Dünyanın oksijen atmosferi nasıl oluştu? Oksijen felaketi. Dikey gelişim bulutları

En yaygın teoriye göre atmosfer
Dünya zaman içerisinde üç farklı bileşimde olmuştur.
Başlangıçta hafif gazlardan (hidrojen ve
helyum) gezegenler arası uzaydan yakalandı. Bu doğru
Birincil atmosfer olarak adlandırılan (yaklaşık dört milyar
Yıllar önce).

Bir sonraki aşamada aktif volkanik aktivite
atmosferin diğer gazlarla doygunluğuna yol açtı.
hidrojen (karbon dioksit, amonyak, su buharı). Bu yüzden
ikincil bir atmosfer oluştu (yaklaşık üç milyar
yıllardan günümüze kadar). Bu atmosfer onarıcıydı.
Daha sonra atmosfer oluşum süreci şu şekilde belirlendi:
faktörler:
- hafif gazların (hidrojen ve helyum) gezegenler arası sızıntısı
uzay;
- etkisi altında atmosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar
ultraviyole radyasyonun, yıldırım deşarjlarının azaltılması ve
diğer bazı faktörler.
Yavaş yavaş, bu faktörler üçüncül oluşumuna yol açtı.
çok daha düşük içerikle karakterize edilen atmosfer
hidrojen basıncı ve çok daha fazlası - nitrojen ve karbondioksit
gaz (amonyaktan kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak oluşur)
ve hidrokarbonlar).
Atmosferin bileşimi, bilimin gelişiyle kökten değişmeye başladı.
Fotosentez sonucunda Dünya üzerindeki canlı organizmaları yeriz.
oksijenin salınması ve karbonun emilmesiyle birlikte
klorür gazı.
oksijen başlangıçta tüketildi
indirgenmiş bileşiklerin oksidasyonu için - amonyak, karbon
hidrojen, okyanuslarda bulunan demirin demirli formu
vb. Bu aşamanın sonunda oksijen içeriği
atmosferde büyümeye başladı. Yavaş yavaş modern
Oksitleyici özelliklere sahip soğuk atmosfer.
Çünkü büyük ve köklü değişikliklere neden oldu
atmosferde, litosferde meydana gelen birçok süreç ve
biyosfer, bu olaya Oksijen Katalizörü adı verildi
kıta.
Şu anda, Dünya'nın atmosferi esas olarak aşağıdakilerden oluşmaktadır:
gazlar ve çeşitli yabancı maddeler (toz, su damlaları, kristaller)
buz, deniz tuzları, yanma ürünleri). Gaz konsantrasyonu,
atmosferin bileşenleri neredeyse sabittir;
su (H2O) ve karbondioksit (CO2) konsantrasyonu.

Kaynak: class.rambler.ru

Sonuç olarak, Dünya'nın modern (oksijen) atmosferinin oluşumu canlı sistemler olmadan düşünülemez, yani oksijenin varlığı biyosferin gelişiminin bir sonucudur. V.I.Vernadsky'nin biyosferin Dünya'nın çehresini dönüştüren rolü hakkındaki parlak vizyonu giderek daha fazla doğrulanıyor. Ancak yaşamın kökeninin yolu bizim için hala belirsiz. V.I. Vernadsky şunları söyledi: "Binlerce nesildir çözülmemiş ama temelde çözülebilir bir bilmeceyle, hayatın bilmecesiyle karşı karşıyayız."

Biyologlar, yaşamın kendiliğinden ortaya çıkmasının yalnızca indirgeyici bir ortamda mümkün olduğuna inanıyor, ancak bunlardan biri olan M. Rutten'in fikirlerine göre, bir gaz karışımındaki% 0,02'ye kadar oksijen içeriği henüz oluşumu engellemiyor. Abiojenik sentezlerin Bu nedenle jeokimyacılar ve biyologların atmosferlerin indirgenmesi ve oksitlenmesi konusunda farklı kavramları vardır. İlk protein birikimlerinin ortaya çıkabileceği, prensipte beslenmeleri için abiogenik amino asitleri, belki de bazı nedenlerden dolayı sadece izomerleri kullanabilen (asimilasyon yapabilen) oksijen izleri içeren atmosfere nötr diyelim.

Ancak sorun, bu aminoheterotrofların (amino asitleri besin olarak kullanan organizmalar) nasıl yedikleri değil, evrimi negatif entropili, kendi kendini organize eden maddenin nasıl oluşabileceğidir. Ancak ikincisi Evrende o kadar da nadir değildir. Özellikle Güneş Sistemi'nin ve Dünya'mızın oluşumu entropi akışına ters gitmiyor mu? Mitzalı Thales, incelemesinde şunu yazdı: "Su, her şeyin temel nedenidir." Aslında yaşamın beşiği olabilmesi için önce hidrosferin oluşması gerekiyordu. V.I. Vernadsky ve zamanımızın diğer büyük bilim adamları bu konuda çok konuştular.

Canlı maddenin neden yalnızca organik moleküllerin solak izomerleri tarafından temsil edildiği ve neden herhangi bir inorganik sentezde solak ve sağ elli izomerlerin yaklaşık olarak eşit bir karışımını elde ettiğimiz V.I. Vernadsky için tamamen açık değildi. Ve belirli tekniklerle zenginleştirme (örneğin polarize ışıkta) elde etsek bile, onları saf formlarında izole edemeyiz.

Proteinler, proteinler, nükleik asitler ve yalnızca solak izomerlerden oluşan diğer organize element kompleksleri gibi oldukça karmaşık organik bileşikler nasıl oluşturulabilir?

Kaynak: pochemuha.ru

Dünya atmosferinin temel özellikleri

Atmosfer, uzaydan gelebilecek her türlü tehdide karşı koruyucu kubbemizdir. Gezegene düşen meteorların çoğunu yakar ve sahip olduğu ozon tabakası, enerjisi canlılar için ölümcül olan Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyona karşı filtre görevi görür. Buna ek olarak, Dünya yüzeyinde konforlu bir sıcaklığı koruyan da atmosferdir - güneş ışınlarının bulutlardan tekrar tekrar yansımasıyla elde edilen sera etkisi olmasaydı, Dünya ortalama 20-30 derece daha soğuk olurdu. Suyun atmosferdeki dolaşımı ve hava kütlelerinin hareketi, yalnızca sıcaklık ve nemi dengelemekle kalmıyor, aynı zamanda dünyadaki peyzaj formları ve mineral çeşitliliğini de yaratıyor; böyle bir zenginlik, güneş sisteminin başka hiçbir yerinde bulunamaz.

Atmosferin kütlesi 5,2×10 18 kilogramdır. Gaz halindeki kabuklar Dünya'dan binlerce kilometre uzakta olmasına rağmen, yalnızca bir eksen etrafında gezegenin dönüş hızına eşit bir hızda dönenler atmosfer olarak kabul edilir. Böylece, Dünya atmosferinin yüksekliği yaklaşık 1000 kilometredir ve üst katman olan ekzosferde (Yunanca "dış küreden") dış uzaya sorunsuz bir şekilde geçiş yapar.

Dünya atmosferinin bileşimi. Gelişim tarihi

Hava her ne kadar homojen görünse de çeşitli gazların karışımıdır. Sadece atmosferin hacminin en az binde birini kaplayanları alırsak, zaten 12 tane olacaktır, genel resme bakarsak, periyodik tablonun tamamı aynı anda havadadır!

Ancak Dünya bu çeşitliliğe hemen ulaşmayı başaramadı. Dünya atmosferinin bu kadar karmaşık hale gelmesi, yalnızca kimyasal elementlerin benzersiz tesadüfleri ve yaşamın varlığı sayesinde olmuştur. Gezegenimiz bu süreçlerin jeolojik izlerini koruyarak milyarlarca yıl geriye bakmamızı sağladı:

4,3 milyar yıl önce genç Dünya'yı kaplayan ilk gazlar, Jüpiter gibi gaz devlerinin atmosferinin temel bileşenleri olan hidrojen ve helyumdu.
en temel maddeler hakkında - Güneş'i ve çevredeki gezegenleri doğuran bulutsunun kalıntılarından oluşuyordu ve yerçekimi merkezleri-gezegenlerin etrafına bolca yerleşmişlerdi. Konsantrasyonları çok yüksek değildi ve düşük atom kütleleri onların uzaya kaçmalarına olanak tanıdı ki bugün de bunu yapıyorlar. Bugün bunların toplam özgül ağırlığı, Dünya atmosferinin toplam kütlesinin %0,00052'sidir (%0,00002 hidrojen ve %0,0005 helyum), ki bu çok küçüktür.
Bununla birlikte, Dünya'nın içinde, sıcak bağırsaklardan kaçmaya çalışan birçok madde yatıyordu. Volkanlardan, başta amonyak, metan ve karbondioksitin yanı sıra kükürt olmak üzere büyük miktarda gaz salındı. Amonyak ve metan daha sonra nitrojene ayrıştı ve nitrojen şu anda Dünya atmosferinin kütlesinde aslan payını kaplıyor - %78.

Ancak Dünya atmosferinin bileşimindeki gerçek devrim, oksijenin gelişiyle gerçekleşti. Aynı zamanda doğal olarak da ortaya çıktı; genç gezegenin sıcak mantosu, aktif olarak yer kabuğunun altında sıkışan gazlardan kurtuluyordu. Ayrıca volkanlardan yayılan su buharı, güneşin ultraviyole ışınımının etkisi altında hidrojen ve oksijene bölündü.

Ancak bu oksijenin atmosferde uzun süre kalması mümkün değildi. Gezegenin yüzeyindeki karbon monoksit, serbest demir, kükürt ve diğer birçok elementle reaksiyona girdi ve yüksek sıcaklıklar ve güneş radyasyonu kimyasal süreçleri katalize etti. Bu durum ancak canlı organizmaların ortaya çıkmasıyla değişti.

İlk olarak, o kadar çok oksijen salmaya başladılar ki, sadece yüzeydeki tüm maddeleri oksitlemekle kalmadı, aynı zamanda birikmeye de başladı - birkaç milyar yıl içinde miktarı atmosferin toplam kütlesinin sıfırdan% 21'ine çıktı.
İkincisi, canlı organizmalar kendi iskeletlerini inşa etmek için aktif olarak atmosferik karbonu kullandılar. Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, yer kabuğu tüm jeolojik organik madde ve fosil katmanlarıyla dolduruldu ve karbondioksit çok daha az hale geldi.

Ve son olarak aşırı oksijen, canlı organizmaları ultraviyole radyasyondan korumaya başlayan ozon tabakasını oluşturdu. Yaşam daha aktif bir şekilde gelişmeye ve yeni, daha karmaşık formlar kazanmaya başladı - bakteriler ve algler arasında oldukça organize yaratıklar ortaya çıkmaya başladı. Bugün ozon Dünya'nın toplam kütlesinin yalnızca %0,00001'ini kaplıyor.

Muhtemelen, Dünya'daki gökyüzünün mavi renginin de Güneş'in tüm gökkuşağı spektrumundaki oksijen tarafından yaratıldığını biliyorsunuzdur; mavi renkten sorumlu olan kısa ışık dalgalarını en iyi şekilde dağıtır. Aynı etki uzayda da işliyor - uzaktan bakıldığında Dünya mavi bir pusla kaplanmış gibi görünüyor ve uzaktan bakıldığında tamamen mavi bir noktaya dönüşüyor.

Ayrıca atmosferde önemli miktarlarda soy gazlar bulunmaktadır. Bunların arasında en önemlisi atmosferdeki payı %0,9-1 olan argondur. Kaynağı, Dünya'nın derinliklerindeki nükleer süreçlerdir ve litosferik plakalardaki mikro çatlaklar ve volkanik patlamalar yoluyla yüzeye ulaşır (helyum atmosferde bu şekilde görünür). Soy gazlar fiziksel özellikleri nedeniyle atmosferin üst katmanlarına yükselir ve oradan da uzaya kaçarlar.

Görebildiğimiz gibi, Dünya'nın atmosferinin bileşimi birden fazla kez değişti, hem de çok güçlü bir şekilde; ama bu milyonlarca yıl sürdü. Öte yandan, yaşamsal olaylar oldukça kararlıdır; Dünya'da 100 kat daha az oksijen olsa bile ozon tabakası var olacak ve işlevini yerine getirecektir. Gezegenin genel tarihinin arka planında insan faaliyetleri ciddi izler bırakmadı. Ancak yerel ölçekte medeniyet, en azından kendisi için sorun yaratma kapasitesine sahiptir. Hava kirleticileri Pekin, Çin'de yaşayanlar için hayatı şimdiden tehlikeli hale getirdi ve büyük şehirlerin üzerindeki devasa kirli sis bulutları uzaydan bile görülebiliyor.

Atmosfer yapısı

Ancak ekzosfer atmosferimizin tek özel katmanı değildir. Birçoğu var ve her birinin kendine özgü özellikleri var. Birkaç temel şeye bakalım:

Troposfer

Atmosferin en alt ve en yoğun katmanına troposfer denir. Makalenin okuyucusu artık tam olarak "en alt" kısmındadır - tabii şu anda uçakta uçan 500 bin kişiden biri olmadığı sürece. Troposferin üst sınırı enleme bağlıdır (gezegeni ekvatorda daha geniş hale getiren Dünya'nın dönüşünün merkezkaç kuvvetini hatırlıyor musunuz?) ve kutuplarda 7 kilometreden ekvatorda 20 kilometreye kadar değişir. Ayrıca troposferin boyutu mevsime bağlıdır; hava ne kadar sıcaksa üst sınır da o kadar yüksek olur.

"Troposfer" adı, "dönüş, değişim" anlamına gelen eski Yunanca "tropos" kelimesinden gelir. Bu, atmosferik katmanın özelliklerini oldukça doğru bir şekilde yansıtır - en dinamik ve üretkendir. Bulutların toplandığı ve suyun dolaştığı, kasırgaların ve antisiklonların yaratıldığı ve rüzgarların üretildiği yer troposferdedir; "hava" ve "iklim" dediğimiz tüm süreçler gerçekleşir. Ek olarak, bu en büyük ve yoğun katmandır - atmosferin kütlesinin% 80'ini ve neredeyse tüm su içeriğini oluşturur. Canlı organizmaların çoğu burada yaşıyor.

Herkes bilir ki ne kadar yükseğe çıkılırsa hava o kadar soğur. Bu doğrudur; her 100 metrede bir, hava sıcaklığı 0,5-0,7 derece düşer. Bununla birlikte, prensip yalnızca troposferde çalışır; daha sonra sıcaklık, rakım arttıkça artmaya başlar. Troposfer ile stratosfer arasında sıcaklığın sabit kaldığı bölgeye tropopoz denir. Yükseklik arttıkça rüzgar da hızlanır (yukarı doğru kilometre başına 2-3 km/s). Bu nedenle paraşüt ve yelken kanatlar uçuş için yüksek platoları ve dağları tercih ederler - orada her zaman "dalgayı yakalayabilirler".

Atmosferin litosfer ile temas halinde olduğu, daha önce bahsedilen hava tabanına yüzey sınır tabakası denir. Atmosfer dolaşımındaki rolü inanılmaz derecede büyüktür; yüzeyden ısı ve radyasyonun aktarımı rüzgarlar ve basınç farklılıkları yaratır, dağlar ve diğer arazi düzensizlikleri bunları yönlendirir ve ayırır. Su değişimi hemen gerçekleşir - 8-12 gün içinde okyanuslardan ve yüzeyden alınan tüm su geri döner ve troposferi bir tür su filtresine dönüştürür.

İlginç bir gerçek, bitkilerin yaşamındaki önemli bir süreç olan terlemenin, atmosferle su alışverişine dayanmasıdır. Onun yardımıyla gezegenin bitki örtüsü iklimi aktif olarak etkiler - örneğin geniş yeşil alanlar havayı yumuşatır ve sıcaklık değişiklikleri. Suya doymuş bölgelerdeki bitkiler topraktan aldıkları suyun %99'unu buharlaştırır. Örneğin, yaz aylarında bir hektar buğday atmosfere 2-3 bin ton su salar; bu, cansız toprağın salabileceğinden çok daha fazladır.

Dünya yüzeyindeki normal basınç yaklaşık 1000 milibardır. Standart, bir "atmosfer" olan 1013 mbar'lık bir basınç olarak kabul edilir - muhtemelen bu ölçü birimiyle zaten karşılaşmışsınızdır. İrtifa arttıkça basınç hızla düşer: troposferin sınırlarında (12 kilometre yükseklikte) zaten 200 mBar'dır ve 45 kilometre yükseklikte tamamen 1 mBar'a düşer. Bu nedenle, Dünya atmosferinin tüm kütlesinin %80'inin doymuş troposferde toplanması garip değildir.

Stratosfer

Atmosferin 8 km (kutupta) ile 50 km (ekvatorda) arasında yer alan tabakasına stratosfer denir. Adı diğer Yunanca "döşeme, katman" anlamına gelen "stratos" kelimesinden gelmektedir. Bu, Dünya atmosferinin neredeyse hiç su buharının bulunmadığı son derece nadir bir bölgesidir. Stratosferin alt kısmındaki hava basıncı yüzey basıncından 10 kat, üst kısmında ise 100 kat daha azdır.

Troposfer hakkındaki sohbetimizde, içindeki sıcaklığın yüksekliğe bağlı olarak azaldığını zaten öğrenmiştik. Stratosferde ise her şey tam tersi şekilde gerçekleşir; rakım arttıkça sıcaklık –56°C'den 0–1°C'ye yükselir. Stratosfer ve mezosfer arasındaki sınır olan stratopozda ısınma durur.

Stratosferdeki yaşam ve insan

Yolcu uçakları ve süpersonik uçaklar genellikle stratosferin alt katmanlarında uçarlar - bu onları yalnızca troposferdeki hava akışlarının dengesizliğinden korumakla kalmaz, aynı zamanda düşük aerodinamik sürükleme nedeniyle hareketlerini de kolaylaştırır. Düşük sıcaklıklar ve ince hava, özellikle uzun mesafeli uçuşlar için önemli olan yakıt tüketimini optimize etmeyi mümkün kılıyor.

Bununla birlikte, bir uçak için teknik bir irtifa sınırı vardır; jet motorlarının çalışması için stratosferde çok küçük olan hava akışı gereklidir. Buna göre türbinde gerekli hava basıncını sağlamak için uçağın ses hızından daha hızlı hareket etmesi gerekmektedir. Bu nedenle, yalnızca savaş araçları ve Concordes gibi süpersonik uçaklar stratosferde yükseklere (18-30 kilometre yükseklikte) hareket edebilir. Yani stratosferin ana "sakinleri" balonlara bağlı hava sondalarıdır - orada uzun süre kalabilirler ve altta yatan troposferin dinamikleri hakkında bilgi toplayabilirler.

Okuyucu muhtemelen aeroplankton adı verilen mikroorganizmaların atmosferde ozon tabakasına kadar bulunduğunu zaten biliyordur. Ancak stratosferde yalnızca bakteriler hayatta kalamaz. Böylece bir gün özel bir akbaba türü olan Afrika akbabası, 11,5 bin metre yükseklikte bir uçağın motoruna bindi. Ve bazı ördekler göçleri sırasında Everest'in üzerinde sakince uçuyorlar.

Ancak stratosferde bulunan en büyük canlı hâlâ insandır. Şu anki yükseklik rekoru Google'ın başkan yardımcısı Alan Eustace tarafından kırıldı. Atlamanın yapıldığı gün 57 yaşındaydı! Özel bir balonla deniz seviyesinden 41 kilometre yüksekliğe yükseldi ve ardından paraşütle aşağıya atladı. Düşüşün zirvesinde ulaştığı hız 1342 km/saatti; ses hızından daha fazla! Aynı zamanda Eustace, ses hızı eşiğini bağımsız olarak aşan ilk kişi oldu (yaşam desteği için uzay giysisini ve iniş için paraşütleri bütünüyle saymazsak).

İlginç bir gerçek şu ki, Eustace'in balondan ayrılmak için, uzay roketlerinin aşamaları ayırırken kullandığına benzer bir patlayıcı cihaza ihtiyacı vardı.

Ozon tabakası

Stratosfer ile mezosfer arasındaki sınırda ise meşhur ozon tabakası bulunmaktadır. Dünya yüzeyini ultraviyole ışınlarının etkilerinden korur ve aynı zamanda gezegendeki yaşamın yayılmasının üst sınırı olarak hizmet eder - bunun üzerinde sıcaklık, basınç ve kozmik radyasyon en kalıcı olanlara bile hızla son verecektir. bakteriler.

Bu kalkan nereden geldi? Cevap inanılmaz - canlı organizmalar tarafından, daha doğrusu çeşitli bakterilerin, alglerin ve bitkilerin çok eski zamanlardan beri salgıladığı oksijen tarafından yaratıldı. Atmosferin yukarılarına doğru yükselen oksijen, ultraviyole radyasyonla temas eder ve fotokimyasal reaksiyona girer. Sonuç olarak, soluduğumuz sıradan oksijen O 2, ozon - O 3'ü üretir.

Paradoksal olarak Güneş'in radyasyonunun yarattığı ozon bizi aynı radyasyondan koruyor! Ozon ayrıca ultraviyole radyasyonu yansıtmaz, ancak emer, böylece etrafındaki atmosferi ısıtır.

Mezosfer

Stratosferin üstünde - daha doğrusu stratopozun üstünde, sabit sıcaklığın sınır katmanının - mezosfer olduğundan bahsetmiştik. Bu nispeten küçük katman, yüksekliği 40-45 ila 90 kilometre arasında yer alır ve gezegenimizdeki en soğuk yerdir; mezosferin üst katmanı olan mezopozda hava –143°C'ye kadar soğur.

Mezosfer, Dünya atmosferinin en az çalışılan kısmıdır. Yüzey basıncından bin ila on bin kat daha düşük olan son derece düşük gaz basıncı, balonların hareketini sınırlar; kaldırma kuvvetleri sıfıra ulaşır ve oldukları yerde asılı kalırlar. Aynı şey jet uçaklarında da olur - uçağın kanadının ve gövdesinin aerodinamiği anlamını yitirir. Bu nedenle, ister roketler ister roket motorlu uçaklar - roket uçakları - mezosferde uçabilir. Bunlar arasında dünyanın en hızlı uçağı unvanını taşıyan X-15 roket uçağı da yer alıyor: 108 kilometre yüksekliğe ve ses hızının 6,72 katı olan 7200 km/saat hıza ulaştı.

Ancak X-15'in rekor uçuşu yalnızca 15 dakika sürdü. Bu, mezosferde hareket eden araçların genel sorununu simgeliyor; kapsamlı bir araştırma yapmak için çok hızlılar ve belirli bir yükseklikte uzun süre kalmıyorlar, daha yükseğe uçmuyorlar veya aşağıya düşüyorlar. Ayrıca mezosfer, uydular veya yörünge altı sondalar kullanılarak keşfedilemez; atmosferin bu katmanındaki basınç düşük olmasına rağmen, uzay aracını yavaşlatır (ve bazen yakar). Bu zorluklar nedeniyle, bilim adamları genellikle mezosfere "ignorosfer" adını verirler ("cehaletin" cehalet, bilgi eksikliği anlamına geldiği İngilizce "ignorosfer" kelimesinden gelir).

Aynı zamanda Dünya'ya düşen meteorların çoğunun yandığı yer de mezosferdir; "Ağustos meteor yağmuru" olarak bilinen Perseid meteor yağmuru da burada patlak verir. Işık etkisi, kozmik bir cismin Dünya atmosferine 11 km/s'den daha yüksek bir hızla dar bir açıyla girmesiyle ortaya çıkar; göktaşı sürtünme kuvveti nedeniyle yanar.

Mezosferde kütlelerini kaybeden "uzaylıların" kalıntıları kozmik toz şeklinde Dünya'ya yerleşiyor - gezegene her gün 100 ila 10 bin ton göktaşı maddesi düşüyor. Tek tek toz tanecikleri çok hafif olduğu için bunların Dünya yüzeyine ulaşması bir ay kadar sürüyor! Bulutların içine düştüklerinde onları ağırlaştırırlar ve hatta bazen yağmura bile neden olurlar; tıpkı volkanik kül veya nükleer patlamalardan kaynaklanan parçacıkların onlara neden olduğu gibi. Ancak kozmik tozun yağmur oluşumu üzerindeki etkisinin küçük olduğu düşünülüyor - 10 bin ton bile Dünya atmosferinin doğal dolaşımını ciddi şekilde değiştirmek için yeterli değil.

Termosfer

Mezosferin üzerinde, deniz seviyesinden 100 kilometre yükseklikte, Dünya ile uzay arasındaki geleneksel sınır olan Karman çizgisi geçmektedir. Orada Dünya ile birlikte dönen ve teknik olarak atmosfere giren gazlar olmasına rağmen, Karman çizgisinin üzerindeki miktarları gözle görülemeyecek kadar azdır. Bu nedenle 100 kilometre irtifayı aşan her uçuş zaten uzay sayılıyor.

Atmosferin en uzun tabakası olan termosferin alt sınırı Karman çizgisine denk gelir. 800 kilometre yüksekliğe kadar yükselir ve son derece yüksek sıcaklıklarla karakterize edilir; 400 kilometre yükseklikte maksimum 1800°C'ye ulaşır!

Çok sıcak, değil mi? 1538°C sıcaklıkta demir erimeye başlıyor; peki uzay aracı termosferde nasıl sağlam kalıyor? Her şey üst atmosferdeki son derece düşük gaz konsantrasyonuyla ilgilidir - termosferin ortasındaki basınç, Dünya yüzeyindeki hava konsantrasyonundan 1.000.000 kat daha azdır! Bireysel parçacıkların enerjisi yüksektir, ancak aralarındaki mesafe çok büyüktür ve uzay aracı esasen bir boşluktadır. Ancak bu, mekanizmaların yaydığı ısıdan kurtulmalarına yardımcı olmuyor - ısıyı dağıtmak için tüm uzay araçları fazla enerji yayan radyatörlerle donatılmıştır.

Bir notta. Yüksek sıcaklıklar söz konusu olduğunda, sıcak maddenin yoğunluğunu her zaman dikkate almak gerekir; örneğin Hadron Çarpıştırıcısındaki bilim adamları, maddeyi aslında Güneş'in sıcaklığına kadar ısıtabilirler. Ancak bunların bireysel moleküller olacağı açıktır; güçlü bir patlama için bir gram yıldız maddesi yeterli olacaktır. Bu nedenle, termosferdeki sıcaklıktan korkmadığımız gibi, bize Çarpıştırıcının “ellerinden” dünyanın yakın sonunu vaat eden sarı basına da inanmamalıyız.

Termosfer ve uzay bilimi

Termosfer aslında açık alandır; ilk Sovyet Sputnik'in yörüngesi onun sınırları içindeydi. Ayrıca, Yuri Gagarin'in de bulunduğu Vostok-1 uzay aracının uçuşunun merkez üssü - Dünya üzerindeki en yüksek nokta - vardı. Dünyanın yüzeyini, okyanusunu ve atmosferini incelemek için Google Haritalar uyduları gibi birçok yapay uydu da bu yükseklikte fırlatılır. Dolayısıyla LEO'dan (Astronotikte yaygın bir terim olan Düşük Referans Yörüngesi) bahsediyorsak, vakaların %99'u termosferdedir.

İnsanların ve hayvanların yörünge uçuşları sadece termosferde gerçekleşmez. Gerçek şu ki, Dünya'nın radyasyon kuşakları 500 kilometre yükseklikte üst kısmında uzanıyor. Yüklü güneş rüzgarı parçacıklarının manyetosfer tarafından yakalanıp biriktirildiği yer burasıdır. Radyasyon kuşaklarında uzun süre kalmak canlı organizmalara ve hatta elektronik cihazlara onarılamaz zararlar verir - bu nedenle tüm yüksek yörüngeli araçlar radyasyondan korunur.

Auroralar

Kutup enlemlerinde genellikle muhteşem ve görkemli bir gösteri ortaya çıkar - auroralar. Gökyüzünde parıldayan çeşitli renk ve şekillerde uzun, parlak yaylara benziyorlar. Dünya, görünüşünü manyetosferine, daha doğrusu kutupların yakınında bulunan deliklere borçludur. Güneş rüzgarından gelen yüklü parçacıklar patlayarak atmosferin parlamasına neden oldu. Burada en muhteşem ışıklara hayran kalabilir ve kökenleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Günümüzde auroralar, Kanada veya Norveç gibi kutup çevresindeki ülkelerin sakinleri için sıradan bir olaydır ve herhangi bir turistin programında zorunlu bir öğedir - ancak daha önce bunlara doğaüstü özellikler atfedilirdi. Antik çağ insanları, rengarenk ışıkları cennete açılan kapılar, efsanevi yaratıklar ve ruhların şenlik ateşleri olarak görüyor ve onların davranışlarını kehanet olarak görüyorlardı. Ve atalarımız anlaşılabilir - kendi zihinlerindeki eğitim ve inanç bile bazen doğanın güçlerine olan saygılarını dizginleyemez.

Ekzosfer

Alt sınırı 700 kilometre yükseklikten geçen Dünya atmosferinin son katmanı ekzosferdir (diğer Yunan kızamık "exo" dan - dışarı, dışarı). İnanılmaz derecede dağılmıştır ve esas olarak en hafif element olan hidrojenin atomlarından oluşur; Ayrıca Güneş'in her yere nüfuz eden radyasyonu tarafından yüksek oranda iyonize edilen bireysel oksijen ve nitrojen atomları da vardır.

Dünya'nın ekzosferinin boyutları inanılmaz derecede büyüktür - gezegenden 100 bin kilometreye kadar uzanan Dünya'nın koronasına, geocoronaya doğru büyür. Çok nadirdir - parçacıkların konsantrasyonu sıradan havanın yoğunluğundan milyonlarca kat daha azdır. Ancak Ay, uzak bir uzay aracı için Dünya'yı gizlerse, o zaman tıpkı Güneş'in tepesinin bir tutulma sırasında bizim için görülebilmesi gibi, gezegenimizin tacı da görünür olacaktır. Ancak bu fenomen henüz gözlemlenmemiştir.

Atmosferin aşınması

Aynı zamanda Dünya atmosferinin hava koşullarının meydana geldiği yer ekzosferdedir - gezegenin çekim merkezinden büyük mesafe nedeniyle parçacıklar toplam gaz kütlesinden kolayca ayrılır ve kendi yörüngelerine girer. Bu olaya atmosferik yayılım denir. Gezegenimiz atmosferden her saniye 3 kilo hidrojen ve 50 gram helyum kaybediyor. Yalnızca bu parçacıklar genel gaz kütlesinden kaçabilecek kadar hafiftir.

Basit hesaplamalar, Dünya'nın yılda yaklaşık 110 bin ton atmosferik kütleyi kaybettiğini gösteriyor. Bu tehlikeli mi? Aslında hayır; gezegenimizin hidrojen ve helyum "üretme" kapasitesi kayıp oranını aşıyor. Ayrıca kaybolan maddenin bir kısmı zamanla atmosfere geri dönüyor. Oksijen ve karbondioksit gibi önemli gazlar ise Dünya'yı toplu halde terk edemeyecek kadar ağırdır; dolayısıyla Dünya'nın atmosferinin kaçması konusunda endişelenmenize gerek yok.

İlginç bir gerçek şu ki, dünyanın sonunun "peygamberleri", eğer Dünya'nın çekirdeği dönmeyi bırakırsa, atmosferin güneş rüzgârının baskısı altında hızla aşınacağını sık sık söylüyorlar. Ancak okuyucumuz, Dünya'ya yakın atmosferin, çekirdeğin dönüşünden bağımsız olarak hareket edecek olan yerçekimi kuvvetleri tarafından bir arada tutulduğunu biliyor. Bunun açık bir kanıtı, sabit bir çekirdeğe ve zayıf bir manyetik alana sahip olan, ancak atmosferi dünyanınkinden 93 kat daha yoğun ve ağır olan Venüs'tür. Ancak bu, dünyanın çekirdeğinin dinamiklerini durdurmanın güvenli olduğu anlamına gelmiyor; o zaman gezegenin manyetik alanı ortadan kalkacak. Rolü, atmosferi kontrol altına almaktan çok, gezegenimizi kolaylıkla radyoaktif bir çöle dönüştürebilecek güneş rüzgârından gelen yüklü parçacıklara karşı koruma sağlamak açısından önemlidir.

Bulutlar

Dünyadaki su yalnızca geniş okyanuslarda ve çok sayıda nehirde mevcut değildir. Atmosferde yaklaşık 5,2 x 10 15 kilogram su bulunmaktadır. Hemen hemen her yerde bulunur; havadaki buharın oranı, sıcaklığa ve konuma bağlı olarak hacmin %0,1 ila %2,5'i arasında değişir. Ancak suyun çoğu bulutlarda toplanır ve burada yalnızca gaz olarak değil aynı zamanda küçük damlacıklar ve buz kristalleri halinde de depolanır. Bulutlardaki su konsantrasyonu 10 g/m3'e ulaşır ve bulutlar birkaç kilometreküp hacme ulaştığı için içlerindeki su kütlesi onlarca ve yüzlerce tondur.

Bulutlar Dünyamızın en görünür oluşumudur; kıtaların ana hatlarının çıplak gözle bulanıklaştığı Ay'dan bile görülebilirler. Ve bu garip değil - sonuçta Dünya'nın% 50'sinden fazlası sürekli bulutlarla kaplı!

Bulutlar, Dünya'nın ısı değişiminde inanılmaz derecede önemli bir rol oynar. Kışın güneş ışınlarını yakalayarak sera etkisi nedeniyle altlarındaki sıcaklığı artırırlar, yazın ise Güneş'in muazzam enerjisine kalkan olurlar. Bulutlar aynı zamanda gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farklarını da dengeler. Bu arada, çöllerin geceleri bu kadar soğumasının nedeni tam olarak onların yokluğudur - kum ve kayaların biriktirdiği tüm ısı, diğer bölgelerde bulutlar tarafından tutulurken serbestçe yukarı doğru uçar.

Bulutların büyük çoğunluğu Dünya yüzeyinin yakınında, troposferde oluşur, ancak daha sonraki gelişimlerinde çok çeşitli şekil ve özellikler kazanırlar. Bunların ayrılması çok faydalıdır - farklı türdeki bulutların ortaya çıkması yalnızca hava durumunu tahmin etmeye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda havadaki yabancı maddelerin varlığını da belirler! Ana bulut türlerine daha yakından bakalım.

Alçak bulutlar

Yerden en alçakta bulunan bulutlara alt katman bulutları denir. Yüksek tekdüzelik ve düşük kütle ile karakterize edilirler - yere düştüklerinde meteorologlar onları sıradan sisten ayırmazlar. Ancak aralarında bir fark var; bazıları gökyüzünü gizlerken, diğerleri şiddetli yağmur ve kar yağdığında patlayabilir.

Yoğun yağış üretebilen bulutlar arasında nimbostratus bulutları bulunur. Alt katman bulutları arasında en büyüğüdürler: kalınlıkları birkaç kilometreye ulaşır ve doğrusal boyutları binlerce kilometreyi aşar. Bunlar homojen gri bir kütledir; uzun bir yağmur sırasında gökyüzüne bakın, muhtemelen nimbostratus bulutlarını göreceksiniz.
Düşük seviyeli bulutların bir diğer türü ise yerden 600-1500 metre yüksekte yükselen stratokümülüs bulutudur. Bunlar, küçük boşluklarla ayrılmış yüzlerce gri-beyaz buluttan oluşan gruplardır. Bu tür bulutları genellikle parçalı bulutlu günlerde görüyoruz. Nadiren yağmur veya kar yağar.
Alttaki bulutların son türü ortak stratus bulutudur; Bulutlu günlerde, gökten hafif bir çiseleme geldiğinde gökyüzünü kaplayanlar onlardır. Çok ince ve alçaktırlar - stratus bulutlarının yüksekliği maksimum 400-500 metreye ulaşır. Yapıları sisinkine çok benzer; geceleri yere inerek genellikle sabahları yoğun bir sis yaratırlar.

Dikey gelişim bulutları

Alt kademedeki bulutların ağabeyleri var - dikey gelişim bulutları. Alt sınırları 800-2000 kilometrelik alçak bir rakımda olmasına rağmen, dikey gelişim bulutları ciddi şekilde yukarı doğru koşuyor - kalınlıkları 12-14 kilometreye ulaşabiliyor, bu da üst sınırlarını troposferin sınırlarına kadar zorluyor. Bu tür bulutlara konvektif de denir: Büyük boyutlarından dolayı içlerindeki su farklı sıcaklıklar elde eder, bu da konveksiyona yol açar - sıcak kütleleri yukarı ve soğuk kütleleri aşağı doğru hareket ettirme süreci. Bu nedenle dikey gelişimli bulutlarda aynı anda su buharı, küçük damlacıklar, kar taneleri ve hatta bütün buz kristalleri bulunur.

Dikey bulutların ana türü kümülüs bulutlarıdır - yırtık pamuk yünü parçalarına veya buzdağlarına benzeyen devasa beyaz bulutlar. Varlıkları yüksek hava sıcaklıkları gerektirir - bu nedenle Rusya'nın merkezinde yalnızca yazın ortaya çıkarlar ve geceleri erir. Kalınlıkları birkaç kilometreye ulaşıyor.

Ancak kümülüs bulutları bir araya gelme fırsatı bulduğunda çok daha görkemli bir form olan kümülonimbus bulutlarını oluştururlar. Yaz aylarında şiddetli sağanak yağışlar, dolu ve gök gürültülü fırtınalar onlardan geliyor. Sadece birkaç saat boyunca var olurlar, ancak aynı zamanda 15 kilometreye kadar büyürler - üst kısımları -10 ° C sıcaklığa ulaşır ve buz kristallerinden oluşur.En büyük kümülonimbus bulutlarının tepelerinde "örsler" bulunur. oluşan - mantar veya ters çevrilmiş demire benzeyen düz alanlar. Bu, bulutun stratosfer sınırına ulaştığı bölgelerde meydana gelir - fizik onun daha fazla yayılmasına izin vermez, bu nedenle kümülonimbus bulutu yükseklik sınırı boyunca yayılır.

İlginç bir gerçek, güçlü kümülonimbüs bulutlarının volkanik patlamalar, göktaşı çarpmaları ve nükleer patlamaların olduğu yerlerde oluşmasıdır. Bu bulutlar en büyüğüdür - sınırları stratosfere bile ulaşarak 16 kilometre yüksekliğe ulaşır. Buharlaşmış su ve mikro parçacıklarla doyuruldukları için güçlü fırtınalar yayarlar - çoğu durumda bu, felaketle ilişkili yangınları söndürmek için yeterlidir. Bu çok doğal bir itfaiyeci :)

Orta düzey bulutlar

Troposferin orta kısmında (orta enlemlerde 2-7 kilometre yükseklikte) orta seviye bulutlar vardır. Geniş alanlarla karakterize edilirler - dünya yüzeyinden gelen yukarı yönlü akımlardan ve engebeli manzaralardan daha az etkilenirler - ve birkaç yüz metrelik küçük bir kalınlık. Bunlar keskin dağ zirvelerinin etrafında "sarılan" ve onların yakınında asılı duran bulutlardır.

Orta seviye bulutlar iki ana türe ayrılır: altostratus ve altocumulus.

Altostratus bulutları karmaşık atmosferik kütlelerin bileşenlerinden biridir. Güneş ve Ay'ın görülebildiği tekdüze, grimsi mavi bir perde sunuyorlar; altostratus bulutları binlerce kilometre uzunluğunda olmasına rağmen yalnızca birkaç kilometre kalınlığında. Yüksek irtifada uçan bir uçağın penceresinden görülebilen gri yoğun örtü tam olarak altostratus bulutlarıdır. Genellikle uzun süre yağmur veya kar yağar.

Sıcak mevsimde küçük yırtık pamuk parçalarına veya ince paralel şeritlere benzeyen altokümülüs bulutları bulunur - sıcak hava kütleleri 2-6 kilometre yüksekliğe yükseldiğinde oluşurlar. Altokümülüs bulutları, yaklaşan hava değişiminin ve yağmurun yaklaşmasının kesin bir göstergesi olarak hizmet eder - bunlar yalnızca atmosferin doğal taşınımıyla değil, aynı zamanda soğuk hava kütlelerinin başlangıcıyla da oluşturulabilir. Nadiren yağmur yağar; ancak bulutlar bir araya gelerek büyük bir yağmur bulutu oluşturabilir.

Dağların yakınındaki bulutlardan bahsetmişken, fotoğraflarda (ve hatta belki gerçek hayatta) muhtemelen bir dağ zirvesinin üzerinde katmanlar halinde asılı duran pamuklu pedlere benzeyen yuvarlak bulutlar görmüşsünüzdür. Gerçek şu ki, orta katman bulutları genellikle mercek şeklinde veya mercek şeklindedir ve birkaç paralel katmana bölünmüştür. Rüzgar dik zirvelerin etrafından estiğinde oluşan hava dalgaları tarafından oluşturulurlar. Merceksi bulutlar aynı zamanda en güçlü rüzgarlarda bile yerinde asılı kalmaları bakımından da özeldir. Bu, doğaları gereği mümkün olmaktadır - bu tür bulutlar, çeşitli hava akımlarının temas noktalarında oluşturulduğundan, nispeten sabit bir konumdadırlar.

Üst bulutlar

Stratosferin alt kısımlarına yükselen sıradan bulutların son seviyesine üst katman denir. Bu tür bulutların yüksekliği 6-13 kilometreye ulaşır - orası çok soğuktur ve bu nedenle üst kattaki bulutlar küçük buz kütlelerinden oluşur. Lifli, gergin, tüy benzeri şekillerinden dolayı yüksek bulutlara cirrus da denir; ancak atmosferin değişkenlikleri onlara genellikle pençe, pul ve hatta balık iskeleti şeklini verir. Ürettikleri yağış asla yere ulaşmaz; ancak sirüs bulutlarının varlığı, hava durumunu tahmin etmenin eski bir yolu olarak hizmet eder.

Saf cirrus bulutları, üst katman bulutları arasında en uzun olanıdır - tek bir lifin uzunluğu onlarca kilometreye ulaşabilir. Bulutlardaki buz kristalleri Dünya'nın yerçekimini hissedecek kadar büyük olduğundan, sirüs bulutları tüm kademeler halinde "düşür" - tek bir bulutun üst ve alt noktaları arasındaki mesafe 3-4 kilometreye ulaşabilir! Aslında sirüs bulutları devasa “buz şelaleleridir”. Su kristallerinin lifli, akıntı benzeri şeklini yaratan şey, şekillerindeki farklılıklardır.

Bu sınıfta ayrıca neredeyse görünmez bulutlar da var - sirrostratus bulutları. Yüzeye yakın büyük hava kütleleri yukarı doğru yükseldiğinde oluşurlar; yüksek irtifalarda nemleri bir bulut oluşturmaya yeterlidir. Güneş veya Ay bunların arasından parladığında, bir hale belirir; dağınık ışınlardan oluşan parlak bir gökkuşağı diski.

gece parlayan bulutlar

Gece parlayan bulutlar (Dünya üzerindeki en uzun bulutlar) ayrı bir sınıfa yerleştirilmelidir. Stratosferden bile daha yüksek olan 80 kilometre yüksekliğe tırmanıyorlar! Ayrıca olağandışı bir bileşime sahipler; diğer bulutların aksine su yerine göktaşı tozu ve metandan oluşuyorlar. Bu bulutlar yalnızca gün batımından sonra veya şafaktan önce görülebilir - ufkun arkasından giren Güneş ışınları, gün boyunca yükseklikte görünmez kalan gece bulutlarını aydınlatır.

Gece parlayan bulutlar inanılmaz derecede güzel bir manzaradır; ancak onları Kuzey Yarımküre'de görmek özel koşullar gerektirir. Ve gizemlerini çözmek o kadar kolay değildi - güçsüz bilim adamları, gümüşi bulutların optik bir yanılsama olduğunu ilan ederek onlara inanmayı reddettiler. Özel yazımızdan sıradışı bulutlara bakabilir ve sırlarını öğrenebilirsiniz.

O2'nin Dünya atmosferinde birikmesi:
1 . (3,85-2,45 milyar yıl önce) - O 2 üretilmedi
2 . (2,45-1,85 milyar yıl önce) O2 üretildi ancak okyanus ve deniz tabanı kayaları tarafından emildi
3 . (1,85-0,85 milyar yıl önce) O2 okyanusu terk eder ancak karadaki kayaların oksidasyonu ve ozon tabakasının oluşumu sırasında tüketilir.
4 . (0,85-0,54 milyar yıl önce) karadaki tüm kayalar oksitlenir, atmosferde O2 birikimi başlar
5 . (0,54 milyar yıl önce - günümüz) modern dönemde atmosferdeki O2 içeriği sabitlendi

Oksijen felaketi(oksijen devrimi) - Proterozoik'in başlangıcında, yaklaşık 2,4 milyar yıl önce (Siderian dönemi) Dünya atmosferinin bileşiminde meydana gelen küresel bir değişiklik. Oksijen Felaketinin sonucu, atmosferde serbest oksijenin ortaya çıkması ve atmosferin genel karakterinin indirgenmeden oksitlenmeye doğru değişmesiydi. Bir oksijen felaketi varsayımı, sedimantasyonun doğasındaki keskin bir değişime ilişkin bir çalışmaya dayanılarak yapılmıştır.

Atmosferin birincil bileşimi

Dünya'nın birincil atmosferinin kesin bileşimi şu anda bilinmemektedir, ancak mantonun gazının alınması sonucu oluştuğu ve indirgeyici nitelikte olduğu genel olarak kabul edilmektedir. Karbon dioksit, hidrojen sülfür, amonyak ve metana dayanıyordu. Bu aşağıdakiler tarafından desteklenmektedir:

yüzeyde açıkça oluşan oksitlenmemiş çökeltiler (örneğin, oksijene dayanıksız piritten gelen nehir çakılları);
bilinen önemli oksijen kaynaklarının ve diğer oksitleyici maddelerin bulunmaması;
Birincil atmosferin potansiyel kaynaklarının incelenmesi (volkanik gazlar, diğer gök cisimlerinin bileşimi).

Oksijen felaketinin nedenleri

Tek önemli moleküler oksijen kaynağı biyosfer veya daha doğrusu fotosentetik organizmalardır. Biyosferin varlığının başlangıcında ortaya çıkan fotosentetik arkebakteriler, neredeyse anında kayaların, çözünmüş bileşiklerin ve atmosferik gazların oksidasyonuna harcanan oksijen üretti. Yüksek konsantrasyon yalnızca lokal olarak, bakteriyel matlarda ("oksijen cepleri" olarak adlandırılır) oluşturuldu. Atmosferin yüzey kayaları ve gazları oksitlendikten sonra oksijen atmosferde serbest halde birikmeye başladı.

Mikrobiyal topluluklardaki değişimi etkileyen olası faktörlerden biri, volkanik aktivitenin tükenmesi nedeniyle okyanusun kimyasal bileşiminde meydana gelen değişiklikti.

Oksijen felaketinin sonuçları

Biyosfer

O zamanın organizmalarının ezici çoğunluğu anaerobik olduğundan ve önemli oksijen konsantrasyonlarında var olamadığından, topluluklarda küresel bir değişiklik meydana geldi: anaerobik toplulukların yerini, daha önce yalnızca "oksijen cepleri" ile sınırlı olan aerobik topluluklar aldı; aksine, anaerobik topluluklar “anaerobik ceplere” (mecazi anlamda “biyosfer ters yüz oldu”) itildi. Daha sonra, atmosferde moleküler oksijenin varlığı, biyosferin sınırlarını önemli ölçüde genişleten ve enerji açısından daha uygun (anaerobik ile karşılaştırıldığında) oksijen solunumunun yayılmasına yol açan bir ozon perdesinin oluşumuna yol açtı.

Litosfer

Oksijen felaketinin bir sonucu olarak, yerkabuğunun çoğunu oluşturan metamorfik ve tortul kayaçların neredeyse tamamı oksitlenir.

2,4 milyar yıl önce Dünya'nın atmosferindeki serbest oksijen miktarındaki belirgin artış, bir denge durumundan diğerine çok hızlı bir geçişin sonucu gibi görünüyor. İlk seviye, son derece düşük bir O2 konsantrasyonuna karşılık geliyordu; şu anda gözlemlenenden yaklaşık 100.000 kat daha düşük. İkinci denge seviyesine, modern seviyenin 0,005'inden az olmayan daha yüksek bir konsantrasyonda ulaşılabilirdi. Bu iki seviye arasındaki oksijen içeriği aşırı kararsızlıkla karakterize edilir. Bu tür bir "bistabilitenin" varlığı, siyanobakterilerin (mavi-yeşil "algler") üretmeye başlamasından sonra en az 300 milyon yıl boyunca Dünya atmosferinde neden bu kadar az serbest oksijen bulunduğunun anlaşılmasını mümkün kılıyor.

Şu anda Dünya'nın atmosferi %20 serbest oksijenden oluşuyor ve bu, siyanobakteriler, algler ve yüksek bitkilerin fotosentezinin bir yan ürününden başka bir şey değil. Popüler yayınlarda genellikle gezegenin akciğerleri olarak adlandırılan tropik ormanlar tarafından çok fazla oksijen salınır. Ancak aynı zamanda tropik ormanların yıl boyunca neredeyse ürettikleri kadar oksijen tükettikleri de sessiz kalıyor. Başta bakteri ve mantarlar olmak üzere bitmiş organik maddeyi ayrıştıran organizmaların solunumuna harcanır. Bunun için, Oksijenin atmosferde birikmeye başlayabilmesi için fotosentez sırasında oluşan maddenin en azından bir kısmının döngüden uzaklaştırılması gerekir.- örneğin dip çökeltilerine girin ve onu aerobik olarak yani oksijen tüketimiyle ayrıştıran bakterilere erişilemez hale gelin.

Oksijenli (yani “oksijen veren”) fotosentezin toplam reaksiyonu şu şekilde yazılabilir:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH20) + O2,
Nerede hν güneş ışığının enerjisidir ve (CH2O) organik maddenin genelleştirilmiş formülüdür. Nefes alma işlemi bunun tersidir ve şu şekilde yazılabilir:
(CH20) + O2 → C02 + H2O.
Aynı zamanda organizmalar için gerekli olan enerji de açığa çıkacaktır. Bununla birlikte, aerobik solunum yalnızca modern seviyenin (Pasteur noktası olarak adlandırılan) 0,01'inden az olmayan bir O2 konsantrasyonunda mümkündür. Anaerobik koşullar altında organik madde fermantasyon yoluyla ayrışır ve bu sürecin son aşamaları sıklıkla metan üretir. Örneğin, asetat oluşumu yoluyla metanojenez için genelleştirilmiş denklem şöyle görünür:
2(CH20) → CH3COOH → CH4 + CO2.
Fotosentez sürecini anaerobik koşullar altında organik maddenin sonraki ayrışmasıyla birleştirirsek, genel denklem şöyle görünecektir:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH4 + 1/2 C02 + O2.
Görünüşe göre antik biyosferdeki ana yol, tam da organik maddenin ayrışmasının bu yoluydu.

Oksijenin temini ile atmosferden uzaklaştırılması arasındaki modern dengenin nasıl kurulduğuna dair birçok önemli ayrıntı belirsizliğini koruyor. Sonuçta, “Atmosferin Büyük Oksidasyonu” olarak adlandırılan oksijen içeriğinde gözle görülür bir artış yalnızca 2,4 milyar yıl önce meydana geldi, ancak oksijenli fotosentez yapan siyanobakterilerin zaten oldukça fazla sayıda ve 2,7 milyar yıl aktif olduğu kesin olarak biliniyor. önce ve hatta daha da erken ortaya çıktılar; belki de 3 milyar yıl önce. Böylece, içinde en az 300 milyon yıl boyunca siyanobakterilerin aktivitesi atmosferdeki oksijen içeriğinde bir artışa yol açmadı.

Net birincil üretimde (yani siyanobakterilerin fotosentezi sırasında oluşan organik maddede artış) bazı nedenlerden dolayı aniden radikal bir artış olduğu varsayımı eleştiriye dayanamadı. Gerçek şu ki, fotosentez sırasında, karbon 12 C'nin hafif izotopu ağırlıklı olarak tüketilir ve ortamda daha ağır izotop 13 C'nin nispi içeriği artar.Buna göre, organik madde içeren alt çökeltilerin izotop 13 C'de tükenmesi gerekir; suda birikerek karbonat oluşumuna gider. Bununla birlikte, atmosferdeki oksijen konsantrasyonundaki radikal değişikliklere rağmen, karbonatlardaki ve tortulardaki organik maddedeki 12 C'nin 13 C'ye oranı değişmeden kalır. Bu, tüm meselenin O2 kaynağında değil, jeokimyacıların söylediği gibi, aniden önemli ölçüde azalan ve oksijen miktarında önemli bir artışa yol açan “batma” (atmosferden uzaklaştırma) olduğu anlamına gelir. atmosferde.

Genellikle "Atmosferin Büyük Oksidasyonundan" hemen önce, oluşan tüm oksijenin, Dünya yüzeyinde oldukça bol olan indirgenmiş demir bileşiklerinin (ve ardından kükürtün) oksidasyonu için harcandığına inanılır. Özellikle o zamanlar “bantlı demir cevherleri” oluştu. Ancak yakın zamanda East Anglia Üniversitesi (Norwich, Birleşik Krallık) Çevre Bilimleri Fakültesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan Colin Goldblatt, aynı üniversiteden iki meslektaşıyla birlikte, dünya atmosferindeki oksijen içeriğinin şu şekilde olabileceği sonucuna vardı: iki denge durumundan biri: ya çok küçük olabilir - şimdikinden yaklaşık 100 bin kat daha az ya da zaten oldukça fazla olabilir (modern bir gözlemcinin konumundan küçük olmasına rağmen) - modern seviyenin 0,005'inden az olamaz.

Önerilen modelde, özellikle serbest oksijen ve metan oranına dikkat edilerek hem oksijenin hem de indirgenmiş bileşiklerin atmosfere girişi dikkate alınmıştır. Oksijen konsantrasyonu mevcut seviyenin 0,0002'sini aşarsa, metanın bir kısmının reaksiyona göre metanotrof bakteriler tarafından zaten oksitlenebileceğini belirttiler:
CH4 + 2O2 → C02 + 2H2O.
Ancak metanın geri kalanı (ve özellikle düşük oksijen konsantrasyonlarında oldukça fazla miktarda bulunur) atmosfere girer.

Termodinamik açıdan bakıldığında tüm sistem dengesiz bir durumdadır. Bozulan dengeyi yeniden sağlamanın ana mekanizması, atmosferin üst katmanlarındaki metanın hidroksil radikali tarafından oksidasyonudur (bkz. Metanın atmosferdeki dalgalanmaları: insan mı yoksa doğa mı? Kim kazanacak?, “Öğeler”, 10/06/2006). Hidroksil radikalinin atmosferde ultraviyole radyasyonun etkisi altında oluştuğu bilinmektedir. Ancak atmosferde çok fazla oksijen varsa (mevcut seviyenin en az 0,005'i), o zaman üst katmanlarında Dünya'yı sert ultraviyole ışınlarından iyi koruyan ve aynı zamanda fizikokimyasallara müdahale eden bir ozon perdesi oluşur. metanın oksidasyonu.

Yazarlar, oksijenli fotosentezin varlığının, oksijen açısından zengin bir atmosferin oluşması veya ozon perdesinin ortaya çıkması için yeterli bir koşul olmadığı konusunda biraz paradoksal bir sonuca varıyorlar. Atmosfer araştırmalarının sonuçlarına dayanarak diğer gezegenlerde yaşamın varlığına dair işaretler bulmaya çalıştığımız durumlarda bu durum dikkate alınmalıdır.