科学家根据火山喷发所喷出的气体,以及远离太阳、变化较小的木星、土星,它们现在的大气成分主要是甲烷、氨气和氢气的事实,推测原始地球的大气也是这样的强还原性大气他们认为,原始地球的大气成分中没有氧气,而有氢气、二氧化碳、氨气、甲烷、硫化氢和氰化氢等还原性气体但20世纪80年代以来,有的学者对此产生了怀疑他们认为,原始大气中没有氨气、甲烷和硫化氢气体,因为这些气体很容易被紫外线辐射所分解,所释放的氢气多数也会逃逸到大空中,因此,早期原始大气的主要成分是水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、氮气等气体,可能还有一些游离的氢气如果按照原始大气中没有氨气和甲烷,或者只有极微量,由这样的气体所组成的地球原始大气,在各种自然条件的作用下是不可能产生出有机物和氨基酸的,那么米勒的实验就令人怀疑所以,这种观点又为“宇生说”提供了间接的支持
(1)现在大气的成分是在千万年前固定下来的,主要成分是氮气和氧气,现在大气属于混合物; (2)在原子中,原子核外电子数=质子数,因此,氢元素原子的核外电子数为1,其质子数为1; (3)①根据有机物的概念判断:A、B、C、D、E五种物质中,属于有机物的是甲烷,即A; ②太阳远紫外辐射能穿透上层大气到达低空,使D物质发生分解反应,生成B物质和氧气,即在紫外线光照条件下,水(蒸汽)分解成氢气和氧气,该反应的化学方程式为:2H 2 O
③经计算,54克D物质即水中含氧元素A48克、氢元素06克;34克C物质即氨中含氮元素28克、氢元素06克;根据质量守恒定律可判断,另一种物质中只含有28克氮元素,则该物质是氮气即A. 故答案为: (1)混合物; (2)1; (3)①A;②2H 2 O
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大气层可分为几个层,对流层、平流层、中间层、热层、电离层,而对我们关系最密切的是从10-12公里以内的这一层空气对流层,主要天气现象云、雨、雪、雹等都发生在这一层里,而北极光出现在离地面80-500公里这些区域里,500公里以上叫外大气层,也叫磁力层,是大气层向星际空间过渡的区域。
通常把1000千米之内,即电离层之内作为大气的高度,即大气层厚1000千米
大气的组成,在120公里以下的高空中,大气的主要组成为:氮分子占7800%(N2)和氧分子占(O2)2025%的均匀混合体,其次为093%的氩(Ar)与003%的二氧化碳(CO2)。
再其次的组成元素(按含量的递减而排列)为氖、氦、氪、氙、氢、氯、氧化亚氮、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、氨、一氧化氮及碘。
二氧化碳及臭氧在大气中的含量虽然很少,但它们确是大气中之重要成分,因为二氧化碳可保持环境温度,臭氧则可防止太阳的某种有害人类之短波辐射至地面。
大气中的水蒸汽及微尘之含量,则是随高度之增加而降低,它们对于大气之变化,都有重要的作用。
它们可使天气有雨、云、雾等的变化。
大气组成元素的分布,在120公里以上的高空,随原子量的不同而异。
在120公里以下的高空,大气组成为氮分子及氧分子的混合气体;由120公里至1000公里,氧原子占主要位置;1000至2500公里为氮层,2500公里以上的太空中为氢气,而且氢气由此一直延伸至星际太空中。
原始大气
原始大气的形成与星系的形成密切有关。宇宙中存在着许多原星系,它们最初都是一团巨大的气体,主要成分是氢。以后原星系内的气体,团集成许多中心,在万有引力作用下,气体分别向这些中心收缩。出现了许多原星体,愈收缩则密度愈大,密度愈大则收缩愈快,使原星体内原子的平均运动速率愈来愈大,温度也愈来愈高。当温度升高到摄氏1000万度以上时,原星体会发生核反应,出现四个氢原子聚变为一个氦原子的过程。较大的原星体的核反应较强,能聚变成较重的元素。按照爱因斯坦能量(E)和质量(m)方程E = mc2(c为光速),这些聚变过程会伴生大量辐射能,使原星体转变为发光的恒星体。恒星体内部存在复杂的核反应,在氢的消耗过程中,较重元素的丰度渐渐增多,并形成一些更重要的元素,光谱分析的结果是,原子丰度随原子序数增大而减少。
特别巨大的星体,内部核反应特强,能使星体爆裂,形成超新星,它具有强大的爆炸压强,使其中已形成的不同原子量的元素裂成碎片,散布到星际空间中去,造成宇宙尘和气体云,随后冷却成暗云。这样,超新星的每一次爆炸,都进一步使星系内增加更多的较重元素,使星际空间内既有大量气体(以氢、氦为主),又有固体微粒。太阳系是银河系中一个旋臂空间内的气体原星体收缩而成的,因此它包含有气体和固体微粒。太阳系的年龄估计为46~50亿年,银河系的历史约比太阳系长2~3倍。 原太阳系中弥漫着冷的固体微粒和气体,它们是形成行星、卫星及其大气的原料。在原太阳系向中心收缩时,其周围绕行的固体微粒和气体,也分别在引力作用下凝聚成行星和卫星。关于太阳、行星、卫星是否同时形成,尚有不同意见:有的认为是同时形成的,有的认为是先形成太阳,后形成行星及卫星,有的认为卫星是行星分裂出的,也有认为行星和卫星的形成早于太阳。但对地球的形成约在距今46亿年前,则是比较一致的看法。原地球是太阳系中原行星之一。它是原太阳系中心体中运动的气体和宇宙尘借引力吸积而成。它一边增大,一边扫并轨道上的微尘和气体,一边在引力作用下收缩。随着“原地球”转变为“地球”,地表渐渐冷凝为固体,原始大气也就同时包围地球表面。
次生大气
地球原始大气的消失不仅是太阳风狂拂所致,也与地球吸积增大时温度升高有关。温度升高的原因不仅是吸积的引力能转化为热能所致,流星陨石从四面八方打击固体地球表面,其动能也会转化为热能。此外,地球内部放射性元素如铀和钍的衰变也释放热能。上述这些发热机制都促使当时地球大气中较轻气体逃逸。 发热机制除使当时大气中较轻气体向太空逃逸外,还起到为产生次生大气准备条件的另外两种作用。①使被吸积的C1型碳质球粒陨石中某些成分因升温而还原,使铁、镁、硅、铝等还原分离出来,由于它们的比重不等,造成了固体地球的重力不稳定结构。但由于它们都是固体,没有自动作重力调整的可能。②使地球内部升温而呈熔融状态。这一作用十分重要。因为它使原来不能作重力调整的不稳定固体结构熔融,可通过对流实现调整,发生了重元素沉向地心、轻元素浮向地表的运动。这个过程在整个地质时期均有发生,但在地球形成初期尤为盛行。在这种作用下,地球内部物质的位能有转变为宏观动能和微观动能的趋势。微观动能即分子运动动能,它的加大能使地壳内的温度进一步升高,并使熔融现象加强。宏观动能的加大,使原已坚实的地壳发生遍及全球的或局部的掀裂。这两者的结合会导致造山运动和火山活动。在地球形成时被吸积并锢禁于地球内部的气体,通过造山运动和火山活动将排出地表,这种现象称为“排气”。地球形成初期遍及全球的排气过程,形成了地球的次生大气圈。这时的次生大气成分和火山排出的气体相近。而夏威夷火山排出的气体成分主要为水汽(约占79%)和二氧化碳(约占12%)。但根据HD霍兰(1963)的研究,在地球形成初期,火山喷发的气体成分和现代不同,他们以甲烷和氢为主,尚有一定量的氨和水汽。 次生大气中没有氧。这是因为地壳调整刚开始,地表金属铁尚多,氧很易和金属铁化合而不能在大气中留存,因此次生大气属于缺氧性还原大气。次生大气形成时,水汽大量排入大气,当时地表温度较高,大气不稳定对流的发展很盛,强烈的对流使水汽上升凝结,风雨闪电频仍,地表出现了江河湖海等水体。这对此后出现生命并进而形成现在的大气有很大意义。次生大气笼罩地表的时期大体在距今45亿年前到20亿年前之间。
现在大气
由次生大气转化为现在大气,同生命现象的发展关系最为密切。地球上生命如何出现是长期争论的问题。АИ奥巴林(1924)最早提出生命现象最初出现于还原大气中的看法,其后有SL米勒(1952)等人在实验室的人造还原大气中,用火花放电的办法制出了一些有机大分子,如氨基酸和腺嘌呤等。腺嘌呤是脱氧核糖核酸和核糖核酸的主要成分。所以这种实验有一定意义。但20世纪60、70年代人们利用射电望远镜发现在星际空间就有这些有机大分子,例如氨亚甲胺(CH2NH)、氰基(CN)、乙醛(CH3CHO)、甲基乙炔(CH3C2H)等。他们又曾将陨星粉末加热,发现有乙腈(CH3CN)等挥发性化合物和腺嘌呤等非挥发性化合物。于是认为生命的根苗可能存在于星际空间。但无论如何,即使“前生命物质”来自星际空间,但最简单的最早的生命,仍应出现于还原大气中。这是因为在氧气充沛的大气中,最简单的生命体易于分解、难以发展。
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