Ниже — «в человеческом стиле» объяснение того, как атмосфера удерживает примерно постоянный (квази-стационарный) состав. Ключ к стабильности — это взаимосвязанные циклы вещества с разными «скоростями» (от дней до миллионов лет), в которых источники газов уравновешиваются поглотителями.

Кислород (O₂)

Источники

• Фотосинтез: растения, водоросли и цианобактерии расщепляют воду и фиксируют CO₂, выделяя O₂.

• Долгосрочное закрепление органики: чтобы O₂ рос и удерживался, часть органического углерода должна надёжно убираться из оборота (захоронение в осадках, уголь, нефть). Иначе дыхание всё «съест».

Стоки

• Дыхание и разложение: обратная сторона фотосинтеза — потребление O₂ при окислении органики до CO₂.

• Окисление восстановленных минералов (например, пирита FeS₂) и вулканических газов.

• Пожары и сжигание топлива: ускоряют окисление углерода.

Итог: при современных биосферных потоках производство O₂ почти полностью компенсируется его расходом; «избыток» закрепляется главным образом за счёт долгосрочного захоронения органики и сульфидов.

Углекислый газ (CO₂)

Быстрые процессы (дни–годы)

• Газообмен с океаном: растворение CO₂ в верхнем слое, обратное выделение, буферирование карбонатной системой (CO₂–H₂CO₃–HCO₃⁻–CO₃²⁻).

• Биологический насос: фитопланктон фиксирует CO₂, часть органики и карбоната кальция тонет, уводя углерод вниз.

Среднесрочные (десятилетия–тысячелетия)

• Почвы и биота: накопление/минерализация органики; пожары.

• Растворение карбонатов и компенсация карбонатом в океане (выравнивает pH и парциальное давление CO₂).

Долгие (сотни тысяч–миллионы лет)

• Силикатно-карбонатный «термостат»:

  • Выветривание силикатов на суше потребляет CO₂, ионы уносятся в океан, где осаждаются как карбонаты.

  • Вулканизм и метаморфизм возвращают CO₂ (декарбонизация осадков, дегазация мантии).

Антропогенный фактор: сжигание ископаемого угля/нефти/газа и цемент нарушают баланс, задавая рост CO₂ быстрее, чем его природные среднесрочные стоки успевают поглотить.

Азот (N₂)

Замыкание в цикле

• Фиксация N₂ в аммоний происходит двумя путями:

  • Биологическая (азотфиксирующие бактерии/симбиозы).

  • Нефотосинтетическая (молнии — термическая фиксация, промышленный процесс Габера–Боша).

• Нитрификация/денитрификация: микроорганизмы переводят NH₄⁺ → NO₂⁻/NO₃⁻ и затем возвращают азот в атмосферу как N₂ (и частично N₂O).
  Поскольку N₂ химически инертен, огромный атмосферный резервуар меняется медленно, а биотические потоки удерживают его долю почти постоянной.

Озон (O₃) и кислородно-озоновый фотохимический баланс

• Стратосфера: циклы Чепмена (фотолиз O₂ ультрафиолетом → O + O → O₃; разрушение O₃ светом) плюс каталитические циклы с участием NOx, HOx, ClOx регулируют концентрацию O₃.

• Тропосфера: O₃ образуется из NOx + летучих органических соединений (ЛОС) при свете и разрушается реакциями с радикалами и поверхностями. Эти фотохимические «качели» стабилизируют средние уровни при заданных потоках предшественников.

Водяной пар (H₂O)

• Испарение ↔ конденсация/осадки: самый быстрый цикл газа (дни).

• Температура задаёт равновесную влажность, а глобальная циркуляция перераспределяет влагу. Среднее содержание удерживается за счёт энергетического баланса планеты.

Метан (CH₄), закись азота (N₂O), угарный газ (CO) и «очистка» OH-радикалом

• Источники CH₄: болота, рисовые поля, жвачные, таяние вечной мерзлоты, утечки из добычи топлива.

• Главный сток CH₄ — окисление OH-радикалом в тропосфере до CO → CO₂; для CO — тот же путь.

• N₂O: образуется в почвах/океане при нитрификации, уходит в стратосферу и там разрушается фотохимически (частично даёт NO, влияя на озон).
  Поддержание «квазипостоянства» малых газов — это баланс источников с окислительной мощностью атмосферы (концентрацией OH), которую, в свою очередь, определяют солнечное излучение, озон, водяной пар и выбросы предшественников.

Аргон (Ar) и инертные газы

• Аргон-40 накапливается от распада калия-40 в земной коре и практически не реагирует, поэтому его доля стабильна на геологических масштабах. Неон, гелий и криптон также инертны (гелий постепенно улетучивается в космос).

Отложение и вымывание (сухое/мокрое)

• Сухое осаждение: прилипающие к поверхностям молекулы/частицы (NO₂, озон, аэрозоли).

• Мокрое вымывание: растворимые газы и аэрозоли удаляются дождём/снегом (SO₂, HNO₃, аммиак). Это ключевые стоки для реакционноспособных примесей.

Вертикальное и горизонтальное перемешивание

• Турбулентность, конвекция, струйные течения и общая циркуляция быстро смешивают воздух в тропосфере (часы–месяцы), а стратосферно-тропосферный обмен медленнее (месяцы–годы). Перемешивание сглаживает локальные всплески и поддерживает глобальные средние доли основных газов.

Фотолиз и утечка в космос

• В верхней атмосфере ультрафиолет и частицы расщепляют молекулы (H₂O, CH₄), образуя H и H₂; лёгкий водород может покидать Землю. Это очень медленный, но постоянный сток восстановителей.

Почему «постоянство» только квази-?

• Разные шкалы времени:

  • Быстрые циклы (H₂O, озон, CO) удерживают равновесие за дни–месяцы.

  • Средние (CO₂–океан–биота) — за десятилетия–века.

  • Долгие (карбонат-силикатный цикл, O₂–сера) — за миллионы лет.

• Возмущения (вулканизм, изменения орбиты/климата, деятельность человека) смещают равновесие; затем система пересобирается новыми потоками стоков/источников.

Коротко: постоянство газового состава — это результат взаимной «подстройки» биологических, химических, океанических и геологических процессов: фотосинтез/дыхание для O₂, многоступенчатый углеродный цикл для CO₂, микробиологический цикл азота для N₂, фотохимия (особенно роль OH) для малых газов, плюс выветривание–осаждение–вулканизм как медленный «фундамент» всей системы.