SASTAV ATMOSFERSKOG ZRAKA I ZAGAĐIVAČA - OKOLIŠ - 2026

Sastav atmosferskog zraka ili atmosferi određen je udio različitih plinova koja se nalazi u njemu, koji je u stalnom varijacije tijekom povijesti Zemlje. Atmosfera planeta tvori sadržavao uglavnom H ₂ i drugi plinovi, kao što je CO ₂ i H ₂ O. O prije 4,4 milijarde godina, sastav je atmosferski zrak obogaćen uglavnom CO ₂.

Pojavom života na Zemlji došlo je do nakupljanja metana (CH ₄) u atmosferi, budući da su prvi organizmi bili metanogeni. Kasnije pojavio fotosintetski organizmi koji obogaćen atmosferski zrak O ₂.

Opći prikaz zemljine atmosfere. Izvor: Reto Stöckli (kopnena površina, plitka voda, oblaci) Robert Simmon

Sastav atmosferskog zraka danas se može podijeliti u dva velika sloja, različita po svom kemijskom sastavu; homosfera i heterosfera.

Homosfera je smještena od 80 do 100 km nadmorske visine i sastoji se uglavnom od dušika (78%), kisika (21%), argona (manje od 1%), ugljičnog dioksida, ozona, helija, vodika i metana, između ostalih elemenata prisutnih u vrlo malim omjerima.

Heterosferu čine plinovi male molekulske mase i nalazi se na visini iznad 100 km. Prvi sloj ima molekulsku N ₂, drugi atomska O, treći helij i posljednji se sastoji od atomske vodika (H).

Povijest

Istraživanja atmosferskog zraka započela su tisućama godina. Onog trenutka kada su primitivne civilizacije otkrile vatru, počele su pojma o postojanju zraka.

Drevna grčka

U tom su razdoblju počeli analizirati što je zrak i što on čini. Na primjer, Anaxímades iz Mileta (588. pr. Kr. - 524. pr. Kr.) Smatrao je da je zrak neophodan za život, jer su živa bića hranjena tim elementom.

Sa svoje strane, Empedocles iz Acragasa (495. pr. Kr. - 435. pr. Kr.) Smatrao je da postoje četiri temeljna elementa za život: voda, zemlja, vatra i zrak.

Aristotel (384. pr. Kr.-322. Pr. Kr.) Također je zrak smatrao jednim od bitnih elemenata živih bića.

Otkriće sastava atmosferskog zraka

Godine 1773. švedski kemičar Carl Scheele otkrio je da se zrak sastoji od dušika i kisika (magnetski zrak). Kasnije, 1774. godine, Britanac Joseph Priestley utvrdio je da se zrak sastoji od mješavine elemenata i da je jedan od njih neophodan za život.

Godine 1776. Francuz Antoine Lavoisier pozvao je kisik na element koji je izolirao iz termičkog raspadanja žive oksida.

1804. prirodoslovac Alexander von Humboldt i francuski kemičar Gay-Lussac analizirali su zrak koji dolazi iz različitih dijelova planete. Istraživači su utvrdili da atmosferski zrak ima stalan sastav.

Tek su krajem 19. i početkom 20. stoljeća otkriveni ostali plinovi koji su dio atmosferskog zraka. Među njima imamo argon 1894., zatim helij 1895., te ostale plinove (neon, argon i ksenon) 1898.

karakteristike

Zemljina atmosfera, u pozadini Mjesec. Izvor: NASA, putem Wikimedia Commonsa

Atmosferski zrak je također poznat kao atmosfera i to je mješavina plinova koja prekriva planet Zemlju.

Podrijetlo

Malo se zna o podrijetlu Zemljine atmosfere. Smatra se da je planet nakon odvajanja od sunca bio okružen omotačem vrlo vrućih plinova.

Ovi plinovi se eventualno smanjenje i dolaze od Sunca, sastavljen je uglavnom od H ₂. Ostali plinovi su vjerojatno CO ₂ i H ₂ O emitiraju intenzivne vulkanske aktivnosti.

Predlaže se da se dio prisutnih plinova hladi, kondenzira i stvara okean. Ostali plinovi ostali su u atmosferi, a ostali su se skladištili u stijenama.

Struktura

Atmosferu čine različiti koncentrični slojevi razdvojeni tranzicijskim zonama. Gornja granica ovog sloja nije jasno definirana, a neki autori postavljaju ga iznad 10 000 km nadmorske visine.

Privlačenje sile gravitacije i način komprimiranja plinova utječu na njihovu raspodjelu na zemljinoj površini. Dakle, najveći udio njegove ukupne mase (oko 99%) nalazi se u prvih 40 km nadmorske visine.

Slojevi atmosfere. Izvor: SVG sliku stvorio je Medium69.Cette image SVG je crtež s Medium69. Pridružite se ovom kreditu: William Crochot

Različite razine ili slojevi atmosferskog zraka imaju različit kemijski sastav i temperaturne razlike. Prema vertikalnom rasporedu, od najbližih, najudaljenijih od Zemljine površine, poznati su sljedeći slojevi: troposfera, stratosfera, mezofera, termosfera i egzosfera.

U odnosu na kemijski sastav atmosferskog zraka definirana su dva sloja: homosfera i heterosfera.

Homosphere

Nalazi se na prvih 80-100 km nadmorske visine, a njegov sastav plinova u zraku je homogen. U tom su smješteni troposfera, stratosfera i mezofera.

Heterosphere

Prisutna je iznad 100 km, a karakterizira je sastav plinova prisutnih u zraku. Odgovara termosferi. Sastav plinova varira u različitim visinama.

Sastav primitivnog atmosferskog zraka

Planetesimalni disk. Izvor: Javna domena, commons.wikimedia.org

Nakon formiranja Zemlje, prije otprilike 4.500 milijuna godina, počeli su se nakupljati plinovi koji su formirali atmosferski zrak. Plinovi su uglavnom dolazili iz Zemljinog plašta, kao i od udara s planetesimalima (agregati tvari koji potječu od planeta).

Nakupljanja CO

Veliki vulkanske aktivnosti na planeti počeo oslobađanje različitih plinova u atmosferu, kao što je N ₂, CO ₂ i H ₂ O. ugljični dioksid počeo akumulirati, jer karbonizacije (proces pričvršćivanje u atmosferi CO ₂ u obliku karbonat) bio je oskudan.

Čimbenici koji su utjecali fiksacija CO ₂ u to vrijeme bile vrlo niske kiše intenziteta i vrlo mala kontinentalna područja.

Podrijetlo života, nakupljanje metana (CH

Prva živa bića koja se pojavila na planeti koristi CO ₂ i H ₂ za obavljanje disanje. Ti su rani organizmi bili anaerobni i metanogeni (stvarali su velike količine metana).

Metan se akumulirao u atmosferskom zraku, jer je njegovo razlaganje bilo vrlo sporo. Razlaže se fotolizom i u atmosferi gotovo bez kisika taj proces može potrajati i do 10 000 godina.

Prema nekim geološkim zapisima, prije otprilike 3,5 milijardi godina došlo je do smanjenja CO ₂ u atmosferi, što je povezano s činjenicom da je zrak bogat CH ₄ intenzivirao kiše, što je pogodovalo karbonizaciji.

Veliki oksidativni događaj (nakupljanje O

Smatra se da je prije otprilike 2,4 milijarde godina količina O ₂ na planeti dostigla značajne razine u atmosferskom zraku. Akumulacija ovog elementa povezana je s pojavom fotosintetskih organizama.

Fotosinteza je proces koji omogućava sintezu organskih molekula iz drugih anorganskih u prisutnosti svjetlosti. Tijekom njegove pojave, O ₂ se oslobađa kao sporedni proizvod.

Visoka stopa fotosinteze koju proizvode cijanobakterije (prvi fotosintetski organizmi) mijenjala je sastav atmosferskog zraka. Velike količine O ₂ koji su objavljeni vratili u atmosferu sve oksidiraju.

Te visoke razine O ₂ utječe na akumulaciju CH ₄, budući da ubrzava proces fotolizom ovog spoja. Kako je metan u atmosferi dramatično padao, temperatura planeta je pala i došlo je do ledenjaka.

Drugi važan učinak akumulacije O ₂ na planetu bio je formiranje ozonskog sloja. Atmosferski O ₂ disocira pod djelovanjem svjetlosti i oblika dva atomskih čestica kisika.

Atomski kisik rekombinacijom s molekulskom O ₂ i oblika O ₃ (ozon). Ozonski sloj tvori zaštitnu barijeru protiv ultraljubičastog zračenja, omogućava razvoj života na zemaljskoj površini.

Atmosferski dušik i njegova uloga u nastanku života

Dušik je bitna komponenta živih organizama, jer je neophodan za stvaranje proteina i nukleinskih kiselina. Međutim, atmosferski N ₂ ne može se koristiti izravno većina organizama.

Fiksacija dušika može biti biotska ili abiotska. Sastoji se od kombinacije N ₂ s O ₂ ili H ₂ kako bi se dobilo amonijaka, nitrate ili nitrite.

Sadržaj N ₂ u atmosferskom zraku ostao je više ili manje konstantan u Zemljinoj atmosferi. Tijekom CO ₂ akumulacije perioda, N- ₂ fiksiranje u osnovi abioticki zbog stvaranja dušičnog oksida tvore fotokemijskog disocijacije H ₂ O i CO ₂ molekule koje su izvor O ₂.

Kada su se atmosferske razine CO ₂ smanjile, stopa stvaranja dušikovog oksida dramatično je pala. Smatra se da je za to vrijeme prve biotički putevi N ₂ fiksacije nastao.

Trenutni sastav atmosferskog zraka

Atmosferski zrak sastoji se od mješavine plinova i drugih prilično složenih elemenata. Na njegov sastav utječe uglavnom visina.

Homosphere

Otkriveno je da je kemijski sastav suhog atmosferskog zraka na razini mora prilično konstantan. Dušik i kisik čine oko 99% mase i volumena homosfere.

Atmosferski dušik (N ₂) u omjeru od 78%, dok je kisik čini 21% zraka. Sljedeći najbogatiji element atmosferskog zraka je argon (Ar), koji zauzima manje od 1% ukupnog volumena.

Dijelovi atmosferskog zraka. Izvor: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Izmijenjeno.

Postoje i drugi elementi koji su od velike važnosti, čak i kada su u malim omjerima. Ugljični dioksid (CO ₂) prisutan je u omjeru 0,035%, a vodena para može varirati između 1 i 4%, ovisno o regiji.

Ozon (O ₃) se nalazi u omjeru 0,003%, ali on čini bitnu prepreku za zaštitu živih bića. Također u tom istom omjeru nalazimo razne plemenite plinove poput neona (Ne), kriptona (Kr) i ksenona (Xe).

Osim toga, tu je prisutnost vodika (H ₂), dušikovih oksida i metan (CH ₄) u vrlo malim količinama.

Drugi element koji je dio sastava atmosferskog zraka je tekuća voda sadržana u oblacima. Isto tako, pronalazimo čvrste elemente poput spora, polena, pepela, soli, mikroorganizama i malih ledenih kristala.

Heterosphere

Na toj razini visina određuje prevladavajući tip plina u atmosferskom zraku. Svi plinovi su lagani (niske molekularne težine) i organizirani su u četiri različita sloja.

Vidi se da što višina raste, obilniji plinovi imaju nižu atomsku masu.

Između 100 i 200 km visine, postoji veća brojnost molekulske dušik (N ₂). Težina ove molekule je 28.013 g / mol.

Drugi sloj heterosfere sastoji se od atomskog O i nalazi se između 200 i 1000 km nadmorske visine. Atomske O ima masu od 15,999, što je manje od teškog N ₂.

Kasnije pronalazimo sloj helija visok između 1000 i 3500 km. Helij ima atomsku masu 4.00226.

Posljednji sloj heterosfere sastoji se od atomskog vodika (H). Taj je plin najlakši u periodnoj tablici, s atomskom masom od 1.007.

Reference

1. Katz M (2011) Materijali i sirovine, Zrak. Didaktički vodič Poglavlje 2. Nacionalni institut za tehnološko obrazovanje Ministarstva obrazovanja. Buenos Aires. Argentina. 75 pp
2. Redovnici PS, C Granier, S Fuzzi i sur. (2009) Atmosferski sastav promjena - globalna i regionalna kvaliteta zraka. Atmosferski okoliš 43: 5268-5350.
3. Pla-García J i C Menor-Salván (2017) Kemijski sastav primitivne atmosfere planete Zemlje. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R i Vega A (2015) Klimatologija. Treće izdanje. Jones i Bartlett učenje. New York, SAD. 451 pp.
5. Saha K (2011) Zemljina atmosfera, njena fizika i dinamika. Springer-Verlag. Berlin, Njemačka 367 str.