Chimie atmosferică | chimia atmosferei Pământului și a altor planete
Chimia atmosferică este o ramură a științei în care se studiază chimia atmosferei Pământului și a altor planete. Este un domeniu de cercetare multidisciplinar și se bazează pe chimia mediului, fizică, meteorologie, modelare computerizată, oceanografie, geologie și vulcanologie și alte discipline. Cercetarea este legată de alte domenii de studiu, cum ar fi climatologia.
Studiul atmosferei include studierea interacțiunilor dintre atmosferă și organismele vii. Compoziția atmosferei Pământului se modifică ca urmare a proceselor naturale, cum ar fi emisiile vulcanice, fulgerele și bombardamentul cu particule solare din coroana Soarelui. De asemenea, aceasta a fost modificată și de activitatea umană. Unele dintre aceste modificări sunt dăunătoare pentru sănătatea umană, pentru culturi și pentru ecosisteme. Printre exemplele de probleme se numără ploile acide, reducerea stratului de ozon, smogul fotochimic, gazele cu efect de seră și încălzirea globală. Chimiștii atmosferici studiază cauzele acestor probleme. Chimiștii atmosferici oferă teorii despre aceste probleme, apoi testează teoriile și posibilele soluții. De asemenea, chimiștii atmosferici observă efectele schimbărilor în politica guvernamentală.
Compoziția atmosferică
| Compoziția medie a atmosferei uscate (fracțiuni molare) | ||
| Gaz | conform NASA | |
| Azot, N2 | 78.084% | |
| Oxigenul, O2 | 20.946% | |
| Argon, Ar | 0.934% | |
| Constituenți minori (fracții molare în ppm) | ||
| Dioxid de carbon, CO2 | 383 | |
| Neon, Ne | 18.18 | |
| Heliu, He | 5.24 | |
| Metan, CH4 | 1.7 | |
| Kripton, Kr | 1.14 | |
| Hidrogen, H2 | 0.55 | |
| Apă | ||
| Vapori de apă | Foarte variabilă; de | |
Note: concentrația de CO2 și CH4 variază în funcție de sezon și de locație. Masa moleculară medie a aerului este de 28,97 g/mol.
Componența atmosferei Pământului. Vaporii de apă nu sunt incluși, deoarece se modifică mult în timp. Fiecare cub minuscul (cum ar fi cel care reprezintă kriptonul) are o milionime din volumul întregului bloc. Datele provin de la NASA Langley.
Schema proceselor chimice și de transport legate de compoziția atmosferică.
Istoric
Grecii antici considerau aerul ca fiind unul dintre cele patru elemente. Primele studii științifice privind compoziția atmosferică au început în secolul al XVIII-lea. Chimiști precum Joseph Priestley, Antoine Lavoisier și Henry Cavendish au făcut primele măsurători ale compoziției atmosferei.
La sfârșitul secolului al XIX-lea și la începutul secolului al XX-lea, interesul s-a îndreptat către constituenții urmăritori cu concentrații foarte mici. O descoperire importantă pentru chimia atmosferică a fost descoperirea ozonului de către Christian Friedrich Schönbein în 1840.
Concentrațiile de gaze în suspensie din atmosferă s-au schimbat de-a lungul timpului, la fel ca și procesele chimice care produc și distrug compușii din aer. Două exemple importante în acest sens au fost explicațiile oferite de Sydney Chapman și Gordon Dobson cu privire la modul în care se creează și se menține stratul de ozon, precum și explicația privind smogul fotochimic oferită de Arie Jan Haagen-Smit. Studiile ulterioare privind problemele legate de ozon au dus la acordarea Premiului Nobel pentru Chimie în 1995, împărțit între Paul Crutzen, Mario Molina și Frank Sherwood Rowland.
În secolul XXI, accentul se schimbă din nou. Chimia atmosferică este din ce în ce mai mult studiată ca parte a sistemului Pământului. Înainte, oamenii de știință se concentrau asupra chimiei atmosferice în mod izolat. Acum, oamenii de știință studiază chimia atmosferică ca parte a unui sistem unic cu restul atmosferei, biosferei și geosferei. Un motiv pentru acest lucru este reprezentat de legăturile dintre chimie și climă. De exemplu, schimbările climatice și refacerea găurii de ozon se afectează reciproc. De asemenea, compoziția atmosferei interacționează cu oceanele și ecosistemele terestre.
Metodologie
Observațiile, măsurătorile de laborator și modelarea sunt cele trei elemente centrale ale chimiei atmosferice. Toate cele trei metode sunt utilizate împreună. De exemplu, observațiile pot spune că există o cantitate mai mare de un compus chimic decât se credea anterior că este posibil. Acest lucru va stimula noi studii de modelare și de laborator care vor spori înțelegerea științifică până la un punct în care observațiile pot fi explicate.
Observație
Observațiile privind chimia atmosferică sunt importante. Oamenii de știință înregistrează date despre compoziția chimică a aerului de-a lungul timpului pentru a urmări orice schimbări. Un exemplu în acest sens este curba Keeling - o serie de măsurători din 1958 până în prezent, care arată o creștere constantă a concentrației de dioxid de carbon. Observațiile chimiei atmosferei sunt efectuate în observatoare, cum ar fi cel de pe Mauna Loa, și pe platforme mobile, cum ar fi avioane, nave și baloane. Observațiile compoziției atmosferice sunt efectuate din ce în ce mai des de sateliți, oferind o imagine globală a poluării și chimiei aerului. Observațiile de la suprafață au avantajul de a furniza înregistrări pe termen lung la o rezoluție temporală ridicată, dar furnizează date dintr-un spațiu vertical și orizontal limitat. Unele instrumente de suprafață, cum ar fi LIDAR, pot furniza profiluri de concentrație ale compușilor chimici și ale aerosolilor, dar sunt încă limitate în ceea ce privește regiunea orizontală pe care o acoperă. Multe observații sunt partajate online.
Măsurătorile de laborator
Măsurătorile efectuate în laborator sunt esențiale pentru înțelegerea surselor și rezervoarelor de poluanți și compuși din natură. Studiile de laborator arată ce gaze reacționează între ele și cu ce viteză reacționează. Oamenii de știință măsoară reacțiile în faza gazoasă, pe suprafețe și în apă. Oamenii de știință studiază, de asemenea, fotochimia, care cuantifică cât de repede sunt despărțite moleculele de lumina soarelui și care sunt produsele. Oamenii de știință studiază, de asemenea, date termodinamice, cum ar fi coeficienții legii lui Henry.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este chimia atmosferică?
R: Chimia atmosferică este o ramură a științei în care se studiază chimia atmosferei Pământului și a altor planete. Ea se bazează pe mai multe discipline, cum ar fi chimia mediului, fizica, meteorologia, modelarea computerizată, oceanografia, geologia și vulcanologia.
Î: Cum include studiul atmosferei studiul organismelor vii?
R: Cercetarea în domeniul chimiei atmosferei include, de asemenea, studierea interacțiunilor dintre atmosferă și organismele vii.
Î: Care sunt câteva exemple de probleme cauzate de activitatea umană?
R: Printre exemplele de probleme cauzate de activitatea umană se numără ploile acide, reducerea stratului de ozon, smogul fotochimic, gazele cu efect de seră și încălzirea globală.
Î: Ce fac chimiștii atmosferici pentru a rezolva aceste probleme?
R: Chimiștii atmosferici oferă teorii despre aceste probleme, apoi le testează pentru a găsi posibile soluții. De asemenea, ei observă efectele schimbărilor în politicile guvernamentale legate de aceste probleme.
Î: Cum se schimbă în mod natural compoziția atmosferei Pământului?
R: Compoziția atmosferei Pământului se schimbă ca urmare a proceselor naturale, cum ar fi emisiile vulcanice, fulgerele și bombardamentul cu particule solare din coroana Soarelui.
