- Történelem
- Ókori Görögország
- A légköri levegő összetételének felfedezése
- jellemzők
- Eredet
- Szerkezet
- Homosphere
- Heterosphere
- A primitív légköri összetétel
- CO felhalmozódása
- Az élet eredete, a metán felhalmozódása (CH
- Nagy oxidatív esemény (O felhalmozódása
- A légköri nitrogén és annak szerepe az élet eredetében
- A jelenlegi légköri levegő összetétele
- Homosphere
- Heterosphere
- Irodalom
A légköri levegő vagy a légkör összetételét a benne lévő különböző gázok aránya határozza meg, amely a Föld története során folyamatosan változik. A formáló bolygó légköre elsősorban H 2-t és más gázokat, például CO 2 és H 2 O-ot tartalmazott. Körülbelül 4,4 milliárd évvel ezelőtt a légköri levegő összetétele főleg CO 2- vel dúsult.
Az élet megjelenésével a Földön felhalmozódott a metán (CH 4) a légkörben, mivel az első organizmusok metanogének voltak. Később olyan fotoszintetikus organizmusok jelentkeztek, amelyek O 2- vel gazdagították a légköri levegőt.
A Föld légkörének általános képe. Forrás: Reto Stöckli (földfelszín, sekély víz, felhők) Robert Simmon
A légköri levegő összetétele ma két nagy rétegre osztható, kémiai összetételük alapján megkülönböztetve; a homoszféra és a heteroszféra.
A homoszféra a tengerszint felett 80–100 km-re helyezkedik el, és főleg nitrogénből (78%), oxigénből (21%), argonból (kevesebb mint 1%), szén-dioxidból, ózonból, héliumból, hidrogénből és metánból áll, más elemek között, amelyek nagyon kis arányban vannak jelen.
A heteroszféra kis molekulatömegű gázokból áll, és 100 km feletti magasságban helyezkedik el. Az első réteg a molekuláris N 2, a második atomi O, a harmadik hélium és az utolsó egy alkotják atomos hidrogén (H).
Történelem
A légköri vizsgálatok ezer évvel ezelőtt kezdődtek. Abban a pillanatban, amikor az primitív civilizációk felfedezték a tüzet, elkezdték felfogni a levegő létezését.
Ókori Görögország
Ebben az időszakban elkezdték elemezni, mi a levegő és mit csinál. Például Miletus Anaxímades (ie 588 - 524) úgy gondolta, hogy a levegő alapvető fontosságú az életben, mivel az élőlények ebből az elemből táplálkoznak.
Az Acragas Empedocles (ie 495 - ie 435) úgy vélte, hogy az élet négy alapvető elemét képezi: víz, föld, tűz és levegő.
Arisztotelész (Kr. E. 384 -322) szintén a levegőt tartotta az élőlények egyik alapvető elemének.
A légköri levegő összetételének felfedezése
Carl Scheele, a svéd 1773-ban felfedezte, hogy a levegő nitrogénből és oxigénből áll (idegen levegő). Később, 1774-ben a brit Joseph Priestley megállapította, hogy a levegő elemek keverékéből áll, és ezek közül az egyik elengedhetetlen az élethez.
1776-ban a francia Antoine Lavoisier hívta az oxigént az elemre, amelyet izolált a higany-oxid termikus bomlása során.
1804-ben Alexander von Humboldt természettudós és a francia kémikus, Gay-Lussac elemezte a bolygó különféle részeiből származó levegőt. A kutatók megállapították, hogy a légköri levegő állandó összetételű.
Csak a 19. század végén és a 20. század elején fedezték fel a légköri levegő többi gázát. Ezek között van argon 1894-ben, aztán hélium 1895-ben, és egyéb gázok (neon, argon és xenon) 1898-ban.
jellemzők
A Föld légköre, a háttérben a Hold. Forrás: NASA, a Wikimedia Commons segítségével
A légköri levegőt atmoszférának is nevezik, és ez egy földgázkeverék, amely fedezi a Föld bolygót.
Eredet
A Föld légkörének eredetéről keveset tudunk. Úgy véljük, hogy a Nap elkülönülése után a bolygót nagyon forró gázok borítják körül.
Ezek a gázok valószínűleg csökkentik és a Napból származnak, főleg H 2 -ből állva. Más gázok valószínűleg CO 2 és H 2 O, melyeket az intenzív vulkáni aktivitás bocsát ki.
Javasoljuk, hogy a jelen lévő gázok egy része lehűljön, kondenzálódjon és az óceánok keletkezzen. A többi gáz továbbra is képezi a légkört, mások sziklákban tárolódtak.
Szerkezet
A légkört különböző koncentrikus rétegek alkotják, amelyeket átmeneti zónák választanak el egymástól. Ennek a rétegnek a felső határa nincs egyértelműen meghatározva, és egyes szerzők 10 000 km-rel a tengerszint feletti magasságba helyezik.
A gravitációs erő vonzása és a gázok tömörítésének módja befolyásolja azok eloszlását a föld felszínén. Így teljes tömegének legnagyobb része (körülbelül 99%) a tengerszint feletti első 40 km-en fekszik.
A légkör rétegei. Forrás: Ezt az SVG-képet a Medium69. készítette.Cette-kép SVG egy étrendi créée par Medium69.Kérjük, írja jóvá: William Crochot
A légköri levegő különböző szintjeinek vagy rétegeinek kémiai összetétele és hőmérséklete eltérő. Függőleges elrendezése szerint, a Föld felszínétől a legközelebb esőig, a következő rétegek ismertek: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra és exoszféra.
A légköri levegő kémiai összetételével kapcsolatban két réteget határoznak meg: a homoszféra és a heteroszféra.
Homosphere
Az első 80–100 km-re fekszik a tengerszint felett, és a levegőben lévő gázok összetétele homogén. Ebben található a troposzféra, a sztratoszféra és a mezoszféra.
Heterosphere
100 km felett van jelen, és a levegőben lévő gázok összetétele változó. Megfelel a termoszférának. A gázok összetétele különböző magasságokban változhat.
A primitív légköri összetétel
Planetesimális lemez. Forrás: Public Domain, commons.wikimedia.org
A Föld kialakulása után, kb. 4500 millió évvel ezelőtt, gázok halmozódtak fel, amelyek a légköri levegőt képezték. A gázok elsősorban a Föld köpenyéből, valamint a síkbeli imálokból (az anyag aggregátumaiból származtak, amelyek a bolygókból származtak) érkező ütésekből származtak.
CO felhalmozódása
A bolygón zajló nagy vulkáni aktivitás különböző gázok, például N 2, CO 2 és H 2 O kibocsátását kezdett a légkörbe. A szén-dioxid felhalmozódni kezdett, mivel a karbonizáció (a légköri CO 2 karbonát) kevés volt.
A CO 2 rögzítését ebben az időben befolyásoló tényezők a nagyon alacsony intenzitású esők és a nagyon kicsi kontinentális terület volt.
Az élet eredete, a metán felhalmozódása (CH
Az első élő lény, aki megjelent a bolygón, CO 2 -ot és H 2- t használt a légzéshez. Ezek a korai organizmusok anaerob és metanogenikusak (nagy mennyiségű metánt termeltek).
A metán felhalmozódott a légköri levegőben, mert bomlása nagyon lassú. Fotolízissel bomlik és szinte oxigénmentes atmoszférában ez a folyamat akár 10 000 évet is igénybe vehet.
Néhány geológiai feljegyzés szerint körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt csökkent a légkörben a CO 2, ami annak a ténynek a következménye, hogy a CH 4-ben gazdag levegő fokozta az esőket, elősegítve a karbonizációt.
Nagy oxidatív esemény (O felhalmozódása
Úgy gondolják, hogy körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt a bolygón az O 2 mennyisége elérte a jelentős szintet a légköri levegőben. Ennek az elemnek a felhalmozódása a fotoszintetikus organizmusok megjelenésével jár.
A fotoszintézis egy olyan folyamat, amely lehetővé teszi a szerves molekulák szintézisét más szervetlen molekulákból fény jelenlétében. Előfordulása során az O 2 melléktermékként szabadul fel.
A cianobaktériumok (első fotoszintetikus organizmusok) által termelt magas fotoszintézis megváltoztatta a légköri levegő összetételét. A kibocsátott nagy mennyiségű O 2 visszatér a légkörbe, egyre oxidálódóbbá válik.
Ez a magas O 2 szint befolyásolta a CH 4 felhalmozódását, mivel felgyorsította ennek a vegyületnek a fotolízisét. Ahogy a légkörben a metán drámai módon csökkent, a bolygó hőmérséklete esett és jegesedés történt.
Az O 2 felhalmozódásának másik fontos hatása az ózonréteg kialakulására. Légköri O 2 disszociál hatása alatt a fény és formák két atomos oxigén részecskék.
Az atomi oxigén rekombinálódik molekuláris O 2-vel és O 3 -ot képez (ózon). Az ózonréteg védőgátot képez az ultraibolya sugárzás ellen, lehetővé téve az élet fejlődését a föld felszínén.
A légköri nitrogén és annak szerepe az élet eredetében
A nitrogén az élő szervezetek nélkülözhetetlen alkotóeleme, mivel szükséges a fehérjék és nukleinsavak képződéséhez. Azonban, a légköri N 2 nem lehet használni közvetlenül a legtöbb organizmus.
A nitrogén rögzítése lehet biotikus vagy abiotikus. Ez áll a kombináció N 2 O 2 vagy H 2 alkotnak ammónia, a nitrátok vagy nitritek.
Az N 2 tartalmát környezeti levegőben maradt többé-kevésbé állandó a Föld légkörébe. A CO 2 felhalmozási időszakban, N 2 rögzítés alapvetően abiotikus, képződése miatt a nitrogén-oxid által alkotott fotokémiai disszociációja H 2 O és a CO 2 -molekulák, amelyek a forrás O 2.
Amikor a légköri CO 2 szint csökkent, a nitrogén-oxid képződés sebessége drámaian csökkent. Úgy véljük, hogy ez alatt az idő alatt az első biotikus útvonalak N 2 rögzítés származott.
A jelenlegi légköri levegő összetétele
A légköri levegő gázok és más meglehetősen összetett elemek keverékéből áll. Összetételét elsősorban a magasság befolyásolja.
Homosphere
A tengerszint feletti száraz légköri kémiai összetétel meglehetősen állandó. A nitrogén és az oxigén a homoszféra tömegének és térfogatának körülbelül 99% -át teszi ki.
A légköri nitrogén (N 2) aránya 78%, míg az oxigén a levegő 21% -át teszi ki. A légköri levegő következő leggazdagabb eleme az argon (Ar), amely a teljes térfogat kevesebb, mint 1% -át foglalja el.
A légköri levegő alkotóelemei. Forrás: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified.
Vannak más elemek is, amelyek nagyon fontosak, még akkor is, ha kis arányban vannak. A szén-dioxid (CO 2) 0,035% arányban van jelen, és a vízgőz a régiótól függően 1 és 4% között változhat.
Az ózon (O 3) aránya 0,003%, de alapvető akadályt képez az élőlények védelme szempontjából. Ugyanebben az arányban találunk különféle nemesgázokat is, mint például a neon (Ne), a kripton (Kr) és a xenon (Xe).
Ezenkívül hidrogén (H 2), dinitrogén-oxidok és metán (CH 4) is jelen van nagyon kis mennyiségben.
A légköri levegő összetételének másik eleme a felhőkben lévő folyékony víz. Hasonlóképpen találunk szilárd elemeket, mint spórák, pollen, hamu, sók, mikroorganizmusok és kis jégkristályok.
Heterosphere
Ezen a szinten a magasság határozza meg a légköri levegőben domináns gázfajtát. Minden gáz könnyű (kis molekulatömegű) és négy különböző rétegben van elrendezve.
Látható, hogy a magasság növekedésével a gazdagabb gázok alacsonyabb atomtömeggel rendelkeznek.
100 és 200 km magasság között nagyobb a molekuláris nitrogén (N 2) bősége. Ennek a molekulanak a tömege 28,013 g / mol.
A heteroszféra második rétege O atomból áll, és a tengerszint feletti magasság 200 és 1000 km között helyezkedik el. Az atomi O tömege 15 999, kevésbé nehéz, mint az N 2.
Később 1000 és 3500 km közötti héliumréteget találunk. A hélium atomtömege 4,00226.
A heteroszféra utolsó rétegét atomi hidrogén (H) alkotja. Ez a gáz a periódusos rendszerben a legkönnyebb, atomos tömege 1,007.
Irodalom
- Katz M (2011) Anyagok és alapanyagok, levegő. Didaktikai útmutató 2. fejezet - Nemzeti Technológiai Oktatási Intézet, Oktatási Minisztérium. Buenos Aires. Argentína. 75 pp
- Monks PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) A légköri összetétel változása - globális és regionális levegőminőség. Atmospheric Enviroment 43: 5268-5350.
- Pla-García J és C Menor-Salván (2017) A Föld bolygó primitív légkörének kémiai összetétele. Chem. 113, 16-26.
- Rohli R és Vega A (2015) Climatology. Harmadik kiadás. Jones és Bartlett Learning. New York, USA. 451 pp
- Saha K (2011) A Föld légköre, fizika és dinamika. Springer-Verlag. Berlin, Németország 367 pp.