Кисень в історії Землі становить приблизно Він присутній протягом 2,5 мільярдів років з тих пір, як організми змогли зберігати променисту енергію Сонця за допомогою хлорофілу. Кисень виділявся під час формування рослин та під час утворення олії. Натомість оксидні відкладення, що утворюються в результаті окислення нових гірських порід, що утворюються під час утворення гір та ерозії, витягують кисень з атмосфери.
Концентрація кисню в атмосфері суттєво змінилася за останні 600 мільйонів років. 300 мільйонів років (наприкінці карбонового періоду) концентрації кисню в атмосфері
Це було 35%. Це було 30% 255 мільйонів років тому, а потім різко впало до 13%. Зараз він досяг піку в 23%, досягнувши майже нинішніх 21%. (Фігура 1). Враховуючи незначні зміни вмісту кисню в атмосфері, розвиток цієї базової атмосфери не вважається великою загальною проблемою.
1. ббра • Зміна концентрації O2
в ряду мільйонів
Кисень відіграє ключову роль у подальших хімічних процесах, повітрі та воді, а також у хімічних та біологічних взаємозв’язках між повітрям та грунтом.
Зміни концентрації кисню як функція висоти (Малюнок 2) можна обчислити за барометричною формулою, яка, однак, може бути використана лише для визначення приблизних значень:
де p0 - тиск повітря на рівні моря (
1000 гПа), М - маса 1 моль повітря (
0,029 кгмоль -1), g - гравітаційне прискорення (9,8 мс -1), z - висота (м), R - гірлянда (8,314 JK-1моль -1) і T - температура (K).
2. ббра • Зміни концентрації O2 і температури як функція висоти
У фізіологічному процесі людини концентрація кисню 21% становить приблизно.
THE 3. ббрbn потрібно інтерпретувати дві шкали. У верхньому рядку вказана загальна кількість вуглецю в атмосфері (виражена в гігатоннах СО2 С). У нижньому рядку описується кількість вуглецю, що утворюється в результаті людської діяльності, але при обчисленні цієї кількості ми маємо відштовхуватися від нульових значень з 1750 року (590 Gt завжди потрібно вираховувати з прочитаних порядкових значень) .
Згідно з деякими дослідженнями, концентрація кисню в атмосфері зменшується більше, ніж концентрація вуглекислого газу в результаті спалювання викопних речовин. Це слід специфічній динаміці кисню. Різниця між цими двома газами є повсюдною, тоді як 20,95% кисню становить 209 460 ppm, тоді як CO2 становить приблизно. 380 ppm (приблизно в 550 разів швидше). Інструментальні вимірювання вуглекислого газу проводяться більше півстоліття, тоді як кисень вимірюється значно коротший час, приблизно. két йvtizede. На викопне паливо припадає 1,4 молярного O2: курси обміну CO2 та 1,1 фотосинтезу для фотосинтезу. Ці значення часто неправильно використовуються, вони справедливі лише для процесів, але для рівнянь балансу, звичайно, співвідношення становить 1: 1.
При дослідженні взаємозв'язку між атмосферним вуглекислим газом та концентрацією кисню повинні враховуватися фізичні, хімічні, розчинні та біологічні процеси. Найважливіші рівняння балансу:
при випалюванні викопних матеріалів:
одним з хімічних процесів у морі є:
природа кисню та розчинення СО2 у морі різні.
При розрахунку атмосферних концентрацій кількість сполук, які фактично утворюються або зникають, незначна. Процеси вимагають різних значень, як правило, більших, ніж пропорції фактично генерованих величин. У разі досліджень для згоряння потрібно 1,4 надлишку кисню (надлишковий фактор), а у випадку фотосинтезу - 1,1 надлишку кисню. Це незрозуміле, серйозне оману. У дослідженні вимірювані та зафіксовані відмінності оцінюються та виводяться до природних процесів. Висунуті на цій основі гіпотези, як правило, правильні у виборі ролі факторів, лише значення та інтерпретація констант математичних виведень є невірними. Наприклад, у випадку пожежі використання 1 моля O2 в реакції вуглецю утворює 1 моль CO2 (тобто O2: CO2 = 1, а не 1,4).
Демонструючи приклад, якому сприяє розумна нехтування, очевидно, що кількість виснаження кисню, отримане в результаті вимірювань, більше, ніж збільшення вуглекислого газу. Для простоти, три компоненти повітря:
Беручи постійну кількість азоту (всі дослідження роблять це), беручи до уваги споживання кисню та ріст вуглекислого газу, рівняння балансу мають вигляд:
Якби весь CO2 залишався в атмосфері, збільшення концентрації CO2 було б рівним зменшенню концентрації O2. Згідно з попередніми дослідженнями, половина відомих і невідомих процесів викидається в атмосферу. Оскільки швидкість виснаження кисню не змінюється, однак відбувається лише половина збільшення СО2, тому фактичне рівняння балансу:
Вимірювання кисню та процес дослідження, процедура вимірювання O2/N2, дають багато цінних результатів. Фактори, що приймаються для оцінки, тобто пожежа, біологічні фактори (вирубка лісів, землекористування тощо), хімія правильна, але необхідно визначити роль кожного фактора та визначити результат.
Кисень, присутній у високих концентраціях, є термодинамічно реактивним середовищем. Це умова для виживання життя, для спеки, для окислення (іржа, корозія); відіграє роль у захисті земної поверхні від небезпечних УФ-променів.
Вимірювання кисню в атмосфері є складним, оскільки воно відбувається у значно більших кількостях, ніж вуглекислий газ. Тому замість прямого вимірювання використовуються проксі. Вимірювальним інструментом може бути, наприклад, мас-спектрометр (наприклад, Finnigan MAT-252, який використовує для корекції молекули з масовим числом 32 (16 O 16 O) і 29 (15 N 14 N)). Згідно з методом вимірювання, різниця між співвідношенням O2/N2, виміряним у досліджуваному зразку, та відношенням O2/N2, отриманим відніманням еталонного газу до відношення O2/N2 до еталонного значення, виражалася як, La Jolla California, США):
При застосуванні цієї різниці: прибл. 4,77–4,8 на мег еквівалентно 1 проміле (1 моль O2 на моль сухого повітря). Найближчим часом концентрація азоту в атмосфері вважається постійною (хоча азот також відіграє роль у кисневмісних сполуках у процесах життєдіяльності рослин).
Сума кисню, визначена в попередньому рівнянні, та кисню, який виробляє додатковий СО2 в атмосфері, називається атмосферним потенційним киснем, позначається APO і вимірюється в одиницях «на мег». Розрахунок:
Японський науково-дослідний інститут розташований у Сендаї (38 ° в.д., 140 ° в.д.), на 150 м над рівнем моря. Відбір проб проводився на західному вітрі під атмосферним тиском. Волога видалялася охолодженням до -78 ° С.
Промислово підготовлений зразок із контрольним повітрям не можна використовувати, оскільки значення d (O2/N2) значно нижчі при 2500-4500 на мег, ніж атмосферні значення. Тому, наприклад, природний зразок повітря відбирали з лабораторного майданчика як еталон для підготовки і поміщали в 47-літрову колбу високого тиску, фільтрували після фільтрування під тиском 1,0–107 Па (молекулярна маса 4А). CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6, C3H6, етанол. Він не адсорбує C3H8 та вищі вуглеводні. Він хороший для неполярних рідин та газів. Заряди: алюмосилікатний гель).
Пляшка виготовлена з марганцевої сталі. Метод вибору еталонного повітря та метод вимірювання були розроблені з особливою ретельністю. Вимірювання показали переважно сезонні коливання (Малюнок 4).
4. ббра • Співвідношення кисню/азоту в атмосфері
і зміна вуглекислого газу
Зміни δ (O2/N2) та CO2 протилежні сезонній та довгостроковій перспективі. Зміни в діоксиді вуглецю сильно залежать від кількості спаленого викопного палива та вирубки лісів. В японських дослідженнях середньорічна зміна δ (O2/N2) становить -16,3 на мег/рік, а зміна концентрації CO2 становить 1,9 ppmv/рік. Матеріальний баланс:
де потік вуглецю (GtC/рік), що надходить в атмосферу з ft fromz, fcement, ffld, викопне паливо, виробництво цементу, наземна біосфера та ubb. 1,43; 1.1; 0,471 та 4,8 у поєднанні представляють значення О2, необхідне для утворення СО2 (неправильно).
5. ббра • Співвідношення кисню/азоту
Згідно з вимірами, сезонні цикли слідують один за одним у гармонійних циклах. (Малюнок 5), на основі вимірювань на північній поверхні. Δ (O2/N2) показує мінімум в кінці березня, на початку квітня і максимум в кінці липня та на початку серпня. Між піками амплітуда δ (O2/N2) становить приблизно. 150 за мег, приблизно 15 проміле На північному ґрунті це пояснюється фотосинтезом та диханням наземної біосфери та атмосферного СО2. Співвідношення δ (O2/N2) - і СО2 у морі становить -8,3, тоді як у південній частині -5,3 це пояснюється різницею внаслідок ефекту океану. За даними Ральфа Кілінга та ін. (2006), океанічний компонент δ (O2/N2) становить:
де 1,1 - коефіцієнт обміну O2-CO2 у наземному біосферному процесі, 0,2095 - частинка O2 в атмосфері, [CO2] - виміряна концентрація вуглекислого газу.
Дані, зібрані з мису Грим, штат Тасманія (Австралія), також показали сезонну залежність від змін концентрацій CO2 та O2. Один фактор в океані - це природний транспорт з півночі на південь (циркуляція термохаліну), інший - природний фактор біологічних та фотосинтетичних шляхів. У тижневий період, що досліджувався в декаді 1991–2001 рр., Співвідношення O2/N2 становило приблизно. Знижується на 100 мг (1 ppm O2 = 4,77 мг). (Малюнок 6)
Згідно з дослідженнями в Університеті Каліфорнії в Ірваїні, зниження концентрації кисню в атмосфері може бути пов'язано з тим, що вуглець у земній біосфері стає більш окиснюваним через порушення природної системи.
Зміна O2 в атмосфері може бути виражена як чистий потік вуглецю (Fnet), що надходить з атмосфери у вікову систему, і чистий обмінний коефіцієнт O2: CO2 (Rnet):
Позитивний знак вказує на політ вгору в атмосферу, негативний - на політ вгору в земну біосферу.
де Fab переноситься з часточки в біосферу потоком вуглецю (чистий первинний продукт - АЕС), кількість, необхідна для окислення АЕС Раба (O2, необхідна для повернення назад до молекули), Fba до біосфери. ступінь окислення (кількість Потрібні молі O2 на молекулу СО2).
Вікова система знаходиться в динамічній рівновазі, і Fab та Fba дуже схожі. Джеймс Рендерсон висунув гіпотезу, що збільшення рівня природних порушень в останнє десятиліття призведе до зменшення рівня Раба. Це включає посилення вирубки лісів, випас худоби, випалювання, знищення рослин, зміна видів рослин тощо. Це означає збільшення як кисневмісних елементів у рослинах, так і органічної речовини ґрунту, а також зменшення вмісту кисню в атмосфері.
Зміни в землекористуванні та збільшення окислення азоту спричиняють зменшення вмісту кисню в атмосфері в довгостроковій перспективі.
Інші вимірювальні станції включають бурову установку F3 у Північному морі, за 200 км від узбережжя Нідерландів. Він постійно вимірює вміст CO2 і O2, використовуючи найсучасніші інфрачервоні технології та інші прецизійні прилади. Концентрація азоту в вимірах приймається постійною. Більше результатів можна отримати при обробці вимірювань, і хоча тенденції схожі, числові дані різні, і порівняння вказують на необхідність подальших досліджень. Зміни в атмосферних концентраціях CO2 і O2:
в якому ΔCO2 lйgkцr бtlagos СО2 koncentrбciуvбltozбsa, ΔO2 oxigйn бtlagos koncentrбciуvбltozбsa F викопного tьzelхanyag-йgetйsbхl йs cementgyбrtбsbуl szбrmazу CO 2, О в уceбni eredetи csцkkenйs CO2, В biolуgiai eredetи СО2 csцkkenйs (біомаса йgetйs, fцldhasznбlat) автофокусуванням і АВ О2: обмін СО2 для викопних та біопроцесів Z - чистий обмін O2 між океаном та атмосферою.
Найбільший спад O2 спостерігав дослідницький колектив Бернського університету під керівництвом Франческо Валентино. Дані збирали у Швейцарії та Франції. Станція Jungfraujoch (JFJ) розташована на висоті 3580 м на північній стороні швейцарських Альп, а станція Puy de Dome - на 1480 м із західної сторони Альп. Дослідницька група виявила тенденцію до збільшення СО2 та тенденцію до зменшення вмісту O2 в атмосфері. Згідно з вимірами JFJ, зростання ΔCO2 становило 1,08 ppm/рік у 2001–2002 рр. Та 2,41 ppm/рік у 2003 та 2006 рр. A Δ (O2/N2) -2,4 проміле/рік та -1,5 проміле/рік, відповідно Знижується між -9,5 ppm/рік та -6,9 ppm/рік.
У Пюї приріст ΔCO2 становив 2,43 проміле/рік у 2001–2002 рр .; 1,07 проміле/рік у 2003–2004 та 2,4 проміле/рік у 2005–2006. Δ (O2/N2) -6,1 ppm/рік та APO -3,7 ppm/рік між 2001 і 2002 роками; Δ (O2/N2) -10,4 проміле/рік та APO -7,6 проміле/рік між 2002 і 2006 роками. Середнє співвідношення O2: CO2 становить -1,9 + 0,7 для JFJ та -1,8 + 0,5 для Puy, що суттєво відрізняється від біологічної цінності 1,1 та 1,4 для вогню. Спочатку дослідники думали про взаємозв'язок цнотливості в океані, але така різниця не може бути реалістичною. Причини все ще шукають з океану.
Дослідження проводились на двох станціях між 2000 і 2005 роками на європейських берегах: Голова Мейса, Норвегія, розташована на висоті 35 м над рівнем моря в регіоні, відносно вільному від викопних пожеж, в 30 км на північний схід від Нідерландів та на північ від Нідерландів . Подібні тенденції спостерігались. У випадку з Лютєвадом приріст СО2 становить 1,7+ 0,2 ppm/рік, зменшення кисню -4,2 + 0,3 ppm/рік; Mace Headnil CO2 1,7+ 0,2, кисень -4,2+ 0,3 ppm/рік.
Всі виміри показують, що виснаження кисню відбувається швидше, ніж ріст CO2. Масштаб змін час від часу може змінюватися. Причини неможливо чітко пояснити використанням викопного палива або зменшенням кисню з холодною морською водою. Ліси та фітопланктон відіграють важливу роль у забезпеченні землі киснем, і аналіз досліджень показує, що в кліматичній політиці існує нагальна потреба в урахуванні реальних наслідків. Зниження вуглекислого газу саме по собі не працює, оскільки його ефект невеликий, тому небезпечно базуватися на ньому.
Частина кисню присутня в атмосфері у вигляді озону (O3). Він повинен відігравати фундаментальну роль у виживанні життя на землі. Створення озону та дослідження процесів, пов’язаних з ним, є практично сферою поза наукою.
Молекулярний кисень перетворюється на атомарний кисень шляхом фотодисоціації:
Атомний кисень можна перетворити в озон, взаємодіючи з молекулярним киснем:
Рекомбінація атомарного кисню та озону утворює молекулярний кисень:
За озоновим екраном над Землею стежать дуже пильно.
Ключові слова: вуглекислий газ, кисень, потепління, енергія
Ishidoya, Shigeyuki - Aoki, S. - Nakazawa, T. (2003): Високоточні вимірювання співвідношення атмосфери O2/N2 на мас-спектрометрі. Журнал Метеорологічного товариства Японії. 81, 1, 127–140. • WEBCНM>
Звіт ISIS 19/08/09 (2009): O2 падає швидше, ніж зростає CO2. • WEBCНM>
Кілінг, Ральф (2006): Атмосферна концентрація O2, повідомляється як співвідношення O2/N2. Університет Каліфорнії при Інституті океанографії Сан-Дієго (SIO), США
Ернх Месброс (2010): Особлива рівновага в повітрі. MTA, Академічний комітет Мішкольця, червень 2010 р. 2.
Уорік, Гіллер (2011): Щось у повітрі, яким ми дихаємо. Дослідницька школа біологічних наук, Австралійський національний університет Канберра ACT 0200 Австралія
Зумдал, Стівен С. (2005): Хімічні принципи. 5-е видання, компанія Houghton Mifflin
3. ббра • Загальна кількість атмосферного вуглецю та промисловий розвиток
порівняння кількості викидів вуглецю
Малюнок 6 • Зміна атмосферного співвідношення O2/N2 із забором зразків у районі Мауна-Лоа