Круговороты газовых составляющих земной атмосферы

Азот – главный элемент земной атмосферы, который непрерывно обменивается с живым веществом биосферы. Извлечение азота из атмосферы происходит неорганическим и биохимическим путями. Неорганическое извлечение связано с образованием его соединений N₂O, N₂O₅, NO₂, NH₃. Они находятся в атмосферных осадках и образуются в атмосфере под действием электрических разрядов во время гроз или фотохимических реакций под влиянием солнечной радиации.

Биологическое связывание азота осуществляется некоторыми бактериями в симбиозе с высшими растениями в почвах. Азот также фиксируется некоторыми микроорганизмами планктона и водорослями в морской среде. В количественном отношении биологическое связывание азота превышает его неорганическую фиксацию.

Обмен всего азота атмосферы происходит примерно в течение 10 млн. лет. Азот содержится в газах вулканического происхождения и в изверженных горных породах (N₂ и NH₃₎. Однако главной формой присутствия азота как на Земле, так и на планетах земной группы, является молекулярная. Аммиак, попадая в верхние слои атмосферы, быстро окисляется, высвобождая азот.

Кислород. Содержание свободного кислорода в земной атмосфере отражает баланс между его фотосинтезирующей продукцией и процессами поглощения (окисление органики, деструкция вещества мертвых организмов). Кислород в атмосфере Земли обновляется в течение 3—4 тыс. лет.На ранних этапах свободный кислород возникал в очень малых количествах в результате фотодиссоциации молекул углекислого газа и воды в верхних слоях атмосферы. Однако эти малые количества быстро расходовались на окисление других газов. С появлением в океане автотрофных фотосинтезирующих организмов количество свободного кислорода стало быстро возрастать. Свободный кислород способствовал переходу закисных форм железа в окисные, а сульфидов в сульфаты. Постепенно количество свободного кислорода оказалось сбалансированным таким образом, что количество производимого стало равно количеству поглощаемого. В атмосфере установилось относительное постоянство содержания свободного кислорода.

Углерод (углекислота) — его большая часть в атмосфере находится в виде СО₂ и значительно меньшая в форме СН₄. Источником первичной углекислоты в биосфере является вулканическая деятельность. Миграция СО₂ в биосфере протекает двумя способами.

1.Первый способ выражается в поглощении СО₂ в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении в благоприятных восстановительных условиях в литосфере в виде торфа, угля, нефти, горючих сланцев.

2. По второму способу миграция углерода приводит к созданию карбонатной системы в гидросфере, где СО₂ переходит в Н₂СО₃, НСОз^-1, СО₃^-2. Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. Соотношение органического углерода к карбонатному в истории биосферы составляло 1:4.

Аргон. Большая часть аргона атмосферы поступила из недр Земли на самых ранних этапах ее развития и значительно меньшая добавилась впоследствии в процессе вулканизма и при выветривании калийсодержащих горных пород.

Еще при первоначальном радиоактивном разогреве молодой Земли происходило выделение летучих веществ на поверхность, образовавших первичный океан и первичную атмосферу. Можно допустить, что первичная атмосфера нашей планеты по составу была близка к составу метеоритных и вулканических газов. В какой-то мере первичная атмосфера (содержание СО₂ составляло 98%, аргона — 0,19%, азота — 1,5%) была аналогична атмосфере Венеры — планеты, которая по размерам наиболее близка к нашей планете.

Первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер и была практически лишена свободного кислорода. Только незначительная его часть возникала в верхних слоях атмосферы в результате диссоциации молекул углекислого газа и воды. На определенном этапе развития Земли ее углекислая атмосфера перешла в азотно-кислородную. Остается неясным в какую эпоху истории произошел перелом, был ли он быстрым или постепенным. Известно, что свободный кислород присутствовал в докембрии. Присутствие высокоокисленных соединений железа в красных полосах железных руд докембрия свидетельствуют о наличии свободного кислорода..

Установлено, что примерно 39% всего кислорода, выделившегося при фотосинтезе, оказалось связанным в Fе₂О₃, 56% сосредоточилось в сульфатах SО₄^2- и 5% непрерывно остается в свободном состоянии в атмосфере Земли.

Поиск по сайту: