Какой из газов в первичной атмосфере земли содержался

Когда-то Землю покрывали жерла вулканов, которые, извергаясь, выбрасывали обломки горных пород, клубы пара, углекислый газ, азот и окись углерода. Это и была первичная атмосфера Земли. Планета была беззащитна, а молекулы газов под термическим воздействием высвобождались в космическое пространство.

Как образовалась земная атмосфера

Изначально климат планеты был аномально жарким и непригодным для жизни. Однако со временем становилось прохладнее и молекулы газов стали подвергаться процессу испарения. Возникла вода, благодаря которой стали выпадать обильные дожди. Земля пылала жаром, и капли дождя мгновенно вскипали и обращались в пар. Процесс охлаждения земной поверхности ускорился, и лишняя жидкость превратилась в океаны.

Большая часть углекислого газа растворялась в воде и вымывалась проливными дождями. Затем начали происходить биологические процессы, в которых углекислый газ сыграл первостепенную роль.

Эксперимент в ИДГ РАН

Российские ученые, исследовавшие падение метеорита в Челябинске, пришли к заключению, что небесные тела угрожают человечеству более чем когда-либо. ИДГ РАН снарядили экспедицию к месту падения метеорита и опросили большое количество свидетелей из 50 окрестных населенных пунктов. Очевидцы предоставили институту множество видеозаписей, оказав помощь отечественной науке.

В заключении исследователей сказано: «Каждый объект, упавший на Южном Урале в середине февраля того года, оказался частью небольшого астероида. При вхождении в атмосферу он имел скорость 19 км/с. Параметры небесного тела составляли: масса — 11000 т; диаметр — 20 м. Энергия взрыва оценивалась в половину мегатонны, а более 99% твердого вещества превратилось в пыль и газ». Крупнейшим фрагментом метеорита (650 кг), стал кусок, упавший в озеро Чебаркуль.

Ежедневно воздух пополняется микрочастицами космического происхождения. Это сказывается на климатических условиях Земли. Каждый год в атмосферу входит до 10-30 объектов диаметром в 1 м. Самым крупным был метеорит, упавший около Тунгуски, ведь его энергия составила диапазон в 3-15 Мт.

Минимум кислорода в первичном составе атмосферы

Миллиарды лет назад состав воздуха разительно отличался от современного. Первую гипотезу предложил Л. Пастер (1822-1895) ближе к концу XIX столетия: Земля была лишена кислорода, но это не помешало появлению простейших микроорганизмов. Анаэробные бактерии в нем не нуждались и по сей день сохранились в неизменном виде. Атмосфера Земли включала в себя:

• водяные пары;
• аммиак;
• водород.

На заре геологической истории магнитосфера стала защитой Земли от солнечного ветра. Так была образована углекислая атмосфера. Газ выбрасывался из недр во время извержений вулканов повышенной интенсивности.

В конце палеозойской эры минимальный объем кислорода позволил появиться первым растениям, благодаря которым углекислый газ стал подвергаться воздействию фотосинтеза и поступать в атмосферу.

Появление жизни и кислорода

1 млрд лет назад первые формы жизни активно развивались без кислорода. Согласно данным, полученным вследствие проведенного в 1953 г. эксперимента, под действием электрического разряда смесь аммиака, метана, водорода и воды разложилась на глицин и прочие аминокислоты. Данный лабораторный опыт длился в течение недели под руководством ученого из Чикагского университета Стенли Миллера. Он доказал научному миру, что при благоприятных условиях в природе происходит активное образование молекул жизни, вопреки соображениям сухой статистики.

Земная кора содержит в себе около 47,2% кислорода. Его химическая активность под действием высоких температур и связи с другими элементами объясняет, почему на заре времен не было кислорода. Большая часть элементов в природе образуется в виде их твердых окислов. Многие из них с трудом разлагаются на компоненты, что ставит под сомнение существование свободного кислорода раньше.

Вода, двуокись углерода, аммиак, метан и некоторые благородные газы — ее основные составляющие. То есть большая часть кислорода — биологического происхождения, и это полностью отвечает теории о том, что ранние формы жизни были способны выделять его, а поздние — активно потреблять.

Сегодня распространена гипотеза абиогенного зарождения живых организмов, их самопроизвольного появления из первичных и более простых веществ, находящихся в атмосфере и океанах. Опарин Александр Иванович развил данную теорию и привел множество доказательств, исходя из которых следует, что первичная атмосфера планеты Земля содержала азот, углекислый газ, воду, сероводород, аммиак и метан в больших количествах.

Состав современной атмосферы Земли

Без кислорода жизнь на Земле невозможна, однако в чистом виде он стал поступать на позднем этапе развития планеты. Некоторые ученые считают, что кислород начал возникать за счет обмена веществ древних растений и стал побочным эффектом процесса фотосинтеза. Со временем он накопился в атмосфере и послужил причиной ряда изменений в характере атмосферы Земли и развитии всего живого.

В современный состав воздуха входят 4 основных и несколько второстепенных газов, а также примеси, зависящие от характера поверхности Земли и ее области, от вида обитателей. Человек занимает в ее формировании одну из первостепенных ролей. Атмосферными примесями являются:

• перекись водорода;
• водяной пар;
• аммиак;
• озон;
• окись углерода;
• сероводород;
• пыль;
• соли;
• сернистый газ.

Газовый и химический составы атмосферы отличаются от первобытного, и это объясняет многие особенности эволюции.

Баланс кислорода

С точки зрения биологии, кислород преобладает на планете Земля. Его содержание практически неизменно и составляет 21%. Кислород поглощается во время дыхания, а вырабатывается вследствие процесса фотосинтеза. Все это тесно взаимосвязано и является основой природного баланса кислорода в атмосфере.

Азот

Содержание данного газа в нижних слоях атмосферы составляет 78,084%. Азот инертен и в химических соединениях (нитратах) занимает важную ступень в процессе обмена веществ растительного и животного мира. Живые существа не способны усваивать азот напрямую из воздуха, однако он входит в пищу, которая необходима для ежедневного восполнения энергии. Молекулы газа захватываются микроорганизмами, обитающими в корнях бобовых культур. Сформировавшиеся нитраты становятся доступны для животных, поедающих эти растения.

Благородные газы

В атмосфере содержатся газы, не участвующие в биологических процессах, но играющие первостепенную роль при переносе энергии в высших слоях, это:

• аргон — 0,934% ;
• гелий — 0,00000524%;
• неон — 0,000018%;
• ксенон — 0,000000087%;
• водород — 0,0000005%.

Углекислый газ не менее важен для погодных и климатических условий, однако его содержание в атмосфере — не более 0,03%. Увеличение его объема до 0,06% способно повысить температуру планеты на 3°C.

Со времен становления промышленности (более 120 лет назад) человечество увеличило выброс углекислого и прочих газов в слои атмосферы, и в период с 1869 по 1940 гг. общая температура воздуха выросла на 1°C.

Образование атмосферы Земли началось в далекие времена – в протопланетный этап развития Земли, в период активных вулканических извержений с выбросом огромного количества газов. Позже, когда на Земле появились океаны и биосфера, образование атмосферы продолжилось за счет газообмена между водой, растениями, животными и продуктами их разложения.

В течение всей геологической истории атмосфера Земли претерпела ряд глубоких трансформаций.

В состав первичной атмосферы Земли на протопланетной стадии развития Земли (более 4,2 млрд л. н.) входили преимущественно метан, аммиак и углекислый газ. Затем в результате дегазации мантии Земли и непрерывных процессов выветривания на поверхности земли, состав первичной атмосферы Земли обогатился парами воды, соединениями углерода (СO2, СО) и серы, а также сильными галогенными кислотами (НСI, НF, НI) и борной кислотой. Первичная атмосфера была очень тонкая.

Вторичная атмосфера Земли. Окислительная.

В дальнейшем первичная атмосфера стала трансформироваться во вторичную. Это произошло в результате тех же процессов выветривания, происходивших на поверхности земли, вулканической и солнечной активности, а также вследствие жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей.

Результатом трансформации стало разложение метана на водород и углекислоту, аммиака – на азот и водород. В атмосфере Земли стали накапливаться углекислый газ и азот.

Сине-зеленые водоросли посредством фотосинтеза стали вырабатывать кислород, который практически весь тратился на окисление других газов и горных пород. В результате этого аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до углекислоты, сера и сероводород – до SO2 и SO3.

Таким образом, атмосфера из восстановительной постепенно превратилась в окислительную.

Образование и эволюция углекислого газа в первичной и вторичной атмосфере.

Источники углекислого газа на ранних этапах образования атмосферы:

• Окисление метана,
• Дегазация мантии Земли,
• Выветривание горных пород.

Содержание углекислоты в атмосфере ранней Земли было весьма значительно. Однако большая ее часть растворялась в водах гидросферы, где участвовала в постройке раковин различных водных организмов, биогенным путем превращаясь в карбонаты.

На рубеже протерозоя и палеозоя (ок. 600 млн. л.н.) содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось и составило всего лишь десятые доли процента от общего объема газов в атмосфере.

Современного уровня содержания в атмосфере углекислый газ достиг лишь 10-20 млн. лет назад.

Образование и эволюция кислорода в первичной и вторичной атмосфере.

Источники кислорода на ранних этапах образования атмосферы:

• Дегазация мантии Земли – практически весь кислород тратился на окислительные процессы.
• Фотодиссоциация воды (разложения на молекулы водорода и кислорода) в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения – в результате в атмосфере появились свободные молекулы кислорода.
• Переработка углекислоты в кислород эукариотами. Появление свободного кислорода в атмосфере привело к гибели прокариот (приспособленных к жизни в восстановительных условиях) и появлению эукариот (приспособившихся жить в окислительной среде).

Изменение концентрации кислорода в атмосфере.

Архей – первая половина протерозоя – концентрация кислорода 0,01% современного уровня (точка Юри). Практически весь возникающий кислород расходовался на окисление железа и серы. Это продолжалось до тех пор, пока все двухвалентное железо, находящееся на поверхности земли, не окислилось. С этого момента кислород стал накапливаться в атмосфере.

Вторая половина протерозоя – конец раннего венда – концентрация кислорода в атмосфере 0,1% от современного уровня (точка Пастера).

Поздний венд – силурийский период. Свободный кислород стимулировал развитие жизни – анаэробный процесс брожения сменился энергетически более перспективным и прогрессивным кислородным метаболизмом. С этого момента накопление кислорода в атмосфере происходило довольно быстро. Выход растений из моря на сушу (450 млн. л. н.) привел к стабилизации уровня кислорода в атмосфере.

Середина мелового периода. Окончательная стабилизация концентрации кислорода в атмосфере связана с появлением цветковых растений (100 млн. л. н.).

Образование и эволюция азота в первичной  и вторичной атмосфере.

Азот образовался на ранних стадиях развития Земли за счет разложения аммиака. Связывание атмосферного азота и захоронение его в морских осадках началось с появлением организмов. После выхода живых организмов на сушу, азот стал захороняться и в континентальных осадках. Процесс связывания азота особенно усилился с появлением наземных растений.

Таким образом, состав атмосферы Земли определял особенности жизнедеятельности организмов, способствовал их эволюции, развитию и расселению по поверхности земли. Но в истории Земли бывали порой и сбои в распределении газового состава. Причиной этого служили различные катастрофы, которые не раз возникали в течение криптозоя и фанерозоя. Эти сбои приводили к массовым вымираниям органического мира.

Состав древней и современной атмосферы в процентном соотношении приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав первичной и современной атмосферы Земли.

Источник: wonderful-planet.ru

Статьи по теме “Атмосфера”:

• Воздействие атмосферы на организм человека с увеличением высоты.
• Высота и границы атмосферы.
• Физические свойства атмосферы.
• Образование атмосферы. Первичная и вторичная атмосфера.
• Состав современной атмосферы Земли. Общие данные.
• Азот в составе атмосферы – содержание в атмосфере 78%.
• Кислород в составе атмосферы – содержание в атмосфере 21%.

Серия сообщений “Атмосфера Земли”:

Все, что Вы хотели знать об атмосфере Земли: высота, границы, свойства, воздействие на организм человека, образование, состав, части атмосферы, слои и многое-многое другое.

Часть 1 – Атмосфера. Изменение свойств и воздействия на организм человека с увеличением высоты.
Часть 2 – Высота и границы атмосферы
Часть 3 – Физические свойства атмосферы.
Часть 4 – Образование атмосферы. Первичная и вторичная атмосфера.
Часть 5 – Состав современной атмосферы Земли. Общие данные.
Часть 6 – Азот в составе атмосферы – содержание в атмосфере 78%.
Часть 7 – Кислород в составе атмосферы – содержание 21%.
Часть 8 – Углекислый газ в составе атмосферы.
Часть 9 – Аргон в составе атмосферы – содержание 1%.