הרכב אוויר אטמוספרי ומזהמים - סביבה - 2025

הרכב באוויר אטמוספרי או אווירה מוגדר על ידי היחס של גזים שונים המופיעים בו, אשר כבר וריאציה קבועה לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ. האטמוספירה של הכוכב המעצב הכילה בעיקר H ₂ וגזים אחרים כמו CO ₂ ו- H ₂ O. לפני כ -4.4 מיליארד שנה, הרכב האוויר האטמוספרי הועשר בעיקר ב- CO ₂ .

עם הופעת החיים על פני כדור הארץ התרחשה הצטברות של מתאן (CH ₄ ) באטמוספירה, מכיוון שהאורגניזמים הראשונים היו מתנוגנים. מאוחר יותר הופיעו אורגניזמים פוטוסינתטיים, שהעשירו את האוויר האטמוספרי עם O ₂ .

מבט כללי על אטמוספירת כדור הארץ. מקור: Reto Stöckli (שטח אדמה, מים רדודים, עננים) רוברט סימון

ניתן לחלק את הרכב האוויר האטמוספרי כיום לשתי שכבות גדולות, המבדלות זו בזו בהרכבם הכימי; ההומוספרה וההטרוספרה.

ההומוספרה ממוקמת בין 80 ל 100 ק"מ מעל פני הים והיא מורכבת בעיקר מחנקן (78%), חמצן (21%), ארגון (פחות מ 1%), פחמן דו חמצני, אוזון, הליום, מימן ומתאן , בין שאר האלמנטים שנמצאים בפרופורציות קטנות מאוד.

ההטרוספרה מורכבת מגזים בעלי משקל מולקולרי נמוך והיא ממוקמת מעל 100 ק"מ בגובה. בשכבה הראשונה יש N ₂ מולקולרי, O האטומי השני, הליום השלישי והאחרון מורכב מימן אטומי (H).

הִיסטוֹרִיָה

מחקרים על אוויר אטמוספרי החלו לפני אלפי שנים. ברגע שהציוויליזציות הפרימיטיביות גילו אש, הם התחילו להבין את קיומו של אוויר.

יוון העתיקה

בתקופה זו הם החלו לנתח מה זה אוויר ומה הוא עושה. לדוגמה, Anaxímades ממילטוס (588 לפני הספירה - 524 לפני הספירה) חשבו כי אוויר חיוני לחיים, שכן יצורים חיים הניזונים מרכיב זה.

מצדו, Empedocles of Acragas (495 לפני הספירה - 435 לפני הספירה) חשבו שישנם ארבעה יסודות חיוניים לחיים: מים, אדמה, אש ואוויר.

אריסטו (384 לפנה"ס -322 לפני הספירה) נחשב גם לאוויר כאחד היסודות החיוניים עבור יצורים חיים.

גילוי הרכב האוויר האטמוספרי

בשנת 1773 גילה הכימאי השבדי קרל שיל שהאוויר מורכב מחנקן וחמצן (אוויר מקורה). מאוחר יותר, בשנת 1774, קבע ג'וזף פריסטלי הבריטי כי האוויר מורכב מתערובת של אלמנטים וכי אחד כזה חיוני לכל החיים.

בשנת 1776, הצרפתי אנטואן לבואזייה קרא חמצן לגורם שהוא מבודד מהפירוק התרמי של תחמוצת הכספית.

בשנת 1804 ניתחו הטבע הטבע אלכסנדר פון הומבולדט והכימאי הצרפתי גיי-לוסאק את האוויר המגיע ממקומות שונים בכוכב הלכת. החוקרים קבעו כי לאוויר האטמוספרי יש הרכב קבוע.

רק בסוף המאה ה -19 ובתחילת המאה העשרים התגלו הגזים האחרים שהם חלק מהאוויר האטמוספרי. בין אלה יש לנו ארגון ב- 1894, אחר כך הליום ב- 1895, וגזים אחרים (ניאון, ארגון וקסנון) בשנת 1898.

מאפיינים

האטמוספרה של כדור הארץ, ברקע הירח. מקור: נאס"א, באמצעות ויקימדיה Commons

האוויר האטמוספרי ידוע גם בשם האטמוספרה והוא תערובת של גזים המכסה את כדור הארץ.

מָקוֹר

מעט ידוע על מקור האטמוספרה של כדור הארץ. זה נחשב שאחרי פרידתו מהשמש, הכוכב היה מוקף במעטפת של גזים חמים מאוד.

ייתכן שגזים אלו צמצמו ובאו מהשמש, מורכבים בעיקר מ- H ₂ . גזים אחרים היו ככל הנראה CO ₂ ו- H ₂ O שנפלטו מהפעילות הוולקנית העזה.

מוצע שחלק מהגזים שנמצאו בה התקררו, עיבדו והולידו את האוקיאנוסים. הגזים האחרים נותרו מהווים את האטמוספרה ואחרים אוחסנו בסלעים.

מִבְנֶה

האטמוספרה מורכבת משכבות קונצנטריות שונות המופרדות באזורי מעבר. הגבול העליון של שכבה זו אינו מוגדר בבירור וכמה מחברים ממקמים אותו מעל 10,000 ק"מ מעל פני הים.

משיכת כוח הכובד והאופן בו דחיסת גזים משפיעים על תפוצתם על פני כדור הארץ. לפיכך, החלק הגדול ביותר של המסה הכוללת שלו (כ 99% -) נמצא ב 40- ק"מ הראשונים מעל פני הים.

שכבות האווירה. מקור: תמונת SVG זו נוצרה על ידי Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69. נא לזכות זאת: ויליאם קרוצ'וט

לרמות או שכבות שונות של אוויר אטמוספרי יש שונות כימית שונה וטמפרטורות שונות. על פי הסידור האנכי שלה, מהקרוב ביותר לרחוק משטח כדור הארץ, ידועים השכבות הבאות: הטרופוספירה, הסטרוספירה, המזוספרה, התרמוספירה ואקוספירה.

ביחס להרכב הכימי של אוויר אטמוספרי מוגדרים שתי שכבות: ההומוספרה וההטרוספרה.

הומוספרה

הוא ממוקם בקוטר 80-100 ק"מ מעל פני הים, והרכב הגזים שלו באוויר הומוגני. בזה ממוקמים הטרופוספירה, הסטרטוספרה וה mesosphere.

הטרוספירה

הוא קיים מעל 100 ק"מ ומאופיין בהרכב הגזים שנמצאים באוויר משתנה. תואם את התרמוספירה. הרכב הגזים משתנה בגבהים שונים.

הרכב אוויר אטמוספרי פרימיטיבי

דיסק פלאנטימאלי. מקור: רשות הרבים, commons.wikimedia.org

לאחר היווצרות כדור הארץ, לפני כ -4,500 מיליון שנה, החלו להצטבר גזים שהיוו את האוויר האטמוספרי. הגזים הגיעו בעיקר ממעטפת כדור הארץ, כמו גם מההשפעה על פלנטסימלים (אגרגטים של חומר שמקורו בכוכבי הלכת).

הצטברות CO

הפעילות הוולקנית הגדולה על פני כדור הארץ החלה לשחרר גזים שונים באטמוספירה, כמו N ₂ , CO ₂ ו- H ₂ O. פחמן דו חמצני החל להצטבר, מאז פחמן (תהליך קיבוע CO ₂ אטמוספרי בצורה) היה נדיר.

הגורמים שהשפיעו על קיבוע CO ₂ בזמן זה היו גשמים בעוצמה נמוכה מאוד ואזור יבשתי קטן מאוד.

מקור חיים, הצטברות מתאן (CH

היצורים החיים הראשונים שהופיעו על פני כדור הארץ השתמשו ב- CO ₂ ו- H ₂ כדי לבצע נשימה. אורגניזמים מוקדמים אלה היו אנאירוביים ומתנוגניים (הם ייצרו כמויות גדולות של מתאן).

מתאן הצטבר באוויר האטמוספרי, מכיוון שפירוקו היה איטי מאוד. זה מתפרק על ידי פוטוליזה ובאווירה כמעט נטולת חמצן, תהליך זה יכול לארוך עד 10,000 שנים.

לפי רישומים גיאולוגיים כמה, על 3.5 מיליארד שנים חלה ירידה ב- CO ₂ באטמוספרה, אשר נקשרה עם העובדה באוויר העשיר CH ₄ התעצם הגשמים, העדפת סודה.

אירוע חמצוני גדול (הצטברות של O

נחשב שלפני כ -2.4 מיליארד שנה כמות O ₂ על פני כדור הארץ הגיעה לרמות משמעותיות באוויר האטמוספרי. הצטברות אלמנט זה קשורה להופעת אורגניזמים פוטוסינתטיים.

פוטוסינתזה היא תהליך המאפשר סינתזה של מולקולות אורגניות מאלו אורגניות אחרות בנוכחות אור. במהלך התרחשותו, O ₂ משתחרר כתוצר לוואי.

השיעור הפוטוסינתטי הגבוה המיוצר על ידי ציאנובקטריה (אורגניזמים פוטוסינתטיים ראשונים) שינה את הרכב האוויר האטמוספרי. הכמויות הגדולות של O ₂ ששוחררו חזרו לאטמוספירה מתחמצן יותר ויותר.

רמות גבוהות אלה של O ₂ השפיע על הצטברות של CH ₄ , שכן היא האיצה את תהליך photolysis של תרכובת זו. כשמתאן באטמוספירה צנח בצורה דרמטית, הטמפרטורה של כדור הארץ ירדה והקרחון התרחש.

השפעה חשובה נוספת של הצטברות O ₂ על כדור הארץ הייתה היווצרות שכבת האוזון. O ₂ אטמוספרי מתנתק תחת השפעת האור ויוצר שני חלקיקי חמצן אטומי.

חמצן אטומי מתחבר מחדש עם O ₂ מולקולרי ויוצר O ₃ (אוזון). שכבת האוזון יוצרת מחסום מגן מפני קרינה אולטרה סגולה ומאפשרת התפתחות חיים על פני כדור הארץ.

חנקן אטמוספרי ותפקידו במוצא החיים

חנקן הוא מרכיב חיוני באורגניזמים חיים, מכיוון שהוא הכרחי ליצירת חלבונים וחומצות גרעין. עם זאת, מרבית האורגניזמים לא יכולים להשתמש ישירות ב- N ₂ האטמוספרי.

קיבוע חנקן יכול להיות ביוטי או אביוטי. זה מורכב מהשילוב של N ₂ עם O ₂ או H ₂ ליצירת אמוניה, חנקות או ניטריטים.

תכולת ה- N ₂ באוויר האטמוספרי נשארה פחות או יותר קבועה באטמוספירה של כדור הארץ. במהלך CO ₂ הערובה , N ₂ קיבוע היה בעצם אביוטי, עקב ההיווצרות של תחמוצת חנקן, שהוקמה על ידי ניתוק פוטו של H ₂ O ו- CO ₂ מולקולות שהיו מקור O ₂ .

כאשר רמות CO ₂ האטמוספריות ירדו , שיעורי היווצרות תחמוצת החנקן ירדו באופן דרמטי. זה נחשב שבתקופה זו מקורם של המסלולים הביוטיים הראשונים של קיבוע N ₂ .

הרכב אוויר אטמוספרי הנוכחי

אוויר אטמוספרי מורכב מתערובת של גזים ואלמנטים מורכבים אחרים. הרכבו מושפע בעיקר מהגובה.

הומוספרה

ההרכב הכימי של אוויר אטמוספרי יבש בגובה פני הים נמצא קבוע למדי. חנקן וחמצן מהווים כ 99% מהמסה והנפח של ההומוספרה.

חנקן אטמוספרי (N ₂ ) נמצא בשיעור של 78% ואילו חמצן מהווה 21% מהאוויר. האלמנט הבא בשפע באוויר האטמוספרי הוא ארגון (Ar) התופס פחות מ- 1% מהנפח הכולל.

רכיבי אוויר אטמוספרי. מקור: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks השתנה.

ישנם אלמנטים אחרים שיש להם חשיבות רבה, גם כאשר הם נמצאים בפרופורציות קטנות. פחמן דו חמצני (CO ₂ ) קיים בפרופורציה של 0.035% ואדי מים יכולים להשתנות בין 1 ל -4%, תלוי באזור.

אוזון (O ₃ ) נמצא בשיעור של 0.003%, אך הוא מהווה מחסום חיוני להגנה על יצורים חיים. באותה פרופורציה זו אנו מוצאים גזים אצילים שונים כמו ניאון (Ne), קריפטון (Kr) ו- קסנון (Xe).

בנוסף, קיימת נוכחות של מימן (H ₂ ), תחמוצות חנקן ומתאן (CH ₄ ) בכמויות קטנות מאוד.

אלמנט נוסף המהווה חלק מהרכב האוויר האטמוספרי הוא המים הנוזלים הכלולים בעננים. כמו כן, אנו מוצאים יסודות מוצקים כמו נבגים, אבקה, אפר, מלחים, מיקרואורגניזמים וגבישי קרח קטנים.

הטרוספירה

ברמה זו, הגובה קובע את סוג הגז השולט באוויר האטמוספרי. כל הגזים הם קלים (משקל מולקולרי נמוך) ומאורגנים בארבע שכבות שונות.

רואים שככל שגובה הגובה, לגזים השופעים יותר יש מסה אטומית נמוכה יותר.

בין 100 ל -200 קמ"ש יש שפע רב יותר של חנקן מולקולרי (N ₂ ). משקל מולקולה זו הוא 28.013 גרם / מולקולה.

השכבה השנייה של ההטרוספירה מורכבת מ- O אטומי והיא ממוקמת בין 200 ל -1000 ק"מ מעל פני הים. O האטומית יש מסה של 15,999, והיא פחות כבדה מ- N ₂ .

בהמשך אנו מוצאים שכבת הליום בגובה 1000 עד 3500 ק"מ. הליום בעל מסה אטומית של 4.00226.

השכבה האחרונה של ההטרוספרה מורכבת ממימן אטומי (H). גז זה הוא הקל ביותר בטבלה המחזורית, עם מסה אטומית של 1.007.

הפניות

1. כץ M (2011) חומרים וחומרי גלם, אוויר. מדריך דידקטי פרק 2. המכון הלאומי לחינוך טכנולוגי, משרד החינוך. בואנוס איירס. ארגנטינה. 75 עמ '
2. נזירים PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) שינוי הרכב אטמוספרי - איכות אוויר גלובלית ואזורית. סביבה אטמוספרי 43: 5268-5350.
3. פלא-גרסיה J ו- C Menor-Salván (2017) ההרכב הכימי של האווירה הפרימיטיבית של כדור הארץ. כם 113: 16-26.
4. Rohli R ו- Vega A (2015) אקלימטולוגיה. מהדורה שלישית. ג'ונס וברטלט למידה. ניו יורק, ארה"ב. 451 עמ '.
5. סאה K (2011) אווירת כדור הארץ, הפיזיקה והדינמיקה שלו. שפרינגר-ורלאג. ברלין, גרמניה 367 עמ '.