Кислород в атмосфере появился 3 миллиарда лет назад в количестве 0,1 - 1%. Он относится к очень активным химическим веществам. Поэтому в прошлом около 10 20 кг кислорода из атмосферы было потрачено на окисление атмосферных газов, растворенных в океанах и морях веществ, а также на окисление веществ горных пород на суше и на дне океанов. Весь современный растительный мир планеты в год потребляет 1014 кг углекислого газа и выделяет 3 · 1013 кг кислорода, что в 3,3 раза меньше массы безвозвратно поглощенного углекислого газа. Поэтому можно сделать вывод, что в настоящее время количество кислорода в атмосфере увеличивается, а количество углекислого газа уменьшается. Смотрите график 23. Если этот процесс не замедлится, то через 1500 лет в атмосфере будет 26% кислорода, через 3000 лет - 42% (в 2 раза больше, чем сейчас). Но такого большого увеличения процентного состава кислорода в атмосфере не произойдет, так как для этого недостаточно углекислого газа планеты. На поверхности Земли (в атмосфере и океанах) находится примерно 1017 кг углекислого газа, из которого растения могут получить 3 ·1016 кг кислорода (3% от находящегося в атмосфере). Следовательно, максимальное количество кислорода в атмосфере может увеличиться до 24% (21% + 3%). При нынешних темпах выделения кислорода растениями, в атмосфере его будет содержаться 24% через несколько миллионов лет.
Б) Основные «резервуары и хранилищами» кислорода на Земле является атмосфера и океан. Сейчас количество кислорода в атмосфере 21%, что составляет по весу 1018 кг. Примерно в 3 раза большая его масса растворена в водах океанов, морей, озер и рек. Рыбы дышат именно этим, растворенным в воде, кислородом.
В) Основные потребители кислорода на Земле является мантия Земли, промышленность и животные.
1) Затраты кислорода на глобальное окисление. Вода с растворенным в ней кислородом проникает глубоко в недра Земли, где кислород вступает в реакцию с еще не окисленными веществами коры и мантии. Нагретая в недрах Земли вода в виде пара поднимается на поверхность планеты, чтобы остыть и пропитаться новой порцией кислорода, а потом снова опускается в недра. Делая бесчисленные круговороты, подземная вода за год уносит в недра Земли около 1011 кг кислорода. Процесс окисления веществ в недрах планеты растворенным в воде кислородом является достаточно мощным источником его глобального потребления. Годовая потребность в кислороде для этого геохимического процесса составляет 1011 кг.
Вся масса свободного кислорода в атмосфере и океане равна примерно 3 ·1018 кг. Значит, кислород атмосферы и океана будет истрачен на окисление остывающих горных пород мантии и вещества ядра Земли через 30 миллионов лет после гибели всех растений на Земле (т. е. через 60 миллионов лет, считая от сегодняшнего дня). После потери кислорода атмосфера будет состоять исключительно из азота. Поэтому через 60 миллионов лет атмосферу Земли ожидает азотная стадия эволюционного развития.
2) Затраты кислорода на сжигание органического топлива. 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 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
Б) Основные «резервуары и хранилищами» кислорода на Земле является атмосфера и океан. Сейчас количество кислорода в атмосфере 21%, что составляет по весу 1018 кг. Примерно в 3 раза большая его масса растворена в водах океанов, морей, озер и рек. Рыбы дышат именно этим, растворенным в воде, кислородом.
В) Основные потребители кислорода на Земле является мантия Земли, промышленность и животные.
1) Затраты кислорода на глобальное окисление. Вода с растворенным в ней кислородом проникает глубоко в недра Земли, где кислород вступает в реакцию с еще не окисленными веществами коры и мантии. Нагретая в недрах Земли вода в виде пара поднимается на поверхность планеты, чтобы остыть и пропитаться новой порцией кислорода, а потом снова опускается в недра. Делая бесчисленные круговороты, подземная вода за год уносит в недра Земли около 1011 кг кислорода. Процесс окисления веществ в недрах планеты растворенным в воде кислородом является достаточно мощным источником его глобального потребления. Годовая потребность в кислороде для этого геохимического процесса составляет 1011 кг.
Вся масса свободного кислорода в атмосфере и океане равна примерно 3 ·1018 кг. Значит, кислород атмосферы и океана будет истрачен на окисление остывающих горных пород мантии и вещества ядра Земли через 30 миллионов лет после гибели всех растений на Земле (т. е. через 60 миллионов лет, считая от сегодняшнего дня). После потери кислорода атмосфера будет состоять исключительно из азота. Поэтому через 60 миллионов лет атмосферу Земли ожидает азотная стадия эволюционного развития.
2) Затраты кислорода на сжигание органического топлива. 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 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