تكوين الهواء في الغلاف الجوي والملوثات



ال تكوين الهواء في الغلاف الجوي يتم تعريف أو الغلاف الجوي من خلال نسبة الغازات المختلفة الموجودة فيه ، والتي كانت في تباين مستمر طوال تاريخ الأرض. يحتوي الغلاف الجوي للكوكب بشكل أساسي على H2 وغيرها من الغازات مثل CO2 و ح2منذ حوالي 4،400 مليون سنة ، تم تخصيب تركيبة الهواء في الغلاف الجوي أساسًا من ثاني أكسيد الكربون2.

مع ظهور الحياة على الأرض ، حدث تراكم الميثان (CH4) في الغلاف الجوي ، حيث أن الكائنات الحية الأولى كانت ميثانوجينات. في وقت لاحق ، ظهرت الكائنات الضوئية ، التي أثرت الهواء الجوي ل O2.

يمكن تقسيم تركيب الهواء الجوي اليوم إلى طبقتين كبيرتين ، متباينتين في تركيبهما الكيميائي ؛ المجس والغلاف المتجانس.

يقع الغلاف الجوي من 80 إلى 100 كم فوق مستوى سطح البحر ويتكون بشكل أساسي من النيتروجين (78 ٪) والأكسجين (21 ٪) والأرجون (أقل من 1 ٪) وثاني أكسيد الكربون والأوزون والهيليوم والهيدروجين والميثان. ، من بين العناصر الأخرى الموجودة بنسب صغيرة جدا.

يتكون المغاير من غازات ذات وزن جزيئي منخفض ويقع فوق ارتفاع 100 كم. الطبقة الأولى تقدم N2 الجزيئي ، والثاني الذري O ، الهيليوم الثالث والآخر يتكون من الهيدروجين الذري (H).

مؤشر

  • 1 التاريخ
    • 1.1 اليونان القديمة
    • 1.2 اكتشاف تكوين الهواء في الغلاف الجوي
  • 2 الخصائص
    • 2.1 الأصل
    • 2.2 هيكل
  • 3 تكوين الهواء الجوي البدائي
    • 3.1 تراكم ثاني أكسيد الكربون
    • 3.2 أصل الحياة ، تراكم الميثان (CH4) ونقص ثاني أكسيد الكربون
    • 3.3 حدث مؤكسد كبير (تراكم O2)
    • 3.4 النيتروجين الجوي ودوره في أصل الحياة
  • 4 تكوين الهواء الجوي الحالي
    • 4.1 Homosphere
    • 4.2 Heterosphere
  • 5 المراجع

تاريخ

بدأت الدراسات على الهواء الجوي منذ آلاف السنين. في اللحظة التي اكتشفت فيها الحضارات البدائية النار ، بدأت لديهم فكرة عن وجود الهواء.

اليونان القديمة

خلال هذه الفترة ، بدأوا في تحليل ماهية الهواء وما هي الوظيفة التي يؤديها. على سبيل المثال ، اعتبر Anaxímades de Mileto (588 a.C.-524 a.C) أن الهواء أساسي للحياة ، لأن الكائنات الحية تم إطعامها من هذا العنصر.

من ناحية أخرى ، اعتبر Empédocles de Acragas (495 a.C-435 a.C) أن هناك أربعة عناصر أساسية للحياة: الماء والأرض والنار والهواء..

اعتبر أرسطو (384 a.C.-322 a.C) أيضًا أن الهواء كان أحد العناصر الأساسية للكائنات الحية.

اكتشاف تكوين الهواء في الغلاف الجوي

في عام 1773 اكتشف الكيميائي السويدي كارل شيل أن الهواء يتكون من النيتروجين والأكسجين (الهواء البركاني). في وقت لاحق ، في عام 1774 قرر البريطاني جوزيف بريستلي أن الهواء كان يتكون من مزيج من العناصر وأن أحد هذه العناصر كان ضروريًا للحياة.

في عام 1776 ، أطلق الفرنسي أنطوان لافوازييه على الأكسجين العنصر الذي عزله عن التحلل الحراري لأكسيد الزئبق.

في عام 1804 ، قام عالم الطبيعة ألكسندر فون همبولت والكيميائي الفرنسي غاي لوساك بتحليل الهواء القادم من أجزاء مختلفة من الكوكب. قرر الباحثون أن الهواء الجوي له تكوين ثابت.

لم يكن حتى أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، عندما تم اكتشاف الغازات الأخرى التي تشكل جزءًا من الهواء الجوي. من بين هؤلاء لدينا الأرجون في عام 1894 ، ثم الهليوم في عام 1895 ، وغيرها من الغازات (النيون والأرجون وزينون) في عام 1898.

ملامح

يُعرف الهواء الجوي أيضًا باسم الغلاف الجوي وهو مزيج من الغازات التي تغطي كوكب الأرض.

مصدر

لا يُعرف الكثير عن أصل الغلاف الجوي للأرض. يعتبر أنه بعد انفصاله عن الشمس ، كان الكوكب محاطًا بمظروف من الغازات الساخنة جدًا.

ربما كانت هذه الغازات قابلة للاختزال وتأتي من الشمس ، وتتكون بشكل أساسي من H2. غازات أخرى ربما كانت CO2 و ح2أو المنبعثة من النشاط البركاني المكثف.

يقترح أن يكون جزء من الغازات المبردة والمكثفة وتسبب في المحيطات. وظلت الغازات الأخرى تشكل الغلاف الجوي بينما تم تخزين الآخرين في الصخور.

هيكل

يتكون الغلاف الجوي من طبقات مختلفة متحدة المركز مفصولة بمناطق انتقالية. لم يتم تعريف الحد الأعلى لهذه الطبقة بشكل واضح ويضعها بعض المؤلفين فوق 10000 كم فوق مستوى سطح البحر.

يؤثر جاذبية قوة الجاذبية والطريقة التي يتم بها ضغط الغاز في توزيعه على سطح الأرض. وبالتالي ، فإن أكبر نسبة من مجموع كتلتها (حوالي 99 ٪) تقع في أول 40 كم فوق مستوى سطح البحر.

مستويات أو طبقات مختلفة من الهواء الجوي لها تركيبة كيميائية مختلفة ودرجات حرارة مختلفة. وفقًا لترتيبها العمودي ، من الأقرب إلى الأبعد من سطح الأرض ، تعرف الطبقات التالية: التروبوسفير ، الستراتوسفير ، ميزوسفير ، الغلاف الحراري والغلاف الخارجي.

فيما يتعلق بالتركيب الكيميائي للهواء الجوي ، يتم تعريف طبقتين: الغلاف الجوي والجنس المغاير.

homosphere

تقع في أول 80-100 كم فوق مستوى سطح البحر ، ومكوناتها للغازات في الهواء متجانسة. في هذا ، توجد طبقة التروبوسفير وطبقة الستراتوسفير وميزوسفير.

heterosphere

إنه موجود فوق 100 كم ويتسم لأن تكوين الغازات الموجودة في الهواء متغير. يتزامن مع الغلاف الحراري. يختلف تكوين الغازات على ارتفاعات مختلفة.

تكوين الهواء الجوي البدائي

بعد تكوين الأرض ، منذ حوالي 4.500 مليون سنة ، بدأت الغازات التي شكلت الهواء الجوي تتراكم. جاءت الغازات أساسًا من عباءة الأرض ، وكذلك من تأثير الكواكب (مجاميع المادة التي نشأت الكواكب).

تراكم CO2

بدأ النشاط البركاني الكبير على الكوكب في إطلاق غازات مختلفة في الغلاف الجوي ، مثل N2, CO2 و ح2بدأ ثاني أكسيد الكربون يتراكم ، منذ الكربنة (عملية تثبيت ثاني أكسيد الكربون)2 وكان الغلاف الجوي في شكل كربونات) نادرة.

العوامل التي أثرت تثبيت ثاني أكسيد الكربون2 في هذا الوقت كانت أمطار منخفضة الشدة ومنطقة قارية منخفضة للغاية.

أصل الحياة ، تراكم الميثان (CH4) وانخفاض في ثاني أكسيد الكربون2

أول الكائنات الحية التي ظهرت على الكوكب تستخدم CO2 و ح2 لأداء التنفس. هذه الكائنات الأولى كانت لاهوائية وميثانية المنشأ (أنتجت كمية كبيرة من الميثان).

يتراكم الميثان في الهواء الجوي ، لأن تحلله كان بطيئًا جدًا. تتحلل عن طريق التحلل الضوئي وفي جو خالٍ من الأكسجين تقريبًا ، قد تستغرق هذه العملية ما يصل إلى 10000 عام.

وفقا لبعض السجلات الجيولوجية ، منذ حوالي 3500 مليون سنة كان هناك انخفاض في ثاني أكسيد الكربون2 في الغلاف الجوي ، الذي ارتبط مع ذلك CH الهواء الغني4 كثفت الأمطار ، لصالح الكربنة.

حدث مؤكسد كبير (تراكم O2)

يعتبر أنه منذ حوالي 2400 مليون سنة كانت كمية O2 على كوكب الأرض وصلت إلى مستويات مهمة في الهواء الجوي. يرتبط تراكم هذا العنصر بظهور الكائنات العضوية الضوئية.

التمثيل الضوئي هو عملية تسمح بتصنيع الجزيئات العضوية من جزيئات غير عضوية أخرى في وجود الضوء. أثناء حدوثه ، يتم تحرير O2 كمنتج ثانوي.

كان معدل التمثيل الضوئي المرتفع الناتج عن البكتيريا الزرقاء (أول الكائنات العضوية الضوئية) يغير تكوين الهواء الجوي. كميات كبيرة من O2 التي تم إصدارها ، عاد إلى الغلاف الجوي أكثر وأكثر أكسدة.

هذه المستويات العالية من O2 أثرت على تراكم CH4, لأنه تسريع عملية التحلل الضوئي من هذا المركب. عن طريق خفض الميثان بشكل كبير في الغلاف الجوي ، انخفضت درجة حرارة الكوكب وتلا ذلك عصر الجليد..

تأثير مهم آخر لتراكم O2 على هذا الكوكب ، كان تكوين طبقة الأوزون. يا2 الغلاف الجوي ينفصل عن تأثير الضوء ويشكل جزيئين من الأكسجين الذري.

الأوكسجين الذري يتحد مع O2 الجزيئي ويشكل O3 (الأوزون). تشكل طبقة الأوزون حاجزًا واقيًا ضد الأشعة فوق البنفسجية ، مما يسمح بتطور الحياة على سطح الأرض.

النيتروجين الجوي ودوره في أصل الحياة

يعتبر النيتروجين مكونًا أساسيًا للكائنات الحية ، لأنه ضروري لتكوين البروتينات والأحماض النووية. ومع ذلك ، فإن N2 لا يمكن استخدام الغلاف الجوي مباشرة من قبل معظم الكائنات الحية.

تثبيت النيتروجين يمكن أن يكون حيويًا أو غير حيوي. وهو يتألف من مزيج من N2 مع يا2 أو ح2 لتشكيل الأمونيا ، النترات أو النتريت.

محتويات ن2 في الهواء الجوي ، بقوا ثابتًا إلى حد ما في الغلاف الجوي للأرض. خلال الوقت تراكم CO2, تثبيت N2 كان غير حيوي في الأساس ، من خلال تشكيل أكسيد النيتروجين ، التي شكلتها التفكك الكيميائي الضوئي لجزيئات H.2يا وشركاه2 التي كانت مصدر O2.

عندما حدث انخفاض مستويات CO2 في الغلاف الجوي ، انخفضت معدلات تكوين أكسيد النيتروجين بشكل كبير. يعتبر أنه خلال هذا الوقت نشأت أول طرق حيوية لتثبيت N2.

تكوين الهواء الجوي الحالي

يتكون الهواء الجوي من مزيج من الغازات وعناصر أخرى معقدة للغاية. يتأثر تكوينه أساسا من الارتفاع.

homosphere

لقد تقرر أن التركيب الكيميائي للهواء الجاف في الجو عند مستوى سطح البحر ثابت إلى حد ما. يشكل النيتروجين والأكسجين حوالي 99٪ من كتلة وحجم الغلاف الجوي.

النيتروجين الجوي (ن2) في نسبة 78 ٪ ، في حين أن الأكسجين يشكل 21 ٪ من الهواء. العنصر التالي الأكثر وفرة في الهواء الجوي هو الأرجون (AR) ، الذي يحتل أقل من 1 ٪ من إجمالي الحجم.

هناك عناصر أخرى ذات أهمية كبيرة ، حتى عندما تكون بنسب صغيرة. ثاني أكسيد الكربون (CO2) موجود بنسبة 0.035 ٪ وبخار الماء يمكن أن يتراوح بين 1 ٪ و 4 ٪ ، اعتمادا على المنطقة.

الأوزون3) توجد بنسبة 0.003٪ ، لكنها تشكل حاجزًا أساسيًا لحماية الكائنات الحية. وفي نفس النسبة أيضًا ، نجد العديد من الغازات النبيلة مثل نيون (ني) وكريبتون (كرونا) وزينون (زي).

بالإضافة إلى ذلك ، يوجد هيدروجين (H2) ، أكاسيد النيتروز والميثان (CH4) بكميات صغيرة جدا.

عنصر آخر هو جزء من تكوين الهواء الجوي هو الماء السائل الموجود في السحب. وبالمثل ، نجد عناصر صلبة مثل الجراثيم وحبوب اللقاح والرماد والأملاح والكائنات الحية الدقيقة وبلورات الجليد الصغيرة..

heterosphere

عند هذا المستوى ، يحدد الارتفاع نوع الغاز السائد في الهواء الجوي. جميع الغازات خفيفة (منخفضة الوزن الجزيئي) ويتم تنظيمها في أربع طبقات مختلفة.

من المقدر أنه كلما زاد الارتفاع ، يكون للغازات الأكثر وفرة كتلة ذرية أقل.

بين ارتفاع 100 و 200 كم ، هناك وفرة أكبر من النيتروجين الجزيئي (N2). وزن هذا الجزيء هو 28.013 جم / مول.

الطبقة الثانية من heterosfera تتفق مع O الذرية وتقع بين 200 و 1000 كم على مستوى البحر. الكتلة الذرية لها 15،999 كتلة ، أقل ثقل من N2.

في وقت لاحق ، وجدنا طبقة من الهيليوم يتراوح ارتفاعها بين 1000 و 3500 كم. الهيليوم لديه كتلة ذرية 4.00226.

تتكون الطبقة الأخيرة من الغلاف الجوي من الهيدروجين الذري (H). هذا الغاز هو الأخف وزنا في الجدول الدوري ، مع الكتلة الذرية من 1.007.

مراجع

  1. Katz M (2011) المواد والمواد الخام ، الهواء. الدليل التربوي الفصل 2. المعهد الوطني للتعليم التكنولوجي ، وزارة التربية والتعليم. بوينس ايرس الأرجنتين. 75 ص
  2. رهبان PS ، C Granier ، S Fuzzi وآخرون. (2009) تكوين الغلاف الجوي تغيير نوعية الهواء العالمية والإقليمية. البيئة الجوية 43: 5268-5350.
  3. Pla-García J و C Menor-Salván (2017) التركيب الكيميائي للجو البدائي لكوكب الأرض. الحاشية 113: 16-26.
  4. Rohli R and Vega A (2015) علم المناخ. الطبعة الثالثة. جونز وبارتليت التعلم. نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية. 451 ص.
  5. Saha K (2011) جو الأرض ، فيزياء ودينامياتها. دار نشر شبرينغر. Berlin، Germany.367 pp.