הרכב האוויר והמזהמים באטמוספירה

ה הרכב אוויר אטמוספרי או האווירה מוגדרת על ידי היחס בין הגזים השונים הכלולים בו, אשר היה וריאציה מתמדת לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ. האווירה של כדור הארץ במבנה הכיל בעיקר H₂ ו גזים אחרים כמו CO₂ ו - H₂לפני כ -4,400 מיליון שנה, הרכב האוויר האטמוספרי הועשר בעיקר של CO₂.

עם הופעת החיים על כדור הארץ, הצטברות של מתאן התרחשה (CH₄) באטמוספירה, שכן האורגניזמים הראשונים היו מתנוגנים. מאוחר יותר הופיעו האורגניזמים הפוטוסינתטיים, אשר העשירו את האוויר האטמוספרי של O₂.

ההרכב של האוויר האטמוספרי כיום ניתן לחלק לשתי שכבות גדולות, מובחנות בהרכב הכימי שלהם; ההומוספרה וההטרוספירה.

ההומוספרה ממוקמת בין 80 ל -100 ק"מ מעל פני הים ומורכבת בעיקר מחנקן (78%), חמצן (21%), ארגון (פחות מ -1%), פחמן דו חמצני, אוזון, הליום, מימן ומתאן. , בין שאר היסודות הנמצאים בממדים קטנים מאוד.

ההטרוספרה נוצרת על ידי גזים בעלי משקל מולקולרי נמוך והיא ממוקמת מעל 100 ק"מ של גובה. השכבה הראשונה מציגה N₂ מולקולרית, השנייה האטומית O, הליום השלישי והאחרון נוצר על ידי מימן אטומי (H).

אינדקס

• 1 היסטוריה
  • 1.1 יוון העתיקה
  • 1.2 גילוי הרכב האוויר האטמוספרי
• 2 מאפיינים
  • 2.1 מוצא
  • 2.2 מבנה
• 3 הרכב אוויר אטמוספרי פרימיטיבי
  • 3.1 צבירה של CO2
  • 3.2 מקור החיים, הצטברות מתאן (CH4) וירידה של CO2
  • 3.3 אירוע חמצוני גדול (הצטברות של O2)
  • 3.4 חנקן אטמוספרי ותפקידה במקור החיים
• 4 הרכב האוויר האטמוספרי הנוכחי
  • 4.1 הומוספירה
  • 4.2 הטרוספרה
• 5 הפניות

היסטוריה

מחקרים על האוויר האטמוספרי החלו לפני אלפי שנים. ברגע שהתרבויות הפרימיטיביות גילו אש, הם החלו לקבל מושג על קיומו של אוויר.

יוון העתיקה

במהלך תקופה זו הם החלו לנתח מה הוא האוויר ומה הוא ממלא תפקיד. לדוגמה, אנקסימדס דה מילטו (588 א.ק. 524 א ') נחשב כי האוויר הוא היסוד לחיים, שכן היצורים החיים ניזונו מן היסוד הזה.

מאידך גיסא, אמפדוקלס דה אקרגס (495 א.ק.- 435 א.ק.) חשב שיש ארבעה יסודות עיקריים לחיים: מים, אדמה, אש ואוויר..

אריסטו (384 a.C.-322 a.C.) גם נחשב כי האוויר היה אחד המרכיבים החיוניים של יצורים חיים.

גילוי הרכב האוויר האטמוספרי

בשנת 1773 גילה כימאי השוודי קרל Scheele כי האוויר היה מורכב חנקן וחמצן (אוויר דוחה). מאוחר יותר, בשנת 1774, קבע הג'וזף הבריטי פריסטלי כי האוויר מורכב מתערובת של אלמנטים וכי אחד מהם חיוני לחיים.

בשנת 1776 קרא הצרפתי אנטואן לבויזייה לחמצן את האלמנט שהוא בודד מן הפירוק התרמי של תחמוצת הכספית.

בשנת 1804, טבעו הטבעי אלכסנדר פון הומבולדט והכימאי הצרפתי גיי-לוסאק את האוויר שמקורו בחלקים שונים של הפלנטה. החוקרים קובעים כי לאוויר האטמוספרי יש הרכב קבוע.

זה לא היה עד סוף המאה התשע עשרה ותחילת המאה העשרים, כאשר גזים אחרים שהם חלק האוויר האטמוספרי התגלו. בין אלה יש לנו ארגון בשנת 1894, אז הליום בשנת 1895, גזים אחרים (ניאון, ארגון קסנון) בשנת 1898.

תכונות

האוויר האטמוספרי ידוע גם בשם אווירה והוא תערובת של גזים המכסים את כדור הארץ.

מוצא

מעט ידוע על מקור האטמוספירה של כדור הארץ. זה נחשב כי לאחר הפרידה מן השמש, כדור הארץ היה מוקף במעטפה של גזים חמים מאוד.

גזים אלה היו אולי ניתן לצמצום והגיעו מהשמש, המורכבת בעיקר של H₂. גזים אחרים היו כנראה CO₂ ו - H₂או נפלט על ידי פעילות וולקנית אינטנסיבית.

מוצע כי חלק הגזים הנוכחי מקורר, מעובה והוליד את האוקיינוסים. הגזים האחרים נותרו יוצרים את האטמוספרה ואחרים מאוחסנים בסלעים.

מבנה

האווירה נוצרת על ידי שכבות קונצנטריות שונות המופרדות על ידי אזורי מעבר. הגבול העליון של שכבה זו אינו מוגדר בבירור, ומחברים מסוימים מציבים אותו מעל 10,000 ק"מ מעל פני הים.

האטרקציה של כוח הכבידה והדרך בה גז דחוס משפיעה על תפוצתו על פני כדור הארץ. כך, החלק הגדול ביותר של מסה הכולל שלה (כ 99%) ממוקם ב 40 ק"מ הראשונים מעל פני הים.

רמות או שכבות שונות של אוויר אטמוספרי יש הרכב כימי שונה וריאציות הטמפרטורה. על פי ההסדר האנכי שלה, מן הקרוב ביותר למרחק של פני השטח של כדור הארץ, שכבות הבאות ידועים: הטרופוספירה, הסטרטוספירה, mesosphere, תרמוספירה ו exosphere.

בהרכב הכימי של האוויר האטמוספרי מוגדרות שתי שכבות: ההומוספרה וההטרוספירה.

הומוספירה

הוא ממוקם הראשון 80-100 ק"מ מעל פני הים, ואת ההרכב של גזים באוויר הוא הומוגני. בחודש זה נמצאים טרופוספירה, סטרטוספירה ו mesosphere.

הטרוספרה

הוא נמצא מעל 100 ק"מ ומאופיין כי הרכב הגזים הנוכחים באוויר משתנה. זה עולה בקנה אחד עם תרמוספירה. הרכב הגזים משתנה בגבהים שונים.

הרכב של אוויר אטמוספרי פרימיטיבי

לאחר היווצרות כדור הארץ, לפני כ -4,500 מיליון שנים, החלו להיווצר גזים שיצרו את האוויר האטמוספרי. הגזים הגיעו בעיקר מעטיפת כדור הארץ, וכן מן ההשפעה עם כוכבי הלכת (אגרגטים של חומר שמקורם כוכבי הלכת).

הצטברות של CO₂

הפעילות הוולקנית הגדולה על הפלנטה החלה לשחרר גזים שונים לאטמוספרה, כגון ה- N₂, CO₂ ו - H₂פחמן דו חמצני התחיל לצבור, שכן פחמן (תהליך קיבוע CO)₂ אטמוספרי בצורה של פחמתי) היה נדיר.

הגורמים שהשפיעו על קיבוע CO₂ בשלב זה הם היו הגשמים בעוצמה נמוכה מאוד באזור יבשתי מאוד.

מקור החיים, הצטברות מתאן (CH₄) וירידה ב CO₂

היצורים החיים הראשונים שהופיעו על הפלנטה השתמשו ב- CO₂ ו - H₂ לבצע נשימה. האורגניזמים הראשונים הללו היו אנאירוביים ומתנוגניים (הם ייצרו כמות גדולה של מתאן).

המתאן נצבר באוויר אטמוספרי, כי הפירוק שלו היה איטי מאוד. זה מתפרק על ידי פוטוליזה ובאווירה כמעט ללא חמצן, תהליך זה יכול להימשך עד 10,000 שנה.

על פי כמה רשומות גיאולוגיות, לפני כ 3,500 מיליון שנה היתה ירידה CO₂ באווירה, אשר כבר משויך CH זה אוויר עשיר₄ הגביר את הגשמים והעדיף את הפחמן.

אירוע חמצוני גדול (הצטברות של O₂)

זה נחשב כי לפני כ 2400 מיליון שנה את כמות O₂ על פני כדור הארץ הוא הגיע לרמות חשובות באוויר האטמוספרי. הצטברות של אלמנט זה קשורה עם המראה של אורגניזמים פוטוסינתטיים.

תהליך הפוטוסינתזה הוא תהליך המאפשר למולקולות אורגניות להיות מסונתזות ממולקולות אי-אורגניות אחרות בנוכחות אור. במהלך המופע שלו, הוא שוחרר₂ כמוצר משני.

השיעור הפוטוסינתטי הגבוה שנוצר על ידי הציאנובקטרייה (אורגניזמים פוטוסינתטיים ראשונים) שינה את הרכב האוויר האטמוספרי. כמויות גדולות של O₂ אשר שוחררו, חזר לאטמוספירה יותר ויותר חמצון.

אלה רמות גבוהות של O₂ השפיעו על הצטברות של CH₄, שכן הוא האיץ את תהליך photolysis של המתחם הזה. על ידי צמצום מתאן באופן דרמטי באטמוספירה, הטמפרטורה של הפלנטה ירדה ועידן הקרח התפתח..

עוד השפעה חשובה של הצטברות של O₂ על כדור הארץ, זה היה היווצרות של שכבת האוזון. O₂ אטמוספרי ניתוק על ידי השפעת האור ויוצר שני חלקיקים של חמצן אטומי.

אטומי החמצן recombines עם O₂ מולקולרי וצורות O₃ (אוזון). שכבת האוזון מהווה מחסום מגן מפני קרינה אולטרה סגולה, ומאפשר את התפתחות החיים על פני כדור הארץ.

החנקן באטמוספירה ותפקידה במקור החיים

חנקן הוא מרכיב חיוני של אורגניזמים חיים, שכן הוא הכרחי להיווצרות של חלבונים וחומצות גרעין. עם זאת, N₂ אטמוספרי לא ניתן להשתמש ישירות על ידי רוב האורגניזמים.

קיבוע החנקן יכול להיות ביוטי או אביוטי. זה מורכב שילוב של N₂ עם O₂ או H₂ כדי ליצור אמוניה, חנקות או nitrites.

תוכנו של נ₂ באוויר האטמוספרי הם נשארו קבועים פחות או יותר באטמוספירה של כדור הארץ. במהלך זמן הצטברות CO₂, N קיבעון₂ זה היה בעצם אביוטי, על ידי היווצרות של תחמוצות חנקן, שנוצרו על ידי דיסוציאציה פוטוכימית של מולקולות H.₂O ו CO₂ אשר היו המקור של O₂.

כאשר הירידה התרחשה רמות CO₂ באווירה, שיעורי היווצרות של תחמוצת חנקן ירד באופן דרסטי. זה נחשב כי במהלך הזמן הזה היו הראשונים מסלולים ביוטיים של קיבוע של N מקורם₂.

הרכב האוויר האטמוספרי הנוכחי

האוויר האטמוספרי נוצר על ידי תערובת של גזים ואלמנטים מורכבים למדי. הרכבו מושפע בעיקר מגובה.

הומוספירה

נקבע כי ההרכב הכימי של אוויר אטמוספרי יבש בגובה פני הים הוא קבוע למדי. חנקן וחמצן מהווים כ 99% מהמוסה והנפח של ההומוספרה.

החנקן האטמוספרי (N₂) הוא בשיעור של 78%, ואילו החמצן מהווה 21% מהאוויר. האלמנט הבא בשפע של האטמוספירה האוויר הוא ארגון (Ar), אשר תופסת פחות מ 1% מכלל נפח.

יש אלמנטים אחרים בעלי חשיבות רבה, גם כאשר הם בממדים קטנים. פחמן דו חמצני (CO₂) קיים בשיעור של 0.035% ואדי מים יכולים לנוע בין 1 ל 4%, בהתאם לאזור.

אוזון (O₃) נמצא בשיעור של 0.003%, אך הוא מהווה מחסום חיוני להגנה על יצורים חיים. גם בפרופורציה זו אנו מוצאים כמה גזים אצילים כגון ניאון (Ne), קריפטון (Kr) ו קסנון (Xe).

בנוסף, קיימת נוכחות של מימן (H₂), תחמוצות חנקן ומתאן (CH₄) בכמויות קטנות מאוד.

אלמנט נוסף המהווה חלק מהרכב האוויר האטמוספרי הוא המים הנוזלים הכלולים בעננים. כמו כן, אנו מוצאים אלמנטים מוצקים כגון נבגים, אבקה, אפר, מלחים, מיקרואורגניזמים וגבישי קרח קטנים..

הטרוספרה

ברמה זו, הגובה קובע את סוג הגז השולט באוויר האטמוספרי. כל הגזים הם אור (משקל מולקולרי נמוך) ומאורגנים בארבע שכבות שונות.

זה מעריך כי כמו גובה מגביר, גזים בשפע ביותר יש מסה אטומית נמוכה.

בין 100 ל 200 ק"מ גובה, יש שפע גדול יותר של חנקן מולקולרי (N₂). משקל המולקולה הוא 28.013 גרם / מול.

השכבה השנייה של הטרוספרה תואמת את האטום O והיא ממוקמת בין 200 ל 1000 ק"מ על פני הים. O האטומית יש מסה של 15,999, להיות פחות כבד מאשר N₂.

מאוחר יותר, מצאנו שכבת הליום בין 1000 ל 3500 ק"מ. הליום יש מסה אטומית של 4.00226.

השכבה האחרונה של ההטרוספירה מיוצרת על ידי מימן אטומי (H). גז זה הוא הקל ביותר בטבלה המחזורית, עם מסה אטומית של 1.007.

הפניות

1. כץ M (2011) חומרים וחומרי גלם, Air. פרק דידקטי פרק 2. המכון הלאומי לחינוך טכנולוגי, משרד החינוך. בואנוס איירס ארגנטינה 75 עמ '
2. הנזירים PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) שינוי הרכב אטמוספרי - איכות אוויר גלובלית ואיזורית. סביבה אטמוספרת 43: 5268-5350.
3. Pla-García J ו- C מנור- Salván (2017) ההרכב הכימי של האווירה הפרימיטיבית של כדור הארץ. קוים 113: 16-26.
4. Rohli R ו Vega (2015) קלימטולוגיה. מהדורה שלישית. ג 'ונס ברטלט הלמידה. ניו יורק, ארה"ב. 451 עמ '.
5. Saha K (2011) האטמוספירה של כדור הארץ, הפיזיקה והדינמיקה שלו. ספרינגר-ורלאג. ברלין, גרמניה.