Лекция 10. Геохимия гипергенеза. Атмосфера и гидросфера

АТМОСФЕРА. Это мощная газовая оболочка Земли. Скорее всего, она возникла одновременно с образованием Земли из газо-пылевого облака, за счет выделения летучих при первичном разогреве вещества. Вероятно, сначала она была подобна атмосферам планет-гигантов, но в дальнейшем была отчасти утеряна (диссипирована), отчасти коренным образом изменила свой состав с появлением биосферы.

Современная кислородная атмосфера есть в полном смысле продукт биосферы. Атмосферу разделяют на 5 зон (слоев, оболочек).

Нижняя зона – тропосфера: высота 8–10 км у полюсов и 16–18 у эк-

ватора (кстати, вопрос физикам – почему так), а в среднем 10–15 км. На нее приходится около 80% массы атмосферы. Эта зона граничит с поверхностью суши и океана, в ней происходят мощнейшие турбулентные процессы, за счет чего химический состав газов атмосферы везде практически одинаков, что впервые установил знаменитый Ж.Гей-Люссак. Температура с высотой падает, в среднем на 6 ^оС на каждый километр. На верхней кромке тропосферы («тропопауза») она составляет минус 50–80 ^оС.

Стратосфера, 15–50 км (почти стратисфера – этимология совершенно одинаковая!), на нее приходится около 20% массы атмосферы. Эта оболочка так названа потому, что разделяется на отчетливые слои (stratum – слой по-латыни), между которыми, в отличие от тропосферы, не происходит значительной циркуляции. Нижняя – «холодная» стратосфера простирается примерно до 25 км высоты, а верхняя – «теплая», ее называют областью инверсии. На верхней границе стратосферы («стратопауза», примерно 50 км) температура достигает 0 ^оС –10 ^оС и остается такой еще километров 5.

На высоте около 25–30 км в стратосфере располагается жизненно важный для биосферы (следовательно, и для нас) слой с озоном. Поскольку давление на такой высоте не более 0.02 атм, то, как указывает Я.Мияки (1969, с.194) если бы озон здесь находился под давлением в 1 атм, толщина его слоя составила бы всего 1.7–4 мм! И вот от этого эфемерного экрана, который образуется в результате фотодиссоциации кислорода – зависит вся жизнь на Земле:

Таким образом, теплый слой стратосферы нагревается озоном.

Мезосфера: 55–80 км. Температура начинает падать и на высоте 80 км снова снижается до –80.

Ионосфера или термосфера: 80–1000 км. В ней, как в стратосфере, температура растет с высотой и достигает 700–800 ^оС. Но надо учитывать, что это всего лишь температура газа, а газ крайне разрежен: давление здесь составляет около 1х10^–5 атм, так что величина свободного пробега атомов на высоте 220 км достигает 870 м!. Поэтому

Термосферу называют ионосферой потому, что здесь с огромными скоростями движутся ионизированные под действием ультрафиолетового излучения Солнца частицы. Поэтому ионосфера становится проводящей и способной поглощать и отражать радиоволны. По этому признаку выделяют в ней слои Е (слой Хэвисайда), F1, F2.

Это газы – продукт длительного процесса диссипации.

В ионосфере активно протекают ядерные процессы, рождающие короткоживущие радиоизотопы. Для геохимии из них наиболее важны два: 14С и ³Н.

Радиоактивный углерод возникает при облучении азота нейтронами:

¹⁴N + n Þ ¹⁴C +¹H

Возникший изотоп углерода ¹⁴C является b-излучателем с периодом полураспада 5730 лет. Если потом этот углерод перейдет в СО₂, а последний будет поглощен при фотосинтезе растением, то в растение попадут «радиоактивные часы»: ¹⁴C начнет распадаться, и по его оставшемуся количеству можно определить возраст данного углеродистого образования, например, дерева, торфа или карбонатной ракушки. Поэтому радиоуглеродный метод датирования широко используется в археологии и четвертичной геологии. Предел его возможности – полное «вымирание» радиоуглерода, то-есть около 10 перодов полураспада (50–60 тыс лет).

Тритий тоже образуется из азота, при столкновении его атомов с быстрыми нейтронами:

¹⁴N + n Þ ¹²C +³H

В результате b-распада тритий превращается в гелий, с периодом полураспада всего 12.3 лет. Значит, его можно использовать для датирования короткопериодических атмосферных процессов: скорости формирования облаков, круговорота поверхностных и подземных вод, если возраст этих событий не превышает 100 лет.

Дата добавления: 2014-01-04