- •Раздел II атмосфера
- •Глава 5 Состав и строение атмосферы Атмосфера и ее границы. Состав воздуха
- •5.2. Строение атмосферы
- •5.3. Происхождение и эволюция атмосферы
- •5.4. Значение атмосферы. Охрана воздуха
- •5.5. Изучение атмосферы
- •Глава 6 Радиация в атмосфере
- •6.1. Прямая, рассеянная и суммарная радиация
- •6.2. Отраженная и поглощенная радиация. Альбедо земной поверхности и Земли в целом
- •6.3. Излучение земной поверхности. Встречное и эффективное излучение
- •6.4. Радиационный и тепловой баланс земной поверхности, атмосферы и Земли в целом
- •Глава 7 Тепловой режим земной поверхности и воздуха
- •7.1. Нагревание и охлаждение почвогрунтов и водоемов
- •7.2. Нагревание и охлаждение воздуха
- •7.3. Заморозки
- •7.4. Типы суточного и годового хода температуры воздуха
- •7.5. Географическое распределение температуры воздуха у земной поверхности
- •Глава 8 Вода в атмосфере
- •8.1. Испарение и испаряемость
- •8.2. Основные характеристики влажности воздуха
- •8.3. Наземные гидрометеоры
- •8.4. Туманы
- •8.5. Облака
- •8.6. Атмосферные осадки
- •8.7. Типы суточного и годового хода осадков
- •8.8. Географическое распределение осадков
- •8.9. Снежный покров
- •8.10. Атмосферное увлажнение
- •Глава 9 Атмосферное давление. Ветры
- •9.1. Барические системы
- •9.2. Барическое поле у поверхности Земли
- •9.3. Ветер и его характеристики
- •Глава 10 Воздушные массы и атмосферные фронты
- •10.1. Воздушные массы
- •10.2. Атмосферные фронты
- •Глава 11 Циркуляция атмосферы
- •11.1. Общая циркуляция атмосферы
- •11.2. Циркуляция воздушных масс в экваториально-тропических широтах
- •11.3. Циркуляция воздушных масс во внетропических широтах
- •11.4. Местные ветры
- •Глава 12 Погода и климат
- •12.1. Погода. Классификация погод
- •12.2. Климат. Климатообразующие процессы и факторы
- •12.3. Классификация климатов
- •12.4. Изменения и колебания климата
5.3. Происхождение и эволюция атмосферы
Состав атмосферы не всегда был таким, как сейчас. Предполагают, что первичная атмосфера состояла из водорода и гелия, которые были самыми распространенными газами в Космосе и входили в состав протопланетного газово-пылевого облака.
Результаты исследований М. И. Будыко с количественными оценками изменения массы кислорода и углекислого газа на протяжении жизни Земли дают основание считать, что историю вторичной атмосферы можно разделить на два главных этапа: бескислородной атмосферы и кислородной атмосферы – на рубеже примерно 2 млрд лет тому назад.
Первый этап начался после завершения образования планеты, когда началось разделение первичного земного вещества на тяжелые (преимущественно железо) и относительно легкие (в основном кремний) элементы. Первые образовали земное ядро, вторые – мантию. Эта реакция сопровождалась выделением тепла, в результате чего стала происходить дегазация мантии – из нее стали выделяться различные газы. Сила тяготения Земли оказалась способной удержать их возле планеты, где они стали скапливаться и образовали атмосферу Земли.
Состав этой начальной атмосферы существенно отличался от современного состава воздуха (табл. 1)
Таблица 1
Состав воздуха при образовании атмосферы Земли в сравнении с современным составом атмосферы (по В. А. Вронскому и Г. В. Войткевичу)
Газ |
Его состав |
Состав атмосферы Земли | |
при образовании |
современный | ||
Азот |
N2 |
1,5 |
78 |
Кислород |
О2 |
0 |
21 |
Озон |
О3 |
– |
10-5 |
Углекислый газ |
СО2 |
98 |
0,03 |
Оксид углерода |
СО |
– |
10-4 |
Водяной пар |
Н2О |
0,4 |
0,1 |
Аргон |
Аг |
0,19 |
0,93 |
Кроме этих газов, в атмосфере присутствовали метан (СН4), аммиак (NH3), водород (Н2) и др.
Характерной чертой этого этапа было убывание углекислого газа и накопление азота, который к концу эпохи бескислородной атмосферы стал основным компонентом воздуха.
Согласно исследованиям В. И. Бгатова, тогда же появился в качестве микропримеси и эндогенный кислород, возникший при дегазации базальтовых лав. Кислород возникал и в результате диссоциации молекул воды в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей. Однако весь кислород уходил на окисление минералов земной коры, и его не хватало на накопление в атмосфере. Более 3 млрд лет назад появились фотосинтезирующие синезеленые водоросли (цианобактерии), которые для синтеза органического вещества начали использовать световую энергию Солнца. В реакции фотосинтеза участвует углекислый газ, а выделяется свободный кислород. Вначале он расходовался на окисление железосодержащих элементов литосферы, но около 2 млрд лет назад этот процесс завершился, и свободный кислород начал накапливаться в атмосфере. Начался второй этап развития атмосферы – кислородный.
Сначала рост содержания кислорода в атмосфере был медленным: около 1 млрд лет назад оно достигло 1% от современного (точка Пастера), но этого оказалось достаточным для появления вторичных гетеротрофных организмов (животных), потребляющих кислород для дыхания. С появлением растительного покрова на континентах во второй половине палеозоя прирост кислорода в атмосфере ускорился, поскольку резко повысилась глобальная продуктивность фотосинтеза. Так, в середине палеозоя количество кислорода в атмосфере составляло только 10% от современного, а уже в карбоне кислорода было столько же, сколько и сейчас. Фотосинтетический кислород вызвал большие изменения и в атмосфере, и в живых организмах планеты. Содержание углекислого газа в процессе эволюции атмосферы существенно снизилось, так как значительная его часть вошла в состав углей и карбонатов.