Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Откуда кислород в атмосфере?

Общепринято, что кислородной атмосфера Земли стала благодаря фотосинтезу. Но давайте подумаем так ли это?

Первоначально атмосфера Земли имела в целом восстановительный характер: метан + амиак + вода + углекислый газ.
Земная кора тоже должна бы ла иметь восстановительный характер - ведь она находилась в равновесии с атмосферой.

А на сегодняшний момент имеем, что в атмосфере содержится 20% свободного кислорода, а большинство горных пород полностью окислены и система находится в сотоянии равновесия (состав атмосферы существенно не меняется уже несколько сотен миллионов лет).

Для того, что бы окислить всю первичную атмосферу и литосферу нужно огромное количество свободного кислорода.

По общепринятой гипотезе считается, что за выделение кислорода ответственны живые организмы.
Но они на эту роль не подходят, т.к не смотря на то, что растения выделяют значительное количество кислорода в единицу времени, но в целом биосфера достаточно стабильна - в ней происходит круговорот веществ. Выделение свободного кислорода может достигаться только за счет накопления неразложившихся остатков (в основном в виде угля). Иначе говоря:

H2O + CO2 = биомасса(С + O + H) + O2 + С + CH4

Учитывая, что текущая биомасса мала по сравнению с массой даже свободного кислорода в атмосфере (ее приблизительно в сто раз меньше), получаем что для того чтобы образовался весь атмосферный и литосферный (для окисления первичной литосферы) кислород нужно чтобы где-то в Земле хранились бы аналогичные по массе запасы угля и углеводородов - а это слой в несколько метров только для атмосферного кислорода а для литосферного на порядки больше. Таких запасов не наблюдается (предполагаемые запасы угля и других углеводородов приблизительно соответсвуют общей биомассе).
И так - у на с явно не сходятся балансы.

Заметим, что еще один источник кислорода - диссоциация молекул воды под действием солнечного излучения.

Как известно, скорость молекул в газе подчиняется распредению Максвелла. Согласно этому распределению всегда присутсвует определенная доля молекул, скорость которых превышает вторую космическую. И такие молекулы могут беспрепятственно покидать Землю. Причем из атмосферы в первую очередь ускользают лёгкие газы - водород и гелий. Расчеты показывают, что время полного улетучивания водорода из земной атмосферы составляет всего несколько лет, а время полного улетучивания гелия - несколько миллионов лет. Для кислорода и прочих газов это время превышает время жизни Земли.  млн. лет. Для гелия и водорода эти отрезки времени слишком малы по сравнению с продолжительностью существования Земли, поэтому в земной атмосфере водород и гелий постоянно обновляются за счёт поступления из земных недр и ряда атмосферных процессов. Водород, образующий "корону" вокруг Земли, является продуктом диссоциации молекул воды под действием ультрафиотетового и рентгеновского излучения Солнца.

Расчеты показывают, что за время порядка десяти миллинов лет в атмосфере за счет фотодиссоциации возникает количество кислорода равное нынешнему значению.

И так мы получаем:
1) Первоначально атмосфера, литосфера и вся мантия Земли носят восстановительный характер.
2) За счет фотодиссоциации вода (которая к стати поступила в результате вулканической активности из мантии) разлагается на кислород и водород. Последний покидает Землю.
3) Оставшийся  кислород окисляет первичную литосферу и атмосферу до текущего состояния.
4) Почему кислород не накапливается, ведь он поступает в результате фотодиссоциации постоянно (текущее количество набегает за 10 миллинов лет, а возраст Земли - 4.5 миллиарда)? Он идет на окисление мантии. В результате движения континентов в зонах субдукции образуется из мантии новая кора. Породы этой коры окисляются под действием атвосферы и гидросферы. Затем эти окисленные породы из океанических плит в зонах субдукции попадают обратно в мантию.

Ну а что живые организмы,  спросите вы? 
Они фактически выполняю роль статистов - не было свободного кислорода, жили без него - на примитивном одноклеточном уровне. Появился - приспособились и стали жить вместе с ним - но уже в виде продвинутых многоклеточных организмов.