Земля постоянно теряет часть своей атмосферы в космос. Несмотря на вакуум внешнего пространства и естественное стремление газов распространяться в область с низким давлением, мы не лишаемся воздуха благодаря гравитации. Чтобы молекула газа покинула Землю, ей нужно развить вторую космическую скорость — около 11,2 км/с. На поверхности атмосферы даже легчайший газ — водород — не набирает таких скоростей, удерживаясь планетой. Однако на высотах выше 100 км температура сильно повышается, и там водород, а также гелий могут покидать атмосферу.
Исследования показывают, что ежегодно Земля теряет десятки тонн газов: примерно 3 кг водорода и 50 г гелия в секунду. В сутки это около 259 тонн, хотя другие оценки называют цифру около 90 тонн. Процесс утраты газа в космос называют диссипацией.
В приполярных регионах и кислород, ионы и атомы с ионосферы активно стремятся в космос, особенно под действием солнечного ветра и магнитных бурь. Так, ежегодно с полярных областей уходит около 50 тысяч тонн кислорода. Во время магнитных бурь эта цифра может увеличиваться в десятки раз. Несмотря на это, общий запас кислорода в атмосфере (около 10^15 тонн) практически не страдает от таких потерь.
На этом фоне загадочны озоновые дыры, особенно над Антарктидой. Существует мнение, что разрушение озона связано с выделением водорода из недр Земли именно в этих регионах, а космический ветер лишь ускоряет процесс разрушения молекул озона, которые защищают нас от ультрафиолета.
Средняя масса атмосферы Земли — порядка 5 квадриллионов тонн (5 × 10^15). Основная её часть (около 90%) сосредоточена в нижних 16 км, состоя из азота (≈78%) и кислорода (≈21%). Потери атмосферы идут очень медленно, но за сотни миллионов лет они существенно повлияли на её состав и давление. Считается, что именно снижение плотности атмосферы после падения крупного астероида могло стать причиной вымирания динозавров, ведь в более плотном воздухе могли летать гигантские птеродактили.
Интересно, что сохранение высокого содержания азота — одна из загадок. Эта молекула не активно вымывается, но откуда она взялась в таких огромных количествах?
Самая распространённая гипотеза связана с древней атмосферой, в которой азот присутствовал в виде аммиака (NH3). С появлением кислорода аммиак окислялся до молекулярного азота и воды, что и сформировало нынешний азотный слой. Возникает вопрос — откуда столько аммиака? Возможно, в недрах Земли происходила химическая реакция между аммонием и щелочными соединениями, приводившая к дегазации аммиака. При взаимодействии с кислородом аммиак распадался, образуя не только азот, но и отложение солей и воду, наполнявшие древние океаны.
Этот химический процесс до сих пор привлекает внимание, потому что астрономия и химия редко пересекаются, а объяснения состава древней атмосферы требуют учёта именно химических реакций, а не только космических гипотез.
Интересные факты:
- Легкий водород может уходить с Земли только в верхних слоях атмосферы — выше 100 км температура достигает нескольких тысяч градусов, что позволяет ему ускоряться до скоростей, превышающих скорость убегания с планеты.
- Процесс утраты атмосферы — нормальный, но невероятно медленный. Мы можем наблюдать его только через сотни миллионов лет.
- Вулканические газы содержат много CO2 и метана, но азота в атмосфере накопилось гораздо больше, что говорит о сложном происхождении.
- Воздушное давление в эпоху динозавров могло быть на 30-40% выше современного, что помогало гигантам легче передвигаться и летать.
Таким образом, Земля не просто держит свою атмосферу несмотря на постоянные потери, но и содержит в ней уникальные сочетания газов, происхождение которых связано с глубокими химическими и геологическими процессами. Именно это помогает нашей планете сохранять условия для жизни.
Нужно оборудование?
Звоните: 8 (800) 777-23-97
Точных Вам измерений!