Formarea atmosferei terestre

Comparând compoziția atmosferei terestre cu cea a planetelor învecinate, Venus și Marte, se constată diferențe semnificative. Se pune întrebarea: cum s-a format învelișul gazos al Pământului și care au fost factorii care au permis menținerea acestuia? Este evident că diferențele față de planetele menționate, în afară de factorii astronomici (dimensiune, distanța față de Soare) se datorează prezenței apei și mai târziu a biosferei. Tabelul următor prezintă componenții de bază ai atmosferei celor 3 planete. Pentru a vedea și diferențele dintre masele celor trei atmosfere, compoziția este exprimată prin presiunile parțiale ale gazelor (hPa).

Presiunea la suprafața planetei Venus este de circa 200 de ori mai mare, iar pe Marte – de aproximativ 200 de ori mai mică decât pe Pământ. Diferența provine atât din cauza masei planetelor, cât mai ales din cea a temperaturii diferite, consecință a distanței față de Soare. Atmosfera de pe Venus și Marte este alcătuită din dioxid de carbon iar oxigenul are concentrații reduse sau se găsește numai în urme. În schimb, învelișul gazos al Pământului conține oxigen și azot în proporții însemnate, pe când cantitatea de dioxid de carbon este mică. Ultima coloană a tabelului conține valori interpolate pentru Pământ din compoziția atmosferei planetelor Venus și Marte, având în vedere masa și distanța de la Soare a Terrei. Valorile diferă mult de cele reale. Presiunea parțială a dioxidului de carbon este de o mie de ori mai mică, iar cea a oxigenului de o mie de ori mai mare decât cea calculată. O altă caracteristică a atmosferei noastre este proporția mare a azotului. Având în vedere caracteristicile fizico-chimice (temperatura, concentrația oxigenului, pH-ul oceanelor) ar fi normal ca azotul să fie prezent sub formă de ioni azotat în apele mărilor și a oceanelor. Se poate trage concluzia că atmosfera terestră este deosebită atât în comparație cu cea a planetelor învecinate, cât și având în vedere condițiile existente.

Pentru a explica formarea atmosferei, se pornește de la modelul planetei aflată în etapa de formare, când era un sistem trifazic. Particulele solide cu densitate mai mare se concentrau în apropierea nucleului, fiind înconjurate de componenți cu densități tot mai mici. Regiunile periferice erau formate din gaze. Această atmosferă primară era din hidrogen, heliu, metan, vapori de apă, amoniac și sulfură de hidrogen. În cazul planetelor cu masă medie, intensitatea câmpului gravitațional și temperatura aveau valori care au dus la disiparea majorității gazelor în spațiul cosmic. Totodată, valorile presiunii și ale temperaturii au permis condensarea unei părți a vaporilor de apă, restul reacționând cu componenții litosferei. Gravitația puternică a planetelor mari și temperatura scăzută au împiedicat fenomenul de disipare. Planetele de tip Jupiter au și în prezent un înveliș gazos format din hidrogen și heliu, în care norii sunt din cristale de amoniu. În final, atmosfera primară a dispărut în întregime, planetele interioare erau lipsite un timp de atmosferă iar condițiile erau asemănătoare cu cele de pe Lună, în momentul prezent. A urmat etapa de formare a unei atmosfere noi. Rolul cel mai important a revenit erupțiilor vulcanice și reacțiilor chimice din învelișul solid, care au avut ca și produse substanțe gazoase.

Scăderea concentrației de dioxid de carbon are două motive principale. La temperaturi mai mici de 300 ⁰C, acest gaz se transformă în carbonați, care se depun pe fundul oceanelor. Majoritatea dioxidului de carbon se regăsește azi sub formă legată, în depozitele de calcar și dolomită. În lipsa oceanelor, acest lucru nu s-a produs pe Marte și Venus. În al doilea rând, scăderea cantității de dioxid de carbon se datorează apariției și dezvoltării biosferei. Plantele verzi rețin dioxidul de carbon în timpul fotosintezei și eliberează oxigen. Ca urmare, pe parcursul erelor geologice, variațiile concentrației acestor două gaze sunt opuse.

Acum 3 miliarde de ani, nivelul de oxigen era 0,001 PAL (PAL = Present Atmospheric Level), adică de 1000 ori mai mic decât cel actual. Radiația ultravioletă ajungea până la suprafață, nu exista oxigen suficient pentru formarea stratului de ozon protector. Primele organisme vii (bacterii, alge) s-au dezvoltat în oceane, în zone în care apa avea adâncimi de 10 – 20 m. Aici mai pătrunde lumina necesară fotosintezei, însă stratul de apă absoarbe radiațiile ultraviolete. Din cauza fotosintezei, concentrația oxigenului a crescut în Cambrian, la sfârșitul Silurianului (cu 420 milioane de ani în urmă) atingând 0,1 PAL. Acest nivel a permis formarea stratului de ozon. Înălțimea la care se situează ozonul depinde de concentrația oxigenului. La început, se găsea în apropierea solului. La 0,1 PAL ajungea la 20 km înălțime, față de nivelul cu concentrația maximă de azi aflat între 40 și 50 km. Stratul de ozon absoarbe radiațiile ultraviolete, proces care eliberează căldură. A luat naștere stratosfera. Astfel, s-au limitat mișcările convective și precipitațiile asociate. Lipsa stratosferei, deci a inversiunii de temperatură din această zonă a atmosferei, permitea dezvoltarea pe verticală mult mai puternică a norilor Cumulonimbus, din care cădeau averse torențiale. Acest strat, care limitează scăderea temperaturii cu înălțimea, este unic, nu se regăsește nici pe Marte și nici pe Venus. După Silurian, vegetația abundentă a dus la creșterea în continuare a concentrației oxigenului, care în Carbonifer avea valori mai mari decât în prezent. Fluctuațiile ulterioare ale concentrației sunt urmări ale oxidării depunerilor aluvionare, respectiv eliberării oxigenului, ca urmare a subducției acestor depuneri în urma mișcărilor tectonice. Activitatea umană ar fi trebuit să scadă concentrația oxigenului cu 0,02%, prin arderea combustibililor fosili și restrângerea și distrugerea ecosistemelor. Totuși, valorile măsurate au rămas neschimbate. Această scădere relativ mică a fost împiedicată de capacitatea de autoreglare a biosferei.

O temă controversată este procentul ridicat de azot din aer. Majoritatea oamenilor de știință susțin că acest gaz provine din erupțiile vulcanice și s-a acumulat în timp, ajungând la nivelul actual. Această teorie este confirmată de activitatea vulcanică și concentrația similară cu cea de pe Venus. Alții sunt de părere că azotul ar fi trebuit să se oxideze în urma descărcărilor electrice într-un mediu bogat în oxigen. Oxizii de azot rezultați se dizolva în apă. Menținerea nivelului ridicat al acestui gaz s-ar datora evoluției biosferei. Circuitul azotului în natură trece și prin biosferă.  Această teorie momentan nu este suficient demonstrată.

Atmosfera este un sistem deschis, cu schimb de masă cu celelalte învelișuri ale Terrei; în interiorul ei se produc numeroase fenomene chimice. În prezent, modificări ale compoziției cu efect asupra vieții pot fi provocate de erupțiile vulcanice și de activitatea umană.

Bibliografie:

- Seller, W. D.: Physical Climatology. The University of Chicago.

- WMO: The physical Basis of Climate and Climate Modelling. GARP Publications.

- Dietrich, G. – Kalle, K. – Kraus, W. – Siedler, G.: Allgemaine Meerskunde, 3 Auflage.

Articol realizat de Gabriel Ticheru

Despre autor
Acest user este dedicat tuturor colaboratorilor Greenly! Studenti, masteranzi, doctoranzi sau pur si simplu oameni din intreaga tara, din intreaga lume care impart aceeasi pasiune, ecologia. Si isi doresc sa-si imparteasca ideile prin intermediul revistei Greenly. Le multumim din toata inima!
Scrie aici comentariul tau

Te rugam sa-ti introduci numele!

Necesar!

Te rugam sa introduci o adresa de email valida!

Necesar!

Te rugam sa scrii mesajul!

Greenly Magazine © 2019 All Rights Reserved

Designed by WPSHOWER

Powered by WordPress