Неожиданные факты о воздухе: чем мы на самом деле дышим

Земля образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад. Ее первичная атмосфера состояла из водорода и гелия, именно эти газы планета захватила из космического пространства. Из-за постоянных извержений вулканов в атмосферу добавлялись водяной пар, углекислый газ, метан и аммиак, а водород и гелий наоборот, улетали обратно в космос. Кислорода не было, озонного слоя тоже. Без озоновой защиты под влиянием солнечных ультрафиолетовых лучей на планете происходят интенсивные химические реакции. Благодаря этому появляются органические вещества — основа живых организмов. На Земле появляется жизнь и это меняет все. Микроорганизмы перерабатывают одни вещества в другие, днем и ночью трудятся над созданием новой атмосферы и это приводит к тому, что на планете наступает «парниковая эра».

Примерно 2,7 миллиарда лет назад атмосфера Земли парниковая, так как полна углекислого газа и, особенно, метана. Более подробно о том, как можно выяснить состав атмосферы, которой уже давно нет, я рассказываю в своей книге. Так почему же было так много метана? Внутренние процессы, происходящие на планете, например, такие как извержения вулканов, увеличивали концентрацию этого газа и раньше, однако над Землей той эпохи повис настоящий метановый туман, а значит, случилось что-то по-настоящему масштабное, и был другой источник. Им ученые считают жизнь: одноклеточные существа — метанобразующие бактерии. Именно благодаря их жизнедеятельности атмосфера Земли стала наполняться метаном. Этот парниковый газ помог планете не остывать и продолжать свое развитие дальше.

Затем пришла кислородная эра. Примерно 2,5 миллиарда лет назад появляется кислород. Виной тому опять живые организмы: сине-зеленые водоросли — цианобактерии. Они расщепляли воду, запасали органические вещества и выделяли кислород — побочный продукт своей жизнедеятельности. Удивительно называть столь важный газ побочным продуктом, но в техническом смысле это действительно так. Он постепенно накопился в атмосфере и обогатил ее, а в высоких слоях, под действием ультрафиолетового солнечного излучения на молекулы кислорода, образовался озоновый слой. Да, получается самый настоящий парадокс: без жизни на Земле не было бы атмосферы, а без атмосферы не было бы жизни на Земле.

Это газовая оболочка, которая удерживается за счет гравитации и вращается с планетой как единое целое. Нижней границей считается поверхность земли, верхней границы нет, так как атмосфера плавно переходит в космическое пространство. Атмосферу нельзя назвать однородной. Она похожа, скорее, на слоеный пирог, нежели на однородное желе. Давайте рассмотрим каждый слой этого «пирога». Начнем от уровня Земли.

В ней находится 80% всей массы воздуха и практически весь водяной пар. Именно здесь образуется дождь, ветер и почти все привычные нашему глазу облака. В тропосфере летают пассажирские самолеты. Вы наверняка помните слова капитана: «Наш экипаж приветствует вас. Время полета составит столько-то часов, температура за бортом — минус 50 °C». Почему так холодно? Дело в том, что в тропосфере нет своих источников тепла. Она нагревается от поверхности Земли, поэтому с увеличением высоты по мере удаления от поверхности температура воздуха в тропосфере понижается — примерно на 6 °C каждый километр.

Она расположена над тропосферой, имеет верхнюю границу на высоте около 50 км. Температура в стратосфере где-то до ее середины, до отметки 25 км, снижается, а затем повышается и достигает около 0 °C. Это происходит потому, что именно на этой отметке, 25 км от уровня земли, располагается озоновый слой.

Располагается в пределах 50–90 км от уровня земли. Температура мезосферы ниже, чем стратосферы, и может достигать минус 90 °C.

Ее верхняя граница проходит на высоте примерно 800 км. Воздух здесь очень разреженный, увеличено содержание легких газов, таких как водород и гелий. Термосфера названа так неспроста, ведь именно здесь температура воздуха резко меняет свое значение с минус 90 °C до 1500 °C. В термосфере происходят различные реакции под воздействием космических лучей и солнечной радиации. Благодаря этому мы можем любоваться потрясающим свечением атомов газов, известным всем как полярное сияние.

Самый верхний слой атмосферы Земли. Расположен в границах от 800 километров до нескольких тысяч, выше плавно рассеивается и переходит в космическое пространство.

Воздух долгое время считали единой субстанцией. То, что он — не отдельное вещество, а смесь различных газов, выяснил шотландский физик и химик Джозеф Блэк в 1754 году. Рассмотрим сухой состав такого воздуха по объему:

Однако стоит учитывать, что воздух, которым мы дышим, далек от этого идеального состава. Он включает в себя еще и переменные компоненты: твердые частицы, пыль, токсичные газы. И самое главное, он далеко не сухой, а очень даже влажный, ведь в нем содержится вода. Содержание водяного пара во влажном воздухе колеблется от 0,2% в полярных широтах до 2,5% на экваторе. В отдельных случаях количество влаги может достигать 4%. Как же вода попала в воздух? Она испаряется с поверхности мирового океана, водоемов, почвы. Растения, животные и даже тело человека выделяют влагу.

Воздух в разных местах земного шара и при различных погодных условиях будет немного отличаться. Например, на закрытой автомобильной парковке в торговом центре он не такой, как в лесу. При сгорании топлива концентрация углекислого газа в воздухе повышается. На этом фоне незначительно снижается относительное содержание азота и общее содержание кислорода. Воздух в лесу и на берегу моря тоже неодинаковый. Разница будет в содержании влаги, частичек соли или, например, пыльцы растений. Даже в вашей комнате воздух меняется и сегодня уже не тот, что был вчера. Ведь вы могли забыть открыть окно, повесить сушиться белье, заболеть или покрасить стену. На состав окружающего воздуха влияет все: влага, испарения почвы, аэрозоли, растения, люди, животные.