Kandungan oksigen di udara dalam kondisi normal. Komposisi dan struktur atmosfer

Rasio gas di udara bumi yang ditunjukkan pada tabel adalah tipikal untuk lapisan bawahnya, hingga ketinggian 120 km. Di wilayah ini terdapat wilayah homogen dan tercampur indah yang disebut homosfer. Di atas homosfer terdapat heterosfer, yang ditandai dengan penguraian molekul gas menjadi atom dan ion.

Daerah-daerah tersebut dipisahkan satu sama lain dengan jeda turbo.

Reaksi kimia di mana molekul terurai menjadi atom di bawah pengaruh radiasi matahari dan kosmik disebut fotodisosiasi. Peluruhan oksigen molekuler menghasilkan oksigen atom, yang merupakan gas utama di udara pada ketinggian lebih dari 200 km. Pada ketinggian di atas 1200 km, hidrogen dan helium, yang merupakan gas paling ringan, mulai mendominasi.

Karena sebagian besar udara terkonsentrasi di 3 lapisan atmosfer bawah, transformasi komposisi udara pada ketinggian lebih dari 100 km tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap komposisi udara secara umum.

Nitrogen adalah gas yang paling populer, mencakup lebih dari tiga perempat udara bumi. Nitrogen modern muncul dari oksidasi udara amonia-hidrogen awal dengan molekul oksigen, yang terbentuk selama fotosintesis.

Saat ini, sejumlah kecil nitrogen memasuki udara sebagai hasil denitrifikasi - proses reduksi nitrat menjadi nitrit, diikuti dengan pembentukan molekul gas nitrogen dan oksida, yang diproduksi oleh prokariota anaerobik. Beberapa nitrogen memasuki udara selama letusan gunung berapi.

Di lapisan atas udara, di bawah pengaruh pelepasan listrik yang melibatkan ozon, molekul nitrogen dioksidasi menjadi nitrogen monoksida:

Dalam kondisi sederhana, monoksida segera bereaksi dengan oksigen membentuk dinitrogen oksida:

Nitrogen adalah unsur kimia paling signifikan di atmosfer bumi. Nitrogen merupakan bagian dari protein dan memasok nutrisi mineral bagi tanaman. Ini menentukan laju reaksi kimia dan berperan sebagai pengencer oksigen.

Gas kedua yang paling umum di udara tanah adalah oksigen. Pembentukan gas ini berhubungan dengan aktivitas fotosintesis bakteri dan tumbuhan. Dan semakin beragam dan tak terhitung jumlahnya organisme fotosintetik, semakin besar pula proses kandungan oksigen di udara.

Sejumlah kecil oksigen berat dilepaskan saat mantel mengalami degassing.

Di lapisan atas stratosfer dan troposfer, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari (sebut saja h?), ozon terbentuk:

Akibat radiasi ultraviolet yang sama, ozon terurai:

O3 + jam? O2 + O

Sebagai hasil dari reaksi pertama, oksigen atom terbentuk, dan sebagai hasil dari reaksi kedua, oksigen molekuler terbentuk. Keempat reaksi tersebut disebut “mekanisme Chapman”, diambil dari nama ilmuwan Inggris Sidney Chapman yang menemukannya pada paruh pertama tahun 30-an abad kedua puluh.

Oksigen membantu organisme hidup bernafas. Dengan bantuannya, proses pembakaran dan oksidasi terjadi.

Ozon membantu melindungi organisme hidup dari radiasi ultraviolet, yang menyebabkan mutasi permanen. Konsentrasi ozon terbesar diamati di stratosfer bawah yang disebut. lapisan ozon atau layar ozon yang terletak di ketinggian

Pembentukan gas paling umum ketiga di udara, argon, dan neon, helium, xenon dan kripton, dikaitkan dengan peluruhan dan letusan gunung berapi unsur radioaktif.

Secara khusus, helium merupakan produk peluruhan radioaktif uranium, radium dan thorium: 238 U 234 Th + ?, 230 Th 226 Ra + 4 He, 226 Ra 222 Rn + ? (dalam reaksi ini partikelnya adalah inti helium, yang ketika energinya hilang, menangkap elektron dan menjadi 4 He).

Argon terbentuk selama peluruhan isotop radioaktif kalium: 40 K 40 Ar + ?.

Neon lolos dari batuan beku.

Kripton terbentuk sebagai produk akhir peluruhan uranium (235 U dan 238 U) dan thorium Th.

Massa utama kripton atmosfer muncul pada tahap awal evolusi Tanah sebagai akibat dari peluruhan unsur-unsur transuranik dengan waktu paruh yang sangat pendek atau berasal dari luar angkasa, kandungan kripton di dalamnya sepuluh juta kali lebih tinggi daripada di dunia.

Xenon merupakan hasil fisi uranium, namun sebagian besar gas ini tersisa dari tahap awal pembentukan tanah, dari udara primer.

Karbon dioksida masuk ke udara sebagai akibat dari letusan gunung berapi dan penguraian bahan organik. Kandungannya di udara tanah garis lintang tengah sangat bervariasi tergantung musim dalam setahun: di musim dingin jumlah CO2 meningkat dan menurun di musim panas. Fluktuasi ini terkait dengan aktivitas tanaman yang menggunakan karbon dioksida selama fotosintesis.

Hidrogen terbentuk sebagai hasil penguraian air oleh radiasi matahari. Namun karena merupakan gas paling ringan yang menyusun udara, ia selalu menguap ke luar angkasa, sehingga kandungannya di udara sangat kecil.

Uap merupakan hasil penguapan air dari permukaan danau, sungai, laut, dan daratan.

Konsentrasi gas-gas utama di lapisan bawah udara, kecuali uap air dan karbon dioksida, adalah konstan. Sulfur oksida SO2 ditemukan dalam jumlah kecil di udara. amonia NH3. Karbon monoksida CO, ozon O3. hidrogen klorida HCl, hidrogen fluorida HF, nitrogen monoksida dalam jumlah berapa, hidrokarbon, uap merkuri Hg, yodium I2 dan banyak lainnya. Di lapisan atmosfer bawah, yaitu troposfer, selalu terdapat banyak partikel padat dan cair yang tersuspensi.

Sumber partikel keras di udara tanah adalah letusan gunung berapi, serbuk sari tanaman, mikroba, dan kini aktivitas manusia, misalnya pembakaran bahan bakar fosil selama produksi. Partikel debu kecil yang merupakan inti kondensasi menjadi penyebab terbentuknya kabut dan awan. Tanpa partikel keras yang selalu ada di udara, curah hujan tidak akan turun ke bumi.

Udara atmosfer merupakan campuran berbagai gas. Ini mengandung komponen permanen atmosfer (oksigen, nitrogen, karbon dioksida), gas inert (argon, helium, neon, kripton, hidrogen, xenon, radon), sejumlah kecil ozon, dinitrogen oksida, metana, yodium, uap air, serta serta dalam jumlah yang bervariasi, berbagai pengotor yang berasal dari alam dan polusi yang dihasilkan dari aktivitas produksi manusia.

Oksigen (O2) merupakan bagian udara yang paling penting bagi manusia. Hal ini diperlukan untuk pelaksanaan proses oksidatif dalam tubuh. Di udara atmosfer, kandungan oksigennya 20,95%, di udara yang dihembuskan manusia - 15,4-16%. Penurunannya di udara atmosfer hingga 13-15% menyebabkan terganggunya fungsi fisiologis, dan 7-8% menyebabkan kematian.

Nitrogen (N) merupakan komponen utama udara atmosfer. Udara yang dihirup dan dihembuskan oleh seseorang mengandung nitrogen dalam jumlah yang kira-kira sama - 78,97-79,2%. Peran biologis nitrogen terutama sebagai pengencer oksigen, karena kehidupan tidak mungkin terjadi dalam oksigen murni. Ketika kandungan nitrogen meningkat hingga 93%, terjadi kematian.

Karbon dioksida (karbon dioksida), CO2, adalah pengatur fisiologis respirasi. Kandungan di udara bersih adalah 0,03%, pada pernafasan manusia - 3%.

Penurunan konsentrasi CO2 pada udara yang dihirup tidak menimbulkan bahaya, sebab tingkat yang dibutuhkan dalam darah dipertahankan oleh mekanisme pengaturan karena pelepasannya selama proses metabolisme.

Peningkatan kandungan karbon dioksida di udara yang dihirup hingga 0,2% menyebabkan seseorang merasa tidak enak badan; pada 3-4% terjadi keadaan bersemangat, sakit kepala, tinitus, jantung berdebar, denyut nadi lambat, dan pada 8% terjadi keracunan parah, kehilangan berat badan. kesadaran dan kematian datang.

Baru-baru ini, konsentrasi karbon dioksida di udara kota-kota industri meningkat sebagai akibat dari polusi udara yang intens akibat produk pembakaran bahan bakar. Peningkatan CO2 di udara atmosfer menyebabkan munculnya kabut beracun di kota-kota dan “efek rumah kaca” yang terkait dengan retensi radiasi termal dari bumi oleh karbon dioksida.

Peningkatan kandungan CO2 di atas norma yang ditetapkan menunjukkan penurunan umum kondisi sanitasi udara, karena zat beracun lainnya dapat terakumulasi bersama dengan karbon dioksida, sistem ionisasi dapat memburuk, dan kontaminasi debu dan mikroba dapat meningkat.

Ozon (O3). Kuantitas utamanya diamati pada tingkat 20-30 km dari permukaan bumi. Lapisan permukaan atmosfer mengandung ozon dalam jumlah yang dapat diabaikan - tidak lebih dari 0,000001 mg/l. Ozon melindungi organisme hidup di bumi dari efek berbahaya radiasi ultraviolet gelombang pendek dan pada saat yang sama menyerap radiasi infra merah gelombang panjang yang memancar dari bumi, melindunginya dari pendinginan yang berlebihan. Ozon memiliki sifat pengoksidasi, sehingga konsentrasinya di udara perkotaan yang tercemar lebih rendah dibandingkan di pedesaan. Dalam hal ini, ozon dianggap sebagai indikator kemurnian udara. Namun, baru-baru ini diketahui bahwa ozon terbentuk sebagai hasil reaksi fotokimia selama pembentukan kabut asap, oleh karena itu deteksi ozon di udara atmosfer kota-kota besar dianggap sebagai indikator pencemarannya.

Gas inert tidak memiliki signifikansi higienis dan fisiologis.

Kegiatan ekonomi dan produksi manusia merupakan sumber pencemaran udara dengan berbagai pengotor gas dan partikel tersuspensi. Meningkatnya kandungan zat berbahaya di atmosfer dan udara dalam ruangan berdampak buruk bagi tubuh manusia. Dalam hal ini, tugas higienis yang paling penting adalah menstandardisasi kandungan yang diizinkan di udara.

Keadaan sanitasi dan higienis udara biasanya dinilai berdasarkan konsentrasi maksimum yang diizinkan (MPC) zat berbahaya di udara area kerja.

Konsentrasi maksimum zat berbahaya yang diperbolehkan di udara suatu wilayah kerja adalah konsentrasi yang selama bekerja 8 jam sehari, tetapi tidak lebih dari 41 jam seminggu, sepanjang masa kerja, tidak menimbulkan penyakit atau penyimpangan kesehatan. generasi sekarang dan selanjutnya. Konsentrasi maksimum yang diizinkan rata-rata harian dan maksimum satu kali ditetapkan (berlaku hingga 30 menit di udara area kerja). Konsentrasi maksimum yang diijinkan untuk suatu zat yang sama mungkin berbeda tergantung pada durasi paparannya terhadap seseorang.

Di perusahaan makanan, penyebab utama pencemaran udara dengan zat berbahaya adalah gangguan proses teknologi dan situasi darurat (saluran pembuangan, ventilasi, dll.).

Bahaya higienis di udara dalam ruangan termasuk karbon monoksida, amonia, hidrogen sulfida, sulfur dioksida, debu, dll., serta polusi udara oleh mikroorganisme.

Karbon monoksida (CO) adalah gas tidak berbau dan tidak berwarna yang masuk ke udara sebagai hasil pembakaran tidak sempurna bahan bakar cair dan padat. Ini menyebabkan keracunan akut pada konsentrasi di udara 220-500 mg/m3 dan keracunan kronis - jika terhirup terus-menerus dengan konsentrasi 20-30 mg/m3. Rata-rata konsentrasi maksimum harian karbon monoksida di udara atmosfer adalah 1 mg/m3, di udara area kerja - dari 20 hingga 200 mg/m3 (tergantung pada durasi kerja).

Sulfur dioksida (S02) adalah pengotor yang paling umum di udara atmosfer, karena belerang terkandung dalam berbagai jenis bahan bakar. Gas ini memiliki efek toksik umum dan menyebabkan penyakit pernafasan. Efek iritasi gas terdeteksi ketika konsentrasinya di udara melebihi 20 mg/m3. Di udara atmosfer, konsentrasi maksimum harian rata-rata sulfur dioksida adalah 0,05 mg/m3, di udara area kerja - 10 mg/m3.

Hidrogen sulfida (H2S) - biasanya masuk ke udara atmosfer bersama limbah dari pabrik kimia, kilang minyak dan metalurgi, dan juga terbentuk dan dapat mencemari udara dalam ruangan akibat pembusukan sisa makanan dan produk protein. Hidrogen sulfida mempunyai efek toksik umum dan menyebabkan ketidaknyamanan pada manusia pada konsentrasi 0,04-0,12 mg/m3, dan konsentrasi lebih dari 1000 mg/m3 dapat berakibat fatal. Di udara atmosfer, konsentrasi maksimum harian rata-rata hidrogen sulfida adalah 0,008 mg/m3, di udara area kerja - hingga 10 mg/m3.

Amonia (NH3) - terakumulasi di udara ruang tertutup selama pembusukan produk protein, kerusakan unit pendingin dengan pendinginan amonia, jika terjadi kecelakaan di fasilitas saluran pembuangan, dll. Ini beracun bagi tubuh.

Acrolein merupakan produk penguraian lemak selama perlakuan panas dan dapat menyebabkan penyakit alergi pada kondisi industri. MPC di wilayah kerja adalah 0,2 mg/m3.

Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) - hubungannya dengan perkembangan neoplasma ganas telah dicatat. Yang paling umum dan paling aktif adalah 3-4-benzo(a)pyrene, yang dilepaskan ketika bahan bakar dibakar: batu bara, minyak, bensin, gas. Jumlah maksimum 3-4-benz(a)pyrene dilepaskan saat pembakaran batu bara, jumlah minimum - saat pembakaran gas. Di pabrik pengolahan makanan, sumber polusi udara PAH mungkin berasal dari penggunaan lemak yang terlalu panas dalam jangka panjang. Batas konsentrasi maksimum harian rata-rata hidrokarbon aromatik siklik di udara atmosfer tidak boleh melebihi 0,001 mg/m3.

Kotoran mekanis - debu, partikel tanah, asap, abu, jelaga. Tingkat debu meningkat ketika lansekap tidak memadai, akses jalan yang buruk, pelanggaran pengumpulan dan pembuangan limbah produksi, serta pelanggaran terhadap sistem pembersihan sanitasi (pembersihan basah kering atau tidak teratur, dll.). Selain itu, tingkat debu di dalam ruangan meningkat jika ada pelanggaran dalam desain dan pengoperasian ventilasi, keputusan perencanaan (misalnya, jika dapur sayur tidak cukup terisolasi dari bengkel produksi, dll.).

Dampak debu terhadap manusia bergantung pada ukuran partikel debu dan berat jenisnya. Partikel debu yang paling berbahaya bagi manusia adalah yang diameternya kurang dari 1 mikron, karena... mereka dengan mudah menembus paru-paru dan dapat menyebabkan penyakit kronis (pneumokoniosis). Debu yang mengandung campuran senyawa kimia beracun mempunyai efek toksik bagi tubuh.

Konsentrasi maksimum jelaga dan jelaga yang diizinkan distandarisasi secara ketat karena kandungan hidrokarbon karsinogenik (PAH): rata-rata konsentrasi maksimum harian jelaga adalah 0,05 mg/m3.

Di toko kembang gula berkekuatan tinggi, udara bisa menjadi berdebu karena gula dan debu tepung. Debu tepung dalam bentuk aerosol dapat menyebabkan iritasi pada saluran pernafasan, serta penyakit alergi. Konsentrasi maksimum debu tepung yang diperbolehkan di area kerja tidak boleh melebihi 6 mg/m3. Dalam batasan ini (2-6 mg/m3), konsentrasi maksimum yang diperbolehkan dari jenis debu tanaman lain yang mengandung tidak lebih dari 0,2% senyawa silikon diatur.

Udara adalah campuran alami berbagai gas. Sebagian besar mengandung unsur-unsur seperti nitrogen (sekitar 77%) dan oksigen, kurang dari 2% adalah argon, karbon dioksida dan gas inert lainnya.

Oksigen, atau O2, adalah unsur kedua dalam tabel periodik dan komponen terpenting, yang tanpanya kehidupan di planet ini tidak akan ada. Dia berpartisipasi dalam berbagai proses, yang menjadi sandaran aktivitas vital semua makhluk hidup.

Komposisi udara

O2 menjalankan fungsinya proses oksidatif dalam tubuh manusia, yang memungkinkan Anda melepaskan energi untuk kehidupan normal. Saat istirahat, tubuh manusia membutuhkan sekitar 350 mililiter oksigen, dengan aktivitas fisik yang berat, nilai ini meningkat tiga hingga empat kali lipat.

Berapa persentase oksigen di udara yang kita hirup? Normanya adalah 20,95% . Udara yang dihembuskan mengandung lebih sedikit O2 – 15,5-16%. Komposisi udara yang dihembuskan juga mencakup karbon dioksida, nitrogen dan zat lainnya. Penurunan persentase oksigen selanjutnya menyebabkan kegagalan fungsi, dan nilai kritis 7-8% menyebabkannya kematian.

Dari tabel tersebut dapat dipahami, misalnya, bahwa udara yang dihembuskan banyak mengandung nitrogen dan unsur tambahan, tetapi O2 hanya 16,3%. Kandungan oksigen di udara yang dihirup kurang lebih 20,95%.

Penting untuk memahami apa itu unsur seperti oksigen. O2 – yang paling umum di bumi unsur kimia, yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ia melakukan fungsi oksidasi yang paling penting.

Tanpa unsur kedelapan dari tabel periodik kamu tidak bisa membuat api. Oksigen kering meningkatkan sifat listrik dan pelindung film serta mengurangi muatan volumenya.

Unsur ini terkandung dalam senyawa berikut:

1. Silikat - mengandung sekitar 48% O2.
2. (laut dan segar) – 89%.
3. Udara – 21%.
4. Senyawa lain di kerak bumi.

Udara tidak hanya mengandung zat gas, tetapi juga uap dan aerosol, serta berbagai kontaminan. Ini bisa berupa debu, kotoran, atau berbagai kotoran kecil lainnya. Ini berisi mikroba, yang dapat menyebabkan berbagai penyakit. Flu, campak, batuk rejan, alergen dan penyakit lainnya hanyalah sebagian kecil dari akibat negatif yang muncul ketika kualitas udara memburuk dan tingkat bakteri patogen meningkat.

Persentase udara adalah jumlah seluruh unsur penyusunnya. Akan lebih mudah untuk menunjukkan dengan jelas apa saja kandungan udara, serta persentase oksigen di udara, pada diagram.

Diagram menunjukkan gas mana yang lebih banyak ditemukan di udara. Nilai yang tertera di atasnya akan sedikit berbeda untuk udara yang dihirup dan dihembuskan.

Diagram - rasio udara.

Ada beberapa sumber dari mana oksigen terbentuk:

1. Tanaman. Dari pelajaran biologi sekolah juga diketahui bahwa tumbuhan melepaskan oksigen ketika mereka menyerap karbon dioksida.
2. Dekomposisi fotokimia uap air. Prosesnya diamati di bawah pengaruh radiasi matahari di lapisan atas atmosfer.
3. Pencampuran aliran udara di lapisan atmosfer bawah.

Fungsi oksigen di atmosfer dan bagi tubuh

Bagi seseorang, yang disebut tekanan parsial, yang dapat dihasilkan oleh gas jika memenuhi seluruh volume campuran yang ditempati. Tekanan parsial normal pada ketinggian 0 meter di atas permukaan laut adalah 160 milimeter air raksa. Peningkatan ketinggian menyebabkan penurunan tekanan parsial. Indikator ini penting, karena suplai oksigen ke semua organ penting dan tubuh bergantung padanya.

Oksigen sering digunakan untuk pengobatan berbagai penyakit. Tabung oksigen dan inhaler membantu organ manusia berfungsi normal di tengah kekurangan oksigen.

Penting! Komposisi udara dipengaruhi oleh banyak faktor; oleh karena itu, persentase oksigen dapat berubah. Situasi lingkungan yang negatif menyebabkan penurunan kualitas udara. Di kota-kota besar dan pemukiman perkotaan besar, proporsi karbon dioksida (CO2) akan lebih besar dibandingkan di pemukiman kecil atau di hutan dan kawasan lindung. Ketinggian juga mempunyai pengaruh yang besar - persentase oksigen akan lebih rendah di pegunungan. Kita bisa perhatikan contoh berikut - di Gunung Everest yang tingginya mencapai 8,8 km, konsentrasi oksigen di udara akan 3 kali lebih rendah dibandingkan di dataran rendah. Agar tetap aman di puncak gunung yang tinggi, Anda perlu menggunakan masker oksigen.

Komposisi udara telah berubah selama bertahun-tahun. Oleh karena itu, proses evolusi dan bencana alam menyebabkan perubahan persentase oksigen menurun, diperlukan untuk fungsi normal organisme biologis. Beberapa tahapan sejarah dapat dipertimbangkan:

1. Zaman prasejarah. Saat ini, konsentrasi oksigen di atmosfer sedang sekitar 36%.
2. 150 tahun yang lalu O2 menempati 26% dari total komposisi udara.
3. Saat ini, konsentrasi oksigen di udara adalah hanya di bawah 21%.

Perkembangan selanjutnya dari dunia sekitar dapat menyebabkan perubahan lebih lanjut pada komposisi udara. Dalam waktu dekat, kecil kemungkinannya bahwa konsentrasi O2 akan berada di bawah 14%, karena hal ini dapat menyebabkan kematian gangguan fungsi tubuh.

Kekurangan oksigen menyebabkan apa?

Asupan rendah paling sering diamati di transportasi yang pengap, area yang berventilasi buruk, atau di ketinggian . Menurunnya kadar oksigen di udara dapat menyebabkan dampak negatif pada tubuh. Mekanismenya terkuras; sistem saraf paling terpengaruh. Ada beberapa penyebab mengapa tubuh mengalami hipoksia:

1. Kekurangan darah. Ditelepon untuk keracunan karbon monoksida. Keadaan ini mengurangi kandungan oksigen dalam darah. Hal ini berbahaya karena darah berhenti mengantarkan oksigen ke hemoglobin.
2. Defisiensi peredaran darah. Itu mungkin untuk diabetes, gagal jantung. Dalam situasi seperti ini, transportasi darah memburuk atau menjadi tidak mungkin.
3. Faktor histotoksik yang mempengaruhi tubuh dapat menyebabkan hilangnya kemampuan menyerap oksigen. Muncul jika terjadi keracunan dengan racun atau karena paparan yang parah...

Berdasarkan sejumlah gejala, Anda dapat memahami bahwa tubuh membutuhkan O2. Pertama kecepatan pernapasan meningkat. Detak jantung juga meningkat. Fungsi perlindungan ini dirancang untuk memasok oksigen ke paru-paru dan menyediakan darah dan jaringan bagi mereka.

Penyebab kekurangan oksigen sakit kepala, peningkatan rasa kantuk, penurunan konsentrasi. Kasus-kasus yang terisolasi tidak begitu buruk; kasus-kasus tersebut cukup mudah untuk diperbaiki. Untuk menormalkan kegagalan pernafasan, dokter meresepkan bronkodilator dan obat lain. Jika hipoksia mengambil bentuk yang parah, seperti kehilangan koordinasi manusia atau bahkan koma, maka pengobatan menjadi lebih rumit.

Jika gejala hipoksia terdeteksi, ini penting segera konsultasikan ke dokter dan jangan mengobati sendiri, karena penggunaan obat tertentu bergantung pada penyebab gangguan tersebut. Membantu untuk kasus ringan pengobatan dengan masker oksigen dan bantal, hipoksia darah memerlukan transfusi darah, dan koreksi penyebab melingkar hanya mungkin dilakukan dengan pembedahan pada jantung atau pembuluh darah.

Perjalanan oksigen yang luar biasa ke seluruh tubuh kita

Kesimpulan

Oksigen adalah yang paling penting komponen udara, yang tanpanya mustahil melakukan banyak proses di Bumi. Komposisi udara telah berubah selama puluhan ribu tahun karena proses evolusi, namun saat ini jumlah oksigen di atmosfer telah mencapai dalam 21%. Kualitas udara yang dihirup seseorang mempengaruhi kesehatannya Oleh karena itu, perlu dilakukan pengawasan terhadap kebersihan ruangan dan upaya untuk mengurangi pencemaran lingkungan.

KULIAH No. 3. Udara atmosfer.

Topik: Atmosfer udara, komposisi kimia dan fisiologisnya

arti dari komponen-komponen tersebut.

Polusi atmosfer; dampaknya terhadap kesehatan masyarakat.

Garis besar perkuliahan:

Komposisi kimia udara atmosfer.

Peran biologis dan signifikansi fisiologis komponen-komponennya: nitrogen, oksigen, karbon dioksida, ozon, gas inert.

Konsep pencemaran atmosfer dan sumbernya.

Dampak pencemaran atmosfer terhadap kesehatan (dampak langsung).

Pengaruh pencemaran atmosfer terhadap kondisi kehidupan penduduk (dampak tidak langsung terhadap kesehatan).

Masalah melindungi udara atmosfer dari polusi.

Selubung gas bumi disebut atmosfer. Berat total atmosfer bumi adalah 5,13 10 15 ton.

Udara yang membentuk atmosfer merupakan campuran berbagai gas. Komposisi udara kering di permukaan laut adalah sebagai berikut:

Tabel No.1

Komposisi udara kering pada suhu 0 0 C dan

tekanan 760 mm Hg. Seni.

Komposisi atmosfer bumi tetap konstan di daratan, lautan, perkotaan, dan pedesaan. Itu juga tidak berubah seiring ketinggian. Harus diingat bahwa kita berbicara tentang persentase komponen udara pada ketinggian yang berbeda. Namun, hal yang sama tidak berlaku untuk konsentrasi berat gas. Saat Anda naik ke atas, kepadatan udara berkurang dan jumlah molekul yang terkandung dalam satu satuan ruang juga berkurang. Akibatnya konsentrasi berat gas dan tekanan parsialnya menurun.

Mari kita memikirkan karakteristik masing-masing komponen udara.

Komponen utama atmosfer adalah nitrogen. Nitrogen adalah gas inert. Itu tidak mendukung pernapasan atau pembakaran. Kehidupan tidak mungkin terjadi di atmosfer nitrogen.

Nitrogen memainkan peran biologis yang penting. Nitrogen di udara diserap oleh jenis bakteri dan alga tertentu, yang membentuk senyawa organik darinya.

Di bawah pengaruh listrik atmosfer, sejumlah kecil ion nitrogen terbentuk, yang tersapu dari atmosfer oleh curah hujan dan memperkaya tanah dengan garam asam nitrat dan asam nitrat. Garam asam nitrat diubah menjadi nitrit di bawah pengaruh bakteri tanah. Garam nitrit dan amonia diserap oleh tanaman dan berfungsi untuk sintesis protein.

Dengan demikian, transformasi nitrogen atmosfer inert menjadi materi hidup di dunia organik dilakukan.

Karena kurangnya pupuk nitrogen yang berasal dari alam, umat manusia telah belajar untuk mendapatkannya secara buatan. Industri pupuk nitrogen telah tercipta dan berkembang, yang mengolah nitrogen di atmosfer menjadi amonia dan pupuk nitrogen.

Signifikansi biologis nitrogen tidak terbatas pada partisipasinya dalam siklus zat nitrogen. Ia memainkan peran penting sebagai pengencer oksigen atmosfer, karena kehidupan tidak mungkin terjadi dalam oksigen murni.

Peningkatan kandungan nitrogen di udara menyebabkan hipoksia dan asfiksia akibat penurunan tekanan parsial oksigen.

Ketika tekanan parsial meningkat, nitrogen menunjukkan sifat narkotika. Namun, dalam kondisi atmosfer terbuka, efek narkotika nitrogen tidak muncul dengan sendirinya, karena fluktuasi konsentrasinya tidak signifikan.

Komponen atmosfer yang paling penting adalah gas oksigen (O 2 ) .

Oksigen di tata surya kita ditemukan dalam keadaan bebas hanya di Bumi.

Banyak asumsi telah dibuat mengenai evolusi (perkembangan) oksigen terestrial. Penjelasan yang paling diterima adalah bahwa sebagian besar oksigen di atmosfer modern dihasilkan melalui fotosintesis di biosfer; dan hanya sejumlah kecil oksigen awal yang terbentuk sebagai hasil fotosintesis air.

Peran biologis oksigen sangatlah besar. Tanpa oksigen, kehidupan tidak mungkin terjadi. Atmosfer bumi mengandung 1,18  10 15 ton oksigen.

Di alam, ada proses konsumsi oksigen yang berkelanjutan: respirasi manusia dan hewan, proses pembakaran, oksidasi. Pada saat yang sama, proses pemulihan kandungan oksigen di udara (fotosintesis) terus berlangsung. Tumbuhan menyerap karbon dioksida, memecahnya, memetabolisme karbon, dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Tumbuhan mengeluarkan 0,5  10 5 juta ton oksigen ke atmosfer. Ini cukup untuk menutupi hilangnya oksigen secara alami. Oleh karena itu, kandungannya di udara adalah konstan yaitu sebesar 20,95%.

Aliran massa udara yang terus menerus mencampurkan troposfer, sehingga tidak ada perbedaan kandungan oksigen di perkotaan dan pedesaan. Konsentrasi oksigen berfluktuasi dalam beberapa persepuluh persen. Tidak masalah. Namun, di lubang, sumur, dan gua yang dalam, kandungan oksigen bisa turun, sehingga berbahaya jika turun ke dalamnya.

Ketika tekanan parsial oksigen turun pada manusia dan hewan, fenomena kelaparan oksigen diamati. Perubahan signifikan pada tekanan parsial oksigen terjadi saat Anda naik di atas permukaan laut. Fenomena kekurangan oksigen dapat diamati pada saat pendakian gunung (mendaki gunung, pariwisata), dan pada saat perjalanan udara. Mendaki ke ketinggian 3000m dapat menyebabkan penyakit ketinggian atau gunung.

Jika tinggal di pegunungan tinggi dalam waktu yang lama, masyarakat menjadi terbiasa dengan kekurangan oksigen dan terjadi aklimatisasi.

Tekanan parsial oksigen yang tinggi tidak menguntungkan bagi manusia. Pada tekanan parsial lebih dari 600 mm, kapasitas vital paru menurun. Menghirup oksigen murni (tekanan parsial 760 mm) menyebabkan edema paru, pneumonia, dan kejang.

Dalam kondisi alami, tidak ada peningkatan kandungan oksigen di udara.

Ozon merupakan bagian integral dari atmosfer. Massanya 3,5 miliar ton. Kandungan ozon di atmosfer bervariasi menurut musim: tinggi pada musim semi dan rendah pada musim gugur. Kandungan ozon bergantung pada garis lintang suatu wilayah: semakin dekat ke garis khatulistiwa, semakin rendah letaknya. Konsentrasi ozon memiliki variasi diurnal: mencapai maksimum pada siang hari.

Konsentrasi ozon tidak merata di seluruh ketinggian. Kandungan tertingginya terlihat pada ketinggian 20-30 km.

Ozon terus diproduksi di stratosfer. Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dari matahari, molekul oksigen berdisosiasi (pecah) untuk membentuk atom oksigen. Atom oksigen bergabung kembali (bergabung) dengan molekul oksigen dan membentuk ozon (O3). Pada ketinggian di atas dan di bawah 20-30 km, proses fotosintesis (pembentukan) ozon melambat.

Kehadiran lapisan ozon di atmosfer sangat penting bagi keberadaan kehidupan di Bumi.

Ozon menghalangi bagian gelombang pendek dari spektrum radiasi matahari dan tidak mentransmisikan gelombang yang lebih pendek dari 290 nm (nanometer). Tanpa adanya ozon, kehidupan di bumi tidak mungkin terjadi karena dampak buruk radiasi ultraviolet jangka pendek terhadap semua makhluk hidup.

Ozon juga menyerap radiasi infra merah dengan panjang gelombang 9,5 mikron (mikron). Berkat ini, ozon menahan sekitar 20 persen radiasi panas bumi sehingga mengurangi kehilangan panas. Tanpa adanya ozon, suhu absolut bumi akan menjadi 7 0 lebih rendah.

Ozon dibawa ke lapisan bawah atmosfer - troposfer - dari stratosfer sebagai akibat pencampuran massa udara. Dengan pencampuran yang lemah, konsentrasi ozon di permukaan bumi turun. Peningkatan ozon di udara diamati selama badai petir sebagai akibat dari pelepasan listrik di atmosfer dan peningkatan turbulensi (pencampuran) di atmosfer.

Pada saat yang sama, peningkatan signifikan konsentrasi ozon di udara merupakan hasil oksidasi fotokimia zat organik yang masuk ke atmosfer bersama gas buang kendaraan dan emisi industri. Ozon adalah zat beracun. Ozon mempunyai efek iritasi pada selaput lendir mata, hidung, dan tenggorokan pada konsentrasi 0,2-1 mg/m3.

Karbon dioksida (CO 2 ) hadir di atmosfer pada konsentrasi 0,03%. Jumlah totalnya adalah 2.330 miliar ton. Sejumlah besar karbon dioksida ditemukan terlarut dalam air laut dan samudera. Dalam bentuk terikat merupakan bagian dari dolomit dan batugamping.

Atmosfer terus-menerus diisi ulang dengan karbon dioksida sebagai hasil dari proses vital organisme hidup, proses pembakaran, pembusukan, dan fermentasi. Seseorang mengeluarkan 580 liter karbon dioksida per hari. Karbon dioksida dalam jumlah besar dilepaskan selama dekomposisi batu kapur.

Meskipun terdapat banyak sumber pembentukan, tidak ada akumulasi karbon dioksida yang signifikan di udara. Karbon dioksida terus-menerus diasimilasi (diserap) oleh tanaman selama proses fotosintesis.

Selain tumbuhan, laut dan samudera mengatur kandungan karbon dioksida di atmosfer. Ketika tekanan parsial karbon dioksida di udara meningkat, ia larut dalam air, dan ketika tekanan parsialnya menurun, ia dilepaskan ke atmosfer.

Di atmosfer permukaan terdapat sedikit fluktuasi konsentrasi karbon dioksida: di lautan konsentrasinya lebih rendah daripada di daratan; lebih tinggi di hutan daripada di lapangan; lebih tinggi di kota dibandingkan di luar kota.

Karbon dioksida berperan besar dalam kehidupan hewan dan manusia. Ini merangsang pusat pernapasan.

Ada sejumlah tertentu di udara atmosfer gas inert: argon, neon, helium, kripton dan xenon. Gas-gas ini termasuk golongan nol dalam tabel periodik, tidak bereaksi dengan unsur lain, dan bersifat inert dalam arti kimia.

Gas inert bersifat narkotika. Sifat narkotikanya muncul pada tekanan barometrik yang tinggi. Di atmosfer terbuka, sifat narkotika dari gas inert tidak dapat terwujud.

Selain komponen atmosfer, atmosfer juga mengandung berbagai pengotor yang berasal dari alam dan polusi yang disebabkan oleh aktivitas manusia.

Kotoran yang ada di udara selain komposisi kimia alaminya disebut polusi atmosfer.

Pencemaran atmosfer dibagi menjadi alami dan buatan.

Pencemaran alam meliputi kotoran yang masuk ke udara sebagai akibat dari proses alam yang spontan (debu tumbuhan dan tanah, letusan gunung berapi, debu kosmik).

Polusi atmosfer buatan terbentuk sebagai akibat dari aktivitas produksi manusia.

Sumber pencemaran atmosfer buatan dibagi menjadi 4 kelompok:

mengangkut;

industri;

teknik tenaga panas;

pembakaran sampah.

Mari kita lihat ciri-ciri singkatnya.

Situasi saat ini ditandai oleh fakta bahwa volume emisi dari transportasi jalan raya melebihi volume emisi dari perusahaan industri.

Satu mobil mengeluarkan lebih dari 200 senyawa kimia ke udara. Setiap mobil mengkonsumsi rata-rata 2 ton bahan bakar dan 30 ton udara per tahun, serta mengeluarkan 700 kg karbon monoksida (CO), 230 kg hidrokarbon yang tidak terbakar, 40 kg nitrogen oksida (NO 2) dan 2-5 kg ​​​padatan ke atmosfer.

Kota modern dipenuhi dengan moda transportasi lain: kereta api, air, dan udara. Jumlah total emisi ke lingkungan dari semua jenis transportasi cenderung terus meningkat.

Perusahaan industri menempati urutan kedua setelah transportasi dalam hal tingkat kerusakan lingkungan.

Polutan udara atmosfer yang paling intensif adalah perusahaan metalurgi besi dan non-besi, industri petrokimia dan kimia kokas, serta perusahaan yang memproduksi bahan bangunan. Mereka mengeluarkan puluhan ton jelaga, debu, logam dan senyawanya (tembaga, seng, timbal, nikel, timah, dll.) ke atmosfer.

Memasuki atmosfer, logam mencemari tanah, terakumulasi di dalamnya, dan menembus ke dalam air waduk.

Di wilayah di mana perusahaan industri berada, penduduknya menghadapi risiko dampak buruk pencemaran atmosfer.

Selain materi partikulat, industri mengeluarkan berbagai gas ke udara: sulfur anhidrida, karbon monoksida, nitrogen oksida, hidrogen sulfida, hidrokarbon, dan gas radioaktif.

Polutan dapat bertahan lama di lingkungan dan menimbulkan efek berbahaya bagi tubuh manusia.

Misalnya, hidrokarbon tetap berada di lingkungan hingga 16 tahun dan berperan aktif dalam proses fotokimia di udara atmosfer dengan pembentukan kabut beracun.

Polusi udara besar-besaran terjadi ketika bahan bakar padat dan cair dibakar di pembangkit listrik tenaga panas. Mereka adalah sumber utama polusi atmosfer dengan sulfur dan nitrogen oksida, karbon monoksida, jelaga dan debu. Sumber-sumber ini ditandai dengan polusi udara yang sangat besar.

Saat ini, banyak fakta yang diketahui tentang dampak buruk pencemaran atmosfer terhadap kesehatan manusia.

Polusi atmosfer mempunyai dampak akut dan kronis pada tubuh manusia.

Contoh dampak akut pencemaran atmosfer terhadap kesehatan masyarakat adalah kabut beracun. Konsentrasi zat beracun di udara meningkat dalam kondisi meteorologi yang tidak mendukung.

Kabut beracun pertama tercatat di Belgia pada tahun 1930. Beberapa ratus orang terluka dan 60 orang meninggal. Selanjutnya, kasus serupa terulang: pada tahun 1948 di kota Donora di Amerika. 6.000 orang terkena dampaknya. Pada tahun 1952, 4.000 orang meninggal akibat Kabut Besar London. Pada tahun 1962, 750 warga London meninggal karena alasan yang sama. Pada tahun 1970, 10 ribu orang menderita kabut asap di ibu kota Jepang (Tokyo), dan pada tahun 1971 – 28 ribu.

Selain bencana-bencana tersebut, analisis bahan penelitian oleh penulis dalam dan luar negeri juga menyoroti peningkatan angka kesakitan penduduk secara umum akibat pencemaran udara.

Kajian yang dilakukan terkait hal ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa akibat paparan pencemaran atmosfer di pusat industri terjadi peningkatan:

tingkat kematian keseluruhan akibat penyakit kardiovaskular dan pernafasan;

morbiditas akut nonspesifik pada saluran pernafasan bagian atas;

bronkitis kronis;

asma bronkial;

empisema;

kanker paru-paru;

penurunan harapan hidup dan aktivitas kreatif.

Selain itu, saat ini analisis matematis telah mengungkapkan adanya korelasi yang signifikan secara statistik antara tingkat kejadian penyakit darah, organ pencernaan, penyakit kulit, dan tingkat polusi udara pada penduduk.

Organ pernafasan, sistem pencernaan dan kulit merupakan “pintu masuk” zat beracun dan menjadi sasaran aksi langsung dan tidak langsungnya.

Pengaruh pencemaran atmosfer terhadap kondisi kehidupan dianggap sebagai dampak tidak langsung (indirect) pencemaran atmosfer terhadap kesehatan masyarakat.

Ini termasuk:

pengurangan penerangan umum;

pengurangan radiasi ultraviolet dari matahari;

perubahan kondisi iklim;

memburuknya kondisi kehidupan;

dampak negatif terhadap ruang hijau;

dampak negatif terhadap hewan.

Polutan udara menyebabkan kerusakan besar pada bangunan, struktur, dan bahan konstruksi.

Total kerugian ekonomi yang ditimbulkan oleh polutan udara bagi Amerika Serikat, termasuk dampaknya terhadap kesehatan manusia, bahan bangunan, logam, kain, kulit, kertas, cat, karet dan bahan lainnya, adalah $15-20 miliar per tahun.

Semua hal di atas menunjukkan bahwa perlindungan udara atmosfer dari polusi merupakan masalah yang sangat penting dan menjadi perhatian para spesialis di semua negara di dunia.

Semua tindakan untuk melindungi udara atmosfer harus dilakukan secara komprehensif di beberapa bidang:

Langkah-langkah legislatif. Ini adalah undang-undang yang diadopsi oleh pemerintah negara tersebut yang bertujuan untuk melindungi lingkungan udara;

Penempatan kawasan industri dan pemukiman yang rasional;

Langkah-langkah teknologi yang bertujuan untuk mengurangi emisi ke atmosfer;

Tindakan sanitasi;

Pengembangan standar higienis untuk udara atmosfer;

Memantau kemurnian udara atmosfer;

Pengendalian atas pekerjaan perusahaan industri;

Perbaikan kawasan berpenduduk, lansekap, pengairan, penciptaan kesenjangan pelindung antara perusahaan industri dan kompleks perumahan.

Selain langkah-langkah yang tercantum dalam rencana internal negara, program antarnegara untuk perlindungan udara atmosfer saat ini sedang dikembangkan dan diterapkan secara luas.

Masalah perlindungan udara sedang diselesaikan di sejumlah organisasi internasional - WHO, PBB, UNESCO dan lain-lain.

Struktur dan komposisi atmosfer bumi, harus dikatakan, tidak selalu bernilai konstan dalam periode tertentu perkembangan planet kita. Saat ini, struktur vertikal elemen yang memiliki “ketebalan” total 1,5-2,0 ribu km ini diwakili oleh beberapa lapisan utama, antara lain:

1. Troposfer.
2. Tropopause.
3. Stratosfir.
4. Stratopause.
5. Mesosfer dan mesopause.
6. Termosfer.
7. Eksosfer.

Elemen dasar atmosfer

Troposfer adalah lapisan di mana terjadi pergerakan vertikal dan horizontal yang kuat; di sinilah terbentuknya cuaca, fenomena sedimen, dan kondisi iklim. Membentang 7-8 kilometer dari permukaan planet hampir di semua tempat, kecuali wilayah kutub (hingga 15 km di sana). Di troposfer, terjadi penurunan suhu secara bertahap, kira-kira sebesar 6,4°C pada setiap kilometer ketinggian. Indikator ini mungkin berbeda untuk garis lintang dan musim yang berbeda.

Komposisi atmosfer bumi pada bagian ini diwakili oleh unsur-unsur berikut dan persentasenya:

Nitrogen - sekitar 78 persen;

Oksigen - hampir 21 persen;

Argon - sekitar satu persen;

Karbon dioksida - kurang dari 0,05%.

Komposisi tunggal hingga ketinggian 90 kilometer

Selain itu, di sini Anda dapat menemukan debu, tetesan air, uap air, hasil pembakaran, kristal es, garam laut, banyak partikel aerosol, dll. Komposisi atmosfer bumi ini diamati hingga ketinggian kurang lebih sembilan puluh kilometer, sehingga udaranya komposisi kimianya kurang lebih sama, tidak hanya di troposfer, tetapi juga di lapisan atasnya. Namun di sana atmosfer memiliki sifat fisik yang berbeda secara mendasar. Lapisan yang mempunyai komposisi kimia umum disebut homosfer.

Unsur apa lagi yang menyusun atmosfer bumi? Dalam persentase (berdasarkan volume, di udara kering) gas seperti kripton (sekitar 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metana (sekitar 1,7 x 10 -5) diwakili di sini. 4), dinitrogen oksida (5,0 x 10 -5), dll. Sebagai persentase massa, komponen yang paling banyak terdaftar adalah dinitrogen oksida dan hidrogen, diikuti oleh helium, kripton, dll.

Sifat fisik lapisan atmosfer yang berbeda

Sifat fisik troposfer erat kaitannya dengan kedekatannya dengan permukaan planet. Dari sini, panas matahari yang dipantulkan dalam bentuk sinar infra merah diarahkan kembali ke atas, melibatkan proses konduksi dan konveksi. Itulah sebabnya suhu turun seiring bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Fenomena ini teramati hingga ketinggian stratosfer (11-17 kilometer), kemudian suhu hampir tidak berubah hingga 34-35 km, kemudian suhu naik kembali hingga ketinggian 50 kilometer (batas atas stratosfer) . Antara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan perantara tipis tropopause (hingga 1-2 km), di mana suhu konstan diamati di atas khatulistiwa - sekitar minus 70 ° C ke bawah. Di atas kutub, tropopause “menghangat” di musim panas hingga minus 45°C; di musim dingin, suhu di sini berfluktuasi sekitar -65°C.

Komposisi gas di atmosfer bumi mencakup unsur penting seperti ozon. Jumlahnya relatif sedikit di permukaan (sepuluh pangkat minus enam persen), karena gas terbentuk di bawah pengaruh sinar matahari dari atom oksigen di bagian atas atmosfer. Secara khusus, sebagian besar ozon berada pada ketinggian sekitar 25 km, dan seluruh “layar ozon” terletak di area 7-8 km di kutub, dari 18 km di khatulistiwa, dan total hingga lima puluh kilometer di atas permukaan laut. permukaan planet ini.

Atmosfer melindungi dari radiasi matahari

Komposisi udara di atmosfer bumi memegang peranan yang sangat penting dalam kelestarian kehidupan, karena unsur-unsur dan komposisi kimia individu berhasil membatasi akses radiasi matahari ke permukaan bumi dan manusia, hewan, dan tumbuhan yang hidup di dalamnya. Misalnya, molekul uap air secara efektif menyerap hampir semua rentang radiasi infra merah, kecuali yang panjangnya berkisar antara 8 hingga 13 mikron. Ozon menyerap radiasi ultraviolet hingga panjang gelombang 3100 A. Tanpa lapisan tipisnya (rata-rata hanya 3 mm jika ditempatkan di permukaan planet), hanya air pada kedalaman lebih dari 10 meter dan gua bawah tanah yang tidak terkena radiasi matahari. jangkauannya bisa dihuni.

Nol Celcius di stratopause

Di antara dua tingkat atmosfer berikutnya, stratosfer dan mesosfer, terdapat lapisan yang luar biasa - stratopause. Suhu ini kira-kira sama dengan ketinggian maksimum ozon dan suhu di sini relatif nyaman bagi manusia - sekitar 0°C. Di atas stratopause, di mesosfer (dimulai di suatu tempat pada ketinggian 50 km dan berakhir pada ketinggian 80-90 km), penurunan suhu kembali diamati dengan meningkatnya jarak dari permukaan bumi (hingga minus 70-80 ° C ). Meteor biasanya terbakar habis di mesosfer.

Di termosfer - ditambah 2000 K!

Komposisi kimiawi atmosfer bumi di termosfer (dimulai setelah mesopause dari ketinggian sekitar 85-90 hingga 800 km) menentukan kemungkinan terjadinya fenomena seperti pemanasan bertahap lapisan “udara” yang sangat dijernihkan di bawah pengaruh radiasi matahari. . Di bagian “selimut udara” planet ini, suhu berkisar antara 200 hingga 2000 K, yang diperoleh karena ionisasi oksigen (atom oksigen terletak di atas 300 km), serta rekombinasi atom oksigen menjadi molekul. , disertai dengan pelepasan panas dalam jumlah besar. Termosfer adalah tempat terjadinya aurora.

Di atas termosfer terdapat eksosfer - lapisan terluar atmosfer, tempat atom hidrogen yang ringan dan bergerak cepat dapat lepas ke luar angkasa. Komposisi kimiawi atmosfer bumi di sini sebagian besar diwakili oleh atom oksigen individu di lapisan bawah, atom helium di lapisan tengah, dan hampir secara eksklusif atom hidrogen di lapisan atas. Suhu tinggi terjadi di sini - sekitar 3000 K dan tidak ada tekanan atmosfer.

Bagaimana atmosfer bumi terbentuk?

Namun, seperti disebutkan di atas, planet ini tidak selalu memiliki komposisi atmosfer seperti itu. Total ada tiga konsep asal usul unsur ini. Hipotesis pertama menyatakan bahwa atmosfer diambil melalui proses akresi dari awan protoplanet. Namun, saat ini teori ini mendapat banyak kritik, karena atmosfer primer seperti itu seharusnya dihancurkan oleh “angin” matahari dari sebuah bintang di sistem planet kita. Selain itu, unsur-unsur yang mudah menguap diasumsikan tidak dapat tertahan di zona pembentukan planet kebumian karena suhu yang terlalu tinggi.

Komposisi atmosfer utama bumi, seperti yang dikemukakan oleh hipotesis kedua, mungkin terbentuk karena pemboman aktif permukaan oleh asteroid dan komet yang datang dari sekitar Tata Surya pada tahap awal perkembangannya. Cukup sulit untuk mengkonfirmasi atau menyangkal konsep ini.

Eksperimen di IDG RAS

Tampaknya hipotesis ketiga yang paling masuk akal, yang meyakini bahwa atmosfer muncul sebagai akibat pelepasan gas dari mantel kerak bumi sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Konsep ini diuji di Institut Geografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia selama percobaan yang disebut “Tsarev 2”, ketika sampel zat asal meteorik dipanaskan dalam ruang hampa. Kemudian tercatat pelepasan gas-gas seperti H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, dll. Oleh karena itu, para ilmuwan dengan tepat berasumsi bahwa komposisi kimia atmosfer utama bumi meliputi air dan karbon dioksida, hidrogen fluorida ( HF), gas karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H 2 S), senyawa nitrogen, hidrogen, metana (CH 4), uap amonia (NH 3), argon, dll. Uap air dari atmosfer primer ikut serta dalam pembentukan hidrosfer, karbon dioksida sebagian besar berada dalam keadaan terikat dalam zat organik dan batuan, nitrogen masuk ke dalam komposisi udara modern, dan juga kembali ke batuan sedimen dan bahan organik.

Komposisi atmosfer utama bumi tidak memungkinkan manusia modern berada di dalamnya tanpa alat bantu pernapasan, karena saat itu tidak ada oksigen dalam jumlah yang dibutuhkan. Unsur ini muncul dalam jumlah yang signifikan satu setengah miliar tahun yang lalu, diyakini sehubungan dengan perkembangan proses fotosintesis pada alga biru-hijau dan alga lainnya, yang merupakan penghuni tertua di planet kita.

Oksigen minimal

Fakta bahwa komposisi atmosfer bumi pada awalnya hampir bebas oksigen ditunjukkan oleh fakta bahwa grafit (karbon) yang mudah teroksidasi, tetapi tidak teroksidasi, ditemukan pada batuan tertua (Catarchaean). Selanjutnya, apa yang disebut bijih besi berpita muncul, yang mencakup lapisan oksida besi yang diperkaya, yang berarti munculnya sumber oksigen yang kuat dalam bentuk molekul di planet ini. Namun unsur-unsur ini hanya ditemukan secara berkala (mungkin ganggang yang sama atau penghasil oksigen lainnya muncul di pulau-pulau kecil di gurun bebas oksigen), sedangkan wilayah lain di dunia bersifat anaerobik. Yang terakhir ini didukung oleh fakta bahwa pirit yang mudah teroksidasi ditemukan dalam bentuk kerikil yang diproses secara aliran tanpa jejak reaksi kimia. Karena air yang mengalir tidak dapat diangin-anginkan dengan baik, berkembanglah pandangan bahwa atmosfer sebelum masa Kambrium mengandung kurang dari satu persen komposisi oksigen saat ini.

Perubahan revolusioner dalam komposisi udara

Kira-kira di pertengahan Proterozoikum (1,8 miliar tahun yang lalu), sebuah “revolusi oksigen” terjadi ketika dunia beralih ke respirasi aerobik, di mana 38 molekul nutrisi (glukosa) dapat diperoleh dari satu molekul nutrisi, dan bukan dua (seperti halnya respirasi anaerobik) satuan energi. Komposisi atmosfer bumi, dalam hal oksigen, mulai melebihi satu persen dari komposisi saat ini, dan lapisan ozon mulai muncul, melindungi organisme dari radiasi. Dari dialah, misalnya, hewan purba seperti trilobita “bersembunyi” di bawah cangkang tebal. Sejak saat itu hingga zaman kita, kandungan elemen utama “pernapasan” meningkat secara bertahap dan perlahan, memastikan keragaman perkembangan bentuk kehidupan di planet ini.