Sestava atmosferskega zraka in onesnaževalcev

The sestavo atmosferskega zraka ozračje je opredeljeno z deležem različnih plinov, ki jih vsebuje, ki je bil v zgodovini Zemlje v stalnem spreminjanju. Vzdušje planeta v formaciji je vsebovalo predvsem H₂ in drugih plinov, kot je CO₂ in H₂O. Pred približno 4,400 milijoni let je bila sestava atmosferskega zraka obogatena predvsem z CO₂.

Z pojavom življenja na Zemlji je prišlo do kopičenja metana (CH₄) v ozračju, saj so bili prvi organizmi metanogeni. Kasneje so se pojavili fotosintetični organizmi, ki so obogatili atmosferski zrak O₂.

Sestavo atmosferskega zraka danes lahko razdelimo na dve veliki plasti, ki se razlikujeta po kemijski sestavi; homosfera in heterosfera.

Homosfera se nahaja od 80 do 100 km nadmorske višine in je sestavljena predvsem iz dušika (78%), kisika (21%), argona (manj kot 1%), ogljikovega dioksida, ozona, helija, vodika in metana. , med drugimi elementi v zelo majhnih deležih.

Heterosfera je sestavljena iz plinov z nizko molekulsko maso in se nahaja nad 100 km nadmorske višine. Prvi sloj predstavlja N₂ molekularno, drugo atomsko O, tretji helij in zadnje tvorimo z atomskim vodikom (H).

Indeks

• 1 Zgodovina
  • 1.1 Stara Grčija
  • 1.2 Odkritje sestave atmosferskega zraka
• 2 Značilnosti
  • 2.1 Izvor
  • 2.2 Struktura
• 3 Sestava primitivnega atmosferskega zraka
  • 3.1 Akumulacija CO2
  • 3.2 Izvor življenja, kopičenje metana (CH4) in zmanjšanje CO2
  • 3.3 Veliki oksidacijski dogodek (kopičenje O2)
  • 3.4 Atmosferski dušik in njegova vloga v izvoru življenja
• 4 Sestava trenutnega atmosferskega zraka
  • 4.1 Homosphere
  • 4.2 Heterosfera
• 5 Reference

Zgodovina

Študije o atmosferskem zraku so se začele pred več tisoč leti. V trenutku, ko so primitivne civilizacije odkrile ogenj, so začele imeti idejo o obstoju zraka.

Stara Grčija

V tem obdobju so začeli analizirati, kaj je zrak in kakšno funkcijo izpolnjuje. Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C.) je na primer menila, da je zrak bistvenega pomena za življenje, saj so bila živa bitja hranjena s tem elementom..

Po drugi strani pa je Empédocles de Acragas (495 a.C.-435 a.C.) menil, da obstajajo štiri temeljne prvine življenja: voda, zemlja, ogenj in zrak..

Aristotel (384 a.C.-322 a.C.) je tudi menil, da je zrak eden od bistvenih elementov za živa bitja.

Odkritje sestave atmosferskega zraka

Leta 1773 je švedski kemik Carl Scheele odkril, da je zrak sestavljen iz dušika in kisika (magmatski zrak). Kasneje, leta 1774, je britanski Joseph Priestley ugotovil, da je zrak sestavljen iz mešanice elementov in da je eden od njih bistven za življenje.

Leta 1776 je Franc Antoine Lavoisier imenoval kisik, ki ga je izoliral iz toplotne razgradnje živega srebrovega oksida..

Leta 1804 so naturalist Alexander von Humboldt in francoski kemik Gay-Lussac analizirali zrak, ki prihaja iz različnih delov planeta. Raziskovalci so ugotovili, da ima atmosferski zrak stalno sestavo.

Šele konec devetnajstega in v začetku dvajsetega stoletja, ko so odkrili druge pline, ki so del atmosferskega zraka. Med temi imamo argon leta 1894, nato helij leta 1895 in druge pline (neon, argon in ksenon) leta 1898.

Funkcije

Atmosferski zrak je znan tudi kot atmosfera in je mešanica plinov, ki pokrivajo planet Zemljo.

Izvor

O izvoru zemeljske atmosfere je malo znanega. Šteje se, da je bil planet ob ločitvi od sonca obdan z ovojnico zelo vročih plinov.

Ti plini so bili verjetno reducirani in prihajajo iz Sonca, sestavljeni večinoma iz H₂. Drugi plini so verjetno CO₂ in H₂Ali se oddaja zaradi intenzivne vulkanske aktivnosti.

Predlaga se, da se del prisotnih plinov ohladi, zgosti in povzroči oceane. Ostali plini so ostali v atmosferi, drugi pa so bili shranjeni v kamninah.

Struktura

Atmosfero tvorijo različne koncentrične plasti, ločene s prehodnimi območji. Zgornja meja tega sloja ni jasno opredeljena in nekateri avtorji jo postavijo nad 10.000 km nad morsko gladino.

Privlačnost sile teže in način stiskanja plina vpliva na njegovo porazdelitev na zemeljsko površino. Tako je največji delež njegove skupne mase (približno 99%) na prvih 40 km nadmorske višine.

Različne ravni oz. Plasti atmosferskega zraka imajo različno kemično sestavo in temperaturna nihanja. Glede na njegovo vertikalno razporeditev, od najbližjega do najbolj oddaljenega od zemeljske površine, so znane naslednje plasti: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera in eksosfera.

Glede na kemijsko sestavo atmosferskega zraka sta opredeljeni dve plasti: homosfera in heterosfera.

Homosphere

Nahaja se v prvih 80-100 km nadmorske višine, njegova sestava plinov v zraku pa je homogena. Pri tem se nahajajo troposfera, stratosfera in mezosfera.

Heterosfera

Prisoten je nad 100 km in je značilen, ker je sestava plinov v zraku spremenljiva. Sovpada s termosfero. Sestava plinov se spreminja na različnih višinah.

Sestava primitivnega atmosferskega zraka

Po nastanku Zemlje, pred približno 4.500 milijoni let, so se začeli kopičiti plini, ki so tvorili atmosferski zrak. Plini so večinoma prišli iz zemeljskega plašča, kakor tudi iz udara z planetesimali (agregati snovi, ki izvirajo iz planetov)..

Kopičenje CO₂

Velika vulkanska aktivnost na planetu je začela sproščati različne pline v ozračje, kot je N₂, CO₂ in H₂O. Ogljikov dioksid se je začel kopičiti, od karbonacije (proces fiksacije CO)₂ v obliki karbonatov) redko.

Dejavniki, ki vplivajo na fiksacijo CO₂ v tem času so bile dežja zelo nizke intenzivnosti in zelo omejeno celinsko območje.

Izvor življenja, kopičenje metana (CH₄) in zmanjšanje CO₂

Prva živa bitja, ki so se pojavila na planetu, so uporabili CO₂ in H₂ za dihanje. Ti prvi organizmi so bili anaerobni in metanolni (proizvedli so veliko količino metana)..

Metan se je kopičil v atmosferskem zraku, ker je bil njegov razpad zelo počasen. S fotolizo se razgradi in v atmosferi, ki je skoraj brez kisika, lahko ta proces traja do 10.000 let.

Po nekaterih geoloških zapisih se je pred približno 3.500 milijoni let zmanjšal CO₂ v ozračju, kar je povezano s tem, da je CH bogati zrak₄ okrepila deževje, kar je prispevalo k karbonaciji.

Veliki oksidacijski dogodek (kopičenje O₂)

Šteje se, da je pred približno 2400 milijoni let količina O₂ na planetu je dosegel pomembne ravni v atmosferskem zraku. Kopičenje tega elementa je povezano s pojavom fotosintetičnih organizmov.

Fotosinteza je proces, ki omogoča, da se organske molekule sintetizirajo iz drugih anorganskih molekul v prisotnosti svetlobe. Med njegovo pojavitvijo se sprosti O₂ kot sekundarni proizvod.

Visoka fotosintetična stopnja cianobakterij (prvi fotosintetični organizmi) je spreminjala sestavo atmosferskega zraka. Velike količine O₂ ki so bili sproščeni, se je v atmosfero vrnilo bolj in bolj oksidativno.

Te visoke ravni O₂ vplivala na kopičenje CH₄, ker je pospešila postopek fotolize te spojine. Z drastičnim zmanjševanjem metana v ozračju se je temperatura planeta zmanjšala in sledila je ledena doba..

Drug pomemben učinek kopičenja O₂ na planetu je nastala ozonska plast. O₂ atmosferski disociira z učinkom svetlobe in tvori dva delca atomskega kisika.

Atomski kisik se rekombinira z O₂ molekularno in tvori O₃ (ozon). Ozonski plašč tvori zaščitno oviro proti ultravijoličnemu sevanju, ki omogoča razvoj življenja na zemeljski površini.

Atmosferski dušik in njegova vloga v izvoru življenja

Dušik je bistveni sestavni del živih organizmov, saj je potreben za tvorbo beljakovin in nukleinskih kislin. Vendar pa je N₂ večina organizmov ne more neposredno uporabljati atmosfere.

Pritrditev dušika je lahko biotična ali abiotična. Sestavljen je iz kombinacije N₂ z O₂ ali H₂ za tvorbo amoniaka, nitratov ali nitritov.

Vsebina N₂ v atmosferskem zraku so ostali bolj ali manj konstantni v zemeljski atmosferi. V času akumulacije CO₂, N fiksacija₂ V osnovi je bil abiotski, z nastankom dušikovega oksida, ki je nastal s fotokemično disociacijo molekul H.₂O in CO₂ ki so bili vir O₂.

Ko je prišlo do zmanjšanja ravni CO₂ v ozračju se je hitrost tvorbe dušikovega oksida močno zmanjšala. Šteje se, da so v tem času nastale prve biotske poti fiksacije N₂.

Sestava trenutnega atmosferskega zraka

Zračni zrak nastane z mešanico plinov in drugih precej zapletenih elementov. Na njegovo sestavo vpliva predvsem višina.

Homosphere

Ugotovili smo, da je kemijska sestava suhega atmosferskega zraka na morski gladini dokaj konstantna. Dušik in kisik tvorita približno 99% mase in volumna homosfere.

Atmosferski dušik (N₂) je 78%, kisik pa 21% zraka. Naslednji najpogostejši element atmosferskega zraka je argon (Ar), ki zavzema manj kot 1% skupne prostornine..

Obstajajo tudi drugi elementi, ki so zelo pomembni, tudi če so v majhnih razmerjih. Ogljikov dioksid (CO₂) je prisoten v razmerju 0,035%, vodna para pa se lahko giblje med 1 in 4%, odvisno od regije.

Ozon (O₃) je v deležu 0,003%, vendar predstavlja bistveno oviro za zaščito živih bitij. Tudi v tem istem razmerju najdemo več plemenitih plinov, kot so neon (Ne), kripton (Kr) in ksenon (Xe)..

Poleg tega je prisoten vodik (H₂), dušikove okside in metan (CH₄) v zelo majhnih količinah.

Drugi element, ki je del sestave atmosferskega zraka, je tekoča voda, ki je v oblaku. Prav tako najdemo trdne elemente, kot so spore, cvetni prah, pepel, soli, mikroorganizmi in majhni ledeni kristali..

Heterosfera

Na tej ravni nadmorska višina določa vrsto plina, ki prevladuje v atmosferskem zraku. Vsi plini so lahki (nizka molekulska masa) in so organizirani v štirih različnih slojih.

Ocenjuje se, da se s povečevanjem višine plini, ki so najbolj obilni, imajo manjšo atomsko maso.

Med 100 in 200 km nadmorske višine je veliko molekularnega dušika (N₂). Masa te molekule je 28,013 g / mol.

Drugi sloj heterosfere je prilagojen atomski O in se nahaja med 200 in 1000 km na ravni morja. Atomska O ima maso 15,999 in je manj težka kot N₂.

Kasneje smo našli višino helija med 1000 in 3500 km. Helij ima atomsko maso 4,00226.

Zadnji sloj heterosfere je sestavljen iz atomskega vodika (H). Ta plin je najlažji v periodnem sistemu, z atomsko maso 1,007.

Reference

1. Katz M (2011) Materiali in surovine, zrak. Didaktični vodič Poglavje 2. Nacionalni inštitut za tehnološko izobraževanje, Ministrstvo za šolstvo. Buenos Aires Argentina 75 str
2. Menihi PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Sprememba sestave atmosfere - globalna in regionalna kakovost zraka. Atmosfersko okolje 43: 5268-5350.
3. Pla-García J in C Menor-Salván (2017) Kemična sestava primitivnega ozračja planeta Zemlja. Quim 113: 16-26.
4. Rohli R in Vega A (2015) Klimatologija. Tretja izdaja. Jones in Bartlett Learning. New York, ZDA. 451 str.
5. Saha K (2011) Atmosfera Zemlje, njena fizika in dinamika. Springer-Verlag. Berlin, Nemčija.367 str.