SLOŽENÍ ATMOSFÉRICKÉHO VZDUCHU A ZNEČIŠŤUJÍCÍCH LÁTEK - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Složení atmosférického vzduchu nebo atmosféry je definován podílu různých plynů v ní obsažených, která je v neustálém kolísání v celé historii Země. Atmosféra formovací planety obsahoval hlavně H ₂ a dalších plynů, jako je CO ₂ a H ₂ O. O před 4,4 miliardy let, složení atmosférického vzduchu byla obohacena především CO ₂.

S výskytem života na Zemi došlo v atmosféře k hromadění metanu (CH ₄), protože prvními organismy byly methanogeny. Později se objevily fotosyntetické organismy, které obohacily atmosférický vzduch O ₂.

Celkový pohled na zemskou atmosféru. Zdroj: Reto Stöckli (povrch půdy, mělká voda, mraky) Robert Simmon

Složení atmosférického vzduchu dnes může být rozděleno do dvou velkých vrstev, rozlišených jejich chemickým složením; homosféra a heterosféra.

Homosféra se nachází v nadmořské výšce od 80 do 100 km a je tvořena hlavně dusíkem (78%), kyslíkem (21%), argonem (méně než 1%), oxidem uhličitým, ozonem, heliem, vodíkem a metanem, mezi jinými prvky přítomné ve velmi malých proporcích.

Heterosféra je tvořena plyny s nízkou molekulovou hmotností a nachází se nad výškou 100 km. První vrstva má molekulární N ₂, druhý atomový O, třetí helium a poslední z nich je tvořen atomárního vodíku (H).

Dějiny

Studie atmosférického vzduchu začaly před tisíci lety. Ve chvíli, kdy primitivní civilizace objevily oheň, začali mít představu o existenci vzduchu.

Starověké Řecko

Během tohoto období začali analyzovat, co je vzduch a co dělá. Například Anaxímades of Miletus (588 př.nl - 524 př.nl) usoudil, že vzduch je pro život nezbytný, protože živé bytosti se živí tímto prvkem.

Empedocles of Acragas (495 př. Nl - 435 př. Nl) se domníval, že pro život existují čtyři základní prvky: voda, země, oheň a vzduch.

Aristoteles (384 př.nl - 322 př.nl) také považoval vzduch za jeden ze základních prvků živých bytostí.

Objev složení atmosférického vzduchu

V roce 1773 švédský chemik Carl Scheele zjistil, že vzduch je tvořen dusíkem a kyslíkem (ledový vzduch). Později, v roce 1774, britský Joseph Priestley určil, že vzduch je tvořen směsicí prvků a že jeden z nich je nezbytný pro život.

V roce 1776 francouzský Antoine Lavoisier zavolal kyslík do prvku, který izoloval od tepelného rozkladu oxidu rtuti.

V roce 1804 analyzoval přírodovědec Alexander von Humboldt a francouzský chemik Gay-Lussac vzduch přicházející z různých částí planety. Vědci zjistili, že atmosférický vzduch má konstantní složení.

Teprve koncem 19. a začátkem 20. století byly objeveny další plyny, které jsou součástí atmosférického vzduchu. Mezi nimi máme argon v roce 1894, pak helium v ​​roce 1895 a další plyny (neon, argon a xenon) v roce 1898.

vlastnosti

Zemská atmosféra, v pozadí Měsíc. Zdroj: NASA, přes Wikimedia Commons

Atmosférický vzduch je také známý jako atmosféra a je to směs plynů, která pokrývá planetu Zemi.

Původ

O původu zemské atmosféry je známo jen málo. Má se za to, že po oddělení od Slunce byla planeta obklopena obálkou velmi horkých plynů.

Tyto plyny se případně sníží a přicházející od Slunce, složené převážně z H ₂. Ostatní plyny byly zřejmě CO ₂ a H ₂ O emitované intenzivní sopečné činnosti.

Navrhuje se, aby se část přítomných plynů ochladila, kondenzovala a dala vzniknout oceánům. Ostatní plyny zůstaly formovat atmosféru a další byly uloženy ve skalách.

Struktura

Atmosféra je tvořena různými soustřednými vrstvami oddělenými přechodovými zónami. Horní hranice této vrstvy není jasně definována a někteří autoři ji umístí nad 10 000 km nad hladinou moře.

Přitažlivost gravitační síly a způsob, jakým jsou stlačovány plyny, ovlivňují jejich distribuci na zemském povrchu. Největší podíl jeho celkové hmotnosti (přibližně 99%) se tak nachází v prvních 40 km nad hladinou moře.

Vrstvy atmosféry. Zdroj: Tento obrázek SVG byl vytvořen médiem Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69.Přečtěte si toto: William Crochot

Různé úrovně nebo vrstvy atmosférického vzduchu mají různé chemické složení a změny teploty. Podle svislého uspořádání, od nejbližšího k nejdále od zemského povrchu, jsou známy následující vrstvy: troposféra, stratosféra, mesosféra, termosféra a exosféra.

Ve vztahu k chemickému složení atmosférického vzduchu jsou definovány dvě vrstvy: homosféra a heterosféra.

Homosféra

Nachází se v prvních 80-100 km nad hladinou moře a jeho složení plynů ve vzduchu je homogenní. V tomto se nachází troposféra, stratosféra a mezosféra.

Heterosféra

Je přítomen nad 100 km a je charakterizován složením plynů přítomných ve vzduchu je variabilní. Odpovídá termosféře. Složení plynů se liší v různých výškách.

Složení primitivního atmosférického vzduchu

Planetesimální disk. Zdroj: Public Domain, commons.wikimedia.org

Po vytvoření Země, přibližně před 4 500 miliony let, se začaly hromadit plyny, které tvořily atmosférický vzduch. Plyny pocházely hlavně ze zemského pláště a také z dopadu planetesimálů (agregáty hmoty, které pocházely z planet).

Budování CO

Velkou sopečná činnost na planetě začal uvolňovat různé plyny do atmosféry, jako je například N ₂, CO ₂ a H ₂ O. Oxid uhličitý začal akumulovat, protože karbonatací (proces, kterým se atmosférický CO ₂ ve formě uhličitan) byl vzácný.

Faktory, které v této době ovlivnily fixaci CO _2, byly deště s velmi nízkou intenzitou a velmi malá kontinentální oblast.

Původ života, hromadění metanu (CH

První živé bytosti, které se objevily na světě používá CO ₂ a H ₂ provádět dýchání. Tyto rané organismy byly anaerobní a metanogenní (produkovaly velké množství metanu).

Metan se hromadil v atmosférickém vzduchu, protože jeho rozklad byl velmi pomalý. Rozkládá se fotolýzou a v atmosféře téměř bez kyslíku může tento proces trvat až 10 000 let.

Podle některých geologických záznamů, asi před 3,5 miliardy rok došlo ke snížení emisí CO ₂ v atmosféře, což bylo spojeno s tím, že vzduch bohatý na CH ₄ zesílené dešťům, že zvýhodňují oxid uhličitý.

Velká oxidační událost (hromadění O

Předpokládá se, že před asi 2,4 miliardami let dosáhlo množství O ₂ na planetě významné úrovně v atmosférickém vzduchu. Hromadění tohoto prvku je spojeno s výskytem fotosyntetických organismů.

Fotosyntéza je proces, který umožňuje syntézu organických molekul z jiných anorganických molekul v přítomnosti světla. Během jeho výskytu je O ₂ uvolňován jako vedlejší produkt.

Vysoká míra fotosyntézy vyvolaná sinicemi (prvními fotosyntetickými organismy) změnila složení atmosférického vzduchu. Velká množství O _2, která byla uvolněna, se vrátila do atmosféry stále více oxidující.

Tyto vysoké hladiny O ₂ ovlivnila akumulaci CH ₄, protože se urychlil proces fotolýzy této sloučeniny. Jak metan v atmosféře dramaticky poklesl, teplota planety klesla a došlo k zaľadnění.

Dalším důležitým účinkem akumulace O ₂ na planetě bylo vytvoření ozonové vrstvy. Atmosférický O _{2 se} disociuje působením světla a vytváří dvě atomové kyslíkové částice.

Atomový kyslík rekombinuje s molekulárním O ₂ a tvoří O ₃ (ozon). Ozonová vrstva tvoří ochrannou bariéru proti ultrafialovému záření, což umožňuje rozvoj života na zemském povrchu.

Atmosférický dusík a jeho role v původu života

Dusík je nezbytnou součástí živých organismů, protože je nezbytný pro tvorbu bílkovin a nukleových kyselin. Atmosférický N ₂ však nelze použít přímo u většiny organismů.

Fixace dusíku může být biotická nebo abiotická. Skládá se z kombinace N ₂ s O ₂ nebo H _2, za vzniku amoniaku, dusičnany nebo dusitany.

Obsah N ₂ v atmosférickém vzduchu zůstal v zemské atmosféře víceméně konstantní. V průběhu CO ₂ akumulační doby, N ₂ fixace byla v podstatě abiotické, vzhledem k tvorbě oxidů dusíku, tvořené fotochemické disociace H ₂ O a CO ₂ molekul, které byly zdrojem O ₂.

Když atmosférické CO ₂ úrovně snížil, rychlosti tvorby oxidů dusíku dramaticky poklesla. Má se za to, že během této doby první biotické trasy N ₂ fixace vznikl.

Aktuální složení atmosférického vzduchu

Atmosférický vzduch je tvořen směsí plynů a dalších poměrně složitých prvků. Jeho složení je ovlivněno hlavně výškou.

Homosféra

Bylo zjištěno, že chemické složení suchého atmosférického vzduchu na hladině moře je poměrně konstantní. Dusík a kyslík tvoří asi 99% hmotnosti a objemu homosféry.

Atmosférický dusík (N ₂) je v poměru 78%, přičemž kyslík tvoří 21% vzduchu. Dalším nejhojnějším prvkem v atmosférickém vzduchu je argon (Ar), který zabírá méně než 1% celkového objemu.

Složky atmosférického vzduchu. Zdroj: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified.

Existují další prvky, které mají velký význam, i když jsou v malém poměru. Oxid uhličitý (CO ₂) je přítomna v množství 0,035% a vodní pára se může pohybovat mezi 1 a 4%, v závislosti na regionu.

Ozon (O ₃) se nachází v podílu 0,003%, ale tvoří zásadní překážku pro ochranu živých bytostí. Také ve stejném poměru nalezneme různé vzácné plyny, jako je neon (Ne), krypton (Kr) a xenon (Xe).

Kromě toho, že je přítomnost vodíku (H ₂), oxidy dusíku a methanu (CH ₄), ve velmi malém množství.

Dalším prvkem, který je součástí složení atmosférického vzduchu, je kapalná voda obsažená v mracích. Podobně najdeme pevné prvky, jako jsou spory, pyl, popel, soli, mikroorganismy a malé ledové krystaly.

Heterosféra

Na této úrovni nadmořská výška určuje dominantní druh plynu v atmosférickém vzduchu. Všechny plyny jsou lehké (s nízkou molekulovou hmotností) a jsou uspořádány do čtyř různých vrstev.

Je vidět, že se zvyšující se výškou, tím větší množství plynů má nižší atomovou hmotnost.

Mezi 100 a 200 km nadmořské výšky je větší množství molekulárního dusíku (N ₂). Hmotnost této molekuly je 28,013 g / mol.

Druhá vrstva heterosféry je tvořena atomovým atomem O a nachází se mezi 200 a 1000 km nad hladinou moře. Atomový O má hmotnost 15,999, který je méně těžké než N ₂.

Později najdeme vrstvu helia mezi výškou 1000 až 3500 km. Hélium má atomovou hmotnost 4,00226.

Poslední vrstva heterosféry je tvořena atomovým vodíkem (H). Tento plyn je nejlehčí v periodické tabulce s atomovou hmotností 1,007.

Reference

1. Katz M (2011) Materiály a suroviny, Vzduch. Didaktický průvodce Kapitola 2. Národní institut technologického vzdělávání, Ministerstvo školství. Buenos Aires. Argentina. 75 pp
2. Monks PS, C Granier, S Fuzzi a kol. (2009) Atmosférické složení se mění - globální a regionální kvalita ovzduší. Atmospheric Enviroment 43: 5268-5350.
3. Pla-García J a C Menor-Salván (2017) Chemické složení primitivní atmosféry planety Země. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R a Vega A (2015) klimatologie. Třetí edice. Jones a Bartlett Learning. New York, USA. 451 pp.
5. Saha K (2011) Atmosféra Země, její fyzika a dynamika. Springer-Verlag. Berlín, Německo 367 pp.