Наверх

• Содержание воды или пара в воздухе варьируется. Максимальная влагоемкость воздуха зависит в первую очередь от температуры
• Состав воздуха не меняется до отметки примерно 10.000 м
• Средняя температура воздуха снижается со скоростью 0,6 ^o C на каждые 100 м. вертикальная высота
• «Одна стандартная атмосфера» определяется как давление, эквивалентное давлению, которое оказывает столб ртути размером 760 мм при 0 ^o C на уровне моря и при стандартной гравитации ( 32.174 фут / с ² )

Другие компоненты в воздухе

• Диоксид серы — SO ₂ — 1,0 частей / миллион (ppm)
• Закись азота — N ₂ O — 0,5 частей / миллион (ppm)
• Озон — O ₃ — от 0 до 0,07 частей / миллион (ppm)
• Двуокись азота — NO ₂ — 0,02 частей / миллион (ppm)
• Йод — I ₂ — 0.01 частей / миллион (ppm)
• Окись углерода — CO — 0 для отслеживания (ppm)
• Аммиак — NH ₃ — 0 для отслеживания (ppm)

Стандартные единицы давления, часто используемые в качестве альтернативы к «

• 76 сантиметров (760 мм) ртутного столба
• 29,921 дюйма ртутного столба
• 10,332 метра водяного столба
• 406,78 дюйма водяного столба
• 33.899 футов вод. Воздух Плотность при переменном давлении, Плотность и удельный вес при переменной температуре, Коэффициенты диффузии газов в воздухе, Динамическая (абсолютная) и кинематическая вязкость, Число Прандтля, Удельная теплоемкость при различной температуре и Удельная теплоемкость при переменном давлении, Теплопроводность, Температурная диффузия , Свойства в условиях газожидкостного равновесия и свойства воздуха, для других свойств воздуха

  Аргон — Информация об элементе, свойства и использование

  Расшифровка:

  Химия в ее элементе: аргон

  (Promo)

  Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

  (Конец промо)

  Крис Смит

  Привет, на этой неделе элемент настолько ленив, что ученые одно время думали, что он ни с чем не отреагирует, но в химическом мире лень может иметь свое преимущества, особенно если вам нужны сверхтихие автомобильные шины или безопасный химикат, которым можно накачать гидрокостюм.

  Вот Джон Эмсли.

  Джон Эмсли

  Ленивый, трудолюбивый, бесцветный, красочный — это аргон!

  Название Аргона происходит от греческого слова argos , означающего «ленивый», и действительно, более ста лет после его открытия химики не могли заставить его соединяться с любыми другими элементами.Но в 2000 году химики из Хельсинкского университета во главе с Маркку Рясяненом объявили о первом в истории соединении: фторгидриде аргона. Они сделали это путем конденсации смеси аргона и фтороводорода на иодид цезия при -265 ^o ° C и воздействия ультрафиолетового света. При потеплении выше -246 ^o ° C он снова превратился в аргон и фтористый водород. И никакой другой процесс никогда не заставлял аргон реагировать — [действительно ленивый элемент].

  В атмосфере Земли циркулирует 50 триллиона тонн аргона, и он медленно накапливается в течение миллиардов лет, почти все это происходит в результате распада радиоактивного изотопа калия-40 с периодом полураспада 12. .7 миллиардов лет. Хотя аргон составляет 0,93% атмосферы, он не был открыт до 1894 года, когда его идентифицировали физик лорд Рэлей и химик Уильям Рамзи. В 1904 году Рэлей получил Нобелевскую премию по физике, а Рамзи получил Нобелевскую премию по химии за свои работы.

  История его открытия началась, когда Рэлей обнаружил, что азот, извлеченный из воздуха, имеет более высокую плотность, чем полученный при разложении аммиака. Разница была небольшой, но реальной. Рамзи написал Рэли, предлагая поискать более тяжелый газ в азоте, полученном из воздуха, в то время как Рэли должен искать более легкий газ из аммиака.Рамзи удалил весь азот из своего образца, многократно пропуская его над нагретым магнием, с которым азот реагирует с образованием нитрида магния. Ему оставили один процент, который не вступил в реакцию, и он обнаружил, что он плотнее азота. В его атомном спектре появились новые красные и зеленые линии, подтверждающие, что это новый элемент. Хотя на самом деле в нем были следы и других благородных газов.

  Аргон впервые был выделен Генри Кавендишем в 1785 году в Клэпхэме, Южный Лондон. Он пропустил электрические искры через воздух и поглотил образующиеся газы, но был озадачен тем, что остался нереактивный 1%.Он не осознавал, что наткнулся на новый газообразный элемент.

  Большая часть аргона идет на производство стали, где он продувается через расплавленный чугун вместе с кислородом. Аргон перемешивает, а кислород удаляет углерод в виде диоксида углерода. Он также используется, когда необходимо исключить доступ воздуха для предотвращения окисления горячих металлов, например, при сварке алюминия и производстве титана, чтобы исключить доступ воздуха. Сварка алюминия выполняется с помощью электрической дуги, для которой требуется поток аргона со скоростью 10-20 литров в минуту.Топливные элементы атомной энергии защищены атмосферой аргона во время очистки и переработки.

  Ультратонкие металлические порошки, необходимые для изготовления сплавов, получают путем направления струи жидкого аргона на струю расплавленного металла.

  Некоторые плавильные заводы предотвращают попадание токсичной металлической пыли в окружающую среду, выбрасывая ее через плазменную горелку с аргоном. При этом атомы аргона электрически заряжаются до температуры 10 000 ° C, а частицы токсичной пыли, проходящие через них, превращаются в сгусток расплавленного лома.

  Для газа, который является химически ленивым, аргон оказался в высшей степени применимым. Световые знаки светятся синим цветом, если они содержат аргон, и ярко-синим, если также присутствует небольшое количество паров ртути. Двойное остекление еще более эффективно, если зазор между двумя стеклами заполнен аргоном, а не только воздухом, потому что аргон является худшим проводником тепла. Теплопроводность аргона при комнатной температуре (300 K) составляет 17,72 мВт · м ^-1 K ^-1 (милливатт на метр на градус), тогда как для воздуха она составляет 26 мВт · м ^-1 K ^-1 _. По той же причине аргон используется для надувания водолазных костюмов. Старые документы и другие вещи, подверженные окислению, можно защитить, храня их в атмосфере аргона. Лазеры на синем аргоне используются в хирургии для сварки артерий, разрушения опухолей и исправления дефектов глаз.

  Наиболее экзотично аргон используется в шинах роскошных автомобилей. Он не только защищает резину от воздействия кислорода, но и снижает шум в шинах при движении автомобиля на высокой скорости. В случае с этим элементом может пригодиться лень.В его высоких технологиях используются самые разные технологии — от двойного остекления и лазерной хирургии глаза до освещения вашего имени.

  Крис Смит

  Джон Эмсли раскрывает секреты благородного газа аргона тяжелее воздуха. На следующей неделе вы бы вышли замуж за этого человека?

  Steve Mylon

  Практически никогда не бывает таких популярных элементов из-за их полезности и интересного химического состава. Но для золота и серебра все так поверхностно. Они популярнее, потому что красивее.Моя жена, например, не химик, и не мечтала носить медное обручальное кольцо. Возможно, это связано с тем, что оксид меди имеет раздражающую привычку окрашивать вашу кожу в зеленый цвет. Но если бы она только нашла время, чтобы узнать о меди, узнать немного о ней; может быть, тогда она отвернется от других и с гордостью наденет его.

  Крис Смит

  Стив Майлон спиной, чтобы скрестить вашу ладонь с медью на следующей неделе «Химия в ее элементе». Надеюсь, вы присоединитесь к нам.Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

  (Промо)

  (Окончание промо)

  Состав воздуха

  Воздух представляет собой смесь газов. Три элемента составляют более 99,9% состава сухого воздуха: это азот, кислород и аргон.

  Состав сухого воздуха — Данные

  Цифры ниже являются средними. В наше время процентное содержание углекислого газа в воздухе увеличивается с сжиганием ископаемого топлива.Метан также значительно вырос.
  Азот	78,08%
  Кислород	20,95%
  Аргон	0,93%
  Двуокись углерода	0,04%
  Неон	0,018%
  Гелий	0,00052%
  Метан	0,00018%
  Криптон	0.00011%
  Водород	0,000055%
  Закись азота	0,000032%
  Окись углерода	0,00002%
  Ксенон	0,0000087%

  Твердый аргон

  Как был обнаружен состав воздуха

  Доктор Дуг Стюарт

  Является ли воздух элементом?

  В 1640 году фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт сжег древесный уголь, чтобы получить ранее не идентифицированный углекислый газ.

  В 1674 году английский врач Джон Мэйоу установил, что воздух — это не один элемент, он состоит из разных веществ. Он сделал это, показав, что только часть воздуха горючая. По большей части это не так.

  Азот, кислород и диоксид углерода

  В 1750-х годах шотландский химик Джозеф Блэк обнаружил, что в воздухе присутствует углекислый газ.

  В 1772 году шотландский химик Дэниел Резерфорд, который на самом деле был учеником Джозефа Блэка, сообщил о своем открытии «ядовитого воздуха», который мы теперь называем азотом.

  В 1774 году кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли, хотя двумя годами ранее в Швеции Карл Шееле открыл кислород, но не опубликовал свои результаты.

  Это все?

  В 1785 году сэр Генри Кавендиш был недоволен научными знаниями об окружающем нас воздухе, который, как полагали, полностью состоял из кислорода, азота и углекислого газа.

  Он знал, что азот в воздухе может реагировать с кислородом с образованием, в конечном итоге, азотистой кислоты.Он стремился выяснить, можно ли ВЕСЬ воздух, кроме кислорода или углекислого газа, превратить в азотистую кислоту. Если бы это было возможно, он бы доказал, что воздух целиком состоит из кислорода, углекислого газа и азота.

  Кавендиш зажег воздух в сосуде с помощью электричества, чтобы реагировать с кислородом и азотом с образованием оксидов азота. Затем он добавил дополнительный кислород и снова зажег воздух, пока весь азот не прореагировал.

  Оксиды азота кислые. Кавендиш использовал водный раствор гидроксида натрия, чтобы удалить их из аппарата.[Это, конечно, также должно было удалить любой присутствующий углекислый газ.] Он удалил оставшийся кислород, используя полисульфиды калия.

  Остался небольшой пузырек газа. Теперь мы знаем, что это был в основном аргон. Кавендиш писал, что этот пузырь «составлял не более ста двадцатой основной массы флостигированного воздуха [азота]». ⁽¹⁾

  В воздухе присутствует как минимум еще один газ

  Итак, Кавендиш узнал, что воздух состоит не менее чем на 99,3% из азота / кислорода / углекислого газа с максимумом 0.7 процентов чего-то другого. Теперь мы знаем, что «что-то еще», аргон, очень инертно; это позволило Кавендишу найти его, но также помешало ему узнать о нем больше. (Гигантские достижения в области спектроскопии, сделанные Густавом Кирхгофом и Робертом Бунзеном, откладываются на 85 лет в будущее.)

  Оглядываясь назад, можно сказать, что Кавендиш немного недооценил ту часть воздуха, которая не является кислородом, азотом или углекислым газом. Несмотря на это, он опередил свое время. После его эксперимента прошло более 100 лет, прежде чем ученые снова начали думать, что в воздухе что-то не так.

  Тайна

  В 1892 году Джон Уильям Стратт (более известный как лорд Рэлей) объявил, что независимо от того, как он был приготовлен, кислород всегда в 15,882 раза плотнее водорода. На выполнение этой очень точной работы ушло десять лет.

  Продолжая работать с большим вниманием к деталям, он обнаружил, что азот в воздухе всегда был плотнее примерно на 0,5 процента, чем азот, полученный из соединений азота. ^{(2), (3)} Как это можно объяснить?

  В 1893 году Рэлей написал в Nature , объявив о проблеме всему миру.(Любой ученый, ответивший на этот вызов, действительно имел шанс открыть новый элемент. Ни один из них не сделал этого!)

  В апреле 1894 года Рэлей написал академическую статью о проблеме азота. Как ни странно, он рассматривал чистый азот, не содержащий аргона, как «необычно легкий азот». Он хранил его в течение восьми месяцев и повторно проверил его, чтобы увидеть, увеличится ли его плотность. ⁽⁴⁾

  Статья

  Рэлея пробудила серьезный интерес Уильяма Рамзи, который уже знал об этой проблеме.

  Рэлей и Рамзи проводили дальнейшие эксперименты, поддерживая связь друг с другом относительно их прогресса.

  Аргон и благородные газы

  В августе 1894 года Рамзи взял воздух и удалил его компоненты — кислород, углекислый газ и азот. Он удалил азот, прореагировав с магнием.

  После удаления всех известных газов из воздуха он обнаружил, что оставшийся газ занимает одну восьмидесятую от первоначального объема. Его спектр не соответствовал ни одному известному газу.

  Рэлей и Рамзи написали совместную статью в 1895 году, уведомив мир об их открытии.Новый газ ни с чем не вступал бы в реакцию, поэтому они назвали его аргоном от греческого «аргос», что означает бездействующий или ленивый. ⁽⁵⁾

  В своем обращении к лауреату Нобелевской премии Рэлей сказал: «Аргон нельзя считать редкостью. Большой зал легко может вместить его больший вес, чем может нести человек ». ⁽⁶⁾

  Уильям Рамзи открыл или совместно открыл большинство других благородных газов: гелий, неон, криптон и ксенон.

  Он отвечал за добавление целой новой группы в таблицу Менделеева.Радон был единственным благородным газом, который он не обнаружил.

  Список литературы

  1. Encyclopaedia Perthensis, или Универсальный словарь искусств, наук, литературы и т. Д., 1816, том 1, стр. 231-232, Джон Браун.
  2. Джон Х. Вулфенден, Благородные газы и Таблица Менделеева: рассказывая, как это было., J. Chem. Educ., 1969, 46 (9), p569.
  3. Мэри Эльвира Уикс, «Открытие элементов». XVIII. Инертные газы. J. Chem. Образов., 1932, 9 (12), с. 2065.
  4. Лорд Рэлей, Об аномалии, обнаруженной при определении плотности газообразного азота., Proc. Рой. Soc. Лондон, 1894, 55, стр. 340.
  5. Виви Рингнес, Происхождение названий химических элементов, J. Chem. Educ., 1989, 66 (9), p731.
  6. Лорд Рэлей, Плотность газов в воздухе и открытие аргона, Нобелевская лекция, 12 декабря 1904 г. (скачать pdf).
  7. Роберт Л. Келли, Дэвид Херст Томас, Археология., Шестое издание, 2012 г., Уодсворт, стр.137.
  8. Изображение предоставлено Deglr6328.

  Состав атмосферы Земли: азот, кислород, аргон и CO2

  Некоторые люди удивляются, узнав, что кислород — не самый распространенный газ в составе атмосферы Земли .

  Судя по относительным объемам газов в атмосфере Земли, азот на самом деле более чем в 3 раза больше кислорода.

  Поскольку тропосфера является самым нижним слоем атмосферы, она содержит 75 процентов массы атмосферы.

  От самого большого до самого маленького, состав атмосферы Земли содержит азот, кислород, аргон, CO ₂ и следовые газы. Поскольку водяной пар сильно варьируется географически, он исключается из этой общей суммы.

  1.Азот (78,1%)

  Хотя азот является наиболее распространенным газом в атмосфере Земли, он составляет всего 0,005% массы земной коры (Дэвид Дарлинг).

  Азот невероятно стабилен и требует много энергии для изменения формы.

  Хотя его объем в земной коре относительно невелик, азот играет важную роль в круговороте азота.

  В рамках этого цикла происходит постоянный обмен азота между атмосферой и живыми организмами.

  2. Кислород (20,9%)

  На Земле есть условия для процветания жизни. Кислород необходим для жизни человека, поскольку наши легкие вдыхают кислород и используют его в обмене веществ.

  Хотя азот является чрезвычайно стабильным газом, его сложно разделить и использовать в химических процессах. Но кислород легко принимает участие в химических реакциях, потому что он похититель электронов.

  Итак, несмотря на то, что азота много, нам нужен кислород, чтобы управлять химическими реакциями, производящими энергию.

  3. Аргон (0,93%)

  Как инертный газ, аргон не связывается с атмосферой и не влияет на нее.

  Вот почему нет цикла аргона. Но у нас есть азот и углерод из-за их способности связываться с другими элементами.

  Когда калий радиоактивно распадается, аргон является одним из возможных продуктов. А в литосфере много калия.

  Это не слишком увлекательно для газа. Но он находится в атмосфере на уровне 0,93% от объема воздуха.

  4.Двуокись углерода (0,04%)

  Углерод является наиболее важным элементом для построения молекул, необходимых для жизни живых существ.

  Как видно из долгосрочного углеродного цикла, углерод принимает различные формы, такие как диоксид углерода (CO ₂ ), метан (CH ₄ ) и глюкоза (C ₆ H ₁₂ O _{). 6} ).

  С 1900 года количество углекислого газа увеличилось в основном из-за деятельности человека. После добычи ископаемого топлива люди сжигают ископаемое топливо.

  В свою очередь, такие газы, как метан и углекислый газ, загрязняют атмосферу. Фактически, с 1900 года количество углекислого газа увеличилось почти вдвое.

  5. Следовые газы

  Оставшаяся часть атмосферы принадлежит следовым газам. Например, неон, гелий, метан, метан и криптон являются одними из основных газовых примесей, составляющих небольшую часть атмосферы.

  Но люди также могут выделять некоторые следовые газы. Например, хлорфторуглероды (ХФУ) повредили озоновый слой на северном и южном полюсе.

  Когда хлор попадает в тропосферу и, в конечном итоге, в стратосферу, он вступает в реакцию с озоном (O ₃ ), по существу его истощая. Подобно озону, водяной пар — это переменный газ.

  6. Водяной пар (переменная)

  Водяной пар был удален из 100% общего количества из-за его региональной изменчивости. Но он может составлять большую часть атмосферы. Например, он может составлять 5% по объему в жарких регионах, но намного меньше в более холодных регионах.

  Водяной пар регулирует температуру воздуха, поскольку он поглощает солнечное излучение.Он испаряется из озер и рек с поверхности Земли. Попадая в атмосферу, водяной пар конденсируется, например, в виде дождя. Он просто меняет форму с водяного пара на жидкость.

  Вода всегда находится в движении, как часть гидрологического цикла. И все это движется солнечной энергией.

  Основное внимание уделяется тому, как хранится вода — в атмосфере, ледниках, океанах, растениях и людях. Большая часть испарения происходит в океанах. Эффект Кориолиса отодвигает его от экватора.

  Каково распределение газов в атмосфере?

  На этом видео показан год жизни углекислого газа на Земле. Как видите, углекислый газ — самый важный газ, на который влияет деятельность человека.

  В северном полушарии мы наблюдаем самые высокие концентрации углекислого газа из основных источников выбросов. Например, выбросы углерода в основном сосредоточены в Северной Америке, Европе и Азии. Но газ рассеивается, находя свой путь циркуляции в зависимости от погодных условий и океанских течений.

  Даже сезонные колебания на Земле влияют на количество углекислого газа в атмосфере. Во время фотосинтеза весной и летом растения поглощают значительное количество углекислого газа из атмосферы.

  С переходом лета к осени фотосинтез начинает снижаться, поскольку углекислый газ накапливается обратно в атмосферу. Этот эффект связан с метаболизмом Земли или чистой первичной продуктивностью.

  Изотопный состав атмосферного аргона и геохронология 40Ar / 39Ar: время перемен?

  Повторное определение изотопного состава атмосферного аргона Ли, Дж.-Й., Марти, К., Северингхаус, Дж. П., Кавамура, К., Ю, Х.-С., Ли, Дж. Б., Ким, Дж. С. [2006. Повторное определение изотопных содержаний атмосферного Ar. Geochimica et Cosmochimica Acta 70, 4507–4512] представляет собой первое уточнение после работы Nier [1950. Повторное определение относительного содержания изотопов углерода, азота, кислорода, аргона и калия. Physical Reviews 77, 789–793]. Новый ⁴⁰ Ar: ³⁸ Ar: ³⁶ Пропорции Ar подразумевают <1% корректировки для возраста ⁴⁰ Ar / ³⁹ Ar во всех случаях, кроме исключительных, для очень молодых и / или бедных по калию и / или Образцы, богатые кальцием, или случаи, когда образцы сильно недо- или переоблучены.Аналитические протоколы, использующие атмосферный аргон для определения поправок на массовую дискриминацию, нечувствительны к эффектам пересмотра на воздушную поправку, но могут быть незначительными поправками, возникающими из-за расширенных соотношений тяжелых и легких изотопов, сопровождающих поправку на увеличенную массовую дискриминацию. Конкурирующие эффекты увеличенных соотношений ⁴⁰ Ar / ³⁹ Ar и ⁴⁰ Ar / ³⁷ Ar делают корректировки функцией химического состава образца и параметров нейтронного облучения.Повышенная точность атмосферных ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar и ³⁸ Ar / ³⁶ Ar позволяет более чувствительно обнаруживать отклонения от атмосферных значений. Внеатмосферные начальные значения ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar Значения Ar в вулканических материалах все чаще документируются, включая субатмосферные значения, коррелированные с ³⁸ Ar / ³⁶ Ar в тенденции, соответствующей кинетическому массовому фракционированию, в результате чего возникает неполное уравновешивание между магмами. а атмосфера способствует обогащению магмы легкими изотопами.Подробный механизм (ы) такого фракционирования неясен и требует дальнейшего изучения. Обнаруживаемое увеличение содержания в атмосфере ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar за последние 800 тыс. Лет назад [Бендер, М.Л., Барнетт, Б., Дрейфус, Г., Джузел, Дж., Порчелли, Д., 2008. Современная скорость дегазации из ⁴⁰ Ar с Земли. Proceedings of the National Academy of Sciences 105, 8232–8237] предполагает, что возраст позднечетвертичных (например, <100 тыс. Лет назад) материалов, содержащих большое количество атмосферного аргона, таких как биотит, может быть недооценен на целых 100%, если современный атмосферный ⁴⁰ Ar / ³⁶ Значение Ar принимается ошибочно, если только воздух аргон не используется для определения различения масс.Дальнейшая оценка эволюции палеоатмосферных ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar и точности, с которой аргон, захваченный изверженными материалами, отражает это, была бы очень продуктивной. Использование изохронов, а не модельных (например, плато) возраста смягчает причуды, связанные с неопределенными соотношениями захваченных изотопов аргона, и подчеркивается важность стратегий для получения статистически достоверных изохронов.

  Что в воздухе? | UCAR Center for Science Education

  Три четверти всего воздуха находится в тропосфере, самом нижнем слое атмосферы Земли.Воздух — это смесь газов, большинство из которых встречаются в природе. Воздух также содержит значительное количество антропогенных загрязнителей воздуха, в том числе некоторые из них небезопасны для дыхания, а некоторые согревают климат нашей планеты. Тропосфера также содержит воду во всех трех фазах (жидкой, твердой и газовой), а также твердые частицы, называемые аэрозолями.

  Сухой состав атмосферы состоит в основном из азота и кислорода. Он также содержит фракционные количества аргона и углекислого газа и следовые количества других газов, таких как гелий, неон, метан, криптон и водород (НАСА).
  Кредит: UCAR

  Газы

  Самым распространенным природным газом является азот (N ₂ ), который составляет около 78% воздуха. Кислород (O ₂ ) является вторым по распространенности газом с концентрацией около 21%. Инертный газ аргон (Ar) является третьим по распространенности газом (0,93%). Также присутствуют следовые количества диоксида углерода (CO ₂ ), неона (Ne), гелия (He), метана (CH ₄ ), криптона (Kr), водорода (H ₂ ), закиси азота (NO ), ксенон (Xe), озон (O ₃ ), йод (I ₂ ), оксид углерода (CO) и аммиак (NH ₃ ) в атмосфере.

  Водяной пар

  Из-за круговорота воды количество воды в воздухе постоянно меняется. Нижняя тропосфера может содержать до 4% водяного пара (H ₂ O) в областях вблизи тропиков, в то время как полюса содержат лишь следовые количества водяного пара. Концентрация водяного пара резко уменьшается с высотой. В верхней тропосфере водяного пара значительно меньше, чем в воздухе у поверхности, в стратосфере и мезосфере почти нет водяного пара, а в термосфере его вообще нет.

  Аэрозоли

  Воздух также содержит крошечные твердые частицы, называемые аэрозолями, такие как пыль, морская соль и пепел от извержения вулканов или лесных пожаров. Многие из этих частиц настолько малы, что становятся микроскопическими. Остальные достаточно большие, чтобы их было видно. Аэрозоли влияют на климат, помогая формированию облаков и затеняя планету, рассеивая или поглощая солнечный свет. В прошлом веке производство и широкое использование двигателей внутреннего сгорания увеличило количество аэрозолей в атмосфере, поскольку твердые частицы выбрасываются из дымовых труб и выхлопных труб.Горящая древесина и другие материалы также добавляют частицы в воздух.

  Химия атмосферы

  Как и все на Земле, воздух состоит из химикатов. Химические вещества в воздухе часто соединяются друг с другом или с другими химическими веществами с поверхности Земли в результате химических реакций. Многие из этих химических реакций помогают поддерживать здоровую окружающую среду и жизненно важны для растений и животных. Газообразный азот в атмосфере почти ничего не делает, но азот в других местах на Земле необходим для жизни.Через азотный цикл азот проникает в почву и воду, связывается с другими элементами и может использоваться живыми существами. Кислород из атмосферы вызывает реакции окисления, которые помогают расщеплять материю и выделять питательные вещества в почву, и используется людьми и животными в клеточном дыхании.

  На химический состав атмосферы в тропосфере также влияют химические вещества, созданные человеком, которые могут отрицательно влиять на здоровье человека и окружающую среду. Например:

  • Выхлопные газы транспортных средств содержат диоксид азота, а также другие загрязняющие химические вещества, такие как оксид углерода и диоксид серы.Диоксид азота реагирует с атмосферным кислородом с образованием тропосферного озона, который опасен для клеток растений и животных.
  • Смог, который в основном состоит из озона и твердых частиц (сажи), выделяемых угольными электростанциями, наносит вред легким людей и животных.
  • Заводы, сжигающие ископаемое топливо, также выделяют диоксиды серы и азота, которые в сочетании с водой в атмосфере вызывают кислотные дожди. Кислотный дождь наносит ущерб природной и антропогенной окружающей среде.

  Химия воздуха

  В таблице ниже перечислены основные компоненты газа и их роль в атмосфере. Нажмите на название каждой молекулы, чтобы узнать о них больше.

  Газ	Химическая и молекулярная структура Структура	Роль в атмосфере
  Азот		78% воздуха в атмосфере составляет азот.Азот передается растениям, животным и окружающей среде через азотный цикл.
  Оксиды азота		Оксиды азота — это загрязнители воздуха, способствующие образованию озона. Они также создают азотную кислоту, которая является частью кислотного дождя, когда они смешиваются с каплями воды в воздухе.
  Кислород		Кислород составляет 21% атмосферы.Он обладает высокой реакционной способностью и образует соединения с множеством других химических веществ и необходим для дыхания живых существ.
  Озон		Озон в тропосфере — это антропогенный загрязнитель. Озон в стратосфере образует озоновый слой, который имеет решающее значение для выживания жизни на поверхности Земли.
  Аргон		Аргон составляет около 1% атмосферы и образуется в основном при распаде калия в земной коре.Это инертный газ, что означает, что он не вступает в реакцию с другими химическими веществами.
  Водяной пар		Вода циркулирует во всех системах Земли в каждой из трех фаз: твердой, жидкой или газовой. Водяной пар в атмосфере является парниковым газом из-за его способности удерживать тепло.
  Двуокись углерода		Двуокись углерода в естественном составе составляет около.03% атмосферы, но количество увеличивается из-за сжигания ископаемого топлива. Растения и эубактерии используют углекислый газ во время фотосинтеза. Люди, другие животные и растения добавляют его в воздух через дыхание. Двуокись углерода является удерживающим тепло парниковым газом.
  Окись углерода		Окись углерода в воздухе образуется при сжигании топлива в транспортных средствах, вулканах и лесных пожарах.Это ядовитый газ.
  Метан		Метан выбрасывается в воздух со свалок, домашнего скота и их навоза, а также из нефтяных и газовых скважин. Он также создается при разложении органического материала. Это удерживающий тепло парниковый газ.
  Оксиды серы		Оксиды серы образуются при сжигании угля и нефти.Он также выпущен из вулканов. Оксиды серы смешиваются с каплями воды в атмосфере с образованием серной кислоты, которая является компонентом кислотных дождей.

  Изотопный состав аргона в архейских атмосферных исследованиях ранняя геодинамика Земли

  Облучение нейтронами и изотопный анализ Ar

  Изотопный анализ аргона облученного нейтронами кварца (0,09 г), проведенный в Манчестерском университете в Великобритании, был использован для определения Ar, K (через ³⁹ Ar _K ), Cl ( ³⁸ Ar _Cl ), Ca ( ³⁷ Ar _Ca ) концентрации.Облучение образцов нейтронами проводилось в позиции B2W реактора SAFARI-1, NECSA, Пелиндаба (ЮАР) с флюенсом быстрых нейтронов 10 ¹⁸ нейтронов на см ² по данным мониторов потока Hb3gr, включенных в облучение. . Экспериментальные процедуры были аналогичны описанным ранее ³¹ . Образцы постепенно измельчали ​​в вакууме с использованием модифицированных клапанов Nupro. Освободившиеся газы очищали с использованием горячих (400 ° C) геттеров Al – Zr (геттер — это физико-химический сплав, улавливающий все газы, кроме благородных газов) перед анализом на масс-спектрометре.Образцы измельченного остатка подвергали ступенчатому нагреву в танталовой печи сопротивления с использованием нескольких ступеней температуры, каждая продолжительностью 30 мин. Один низкотемпературный шаг при 200 ° C использовался для удаления адсорбированных атмосферных благородных газов из образцов. Последовательные температурные шаги с интервалом 200 ° C от 400 ° C до 1600 ° C использовались для извлечения аргона из кварца. Вероятно, аргон содержится в микроскопических жидких включениях, поскольку кремнистая матрица не содержит заметного количества благородных газов ²³ .Как для дробления, так и для ступенчатого нагрева изотопные измерения были выполнены с использованием масс-спектрометра MS1 с использованием детектора Фарадея для измерений изотопов Ar. Средние горячие заготовки печи (1800 ° C) содержали 4 × 10 ⁻¹³ молей ⁴⁰ Ar. Данные были скорректированы на массовую дискриминацию, радиоактивный распад после облучения и незначительные поправки на нейтронную интерференцию, полученные от облученных солей. Концентрации K, Ca и Cl были определены в образцах с использованием данных монитора Hb3gr ²³ .

  Состав флюида

  Газы, выделяемые при ступенчатом дроблении, показывают состав гидротермального компонента, имеющего молярное отношение Cl / K от 3,7 до 9,4, с повышенным соотношением ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar. Диапазон Cl / K находится в пределах значений гидротермальных конечных элементов, найденных для крупных флюидных включений ²² (дополнительный рисунок 1). Газы, выделяемые при дроблении, имеют более низкие отношения изотопов аргона и Cl / K (<2). Значения ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar и Cl / K коррелируют, указывая на то, что низкий — ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar компонент (1) не может быть результатом разбавления гидротермального компонента воздухом из-за коррелированного изменения отношения Cl / K; и (2) нельзя смешивать с морской водой (Cl / K = 57 для современной морской воды), потому что последнее приведет к обратной корреляции между ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar и Cl / K.

  Статистические ограничения возраста захваченных флюидов

  Корреляции, показанные на рисунке 1, используют данные, приведенные в дополнительной таблице 1. Для получения начального отношения ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar, которое мы предлагаем равным соотношению атмосферы во время улавливания флюидов, данные должны быть скорректированы для добычи in situ , а возраст захваченных флюидов имеет решающее значение. Мы привели несколько геологических и геохимических аргументов в пользу того, что эти флюиды имеют архейский возраст, и здесь мы дополнительно анализируем наши данные.

  Аргон-40 ( ⁴⁰ Ar _всего ), захваченный жидкими включениями и в матрице, представляет собой смесь трех компонентов: in situ ⁴⁰ Ar ( ⁴⁰ Ar _{in situ} ), образовавшихся с момента закрытия образца, атмосферный ⁴⁰ Ar ( ⁴⁰ Ar _{атмосферный} ), захваченный во время закрытия, и унаследованный от гидротермального флюида аргон ( ⁴⁰ Ar _{гидротермальный} ).

  В газах, извлеченных путем дробления, ⁴⁰ Ar _всего преобладают ⁴⁰ Ar _{гидротермальный} и ⁴⁰ Ar _{атмосферный} составляет лишь несколько процентов от общего количества ⁴⁰ Ar.Это можно проверить для самых экстремальных условий, вычислив максимальный вклад ⁴⁰ Ar _{in situ} , предполагая как максимальный возраст 3,5 млрд лет, так и содержание ⁴⁰ Ar _{в атмосфере} , полученное путем умножения наблюдаемого ³⁶ Ar по современному значению ( ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar) _{атмосферным} (298,6). Это нереалистичный случай, потому что невозможно применить оба условия; однако он показывает, что даже в самом крайнем случае ⁴⁰ Ar _{гидротермальный} составляет более 95% от общего количества ⁴⁰ Ar.

  Cl / ⁴⁰ Ar _{общее значение} стадий дробления представляет собой соотношение в концевом элементе гидротермального флюида, превышающее 95%. Мы предполагаем, что соотношение Cl / ⁴⁰ Ar в гидротермальном концевом элементе такое же для циклов дробления, как и для циклов ступенчатого нагрева. Предположение оправдано тем фактом, что данные идентифицируют один гидротермальный конечный элемент с постоянным соотношением Cl / ⁴⁰ Ar, например, на диаграмме ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar по сравнению с Cl / ³⁶ Ar. .Таким образом, мы исправляем ⁴⁰ Ar _{, всего} , извлеченного ступенчатым нагревом, для вклада ⁴⁰ Ar _{в гидротермальные источники} , используя среднее (Cl / ⁴⁰ Ar _{, всего} ) значение прогонов дробления. На практике мы вычитаем измеренное значение ступенчатого нагрева Cl (Cl _{ступенчатое нагревание} ) из ступенчатого нагрева ⁴⁰ Ar _всего , умноженного на среднее значение (Cl / ⁴⁰ Ar) _{коэффициент дробления} :

  Чтобы не зависеть от возраста и начального ( ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar) _{атмосферного значения} , мы рассчитали гидротермальные значения Cl / ⁴⁰ Ar _{для ступеней дробления путем корректировки ⁴⁰ Ar всего из (малых) вкладов ⁴⁰ Ar атмосферного и ⁴⁰ Ar in situ для возрастов от 0 до 3.5 млрд лет и ( ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar) атмосферное соотношение , изменяющееся от 100 до 298,6. Для всех этих условий гидротермальное значение} Cl / ⁴⁰ Ar _{колеблется от 3100 до 3300, что находится в пределах стандартного отклонения 330 среди четырех данных дробления (вычисленных с данными из дополнительной таблицы 1). Мы получаем Cl / ⁴⁰ Ar гидротермальный = 3245 (среднее значение всех этих условий) ± 330 (стандартное отклонение для четырех стадий дробления). ⁴⁰ Ar из прогонов ступенчатого нагрева теперь состоит из смеси ⁴⁰ Ar in situ и ⁴⁰ Ar атмосферного . Для каждого шага мы вычислили количество ⁴⁰ Ar in situ как:}

  (где [( ⁴⁰ Ar _{in situ} ) _{ступенчатый нагрев} + ( ⁴⁰ Ar _{атмосферный} ) _{ступенчатый нагрев} ] был рассчитан, как указано выше). Мы не знаем ( ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar) _{атмосферный} априори, поэтому мы рассматриваем это соотношение как входной параметр, для которого мы принимаем разные значения, на практике варьируя его от 100 до 298.6. С помощью полученного ( ⁴⁰ Ar _{in situ} ) _{ступенчатого нагрева} мы вычисляем соответствующие возрасты, так как у нас также есть концентрация K для каждой ступени.

  Таким образом, для каждого входного значения ( ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar) _{атмосферного} мы получаем набор данных ступенчатого нагрева и статистически проверяем однородность возрастов между различными ступенями. Для этого мы вычислили плато Ar – Ar (используя программу Isoplot, разработанную К. Людвигом, http://bgc.org/isoplot_etc/isoplot.html), соответствующее каждому ( ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar) _{атмосферному значению} (дополнительная таблица 3). Лучшими решениями являются те, для которых возрасты имеют наименьшее стандартное отклонение и значение MSWD, наиболее близкое к 1 (что означает, что ошибки могут учитывать разброс данных), как указано в дополнительной таблице 3 и проиллюстрировано на дополнительном рисунке 2, и соответствуют возрастов, близких к возрасту образования 3,5 млрд. лет. Для возраста менее 3 млрд лет значение СКВО быстро приближается к нулю, а стандартные отклонения резко возрастают.Это вместе с возрастом 3,0 млрд лет, полученным для ранее проанализированного образца кварца (для которого in situ произвел ⁴⁰ Ar, было преобладающим, а гидротермальный вклад был постоянным для всех ступеней, так что прямые возрасты Ar-Ar плато могли быть быть получено ²⁷ ), а также с геологическими и морфологическими свидетельствами, обсужденными ранее, указывает на палеоархейский возраст флюидов, захваченных кварцем, вероятно, возраст формации, и исключает молодой возраст захваченных флюидов.

  Изотопная сигнатура ксенона

  Изотопный анализ ксенона был проведен в CRPG в Нанси, Франция. Отбирали зерна чистого кварца (размером 1–2 мм) и подвергали ультразвуковой очистке ацетоном. После очистки 0,2–0,8 г образца кварца загружали в трубку из нержавеющей стали для измельчения. Затем пробирку обжигали в течение ночи при 150 ° C в высоком вакууме для десорбции атмосферных благородных газов с поверхности образца перед экстракцией. Образец был раздавлен при комнатной температуре путем 1000 раз активации поршня.Во время дробления конденсируемые газы, включая ксенон, улавливались стеклянным холодным пальцем, погруженным в жидкий азот, чтобы отделить их от более легких благородных газов (He, Ne, Ar). После криогенного разделения неуловленная фракция была быстро откачана, конденсируемые газы были десорбированы, и Хе был очищен с использованием пяти последовательных геттеров с циклическим циклом от 700 ° C до комнатной температуры. Затем изотопы Xe анализировали статической масс-спектрометрией.

  Содержание изотопа Xe (дополнительный рисунок 3 и дополнительная таблица 2), нормированное на ¹³² Xe и изотопный состав ксенона в современном воздухе, демонстрирует избытки при массах 126 и 131 (дополнительный рисунок).3a), что сравнимо с излишками, о которых сообщалось ³² для архейского барита, и приписывало ³² реакциям расщепления космическими лучами с образованием ¹²⁶ Xe и образованием ¹³⁰ Ba (n, γ) ¹³¹ Xe эпитермальным способом. нейтроны ^27,32,33 . Взаимодействие с космическими лучами согласуется с положением настоящего образца на поверхности. Изотопы ¹²⁶ Xe и ¹³¹ Xe превышают не только ¹³² Xe, но и другие более легкие изотопы Xe, включая ¹³⁰ Xe и ¹²⁹ Xe. ¹³⁰ Xe сам по себе превышает ¹²⁹ Xe, что указывает на вклад естественной радиоактивности ¹³⁰ Ba ( ¹³⁰ Ba (2EC) ¹³⁰ Xe (где 2EC указывает двойной захват электронов, двойной ядерная реакция распада) с периодом полураспада (6,0 ± 1,1) × 10 ²⁰ лет; ссылка 27) и, следовательно, наличие старого ксенонового компонента. Таким образом, тяжелые изотопы ксенона (^{, 132, 134, 136,} Xe) также должны поступать из продуктов естественного деления ²³⁸ U, и исходный изотопный состав Xe необходимо скорректировать.

  Содержание U было измерено в этих образцах (Service d’Analyse des Roches et des Minéraux, CRPG Nancy, Франция) с использованием двух различных методов (легкое выщелачивание порошков для получения среднего содержания U в жидких включениях и измерение U в кварце. перед любым дроблением), которые дали одинаковую концентрацию U 0,15 ppm. На дополнительном рис. 3b содержания тяжелых изотопов Xe скорректированы на вклад фиссиогенного Xe более 3,5 млрд лет (с использованием более молодого возраста флюида 3,0 или 2.7 млрд. Лет приводит к меньшим, но по существу сопоставимым поправкам; Дополнительный рис. 3b). Скорректированное содержание Xe явно не хватает тяжелых изотопов Xe (около 1% на единицу атомной массы) по сравнению с современным воздухом. Такое истощение, обнаруженное ранее в хорошо датированных образцах, таких как барит возрастом 3,5 миллиарда и кварц 3,0 миллиарда ^27,28,32 , как предполагается, отражает изотопный состав ксенона в архейском воздухе.

  Построение модели

  Мы использовали трехколлекторную (мантийную кору и атмосферу) коробчатую модель первого порядка, аналогичную разработанной в исх.9 (дополнительный рис. 4). В такой модели мантия изначально содержала первичные благородные газы (здесь ³⁶ Ar), которые впоследствии были дегазированы в атмосферу. Однако атмосферные благородные газы могли быть внесены другими источниками, помимо дегазации мантии, такими как поздняя аккреция тел, богатых летучими веществами. В этом случае модель, хотя и отличается концептуально, дает практически одинаковые результаты. В самом деле, здесь нет математической разницы между ранним катастрофическим событием, когда в атмосферу вводится ³⁶ Ar из мантии до образования значительного количества ⁴⁰ Ar, и возникновением атмосферы, содержащей ³⁶ Ar, с более поздним вклад ⁴⁰ Ar из мантии.Отметим, что событие ранней дегазации требуется для всех моделей, основанных на изотопах Ar, чтобы учесть большой контраст ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar между мантией и атмосферой ⁹ . ⁴⁰ Ar образуется только в результате радиоактивного распада ⁴⁰ K с периодом полураспада 1,25 млрд лет. K, первоначально находившийся в мантии, был извлечен вместе с Ar во время плавления мантии (мы предполагаем, что и Ar, и K сильно несовместимы при плавлении мантии, что хорошо установлено в случае K и хорошо подтверждается экспериментальными данными для Ar ; исх.31). Ar дегазируется в атмосферу, и часть K переносится в коре (в результате в коре теперь хранится 20–50% силиката Земли K). ⁴⁰ Ар, образующийся в коре, частично дегазирует (см. Ниже). Таким образом, ⁴⁰ Ar происходит как из мантии, так и из коры, и его поток в атмосферу будет зависеть от мантийной конвекции / дегазации, а также от объема коры, в которой накапливается K. Расчеты проводились с использованием кода Stella (http : //www.iseesystems.ru / softwares / Education / StellaSoftware.aspx). Данные, использованные для построения этой модели и ограничения ее решений, представлены в дополнительной таблице 4.

  Скорость мантийной конвекции напрямую влияет на дегазацию Ar и накопление K в коре за счет образования кислой коры. Чтобы имитировать уменьшение тепла внутри Земли, особенно тепла из-за радиоактивности, классически предполагается экспоненциальное уменьшение мантийной конвекции ⁹ . Однако такого экспоненциального убывания недостаточно для объяснения современной высокой разницы ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar между современной мантией и атмосферой, поэтому требуется раннее катастрофическое событие дегазации, которое должно было произойти в первые 100 лет. –200 млн лет или около того.Такая ранняя высокая скорость конвекции независимо поддерживается потухшими радионуклидами ^34,35,36 . Были испытаны различные продолжительности катастрофической дегазации, и временной интервал 170 млн лет дает наибольшее количество решений. Таким образом, скорости дегазации можно разделить на до 170 млн лет при интенсивной дегазации с постоянной скоростью и после 170 млн лет при экспоненциальном уменьшении дегазации. Фракция радиогенного аргона, образующегося в земной коре, дегазирует в атмосферу с коэффициентом дегазации от 1% до 50%, последнее число соответствует сравнению Rb – Sr- и K – Ar возрастов пород земной коры ⁹ .Модель запускается с переменными атмосферными отношениями ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar, ограниченными текущими данными по кварцу в различные периоды времени, определенные выше: t = 3,5 млрд лет, ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar = 119 –167; т = 3,0 млрд лет, ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar = 167–211; и т = 2.7 млрд лет, ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar = 190–232. Кривые роста земной коры, полученные для этих разных возрастов закрытия, неразличимы (рис.2), что означает, что эти результаты не зависят от модели в диапазоне 2,7–3,5 млрд лет.

  Рисунок 2: Эволюция атмосферного отношения ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar и объема континентальной коры относительно ее современного объема как функция времени.

  a , Атмосферное ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar в зависимости от времени, полученное с помощью нашей блочной модели (методы). Заштрихованные области объединяют траектории атмосферного отношения ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar во времени для двух крайних скоростей дегазации земной коры ( β = 0.05 для степени дегазации корки менее 1% и β = 0,37 для 50% дегазации корки ⁹ ). b , Доля корки в зависимости от времени. Заштрихованные области объединяют прогоны модели, соответствующие условиям, определенным выше. Обратите внимание, что различные проверенные нами граничные условия (возраст 3,5 млрд. Лет, 3,0 млрд. Лет и 2,7 млрд. Лет, приводящие к начальным отношениям ⁴⁰ Ar / ³⁶ Ar, равным 143 ± 24, 189 ± 21 и 211 ± 21, соответственно) дают по существу та же кривая эволюции для роста земной коры.

  Слайд PowerPoint

  Решения нашей модели эволюции континентальной коры на основе Ar показывают, что около половины современной континентальной коры уже присутствовала 3,5 млрд лет назад (объем архейской коры составляет 31–55% от современного объем) и что при нашем нижнем возрастном пределе 2,7 млрд лет объем земной коры составлял 69–88% современной кислой коры. Наши кривые роста континентальной коры (дополнительный рис. 5) являются промежуточными между кривыми, представляющими ранний и интенсивный рост в эоне Хадена ^1,3,37 , и кривыми, представляющими поздний ^4,38 или сигмоидальные наросты ^5,39 .

  No related posts.

  Следующая запись

  Дачный дом с террасой фото: Проекты дачных домиков с террасой, фото, цены, готовые и типовые. Каталог содержит планировки, планы и чертежи

  13.04.2023

  Облицовка полов: Облицовка полов — Облицовка керамическими плитками

  25.05.2023

  Дом 6 на 8 из бревна с мансардой: Дома из бревна 6 на 8 (оцилиндрованного) в Нижнем Новгороде

  03.01.2023

  Добавить комментарий Отменить ответ

  Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  Комментарий *

  Имя *

  Email *

  Сайт