Природные газы земных недр и их состав
Строение атмосферы
Нижний слой атмосферы, имеющий мощность 8-10 км в полярных областях и 16-18 км в тропиках, называется тропосферой. Это наиболее плотная часть атмосферы, граничащая с океаном и сушей, является зоной интенсивного перемешивания воздушных масс. Т в тропосфере уменьшается с высотой в среднем на 0,5оС на 100 м. Верхней ее границей служит область постоянных температур, составляющих 190-220К (около –55оС), называемая тропопаузой.
Выше простирается стратосфера, в нижней части которой сохраняются постоянные температуры, аналогичные тропопаузе (по разным данным до 25 или 35 км). На высоте около 30 км расположен слой озона. В верхней стратосфере с высоты 25-35 км Т начинает вновь возрастать и на высоте около 50 км достигает 0оС. Эта Т сохраняется в слое до 55 км, именуемом стратопаузой.
В слое от 55 до 80 км Т вновь понижается до примерно -60оС, этот слой называется мезосферой. Выше 80 км Т резко возрастает и достигает почти 100оК в слое, именуемом термосферой. Самая внешняя оболочка с высоты 1000 км относится к экзосфере, области диссипации газов, граничащей с межпланетным пространством.
Для верхней атмосферы с высоты около 100 км характерны процессы диссоциации и ионизации газов. С высоты порядка нескольких десятков км в результате воздействия солнечной радиации, космических лучей происходит изменение в состоянии основных компонентов воздуха. В интервале высот 10-100 (максимум около 20-30 км) появляются свободные атомы кислорода и молекулы озона, появление последнего связано с поглощением квантов ультрафиолетовых лучей. Процесс образования озона резко снижает интенсивность ультрафиолетовой радиации Солнца, снижая ее до минимальных значений у поверхности, что обеспечивает сохранность живых организмов. В последние годы установлено уменьшение концентрации озона над Антарктидой, охватывающее огромную площадь. Происхождение “озоновых” дыр не ясно, по имеющимся гипотезам оно может быть связано с фреонами - хлористыми соединениями, входящими в состав антропогенных аэрозолей.
Начиная с высот около 40 км, происходит диссоциация молекул кислорода на атомы, которая завершается на высоте порядка 150 км, выше 300 км полностью диссоциирован и азот. На высотах 100-400 км газы ионизируются, и этот слой получил название ионосферы. Здесь протекают и ядерные реакции образования 3Н и 14С.
Химический состав наземной атмосферы.
Главными компонентами атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ, составляющие до 99,99% сухого воздуха. Второстепенные компоненты включают озон, водород, и инертные газы: гелий, неон, криптон, ксенон и радон. В земной атмосфере находятся также мелкие коллоидные частицы пыли, различного происхождения (естественного и антропогенного). На границе с океаном с поверхности морской воды в приводные слои атмосферы поступают такие элементы как K, Cs, Rb, Cr, Cu и др. На химический состав атмосферы и атмосферных осадков влияет вулканизм, поставляющий H2O, CО2, а также H2, CО, N2, Cl2, HСl, NH3, CH4и другие газы. В формировании состава приземного слоя большую роль играют почва и растительный покров, но особенно велик вклад в баланс СО2и О2Мирового океана.
Важнейшими источниками ионов в атмосфере являются следующие:
1) привнос солей с водяными брызгами, поднимаемыми ветром при штормовой погоде с поверхности океанов и морей, попадают ионы Na, Cl, отчасти Mg,
2) эоловый привнос сухих солей с поверхности суши, происходит в огромных масштабах в аридных областях, попадают продукты выветривания горных пород и карбонаты,
3) продукты вулканических извержений, преимущественно CO2, SO3, Cl-, NH3и др.,
4) промышленные загрязнения, связанные со сжиганием топлива, металлургическими и химическими производствами, главным образом, CO2, SO2, SO3, окислы азота.
Природные газы земных недр и их состав
Состав подземных газов Земли связан с составом горных пород и Р-Т условиями их нахождения. С повышением Т ряд веществ переходит в газообразное состояние.
В зависимости от происхождения В.В.Белоусов выделил 4 типа подземных природных газов:
1) газы биохимического происхождения, образуются при разложении микроорганизмами органических веществ и минеральных солей. К ним относятся CH4, CO2, тяжелые углеводороды, N2, H2S, H2, O2,
2) газы воздушного происхождения, образуются при проникновении в литосферу атмосферного воздуха,
3) газы химического происхождения, возникают при химических реакциях в литосфере, они подразделяются на образующиеся при низких Т и Р и газы метаморфического происхождения. К ним относятся CO2, H2S, H2, CH4, CO, N2, HСl, HF, NH3, SO2, Cl, S,
4) газы радиактивного происхождения, включающие He, Ar, Rn.
Из этой классификации видно, что один и тот же газ может иметь различное происхождение.