- Historia
- Starożytna Grecja
- Odkrycie składu powietrza atmosferycznego
- cechy
- Pochodzenie
- Struktura
- Homosfera
- Heterosfera
- Skład pierwotnego powietrza atmosferycznego
- Gromadzenie się CO
- Pochodzenie życia, nagromadzenie metanu (CH
- Duże zdarzenie utleniające (akumulacja O
- Azot atmosferyczny i jego rola w powstawaniu życia
- Aktualny skład powietrza atmosferycznego
- Homosfera
- Heterosfera
- Bibliografia
Skład powietrza atmosferycznego lub atmosfery jest określona przez proporcję różnych gazów, zawartych w nim, który był w ciągłym wariancie całej historii Ziemi. Atmosfera formującej się planety zawierała głównie H 2 i inne gazy, takie jak CO 2 i H 2 O. Około 4,4 miliarda lat temu powietrze atmosferyczne było wzbogacane głównie w CO 2 .
Wraz z pojawieniem się życia na Ziemi w atmosferze nastąpiła akumulacja metanu (CH 4 ), ponieważ pierwsze organizmy były metanogenami. Później pojawiły się organizmy fotosyntetyzujące, które wzbogaciły powietrze atmosferyczne w O 2 .
Ogólny widok atmosfery ziemskiej. Źródło: Reto Stöckli (powierzchnia lądu, płytka woda, chmury) Robert Simmon
Obecny skład powietrza atmosferycznego można podzielić na dwie duże warstwy, zróżnicowane pod względem składu chemicznego; homosfera i heterosfera.
Homosfera znajduje się od 80 do 100 km nad poziomem morza i składa się głównie z azotu (78%), tlenu (21%), argonu (mniej niż 1%), dwutlenku węgla, ozonu, helu, wodoru i metanu. , wśród innych elementów występujących w bardzo małych proporcjach.
Heterosfera składa się z gazów o niskiej masie cząsteczkowej i znajduje się na wysokości powyżej 100 km. Pierwsza warstwa zawiera molekularny N 2 , druga atomowy O, trzecia hel, a ostatnia składa się z atomowego wodoru (H).
Historia
Badania powietrza atmosferycznego rozpoczęły się tysiące lat temu. Z chwilą, gdy prymitywne cywilizacje odkryły ogień, zaczęły mieć pojęcie o istnieniu powietrza.
Starożytna Grecja
W tym okresie zaczęli analizować, czym jest powietrze i co robi. Na przykład Anaksimades z Miletu (588 pne - 524 pne) uważał, że powietrze jest niezbędne do życia, ponieważ żywe istoty żywią się tym pierwiastkiem.
Ze swojej strony Empedokles z Acragas (495 pne - 435 pne) uważał, że istnieją cztery podstawowe elementy życia: woda, ziemia, ogień i powietrze.
Arystoteles (384 pne-322 pne) również uważał powietrze za jeden z podstawowych elementów dla istot żywych.
Odkrycie składu powietrza atmosferycznego
W 1773 roku szwedzki chemik Carl Scheele odkrył, że powietrze składa się z azotu i tlenu (powietrze magmowe). Później, w 1774 roku, brytyjski Joseph Priestley stwierdził, że powietrze składa się z mieszaniny pierwiastków i jeden z nich jest niezbędny do życia.
W 1776 roku Francuz Antoine Lavoisier nazwał tlen pierwiastkiem, który wyodrębnił z termicznego rozkładu tlenku rtęci.
W 1804 roku przyrodnik Alexander von Humboldt i francuski chemik Gay-Lussac przeanalizowali powietrze napływające z różnych części planety. Naukowcy ustalili, że powietrze atmosferyczne ma stały skład.
Dopiero pod koniec XIX i na początku XX wieku odkryto inne gazy wchodzące w skład powietrza atmosferycznego. Wśród nich mamy argon w 1894 r., Następnie hel w 1895 r. I inne gazy (neon, argon i ksenon) w 1898 r.
cechy
Atmosfera ziemska, w tle Księżyc. Źródło: NASA, za pośrednictwem Wikimedia Commons
Powietrze atmosferyczne nazywane jest również atmosferą i jest mieszaniną gazów pokrywającą planetę Ziemię.
Pochodzenie
Niewiele wiadomo o pochodzeniu atmosfery ziemskiej. Uważa się, że po oddzieleniu się od Słońca planeta została otoczona powłoką bardzo gorących gazów.
Te gazy ewentualnie zmniejszenia, przychodzącego ze Słońca, składający się głównie z H 2 . Inne gazy to prawdopodobnie CO 2 i H 2 O emitowane w wyniku intensywnej aktywności wulkanicznej.
Sugeruje się, że część obecnych gazów ochłodziła się, skropliła i dała początek oceanom. Pozostałe gazy pozostały w atmosferze, a inne były przechowywane w skałach.
Struktura
Atmosfera składa się z różnych koncentrycznych warstw oddzielonych strefami przejściowymi. Górna granica tej warstwy nie jest jasno określona i niektórzy autorzy umieszczają ją powyżej 10 000 km nad poziomem morza.
Przyciąganie siły grawitacji i sposób, w jaki sprężane są gazy, wpływa na ich rozkład na powierzchni ziemi. Tym samym największa część jego masy całkowitej (około 99%) znajduje się na pierwszych 40 km nad poziomem morza.
Warstwy atmosfery. Źródło: Ten obraz SVG został stworzony przez Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69.Please Credit this: William Crochot
Różne poziomy lub warstwy powietrza atmosferycznego mają różny skład chemiczny i różnice temperatur. Zgodnie z jej układem pionowym, od najbliższej do najbardziej oddalonej od powierzchni Ziemi, znane są następujące warstwy: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera.
Ze względu na skład chemiczny powietrza atmosferycznego zdefiniowano dwie warstwy: homosferę i heterosferę.
Homosfera
Znajduje się na pierwszych 80-100 km nad poziomem morza, a jego skład gazów w powietrzu jest jednorodny. W tym znajduje się troposfera, stratosfera i mezosfera.
Heterosfera
Występuje powyżej 100 km i charakteryzuje się zmiennym składem gazów obecnych w powietrzu. Pasuje do termosfery. Skład gazów zmienia się na różnych wysokościach.
Skład pierwotnego powietrza atmosferycznego
Dysk planetezyjny. Źródło: domena publiczna, commons.wikimedia.org
Po uformowaniu się Ziemi, około 4500 milionów lat temu, zaczęły się gromadzić gazy, które utworzyły powietrze atmosferyczne. Gazy pochodziły głównie z płaszcza Ziemi, a także ze zderzenia z planetozymalami (skupiskami materii, z której powstały planety).
Gromadzenie się CO
Wielka aktywność wulkaniczna na planecie zaczęła uwalniać do atmosfery różne gazy, takie jak N 2 , CO 2 i H 2 O. Dwutlenek węgla zaczął się gromadzić od czasu nasycenia dwutlenkiem węgla (proces wiązania atmosferycznego CO 2 w postaci węglan) był rzadki.
Czynnikami, które wpłynęły w tym czasie na wiązanie CO 2 były deszcze o bardzo małej intensywności i bardzo mały obszar kontynentalny.
Pochodzenie życia, nagromadzenie metanu (CH
Pierwsze żyjące istoty, które pojawiły się na planecie, używały CO 2 i H 2 do oddychania. Te wczesne organizmy były beztlenowe i metanogenne (wytwarzały duże ilości metanu).
Metan gromadził się w powietrzu atmosferycznym, ponieważ jego rozkład był bardzo powolny. Rozkłada się w wyniku fotolizy, aw atmosferze prawie beztlenowej proces ten może trwać nawet do 10 000 lat.
Według niektórych danych geologicznych około 3,5 miliarda lat temu nastąpił spadek CO 2 w atmosferze, co wiązało się z tym, że powietrze bogate w CH 4 zintensyfikowało opady, sprzyjając karbonatyzacji.
Duże zdarzenie utleniające (akumulacja O
Uważa się, że około 2,4 miliarda lat temu ilość O 2 na planecie osiągnęła znaczące poziomy w powietrzu atmosferycznym. Nagromadzenie tego pierwiastka wiąże się z pojawieniem się organizmów fotosyntetycznych.
Fotosynteza to proces, który umożliwia syntezę cząsteczek organicznych z innych cząsteczek nieorganicznych w obecności światła. Podczas jego występowania O 2 jest uwalniany jako produkt uboczny.
Wysoki współczynnik fotosyntezy produkowany przez cyjanobakterie (pierwsze organizmy fotosyntetyzujące) zmieniał skład powietrza atmosferycznego. Duże ilości O 2, które zostały uwolnione, powróciły do atmosfery w coraz większym stopniu utleniając się.
Te wysokie poziomy O 2 wpłynęły na akumulację CH 4 , ponieważ przyspieszyły proces fotolizy tego związku. Gdy metan w atmosferze gwałtownie spadł, temperatura planety spadła i nastąpiło zlodowacenie.
Innym ważnym skutkiem gromadzenia się O 2 na planecie było tworzenie się warstwy ozonowej. Atmosferyczny O 2 dysocjuje pod wpływem światła i tworzy dwie atomowe cząsteczki tlenu.
Tlen atomowy rekombinuje z cząsteczkowym O 2 i tworzy O 3 (ozon). Warstwa ozonowa tworzy barierę ochronną przed promieniowaniem ultrafioletowym, umożliwiając rozwój życia na powierzchni ziemi.
Azot atmosferyczny i jego rola w powstawaniu życia
Azot jest niezbędnym składnikiem organizmów żywych, ponieważ jest niezbędny do tworzenia białek i kwasów nukleinowych. Jednak atmosferyczny N 2 nie może być używany bezpośrednio przez większość organizmów.
Wiązanie azotu może być biotyczne lub abiotyczne. Składa się ona z połączeniem N 2 z O 2 lub H 2 , z wytworzeniem amoniaku, azotany lub azotyny.
Zawartość N 2 w powietrzu atmosferycznym pozostawała mniej więcej stała w atmosferze ziemskiej. W okresie akumulacji CO 2 wiązanie N 2 było zasadniczo abiotyczne, ze względu na tworzenie się tlenku azotu, powstającego w wyniku fotochemicznej dysocjacji cząsteczek H 2 O i CO 2 , które były źródłem O 2 .
Kiedy poziom atmosferycznego CO 2 spadł , tempo tworzenia się tlenku azotu dramatycznie spadło. Uważa się, że w tym czasie pierwsze biotyczne drogi N 2 stałej pochodzi .
Aktualny skład powietrza atmosferycznego
Powietrze atmosferyczne składa się z mieszaniny gazów i innych dość złożonych pierwiastków. Na jego skład wpływa głównie wysokość.
Homosfera
Stwierdzono, że skład chemiczny suchego powietrza atmosferycznego na poziomie morza jest dość stały. Azot i tlen stanowią około 99% masy i objętości homosfery.
Azot atmosferyczny (N 2 ) stanowi 78%, podczas gdy tlen stanowi 21% powietrza. Kolejnym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w powietrzu atmosferycznym jest argon (Ar), który zajmuje mniej niż 1% całkowitej objętości.
Składniki powietrza atmosferycznego. Źródło: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified.
Są inne elementy, które mają ogromne znaczenie, nawet jeśli są w małych proporcjach. Dwutlenek węgla (CO 2 ) jest obecny w ilości 0,035%, a para wodna może wahać się od 1 do 4%, w zależności od regionu.
Ozon (O 3 ) występuje w proporcji 0,003%, ale stanowi istotną barierę dla ochrony istot żywych. Również w tej samej proporcji znajdziemy różne gazy szlachetne, takie jak neon (Ne), krypton (Kr) i ksenon (Xe).
Ponadto występuje wodór (H 2 ), podtlenki azotu i metan (CH 4 ) w bardzo małych ilościach.
Kolejnym pierwiastkiem wchodzącym w skład powietrza atmosferycznego jest woda w stanie ciekłym zawarta w chmurach. Podobnie znajdujemy stałe elementy, takie jak zarodniki, pyłki, popioły, sole, mikroorganizmy i małe kryształki lodu.
Heterosfera
Na tym poziomie wysokość nad poziomem morza określa dominujący rodzaj gazu w powietrzu atmosferycznym. Wszystkie gazy są lekkie (o małej masie cząsteczkowej) i są zorganizowane w czterech różnych warstwach.
Widać, że wraz ze wzrostem wysokości gazy w większej ilości mają mniejszą masę atomową.
Na wysokości od 100 do 200 km n.p.m. występuje większa obfitość azotu cząsteczkowego (N 2 ). Waga tej cząsteczki wynosi 28,013 g / mol.
Druga warstwa heterosfery składa się z atomowego O i znajduje się między 200 a 1000 km nad poziomem morza. Atomowy O ma masę 15 999 i jest mniej ciężki niż N 2 .
Później znajdujemy warstwę helu o wysokości od 1000 do 3500 km. Hel ma masę atomową 4,00226.
Ostatnia warstwa heterosfery składa się z atomowego wodoru (H). Jest to najlżejszy gaz w układzie okresowym, o masie atomowej 1,007.
Bibliografia
- Katz M (2011) Materiały i surowce, powietrze. Poradnik dydaktyczny Rozdział 2. Narodowy Instytut Edukacji Technicznej, Ministerstwo Edukacji. Buenos Aires. Argentyna. 75 s
- Monks PS, C Granier, S Fuzzi i wsp. (2009) Zmiana składu atmosfery - globalna i regionalna jakość powietrza. Atmospheric Enviroment 43: 5268-5350.
- Pla-García J and C Menor-Salván (2017) Skład chemiczny prymitywnej atmosfery planety Ziemia. Chem 113: 16-26.
- Rohli R i Vega A (2015) Klimatologia. Trzecia edycja. Jones i Bartlett Learning. Nowy Jork, USA. 451 s.
- Saha K (2011) Atmosfera Ziemi, jej fizyka i dynamika. Springer-Verlag. Berlin, Niemcy 367 str.