Состав атмосферного воздуха

Всё — яд, всё — лекарство; то и другое определяет доза.

Парацельс

Если взять весь воздух на нашей планете и положить на гигантские весы, то стрелка покажет 5,27×1018 кг. Столько же весят 878 триллионов саванных слонов, самых крупных из ныне живущих наземных животных. Кстати, если взвесить всю Землю целиком, выйдет в миллион раз тяжелее — 5,98×1024 кг.

Долгое время ученые считали воздух единой субстанцией. То, что это не отдельное вещество, а смесь различных газов, выяснил шотландский физик и химик Джозеф Блэк в 1754 году. Он же открыл и углекислый газ. Сегодня состав воздуха находится в состоянии динамического равновесия. Его можно разделить на постоянные и переменные компоненты. Концентрация постоянных компонентов практически не меняется до высоты 90 км. До этого уровня газы хорошо перемешаны и представляют собой однородный коктейль. Выше состав меняется, так как газы начинают разделяться по плотности.

В этой книге мы рассматриваем воздух, окружающий нас, то есть существующий на высоте до 90 км. Газовый состав сухого воздуха таков:

азот — 78,08 %;

кислород — 20,95 %;

аргон — 0,93 %;

углекислый газ — 0,03 %;

неон, криптон, метан, гелий, водород и ксенон — незначительное количество.

Однако важно учитывать, что воздух, которым мы дышим, далек от этого идеального постоянного состава. Он включает в себя еще и переменные компоненты: твердые частицы, пыль, токсические газы. И, самое главное, он далеко не сухой, а очень даже влажный, ведь в нем содержится вода. Влажность играет огромную роль. Содержание водяного пара во влажном воздухе колеблется от 0,2 % в полярных широтах до 2,5 % на экваторе. В отдельных случаях количество влаги может достигать 4 %. Как же вода попадает в воздух? Она испаряется с поверхности Мирового океана, водоемов, почвы. Растения, животные и даже тело человека выделяют влагу. Например, когда человек спит, он теряет 40 г влаги в час. А при тяжелых нагрузках в спортзале — все 300 г.

Воздух в разных местах земного шара при неодинаковых погодных условиях будет немного различаться. Например, на закрытой автомобильной парковке в торговом центре он совсем не похож на воздух в лесу. Когда топливо сгорает, концентрация углекислого газа повышается. На этом фоне незначительно снижается относительное содержание азота и общее содержание кислорода. Воздух в лесу и на берегу моря тоже неодинаковый. Разница заключается в содержании влаги, частичек соли или, например, пыльцы растений. Даже в вашей комнате вчера и сегодня он разный. Ведь вы могли открыть окно, развесить белье на просушку, заболеть или покрасить стену. На состав окружающего воздуха влияет всё: влага, испарения от почв, аэрозоли, растения, люди, животные.

Каким бы ни был переменчивым воздух, в нем постоянно одно — практически идеальная для жизни комбинация газов. Я хочу, чтобы вы поняли и прочувствовали важность каждого из них. Атмосфера сформировалась так, а не иначе. Нам очень сильно повезло. Только представьте, каков был шанс и какое это счастье, что он выпал именно нашей планете. Сделайте глубокий вдох. Чувствуете? Так пахнет преимущество.

Глава 3

Агент номер 7

Азот

...

Атомный номер химического элемента — 7

Формула вещества — N2

Температура кипения вещества — –195,8 ℃

Бесцветен. Не имеет ни вкуса, ни запаха.

Азота в воздухе больше всего: 75,50 % по массе и 78,08 % по объему. Тогда почему говорят, что дышим мы кислородом, а не азотом? Дело в том, что человек не умеет усваивать этот газ из атмосферы. При нормальных условиях он попадает в легкие с вдохом и покидает их с выдохом. Другие организмы тоже не взаимодействуют с атмосферным азотом. Казалось бы, можно списывать его со счетов и заканчивать главу, если бы не одно «но». Из химических соединений азота состоит всё живое на Земле, и мы в том числе.

Он входит в состав аминокислот, образует пептиды и белки. В составе нуклеотидов образует ДНК и РНК. N2 есть даже в гемоглобине, который помогает органам и тканям получать кислород.

Растения питаются азотом, это важнейший элемент для всех растительных организмов. Однако они, как и люди, не способны усваивать его из атмосферы. Растения делают это с помощью корневой системы, поэтому от соединений азота зависит плодородность почвы. При их недостатке грунт быстро истощается, растения теряют листья и прекращают расти.

Связывание азота

Азот плохо вступает в химические реакции. В чистом виде он бесполезен для дыхания живых существ, но в то же время, как мы выяснили выше, без него никак нельзя. Чтобы организмы могли воспользоваться азотом, его необходимо связать. Не спешите хвататься за веревку, связыванием называют химический процесс, при котором простой азот превращается в сложные азотсодержащие соединения. Для их образования необходимо прочную молекулу N2 разделить на два атома и соединить с другими элементами.

Частично связыванием занимаются бактерии. Да, и здесь без них не обошлось. Другая часть образуется во время дождя с грозой. Немаленькую долю связанного азота природа получает искусственным путем от человека при помощи чудес химической промышленности. Давайте рассмотрим подробнее каждый способ.

Начнем с самого необычного, в чем принимают участие дождь и гроза. Вы только представьте масштабы и объемы этого процесса. На Земле каждую секунду вспыхивает 100 молний [Стекольников И. С. Физика молнии и грозозащита. — М.; Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1943.]

Конец ознакомительного фрагмента