В чем отличие первичной атмосферы земли от современной атмосферы кратко

Обновлено: 02.07.2024

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.

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.

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.

Из того, что мы знаем о происхождении жизни на Земле, ясно, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных. Если сейчас на Земле где — нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения, то вероятность сколько — нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами. Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Вопрос 2. В чём состоит основное различие идей А.И. Опарина и Дж. Холдейна о происхождении жизни?

Оба ученых придерживались гипотезы о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений. Но в отличии от Опарина, который первичной считал коацерватную систему первичной, Холдейн выдвинул гипотезу где первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн — нуклеиновым кислотам.

Поэт говорит о самой великой ценности – нашей уникальной природе, о ее многообразии и самобытности.

Физико — химическая эволюция в развитии биосферы

Вопрос 1. Охарактеризуйте физико — химические события, сопровождавшие образование Мирового океана.

Океан появился 3,5 млрд лет назад как следствие дегазации магмы и последующей конденсации паров в атмосферы.

Вопрос 2. Какие события в истории развития Земли сыграли наиболее существенную роль в появлении биосферы?

Появление сначала анаэробных бактерий. А потом — производящих кислород цианобактерий (сине — зелёных водорослей). Далее появились и аэробные живые существа. С появление кислорода связана биосфера.

Вопрос 3. В чём отличие первичной атмосферы Земли (Протоземли) от современной атмосферы?

Первичная атмосфера очень отличалась от современной. В ней отсутствовал кислород и остальные газы, которые могут окислять. Первичная атмосфера была восстановительной, а современная — окислительная. Первичная атмосфера содержала вулканические газы, в которых отсутствовал кислород.

Вопрос 4. Объясните, почему С. Миллер, опытным путём доказав возможность эволюционного возникновения органических веществ на Земле, не продолжил эксперимент до получения живой клетки.

В созданной ним установке ему удалось синтезировать ряд аминокислот, но он получил только 4 из 20 необходимых для жизни. 4 аминокислоты ему удалось сберечь лишь потому, что он изъял их из зоны разряда. Под поверхностью воды не достаточно энергии для активизации хим. реакций, поэтому чтоб из аминокислот получились молекулы белка им необходимо выйти из воды, но если это случится — они будут уничтожены ультрафиолетом. Это означает что накопления "первичного бульона" не было.

Состав атмосферы в процессе эволюции Земли под влиянием метаболических процессов живых организмов существенно изменился и приобрел современное состояние. В настоящее время состав атмосферы стабилизировался на наблюдаемом уровне и остается неизменным.

Появление атмосферы

В атмосфере происходит свободное перемещение компонентов практически в любом направлении. Время полного перемешивания атмосферы в широком направлении происходит в течение нескольких месяцев и создать разность концентраций биогенов в ней в течение продолжительного времени невозможно.

Из всех планет Солнечной системы только Земля обладает уникальной атмосферой, благоприятной для развития и процветания высших форм жизни.

Такой оптимальный для жизни состав земной атмосферы постепенно возник благодаря длительным взаимодействиям процессов дегазации Земли с геохимическими и биологическими преобразованиями вещества, приведшими к связыванию отдельных компонент атмосферы, например углекислого газа, сероводорода, галогенов и др., в осадочных породах и гидросфере нашей планеты и, наоборот, к высвобождению газа – эликсира жизни – кислорода.

Но все эти биогеохимические преобразования состава атмосферы могли осуществляться только в узком температурном диапазоне существования жидкого состояния воды.

Наше счастье, что согревающее нас Солнце является спокойной и небольшой звездой, а Земля расположена от него на таком расстоянии, что средняя температура земной поверхности в настоящее время не превышает + 15 °С. Если бы светимость Солнца была бóльшей, в 3–4 раза, то Земля неизбежно “превратилась бы в Венеру” с плотной углекислотно-паровой атмосферой, а если меньшей, то замерзла, подобно Марсу.

За время эволюции с момента образования биосферы состав атмосферы изменился принципиально — появился и стал одним из основных компонентов кислород, образовался защитный озоновый слой, значительно колебалась концентрация диоксида углерода и т. д.

В процессе развития Земли происходило изменение не только свойств подстилающей поверхности, но и состава атмосферы и гидросферы. На самых первых этапах эволюции Земли после завершения образования планеты, разогревания ее недр, формирования ядра, приведшим к активным проявлениям магматизма и, в частности, вулканизма, началась дегазация мантии и образование гидросферы и атмосферы.

Похожее по теме. Происхождение жизни Возникновение жизни или абиогенез - процесс превращения неживой природы в живую.

Наряду с атмосферой изменились гидросфера и литосфера. Изменение гидросферы тесно связано с эволюцией атмосферы, так как водный баланс водоемов зависит от режима осадков и испарения. Стала иной и литосфера. Она подверглась мощному физическому выветриванию. На литосферу оказывали влияние организмы, продукты их обмена и распада.

В результате сложных процессов, протекающих в литосфере, сформировалась поверхность материков, образовались осадочные породы, почвы. Эволюция биосферы сопровождалась образованием биогенных веществ (каменного угля, горючих газов, торфа и т. д.), биокосных тел, возникших в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Типичным биокосным телом является почва — основной объект сельскохозяйственного производства.

Что касается химического состава вулканических газов, то, по современным определениям, вулканические газы содержат, прежде всего, значительное количество водяного пара. Например, в газах из базальтовых лав вулканов Мауна-Лоа (Гавайские острова) при температуре 1200 °С содержится примерно 70–80% водяного пара (по объему).

Следующей по значению составляющей вулканических газов является углекислый газ; в газах гавайских вулканов его содержится 6–15% (по объему). В вулканических газах содержится сернистый газ SО2 и азот. Встречаются также хлор, метан СН4 (иногда до 3%), аммиак NH3 и другие компоненты (SО2, S, Вг, F, Se, I, В).

Таким образом, можно считать, что на поверхность Земли при дегазации лав поступали пары воды, соединения углерода СО2, СО и СН4, аммиак, сера и ее соединения H2S и SО2, галоидные кислоты НС1, HF, HBr, HI, борная кислота, водород, аргон и некоторые другие газы. Эта первичная атмосфера сначала была тонкой, поэтому ее температура у поверхности Земли была очень близкой к температуре лучистого равновесия, получающейся в результате приравнивания потока поглощаемого поверхностью солнечного тепла потоку уходящего излучения поверхности Земли, пропорциональному четвертой степени температуры этой поверхности (по некоторым предположениям температура могла быть выше, чем при лучистом равновесии, из-за парникового эффекта, создававшегося аммиаком).

Эта температура (при современной отражательной способности Земли 0,28) в среднем равна 15 °С, но если принять, что поверхность Земли в катархее напоминала по своим отражательным свойствам лунную поверхность (альбедо 0,07), то средняя температура поверхности (при современном уровне интенсивности солнечного излучения и излучательной способности базальта 0,93) оказывается равной около 5 °С. Таким образом, большая часть водяного пара вулканических газов должна была конденсироваться, превращаясь в воду и образуя гидросферу (Монин А.С., 1982).

Кислые дымы НС1, HF, НВг, аммиак NH3, сера S и ее соединения, значительная часть углекислого газа СО2 растворялись в капельках конденсировавшейся воды и выпадали в виде дождя кислот на поверхности Земли. Эти кислые потоки стекали в пониженные участки первичной поверхности Земли, одновременно реагируя с подстилающими породами и извлекая из них эквивалентное количество щелочей и щелочных земель. По оценке В.М. Гольдшмидта, на 1 кг морской воды приходится 0,6 кг разрушенных горных пород; при их разрушении извлекается и переводится в океан 66% содержащегося в них натрия, 10% магния, 4% стронция, 2,5% калия, 1,9% кальция, 0,3% лития и т.д. Учитывая распространенность этих элементов в породах земной коры можно вычислить получающиеся концентрации соответствующих катионов в морской воде - они совпадают с фактическими характеристиками солености морской воды.

В то же время содержание главных анионов в морской воде во много раз выше, чем их количества, которые могут быть извлечены из горных пород. Особенно это относится к хлору и брому, которых в 1 кг современной морской воды в 200 и 50 раз больше, чем в 0,6 кг горных пород. Таким образом, хлор и бром могли попасть в воду только из продуктов дегазации мантии, и мы приходим к одному из основных тезисов А. П. Виноградова: все анионы морской воды возникли из продуктов дегазации мантии, а катионы – из разрушенных горных пород.

Похожее по теме. Глобальное потепление: миф или реальность? С этой теорией заговора может сравниться разве что история про фейковый полет на Луну. Её сторонники верят, убеждают других, бьют себя в грудь… Но понимаете ли вы, �

Таким образом, вода океана оказывалась с самого его образования соленой, а не пресной. Общая соленость первичного океана, определяемая содержанием анионов в продуктах дегазации мантии, была, вероятно, близка к современной, но соотношения катионов могли быть несколько иными, так как горные породы первичной коры были преимущественно ультраосновными и основными, и соотношения Na/K и Mg/K в них были много больше, чем в современных горных породах. Следует отметить, что в водах первичного океана отсутствовал анион окисленной серы — сульфат SO42, что служит одним из свидетельств отсутствия в атмосфере и в океане тех времен свободного кислорода.

Таким образом, воды первичного океана были хлоридными, нейтральными (рН ≈ 7) и бессульфатными. Имеются и другие свидетельства отсутствия в древних атмосфере и океане свободного кислорода.

Наличие в атмосфере группы так называемых инертных газов (гелия, неона, аргона, криптона, ксенона) связано с непрерывным протеканием процессов естественного радиоактивного распада. Биологическое значение газов атмосферы очень велико. Для большинства многоклеточных организмов определенное содержание молекулярного кислорода в газовой или водной среде является непременным фактором их существования, обусловливающим при дыхании высвобождение из органических веществ, созданных первоначально в ходе фотосинтеза. Не случайно, что верхние границы биосферы (часть поверхности земного шара и нижняя часть атмосферы, где существует жизнь, т.е. равновесная система, в которой происходят процессы обмена веществ и энергии главным образом за счет жизнедеятельности организмов) определяются наличием достаточного объема кислорода.

В процессе эволюции организмы приспособились к определенному уровню содержания кислорода в атмосфере; изменение содержания кислорода в сторону уменьшения (или увеличения) оказывает неблагоприятный эффект (высотная болезнь, гипоксия, гипероксия).

Что насчёт состава атмосферы?

Первый этап возникновения атмосферы начался после завершения образования планеты, когда началось разделение первичного земного вещества на тяжелые (преимущественно железо) и относительно легкие (в основном кремний) элементы. Первые образовали земное ядро, вторые – мантию. Эта реакция сопровождалась выделением тепла, в результате чего стала происходить дегазация мантии – из нее стали выделяться различные газы. Сила тяготения Земли оказалась способной удержать их возле планеты, где они стали скапливаться и образовали атмосферу Земли. Состав этой начальной атмосферы существенно отличался от современного состава воздуха

Характерной чертой этого этапа было убывание углекислого газа и накопление азота, который к концу эпохи бескислородной атмосферы стал основным компонентом воздуха. Согласно исследованиям тогда же появился в качестве примеси и эндогенный кислород, возникший при дегазации базальтовых лав. Кислород возникал и в результате диссоциации молекул воды в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей. Однако весь кислород уходил на окисление минералов земной коры, и его не хватало на накопление в атмосфере.

Более 2 млрд. лет назад появились фотосинтезирующие сине-зеленые водоросли, которые для синтеза органического вещества стали использовать световую энергию Солнца. В реакции фотосинтеза использовался углекислый газ, а выделяется свободный кислород. Вначале он расходовался на окисление железосодержащих элементов литосферы, но около 2 млрд. лет назад этот процесс завершился, и свободный кислород начал накапливаться в атмосфере. Начался второй этап развития атмосферы – кислородный.

Кроме этих газов в атмосфере присутствовали метан, аммиак, водород и др.

Сначала рост содержания кислорода в атмосфере был медленным: около 1 млрд. лет назад оно достигло 1% от современного (точка Пастера), но этого оказалось достаточным для появления вторичных гетеротрофных организмов (животных), потребляющих кислород для дыхания. С появлением растительного покрова на континентах во второй половине палеозоя прирост кислорода в атмосфере составляло около 10 % от современного, а уже в карбоне кислорода было столько же, сколько и сейчас. Фотосинтетический кислород вызвал большие изменения и в атмосфере, и в живых организмах планеты. Содержание углекислого газа в процессе эволюции атмосферы существенно снизилось, так как значительная его часть вошла в состав углей и карбонатов.

На водород и гелий, широко распространенный во Вселенной, в атмосфере Земли приходится соответственно 0,00005 и 0,0005%. Земная атмосфера, т.о., является геохимической аномалией в космосе. Ее исключительный состав формировался параллельно с развитием Земли в специфических, присущих только ей космических условиях: гравитационное поле, удерживающее большую массу воздуха, магнитное поле, предохраняющее ее от солнечного ветра, и вращение планеты, обеспечивающее благоприятный тепловой режим. Формирование атмосферы шло параллельно с формированием гидросферы.

Первичная гелиево-водородная атмосфера была утеряна при разогреве планеты. В начале геологической истории Земли, когда происходили интенсивные вулканические и горообразовательные процессы, атмосфера была насыщена аммиаком, водяными парами и углекислым газом. Эта оболочка имела температуру около 100С. При понижении температуры произошло разделение на гидросферу и атмосферу. В этой вторичной углекислой атмосфере зародилась жизнь. С прогрессивным развитием живого вещества развивалась и атмосфера. Когда биосфера достигла стадии зеленых растений, и они вышли из воды на сушу, начался процесс фотосинтеза, что привело к формированию современной кислородной атмосферы.

Главной составной частью атмосферного воздуха сейчас является азот (78% по объему).

Азот — химически малоактивный газ, но он входит необходимой частью в состав живой материи. Во многих случаях в выделяющихся из мантии вулканических газах совсем не отмечается азота. Вместо него в заметных количествах присутствует аммиак. Это позволяет предположить, что наблюдаемый в вулканических газах свободный азот в основном является продуктом окисления аммиака атмосферным кислородом и что азот попадал в первичную атмосферу именно в виде аммиака. Аммиак очень хорошо растворяется в воде: при нормальных условиях в 1 объеме воды растворяется около 700 объемов аммиака.

Поэтому почти весь выделявшийся с вулканическими газами аммиак растворялся в конденсирующихся капельках воды и вымывался из атмосферы, где его оставалось очень мало. Некоторое количество остававшегося аммиака распадалось под действием ультрафиолетового излучения Солнца, свободно проходившего сквозь тонкую первичную атмосферу. Какими бы ни были промежуточные звенья на пути эволюции от азотсодержащих газов вулканических извержений до свободного азота, нарастание массы азота атмосферы происходило, вероятно, в темпе, задаваемом эволюцией недр Земли.

Надо иметь в виду, что важные изменения в характере этой эволюции произошли вследствие возникновения жизни. Эти изменения заключались главным образом в окислении аммиака, а также в изъятии некоторой части азота при синтезе живого вещества и захоронении органических останков.

Вторым по объему элементом в современной атмосфере является кислород.

Считается установленным, что первичная атмосфера Земли была практически бескислородной. Этому имеется целый ряд независимых доказательств. Первое из них – состав вулканических газов. Даже в современных вулканических выделениях, как упоминалось, очень мало кислорода, причем в пробах вулканических газов его тем меньше, чем тщательнее и чище методика отбора проб. В выделениях некоторых вулканов кислород полностью отсутствует. Кислород необходим для жизни, но, будучи исключительно сильным окислителем, он в то же время – яд для самых низкоорганизованных анаэробных микроорганизмов.

Современные представления о возникновении жизни, надежно подкрепленные экспериментами, служат одним из важных аргументов в пользу бескислородной первичной атмосферы. Возникновение жизни из неорганической материи связано с постепенным усложнением ее организации. Из простых неорганических молекул возникают органические сначала микро-, а затем и макромолекулы, появляются коацерваты, формируются мембраны, возникает метаболизм и т. д. Если бы кислород находился в атмосфере и в океане в больших количествах, то он, безусловно, препятствовал бы такому развитию еще на стадии формирования органических микромолекул.

Образование кислорода в процессе фотосинтеза имело важные последствия. Сначала кислород (О2) быстро потреблялся в процессе окисления восстановленных веществ и минералов. Однако наступил момент, когда скорость поступления превысила потребление и О2 начал постепенно накапливаться в атмосфере.

Первичная биосфера под смертельной угрозой своего собственного отравляющего побочного продукта (О2) была вынуждена приспосабливаться к таким изменениям. Она осуществляла это посредством развития новых типов биогеохимического метаболизма, которые поддерживают разнообразие жизни на современной Земле. Постепенно возникла атмосфера современного состава. К тому же кислород в стратосфере претерпел фотохимические реакции, приведшие к образованию озона (О3), защищающего Землю от ультрафиолетового излучения.

Для этого было достаточно количества кислорода в 25 тыс. раз меньше чем в настоящий момент и образования слоя озона со всего лишь вдвое меньшей, чем сейчас, концентрацией. Этого уже достаточно, чтобы обеспечить весьма существенную защиту организмов от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей и позволить им начать колонизацию суши.

Одновременно с процессом накопления количества кислорода в атмосфере невысокими темпами росла доля азота, образующегося в результате окисления кислородом аммиачно-водородной атмосферы. Количество углекислого газа уменьшалось по мере эволюции мира растений и роста количества и объёма водоёмов гидросферы.

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.

Первичная атмосфера Земли. Восстановительная.

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.

Читайте также: