Složení atmosférického vzduchu a znečišťujících látek

složení atmosférického vzduchu nebo atmosféra je definována podílem různých plynů v něm obsažených, které byly v neustálých změnách v celé historii Země. Atmosféra planety ve formaci obsahovala hlavně H₂ a další plyny jako CO₂ a H₂O. Před přibližně 4 400 miliony let bylo složení atmosférického vzduchu obohaceno hlavně CO₂.

S výskytem života na Zemi došlo k hromadění metanu (CH₄) v atmosféře, protože první organismy byly methanogeny. Později se objevily fotosyntetické organismy, které obohatily atmosférický vzduch O₂.

Složení atmosférického vzduchu lze dnes rozdělit do dvou velkých vrstev diferencovaných v chemickém složení; homosféra a heterosféra.

Homosphere je lokalizována od 80 k 100 km nad hladinou moře a sestává hlavně z dusíku (78%), kyslíku (21%), argonu (méně než 1%), oxidu uhličitého, ozónu, helia, vodíku a metanu. , mezi jinými prvky přítomnými ve velmi malém poměru.

Heterosfera je tvořena plyny s nízkou molekulovou hmotností a nachází se nad 100 km nadmořské výšky. První vrstva představuje N₂ molekulární, druhá atomová O, třetí helium a poslední atom je tvořen atomovým vodíkem (H).

Index

• 1 Historie
  • 1.1 Starověké Řecko
  • 1.2 Objev složení atmosférického vzduchu
• 2 Charakteristiky
  • 2.1 Původ
  • 2.2 Struktura
• 3 Složení primitivního atmosférického vzduchu
  • 3.1 Akumulace CO2
  • 3.2 Původ života, akumulace metanu (CH4) a snížení CO2
  • 3.3 Velká oxidační událost (akumulace O2)
  • 3.4 Atmosférický dusík a jeho úloha ve vzniku života
• 4 Složení současného atmosférického vzduchu
  • 4.1 Homosphere
  • 4.2 Heterosféra
• 5 Odkazy

Historie

Studie o atmosférickém vzduchu začaly před tisíci lety. V okamžiku, kdy primitivní civilizace objevily oheň, začali mít představu o existenci vzduchu.

Starověké Řecko

Během tohoto období začali analyzovat, co je vzduch a jakou funkci plní. Například, Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C.) zvažoval, že vzduch byl základní pro život, protože živé bytosti byly krmeny tímto prvkem..

Naproti tomu Empédocles de Acragas (495 a.C.-435 a.C.) se domnívali, že existují čtyři základní prvky života: voda, země, oheň a vzduch..

Aristoteles (384 a.C.-322 a.C.) také považoval vzduch za jeden ze základních prvků živých bytostí.

Objev složení atmosférického vzduchu

V 1773 švédský chemik Carl Scheele objevil, že vzduch byl složen z dusíku a kyslíku (vyvřelý vzduch). Pozdnější, v 1774 Britové Joseph Priestley určil, že vzduch byl složen ze směsi elementů a že jeden z nich byl nezbytný pro život..

V roce 1776 Francouz Antoine Lavoisier nazval kyslík prvkem, který izoloval z tepelného rozkladu oxidu rtuťnatého.

V roce 1804 analyzoval přírodovědec Alexander von Humboldt a francouzský chemik Gay-Lussac vzduch přicházející z různých částí planety. Výzkumníci zjistili, že atmosférický vzduch má konstantní složení.

Teprve na konci devatenáctého a počátku dvacátého století, kdy byly objeveny další plyny, které jsou součástí atmosférického vzduchu. Mezi nimi máme argon v roce 1894, pak hélium v ​​roce 1895 a další plyny (neon, argon a xenon) v roce 1898.

Vlastnosti

Atmosférický vzduch je také známý jako atmosféra a je směsí plynů, které pokrývají planetu Zemi.

Původ

O původu zemské atmosféry je známo málo. Předpokládá se, že po odloučení od slunce byla planeta obklopena obálkou velmi horkých plynů.

Tyto plyny byly možná redukovatelné a pocházející ze Slunce, složené hlavně z H₂. Jiné plyny byly pravděpodobně CO₂ a H₂Nebo vyzařované intenzivní sopečnou činností.

Navrhuje se, aby část přítomných plynů byla ochlazena, kondenzována a dala vzniknout oceánům. Ostatní plyny zůstávaly v atmosféře a jiné byly uloženy ve skalách.

Struktura

Atmosféru tvoří různé soustředné vrstvy oddělené přechodovými zónami. Horní hranice této vrstvy není jasně definována a někteří autoři ji umístí nad 10 000 km nad hladinou moře.

Přitažlivost gravitační síly a způsob stlačování plynu ovlivňuje její rozložení na zemském povrchu. Největší část jeho celkové hmotnosti (přibližně 99%) se tak nachází v prvních 40 km nad mořem.

Různé úrovně nebo vrstvy atmosférického vzduchu mají rozdílné chemické složení a kolísání teploty. Podle svislého uspořádání, od nejbližšího k nejvzdálenějšímu od zemského povrchu, jsou známy následující vrstvy: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra.

S ohledem na chemické složení atmosférického vzduchu jsou definovány dvě vrstvy: homosféra a heterosféra.

Homosphere

Nachází se v první 80-100 km nad mořem a jeho složení plynů ve vzduchu je homogenní. V tomto jsou umístěny troposféry, stratosféry a mezosféry.

Heterosféra

Je přítomen nad 100 km a je charakterizován tím, že složení plynů přítomných ve vzduchu je variabilní. Shoduje se s termosférou. Složení plynů se mění v různých výškách.

Složení primitivního atmosférického vzduchu

Po vytvoření Země, přibližně před 4.500 milióny roky, plyny, které tvořily atmosférický vzduch začal se hromadit. Plyny přišly hlavně z pláště země, stejně jako z dopadu planetesimálů (agregáty hmoty, které vznikly na planetách).

Akumulace CO₂

Velká sopečná činnost na planetě začala uvolňovat různé plyny do atmosféry, například N₂, CO₂ a H₂O. Oxid uhličitý se začal hromadit, protože karbonatace (proces fixace CO)₂ atmosférický ve formě uhličitanů) byl vzácný.

Faktory ovlivňující fixaci CO₂ v této době se jednalo o deště velmi nízké intenzity a velmi omezenou kontinentální plochu.

Původ života, akumulace metanu (CH₄) a snížení CO₂

První živé bytosti, které se objevily na planetě, používaly CO₂ a H₂ provádět dýchání. Tyto první organismy byly anaerobní a methanogenní (produkovaly velké množství metanu).

Metan se hromadí v atmosférickém vzduchu, protože jeho rozklad byl velmi pomalý. Rozkládá se fotolýzou a v atmosféře téměř bez kyslíku může tento proces trvat až 10 000 let.

Podle některých geologických záznamů asi před 3500 miliony lety došlo k poklesu CO₂ v atmosféře, která byla spojena s tímto vzduchem bohatým na CH₄ zesílil deště, což napomohlo karbonaci.

Velká oxidační událost (akumulace O₂)

Předpokládá se, že asi před 2400 miliony lety množství O₂ na planetě dosáhla důležitých úrovní atmosférického vzduchu. Akumulace tohoto prvku je spojena s výskytem fotosyntetických organismů.

Fotosyntéza je proces, který umožňuje syntetizovat organické molekuly z jiných anorganických molekul v přítomnosti světla. Během jeho výskytu je O uvolněn₂ jako vedlejší produkt.

Vysoká rychlost fotosyntetiky vyvolaná cyanobakteriemi (první fotosyntetické organismy) změnila složení atmosférického vzduchu. Velká množství O₂ které byly propuštěny, vrátily se do atmosféry stále více a více oxidačně.

Tyto vysoké úrovně O₂ ovlivnil akumulaci CH₄, protože urychluje proces fotolýzy této sloučeniny. Drastickým omezením metanu v atmosféře se teplota planety snížila a nastala doba ledová..

Další důležitý účinek akumulace O₂ na planetě to byla tvorba ozonové vrstvy. O₂ atmosférické disociace účinkem světla a tvoří dvě částice atomového kyslíku.

Atomový kyslík rekombinuje s O₂ molekulární a tvoří O₃ (ozon). Ozonová vrstva tvoří ochrannou bariéru proti ultrafialovému záření, která umožňuje rozvoj života na zemském povrchu.

Atmosférický dusík a jeho úloha ve vzniku života

Dusík je základní složkou živých organismů, protože je nezbytný pro tvorbu proteinů a nukleových kyselin. Nicméně, N₂ atmosférický nemůže být používán přímo většinou organismů.

Fixace dusíku může být biotická nebo abiotická. Skládá se z kombinace N₂ s O₂ nebo H₂ za vzniku amoniaku, dusičnanů nebo dusitanů.

Obsah N₂ v atmosférickém ovzduší zůstaly v zemské atmosféře víceméně konstantní. Během doby akumulace CO₂, N fixace₂ Byla v podstatě abiotická, a to tvorbou oxidů dusíku, vzniklých fotochemickou disociací molekul H.₂O a CO₂ které byly zdrojem O₂.

Když došlo ke snížení hladiny CO₂ v atmosféře se drasticky snížila rychlost tvorby oxidů dusíku. Předpokládá se, že během této doby vznikly první biotické cesty fixace N₂.

Složení současného atmosférického vzduchu

Atmosférický vzduch je tvořen směsí plynů a dalšími poměrně složitými prvky. Jeho složení je ovlivněno především nadmořskou výškou.

Homosphere

Bylo zjištěno, že chemické složení suchého atmosférického vzduchu na hladině moře je poměrně konstantní. Dusík a kyslík tvoří přibližně 99% hmotnosti a objemu homosféry.

Atmosférický dusík (N₂) je v poměru 78%, zatímco kyslík tvoří 21% vzduchu. Dalším nejhojnějším prvkem atmosférického vzduchu je argon (Ar), který zabírá méně než 1% celkového objemu..

Existují i ​​další prvky, které jsou velmi důležité, i když jsou v malém poměru. Oxid uhličitý (CO₂) je přítomen v množství 0,035% a vodní pára se může pohybovat mezi 1 a 4%, v závislosti na oblasti.

Ozon (O₃) se nachází v podílu 0,003%, ale představuje základní bariéru pro ochranu živých bytostí. Také v tomto stejném poměru najdeme několik vzácných plynů, jako je neon (Ne), krypton (Kr) a xenon (Xe)..

Kromě toho existuje přítomnost vodíku (H₂), oxidy dusíku a metan (CH₄) ve velmi malých množstvích.

Dalším prvkem, který je součástí složení atmosférického vzduchu, je kapalná voda obsažená v oblacích. Podobně nacházíme pevné prvky, jako jsou spory, pyl, popel, soli, mikroorganismy a malé ledové krystaly..

Heterosféra

Na této úrovni, výška určuje typ plynu převládajícího v atmosférickém vzduchu. Všechny plyny jsou lehké (nízká molekulová hmotnost) a jsou organizovány ve čtyřech různých vrstvách.

Je zřejmé, že s rostoucí výškou mají nejhojnější plyny nižší atomovou hmotnost.

V nadmořské výšce 100 až 200 km je větší množství molekulárního dusíku (N₂). Hmotnost této molekuly je 28,013 g / mol.

Druhá vrstva heterosfera je přizpůsobena atomovým O a nachází se mezi 200 a 1000 km na úrovni moře. Atomový atom O má hmotnost 15,999, je méně těžký než N₂.

Později jsme našli vrstvu helia mezi 1000 a 3500 km. Hélium má atomovou hmotnost 4.00226.

Poslední vrstvu heterosféry tvoří atomový vodík (H). Tento plyn je v periodické tabulce nejlehčí s atomovou hmotností 1,007.

Odkazy

1. Katz M (2011) Materiály a suroviny, vzduch. Didaktický průvodce Kapitola 2. Národní institut technologického vzdělávání, Ministerstvo školství. Buenos Aires Argentina 75 pp
2. Mniši PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Změny složení atmosféry - globální a regionální kvalita ovzduší. Atmosférické prostředí 43: 5268-5350.
3. Pla-García J a C Menor-Salván (2017) Chemické složení primitivní atmosféry planety Země. Quim 113: 16-26.
4. Rohli R a Vega A (2015) Klimatologie. Třetí vydání. Jones a Bartlett učení. New York, Usa. 451 pp.
5. Saha K (2011) Atmosféra Země, její fyzika a dynamika. Springer-Verlag. Berlín, Německo, 367 pp.