Земля теряет 3 кг атмосферы в секунду — почему это нормально

Ученые подсчитали, каждую секунду Земля теряет 3 кг водорода и 50 г гелия. Звучит жутко, но, если проанализировать данные астрофизиков, становится ясно: за последний миллиард лет мы потеряли лишь доли процента своей воздушной оболочки.

Арена борьбы

Атмосфера планеты — это арена непрерывной борьбы, говорится в статье Московского планетария. С одной стороны — гравитация, которая держит каждый атом газа. С другой — тепловое движение молекул и напор солнечного ветра, которые пытаются разорвать эту хватку. Процесс утечки газов называется диссипацией (от лат. dissipatio — рассеивание). Чтобы молекула воздуха навсегда покинула Землю, ей нужно в верхних слоях атмосферы разогнаться до скорости 11,2 км/с. Легкие элементы, такие как водород, в раскаленной экзосфере действительно достигают этого порога и потихоньку ускользают в межпланетное пространство.

Почему тяжелые газы не улетают в космос

Кислород, азот и углекислый газ слишком тяжелые, чтобы разогнаться до нужной скорости. Будь Земля размером с Луну или Марс, она давно лишилась бы воздуха и стала безжизненным каменным шаром. Однако у нашей планеты есть несколько надежных механизмов, благодаря которым газовый океан сохраняется миллиарды лет:

• Гравитация. Земля достаточно массивна, чтобы удерживать кислород и азот, из которых в основном состоит атмосфера. Даже при высоких температурах в экзосфере их молекулы не достигают скорости 11,2 км/с.
• Магнитное поле. Оно служит щитом от солнечного ветра — потока заряженных частиц, идущего от Солнца. Без магнитного поля эти частицы «выдували» бы атмосферу, особенно её лёгкие ионы. Единственное исключение — районы у магнитных полюсов: там силовые линии открыты, и частицы могут проникать в верхние слои атмосферы, выталкивая в космос водород, гелий и отчасти кислород.
• Химические и физические процессы. Атмосфера не существует изолированно — она тесно взаимодействует с другими оболочками Земли. Углекислый газ растворяется в воде и образует угольную кислоту, которая затем участвует в формировании карбонатных пород, например известняка. Так углерод надолго покидает атмосферу. Кислород вступает в реакции с горными породами, окисляя железо и другие элементы. Вода конденсируется, выпадает осадками и удерживается в океанах и льдах.

Что происходит потом

Главная потеря газов связана не с улетучиванием в космос, а с переходом в жидкое или твердое состояние и включением в состав горных пород. Если бы вся вода и углекислый газ, накопленные в гидросфере, литосфере и биосфере, вернулись в атмосферу, она оказалась бы даже плотнее венерианской.

Сегодня Земля действительно теряет газы, но эти потери ничтожны на фоне общего объема атмосферы, и в обозримом будущем заметного ее сокращения не произойдет, отмечают астрономы.

Как у других?

На других планетах все сложилось иначе. Марс лишился большей части атмосферы из-за слабой гравитации и отсутствия глобального магнитного поля. Тем не менее, это не мертвая планета. Венера, наоборот, обладает очень плотной атмосферой — из-за парникового эффекта и отсутствия механизмов, связывающих углекислый газ.

Диссипация атмосферы Земли — процесс реальный, но не главный в определении ее состава и плотности. Гравитация, магнитное поле и, что важнее всего, сложные взаимодействия между атмосферой, гидросферой, литосферой и биосферой надежно удерживают воздух на планете. Именно эти механизмы делают Землю пригодной для жизни.