Генезис и состав атмосферы. Физическое состояние
Генезис:Первичной была восстановительная обстановка Н2О, NH3, CH4 - пропорции этих газов соответствовали пропорциям в вулканических дымах. -в догеологический период - доминировали CH4, NH3, (H2, H2O, CO, HCl). -Развитие жизни и генерация ею кислорода смогло окислить древнюю атмосферу до ее современного состояния: -NH3 – N2. -CH4 -- CO2. -H2 -- H2O. -Эти процессы относятся к периоду около 3 млрд. лет. -Современная атмосфера – есть порождение процессов на Земле – жизни, радиоактивного распада и дегазации(?) (возможно дегазация продолжается до сих пор). Атмосфера – представляет собой газовую оболочку (параметры – небольшая плотность, небольшая масса). Неустойчивый компонент планет – газ – может непрерывно теряться вследствие процесса «диссипации» (когда скорость молекул газа превысит 2 космическую – то зависит от температуры и массы молекулы. Для земной атмосферы -реальна потеря Н и Не, остальные газы практически не могли быть потеряны.. На З. существует огромный дефицит инертных газов, что свидетельствует о том, что она не имела первичной (тяжелой) атмосферы, а является новообразованной.Изотопный состав гелия в атмосфере Земли показывает, что потеря Не – реальный процесс в атмосфере. Обратный процесс:Но Земля облучается «солнечным ветром», состоящим из ядер Н, следовательно Н2 может захватываться полем тяготенияN– 75,5 об.%, O - 23 %, Ar – 1,28 %, CO2 – 0.04%, остальные газы – в ничтожных количествах:H2О, H2, CO, H2S, инертные газы, Hg, пыль, пепел.
Процессы в атмосфере.
Главный процессы в атмосфере – реакции фотохимического типа:- диссоциация Н2О на Н2 и О2, количественно очень малаО2 (фотосинтеза) : О2 (фотолиза) = 1000 : 1, но до развития растений вероятно это было не так. - формирование озона (О3) – реакция имеет большое значение для жизнедеятельности(энергетика связей в озоне такова, что попадает в резонанс с ультрафиолетовым излучением, ульрафиолет поглощается - озоновый экран – h 20км (на Венере, где преобладают СО2 и SO2 – образуются перекисные соединения серы). -Атмосфера – регулятор энергетики 1) выравнивает разнообразные температуры, слаживает климат (на Луне – перепад температур в сотни градусов – ночь/день на Венере – температура - не меняется. 2) Регулирует абс. Т поверхности (единственный источник энергии на поверхности – Солнце. 2 аспекта – отражение Е (альбедо Земли 0,2). - поглощение (энергия трансформируется в разные виды энергии (фотосинтез, механическая- круговорот Н2О, тепловая) и переизлучение тепла в косм пространство). -Еще один аспект парниковый – СО2 поглощает кванты света, нагревается и излучает в тепловом диапазоне
вывод: чем больше СО2, тем выше Т. -чем больше Т, тем больше разрушается карбонатов.-тем больше СО2, - тем больше Т, т.е. процесс самоподдерживающий. Из-за деятельности человека концентрация СО2 возросла на 10%, но для СО2 – главный резервуар – гидросфера (в 50 раз больше, чем в атмосф.). –фотосинтез. Высокая концентрация О2 в атмосфере (23%) является геохимическим парадоксом, не повторяющимся нигде на планетах. Причина - мощный процесс фотосинтеза с участием хлорофилла сопровождается выделением О2 в атмосферу:СО2 + Н2О = НСООН + О2. Это более мощный процесс синтеза О2, чем фотодиссоциация с образованием озона.
Происхождение компонентов атмосферы: ювенильные, радиогенные и биогенные газы
Ювенильные и радиогенные газы: Ювенильные газы – доказываются по изотопам Не. Не4 (альфа-частица) – образуется при радиоактивном распаде:Не3: Li6 + p1 --- He4 + T3 ---- He3, но значение этих процессов невелико Не3/Не4 = 10*-8 (атмосфера) = 10*-12 (земная кора). Следовательно, в глубинных газах отношение должно быть коровым, но оказалось, что в некоторых местах оно повышалось до 10*-6 . Т.е. есть гелий ювенильный и радиогенный. 2) - УВ (?) - результат мантийной дегазации ? (V, Ni, Co). 3) - Н2 -возможно есть потоки Н2 из ядра Земли (Ларин «газовое дыхание»). Биогенные газы О2, СО2, N2 – образуются в результате жизнедеятельности (процессы фотосинтеза, дыхания, окисления, фотолиза). В земной коре газы находятся либо в сорбированном виде, либо в виде газовых струй (состав СО2-N2 без Ar) – указывает на биогенное происхождение. CH4 – двойственный генезис (сипы, струи в массивах щелочных пород, метаносфера по Б.М. Юсупову)
Геохимия биосферы
Учение о биосфере разработал В. И. Вернадский: это пространство, где присутствуют живые организмы от единичных бактерий до мощных экваториальных лесов с его обитателями. Совокупность организмов, выраженная в единицах массы и энергии, В. И. Вернадский назвал живым веществом. Основу живого вещества составляет углерод, обладающий способностью давать бесконечное множество разнообразных химических соединений. Вместе с ним О, N, H образуют основные органические соединения: белки, жиры, углеводы.
Состав и границы биосферы
В состав биосферы входит (В.И. Вернадский):- гидросфера, атмосфера, живое вещество и верхняя часть земной коры с неопределенным положением нижней границы; здесь в состав биосферы включены только почвы континентов и илы океанов. При таком понимании объема биосферы ее средний химический состав. 1) близок к составу резко преобладающей по массе гидросферы (Н, О, С); 2) предопределен геохимическими законами дегазации земных недр и взаимодействия избыточных летучих с породами земной коры. Границы – от стратосферы (10-11 км) до подводных илов. Т. Голд – микроорганизмы обнаружены в литосфере на глубинах 1-2 км.