Состав атмосферного воздуха и загрязняющих веществ

состав атмосферного воздуха или атмосфера определяется пропорцией различных газов, содержащихся в ней, которая постоянно изменялась на протяжении всей истории Земли. Атмосфера планеты в образовании содержала в основном H₂ и другие газы, такие как СО₂ и H₂О. Около 4400 миллионов лет назад состав атмосферного воздуха был обогащен в основном СО₂.

С появлением жизни на Земле произошло накопление метана (СН₄) в атмосфере, так как первые организмы были метаногенами. Позже появились фотосинтезирующие организмы, которые обогатили атмосферный воздух О₂.

Состав атмосферного воздуха сегодня можно разделить на два больших слоя, различающихся по своему химическому составу; гомосфера и гетеросфера.

Гомосфера расположена на высоте от 80 до 100 км над уровнем моря и состоит в основном из азота (78%), кислорода (21%), аргона (менее 1%), углекислого газа, озона, гелия, водорода и метана. среди других элементов присутствует в очень небольших пропорциях.

Гетеросфера состоит из газов с низкой молекулярной массой и расположена выше 100 км над уровнем моря. Первый слой представляет N₂ молекулярный, второй атом O, третий гелий и последний, образованный атомарным водородом (H).

индекс

• 1 История
  • 1.1 Древняя Греция
  • 1.2 Открытие состава атмосферного воздуха
• 2 Характеристики
  • 2.1 Происхождение
  • 2.2 Структура
• 3 Состав первозданного атмосферного воздуха
  • 3.1 Накопление CO2
  • 3.2 Происхождение жизни, накопление метана (CH4) и снижение CO2
  • 3.3 Большое окислительное событие (накопление O2)
  • 3.4 Атмосферный азот и его роль в происхождении жизни
• 4 Состав текущего атмосферного воздуха
  • 4.1 Гомосфера
  • 4.2 Гетеросфера
• 5 ссылок

история

Исследования атмосферного воздуха начались тысячи лет назад. В тот момент, когда первобытные цивилизации открыли огонь, у них возникло представление о существовании воздуха.

Древняя Греция

В этот период они начали анализировать, что такое воздух и какую функцию он выполняет. Например, Анаксимад де Милето (588 г. до н.э.-524 г. до н. Э.) Считал, что воздух имеет основополагающее значение для жизни, поскольку живые существа питались этим элементом..

С другой стороны, Эмпедокл де Акрагас (495 а.с.-435 а.с.) считал, что для жизни существует четыре основных элемента: вода, земля, огонь и воздух..

Аристотель (384 г. до н.э.-322 г. н.э.) также считал, что воздух является одним из важнейших элементов для живых существ.

Открытие состава атмосферного воздуха

В 1773 году шведский химик Карл Шееле обнаружил, что воздух состоит из азота и кислорода (магматический воздух). Позже, в 1774 году британец Джозеф Пристли определил, что воздух состоит из смеси элементов и что один из них был необходим для жизни.

В 1776 году француз Антуан Лавуазье назвал кислород элементом, который он выделил из термического разложения оксида ртути..

В 1804 году натуралист Александр фон Гумбольдт и французский химик Гей-Люссак проанализировали воздух, поступающий из разных частей планеты. Исследователи определили, что атмосферный воздух имеет постоянный состав.

Только в конце девятнадцатого и начале двадцатого века были обнаружены другие газы, которые являются частью атмосферного воздуха. Среди них есть аргон в 1894 году, затем гелий в 1895 году и другие газы (неон, аргон и ксенон) в 1898 году..

черты

Атмосферный воздух также известен как атмосфера и представляет собой смесь газов, которые покрывают планету Земля.

источник

Мало что известно о происхождении атмосферы Земли. Считается, что после отделения от Солнца планета была окружена оболочкой очень горячих газов..

Эти газы были, вероятно, восстанавливаемыми и исходящими от Солнца, состоящими в основном из H₂. Другие газы, вероятно, были CO₂ и H₂Или испускается интенсивной вулканической деятельностью.

Предполагается, что часть присутствующих газов охладилась, конденсировалась и породила океаны. Остальные газы оставались в атмосфере, а другие хранились в скалах..

структура

Атмосфера образована различными концентрическими слоями, разделенными переходными зонами. Верхний предел этого слоя четко не определен, и некоторые авторы размещают его выше 10 000 км над уровнем моря..

Притяжение силы тяжести и то, каким образом газ сжимается, влияет на его распределение на поверхности земли. Таким образом, наибольшая часть его общей массы (примерно 99%) находится в первых 40 км над уровнем моря..

Различные уровни или слои атмосферного воздуха имеют различный химический состав и колебания температуры. По своему вертикальному расположению, от ближайшего к дальнему от земной поверхности, известны следующие слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

Что касается химического состава атмосферного воздуха, определены два слоя: гомосфера и гетеросфера.

гомосфера

Он расположен в первых 80-100 км над уровнем моря, и его состав газов в воздухе является однородным. В этом расположены тропосфера, стратосфера и мезосфера.

гетеросфера

Он присутствует выше 100 км и характеризуется тем, что состав газов, присутствующих в воздухе, является переменным. Это совпадает с термосферой. Состав газов различен на разных высотах.

Состав примитивного атмосферного воздуха

После образования Земли, примерно 4.500 миллионов лет назад, газы, которые образовали атмосферный воздух, начали накапливаться. Газы поступали в основном из земной мантии, а также из-за столкновения с планетезималами (скоплениями материи, возникшей на планетах).

Накопление СО₂

Большая вулканическая активность на планете начала выделять в атмосферу различные газы, такие как северный₂, Колорадо₂ и H₂О. Углекислый газ начал накапливаться, начиная с карбонизации (процесс фиксации СО)₂ атмосферный в виде карбонатов) было мало.

Факторы, которые повлияли на фиксацию СО₂ в это время они были дождями очень низкой интенсивности и очень сокращенной континентальной области.

Происхождение жизни, накопление метана (СН₄) и снижение СО₂

Первые живые существа, появившиеся на планете, использовали СО₂ и H₂ выполнять дыхание. Эти первые организмы были анаэробными и метаногенными (они производили большое количество метана).

Метан накапливался в атмосферном воздухе, потому что его разложение происходило очень медленно. Он разлагается в результате фотолиза и в атмосфере, почти свободной от кислорода, этот процесс может занять до 10000 лет.

По некоторым геологическим данным, около 3500 миллионов лет назад произошло снижение СО₂ в атмосфере, которая была связана с этим CH богатым воздухом₄ усилились дожди, способствующие карбонизации.

Большое окислительное событие (накопление О₂)

Считается, что около 2400 миллионов лет назад количество O₂ на планете он достиг важных уровней в атмосферном воздухе. Накопление этого элемента связано с появлением фотосинтезирующих организмов..

Фотосинтез - это процесс, который позволяет синтезировать органические молекулы из других неорганических молекул в присутствии света. Во время его возникновения O выпускается₂ как вторичный продукт.

Высокая скорость фотосинтеза, производимая цианобактериями (первыми фотосинтезирующими организмами), изменяла состав атмосферного воздуха. Большое количество O₂ которые были выпущены, возвращены в атмосферу все более окислительным.

Эти высокие уровни O₂ повлияло на накопление СН₄, так как это ускорило процесс фотолиза этого соединения. При резком сокращении метана в атмосфере температура планеты снизилась, и наступил ледниковый период..

Еще один важный эффект накопления О₂ на планете, это было формирование озонового слоя. O₂ атмосферный диссоциирует под действием света и образует две частицы атомарного кислорода.

Атомарный кислород рекомбинирует с О₂ молекулярный и образует О₃ (Озон). Озоновый слой образует защитный барьер от ультрафиолетового излучения, позволяя развитию жизни на поверхности земли.

Атмосферный азот и его роль в происхождении жизни

Азот является важным компонентом живых организмов, так как он необходим для образования белков и нуклеиновых кислот. Тем не менее, N₂ атмосферные не могут быть использованы непосредственно большинством организмов.

Фиксация азота может быть биотической или абиотической. Он состоит из комбинации N₂ с O₂ или Н₂ с образованием аммиака, нитратов или нитритов.

Содержание Н₂ в атмосферном воздухе они оставались более или менее постоянными в атмосфере Земли. За время накопления СО₂, N фиксация₂ Он был в основном абиотическим, из-за образования оксида азота, образованного в результате фотохимической диссоциации молекул H.₂O и CO₂ которые были источником O₂.

Когда произошло снижение уровня СО₂ в атмосфере скорости образования оксида азота резко снизились. Считается, что за это время возникли первые биотические пути фиксации N₂.

Состав текущего атмосферного воздуха

Атмосферный воздух образован смесью газов и других довольно сложных элементов. На его состав влияет в основном высота.

гомосфера

Установлено, что химический состав сухого атмосферного воздуха на уровне моря довольно постоянен. Азот и кислород составляют примерно 99% массы и объема гомосферы.

Атмосферный азот (N₂) составляет 78%, в то время как кислород составляет 21% воздуха. Следующим наиболее распространенным элементом атмосферного воздуха является аргон (Ar), который занимает менее 1% от общего объема.

Есть и другие элементы, которые имеют большое значение, даже если они в небольших пропорциях. Углекислый газ (СО₂) присутствует в пропорции 0,035%, а пары воды могут варьироваться от 1 до 4%, в зависимости от региона.

Озон (О₃) встречается в пропорции 0,003%, но является существенным барьером для защиты живых существ. Также в той же пропорции мы находим несколько благородных газов, таких как неон (Ne), криптон (Kr) и ксенон (Xe).

Кроме того, есть присутствие водорода (Н₂), закиси азота и метана (СН₄) в очень небольших количествах.

Другим элементом, который входит в состав атмосферного воздуха, является жидкая вода, содержащаяся в облаках. Аналогично, мы находим твердые элементы, такие как споры, пыльца, пепел, соли, микроорганизмы и мелкие кристаллы льда..

гетеросфера

На этом уровне высота определяет тип газа, преобладающего в атмосферном воздухе. Все газы легкие (с низким молекулярным весом) и организованы в четыре разных слоя.

Понятно, что при увеличении высоты наиболее распространенные газы имеют меньшую атомную массу.

Между 100 и 200 км над уровнем моря, существует большее содержание молекулярного азота (N₂). Вес этой молекулы составляет 28,013 г / моль.

Второй слой гетеросферы соответствует атомному О и расположен между 200 и 1000 км на уровне моря. Атомный О имеет массу 15 999, будучи менее тяжелым, чем N₂.

Позже мы обнаружили слой гелия высотой от 1000 до 3500 км. Гелий имеет атомную массу 4,00226.

Последний слой гетеросферы состоит из атомарного водорода (H). Этот газ является самым легким в периодической таблице с атомной массой 1,007.

ссылки

1. Кац М. (2011) Материалы и сырье, Воздух. Дидактическое руководство Глава 2. Национальный институт технологического образования, Министерство образования. Буэнос-Айрес Аргентина. 75 пп
2. Монахи PS, C Granier, S Fuzzi и другие. (2009) Изменение состава атмосферы - глобальное и региональное качество воздуха. Атмосферная среда 43: 5268-5350.
3. Pla-García J and C Menor-Salván (2017) Химический состав первозданной атмосферы планеты Земля. Quim 113: 16-26.
4. Rohli R и Vega A (2015) Климатология. Третье издание. Джонс и Бартлетт Лирнинг. Нью-Йорк, США. 451 стр..
5. Саха К. (2011) Атмосфера Земли, ее физика и динамика. Springer-Verlag. Берлин, Германия. 367 стр..