Zloženie atmosférického vzduchu a znečisťujúcich látok

zloženie atmosférického vzduchu alebo atmosféra je definovaná podielom rôznych plynov v nej obsiahnutých, ktoré boli v neustálom kolísaní v celej histórii Zeme. Atmosféra planéty vo formácii obsahovala hlavne H₂ a iné plyny ako CO₂ a H₂O. Pred približne 4 400 miliónmi rokov bolo zloženie atmosférického vzduchu obohatené hlavne o CO₂.

S výskytom života na Zemi došlo k akumulácii metánu (CH₄) v atmosfére, pretože prvé organizmy boli metanogény. Neskôr sa objavili fotosyntetické organizmy, ktoré obohatili atmosférický vzduch O₂.

Zloženie atmosférického vzduchu možno dnes rozdeliť na dve veľké vrstvy, diferencované podľa ich chemického zloženia; homosphere a heterosphere.

Homosphere sa nachádza od 80 do 100 km nad morom a skladá sa hlavne z dusíka (78%), kyslíka (21%), argónu (menej ako 1%), oxidu uhličitého, ozónu, hélia, vodíka a metánu. , medzi inými prvkami prítomnými vo veľmi malých pomeroch.

Heterosfera je tvorená plynmi s nízkou molekulovou hmotnosťou a nachádza sa nad 100 km nadmorskej výšky. Prvá vrstva predstavuje N₂ molekulárne, druhé atómové O, tretie hélium a posledné je tvorené atómovým vodíkom (H).

index

• 1 História
  • 1.1 Staroveké Grécko
  • 1.2 Objavenie zloženia atmosférického vzduchu
• 2 Charakteristiky
  • 2.1 Pôvod
  • 2.2 Štruktúra
• 3 Zloženie primitívneho atmosférického vzduchu
  • 3.1 Akumulácia CO2
  • 3.2 Pôvod života, akumulácia metánu (CH4) a zníženie CO2
  • 3.3 Veľká oxidačná udalosť (akumulácia O2)
  • 3.4 Atmosférický dusík a jeho úloha v pôvode života
• 4 Zloženie súčasného atmosférického vzduchu
  • 4.1 Homosphere
  • 4.2 Heterosféra
• 5 Referencie

histórie

Štúdie o atmosférickom vzduchu začali pred tisíckami rokov. V okamihu, keď primitívne civilizácie objavili oheň, začali mať predstavu o existencii vzduchu.

Staroveké Grécko

Počas tohto obdobia začali analyzovať, čo je vzduch a akú funkciu plní. Napríklad Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C.) usúdili, že vzduch je základom života, pretože živé bytosti boli kŕmené týmto prvkom.

Na druhej strane, Empédocles de Acragas (495 a.C.-435 a.C.) usúdili, že existujú štyri základné prvky pre život: voda, zem, oheň a vzduch..

Aristoteles (384 a.C.-322 a.C.) tiež považoval vzduch za jeden zo základných prvkov živých bytostí..

Objavenie zloženia atmosférického vzduchu

V roku 1773 švédsky chemik Carl Scheele zistil, že vzduch je zložený z dusíka a kyslíka (vyvretý vzduch). Neskôr, v roku 1774 britský Joseph Priestley zistil, že vzduch sa skladá zo zmesi prvkov a že jeden z nich je nevyhnutný pre život..

V roku 1776 francúzsky Antoine Lavoisier nazval kyslík prvkom, ktorý izoloval z tepelného rozkladu oxidu ortuťnatého.

V roku 1804 analyzoval prírodovedec Alexander von Humboldt a francúzsky chemik Gay-Lussac vzduch prichádzajúci z rôznych častí planéty. Vedci zistili, že atmosférický vzduch má konštantné zloženie.

Až na konci devätnásteho a začiatku dvadsiateho storočia, keď boli objavené ďalšie plyny, ktoré sú súčasťou atmosférického vzduchu. Medzi nimi máme argón v roku 1894, potom hélium v ​​roku 1895 a ďalšie plyny (neón, argón a xenón) v roku 1898.

rysy

Atmosférický vzduch je tiež známy ako atmosféra a je zmesou plynov, ktoré pokrývajú planétu Zem.

zdroj

O pôvode zemskej atmosféry je málo známe. Predpokladá sa, že po jeho oddelení od Slnka bola planéta obklopená obálkou veľmi horúcich plynov.

Tieto plyny boli pravdepodobne redukovateľné a pochádzajúce zo Slnka, zložené hlavne z H₂. Iné plyny boli pravdepodobne CO₂ a H₂Alebo emitované intenzívnou sopečnou činnosťou.

Navrhuje sa, aby časť prítomných plynov bola ochladená, kondenzovaná a dala vzniknúť oceánom. Ostatné plyny zostali v atmosfére a iné boli uložené v skalách.

štruktúra

Atmosféru tvoria rôzne koncentrické vrstvy oddelené prechodovými zónami. Horná hranica tejto vrstvy nie je jasne definovaná a niektorí autori ju umiestnia nad 10 000 km nad morom.

Príťažlivosť gravitačnej sily a spôsob, akým sa plyn stlačí, ovplyvňuje jeho rozloženie na zemskom povrchu. Najväčšia časť jeho celkovej hmotnosti (približne 99%) sa teda nachádza v prvých 40 km nad morom.

Rôzne úrovne alebo vrstvy atmosférického vzduchu majú rozdielne chemické zloženie a kolísanie teploty. Podľa jej vertikálneho usporiadania, od najbližšieho k najvzdialenejšiemu od zemského povrchu, sú známe nasledujúce vrstvy: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra.

S ohľadom na chemické zloženie atmosférického vzduchu sú definované dve vrstvy: homosféra a heterosféra.

homosphere

Nachádza sa v prvej 80-100 km nad morom a jeho zloženie plynov vo vzduchu je homogénne. V tomto sú umiestnené troposféry, stratosféry a mezosféry.

heterosphere

Je prítomná nad 100 km a je charakterizovaná tým, že zloženie plynov prítomných vo vzduchu je variabilné. Zhoduje sa s termosférou. Zloženie plynov sa mení v rôznych výškach.

Zloženie primitívneho atmosférického vzduchu

Po vytvorení Zeme, približne pred 4,500 miliónmi rokov, sa začali hromadiť plyny, ktoré tvorili atmosférický vzduch. Plyny prichádzali hlavne z plášťa Zeme, ako aj z dopadu planétami (agregáty hmoty, ktoré vznikli na planétach).

Akumulácia CO₂

Veľká sopečná činnosť na planéte začala uvoľňovať do atmosféry rôzne plyny, ako napríklad N₂, CO₂ a H₂O. Oxid uhličitý sa začal hromadiť, pretože karbonatácia (proces fixácie CO)₂ atmosféra vo forme uhličitanov) bola vzácna.

Faktory, ktoré ovplyvnili fixáciu CO₂ v tejto dobe boli dažde s veľmi nízkou intenzitou a veľmi zníženou kontinentálnou oblasťou.

Pôvod života, akumulácia metánu (CH₄) a zníženie CO₂

Prvé živé bytosti, ktoré sa objavili na planéte, používali CO₂ a H₂ vykonávať dýchanie. Tieto prvé organizmy boli anaeróbne a metanogénne (produkovali veľké množstvo metánu).

Metán sa hromadil v atmosférickom vzduchu, pretože jeho rozklad bol veľmi pomalý. Rozkladá sa fotolýzou a v atmosfére takmer bez kyslíka môže tento proces trvať až 10 000 rokov.

Podľa niektorých geologických záznamov asi pred 3500 miliónmi rokov došlo k poklesu CO₂ v atmosfére, ktorá bola spojená s týmto vzduchom bohatým na CH₄ zintenzívnili dažde, čo napomohlo karbonatácii.

Veľká oxidačná udalosť (akumulácia O₂)

Predpokladá sa, že asi pred 2400 miliónmi rokov množstvo O₂ na planéte dosiahol dôležité úrovne atmosférického vzduchu. Akumulácia tohto prvku je spojená s výskytom fotosyntetických organizmov.

Fotosyntéza je proces, ktorý umožňuje, aby sa organické molekuly syntetizovali z iných anorganických molekúl v prítomnosti svetla. Počas jeho výskytu sa O uvoľní₂ ako sekundárny produkt.

Vysoká rýchlosť fotosyntézy vyvolaná cyanobaktériami (prvé fotosyntetické organizmy) zmenila zloženie atmosférického vzduchu. Veľké množstvo O₂ ktoré boli prepustené, vrátili sa do atmosféry viac a viac oxidujúce.

Tieto vysoké úrovne O₂ ovplyvnil akumuláciu CH₄, pretože urýchľuje proces fotolýzy tejto zlúčeniny. Drastickou redukciou metánu v atmosfére sa teplota planéty znížila a nastala doba ľadová..

Ďalší dôležitý účinok akumulácie O₂ na planéte to bola tvorba ozónovej vrstvy. O₂ atmosférické disociácie účinkom svetla a tvoria dve častice atómového kyslíka.

Atómový kyslík sa rekombinuje s O₂ molekulu a tvorí O₃ (Ozone). Ozónová vrstva vytvára ochrannú bariéru proti ultrafialovému žiareniu, ktorá umožňuje rozvoj života na zemskom povrchu.

Atmosferický dusík a jeho úloha v pôvode života

Dusík je nevyhnutnou zložkou živých organizmov, pretože je nevyhnutný na tvorbu proteínov a nukleových kyselín. Avšak N₂ atmosferické nie je možné použiť priamo u väčšiny organizmov.

Fixácia dusíka môže byť biotická alebo abiotická. Pozostáva z kombinácie N₂ s O₂ alebo H₂ za vzniku amoniaku, dusičnanov alebo dusitanov.

Obsah N₂ v atmosférickom vzduchu zostali v zemskej atmosfére viac-menej konštantné. Počas doby akumulácie CO₂, N fixácia₂ Bolo to v podstate abiotické, tvorbou oxidov dusíka, vytvorených fotochemickou disociáciou molekúl H.₂O a CO₂ ktoré boli zdrojom O₂.

Keď došlo k poklesu hladiny CO₂ v atmosfére sa drasticky znížila rýchlosť tvorby oxidov dusíka. Predpokladá sa, že počas tejto doby vznikli prvé biotické cesty fixácie N₂.

Zloženie súčasného atmosférického vzduchu

Atmosférický vzduch je tvorený zmesou plynov a ďalších celkom zložitých prvkov. Jeho zloženie je ovplyvnené najmä nadmorskou výškou.

homosphere

Bolo zistené, že chemické zloženie suchého atmosférického vzduchu na hladine mora je pomerne konštantné. Dusík a kyslík tvoria približne 99% hmotnosti a objemu homosféry.

Atmosférický dusík (N₂) je v pomere 78%, zatiaľ čo kyslík tvorí 21% vzduchu. Ďalším najhojnejším prvkom atmosférického vzduchu je argón (Ar), ktorý zaberá menej ako 1% celkového objemu..

Existujú aj ďalšie prvky, ktoré sú veľmi dôležité, aj keď sú v malých rozmeroch. Oxid uhličitý (CO₂) je prítomný v pomere 0,035% a vodná para sa môže pohybovať medzi 1 a 4%, v závislosti od oblasti.

Ozón (O₃) sa nachádza v pomere 0,003%, ale predstavuje základnú bariéru na ochranu živých bytostí. Aj v tomto rovnakom pomere nájdeme niekoľko ušľachtilých plynov ako neón, kryptón a xenón (Xe)..

Okrem toho existuje prítomnosť vodíka (H₂), oxidov dusíka a metánu (CH₄) vo veľmi malých množstvách.

Ďalším prvkom, ktorý je súčasťou zloženia atmosférického vzduchu, je kvapalná voda obsiahnutá v oblakoch. Podobne nájdeme tuhé prvky, ako sú spóry, peľ, popol, soli, mikroorganizmy a malé ľadové kryštály..

heterosphere

Na tejto úrovni nadmorská výška určuje typ plynu prevládajúceho v atmosférickom vzduchu. Všetky plyny sú ľahké (nízka molekulová hmotnosť) a sú usporiadané do štyroch rôznych vrstiev.

Je zrejmé, že s rastúcou výškou majú najhojnejšie plyny nižšiu atómovú hmotnosť.

V nadmorskej výške 100 až 200 km je väčší počet molekulárneho dusíka (N₂). Hmotnosť tejto molekuly je 28,013 g / mol.

Druhá vrstva heterosfery je prispôsobená atómom O a nachádza sa medzi 200 a 1000 km na úrovni mora. Atómový atóm O má hmotnosť 15,999, je menej ťažký ako atóm dusíka₂.

Neskôr sme našli vrstvu hélia medzi 1000 a 3500 km. Hélium má atómovú hmotnosť 4,00226.

Poslednú vrstvu heterosféry tvorí atómový vodík (H). Tento plyn je najľahší v periodickej tabuľke s atómovou hmotnosťou 1,007.

referencie

1. Katz M (2011) Materiály a suroviny, vzduch. Didaktická príručka Kapitola 2. Národný inštitút technologického vzdelávania, Ministerstvo školstva. Buenos Aires Argentína. 75 pp
2. Mnísi PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Zmeny v zložení atmosféry - globálna a regionálna kvalita ovzdušia. Atmosférické prostredie 43: 5268-5350.
3. Pla-García J a C Menor-Salván (2017) Chemické zloženie primitívnej atmosféry planéty Zem. Quim 113: 16-26.
4. Rohli R a Vega A (2015) Klimatológia. Tretie vydanie. Jones a Bartlett Learning. New York, USA. 451 pp.
5. Saha K (2011) Atmosféra Zeme, jej fyzika a dynamika. Springer-Verlag. Berlín, Nemecko.367 s.