גז טבעי בהיקף נרחב ביותר על פני כדור הארץ הוא חנקן, אשר תופסת כארבע חמישיות של האטמוספירה של כדור הארץ. אלמנט זה היה מבודד והוכר כחומר ספציפי במהלך החקירות האוויריות הראשונות.
קרל וילהלם שיל, כימאי שוודי, הראה בשנת 1772 כי אוויר הוא תערובת של שני גזים, האחד מהם כינה "אוויר אש" (חמצן), מכיוון שהוא תומך בעירה והשני "אוויר מלוכלך" (חנקן), מכיוון זה מה שנשאר לאחר שמוצו של "אוויר האש".
בערך באותה תקופה, חנקן הוכר גם על ידי בוטנאי סקוטי, דניאל רות'רפורד (שהיה הראשון לפרסם את ממצאיו), על ידי הכימאי הבריטי הנרי קוונדיש, ועל ידי הכמורה והמדען הבריטי ג'וזף פריסטלי, שיחד עם שללה השיגו הכרה בגילוי חמצן (סנדרסון, 2017).
אילו גזים מהווים את האטמוספרה של כדור הארץ?
האווירה מורכבת מתערובת של כמה גזים שונים, בכמויות שונות. הגזים הקבועים שאחוזם אינו משתנה מיום ליום הם; חנקן, חמצן וארגון.
חנקן מייצג 78% מהאטמוספרה, חמצן 21% וארגון 0.9%. גזים כמו פחמן דו חמצני, תחמוצות חנקן, מתאן ואוזון הם גזי פסולת המהווים בערך עשירית אחוז מהאווירה (אוניברסיטת NC Estate, 2013).
אז אנו מניחים שחנקן וחמצן מהווים כ 99% מהגזים באטמוספרה.
הגזים שנותרו, כמו פחמן דו חמצני, אדי מים וגזים אצילים כמו ארגון, נמצאים בפרופורציות הרבה יותר קטנות (BBC, 2014).
אדי מים הם היחידים שריכוזם נע בין 0-4% מהאטמוספרה תלוי היכן הוא ובשעה ביום.
באזורים צחיחים קרים ויבשים, אדי מים מייצגים בדרך כלל פחות מ- 1% מהאטמוספרה, ואילו באזורים טרופיים לחים אדי מים יכולים להוות כמעט 4% מהאטמוספרה. תכולת אדי המים חשובה מאוד בחיזוי מזג האוויר.
לגזי חממה, שאחוזם משתנה מדי יום, עונתי ושנתי, יש תכונות פיזיקליות וכימיות הגורמות להם לקיים אינטראקציה עם קרינת שמש ואור אינפרא אדום (חום) המשתחררים מכדור הארץ, כדי להשפיע על מאזן האנרגיה של העולם.
זו הסיבה לכך שמדענים עוקבים מקרוב אחר הגידול שנצפה בגזי החממה כמו פחמן דו חמצני ומתאן, למרות שהם קטנים בכמויות, הם יכולים להשפיע מאוד על מאזן האנרגיה והטמפרטורה העולמיים לאורך כל הדרך. לאורך זמן (NASA, SF).
גז חנקן
חנקן חיוני לחיים בכדור הארץ, מכיוון שהוא מרכיב מורכב מכל החלבונים וניתן למצוא בכל מערכות החיים.
תרכובות חנקן קיימות בחומרים אורגניים, מזון, דשנים, חומרי נפץ, ורעלים. חנקן הוא חיוני ביותר לחיים, אך עודף זה יכול להזיק לסביבה.
קרוי על שם המילה היוונית ניטרון, שמשמעותה "סודה ילידתית", וגן, שמשמעותו "להיווצר", חנקן הוא היסוד החמישי ביותר בשפע ביקום.
כאמור, גז חנקן מהווה 78 אחוזים מאוויר כדור הארץ, על פי המעבדה הלאומית של לוס אלמוס, קליפורניה, ארה"ב. לעומת זאת, האווירה של מאדים היא רק 2.6 אחוז חנקן .
למבנה מולקולת החנקן קשר משולש. זה מקשה מאוד על השבר ומעניק לו אופי גז אינרטי מסוים.
מקובל שכימאים עובדים באטמוספרות רווי חנקן בכדי להשיג תנאים בעלי תגובה נמוכה (Royal Society of Chemistry, 2017).
מחזור חנקן
חנקן, כמו מים ופחמן, הוא משאב טבע מתחדש המוחלף דרך מחזור החנקן.
מחזור החנקן, בו הופכים חנקן אטמוספרי לתרכובות אורגניות שונות, הוא אחד התהליכים הטבעיים המכריעים ביותר לקיום אורגניזמים חיים.
במהלך המחזור חיידקים בתהליך האדמה או "מקבעים" חנקן אטמוספרי לאמוניה, שצמחים צריכים לגדול בהם.
חיידקים אחרים ממירים אמוניה לחומצות אמינו וחלבונים. אז בעלי החיים אוכלים את הצמחים וצורכים את החלבון.
תרכובות חנקן חוזרות לאדמה דרך פסולת של בעלי חיים. החיידקים ממירים את החנקן שנותר לגז חנקן החוזר לאטמוספירה.
מחזור חנקן
במאמץ לגרום לגידולים לגדול מהר יותר, אנשים משתמשים בחנקן בדשנים.
עם זאת, השימוש המוגזם בדשנים אלה בחקלאות השפיע תוצאות הרסניות על הסביבה ובריאות האדם, מכיוון שהוא תרם לזיהום מי הקרקע והשטח.
על פי נתוני הסוכנות להגנת הסביבה בארצות הברית (EPA), זיהום חומרים מזינים הנגרמים מעודף חנקן וזרחן באוויר ובמים הוא אחת הבעיות הסביבתיות הנפוצות, היקרות והמאתגרות ביותר (Blaszczak-Boxe, 2014).
תרכובות חנקן הן מרכיב ראשוני ביצירת האוזון בגובה הקרקע. בנוסף לגרימת בעיות נשימה, תרכובות חנקן באטמוספרה תורמות להיווצרות גשם חומצי (Oblack, 2016).
הפניות
- (2014). האטמוספרה של כדור הארץ. התאושש מ- bbc.co.uk.
- בלשצ'ק-בוקס, א '(2014, 22 בדצמבר). עובדות על חנקן. התאושש מ- livescience.com.
- (SF). הרכב אטמוספרי. התאושש מ- science.nasa.gov.
- אוניברסיטת נדל"ן. (2013, 9 באוגוסט). הרכב האווירה. התאושש מ- ncsu.edu.
- Oblack, R. (2016, 3 בפברואר). חנקן - גזים באטמוספירה. התאושש מ- thoughtco.com.
- החברה המלכותית לכימיה. (2017). חַנקָן. התאושש מ- rsc.org.
- סנדרסון, RT (2017, 12 בפברואר). חנקן (N). התאושש מ- britannica.com.