Азот в воздухе: почему он является основным компонентом атмосферы и необходим ли он для жизни?

Азот в воздухе является доминирующим элементом, что означает, что он является основным компонентом атмосферы Земли. Почему азот является основным компонентом атмосферы Земли? Нужно ли это для жизни? Мы отвечаем на эти вопросы ниже.

Большинство людей знают, что кислород играет ключевую роль в дыхании живых организмов . Именно этот элемент необходим для нашей жизни. Но какое нам дело до азота в воздухе ?

Во Вселенной нет дел . Каждый, даже самый рассеянный элемент в космическом пространстве определяет существование жизни на Земле , какой мы ее знаем. В этом контексте трудно указать на самое главное, без чего не было бы людей. Логично и очевидно, что кислород – самое важное для живых организмов. Однако, если посмотреть на процентный состав атмосферы Земли , то легко можно прийти к выводу, что не оксигений , а азот (обозначается буквой N) составляет большинство . Почему?

Азот в воздухе: почему он является основным компонентом атмосферы?

Для начала следует пояснить, что кислорода на Земле гораздо больше, чем азота . Первый из этих элементов встречается в стабильных сетях кристаллических минералов, составляющих кору нашей планеты . С другой стороны, азотсодержащих минералов нет. В связи с этим следует сказать, что преимущество кислорода перед азотом в 10 000 раз больше . Однако если мы рассмотрим только состав земной атмосферы, то обнаружим, что в воздухе относительно мало кислорода и много азота. 

То, что азот является основным компонентом атмосферы Земли, обусловлено некоторыми особенностями этого элемента, среди которых следует отметить следующие:

• летучее состояние — в условиях, существовавших в прошлом и присутствующих в атмосфере, азот не переходит в жидкое состояние;
• отсутствие воздействия на земную кору – азот не способен химически реагировать с основными компонентами, из которых состоит поверхность нашей планеты;
• высокомолекулярный — из-за своей большой молекулярной массы азот не способен (в условиях, сложившихся на Земле) улетучиваться из верхних слоев атмосферы. Эта особенность также означает, что солнечное излучение не вызывает фотоионизации его частиц.

Благодаря такому сочетанию особенностей азот стал накапливаться в атмосфере, а газы с меньшей молекулярной массой «убегали» в космос. Например, водяной пар может фотоионизироваться в верхних слоях атмосферы, но все же содержит мало водорода. Почему?

Это связано с тем, что в процессе поглощения солнечной радиации, происходящем в термосфере (в высоких слоях атмосферы), температура сильно разреженного воздуха значительно повышается. Так что на практике — кинетическая энергия его молекул. При одинаковых температурных условиях частицы с большой массой достигают значительно меньшей скорости, чем частицы с малой массой. Самый маленький и легкий может превысить порог так называемого скорость убегания (минимальная начальная скорость, позволяющая покинуть гравитационное поле). Это значит, что при правильном направлении движения они могут выдвигаться в космос.

Азот характеризуется высокой молекулярной массой и поэтому мог свободно накапливаться в атмосфере на протяжении почти всей геологической истории. Тем более, что это не влияет на компоненты земной коры. Вот почему азот является основным компонентом воздуха, которым мы дышим.

Азот в воздухе: откуда он взялся?

Откуда на самом деле взялся азот в атмосфере нашей планеты? Можно сказать, что это побочный продукт изменений, происходивших в его составе на протяжении геологической истории . Следует понимать, что в историческом плане содержание отдельных элементов в воздухе нельзя считать постоянной величиной. Много миллионов лет назад атмосфера Земли была совершенно не такой, как современная.

Ученые считают, что первоначальная атмосфера Земли состояла из углекислого газа , аммиака и водяного пара. Под действием потока фотонов аммиак разложился на водород и азот. Вода конденсировалась, а исходные цианобактерии разлагали углекислый газ на кислород и углерод.

Некоторое количество азота также поступает из отдаленных регионов Солнечной системы . Однако последние исследования доказывают, что этот элемент также «мигрировал» вместе с железными метеоритами из внешней части протопланетного диска. 

Соотношения азота и кислорода в воздухе практически не менялись на протяжении почти половины геологической истории. Следует, однако, отметить, что в течение некоторого времени наблюдается некоторое снижение содержания кислорода по отношению к содержанию азота в атмосфере. С другой стороны, увеличивается концентрация углекислого газа . Почему? Это изменение является результатом деятельности человека на Земле. В результате эксплуатации ископаемых видов топлива происходит процесс окисления углерода, удаляемого из атмосферы и восстанавливающегося до формы органического вещества, из которого состоит земная кора. Говоря простым языком, сжигая топливо, мы возвращаем в атмосферу те элементы, которые исчезли из нее на протяжении всей истории.

Нужен ли азот для жизни?

Поскольку азот является основным компонентом земной атмосферы, представляется резонным вопрос — могла ли жизнь на нашей планете развиваться без азота? Что ж, ответ не так однозначен, как может показаться.

Специалисты считают, что иной состав земной атмосферы, которая не содержала бы азота, может быть, а может и не быть препятствием для развития жизни. Однако несомненно, что это была бы не та жизнь, которую мы знаем.

Следует понимать, что азот является чрезвычайно важным компонентом белков , основным строительным блоком всех сложных организмов. Не будь азота, не было бы и белка, а это, скорее всего, препятствовало бы развитию сложных организмов. Скорее всего, потому что наука не может ответить на все вопросы. Однако следует предположить, что без азота в воздухе на Земле никогда бы не появился человек. 

Но что могло бы произойти, если бы азот в воздухе закончился сейчас, когда жизнь на Земле уже развита? Человеку для жизни нужен не воздух, а кислород. Это означает, что дышать можно только кислородом. Так дышат водолазы, альпинисты и космонавты — чистым или почти чистым кислородом. Следует, однако, подчеркнуть, что чистый кислород при давлении выше атмосферного ядовит и вдыхание его в течение длительного времени может привести к необратимым повреждениям головного мозга. Чтобы в легкие поступило столько же чистого кислорода, сколько вдыхаемого воздуха, состоящего из азота, кислорода и газовых примесей, необходимо уменьшить давление в пять раз. 

Из чего состоит вдыхаемый и выдыхаемый воздух?

Что такое воздух , из которого состоит атмосфера Земли? Это газоаэрозольная смесь, состоящая из 78 процентов азота и 21 процента кислорода . Аргон составляет 1 процент от состава воздуха . В воздухе также присутствуют следовые газы , но их присутствие измеряется не в процентах, а в частях на миллион. Принадлежать им.

• углекислый газ,
• неон,
• гелий,
• метан ,
• криптон,
• водород,
• ксенон.

Кроме того, в воздухе присутствуют различные виды пыли и споры растений. 

Следует подчеркнуть, что в разрезе процентного содержания отдельных газов состав выдыхаемого воздуха существенно отличается от состава воздуха, который мы вдыхаем. Мы вдыхаем газовую смесь, в состав которой входят:

• 78 процентов азот,
• 21 процент кислород,
• 1 процент другие газы,
• 0,04 процента углекислый газ.

В выдыхаемом воздухе находится:

• 78 процентов азот,
• 17 процентов кислород,
• 4 процента углекислый газ,
• 1 процент другие газы.

К сожалению, воздух состоит не только из газов, которые должны быть включены в его состав. Нет недостатка и в патологических веществах, т.е. веществах, которые не должны в него входить. Эти загрязнители являются результатом деятельности человека. К рассматриваемым отношениям относятся:

• диоксид азота,
• Диоксид серы,
• Монооксид углерода,
• бензол,
• озон,
• пыль: PM2,5 и PM10.

Каждое из этих веществ оказывает влияние на жизнь на нашей планете. Их наличие приводит к поражению тканей не только органов дыхания, но и крови и нервной системы. При благоприятных условиях патологические вещества могут длительное время задерживаться в воздухе.