Склад атмосферного повітря і забруднюючих речовин

The композиція атмосферного повітря або атмосфера визначається часткою різних газів, що містяться в ній, що постійно змінюється протягом всієї історії Землі. Атмосфера планети у формуванні містила головним чином H₂ та інші гази, такі як CO₂ і Н₂О. Близько 4400 мільйонів років тому композиція атмосферного повітря збагачувалася головним чином СО₂.

З появою життя на Землі відбулося накопичення метану (СН₄) в атмосфері, оскільки першими організмами були метаногени. Пізніше з'явилися фотосинтетичні організми, які збагатили атмосферне повітря O₂.

Склад атмосферного повітря сьогодні можна розділити на два великих шару, диференційованих за своїм хімічним складом; гомосфера і гетеросфера.

Гомосфера розташована від 80 до 100 км над рівнем моря і складається в основному з азоту (78%), кисню (21%), аргону (менше 1%), вуглекислого газу, озону, гелію, водню і метану. серед інших елементів присутні в дуже малих пропорціях.

Гетеросфера складається з газів низької молекулярної маси і розташована вище 100 км висоти. Перший шар представляє N₂ молекулярний, другий атомний O, третій гелій і останній утворений атомним воднем (H).

Індекс

• 1 Історія
  • 1.1 Стародавня Греція
  • 1.2 Виявлення композиції атмосферного повітря
• 2 Характеристики
  • 2.1 Походження
  • 2.2 Структура
• 3 Склад примітивного атмосферного повітря
  • 3.1 Накопичення CO2
  • 3.2 Походження життя, накопичення метану (CH4) і зменшення СО2
  • 3.3 Велика окислювальна подія (накопичення O2)
  • 3.4 Атмосферний азот та його роль у виникненні життя
• 4 Склад поточного атмосферного повітря
  • 4.1 Гомосфера
  • 4.2 Гетеросфера
• 5 Посилання

Історія

Дослідження атмосферного повітря почалися тисячі років тому. У момент, коли первісні цивілізації відкрили вогонь, вони почали мати уявлення про існування повітря.

Стародавня Греція

Протягом цього періоду вони почали аналізувати, яке повітря є і яку функцію він виконує. Наприклад, Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C.) вважав, що повітря є фундаментальним для життя, оскільки живі істоти харчувалися цим елементом.

З іншого боку, Empédocles de Acragas (495 a.C.-435 a.C.) вважав, що існують чотири основні елементи для життя: вода, земля, вогонь і повітря..

Аристотель (384 a.C.-322 a.C.) також вважав, що повітря є одним з істотних елементів для живих істот.

Відкриття композиції атмосферного повітря

У 1773 році шведський хімік Карл Шеле виявив, що повітря складається з азоту і кисню (виверження повітря). Пізніше, у 1774 році, британський Джозеф Прістлі визначив, що повітря складається з суміші елементів і що одне з них має важливе значення для життя.

У 1776 році француз Антуан Лавуазьє назвав кисень елементом, який він виділив з термічного розкладання оксиду ртуті..

У 1804 році натураліст Олександр фон Гумбольдт і французький хімік Гей-Люссак проаналізували повітря, що надходить з різних частин планети. Дослідники встановили, що атмосферне повітря має постійний склад.

Це було не до кінця дев'ятнадцятого і початку двадцятого століття, коли були відкриті інші гази, що входять до складу атмосферного повітря. Серед них ми маємо аргон в 1894 р., Потім гелій в 1895 р. І інші гази (неон, аргон і ксенон) в 1898 р..

Особливості

Атмосферне повітря також відоме як атмосфера і є сумішшю газів, що охоплюють планету Земля.

Походження

Мало відомо про походження атмосфери Землі. Вважається, що після її відділення від Сонця планета була оточена оболонкою дуже гарячих газів.

Ці гази, можливо, зводилися і надходили від Сонця, складалися в основному з Н₂. Інші гази, ймовірно, були CO₂ і Н₂Або випускається інтенсивною вулканічною активністю.

Запропоновано, що частина газів, що присутні, охолоджуються, ущільнюються і дають початок океанам. Інші гази залишалися утворюють атмосферу, а інші зберігалися в скелях.

Структура

Атмосфера формується різними концентричними шарами, розділеними перехідними зонами. Верхня межа цього шару не визначений чітко, а деякі автори розміщують його вище 10 000 км над рівнем моря.

Притягання сили тяжіння і спосіб стиснення газу впливає на його розподіл на земній поверхні. Таким чином, найбільша частка його загальної маси (приблизно 99%) знаходиться на перших 40 км над рівнем моря.

Різні рівні або шари атмосферного повітря мають різний хімічний склад і температурні коливання. Згідно з його вертикальним розташуванням, від найближчих до земних поверхонь, відомі наступні шари: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера і екзосфера.

Що стосується хімічного складу атмосферного повітря, то визначаються два шари: гомосфера і гетеросфера.

Гомосфера

Він розташований в перших 80-100 км над рівнем моря, а його склад газів в повітрі однорідний. При цьому розташовані тропосфера, стратосфера і мезосфера.

Гетеросфера

Він присутній вище 100 км і характеризується тим, що склад газів, що знаходяться в повітрі, є змінним. Вона збігається з термосферою. Склад газів змінюється на різній висоті.

Склад примітивного атмосферного повітря

Після утворення Землі, приблизно 4,500 мільйонів років тому, почали накопичуватися гази, що утворили атмосферне повітря. Гази надходили головним чином із земної мантії, а також від удару з планетесималами (агрегатами матерії, що виникли на планетах).

Накопичення CO₂

Велика вулканічна активність на планеті почала викидати в атмосферу різні гази, такі як N₂, CO₂ і Н₂О. Двоокис вуглецю починає накопичуватися, оскільки карбонізація (процес фіксації СО)₂ атмосферної у вигляді карбонатів) мало.

Фактори, що впливають на фіксацію CO₂ в цей час вони були дощами дуже низької інтенсивності і дуже зменшеною континентальною ділянкою.

Походження життя, накопичення метану (СН₄) і зменшення CO₂

Перші живі істоти, що з'явилися на планеті, використовували СО₂ і Н₂ виконувати дихання. Ці перші організми були анаеробними і метаногенними (вони виробляли велику кількість метану).

Метан накопичувався в атмосферному повітрі, тому що його розкладання було дуже повільним. Він розкладається шляхом фотолізу і в атмосфері, майже вільній від кисню, цей процес може тривати до 10000 років.

Згідно з деякими геологічними даними, близько 3500 мільйонів років тому спостерігалося зменшення кількості CO₂ в атмосфері, яка була пов'язана з цим CH багатим повітрям₄ активізували дощі, сприяючи карбонізації.

Велика окислювальна подія (накопичення O₂)

Вважається, що близько 2400 мільйонів років тому кількість O₂ на планеті вона досягла важливих рівнів в атмосферному повітрі. Накопичення цього елемента пов'язане з появою фотосинтетичних організмів.

Фотосинтез - це процес, який дозволяє синтезувати органічні молекули з інших неорганічних молекул у присутності світла. Під час його виникнення O відпускається₂ як вторинний продукт.

Висока швидкість фотосинтезу, що виробляється ціанобактеріями (першими фотосинтетичними організмами), змінювала склад атмосферного повітря. Великі кількості O₂ які були випущені, поверталися в атмосферу все більше і більше окислюються.

Ці високі рівні O₂ вплив на накопичення СН₄, оскільки це прискорило процес фотолізу цього з'єднання. Шляхом різкого скорочення метану в атмосфері, температура планети зменшилася, і відбувся льодовиковий період..

Інший важливий ефект накопичення O₂ на планеті це було формування озонового шару. О₂ Атмосферна дисоціює під дією світла і утворює дві частинки атомарного кисню.

Атомний кисень рекомбінує з О₂ молекулярні і утворює O₃ (озон). Озоновий шар утворює захисний бар'єр від ультрафіолетового випромінювання, що дозволяє розвивати життя на земній поверхні.

Атмосферний азот і його роль у виникненні життя

Азот є невід'ємним компонентом живих організмів, оскільки він необхідний для утворення білків і нуклеїнових кислот. Однак N₂ атмосферне не може бути використане безпосередньо більшістю організмів.

Фіксація азоту може бути біотичною або абіотичною. Він складається з комбінації N₂ з O₂ або H₂ утворюють аміак, нітрати або нітрити.

Вміст N₂ в атмосферному повітрі вони залишалися більш-менш постійними в атмосфері Землі. Протягом часу накопичення CO₂, N фіксація₂ Це було в основному абіотично, шляхом утворення оксиду азоту, утвореного фотохімічною дисоціацією молекул Н.₂O і CO₂ які були джерелом O₂.

При зменшенні відбувалися рівні CO₂ У атмосфері різко скоротилися швидкості утворення оксиду азоту. Вважається, що за цей час виникли перші біотичні шляхи фіксації N₂.

Склад поточного атмосферного повітря

Атмосферне повітря утворюється сумішшю газів та інших досить складних елементів. На його склад впливає головним чином висота.

Гомосфера

Встановлено, що хімічний склад сухого атмосферного повітря на рівні моря є досить постійним. Азот і кисень складають приблизно 99% маси і обсягу гомосфери.

Атмосферний азот (N₂) у пропорції 78%, тоді як кисень становить 21% повітря. Наступним найбільш поширеним елементом атмосферного повітря є аргон (Ar), який займає менше 1% від загального обсягу.

Є й інші елементи, які мають велике значення, навіть якщо вони знаходяться в невеликих пропорціях. Вуглекислий газ (CO₂) присутня в пропорції 0,035% і водяна пара може варіюватися від 1 до 4%, в залежності від регіону.

Озон (O₃) знаходиться в пропорції 0,003%, але є суттєвим бар'єром для захисту живих істот. Також у цій же пропорції ми знаходимо кілька благородних газів, таких як неон (Ne), криптон (Kr) і ксенон (Xe).

Крім того, присутній водень (Н₂), оксиди азоту та метан (СН₄) в дуже малих кількостях.

Іншим елементом, що входить до складу атмосферного повітря, є рідка вода, що міститься в хмарах. Крім того, ми знаходимо тверді елементи, такі як спори, пилок, зола, солі, мікроорганізми і маленькі кристали льоду..

Гетеросфера

На цьому рівні висота визначає тип газу, що переважає в атмосферному повітрі. Всі гази є легкими (низькомолекулярними) і організовані в чотири різних шари.

Зрозуміло, що з ростом висоти найбільш поширені гази мають меншу атомну масу.

Між 100 і 200 км висоти існує велика кількість молекулярного азоту (N₂). Вага цієї молекули становить 28,013 г / моль.

Другий шар гетеросфери відповідає атомарному O і знаходиться на рівні від 200 до 1000 км на рівні моря. Атом O має масу 15 999, що є менш важким, ніж N₂.

Пізніше ми виявили шар гелію висотою від 1000 до 3500 км. Гелій має атомну масу 4.00226.

Останній шар гетеросфери складається з атомарного водню (Н). Цей газ є найлегшим у періодичній таблиці, з атомною масою 1,007.

Список літератури

1. Katz M (2011) Матеріали та сировина, Повітря. Дидактичний посібник Глава 2. Національний інститут технологічної освіти, Міністерство освіти. Буенос-Айрес Аргентина 75 с
2. Ченці PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Атмосферний склад змінює глобальну і регіональну якість повітря. Атмосферне середовище 43: 5268-5350.
3. Пла-Гарсія J і C Менор-Сальван (2017) Хімічний склад примітивної атмосфери планети Земля. Quim 113: 16-26.
4. Rohli R та Vega A (2015) Кліматологія. Третя редакція. Джонс і Бартлетт навчання. Нью-Йорк, США. 451 с.
5. Саха К (2011) Атмосфера Землі, її фізика і динаміка. Springer-Verlag. Берлін, Німеччина.