5.1. ХРУПКАЯ ЗЕМНАЯ АТМОСФЕРА
Земная атмосфера сформировалась за счет выделения газов из горных пород и анаэробного фотосинтеза. Около 4 млрд., лет тому назад кислорода в атмосфере Земли не было. Она состояла из азота N>2, диоксида углерода CO>2 и водорода H>2. Появление в воде океанов простейших живых организмов, в частности сине- зеленых водорослей, 2,5 млрд., лет тому назад стало началом появления и кислорода в атмосфере. Эти водоросли в ходе синтеза своих углеводов усваивали водород из воды, а углерод — из растворенного в воде CO>2, одновременно выделяя кислород. Понадобилось около 20 000 лет, чтобы содержание кислорода в атмосфере достигло современного уровня.
В настоящее время в атмосфере содержится 21% (по объему) кислорода, или 10>15 т. Несмотря на постоянное участие O>2 в окислительных процессах, его содержание в атмосфере практически не изменяется из-за продолжающегося процесса фотосинтеза.
Если бы в атмосфере содержалось менее 15% O>2, то обычный процесс горения стал бы невозможным. При концентрации O>2 более 30% первый же удар молнии сжег бы все на Земле: в этом случае даже сырая древесина горит как порох.
5.2. ДИОКСИД УГЛЕРОДА В РОЛИ «НОСИЛЬЩИКА»
Диоксид углерода способен под землей перемещать тысячи тонн известняка. Как это происходит?
Диоксид углерода CO>2 (углекислый газ) неплохо растворим в воде. Поэтому в природных речных, почвенных водах обычно высока концентрация растворенного CO>2. В водном растворе он частично переходит в гидрат, который затем превращается в угольную кислоту:
CO>2∙H>2O ↔ H>2CO>3.
Среда этого раствора слабокислая из-за появления ионов оксония H>3O>+:
H>2CO>3 + H>2O ↔ HCO>->3 + H>3O>+ .
Однако и этой кислотности достаточно, чтобы при проникновении по трещинам породы грунтовых вод в толщу известнякового пласта (известняк — это карбонат кальция CaCO>3) прошла реакция
CaCO>3 + HCO>->3 + H>3O>+ = Ca>2+ + 2 HCO>->3 + H>2O
или
CaCO>3 + H>2CO>3 = Ca(HCO>3)>2
с образованием хорошо растворимого в воде гидрокарбоната кальция Ca(HCO>3)>2. Так на месте известковых толщ образуются огромные полости в земной коре — карстовые пещеры.
Интересно, что гидрокарбонат кальция в свободном виде не существует; при попытке выделить его выпариванием воды кристаллизуется карбонат кальция:
Ca(HCO>3)>2 = CaCO>3↓ + H>2O + CO>2↑.
Грунтовые воды, содержащие Ca(HCO>3)>2, могут перемещаться в земной коре на значительные расстояния и, испаряя в подходящих условиях воду, выделяют карбонат кальция — известняк, кальцит. Это происходит зачастую очень далеко от места растворения исходного карбоната кальция (см. 3.23).
