Σύνθεση ατμοσφαιρικού αέρα και ρύπων



Το σύνθεση ατμοσφαιρικού αέρα ή η ατμόσφαιρα ορίζεται από την αναλογία των διαφόρων αερίων που περιέχονται σ 'αυτήν, τα οποία βρίσκονται σε συνεχή διακύμανση σε όλη την ιστορία της Γης. Η ατμόσφαιρα του σχηματισμού του πλανήτη περιελάμβανε κυρίως το Η2 και άλλα αέρια όπως το CO2 και Η2O. Περίπου 4.400 εκατομμύρια χρόνια πριν, η ατμοσφαιρική σύνθεση αέρα εμπλουτίστηκε κυρίως από CO2.

Με την εμφάνιση της ζωής στη Γη, συνέβη μια συσσώρευση μεθανίου (CH4) στην ατμόσφαιρα, δεδομένου ότι οι πρώτοι οργανισμοί ήταν μεθανιογενείς. Αργότερα, εμφανίστηκαν οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, οι οποίοι εμπλούτισαν τον ατμοσφαιρικό αέρα του Ο2.

Η σύνθεση του ατμοσφαιρικού αέρα σήμερα μπορεί να χωριστεί σε δύο μεγάλα στρώματα, διαφοροποιημένα στη χημική τους σύνθεση. την ομόσφαιρα και την ετεροσφαίρα.

Το homosphere βρίσκεται από 80 στα 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και αποτελείται κυρίως από άζωτο (78%), οξυγόνο (21%), αργόν (λιγότερο από 1%), διοξείδιο του άνθρακα, το όζον, το ήλιο, υδρογόνο και μεθάνιο , μεταξύ άλλων στοιχείων που υπάρχουν σε πολύ μικρές αναλογίες.

Η ετερόσφαιρα αποτελείται από αέρια χαμηλού μοριακού βάρους και βρίσκεται πάνω από 100 χιλιόμετρα υψομέτρου. Το πρώτο στρώμα παρουσιάζει N2 το δεύτερο ατομικό Ο, το τρίτο ήλιο και το τελευταίο σχηματίζεται από ατομικό υδρογόνο (Η).

Ευρετήριο

  • 1 Ιστορία
    • 1.1 Αρχαία Ελλάδα
    • 1.2 Ανακάλυψη της σύνθεσης του ατμοσφαιρικού αέρα
  • 2 Χαρακτηριστικά
    • 2.1 Προέλευση
    • 2.2 Δομή
  • 3 Σύνθεση πρωτόγονου ατμοσφαιρικού αέρα
    • 3.1 Συσσώρευση CO2
    • 3.2 Προέλευση της ζωής, συσσώρευση μεθανίου (CH4) και μείωση του CO2
    • 3.3 Μεγάλο οξειδωτικό γεγονός (συσσώρευση Ο2)
    • 3.4 Ατμοσφαιρικό άζωτο και ο ρόλος του στην αρχή της ζωής
  • 4 Σύνθεση ατμοσφαιρικού αέρα
    • 4.1 Ομόσφαιρα
    • 4.2 Heterosphere
  • 5 Αναφορές

Ιστορία

Μελέτες για τον ατμοσφαιρικό αέρα άρχισαν χιλιάδες χρόνια πριν. Την στιγμή που οι πρωτόγονοι πολιτισμοί ανακάλυψαν φωτιά, άρχισαν να έχουν μια ιδέα για την ύπαρξη του αέρα.

Αρχαία Ελλάδα

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου άρχισαν να αναλύουν τι είναι ο αέρας και ποια λειτουργία εκπληρώνει. Για παράδειγμα, η Αναξιμέδης ντε Μιλέτο (588 α.Χ.-524 α.Χ.) θεώρησε ότι ο αέρας ήταν θεμελιώδης για τη ζωή, αφού τα ζωντανά όντα τράφηκαν από αυτό το στοιχείο.

Από την άλλη πλευρά, ο Empédocles de Acragas (495 α.C.-435 α.Χ.) θεώρησε ότι υπήρχαν τέσσερα θεμελιώδη στοιχεία για τη ζωή: το νερό, τη γη, τη φωτιά και τον αέρα..

Ο Αριστοτέλης (384 α.Χ.-322 α.Χ.) θεώρησε επίσης ότι ο αέρας ήταν ένα από τα βασικά στοιχεία για τα ζωντανά όντα.

Ανακάλυψη της σύνθεσης ατμοσφαιρικού αέρα

Το 1773 ο σουηδός χημικός Carl Scheele ανακάλυψε ότι ο αέρας αποτελούταν από άζωτο και οξυγόνο (πυρωμένος αέρας). Αργότερα, το 1774 ο Βρετανός Joseph Priestley διαπίστωσε ότι ο αέρας αποτελείται από ένα μείγμα στοιχείων και ότι ένα από αυτά ήταν απαραίτητο για τη ζωή.

Το 1776 ο Γάλλος Antoine Lavoisier ονομάζεται οξυγόνο το στοιχείο που απομονώθηκε από τη θερμική αποσύνθεση του οξειδίου του υδραργύρου.

Το 1804, ο φυσιοδίφης Αλέξανδρος von Humboldt και ο γάλλος χημικός Gay-Lussac ανέλυαν τον αέρα που προέρχεται από διάφορα μέρη του πλανήτη. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας έχει σταθερή σύνθεση.

Δεν ήταν μέχρι τα τέλη του 19ου και τις αρχές του εικοστού αιώνα, όταν ανακαλύφθηκαν τα άλλα αέρια που αποτελούν μέρος του ατμοσφαιρικού αέρα. Μεταξύ αυτών έχουμε το αργόν το 1894, στη συνέχεια το ήλιο το 1895 και άλλα αέρια (νέον, αργόν και ξένον) το 1898.

Χαρακτηριστικά

Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι επίσης γνωστός ως ατμόσφαιρα και είναι ένα μείγμα αερίων που καλύπτουν τον πλανήτη Γη.

Προέλευση

Λίγα είναι γνωστά για την προέλευση της γήινης ατμόσφαιρας. Θεωρείται ότι μετά το διαχωρισμό του από τον ήλιο, ο πλανήτης περιβάλλεται από ένα φάκελο από πολύ καυτά αέρια.

Αυτά τα αέρια ήταν πιθανώς αναγώγιμα και προέρχονταν από τον Ήλιο, αποτελούμενο κυρίως από Η2. Άλλα αέρια ήταν πιθανώς CO2 και Η2Ή εκπέμπεται από έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Προτείνεται ότι ένα μέρος των αερίων που υπάρχουν ψύχεται, συμπυκνώνεται και δημιουργεί τους ωκεανούς. Τα άλλα αέρια παρέμεναν σχηματίζοντας την ατμόσφαιρα και άλλα φυλάσσονταν σε βράχους.

Δομή

Η ατμόσφαιρα σχηματίζεται από διαφορετικές ομόκεντρες στιβάδες που χωρίζονται από ζώνες μετάβασης. Το ανώτερο όριο αυτού του στρώματος δεν είναι σαφώς καθορισμένο και ορισμένοι συγγραφείς το τοποθετούν πάνω από 10.000 χιλιόμετρα πάνω από τη στάθμη της θάλασσας.

Η έλξη της δύναμης της βαρύτητας και ο τρόπος με τον οποίο συμπιέζεται το αέριο επηρεάζει τη διανομή της στην επιφάνεια της γης. Έτσι, το μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής μάζας (περίπου 99%) βρίσκεται στα πρώτα 40 χλμ. Πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Τα διαφορετικά επίπεδα ή στρώματα ατμοσφαιρικού αέρα έχουν διαφορετική χημική σύνθεση και διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Σύμφωνα με την κατακόρυφη διάταξη του, από το πλησιέστερο έως το πλέον απομακρυσμένο από την επιφάνεια της γης, είναι γνωστά τα εξής στρώματα: η τροπόσφαιρα, η στρατόσφαιρα, η μεσοσφαιρία, η θερμοσφαιρία και η εξάσφαιρα.

Όσον αφορά τη χημική σύνθεση του ατμοσφαιρικού αέρα, ορίζονται δύο στρώματα: η ομόσφαιρα και η ετεροσφαίρα.

Ομόσφαιρα

Βρίσκεται στα πρώτα 80-100 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και η σύνθεση των αερίων στον αέρα είναι ομοιογενής. Σε αυτό βρίσκονται η τροπόσφαιρα, η στρατόσφαιρα και η μεσόσφαιρα.

Heterosphere

Είναι παρούσα πάνω από 100 km και χαρακτηρίζεται επειδή η σύνθεση των αερίων που υπάρχουν στον αέρα είναι μεταβλητή. Συμφωνεί με τη θερμοσφαίρα. Η σύνθεση των αερίων ποικίλλει σε διαφορετικά ύψη.

Σύνθεση πρωτόγονου ατμοσφαιρικού αέρα

Μετά το σχηματισμό της Γης, περίπου 4.500 εκατομμύρια χρόνια πριν, άρχισαν να συσσωρεύονται αέρια που σχημάτιζαν τον ατμοσφαιρικό αέρα. Τα αέρια προήλθαν κυρίως από το μανδύα της γης, καθώς και από την πρόσκρουση με planetesimals (αδρανή υλικών που προήλθαν από τους πλανήτες).

Συσσώρευση CO2

Η μεγάλη ηφαιστειακή δραστηριότητα στον πλανήτη άρχισε να απελευθερώνει διάφορα αέρια στην ατμόσφαιρα, όπως η Ν2, CO2 και Η2Το διοξείδιο του άνθρακα άρχισε να συσσωρεύεται, δεδομένου ότι η ενανθράκωση (διαδικασία σταθεροποίησης CO)2 ατμοσφαιρική με τη μορφή ανθρακικών αλάτων) ήταν σπάνια.

Οι παράγοντες που επηρέασαν τη σταθεροποίηση του CO2 αυτή τη στιγμή ήταν οι βροχές πολύ χαμηλής έντασης και πολύ μειωμένη ηπειρωτική περιοχή.

Προέλευση της ζωής, συσσώρευση μεθανίου (CH4) και μείωση του CO2

Τα πρώτα ζωντανά όντα που εμφανίστηκαν στον πλανήτη χρησιμοποίησαν το CO2 και Η2 για να εκτελέσετε αναπνοή. Αυτοί οι πρώτοι οργανισμοί ήταν αναερόβιοι και μεθανογενικοί (παρήγαγαν μεγάλη ποσότητα μεθανίου).

Το μεθάνιο συσσωρεύτηκε στον ατμοσφαιρικό αέρα, επειδή η αποσύνθεσή του ήταν πολύ αργή. Αποικοδομείται με φωτόλυση και σε μια ατμόσφαιρα σχεδόν απαλλαγμένη από οξυγόνο, η διαδικασία αυτή μπορεί να διαρκέσει έως και 10.000 χρόνια.

Σύμφωνα με ορισμένα γεωλογικά αρχεία, πριν από 3.500 εκατομμύρια χρόνια σημειώθηκε μείωση του CO2 στην ατμόσφαιρα, η οποία έχει συσχετιστεί με αυτόν τον πλούσιο αέρα CH4 εντείνει τις βροχές, ευνοώντας την ενανθράκωση.

Μεγάλο οξειδωτικό γεγονός (συσσώρευση Ο2)

Θεωρείται ότι περίπου 2.400 εκατομμύρια χρόνια πριν το ποσό του Ο2 στον πλανήτη έφτασε σε σημαντικά επίπεδα στον ατμοσφαιρικό αέρα. Η συσσώρευση αυτού του στοιχείου συνδέεται με την εμφάνιση φωτοσυνθετικών οργανισμών.

Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που επιτρέπει τα οργανικά μόρια να συντίθενται από άλλα ανόργανα μόρια παρουσία φωτός. Κατά την εμφάνισή του, απελευθερώνεται το Ο2 ως δευτερεύον προϊόν.

Ο υψηλός ρυθμός φωτοσύνθεσης που παράγεται από τα κυανοβακτήρια (πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί) αλλάζει τη σύνθεση του ατμοσφαιρικού αέρα. Μεγάλες ποσότητες Ο2 που απελευθερώθηκαν, επέστρεψαν στην ατμόσφαιρα όλο και περισσότερο οξειδωτικά.

Αυτά τα υψηλά επίπεδα του Ο2 επηρέασε τη συσσώρευση του CH4, δεδομένου ότι επιτάχυνε τη διαδικασία φωτολύσεως αυτής της ένωσης. Με τη δραστική μείωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία του πλανήτη μειώθηκε και ακολούθησε μια εποχή πάγου..

Μια άλλη σημαντική επίδραση της συσσώρευσης του Ο2 στον πλανήτη, ήταν ο σχηματισμός της στιβάδας του όζοντος. Το Ο2 ατμοσφαιρικό διαχωρίζεται από την επίδραση του φωτός και σχηματίζει δύο σωματίδια ατομικού οξυγόνου.

Το ατομικό οξυγόνο ανασυνδυάζεται με το Ο2 μοριακό και σχηματίζει το Ο3 (όζον). Η στιβάδα του όζοντος αποτελεί ένα προστατευτικό φράγμα κατά της υπεριώδους ακτινοβολίας, επιτρέποντας την ανάπτυξη της ζωής στην επιφάνεια της γης.

Το ατμοσφαιρικό άζωτο και ο ρόλος της στην αρχή της ζωής

Το άζωτο είναι ένα βασικό συστατικό των ζωντανών οργανισμών, δεδομένου ότι είναι απαραίτητο για το σχηματισμό πρωτεϊνών και νουκλεϊνικών οξέων. Ωστόσο, το N2 η ατμοσφαιρική δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα από τους περισσότερους οργανισμούς.

Η σταθεροποίηση του αζώτου μπορεί να είναι βιοτική ή αβιοτική. Αποτελείται από το συνδυασμό Ν2 με Ο2 ή Η2 για τον σχηματισμό αμμωνίας, νιτρικών ή νιτρωδών.

Τα περιεχόμενα του Ν2 σε ατμοσφαιρικό αέρα έχουν παραμείνει λίγο πολύ σταθερές στην ατμόσφαιρα της Γης. Κατά τη διάρκεια της συσσώρευσης CO2, N στερέωση2 Ήταν ουσιαστικά αβιοτικό, με σχηματισμό οξειδίου του αζώτου, που σχηματίζεται από τη φωτοχημική διάσταση των μορίων Η.2O και CO2 που ήταν η πηγή του Ο2.

Όταν σημειώθηκε μείωση στα επίπεδα του CO2 στην ατμόσφαιρα, οι ρυθμοί σχηματισμού οξειδίου του αζώτου μειώθηκαν δραστικά. Θεωρείται ότι κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου προέκυψαν οι πρώτες βιοτικές οδοί σταθεροποίησης του Ν2.

Σύνθεση ατμοσφαιρικού αέρα

Ο ατμοσφαιρικός αέρας σχηματίζεται από ένα μείγμα αερίων και άλλα πολύ περίπλοκα στοιχεία. Η σύνθεσή του επηρεάζεται κυρίως από το υψόμετρο.

Ομόσφαιρα

Έχει προσδιοριστεί ότι η χημική σύνθεση του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα στο επίπεδο της θάλασσας είναι αρκετά σταθερή. Το άζωτο και το οξυγόνο αποτελούν περίπου το 99% της μάζας και του όγκου της ομόσφαιρας.

Το ατμοσφαιρικό άζωτο (N2) ανέρχεται σε ποσοστό 78%, ενώ το οξυγόνο αποτελεί το 21% του αέρα. Το επόμενο πιο άφθονο στοιχείο ατμοσφαιρικού αέρα είναι το αργόν (Ar), το οποίο καταλαμβάνει λιγότερο από το 1% του συνολικού όγκου.

Υπάρχουν άλλα στοιχεία που έχουν μεγάλη σημασία, ακόμη και όταν είναι σε μικρές αναλογίες. Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι παρούσα σε ποσοστό 0,035% και ο υδρατμός μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 1 και 4%, ανάλογα με την περιοχή.

Όζον (Ο3) βρίσκεται σε ποσοστό 0,003%, αλλά αποτελεί βασικό εμπόδιο για την προστασία των ζώντων όντων. Επίσης στην ίδια αυτή αναλογία βρίσκουμε αρκετά ευγενή αέρια όπως το νέον (Ne), το krypton (Kr) και το xenon (Xe).

Επιπλέον, υπάρχει παρουσία υδρογόνου (H2), οξείδια του αζώτου και μεθάνιο (CH4) σε πολύ μικρές ποσότητες.

Ένα άλλο στοιχείο που αποτελεί μέρος της σύνθεσης του ατμοσφαιρικού αέρα είναι το υγρό νερό που περιέχεται στα σύννεφα. Ομοίως, βρίσκουμε στερεά στοιχεία όπως σπόρια, γύρη, τέφρα, άλατα, μικροοργανισμούς και μικρούς κρυστάλλους πάγου..

Heterosphere

Σε αυτό το επίπεδο, το υψόμετρο καθορίζει τον τύπο αερίου που κυριαρχεί στον ατμοσφαιρικό αέρα. Όλα τα αέρια είναι ελαφριά (χαμηλού μοριακού βάρους) και οργανώνονται σε τέσσερα διαφορετικά στρώματα.

Εκτιμάται ότι καθώς αυξάνεται το ύψος, τα πλέον άφθονα αέρια έχουν χαμηλότερη ατομική μάζα.

Μεταξύ 100 και 200 ​​χλμ. Υψόμετρο, υπάρχει μεγαλύτερη αφθονία μοριακού αζώτου (N2). Το βάρος αυτού του μορίου είναι 28,013 g / mol.

Το δεύτερο στρώμα της ετερόσφαιρας είναι σύμφωνο με το ατομικό Ο και βρίσκεται μεταξύ 200 και 1000 χλμ. Στο επίπεδο της θάλασσας. Το ατομικό Ο έχει μάζα 15,999, που είναι λιγότερο βαρύ από το Ν2.

Αργότερα, βρήκαμε ένα στρώμα ηλίου μεταξύ 1000 και 3500 χιλιομέτρων. Το ήλιο έχει ατομική μάζα 4.00226.

Το τελευταίο στρώμα του ετεροσφαιρίου αποτελείται από ατομικό υδρογόνο (Η). Αυτό το αέριο είναι το ελαφρύτερο στον περιοδικό πίνακα, με ατομική μάζα 1.007.

Αναφορές

  1. Katz M (2011) Υλικά και πρώτες ύλες, Air. Διδακτικό Οδηγό Κεφάλαιο 2. Εθνικό Ινστιτούτο Τεχνολογικής Εκπαίδευσης, Υπουργείο Παιδείας. Μπουένος Άιρες Αργεντινή 75 σελ
  2. Οι μοναχοί PS, C Granier, S Fuzzi et αϊ. (2009) Αλλαγή της ατμοσφαιρικής σύνθεσης - παγκόσμια και περιφερειακή ποιότητα του αέρα. Ατμοσφαιρικό περιβάλλον 43: 5268-5350.
  3. Pla-García J και C Menor-Salván (2017) Η χημική σύνθεση της πρωτόγονης ατμόσφαιρας του πλανήτη Γη. Quim 113: 16-26.
  4. Rohli R και Vega Α (2015) Κλιματολογία. Τρίτη έκδοση. Jones και Bartlett Learning. Νέα Υόρκη, ΗΠΑ. 451 σελ.
  5. Saha K (2011) Η Ατμόσφαιρα της Γης, η φυσική και η δυναμική της. Springer-Verlag. Βερολίνο, Γερμανία.367 σελ.