Будова газової оболонки Землі
В.
В. Орлятко, доктор геолого-мінералогічних наук
Газова оболонка Землі - її атмосфера, як і інші
земні оболонки, включаючи гідросферу і біосферу, є похідною внутрішньої
активності планети. Вона формувалася за рахунок дегазації та вулканізму із зони
астеносфери. Отже, маса атмосфери та її хімічний склад безперервно
еволюціонували в історії Землі.
Сучасна атмосфера має азотно-кисневий склад:
78,1% - азоту, 20,9% - кисню. У ній також міститься від 0,3 до 3% пар
води, 0,9% аргону і 0,03% вуглекислого газу. Серед домішок присутні неон,
криптон, водень, метан та інші гази. Такий склад атмосфера має до висоти
100 - 120 км при загальній товщині газової оболонки 1800 - 2000 км.
Оскільки земна атмосфера є продуктом
внутрішньої активності планети, то слід було б очікувати, що її склад буде
близький складу глибинних газів, тобто вона повинна була містити водень, метан,
аміак, сірководень, вуглекислоту, різні вулканічні дими складнішого
складу. Ймовірно, така атмосфера була на початку життя Землі. Будемо
називати її первинної. Однак така атмосфера не буде стійкою. З початком
фотолізу, в результаті якого молекула води дисоціюють на атом водню і
радикал гідроксилу Н2О ® Н + + ОН-, гідроксильні радикали, взаємодіючи один з одним, а
також беручи участь в процесах органічного синтезу, утворюють молекули перекису
водню з наступним розпадом їх на воду і вільний молекулярний кисень
(Кесарю, 1976):
4НО ® 2Н2О2 ® 2Н2О + О2. Вільні атоми водню, що не увійшли до реакції,
піднімаються у верхні зони атмосфери, де вони утворюють протоносферу і
діссіпіруют в космос. Молекула кисню достатньо велика і масивна, щоб
діссіпіровать. Тому кисень, опускаючись під дією сили тяжіння в нижні
зони атмосфери, стає найважливішим його компонентом. Поступово накопичуючись,
кисень поклав початок хімічних процесів у земній атмосфері. Завдяки
хімічної активності атмосферного кисню в первинній атмосфері почалися
процеси окислення глибинних газів. Що утворилися при цьому оксиди випадали в
осад. При цьому частина газів, в тому числі і метану, не вийшла на поверхню
планети і залишилася в колекторах земної кори. У верхніх горизонтах астеносфери
- Низах земної кори - цілком могли утворюватися органічні сполуки по
схемою: Н + СО2 + NН2 ® органічні сполуки, що дали початок глибинної нафти, газу.
Процес фотолітіческого освіти кисню
атмосфери був основним на початку геологічної еволюції Землі. Джерелом парів
води могли бути тільки вулкани. У міру очищення первинної атмосфери від
глибинних газів і формування вторинної, основними компонентами якої були
вуглекислота та двоокис азоту, створювалися умови для появи
фотосинтезуючих рослин типу синьо-зелених водоростей. З їхньою появою
процес насичення атмосфери киснем значно прискорився. При асиміляції
вуглекислоти атмосфери зеленими рослинами утворювався кисень, а при
освоєнні грунтовими бактеріями - двоокис азоту - азот.
Таким чином нестійка вторинна атмосфера
переходить у третинну атмосферу, що складається з суміші вільних молекул азоту і
кисню. Ступінь стійкості цієї сучасної атмосфери визначається масою
планети і температурою її газової оболонки. Очевидно, що дисипації атмосфери
почнеться в тому випадку, коли параболічна швидкість відриваються від землі
молекули газу Vпар буде менше середньоквадратичне швидкості її теплового
руху V2:
,
де Т - температура;
V - швидкість;
M - молекулярна вага газу;
k - постійна Больцмана. k = 1,38 · 10-23 Дж/К.
Підставляючи під знак кореня значення відомих величин і
вважаючи Т в періоди сонячної активності рівною 1600 К, знаходимо, що при Т/M <420 відбувається дисипації газу атмосфери. Неважко
побачити, що Земля буде безупинно втрачати гази з молекулярною вагою M
