COMPOZIȚIA AERULUI ATMOSFERIC ȘI A POLUANȚILOR - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Compoziția aerului atmosferic sau atmosfera este definită de proporția diferitelor gaze conținute în ea, care a fost în variație constantă de-a lungul istoriei Pământului. Atmosfera planetei formează conținută în principal H ₂ și alte gaze , cum ar fi CO ₂ și H ₂ O. Cam acum 4,4 miliarde de ani, compozitia aerului atmosferic a fost îmbogățit în principal cu CO ₂ .

Odată cu apariția vieții pe Pământ, o acumulare de metan (CH ₄ ) a avut loc în atmosferă, deoarece primele organisme au fost metanogene. Ulterior, organisme fotosintetice, care s-au îmbogățit aerul atmosferic cu O ₂ .

Vedere generală a atmosferei Pământului. Sursa: Reto Stöckli (suprafața terenului, ape puțin adânci, nori) Robert Simmon

Compoziția aerului atmosferic astăzi poate fi împărțită în două straturi mari, diferențiate în compoziția lor chimică; homosfera și heterosfera.

Homosfera este situată de la 80 la 100 km deasupra nivelului mării și este alcătuită în principal din azot (78%), oxigen (21%), argon (sub 1%), dioxid de carbon, ozon, heliu, hidrogen și metan , printre alte elemente prezente în proporții foarte mici.

Heterosfera este formată din gaze cu greutate moleculară mică și este situată la peste 100 km în altitudine. Primul strat are N ₂ molecular, al doilea O atomic, al treilea heliu și ultimul este format din hidrogen atomic (H).

Istorie

Studiile asupra aerului atmosferic au început în urmă cu mii de ani. În momentul în care civilizațiile primitive au descoperit focul, au început să aibă o noțiune despre existența aerului.

Grecia antică

În această perioadă, au început să analizeze ce este aerul și ce face. De exemplu, Anaxímades of Miletus (588 î.Hr. - 524 î.e.n.) a considerat că aerul era esențial pentru viață, deoarece ființele vii se hrăneau cu acest element.

La rândul său, Empedocles din Acragas (495 î.Hr. - 435 î.Hr.) a considerat că există patru elemente fundamentale pentru viață: apa, pământul, focul și aerul.

Aristotel (384 î.Hr.-322 î.Hr.) a considerat, de asemenea, aerul ca fiind unul dintre elementele esențiale pentru ființele vii.

Descoperirea compoziției aerului atmosferic

În 1773, chimistul suedez Carl Scheele a descoperit că aerul era format din azot și oxigen (aer igneu). Mai târziu, în 1774, britanicul Joseph Priestley a stabilit că aerul este format dintr-un amestec de elemente și că unul dintre acestea este esențial pentru viață.

În 1776, francezul Antoine Lavoisier a numit oxigen la elementul pe care l-a izolat de descompunerea termică a oxidului de mercur.

În 1804, naturalistul Alexander von Humboldt și chimistul francez Gay-Lussac au analizat aerul provenit din diferite părți ale planetei. Cercetătorii au stabilit că aerul atmosferic are o compoziție constantă.

Abia la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului XX, au fost descoperite celelalte gaze care fac parte din aerul atmosferic. Printre acestea avem argon în 1894, apoi heliu în 1895 și alte gaze (neon, argon și xenon) în 1898.

caracteristici

Atmosfera Pământului, pe fundal Luna. Sursa: NASA, prin Wikimedia Commons

Aerul atmosferic este cunoscut și sub denumirea de atmosferă și este un amestec de gaze care acoperă planeta Pământ.

Origine

Se știe puțin despre originea atmosferei Pământului. Se consideră că după separarea sa de soare, planeta a fost înconjurată de un plic de gaze foarte fierbinți.

Aceste gaze au fost , eventual , reducerea și venind de la Soare, compus în principal din H ₂ . Alte gaze au fost probabil CO ₂ și H ₂ O emise de activitatea vulcanică intensă.

Se sugerează că o parte din gazele prezente s-au răcit, s-au condensat și au dat naștere oceanelor. Celelalte gaze au rămas formând atmosfera, iar altele au fost depozitate în roci.

Structura

Atmosfera este formată din diferite straturi concentrice separate prin zone de tranziție. Limita superioară a acestui strat nu este clar definită, iar unii autori îl situează peste 10.000 km deasupra nivelului mării.

Atracția forței gravitației și modul în care sunt comprimate gazele influențează distribuția lor pe suprafața pământului. Astfel, cea mai mare proporție din masa sa totală (aproximativ 99%) este situată în primii 40 km deasupra nivelului mării.

Straturile atmosferei Sursa: Această imagine SVG a fost creată de Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69.Creditați acest lucru: William Crochot

Diferite niveluri sau straturi de aer atmosferic au compoziție chimică diferită și variații de temperatură. În conformitate cu dispunerea sa verticală, de la cea mai apropiată până la cea mai îndepărtată de suprafața Pământului, sunt cunoscute următoarele straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă și exosferă.

În raport cu compoziția chimică a aerului atmosferic, sunt definite două straturi: homosfera și heterosfera.

Homosphere

Acesta este situat în primii 80-100 km deasupra nivelului mării, iar compoziția sa a gazelor din aer este omogenă. În aceasta sunt localizate troposfera, stratosfera și mezosfera.

Heterosphere

Este prezent peste 100 km și se caracterizează prin compoziția gazelor prezente în aer este variabilă. Se potrivește cu termosfera. Compoziția gazelor variază la diferite înălțimi.

Compoziția aerului atmosferic primitiv

Discul planetesimal. Sursa: Public Domain, commons.wikimedia.org

După formarea Pământului, cu aproximativ 4.500 de milioane de ani în urmă, au început să se acumuleze gaze care au format aerul atmosferic. Gazele proveneau în principal din mantaua Pământului, precum și din impactul cu planeteimalele (agregate de materie care au generat planetele).

Acumularea de CO

Marea activitate vulcanică de pe planetă a început să elibereze diferite gaze în atmosferă, cum ar fi N ₂ , CO ₂ și H ₂ O. Dioxidul de carbon a început să se acumuleze, de la carbonizare (procesul de fixare a CO ₂ atmosferic sub formă carbonat) a fost rar.

Factorii care au afectat fixarea CO ₂ în acest moment au fost ploile de intensitate foarte mică și o zonă continentală foarte mică.

Originea vieții, acumularea metanului (CH)

Primele ființe vii care au apărut pe planetă au folosit CO ₂ și H ₂ pentru a efectua respirația. Aceste organisme timpurii au fost anaerobe și metanogene (au produs cantități mari de metan).

Metanul s-a acumulat în aerul atmosferic, deoarece descompunerea sa a fost foarte lentă. Se descompune prin fotoliză și într-o atmosferă aproape fără oxigen, acest proces poate dura până la 10.000 de ani.

Conform unor înregistrări geologice, în urmă cu aproximativ 3,5 miliarde de ani a existat o scădere a CO ₂ în atmosferă, ceea ce a fost asociat cu faptul că aerul bogat în CH _{4 a} intensificat ploile, favorizând carbonatarea.

Eveniment oxidativ mare (acumulare de O

Se consideră că în urmă cu aproximativ 2,4 miliarde de ani, cantitatea de O _{2 de} pe planetă a atins niveluri semnificative în aerul atmosferic. Acumularea acestui element este asociată cu apariția organismelor fotosintetice.

Fotosinteza este un proces care permite sinteza moleculelor organice din alte organe anorganice în prezența luminii. În timpul apariției sale, O ₂ este eliberat ca produs secundar.

Rata fotosintetică ridicată produsă de cianobacterii (primele organisme fotosintetice) a modificat compoziția aerului atmosferic. Cantitățile mari de O ₂ care au fost eliberate returnate în atmosferă din ce în ce oxidare.

Aceste niveluri ridicate de O ₂ a influențat acumularea de CH ₄ , deoarece acesta a accelerat procesul fotoliza acestui compus. Pe măsură ce metanul din atmosferă a scăzut dramatic, temperatura planetei a scăzut și s-a produs glaciația.

Un alt efect important al acumulării de O ₂ pe planetă a fost formarea stratului de ozon. Atmosferică O ₂ disociază sub efectul a două particule de oxigen atomice ușoare și forme.

Recombină atomic oxigen cu molecular O ₂ si formele O ₃ (ozon). Stratul de ozon formează o barieră protectoare împotriva radiațiilor ultraviolete, permițând dezvoltarea vieții pe suprafața pământului.

Azotul atmosferic și rolul său în originea vieții

Azotul este o componentă esențială a organismelor vii, deoarece este necesar pentru formarea de proteine ​​și acizi nucleici. Cu toate acestea, N ₂ atmosferic nu poate fi utilizat direct de majoritatea organismelor.

Fixarea azotului poate fi biotică sau abiotică. Se compune din combinația dintre N ₂ cu O ₂ sau H ₂ pentru a forma amoniac, nitrați sau nitriți.

Conținutul de N ₂ în aerul atmosferic a rămas mai mult sau mai puțin constant în atmosfera Pământului. In timpul CO ₂ perioada de acumulare , N ₂ fixare a fost practic abiotic, datorită formării oxidului de azot, format prin disocierea fotochimică a H ₂ O și CO ₂ molecule care au fost sursa de O ₂ .

Când nivelurile de CO ₂ atmosferice au scăzut , ratele de formare a oxizilor de azot au scăzut dramatic. Se consideră că , în acest timp primele rute biotice ale N ₂ fixare originea .

Compoziția curentă a aerului atmosferic

Aerul atmosferic este format dintr-un amestec de gaze și alte elemente destul de complexe. Compoziția sa este afectată în principal de altitudine.

Homosphere

S-a constatat că compoziția chimică a aerului atmosferic uscat la nivelul mării este destul de constantă. Azotul și oxigenul reprezintă aproximativ 99% din masa și volumul homosferei.

Azotul atmosferic (N ₂ ) este în proporție de 78%, în timp ce oxigenul constituie 21% din aer. Următorul element cel mai abundent în aerul atmosferic este argonul (Ar), care ocupă mai puțin de 1% din volumul total.

Componentele aerului atmosferic. Sursa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelink Modified.

Există și alte elemente care sunt de mare importanță, chiar și atunci când sunt în proporții mici. Dioxidul de carbon (CO ₂ ) este prezent în proporție de 0,035%, iar vaporii de apă pot varia între 1 și 4%, în funcție de regiune.

Ozonul (O ₃ ) se găsește în proporție de 0,003%, dar constituie o barieră esențială pentru protecția ființelor vii. De asemenea, în aceeași proporție, găsim diverse gaze nobile, cum ar fi neonul (Ne), kriptonul (Kr) și xenonul (Xe).

În plus, există prezență de hidrogen (H ₂ ), oxizi de azot și metan (CH ₄ ) , cantități foarte mici.

Un alt element care face parte din compoziția aerului atmosferic este apa lichidă conținută în nori. De asemenea, găsim elemente solide precum sporii, polenul, cenușa, sărurile, microorganismele și micile cristale de gheață.

Heterosphere

La acest nivel, altitudinea determină tipul predominant de gaz din aerul atmosferic. Toate gazele sunt ușoare (greutate moleculară mică) și sunt organizate în patru straturi diferite.

Se vede că pe măsură ce înălțimea crește, gazele mai abundente au o masă atomică mai mică.

Între 100 și 200 km de altitudine, există o abundență mai mare de azot molecular (N ₂ ). Greutatea acestei molecule este de 28,013 g / mol.

Al doilea strat al heterosferei este format din O atomic și este situat între 200 și 1000 km deasupra nivelului mării. Atomic O are o masă de 15999, fiind mai greu decât N ₂ .

Mai târziu, găsim un strat de heliu între 1000 și 3500 km înălțime. Heliul are o masă atomică de 4.00226.

Ultimul strat al heterosferei este format din hidrogen atomic (H). Acest gaz este cel mai ușor din tabelul periodic, cu o masă atomică de 1.007.

Referințe

1. Katz M (2011) Materiale și materii prime, Aer. Ghid didactic Capitolul 2. Institutul Național al Educației Tehnologice, Ministerul Educației. Buenos Aires. Argentina. 75 pp
2. Călugării PS, C Granier, S Fuzzi și colab. (2009) Compoziția atmosferică: schimbarea calității aerului global și regional. Mediul atmosferic 43: 5268-5350.
3. Pla-García J și C Menor-Salván (2017) Compoziția chimică a atmosferei primitive a planetei Pământ. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R și Vega A (2015) Climatologie. A treia editie. Jones și Bartlett învățând. New York, SUA. 451 pp.
5. Saha K (2011) Atmosfera Pământului, fizica și dinamica sa. Springer-Verlag. Berlin, Germania 367 pp.