Ежегодно затрачивается 5 ·1012 кг кислорода атмосферы на сжигание цивилизацией органического топлива и в пожарах (лесные, на нефтяных скважинах и т. д.). Конечным продуктом сжигания являются углекислый газ и вода.
Органическое топливо + 3О 2 = СО 2 + 4Н 2 О.
Растения почти сразу трансформируют углекислый газ (от сжигания топлив и пожаров) опять в кислород. Безвозвратно теряется только кислород при синтезе воды во время горения органических веществ, что составляет 2 ·1012 кг в год.
3) Кислород атмосферы потребляется в момент дыхания животных и людей в количестве около 109 кг в год. Выдыхается из легких животных и человека углекислый газ, который быстро трансформируется растениями опять в кислород.
4) ВЫВОД о темпах глобального поглощения кислорода. Если суммировать массу поглощенного кислорода из атмосферы и массу растворенного кислорода в океанах, то получится величина около 6 ·1012 кг в год. При этом необходимо учитывать, что необратимо (безвозвратно) масса кислорода поглощается в количестве 3 ·1012 кг в год, а остальная его масса образует углекислый газ и вступает в круговорот.
3. Азот N2, которого сейчас в атмосфере 78% (или около 4 ·1018 кг), образовался по двум причинам. Азот выделяется в атмосферу в течение 5 миллиардов лет благодаря вулканическим процессам. Вулканические газы содержат от 0,1 до 2% азота. Газообразный азот обладает низкой химической активностью, поэтому он постоянно накапливается в атмосфере Земли. В водах океанов и морей растворено азота в 5 раз больше, чем в атмосфере - 20 ·1018 кг. Всего на поверхности Земли содержится 24 ·10 18 кг свободного азота. Смотрите рисунок 23.
Кроме вулканического происхождения существуют другие механизмы поступления азота в атмосферу. Азот поступал в атмосферу при процессе окисления аммиака. Академик А. П. Виноградов отстаивает именно эту гипотезу возникновения азота в атмосфере Земли. По приблизительным расчетам, с 5 до 2 миллиарда лет назад в атмосфере Земли содержалось от 5 до 20% аммиака. Начиная с момента, когда растения начали выделять в атмосферу кислород, возник глобальный процесс окисления аммиака с образованием азота.
2NH4 + 2O2 = N 2 + 4H2O.
Азот, в отличие от углекислого газа и кислорода, не участвует в глобальных биохимических процессах. Его усваивают в незначительных количествах в год некоторые виды азотобактерий в почве и илистом дне водоемов. Азот внутри бактериальных клеток превращается в аммиак, цианистые соединения, окись и закись азота. Биологами подсчитано, что за год атмосфера безвозвратно теряет на микробиологические процессы 1011 кг азота. Тогда весь свободный азот Земли будет усвоен бактериями через 240 миллионов лет.
§ 47. Азотная стадия атмосферы.
Уже упоминалось о том, что примерно через 30 миллионов лет земная атмосфера потеряет углекислый газ, который весь поглотится растениями, а через 60 миллионов лет кислород атмосферы израсходуется на подземное окисление вещества мантии и ядра. После этого атмосфера будет состоять из азота. В течение 140 миллионов лет после потери кислорода наша планета будет окружена азотной атмосферой. Потом и эта газовая оболочка Земли исчезнет вследствие жизнедеятельности почвенных азотобактерий. Биологами подсчитано, что за год атмосфера безвозвратно теряет на микробиологические процессы 1011 кг азота. Тогда весь свободный азот Земли будет усвоен бактериями через 240 миллионов лет. Предполагаемые физические параметры азотной атмосферы через 200 миллионов лет, считая от сегодняшнего дня, следующие: масса атмосферы около 1012 кг, в миллион раз меньше современной, толщина газовой оболочки около 100 километров, давление у поверхности 0,001 атмосфер.
Подведем краткий итог эволюции земной атмосферы. Существует естественный процесс уничтожения атмосферы Земли. Через 30 миллионов лет атмосфера потеряет углекислый газ, который поглотится растительным миром, через 60 миллионов лет - кислород, который будет истрачен на окисление остывших пород мантии и ядра планеты, а через 240 миллионов лет - азот, который будет поглощен азотобактериями почвы. Поэтому можно утверждать, что через четверть миллиардов лет земной шар потеряет атмосферу и станет похожим на Луну.
§ 48. Стадия безатмосферной планеты.
На конечном этапе своей эволюции все старые планеты теряют свои атмосферы по чисто космическим причинам.
1. Процесс медленного уничтожения атмосферы - это процесс диссипации, распыления газов по космическому пространству. Исследуя распределение яркости света по ночному небосводу с учетом влияния зодиакального света, академик В. Г. Фесенков в 1949 году подтвердил предположение некоторых ученых о том, что земная атмосфера имеет светящийся газовый хвост, как у комет. Хвост атмосферного газа вытянут в обратную от Солнца сторону, и стелется точно в плоскости эклиптики. От ночной стороны земного шара хвост атмосферы распространяется в мировое космическое пространство более чем на 200 тысяч километров в виде расходящегося конуса, имеющего раствор около 10?. Плотность воздуха вдоль хвоста убывает довольно медленно, приблизительно в 2 раза на каждые 4,7 радиуса Земли. Причиной описанного явления (как и у комет) может быть только фактор давления «солнечного ветра» на верхние слои атмосферы в одном направлении. Смотрите рисунок 24. Это наглядный пример "принудительного" рассеивания атмосферных газов (диссипации) по космическому пространству, несмотря на то, что гравитационное притяжение планеты направлено на удержание вокруг себя атмосферы. В 1986 году канадские ученые и их коллеги из США с помощью спектрометра, установленного на спутнике, определили, что ежегодно из полярных областей ионосферы теряется около 50 миллионов килограмм кислорода («Science News», 1986). Атомы кислорода получают высокие скорости движения в полярных областях атмосферы от ударов заряженных частиц «солнечного ветра» и космических лучей, которые концентрируются к полюсам благодаря сходящимся магнитным силовым линиям Земли. Дополним исследования рассуждениями. Кислород теряется не только с полюсов Земли, но и со всей поверхности ионосферы. Поэтому истинная масса годовой потери кислорода больше приблизительно в 20 раз, и достигает 1 миллиард килограмм в год. Общее количество кислорода в атмосфере составляет 1018 кг.
Рисунок 24. Диссипация атмосферных газов из атмосферы Земли.
Следовательно, весь атмосферный кислород рассеется по космическому пространству через 1 миллиард лет. Одновременно с кислородом диссипации подвергаются азот, углекислый газ, неон, пары воды, водород и другие газы. Точные расчеты показывают, что за год атмосфера Земли теряет 5 миллиардов килограмм газов, в основном азота и кислорода. Вся атмосфера Земли массой 5?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358
Органическое топливо + 3О 2 = СО 2 + 4Н 2 О.
Растения почти сразу трансформируют углекислый газ (от сжигания топлив и пожаров) опять в кислород. Безвозвратно теряется только кислород при синтезе воды во время горения органических веществ, что составляет 2 ·1012 кг в год.
3) Кислород атмосферы потребляется в момент дыхания животных и людей в количестве около 109 кг в год. Выдыхается из легких животных и человека углекислый газ, который быстро трансформируется растениями опять в кислород.
4) ВЫВОД о темпах глобального поглощения кислорода. Если суммировать массу поглощенного кислорода из атмосферы и массу растворенного кислорода в океанах, то получится величина около 6 ·1012 кг в год. При этом необходимо учитывать, что необратимо (безвозвратно) масса кислорода поглощается в количестве 3 ·1012 кг в год, а остальная его масса образует углекислый газ и вступает в круговорот.
3. Азот N2, которого сейчас в атмосфере 78% (или около 4 ·1018 кг), образовался по двум причинам. Азот выделяется в атмосферу в течение 5 миллиардов лет благодаря вулканическим процессам. Вулканические газы содержат от 0,1 до 2% азота. Газообразный азот обладает низкой химической активностью, поэтому он постоянно накапливается в атмосфере Земли. В водах океанов и морей растворено азота в 5 раз больше, чем в атмосфере - 20 ·1018 кг. Всего на поверхности Земли содержится 24 ·10 18 кг свободного азота. Смотрите рисунок 23.
Кроме вулканического происхождения существуют другие механизмы поступления азота в атмосферу. Азот поступал в атмосферу при процессе окисления аммиака. Академик А. П. Виноградов отстаивает именно эту гипотезу возникновения азота в атмосфере Земли. По приблизительным расчетам, с 5 до 2 миллиарда лет назад в атмосфере Земли содержалось от 5 до 20% аммиака. Начиная с момента, когда растения начали выделять в атмосферу кислород, возник глобальный процесс окисления аммиака с образованием азота.
2NH4 + 2O2 = N 2 + 4H2O.
Азот, в отличие от углекислого газа и кислорода, не участвует в глобальных биохимических процессах. Его усваивают в незначительных количествах в год некоторые виды азотобактерий в почве и илистом дне водоемов. Азот внутри бактериальных клеток превращается в аммиак, цианистые соединения, окись и закись азота. Биологами подсчитано, что за год атмосфера безвозвратно теряет на микробиологические процессы 1011 кг азота. Тогда весь свободный азот Земли будет усвоен бактериями через 240 миллионов лет.
§ 47. Азотная стадия атмосферы.
Уже упоминалось о том, что примерно через 30 миллионов лет земная атмосфера потеряет углекислый газ, который весь поглотится растениями, а через 60 миллионов лет кислород атмосферы израсходуется на подземное окисление вещества мантии и ядра. После этого атмосфера будет состоять из азота. В течение 140 миллионов лет после потери кислорода наша планета будет окружена азотной атмосферой. Потом и эта газовая оболочка Земли исчезнет вследствие жизнедеятельности почвенных азотобактерий. Биологами подсчитано, что за год атмосфера безвозвратно теряет на микробиологические процессы 1011 кг азота. Тогда весь свободный азот Земли будет усвоен бактериями через 240 миллионов лет. Предполагаемые физические параметры азотной атмосферы через 200 миллионов лет, считая от сегодняшнего дня, следующие: масса атмосферы около 1012 кг, в миллион раз меньше современной, толщина газовой оболочки около 100 километров, давление у поверхности 0,001 атмосфер.
Подведем краткий итог эволюции земной атмосферы. Существует естественный процесс уничтожения атмосферы Земли. Через 30 миллионов лет атмосфера потеряет углекислый газ, который поглотится растительным миром, через 60 миллионов лет - кислород, который будет истрачен на окисление остывших пород мантии и ядра планеты, а через 240 миллионов лет - азот, который будет поглощен азотобактериями почвы. Поэтому можно утверждать, что через четверть миллиардов лет земной шар потеряет атмосферу и станет похожим на Луну.
§ 48. Стадия безатмосферной планеты.
На конечном этапе своей эволюции все старые планеты теряют свои атмосферы по чисто космическим причинам.
1. Процесс медленного уничтожения атмосферы - это процесс диссипации, распыления газов по космическому пространству. Исследуя распределение яркости света по ночному небосводу с учетом влияния зодиакального света, академик В. Г. Фесенков в 1949 году подтвердил предположение некоторых ученых о том, что земная атмосфера имеет светящийся газовый хвост, как у комет. Хвост атмосферного газа вытянут в обратную от Солнца сторону, и стелется точно в плоскости эклиптики. От ночной стороны земного шара хвост атмосферы распространяется в мировое космическое пространство более чем на 200 тысяч километров в виде расходящегося конуса, имеющего раствор около 10?. Плотность воздуха вдоль хвоста убывает довольно медленно, приблизительно в 2 раза на каждые 4,7 радиуса Земли. Причиной описанного явления (как и у комет) может быть только фактор давления «солнечного ветра» на верхние слои атмосферы в одном направлении. Смотрите рисунок 24. Это наглядный пример "принудительного" рассеивания атмосферных газов (диссипации) по космическому пространству, несмотря на то, что гравитационное притяжение планеты направлено на удержание вокруг себя атмосферы. В 1986 году канадские ученые и их коллеги из США с помощью спектрометра, установленного на спутнике, определили, что ежегодно из полярных областей ионосферы теряется около 50 миллионов килограмм кислорода («Science News», 1986). Атомы кислорода получают высокие скорости движения в полярных областях атмосферы от ударов заряженных частиц «солнечного ветра» и космических лучей, которые концентрируются к полюсам благодаря сходящимся магнитным силовым линиям Земли. Дополним исследования рассуждениями. Кислород теряется не только с полюсов Земли, но и со всей поверхности ионосферы. Поэтому истинная масса годовой потери кислорода больше приблизительно в 20 раз, и достигает 1 миллиард килограмм в год. Общее количество кислорода в атмосфере составляет 1018 кг.
Рисунок 24. Диссипация атмосферных газов из атмосферы Земли.
Следовательно, весь атмосферный кислород рассеется по космическому пространству через 1 миллиард лет. Одновременно с кислородом диссипации подвергаются азот, углекислый газ, неон, пары воды, водород и другие газы. Точные расчеты показывают, что за год атмосфера Земли теряет 5 миллиардов килограмм газов, в основном азота и кислорода. Вся атмосфера Земли массой 5?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358