19. Природа газов в атмосфере

Состав атмосферы:

Газы атмосферы 5270*10¹²

Газы гидросферы 16*10¹²

Газы Земных недр 440 000*10¹²

Происхождение и эволюция атмосферы. Эволюция атмосферы неотделима от эволюции Земли, литосферы, гидросферы, биосферы, а в последнее время и ноосферы. Состав Земной атмосферы уникален.

Первичный состав атмосферы: Преобладали CH₄, NH₃, Присутствовали H₂, H₂O, CO, CO₂, HCl и др.

Причины эволюции атмосферы: 1. Аккреция вещества межпланетного пространства; 2. Выделение газов при остывании расплавов; 3. Химическое взаимодействие газов всех геосфер; 4. Биогенные процессы; 5. Диссоциация газов под действием излучения; 6. Ноосферные (техносферные) процессы.

Кислород. Первичный кислород возник при фотодиссоциации воды. Возникновение жизни резко усилило генерацию кислорода. Фотосинтез (3 млрд.лет назад): СО₂ + Н₂О = НСОН + О_{2 .}Около 500 млн лет О₂ назад было больше современного уровня. Современный состав атмосферы установился около 50 млн лет назад (с палеогена). Ежегодно количество О₂ уменьшается а атмосфере на 10 – 12 млрд. тонн. За последние 20 лет человечество изъяло примерно 250-300 млрд. тонн О₂

Парциальное давление О₂ после 600 млн. лет начнет расти и через 1 млрд. лет достигнет 2,6 атм., а к моменту прекращения тектонической активности Земли и ее дегазации (около 1,6 млрд лет) приблизится к 43 атм. Наземная жизнь сгорит в такой атмосфере.

Азот. В свободном состоянии присутствует во всех горных породах и метеоритах. Первичный азот поступал в атмосферу в виде N₂ или аммиака NH₃. В современной атмосфере 55% реликтового азота, а 45% – дегазировало из мантии. В настоящее время происходит изъятие азота из атмосферы организмами и накопление его в осадках. Благоприятны для фиксации азота в осадках аридный климат, отсутствие дождей. Значительное количество азота в виде азотных соединений скапливается, например, в гуано.

Подземная атмосфера. Огромна роль во всех эндогенных процессах: активность процессов; транспортировка вещества (флюиды), формирование геохимических барьеров. 4 типа газов в подземной атмосфере (по В.В. Белоусову, 1937):

1. Газы биохимического происхождения (СН₄, СО₂, N₂, H₂S, H₂, O₂, тяжелые углеводороды) – торф, уголь, газ, нефть

2. Газы воздушного происхождения – поры

3. Газы химического происхождения при процессах происходящих в недрах (метаморфизм, магматизм) –H₂S, СО₂, СН₄,N₂, H₂, CO, HCl, HF, NH₃, SO₂, Cl, и др.

4. Газы радиоактивного происхождения – Rn, Tn, He, Ar.

20. Понятие геохимического барьера

Геохимические барьеры – это участки пространства, на которых происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация (А.И. Перельман). Геохимические барьеры есть во всех природных обстановках, моделируются и используются в хозяйственной деятельности.

Типы барьеров: - природные; - техногенные

Размеры барьеров: - Макробарьеры, -Мезобарьеры, -Микробарьеры

Генетические классы барьеров:

1. Механические барьеры – участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции

2. Физико-химические барьеры – участки резкого уменьшения физико-химической миграции. Различают окислительные, восстановительные, щелочные, кислотные и др. барьеры

3. Биогеохимические барьеры – связаны с уменьшением биогенной миграции (угольные залежи, торф).

21. Коэффициент водной миграции. Что он характеризует и как определяется

Коэффициент водной миграции – отношение содержания хим.эл-та в сухом остатке к содержанию этого же эл-та в горной породе.

К = Сс.о./Сп

Сс.о. – содержание химического элемента в сухом остатке

Сп - содержание химического элемента в горной породе

Коэффициент водной миграции определяет подвижность элементов.

22. Коэффициент биологического поглощения. Как оценивается и что характеризует

Заключается в способности организмов избирательно поглощать из почвы и горных пород определённые химические элементы.

Коэффициент биологического поглощения (А_х) – это отношение содержания элемента в золе организма к кларку (Б.Б. Полынов)

А_х >1 – элементы накапливаются живым веществом (P, S, Cl, Br, I, Ca, K, Na, Mg, Sr, Zn, B, Se), при меньшем – только захватываются.

23. Что такое парастерезис

Парастерезис - чисто пространственная ассоциация эл-тов и минералов, не связанных генетически

24. Как связаны pH и Еh

Eh – окислительно-восстановительный потенциал и водородный показатель – рН связаны между собой. Увеличение рН на 1 меняет Eh на (-0,06 В), уменьшение рН на 1 меняет Eh на (+0,06 В).

25. Основные концепции происхождения химических элементов

Происхождение элементов будет определяться принятой моделью происхождения Вселенной.

Астрономы полагают, что наш мир возник в результате Большого Взрыва. Взорвавшись, гигантский огненный шар разметал по пространству материю и энергию, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики.

Астрономы полагают, что наш мир возник в результате Большого Взрыва. Взорвавшись, гигантский огненный шар разметал по пространству материю и энергию, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики.

Спустя примерно десятилетие после публикации работ Х. Бете и К.Вейцзекера, Г.А.Гамовым была разработана теория Большого Взрыва Вселенной. Согласно этой теории, Вселенная прошла эру нуклеосинтеза в самый начальный момент, когда образовались протоны и нейтроны и вслед за ними изотопы водорода, гелия и лития. Предпринятая Г. Гамовым попытка развить космологическую идею образования всех атомов на раннем этапе расширения Вселенной (αβγ-теория) путем последовательного присоединения нейтронов и последующими β^- распадами не увенчалась успехом вследствие возникшей проблемы "провала масс" - отсутствия в природе ядер с массовыми числами 5 и 8: как было установлено, ядра ⁵₂He, ⁵₃Li и ⁸₄Be очень неустойчивые и быстро распадаются.

В тот же период Эдвин Салпетер показал, что при условиях, характерных для недр звезд, наряду с горением водорода (р-р- и CNO-циклы) возможно горение гелия с образованием углерода. Так возникли первые основные представления ядерного синтеза, большой вклад в развитие которых кроме названных выше ученых внесли У.Фаулер, Ф. Хойл, Джефри и Элинор Маргерит Бербиджи, А.Камерон. Согласно современным научным представлениям, практически все химические элементы образовались и образуются в результате процессов, происходящих в звездах, что приводит к эволюционным изменениям состояния звезд. Поэтому проблема образования нуклидов тесно связана также и с вопросами эволюции звезд.

На основе данных о распространенности химических элементов в природе ученые пришли к выводу, что наиболее вероятным источником образования большинства ядер являются последовательности дискретных ядерных процессов, протекающих в недрах звезд, то есть отдельных групп ядерных реакций.

Образование ядер химических элементов от углерода до группы железа, согласно современным представлениям, происходит в результате гелиевого, углеродного, кислородного, неонового и кремниевого горения в недрах звезд, то есть благодаря термоядерным реакциям, в которых участвуют названные нуклиды. Следует отметить, что расчеты ядерных реакций, протекающих в недрах звезд, не имеют столь высокой надежности в отличие от лабораторных ядерных измерений, так как в лабораторных измерениях энергии сталкивающихся частиц намного превышают значения энергии, обнаруживаемой в недрах звезд. Поэтому полученные лабораторные эффективные сечения , характеризующие вероятность реакций, не могут быть приняты для астрофизических реакций, так как зависит от энергии сталкивающихся частиц.