Õhkõhu ja saasteainete koostis



The atmosfääriõhu koostis või atmosfääri määratleb selles sisalduvate erinevate gaaside osakaal, mis on pidevalt muutunud kogu Maa ajaloos. Moodustunud planeedi atmosfäär sisaldas peamiselt H2 ja muud gaasid nagu CO2 ja H2O. Umbes 4 400 miljonit aastat tagasi rikastati atmosfääriõhu koostist peamiselt CO2.

Maa ilmumisega ilmnes metaani akumulatsioon (CH4) atmosfääris, kuna esimesed organismid olid metanogeenid. Hiljem ilmusid fotosünteetilised organismid, mis rikastasid O atmosfääriõhku2.

Atmosfääriõhu koosseisu võib praegu jagada kaheks suureks kihiks, mis on diferentseeritud nende keemilise koostise järgi; homosfäär ja heterosfäär.

Homosfäär asub 80-100 km kõrgusel merepinnast ja koosneb peamiselt lämmastikust (78%), hapnikust (21%), argoonist (alla 1%), süsinikdioksiidist, osoonist, heeliumist, vesinikust ja metaanist. , teiste elementide hulgas, mis esinevad väga väikestes osades.

Heterosfera koosneb madala molekulmassiga gaasidest ja asub kõrgemal kui 100 km. Esimene kiht esitab N2 molekulaarne, teine ​​aatom O, kolmas heelium ja viimane on moodustatud aatomi vesinikuga (H)..

Indeks

  • 1 Ajalugu
    • 1.1 Vana-Kreeka
    • 1.2 Õhukeskkonna õhu koostise avastamine
  • 2 Omadused
    • 2.1 Päritolu
    • 2.2 Struktuur
  • 3 Primitiivse atmosfääriõhu koostis
    • 3.1 CO2 kogunemine
    • 3.2 Elu algus, metaani (CH4) akumulatsioon ja CO2 vähenemine
    • 3.3 Suur oksüdeeriv sündmus (O2 akumulatsioon)
    • 3.4 Atmosfääri lämmastik ja selle roll elu alguses
  • 4 Praeguse atmosfääriõhu kompositsioon
    • 4.1 Homosfäär
    • 4.2 Heterosfäär
  • 5 Viited

Ajalugu

Õhurõhu uuringud algasid tuhandeid aastaid tagasi. Praegu, kui primitiivsed tsivilisatsioonid avastasid tule, hakkasid nad mõtlema õhu olemasolu kohta.

Vana-Kreeka

Selle aja jooksul hakkasid nad analüüsima, mis õhk on ja millist funktsiooni ta täidab. Näiteks arvas Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C.), et õhk on elu jaoks elulise tähtsusega, kuna elusolendeid toideti sellest elemendist.

Teisest küljest leidis Empédocles de Acragas (495 a.C.-435 a.C.), et eluks on neli põhielementi: vesi, maa, tuli ja õhk..

Aristoteles (384 a.C.-322 a.C.) leidis ka, et õhk oli elusolendite üks põhielemente.

Õhkõhu koostise avastamine

1773. aastal avastas Rootsi keemik Carl Scheele, et õhk koosneb lämmastikust ja hapnikust (tardumisõhk). Hiljem, 1774 otsustas Briti Joseph Priestley, et õhk koosneb elementide segust ja et üks neist oli eluks vajalik.

1776. aastal nimetas prantslane Antoine Lavoisier elavhõbeoksiidi termilisest lagunemisest eraldatud elemendiks hapnikku..

1804. aastal analüüsisid looduslased Alexander von Humboldt ja prantsuse keemik Gay-Lussac planeedi erinevatest osadest pärit õhku. Uurijad otsustasid, et atmosfääriõhul on pidev koostis.

Alles 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses, kui avastati muud atmosfääriõhku kuuluvad gaasid. Nende hulgas on 1894. aastal argoon, seejärel 1895. aastal heelium ja 1898. aastal muud gaasid (neoon, argoon ja ksenoon)..

Omadused

Õhkõhk on tuntud ka kui atmosfäär ja see on gaaside segu, mis katab Maa planeedi.

Päritolu

Maa atmosfääri päritolu kohta on vähe teada. Arvatakse, et pärast päikesest eraldumist ümbritses planeeti väga kuuma gaasi ümbris.

Need gaasid olid tõenäoliselt vähendatavad ja tulevad päikeselt, mis koosnes peamiselt H-st2. Muud gaasid olid tõenäoliselt CO2 ja H2Või tekitab intensiivne vulkaaniline tegevus.

Tehakse ettepanek, et osa olemasolevatest gaasidest oleks jahutatud, kondenseerunud ja tekitanud ookeane. Teised gaasid moodustasid atmosfääri ja teised säilitati kivimites.

Struktuur

Atmosfääri moodustavad erinevad kontsentrilised kihid, mis on eraldatud üleminekualadega. Selle kihi ülemine piir ei ole selgelt määratletud ja mõned autorid panevad selle üle 10000 km merepinnast kõrgemale.

Raskusjõu ja gaasi kokkusurumise viis mõjutab selle jaotumist maapinnal. Seega asub suurim osa selle kogumassist (umbes 99%) esimesel 40 km kõrgusel merepinnast.

Atmosfääriõhu erinevatel tasanditel või kihtidel on erinev keemiline koostis ja temperatuurivahemikud. Vastavalt vertikaalsele paigutusele, kõige lähemal maapinnast kõige kaugemale, on teada järgmised kihid: troposfäär, stratosfäär, mesosfäär, termosfäär ja eksosfäär.

Seoses atmosfääriõhu keemilise koostisega on määratletud kaks kihti: homosfäär ja heterosfäär.

Homosfäär

See asub esimesel 80-100 km kõrgusel merepinnast ja selle gaaside koostis õhus on homogeenne. Selles paiknevad troposfäär, stratosfäär ja mesosfäär.

Heterosfäär

See on üle 100 km ja seda iseloomustab asjaolu, et õhus olevate gaaside koostis on muutuv. See langeb kokku termosfääriga. Gaaside koostis varieerub erinevatel kõrgustel.

Primitiivse atmosfääriõhu kompositsioon

Pärast Maa moodustamist, umbes 4,500 miljonit aastat tagasi hakkasid kogunema atmosfääriõhku moodustavad gaasid. Gaasid tulid peamiselt maapinnast, samuti mõju planeedimängudest (planeedist pärineva materjali koondained).

CO kogunemine2

Suur planeedi vulkaaniline aktiivsus hakkas atmosfääri mitmesuguseid gaase, näiteks N2, CO2 ja H2O. Süsinikdioksiid hakkas kogunema, sest karboniseerumine (CO-fikseerimisprotsess)2 karbonaatide kujul) oli vähe.

CO-fikseerimist mõjutanud tegurid2 sel ajal olid nad väga madala intensiivsusega vihmad ja mandriosa väga madal.

Elu päritolu, metaani akumulatsioon (CH4) ja CO vähenemine2

Esimesed planeedil ilmunud elusolendid kasutasid CO2 ja H2 hingata. Need esimesed organismid olid anaeroobsed ja metanogeensed (nad toodavad suurt hulka metaani).

Metaan kogunes atmosfääriõhku, sest selle lagunemine oli väga aeglane. See laguneb fotolüüsi teel ja hapnikus peaaegu vabas atmosfääris võib see protsess kesta kuni 10 000 aastat.

Mõningate geoloogiliste andmete kohaselt oli umbes 3500 miljonit aastat tagasi CO2 atmosfääris, mis on seotud selle rikka õhuga4 intensiivistasid vihmad, soosides karboniseerumist.

Suur oksüdeeriv sündmus (O kogunemine)2)

Leitakse, et umbes 2400 miljonit aastat tagasi oli kogus O2 planeedil saavutas see atmosfääriõhu olulise taseme. Selle elemendi kogunemine on seotud fotosünteetiliste organismide ilmumisega.

Fotosüntees on protsess, mis võimaldab orgaaniliste molekulide sünteesimist teistest anorgaanilistest molekulidest valguse juuresolekul. Selle esinemise ajal vabaneb O2 teisese tootena.

Tsüanobakterite (esimesed fotosünteetilised organismid) kõrge fotosünteesi määr muutis atmosfääriõhu koostist. Suur kogus O2 vabanenud, tagasi atmosfääri üha oksüdeeriv.

Need suured O2 mõjutanud CH kogunemist4, kuna see kiirendas selle ühendi fotolüüsi protsessi. Metaani atmosfääris drastiliselt vähendades vähenes planeedi temperatuur ja tekkis jääaeg..

Teine oluline mõju O kogunemisele2 planeedil oli see osoonikihi moodustumine. O2 atmosfääri dissotsieerub valguse toimel ja moodustab kaks aatomihappe osakest.

Aatomi hapnik sulandub O-ga2 molekulaarne ja moodustab O3 (osoon). Osoonikiht moodustab ultraviolettkiirguse eest kaitsva tõkke, mis võimaldab elu pinnal areneda.

Atmosfääri lämmastik ja selle roll elu alguses

Lämmastik on elusorganismide oluline komponent, kuna see on vajalik valkude ja nukleiinhapete moodustamiseks. Kuid N2 enamik organisme ei saa otseselt kasutada atmosfääri.

Lämmastiku fikseerimine võib olla biootiline või abiootiline. See koosneb N kombinatsioonist2 O-ga2 või H2 ammoniaagi, nitraatide või nitritite moodustamiseks.

N sisaldus2 atmosfäärirõhul on nad atmosfääris püsinud enam-vähem konstantsed. CO kogunemise ajal2, N-fikseerimine2 See oli põhimõtteliselt abiootiline, moodustades H-molekulide fotokeemilisel dissotsiatsioonil moodustunud lämmastikoksiidi.2O ja CO2 see oli O allikas2.

Kui vähenemine toimus CO tasemel2 atmosfääris vähenesid oluliselt lämmastikoksiidi moodustumise määrad. Arvatakse, et selle aja jooksul tekkisid N-i esimesed biotüübid2.

Praeguse atmosfääriõhu kompositsioon

Õhkõhu moodustavad gaaside ja teiste üsna keeruliste elementide segu. Selle koostist mõjutab peamiselt kõrgus.

Homosfäär

On kindlaks tehtud, et kuiva atmosfääriõhu keemiline koostis merepinnal on üsna konstantne. Lämmastik ja hapnik moodustavad umbes 99% homosfääri massist ja mahust.

Atmosfääri lämmastik (N2) on 78%, hapnik moodustab õhust 21%. Järgmine kõige rikkalikum atmosfääriõhu element on argoon (Ar), mis on vähem kui 1% kogumahust.

On ka teisi elemente, mis on väga olulised isegi siis, kui need on väikeses proportsioonis. Süsinikdioksiid (CO2) on 0,035% ja veeaur võib varieeruda vahemikus 1 kuni 4%, sõltuvalt piirkonnast.

Osoon (O3) on leitud 0,003%, kuid see kujutab endast olulist takistust elusolendite kaitsmisel. Ka selles samas proportsioonis leiame mitmeid väärisgaase, nagu neoon (Ne), krüptoon (Kr) ja ksenoon (Xe).

Lisaks on olemas vesinik (H2), lämmastikoksiidid ja metaan (CH4) väga väikestes kogustes.

Teine element, mis on osa atmosfääriõhu koostisest, on pilvedes sisalduv vedelik. Samuti leiame tahkeid elemente, nagu eosed, õietolm, tuhk, soolad, mikroorganismid ja väikesed jääkristallid..

Heterosfäär

Sellel tasemel määrab kõrgus atmosfäärirõhul domineeriva gaasi tüübi. Kõik gaasid on kerged (madala molekulmassiga) ja on korraldatud nelja erineva kihina.

On arusaadav, et kõrguse suurenemisel on kõige suurematel gaasidel madalam aatomimass.

100 kuni 200 km kõrgusel on suurem molekulaarne lämmastik (N2). Selle molekuli mass on 28,013 g / mol.

Heterosfera teine ​​kiht on vastavuses aatomiga O ja paikneb merepinnal vahemikus 200 kuni 1000 km. Aatomi O mass on 15,999, mis on vähem raske kui N2.

Hiljem leidsime 1000–3500 km kõrguse heeliumi kihi. Heeliumi aatommass on 4,00226.

Heterosfääri viimane kiht koosneb aatomi vesinikust (H). See gaas on perioodilises tabelis kõige kergem, mille aatommass on 1,007.

Viited

  1. Katz M (2011) Materjalid ja tooraine, õhk. Didaktiline juhend 2. peatükk. Riiklik tehnoloogilise hariduse instituut, Haridusministeerium. Buenos Aires Argentina 75 lk
  2. Monks PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Atmosfääri koostise muutus-globaalne ja piirkondlik õhu kvaliteet. Atmosfäärikeskkond 43: 5268-5350.
  3. Pla-García J ja C Menor-Salván (2017) Maa planeedi primitiivse atmosfääri keemiline koostis. Quim 113: 16-26.
  4. Rohli R ja Vega A (2015) klimatoloogia. Kolmas väljaanne. Jones ja Bartlett Learning. New York, USA. 451 pp.
  5. Saha K (2011) Maa atmosfäär, selle füüsika ja dünaamika. Springer-Verlag. Berliin, Saksamaa.367 lk.