Атмосфера Земли — Углекислый газ в составе атмосферы Земли.

• Атмосфера Земли
• Высота и границы атмосферы Земли
• Физические свойства атмосферы Земли.
• Образование атмосферы Земли. Первичная и вторичная атмосфера Земли.
• Состав современной атмосферы Земли. Общие данные
• Азот в составе атмосферы Земли – содержание в атмосфере 78%.
• Кислород в составе атмосферы Земли – содержание в атмосфере 21%.
• Углекислый газ в составе атмосферы Земли.
• Аргон в составе атмосферы Земли – содержание в атмосфере 1%.
• Вода в атмосфере Земли и гидрологический цикл

Роль углекислого газа в атмосфере Земли.

Роль углекислого газа в атмосфере Земли очень велика. Углекислый газ принимает участие в образовании всего живого вещества планеты и вместе с молекулами воды и метана создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».

Роль углекислого газа (CO₂, двуокись или диоксид углерода) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями.

Являясь парниковым газом, двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты.

В последнее время наблюдается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе, что ведет к изменению климата Земли.

Углерод (С) в атмосфере содержится в основном в виде углекислого газа (СО₂) и в небольшом количестве в виде метана (СН₄), угарного газа и других углеводородов.

Содержание углекислого газа (СО₂) в атмосфере в настоящее время колебался в пределах от 393 ppm (0,0393 %) до 397 ppm (0,0397 %), метана ~1,7 ppm, на два порядка меньше, чем СО₂; содержание СО ~0,1 ppm.

Для газов атмосферы Земли применяют понятие «время жизни газа». Это время, за которое газ полностью обновляется, т.е. время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько в нем содержится. Так вот, для углекислого газа это время составляет 3-5 лет, для метана – 10-14 лет. СО окисляется до СО₂ в течение нескольких месяцев.

В биосфере значение углерода очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых существ углерод содержится в восстановленном виде, а вне пределов биосферы – в окисленном. Таким образом, формируется химический обмен жизненного цикла: СО₂ ↔ живое вещество.

Источником первичной углекислоты являются вулканы, при извержении которых в атмосферу выделяется огромное количество газов. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма.

Также углерод поступает в атмосферу Земли в виде метана в результате анаэробного разложения органических остатков. Метан под воздействием кислорода быстро окисляется до углекислого газа. Основными поставщиками метана в атмосферу являются тропические леса и болота.

В свою очередь углекислый газ атмосферы является источником углерода для других геосфер — литосферы, биосферы и гидросферы.

— При первом способе СО₂ поглощается из атмосферы Земли в процессе фотосинтеза и участвует в образовании органических веществ с последующем захоронением в земной коре в виде полезных ископаемых: торфа, нефти, горючих сланцев.

— При втором способе углерод участвует в создании карбонатов в гидросфере. СО₂ переходит в Н₂СО₃, НСО₃^-1, СО₃^-2. Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. По оценке А.Б. Ронова, соотношение органического углерода (С_орг) к углероду карбонатному (С_карб) в истории биосферы составляло 1:4.

Извлечение углекислого газа из атмосферы.

Углекислый газ из атмосферы Земли извлекается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения. Полученный из атмосферы углекислый газ растения преобразуют в углеводы и кислород. Углеводы участвуют в образовании органических соединений растений, а кислород выделяется обратно в атмосферу.

Связывание углекислого газа.

В активном круговороте углерода участвует очень небольшая часть всей его массы. Огромное количество угольной кислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород. Между углекислым газом атмосферы Земли и водой океана, в свою очередь, существует подвижное равновесие.

Благодаря высокой скорости размножения растительные организмы (особенно низшие микроорганизмы и морской фитопланктон) продуцируют в год около 1,5-10¹¹ т углерода в виде органической массы, что соответствует 5,86-10²⁰ Дж (1,4-10²⁰ кал) энергии.

Растения частично поедаются животными, при отмирании которых органическое вещество отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим другим каустобиолитам — каменным углям, нефти, горючим газам.

В процессах распада органических веществ, их минерализации огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые).

Основные запасы углерода находятся в связанном состоянии (в основном в составе карбонатов) в осадочных породах Земли, значительная часть растворена в водах океана, и относительно небольшая – присутствует в составе воздуха.

Отношение количеств углерода в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли, по уточненным расчетам, составляет 28 570 : 57 : 1.

Как углекислый газ возвращается снова в атмосферу Земли?

Углекислый газ выделяется в атмосферу Земли:

— в процессе дыхания живых организмов и разложения их трупов, распада карбонатов, процессов брожения, гниения и горения;

— зеленые растения, днем поглощая углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, ночью некоторую его часть возвращают обратно;

— в результате деятельности вулканов, газы которых состоят в основном из углекислого газа и паров воды. Современный вулканизм в среднем приводит к выделению 2·10⁸ тонн CO₂ в год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии (выделенной в результате человеческой деятельности);

— в результате индустриальной деятельности человека, в последние годы занявшей особое место в круговороте углерода. Массовое сжигание ископаемого топлива ведет к возрастанию содержания углерода в атмосфере, так как только 57% процентов производимого человечеством углекислого газа перерабатывается растениями и поглощается гидросферой. Массовая вырубка лесов также ведет к увеличению концентрации углекислоты в воздухе.