Глава 10. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ АТМОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ (1119272)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

273Глава 10. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ АТМОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ10.1. Происхождение земной атмосферыИз всех планет Солнечной системы только Земля обладает уникальной атмосферой,благоприятной для развития и процветания высших форм жизни. Такой оптимальный дляжизни состав земной атмосферы постепенно возник благодаря длительнымвзаимодействиям процессов дегазации Земли с геохимическими и биологическимипреобразованиями вещества, приведшими к связыванию отдельных компонентатмосферы, например углекислого газа, сероводорода, галогенов и др., в осадочныхпородах и гидросфере нашей планеты и, наоборот, к высвобождению газа – эликсиражизни – кислорода. Но все эти биогеохимические преобразования состава атмосферымогли осуществляться только в узком температурном диапазоне существования жидкогосостояния воды.

И наше счастье, что согревающее нас Солнце является спокойной инебольшой звездой, а Земля расположена от него на таком расстоянии, что средняятемпература земной поверхности в настоящее время не превышает + 15 °С. Если бысветимость Солнца была бóльшей, в 3–4 раза, то Земля неизбежно “превратилась бы вВенеру” с плотной углекислотно-паровой атмосферой, а если меньшей, то замерзла,подобно Марсу. В обоих случаях, естественно, ни о какой высокоорганизованной жизни иговорить не приходится.Существует точка зрения, согласно которой первичная атмосфера Земли былазахвачена гравитационным полем нашей планеты непосредственно из протопланетногооблака еще в процессе аккреции планет (Mayashi et al., 1979).

Предполагается, что в этомслучае масса такой атмосферы могла достигать 1025–1026 г, т.е. массы континентальнойкоры 2,25·1025 г (!), а давление у земной поверхности – намного превышать 104 бар (атм).При этом атмосфера становилась полностью непрозрачной и, следовательно, только засчет парникового эффекта и адиабатического сжатия газовой смеси температура у ееоснования могла подниматься до десятков тысяч градусов! Однако никаких геологическихследов существования у Земли столь экзотической атмосферы не обнаружено, а онидолжны были бы сохраниться в ее летописи.Кроме того, любые предположения о существовании у молодой Земли оченьплотной атмосферы встречаются практически с непреодолимыми трудностями приобъяснении механизмов ее диссипации и перехода нашей планеты от стольэкстремальных условий на поверхности к привычной нам комфортной для жизниситуации.

Даже при давлениях земной атмосферы порядка нескольких десятков бар уЗемли должен был бы возникнуть необратимый парниковый эффект со вскипанием водыв океанах, после чего атмосферное давление поднялось бы до нескольких сотен бар иЗемля также неизбежно “превратилась бы в Венеру”.Иногда для доказательства раннего происхождения атмосферы привлекаютсяданные по распределению изотопов благородных газов в атмосфере и мантии, однако приближайшем рассмотрении этой проблемы такие аргументы оказываются полностьюнесостоятельными (см. раздел 4.1).По значительно более реальным представлениям (Rubey, 1951; Полдервард, 1957;Виноградов, 1967, 1969; Шопф, 1982; Холленд, 1989; и др.), атмосфера Земли, как и еегидросфера, образовалась благодаря дегазации мантии – процесса, происходящего исейчас, но, возможно, развивавшегося наиболее интенсивно на ранних этапахсуществования Земли.

Обычно принимается, что первичная атмосфера состояла из паровводы, углекислого газа и других газовых фракций (H2S, CO, H2, N2, CH4, NH3, HF, HCl,Ar), т.е. была восстановительной. Развитие атмосферы с освобождением газообразногокислорода происходило в основном благодаря фотохимическим реакциям в верхних слояхатмосферы и фотосинтеза появившихся еще в раннем докембрии сине-зеленыхводорослей.274Как уже отмечалось, происхождение атмосферы мы также связываем с дегазациейземных недр, но в отличие от наиболее популярных моделей начало этого процесса мыотносим не к моменту формирования Земли, около 4,6 млрд лет назад, а к началу еетектонической активности, приблизительно 4 млрд лет назад.

Кроме того, по нашеймодели развитие этого процесса в начале геологической истории Земли было менеебурным, чем это предполагалось ранее. В отношении же состава первичной атмосферы ипричин эволюции ее состава в последующие геологические эпохи намечается несколькоиной физико-химический подход.Рассматривая происхождение и эволюцию атмосферы Земли, необходимоучитывать, что земное вещество (по сравнению с солнечным) было сильно обедненолетучими и подвижными элементами и соединениями. В противном случае современнаяатмосфера (и гидросфера) была бы значительно более мощной.

Так, по оценкам Б.Мейсона (1971), относительное содержание водорода на Земле (по отношению ккремнию) меньше, чем в космосе в 106,6 раза, азота – в 105,9, углерода – в 104, инертныхгазов – в 106–1014 раза. Поэтому, несмотря на распространенность в космическомпространстве таких летучих соединений, как H2, He, N2, H2O, CO2, CH4, NH3 и др., вземном веществе их оказалось исключительно мало. По-видимому, такая первичная изначительная дифференциация земного вещества произошла еще на допланетной стадииразвития Солнечной системы (при прохождении Солнцем стадии развития звезд типа ТТельца) за счет интенсивного выметания летучих и легкоподвижных компонентов извнутренних частей протопланетного газопылевого облака на его периферию в областьформирования планет-гигантов.Находящиеся же в Земле летучие соединения и элементы (Н2О, СО2, N2, HCl, HF,HI и др.) могли попасть в нее только в связанном состоянии: вода с гидросиликатами, азотс нитридами и нитратами, углекислый газ с карбонатами, галогены с галоидами и т.

д.Поэтому в процессе роста Земли такие компоненты оказывались погребенными в недрах,а те остатки реакционно-активных летучих соединений, которые освобождались приударных взрывах падавших на Землю планетезималей, должны были усиленносорбироваться ультраосновным реголитом на поверхности растущей планеты и тожепогребались под новыми слоями выпадавшего на Землю метеоритного вещества.Учитывая сказанное, можно принять, что первичная атмосфера Землидействительно состояла из инертных и благородных газов. Так, из-за малого времени“убегания” гелия из земной атмосферы – порядка 106 лет – его парциальное давление впервичной атмосфере Земли за время ее формирования, около 108 лет, успевало прийти вравновесие и поэтому было не выше современного.

Не должно было существовать тогда ватмосфере и заметного количества 40Аr – продукта распада радиоактивного калия 40К.Учитывая это, можно ожидать, что парциальное давление благородных газов в первичнойатмосфере Земли не превышало 2·10–5 атм.Определить парциальные давления остальных компонентов первичной атмосферы(N2, H2О, СО2 и СО) значительно сложнее, так как для этого необходимо знатьсорбционную и реакционную способность газов на реголите ультраосновного состава, ктому же еще содержащего свободные металлы (Fe, Ni, Со, Cr и др.). Однако можноожидать, что и их давление, кроме инертного азота, не превышало 10–4 атм. По нашимприблизительным оценкам, основанным на определении средней температуры Земли науровне океана во время развития Гуронского оледенения раннего протерозоя (1988), впервичной атмосфере азота содержалось около 0,6–0,7 атм.Основная же масса углекислого газа, сейчас почти полностью связанного в горныхпородах и органическом веществе, и азота, безусловно, были дегазированы из мантии.

Нонеобратимая дегазация земного вещества могла начаться лишь после того, кактемпература в недрах Земли поднялась до уровня частичного плавления силикатов и вмантии возникли первые конвективные течения, т.е. фактически только послевозникновения у Земли астеносферы и подъема через образовавшиеся трещины на земную275поверхность расплавов мантийного вещества. Как мы уже отмечали, судя по возрастамсамых древних пород земной коры и началу базальтового вулканизма на Луне, событиеэто произошло где-то около 4,0 млрд лет назад.10.1.1.

Накопление азота в атмосфере ЗемлиАзот относится к умеренно активным элементам, слабо вступающим в реакции сприродными неорганическими соединениями. Поэтому существует большая вероятностьтого, что и в первичной атмосфере содержалось заметное количество этого газа. В этомслучае значительная часть азота современной атмосферы является реликтовой,сохранившейся еще со времен формирования Земли около 4,6 млрд лет назад, хотя другаяего часть могла дегазироваться из мантии уже на геологической стадии развития нашейпланеты. Необходимо учитывать, что с появлением жизни на Земле около 4,0–3,8 млрдлет назад постоянно происходило связывание этого газа в органическом веществе и егозахоронение в океанических осадках, а после выхода жизни на сушу (около 400 млн летназад) – и в континентальных отложениях.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги