- Historie
- Det gamle Grækenland
- Opdagelse af sammensætningen af atmosfærisk luft
- egenskaber
- Oprindelse
- Struktur
- Homosphere
- Heterosphere
- Sammensætning af primitiv atmosfærisk luft
- CO-opbygning
- Livets oprindelse, akkumulering af metan (CH
- Stor oxidativ begivenhed (akkumulering af O
- Atmosfærisk nitrogen og dets rolle i livets oprindelse
- Aktuel atmosfærisk luftsammensætning
- Homosphere
- Heterosphere
- Referencer
Den sammensætning af den atmosfæriske luft eller atmosfære er defineret ved den del af forskellige gasser indeholdt i det, som har været i konstant variation i hele jordens historie. Atmosfæren i den formende planet indeholdt hovedsagelig H 2 og andre gasser, såsom CO 2 og H 2 O. ca. 4,4 milliarder år siden blev sammensætningen af atmosfærisk luft beriget hovedsagelig med CO 2.
Med fremkomsten af liv på jorden, en ophobning af methan (CH 4) forekom i atmosfæren, siden de første organismer var methanogener. Senere optrådte fotosyntetiske organismer, som berikede den atmosfæriske luft med O 2.
Generelt syn på Jordens atmosfære. Kilde: Reto Stöckli (landoverflade, lavt vand, skyer) Robert Simmon
Sammensætningen af atmosfærisk luft i dag kan opdeles i to store lag, differentieret i deres kemiske sammensætning; homosfæren og heterosfæren.
Homosfæren er placeret fra 80 til 100 km over havets overflade og består hovedsageligt af nitrogen (78%), ilt (21%), argon (mindre end 1%), kuldioxid, ozon, helium, brint og methan blandt andre elementer til stede i meget små proportioner.
Heterosfæren består af gasser med lav molekylvægt og er placeret over 100 km i højde. Det første lag har molekylær N 2, den anden atomare O, den tredje helium og den sidste består af atomart hydrogen (H).
Historie
Undersøgelser af atmosfærisk luft begyndte for tusinder af år siden. I det øjeblik primitive civilisationer opdagede ild, begyndte de at have en forestilling om eksistensen af luft.
Det gamle Grækenland
I løbet af denne periode begyndte de at analysere, hvad luft er, og hvad det gør. For eksempel anså Anaxímades fra Milet (588 f.Kr. - 524 f.Kr.), at luft var vigtig for livet, da levende væsener fodret med dette element.
For hans del mente Empedocles of Acragas (495 f.Kr. - 435 f.Kr.), at der var fire grundlæggende elementer for livet: vand, jord, ild og luft.
Aristoteles (384 f.Kr.-322 f.Kr.) betragtes også luft som et af de væsentlige elementer for levende væsener.
Opdagelse af sammensætningen af atmosfærisk luft
I 1773 opdagede den svenske kemiker Carl Scheele, at luft var sammensat af nitrogen og ilt (stødende luft). Senere, i 1774, bestemte den britiske Joseph Priestley, at luft var sammensat af en blanding af elementer, og at en af disse var vigtig for livet.
I 1776 kaldte franskmanden Antoine Lavoisier ilt til det element, som han isolerede fra den termiske nedbrydning af kviksølvoxid.
I 1804 analyserede naturforskeren Alexander von Humboldt og den franske kemiker Gay-Lussac luften fra forskellige dele af planeten. Forskerne konstaterede, at atmosfærisk luft har en konstant sammensætning.
Det var først i slutningen af det 19. og det tidlige 20. århundrede, hvor de andre gasser, der er en del af den atmosfæriske luft, blev opdaget. Blandt disse har vi argon i 1894, derefter helium i 1895 og andre gasser (neon, argon og xenon) i 1898.
egenskaber
Jordens atmosfære, i baggrunden Månen. Kilde: NASA, via Wikimedia Commons
Den atmosfæriske luft er også kendt som atmosfæren, og det er en blanding af gasser, der dækker planeten Jorden.
Oprindelse
Der vides lidt om oprindelsen af Jordens atmosfære. Det anses for, at planeten efter sin adskillelse fra solen var omgivet af en kuvert med meget varme gasser.
Disse gasser blev muligvis reducere og kommer fra Solen, hovedsagelig sammensat af H 2. Andre gasser var sandsynligvis CO 2 og H 2 O udsendes af intens vulkansk aktivitet.
Det antydes, at en del af de tilstedeværende gasser afkøles, kondenseres og gav anledning til verdenshavene. De andre gasser forblev i atmosfæren, og andre blev opbevaret i klipper.
Struktur
Atmosfæren består af forskellige koncentriske lag adskilt af overgangszoner. Den øverste grænse for dette lag er ikke klart defineret, og nogle forfattere anbringer den over 10.000 km over havets overflade.
Tiltrækningen af tyngdekraften og den måde, hvorpå gasser komprimeres, påvirker deres distribution på jordoverfladen. Således ligger den største andel af dens samlede masse (ca. 99%) i de første 40 km over havets overflade.
Lag af atmosfæren. Kilde: Dette SVG-billede blev oprettet af Medium69.Cette-billede SVG a été créée par Medium69. Kreditér dette: William Crochot
Forskellige niveauer eller lag af atmosfærisk luft har forskellige kemiske sammensætninger og temperaturvariationer. I henhold til dets lodrette arrangement, fra det tættest til det fjerneste fra jordoverfladen, kendes følgende lag: troposfæren, stratosfæren, mesosfæren, termosfæren og eksosfæren.
I forhold til den kemiske sammensætning af atmosfærisk luft defineres to lag: homosfæren og heterosfæren.
Homosphere
Det er placeret i de første 80-100 km over havets overflade, og dens sammensætning af gasser i luften er homogen. I denne er troposfæren, stratosfæren og mesosfæren placeret.
Heterosphere
Det er til stede over 100 km og er kendetegnet ved, at sammensætningen af de gasser, der findes i luften, er variabel. Tilsvarer termosfæren. Sammensætningen af gasser varierer i forskellige højder.
Sammensætning af primitiv atmosfærisk luft
Planetesimal disk. Kilde: Public Domain, commons.wikimedia.org
Efter dannelsen af Jorden, for ca. 4500 millioner år siden, begyndte gas at samle sig, der dannede den atmosfæriske luft. Gasserne kom hovedsageligt fra jordens mantel såvel som fra påvirkningen med planetesimaler (aggregater af stof, der stammede fra planeterne).
CO-opbygning
Den store vulkansk aktivitet på planeten begyndte at frigive forskellige gasser i atmosfæren, såsom N 2, CO 2 og H 2 O. Carbondioxid begyndte at akkumulere, da karbonatisering (processen med fastsættelse atmosfærisk CO 2 i form carbonat) var knap.
De faktorer, der påvirkede fikseringen af CO 2 på dette tidspunkt var meget lav intensitet regn og et meget lille kontinentalt område.
Livets oprindelse, akkumulering af metan (CH
De første levende væsener, der dukkede op på planeten anvendte CO 2 og H 2 til at udføre respiration. Disse tidlige organismer var anaerobe og methanogene (de producerede store mængder methan).
Metan akkumuleres i den atmosfæriske luft, fordi dens nedbrydning var meget langsom. Det nedbrydes ved fotolyse og i en næsten iltfri atmosfære kan denne proces tage op til 10.000 år.
Ifølge nogle geologiske optegnelser, omkring 3,5 milliarder år siden var der et fald i CO 2 i atmosfæren, der har været forbundet med det faktum, at luften er rig på CH 4 intensiveret regnen, begunstige kulsyre.
Stor oxidativ begivenhed (akkumulering af O
Det vurderes, at for ca. 2,4 milliarder år siden nåede mængden af O 2 på planeten betydelige niveauer i den atmosfæriske luft. Akkumulering af dette element er forbundet med udseendet af fotosyntetiske organismer.
Fotosyntese er en proces, der tillader syntese af organiske molekyler fra andre uorganiske molekyler i nærvær af lys. Under dens forekomst frigives O 2 som et biprodukt.
Den høje fotosyntetiske hastighed produceret af cyanobakterier (første fotosyntetiske organismer) ændrede sammensætningen af den atmosfæriske luft. De store mængder O 2, der blev frigivet, vendte tilbage til atmosfæren, der i stigende grad oxiderede.
Disse høje niveauer af O 2 påvirket akkumuleringen af CH 4, eftersom den fremskyndede fotolyse proces af denne forbindelse. Da metan i atmosfæren faldt dramatisk, faldt planetens temperatur, og glaciation forekom.
En anden vigtig effekt af ophobningen af O 2 på planeten var dannelsen af ozonlaget. Atmosfærisk O 2 dissocierer under påvirkning af lette og danner to atomare oxygen partikler.
Atomisk ilt rekombineres med molekylær O 2 og danner O 3 (ozon). Ozonlaget danner en beskyttende barriere mod ultraviolet stråling, hvilket tillader udvikling af liv på jordoverfladen.
Atmosfærisk nitrogen og dets rolle i livets oprindelse
Kvælstof er en vigtig komponent i levende organismer, da det er nødvendigt for dannelse af proteiner og nukleinsyrer. Imidlertid atmosfærisk N 2 kan ikke anvendes direkte af de fleste organismer.
Nitrogenfiksering kan være biotisk eller abiotisk. Den består af kombinationen af N 2 med O 2 eller H 2 til dannelse af ammoniak, nitrater eller nitriter.
De N 2 indhold i atmosfærisk luft har været mere eller mindre konstant i jordens atmosfære. Under CO 2 ophobning periode, N 2 fiksering var dybest set abiotiske, på grund af dannelsen af nitrogenoxid dannet ved fotokemisk dissociering af H 2 O og CO 2 molekyler, der var kilden til O 2.
Når atmosfæriske CO 2 koncentrationen faldt, nitrogenoxid satser for faldet drastisk. Det anses, at de første biotiske ruter N i denne periode 2 fiksering stammer.
Aktuel atmosfærisk luftsammensætning
Atmosfærisk luft består af en blanding af gasser og andre ganske komplekse elementer. Dens sammensætning påvirkes hovedsageligt af højden.
Homosphere
Den kemiske sammensætning af tør atmosfærisk luft ved havoverfladen har vist sig at være temmelig konstant. Nitrogen og ilt udgør omkring 99% af massen og volumen af homosfæren.
Atmosfærisk nitrogen (N 2) er i en andel på 78%, mens ilt udgør 21% af luften. Det næste mest udbredte element i atmosfærisk luft er argon (Ar), der optager mindre end 1% af det samlede volumen.
Komponenter i atmosfærisk luft. Kilde: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Ændret.
Der er andre elementer, der er meget vigtige, selv når de er i små proportioner. Kuldioxid (CO 2) er til stede i en andel på 0,035%, og vanddamp kan variere mellem 1 og 4%, afhængigt af regionen.
Ozon (O 3) findes i en andel på 0,003%, men det udgør en væsentlig barriere for beskyttelse af levende væsener. Også i denne samme andel finder vi forskellige ædelgasser såsom neon (Ne), krypton (Kr) og xenon (Xe).
Derudover er der er nærvær af hydrogen (H 2), nitrogenoxider og methan (CH 4) i meget små mængder.
Et andet element, der er en del af sammensætningen af atmosfærisk luft, er det flydende vand indeholdt i skyer. Ligeledes finder vi faste elementer som sporer, pollen, aske, salte, mikroorganismer og små iskrystaller.
Heterosphere
På dette niveau bestemmer højden den dominerende type gas i atmosfærisk luft. Alle gasser er lette (lav molekylvægt) og er organiseret i fire forskellige lag.
Det ses, at når højden stiger, har de mere rigelige gasser en lavere atommasse.
Mellem 100 og 200 km højde er der en større overflod af molekylært nitrogen (N 2). Vægt af dette molekyle er 28,013 g / mol.
Det andet lag af heterosfæren består af atomisk O og er placeret mellem 200 og 1000 km over havets overflade. Atom O har en masse på 15.999 og er mindre tung end N 2.
Senere finder vi et heliumlag mellem 1000 og 3500 km højt. Helium har en atommasse på 4.00226.
Det sidste lag af heterosfæren består af atomisk brint (H). Denne gas er den letteste i den periodiske tabel med en atommasse på 1,007.
Referencer
- Katz M (2011) Materialer og råvarer, Air. Didaktisk vejledning Kapitel 2. Institut for Teknologisk Uddannelse, Uddannelsesministeriet. Buenos Aires. Argentina. 75 pp
- Munke PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Atmosfærisk sammensætning ændrer global og regional luftkvalitet. Atmosfærisk miljø 43: 5268-5350.
- Pla-García J og C Menor-Salván (2017) Den kemiske sammensætning af den primitive atmosfære af planeten Jorden. Chem 113: 16-26.
- Rohli R og Vega A (2015) Klimatologi. Tredje udgave. Jones og Bartlett Learning. New York, USA. 451 s.
- Saha K (2011) Jordens atmosfære, dens fysik og dynamik. Springer-Verlag. Berlin, Tyskland 367 s.