На височина от 2 до 8 км могат да се наблюдават по-живописни купести облаци. Най-високите и леки са перестите облаци. Те се намират на надморска височина от 8 до 18 км над земната повърхност.

Атмосферна защита

Основният източник е индустриални предприятияи автомобили. IN големи градовеПроблемът с газовото замърсяване по основните транспортни пътища е много остър. Ето защо в мн големи градовепо света, включително и у нас, е въведен екологичен контрол на токсичността на изгорелите газове на автомобилите. Според експерти димът и прахът във въздуха могат да намалят подаването наполовина слънчева енергиядо земната повърхност, което ще доведе до промени в природните условия.

Атмосферният въздух е смес различни газове. Съдържа постоянни компоненти на атмосферата (кислород, азот, въглероден диоксид), инертни газове (аргон, хелий, неон, криптон, водород, ксенон, радон), малки количества озон, азотен оксид, метан, йод, водни пари, като както и в променливи количества различни примеси от естествен произход и замърсяване в резултат на човешки производствени дейности.

Кислородът (O2) е най-важната част от въздуха за хората. Необходим е за осъществяването на окислителните процеси в организма. В атмосферния въздух съдържанието на кислород е 20,95%, във въздуха, издишан от човек - 15,4-16%. Намаляването му в атмосферния въздух до 13-15% води до смущения физиологични функции, а до 7-8% - до смърт.

Азот (N) - е основният неразделна частатмосферен въздух. Въздухът, който вдишва и издишва човек, съдържа приблизително еднакво количество азот - 78,97-79,2%. Биологична роляОсновното предимство на азота е, че той е разредител на кислород, тъй като животът е невъзможен в чист кислород. Когато съдържанието на азот се увеличи до 93%, настъпва смърт.

Въглеродният диоксид (въглероден диоксид), CO2, е физиологичен регулатор на дишането. Съдържание в чист въздухе 0,03%, при издишване на човек - 3%.

Намаляването на концентрацията на CO2 във вдишания въздух не представлява опасност, т.к необходимото му ниво в кръвта се поддържа от регулаторни механизми поради освобождаването му по време на метаболитни процеси.

Увеличаването на съдържанието на въглероден диоксид във вдишания въздух до 0,2% причинява неразположение на човек при 3-4% има възбудено състояние, главоболие, шум в ушите, сърцебиене, забавен пулс, а при 8% настъпва тежко отравяне, загуба; на съзнание и идва смъртта.

Напоследък концентрацията на въглероден диоксид във въздуха на индустриалните градове се увеличава в резултат на интензивното замърсяване на въздуха с продукти от изгаряне на горива. Увеличаването на CO2 в атмосферния въздух води до появата на токсични мъгли в градовете и „парников ефект“, свързан със задържането на топлинна радиация от земята от въглероден диоксид.

Увеличаването на съдържанието на CO2 над установената норма показва общо влошаване на санитарното състояние на въздуха, тъй като заедно с въглеродния диоксид могат да се натрупват други токсични вещества, може да се влоши йонизационният режим и да се увеличи прахът и микробното замърсяване.

Озон (O3). Основното му количество се наблюдава на ниво 20-30 км от повърхността на Земята. Повърхностните слоеве на атмосферата съдържат незначително количество озон - не повече от 0,000001 mg/l. Озонът предпазва живите организми на земята от вредното въздействие на късовълновата ултравиолетова радиация и в същото време абсорбира дълговълновата инфрачервена радиация, излъчвана от Земята, предпазвайки я от прекомерно охлаждане. Озонът има окислителни свойства, така че в замърсения въздух на градовете концентрацията му е по-ниска, отколкото в селските райони. В тази връзка озонът се счита за индикатор за чистотата на въздуха. Наскоро обаче беше установено, че озонът се образува в резултат на фотохимични реакции по време на образуването на смог, поради което откриването на озон в атмосферния въздух на големите градове се счита за индикатор за неговото замърсяване.

Инертните газове нямат изразено хигиенно и физиологично значение.

Икономическата и производствената дейност на човека е източник на замърсяване на въздуха с различни газови примеси и суспендирани частици. Повишеното съдържание на вредни вещества в атмосферата и въздуха в помещенията оказва неблагоприятно въздействие върху човешкия организъм. В тази връзка най-важната хигиенна задача е нормирането на допустимото им съдържание във въздуха.

Санитарно-хигиенното състояние на въздуха обикновено се оценява чрез максимално допустимите концентрации (ПДК) на вредни вещества във въздуха на работната зона.

Максимално допустимата концентрация на вредни вещества във въздуха на работното място е концентрация, която при ежедневна 8-часова работа, но не повече от 41 часа седмично, през целия период на работа, не причинява заболявания или отклонения в здравето. на сегашното и следващите поколения. Установени са средноденонощните и максимално еднократните пределно допустими концентрации (с валидност до 30 минути във въздуха на работната зона). Максимално допустимата концентрация за едно и също вещество може да бъде различна в зависимост от продължителността на излагането му на човек.

В хранителните предприятия основните причини за замърсяване на въздуха с вредни вещества са нарушения технологичен процесИ извънредни ситуации(канализация, вентилация и др.).

Хигиенните опасности във въздуха в затворени помещения включват въглероден оксид, амоняк, сероводород, серен диоксид, прах и др., както и замърсяване на въздуха от микроорганизми.

Въглеродният окис (CO) е газ без мирис и цвят, който навлиза във въздуха като продукт на непълно изгаряне на течност и твърдо гориво. Предизвиква остро отравяне при концентрация във въздуха 220-500 mg/m3 и хронично отравяне - при постоянно вдишване на концентрация 20-30 mg/m3. Средноденонощната максимална концентрация на въглероден окис в атмосферния въздух е 1 mg/m3, във въздуха на работната зона - от 20 до 200 mg/m3 (в зависимост от продължителността на работа).

Серният диоксид (S02) е най-често срещаният примес в атмосферния въздух, тъй като сярата се съдържа в различни видовегориво. Този газ има общотоксичен ефект и причинява респираторни заболявания. Дразнещият ефект на газа се установява при концентрация във въздуха над 20 mg/m3. В атмосферния въздух среднодневната максимална концентрация на серен диоксид е 0,05 mg/m3, във въздуха на работната зона - 10 mg/m3.

Сероводород (H2S) - обикновено навлиза в атмосферния въздух с отпадъци от химически, петролни рафинерии и металургични заводи, а също така се образува и може да замърси въздуха в помещенията в резултат на гниене хранителни отпадъции протеинови продукти. Сероводородът има общотоксичен ефект и причинява дискомфорт при хората в концентрация 0,04-0,12 mg/m3, а концентрация над 1000 mg/m3 може да бъде фатална. В атмосферния въздух среднодневната максимална концентрация на сероводород е 0,008 mg/m3, във въздуха на работната зона - до 10 mg/m3.

Амоняк (NH3) – натрупва се във въздуха затворени помещенияпри гниене на протеинови продукти, неизправност на хладилни агрегати с амонячно охлаждане, при аварии канализационни съоръженияи др. Токсичен за тялото.

Акролеинът е продукт на разграждането на мазнините при термична обработка и може да причини алергични заболявания в промишлени условия. MPC в работна зона- 0,2 mg/m3.

Полициклични ароматни въглеводороди (ПАВ) - отбелязана е връзката им с развитието на злокачествени новообразувания. Най-често срещаният и най-активен от тях е 3-4-бензо(а)пирен, който се отделя при изгаряне на гориво: въглища, нафта, бензин, газ. Максимално количество 3-4-бенз(а)пирен се отделя при изгаряне на въглища, минимално - при изгаряне на газ. В предприятията за преработка на храни източник на замърсяване на въздуха с PAH може да бъде дългосрочната употреба на прегрята мазнина. Средноденонощната максимална концентрация на циклични ароматни въглеводороди в атмосферния въздух не трябва да надвишава 0,001 mg/m3.

Механични примеси - прах, почвени частици, дим, пепел, сажди. Нивото на прах се увеличава при недостатъчно озеленяване, лоши пътища за достъп, нарушаване на събирането и извозването на производствените отпадъци, както и нарушаване на санитарно-хигиенния режим (сухо или нередовно мокро почистване и др.). В допълнение, запрашеността на помещенията се увеличава с нарушения в дизайна и работата на вентилацията, решения за планиране (например с недостатъчна изолация на килера за зеленчуци от производствени цехове и др.).

Въздействието на праха върху човека зависи от размера на праховите частици и техните специфично тегло. Най-опасните прахови частици за хората са тези с диаметър под 1 микрон, тъй като... те лесно проникват в белите дробове и могат да ги причинят хронично заболяване(пневмокониоза). Прах, съдържащ токсични примеси химични съединения, има токсичен ефект върху организма.

Максимално допустимата концентрация за сажди и сажди е строго стандартизирана поради съдържанието на канцерогенни въглеводороди (ПАВ): средноденонощната максимална концентрация за сажди е 0,05 mg/m3.

В сладкарски цехове с висока мощност въздухът може да се запраши със захарен и брашнен прах. Прахът от брашно под формата на аерозоли може да предизвика дразнене на дихателните пътища, както и алергични заболявания. Максимално допустимата концентрация на брашнен прах в работната зона не трябва да надвишава 6 mg/m3. В тези граници (2-6 mg/m3) се регламентират максимално допустимите концентрации на други видове растителен прах, съдържащи не повече от 0,2% силициеви съединения.

Земната атмосфера е смес от много газове. По-голямата част от него е азот - 77 процента, добрият стар кислород добавя още 21 процента, останалите 2 процента се състоят от смес от следи от газове - аргон, въглероден диоксид, хелий, неон, криптон, ксенон, азотен оксид, въглероден окиси други. Атмосферата също съдържа водни пари в различни концентрации. Нашият любим газ е кислородът, тъй като ние живеем благодарение на този газ.

Недоносени бебета, чиито бели дробове не са добре развити, понякога се поставят в кислородни резервоари, в които бебето диша смес от повишено съдържаниекислород. Вместо обичайните 21 процента, концентрацията на кислород в такъв контейнер достига 30-40 процента. Ако детето има сериозни проблеми с дишането, то диша чист кислород, за да избегне увреждане на мозъчните клетки.

: големият излишък на кислород във вдишаната газова смес е също толкова опасен, колкото и неговият дефицит.

Опасности от излишък на кислород и окисление

Излишъкът от кислород е също толкова опасен, колкото и липсата му. Голямото количество кислород в газовата смес и високата му концентрация в кръвта могат да разрушат клетките на очната тъкан на детето и да причинят загуба на зрението. Този факт подчертава двойствената природа на кислорода. За да живеем, трябва да вдишваме кислород, но самият кислород е отрова за живите организми. Когато кислородът във въздуха реагира с други елементи като водород и въглерод, възниква реакция, наречена окисление. Окисляването разрушава органичните молекули, които формират основата на живота. При обикновени температури кислородът реагира бавно с други елементи и генерираната топлина е толкова незначителна, че не я усещаме.

Структурата и съставът на земната атмосфера, трябва да се каже, не винаги са били постоянни стойности в един или друг период от развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, чиято обща „дебелина“ е 1,5-2,0 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. Тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. Мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. Екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения; тук се формират времето, седиментните явления и климатичните условия. Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните региони (там до 15 km). В тропосферата има постепенно намаляване на температурата, приблизително с 6,4 ° C с всеки километър надморска височина. Този индикатор може да се различава за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

Азот - около 78 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

Въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единична композиция до височина 90 километра

Освен това тук можете да намерите прах, водни капчици, водна пара, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и др. Този състав на земната атмосфера се наблюдава до приблизително деветдесет километра надморска височина, така че въздухът е приблизително еднакви по химичен състав не само в тропосферата, но и в горните слоеве. Но там атмосферата има коренно различни физични свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Какви други елементи изграждат земната атмосфера? В проценти (по обем, в сух въздух) газове като криптон (около 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), водород (5,0 x 10 -5), метан (около 1,7 x 10 -5) Тук са представени азотен оксид (5,0 х 10 -5) и т.н. Като процент от изброените компоненти са азотен оксид и водород, следвани от хелий, криптон и др.

Физични свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с нейната близост до повърхността на планетата. Оттук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се насочва обратно нагоре, включвайки процесите на проводимост и конвекция. Ето защо температурата спада с отдалечаване от земната повърхност. Това явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата остава почти непроменена до 34-35 km, след което температурата отново се повишава до надморска височина от 50 километра (горната граница на стратосферата) . Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 km), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° C и по-долу. Над полюсите тропопаузата се „затопля“ през лятото до минус 45°C, през зимата температурите тук варират около -65°C.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Има сравнително малко от него на повърхността (десет на минус шеста степен от един процент), тъй като газът се образува под въздействието на слънчевата светлина от атомарния кислород в горните части на атмосферата. По-конкретно, най-много озон има на надморска височина от около 25 км, а целият „озонов екран” е разположен в области от 7-8 км на полюсите, от 18 км на екватора и до петдесет километра общо над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха в земната атмосфера играе много важна роля за запазването на живота, тъй като индивидуалните химически елементии съставите успешно ограничават достъпа на слънчева радиация до земната повърхност и живеещите на нея хора, животни и растения. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички диапазони на инфрачервеното лъчение, с изключение на дължините в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът абсорбира ултравиолетовото лъчение с дължина на вълната до 3100 A. Без тънкия му слой (средно само 3 mm, ако се постави на повърхността на планетата), само вода на дълбочина над 10 метра и подземни пещери, където слънчевата радиация не може да се обитава.

Нула по Целзий в стратопаузата

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой - стратопаузата. Тя приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и температурата тук е относително комфортна за хората - около 0°C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 km и завършва на височина 80-90 km), отново се наблюдава спад на температурата с увеличаване на разстоянието от повърхността на Земята (до минус 70-80 ° C ). Метеорите обикновено изгарят напълно в мезосферата.

В термосферата - плюс 2000 К!

Химическият състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от надморска височина от около 85-90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенно нагряване на слоеве от много разреден „въздух“ под въздействието на слънчевата радиация . В тази част на „въздушното одеяло“ на планетата температурите варират от 200 до 2000 K, които се получават поради йонизацията на кислород (атомарният кислород се намира над 300 km), както и рекомбинацията на кислородни атоми в молекули , съпроводено с отделяне на голямо количество топлина. Термосферата е мястото, където възникват полярните сияния.

Над термосферата е екзосферата - външният слой на атмосферата, от който светлината и бързо движещите се водородни атоми могат да излязат в открития космос. Химическият състав на земната атмосфера тук е представен предимно от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните слоеве и почти изключително водородни атоми в горните слоеве. Тук те доминират високи температури- около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се е образувала земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв атмосферен състав. Общо има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета чрез процеса на натрупване от протопланетен облак. Днес обаче тази теория е обект на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера трябва да е била унищожена от слънчевия „вятър“ от звезда в нашата планетна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да се задържат в зоната на формиране на планетата според типа земна групапоради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както се предполага от втората хипотеза, може да се е формирал поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, пристигнали от околността слънчева системана ранни етапиразвитие. Много е трудно да се потвърди или отхвърли тази концепция.

Експеримент в IDG RAS

Най-правдоподобна изглежда третата хипотеза, според която атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди приблизително 4 милиарда години. Тази концепция беше тествана в Института по география на Руската академия на науките по време на експеримент, наречен „Царев 2“, когато проба от вещество с метеоритен произход беше нагрята във вакуум. Тогава е регистрирано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и т.н. Затова учените с право предположиха, че химически съставПървичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, флуороводород (HF), въглероден оксид (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячни пари (NH 3), аргон и и др. Водната пара от първичната атмосфера участва в образуването на хидросферата, въглеродният диоксид се появява в по-голяма степен в свързано състояние в органични вещества и скали, азотът преминава в състава на съвременния въздух, а също и отново в седиментни скали и органична материя.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би го позволил модерни хорабъди в него без дихателен апарат, тъй като тогава нямаше кислород в необходимите количества. Този елемент се е появил в значителни количества преди милиард и половина години, смята се, че е във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелените и други водорасли, които са най-старите обитатели на нашата планета.

Минимум кислород

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти безкислороден, се посочва от факта, че лесно окисляемият, но не окисляващ се графит (въглерод) се намира в най-старите (катархейски) скали. Впоследствие т.нар железни руди, който включваше слоеве от обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата мощен източниккислород в молекулярна форма. Но тези елементи се откриват само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват на малки острови в безкислородна пустиня), докато останалият свят е анаеробен. Последното се подкрепя от факта, че лесно окисляемият пирит е намерен под формата на камъчета, обработени чрез поток без следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, се е развило мнението, че атмосферата преди камбрия е съдържала по-малко от един процент от днешния кислороден състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се случи „кислородната революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което от една молекула хранително вещество(глюкоза) можете да получите 38, а не две (както при анаеробното дишане) единици енергия. Съставът на земната атмосфера по отношение на кислорода започна да надвишава един процент от съвременния и започна да възниква озонов слой, предпазващи организмите от радиация. Именно от нея, например, такива древни животни като трилобитите се „криха“ под дебели черупки. Оттогава до наше време съдържанието на основния „дихателен” елемент постепенно и бавно нараства, осигурявайки разнообразието на развитие на формите на живот на планетата.

Атмосферният въздух, влизащ в белите дробове по време на вдишване, се нарича вдишанипо въздух; въздух, изпускан през дихателните пътища по време на издишване - издишано. Издишаният въздух е смес от въздух попълванеалвеоли, - алвеоларен въздух- с въздух, намиращ се в дихателните пътища (в носната кухина, ларинкса, трахеята и бронхите). Състав на вдишвания, издишван и алвеоларен въздух при нормални условия здрав човеке доста постоянна и се определя от следните фигури (Таблица 3).

Тези цифри може леко да варират в зависимост от различни условия(състояние на почивка или работа и др.). Но при всички условия алвеоларният въздух се различава от вдишвания със значително по-ниско съдържание на кислород и по-високо съдържание на въглероден диоксид. Това се случва в резултат на факта, че в белодробните алвеоли кислородът навлиза в кръвта от въздуха и въглеродният диоксид се освобождава обратно.

Газообмен в белите дробовепоради факта, че в белодробни алвеоли и венозна кръвтече към белите дробове, налягане на кислород и въглероден диоксидразлично: налягането на кислорода в алвеолите е по-високо, отколкото в кръвта, а налягането на въглеродния диоксид, напротив, в кръвта е по-високо, отколкото в алвеолите. Следователно в белите дробове се извършва преходът на кислород от въздух към кръв и въглероден диоксид от кръв към въздух. Този преход на газове се обяснява с определени физични закони: ако налягането на газ, намиращ се в течност и във въздуха около нея, е различно, тогава газът преминава от течността във въздуха и обратно, докато налягането се балансира.

Таблица 3

В смес от газове, като въздух, налягането на всеки газ се определя от процентното съдържание на този газ и се нарича парциално налягане(от латинска дума pars - част). Например, атмосферният въздух упражнява налягане, равно на 760 mmHg. Съдържанието на кислород във въздуха е 20,94%. Парциалното налягане на атмосферния кислород ще бъде 20,94% от общото атмосферно налягане, т.е. 760 mm и се равнява на 159 mm живачен стълб. Установено е, че парциалното налягане на кислорода в алвеоларния въздух е 100 - 110 mm, а във венозната кръв и капилярите на белите дробове - 40 mm. Парциалното налягане на въглеродния диоксид е 40 mm в алвеолите и 47 mm в кръвта. Разликата в парциалното налягане между кръвта и въздушните газове обяснява обмена на газ в белите дробове. В този процес активна роля играят клетките на стените на белодробните алвеоли и кръвоносните капиляри на белите дробове, през които преминават газове.