Skład powietrza atmosferycznego i zanieczyszczeń

The skład powietrza atmosferycznego lub atmosfera jest określona przez proporcję różnych zawartych w niej gazów, która była stale zmienna w całej historii Ziemi. Atmosfera planety w formacji zawierała głównie H₂ i inne gazy, takie jak CO₂ i H₂O. Około 4400 milionów lat temu skład powietrza atmosferycznego został wzbogacony głównie o CO₂.

Wraz z pojawieniem się życia na Ziemi nastąpiła akumulacja metanu (CH₄) w atmosferze, ponieważ pierwsze organizmy były metanogenami. Później pojawiły się organizmy fotosyntetyczne, które wzbogaciły powietrze atmosferyczne O.₂.

Skład powietrza atmosferycznego można dziś podzielić na dwie duże warstwy, zróżnicowane pod względem składu chemicznego; homosfera i heterosfera.

Homosphere znajduje się od 80 do 100 km nad poziomem morza i składa się głównie z azotu (78%), tlenu (21%), argonu (mniej niż 1%), dwutlenku węgla, ozonu, helu, wodoru i metanu. , wśród innych elementów obecnych w bardzo małych proporcjach.

Heterosfera składa się z gazów o niskiej masie cząsteczkowej i znajduje się powyżej 100 km wysokości. Pierwsza warstwa przedstawia N₂ molekularny, drugi atomowy O, trzeci hel i ostatni tworzą atomowy wodór (H).

Indeks

• 1 Historia
  • 1.1 Starożytna Grecja
  • 1.2 Odkrycie składu powietrza atmosferycznego
• 2 Charakterystyka
  • 2.1 Pochodzenie
  • 2.2 Struktura
• 3 Skład prymitywnego powietrza atmosferycznego
  • 3.1 Akumulacja CO2
  • 3.2 Pochodzenie życia, akumulacja metanu (CH4) i spadek CO2
  • 3.3 Wielkie zdarzenie utleniające (nagromadzenie O2)
  • 3.4 Azot atmosferyczny i jego rola w powstawaniu życia
• 4 Skład aktualnego powietrza atmosferycznego
  • 4.1 Homosfera
  • 4.2 Heterosfera
• 5 referencji

Historia

Badania nad powietrzem atmosferycznym rozpoczęły się tysiące lat temu. W chwili, gdy prymitywne cywilizacje odkryły ogień, zaczęły mieć pojęcie o istnieniu powietrza.

Starożytna Grecja

W tym okresie zaczęli analizować, jakie jest powietrze i jaką funkcję spełnia. Na przykład Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C.) uważała, że ​​powietrze ma podstawowe znaczenie dla życia, ponieważ żywe istoty były karmione tym żywiołem.

Z drugiej strony Empédocles de Acragas (495 a.C.-435 a.C.) uznał, że istnieją cztery podstawowe elementy życia: woda, ziemia, ogień i powietrze..

Arystoteles (384 a.C.-322 a.C.) również uważał, że powietrze jest jednym z podstawowych elementów dla żywych istot.

Odkrycie składu powietrza atmosferycznego

W 1773 roku szwedzki chemik Carl Scheele odkrył, że powietrze składa się z azotu i tlenu (powietrze magmowe). Później, w 1774 roku Brytyjczyk Joseph Priestley ustalił, że powietrze składa się z mieszaniny elementów i że jedno z nich jest niezbędne do życia.

W 1776 roku Francuz Antoine Lavoisier nazwał tlen pierwiastkiem izolowanym z termicznego rozkładu tlenku rtęci.

W 1804 roku przyrodnik Alexander von Humboldt i francuski chemik Gay-Lussac przeanalizowali powietrze pochodzące z różnych części planety. Naukowcy ustalili, że powietrze atmosferyczne ma stały skład.

Dopiero pod koniec XIX i na początku XX wieku odkryto inne gazy będące częścią powietrza atmosferycznego. Wśród nich mamy argon w 1894 r., Następnie hel w 1895 r. I inne gazy (neon, argon i ksenon) w 1898 r..

Funkcje

Powietrze atmosferyczne jest również znane jako atmosfera i jest mieszaniną gazów pokrywających planetę Ziemię.

Pochodzenie

Niewiele wiadomo o pochodzeniu ziemskiej atmosfery. Uważa się, że po oddzieleniu od Słońca planeta została otoczona przez obłok bardzo gorących gazów.

Gazy te były prawdopodobnie redukowalne i pochodziły ze Słońca, składającego się głównie z H₂. Inne gazy prawdopodobnie były CO₂ i H₂Lub emitowane przez intensywną aktywność wulkaniczną.

Proponuje się, aby część obecnych gazów ochłodzona, skondensowana i dająca początek oceanom. Pozostałe gazy pozostały w atmosferze, a inne były przechowywane w skałach.

Struktura

Atmosferę tworzą różne koncentryczne warstwy oddzielone strefami przejściowymi. Górna granica tej warstwy nie jest jasno określona, ​​a niektórzy autorzy umieszczają ją powyżej 10 000 km nad poziomem morza.

Przyciąganie siły grawitacji i sposobu sprężania gazu wpływa na jego rozkład na powierzchni ziemi. Zatem największa część całkowitej masy (około 99%) znajduje się na pierwszych 40 km nad poziomem morza.

Różne poziomy lub warstwy powietrza atmosferycznego mają inny skład chemiczny i zmiany temperatury. Zgodnie z jego układem pionowym, od najbliższego do najdalszego od powierzchni ziemi, znane są następujące warstwy: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera.

W odniesieniu do składu chemicznego powietrza atmosferycznego zdefiniowano dwie warstwy: homosferę i heterosferę.

Homosfera

Znajduje się w pierwszych 80-100 km nad poziomem morza, a jego skład gazów w powietrzu jest jednorodny. W tym znajdują się troposfera, stratosfera i mezosfera.

Heterosfera

Występuje powyżej 100 km i charakteryzuje się tym, że skład gazów obecnych w powietrzu jest zmienny. Zbiega się z termosferą. Skład gazów zmienia się na różnych wysokościach.

Skład prymitywnego powietrza atmosferycznego

Po powstaniu Ziemi, około 4.500 milionów lat temu, gazy, które utworzyły powietrze atmosferyczne, zaczęły się gromadzić. Gazy pochodziły głównie z płaszcza Ziemi, a także z uderzenia planetozymaliami (skupiska materii, które powstały na planetach).

Akumulacja CO₂

Wielka aktywność wulkaniczna na planecie zaczęła uwalniać różne gazy do atmosfery, takie jak N₂, CO₂ i H₂O. Dwutlenek węgla zaczął się gromadzić, ponieważ nasycanie dwutlenkiem węgla (proces utrwalania CO)₂ atmosferyczne w postaci węglanów) było mało.

Czynniki wpływające na utrwalanie CO₂ w tym czasie były to deszcze o bardzo niskiej intensywności i bardzo zredukowanym obszarze kontynentalnym.

Pochodzenie życia, akumulacja metanu (CH₄) i spadek CO₂

Pierwsze żywe istoty, które pojawiły się na planecie, używały CO₂ i H₂ wykonać oddech. Te pierwsze organizmy były beztlenowe i metanogenne (wytwarzały dużą ilość metanu).

Metan gromadził się w powietrzu atmosferycznym, ponieważ jego rozkład był bardzo powolny. Rozkłada się przez fotolizę iw atmosferze prawie wolnej od tlenu proces ten może trwać do 10 000 lat.

Według niektórych zapisów geologicznych około 3500 milionów lat temu nastąpił spadek CO₂ w atmosferze, która związana jest z tym bogatym w CH powietrzem₄ nasiliły deszcze, sprzyjając karbonizacji.

Świetne zdarzenie utleniające (nagromadzenie O₂)

Uważa się, że około 2400 milionów lat temu ilość O₂ na planecie osiągnął ważne poziomy w powietrzu atmosferycznym. Nagromadzenie tego pierwiastka jest związane z pojawieniem się organizmów fotosyntetycznych.

Fotosynteza to proces, który pozwala syntetyzować cząsteczki organiczne z innych cząsteczek nieorganicznych w obecności światła. Podczas jego wystąpienia O jest uwalniane₂ jako produkt wtórny.

Wysoka szybkość fotosyntezy wytwarzana przez sinice (pierwsze organizmy fotosyntetyczne) zmieniała skład powietrza atmosferycznego. Duże ilości O₂ które zostały uwolnione, wracały do ​​atmosfery coraz bardziej utleniające.

Te wysokie poziomy O₂ wpłynęło na akumulację CH₄, ponieważ przyspieszył proces fotolizy tego związku. Drastycznie zmniejszając metan w atmosferze, temperatura planety zmniejszyła się i nastąpiła epoka lodowcowa..

Kolejny ważny efekt akumulacji O₂ na planecie było to tworzenie warstwy ozonowej. O₂ atmosferyczne dysocjuje pod wpływem światła i tworzy dwie cząstki atomowego tlenu.

Tlen atomowy rekombinuje z O₂ molekularny i tworzy O₃ (ozon). Warstwa ozonowa tworzy barierę ochronną przed promieniowaniem ultrafioletowym, umożliwiając rozwój życia na powierzchni ziemi.

Azot atmosferyczny i jego rola w powstawaniu życia

Azot jest niezbędnym składnikiem organizmów żywych, ponieważ jest niezbędny do tworzenia białek i kwasów nukleinowych. Jednak N₂ większość organizmów nie może bezpośrednio wykorzystywać atmosfery.

Fiksacja azotu może być biotyczna lub abiotyczna. Składa się z kombinacji N₂ z O₂ lub H₂ tworzyć amoniak, azotany lub azotyny.

Zawartość N₂ w powietrzu atmosferycznym pozostały mniej więcej stałe w ziemskiej atmosferze. W czasie akumulacji CO₂, Fiksacja N₂ Było to zasadniczo abiotyczne, przez tworzenie tlenku azotu, powstającego w wyniku dysocjacji fotochemicznej cząsteczek H.₂O i CO₂ to było źródło O₂.

Gdy wystąpił spadek poziomu CO₂ w atmosferze szybkość tworzenia się tlenku azotu drastycznie spadła. Uważa się, że w tym czasie powstały pierwsze biotyczne drogi utrwalania N₂.

Skład aktualnego powietrza atmosferycznego

Powietrze atmosferyczne powstaje z mieszaniny gazów i innych dość złożonych elementów. Jego skład zależy głównie od wysokości.

Homosfera

Ustalono, że skład chemiczny suchego powietrza atmosferycznego na poziomie morza jest dość stały. Azot i tlen stanowią około 99% masy i objętości homosfery.

Azot atmosferyczny (N₂) wynosi 78%, podczas gdy tlen stanowi 21% powietrza. Kolejnym najliczniejszym elementem powietrza atmosferycznego jest argon (Ar), który zajmuje mniej niż 1% całkowitej objętości.

Są też inne elementy, które mają wielkie znaczenie, nawet jeśli są w małych proporcjach. Dwutlenek węgla (CO₂) występuje w proporcji 0,035%, a para wodna może wahać się od 1 do 4%, w zależności od regionu.

Ozon (O₃) występuje w ilości 0,003%, ale stanowi istotną barierę dla ochrony istot żywych. Również w tej samej proporcji znajdujemy kilka gazów szlachetnych, takich jak neon (Ne), krypton (Kr) i ksenon (Xe).

Ponadto występuje obecność wodoru (H₂), tlenki azotu i metan (CH₄) w bardzo małych ilościach.

Kolejnym elementem składowym powietrza atmosferycznego jest ciekła woda zawarta w chmurach. Podobnie znajdujemy stałe elementy, takie jak zarodniki, pyłki, popioły, sole, mikroorganizmy i małe kryształki lodu..

Heterosfera

Na tym poziomie wysokość określa rodzaj gazu dominującego w powietrzu atmosferycznym. Wszystkie gazy są lekkie (mała masa cząsteczkowa) i są zorganizowane w cztery różne warstwy.

Docenia się, że wraz ze wzrostem wysokości najbardziej obfite gazy mają niższą masę atomową.

Między 100 a 200 km wysokości jest większa obfitość azotu cząsteczkowego (N₂). Masa tej cząsteczki wynosi 28,013 g / mol.

Druga warstwa heterosfery jest zgodna z atomowym O i znajduje się między 200 a 1000 km na poziomie morza. Atomowy O ma masę 15 999, jest mniej ciężki niż N₂.

Później znaleźliśmy warstwę helu o wysokości od 1000 do 3500 km. Hel ma masę atomową 4,00226.

Ostatnią warstwą heterosfery jest atomowy wodór (H). Ten gaz jest najlżejszy w układzie okresowym o masie atomowej 1,007.

Referencje

1. Katz M (2011) Materiały i surowce, powietrze. Przewodnik dydaktyczny Rozdział 2. Narodowy Instytut Edukacji Technicznej, Ministerstwo Edukacji. Buenos Aires Argentyna 75 pp
2. Mnisi PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Zmiana składu atmosfery - globalna i regionalna jakość powietrza. Atmosferyczne środowisko 43: 5268-5350.
3. Pla-García J i C Menor-Salván (2017) Skład chemiczny prymitywnej atmosfery planety Ziemia. Quim 113: 16-26.
4. Klimatologia Rohli R i Vega A (2015). Trzecia edycja. Nauka Jonesa i Bartletta. Nowy Jork, USA. 451 pp.
5. Saha K (2011) Atmosfera Ziemi, jej fizyka i dynamika. Springer-Verlag. Berlin, Niemcy.367 pp.