Atmosfærens kjemi

Atmosfærisk kjemi er en gren av atmosfærisk vitenskap som studerer de kjemiske prosessene som finner sted i atmosfæren på jorden og andre planeter. Den er preget av den enorme fortynningen av stoffene som er tilstede i den og av påvirkningen av strålingen som er tilstede på stoffene. [ 1 ]

Det er et tverrfaglig forskningsfelt og er knyttet til miljøkjemi , fysikk , meteorologi , datamodellering , oseanografi , geologi , vulkanologi og andre disipliner. Forskning på dette feltet er også nært knyttet til andre studieområder som klimatologi . [ 2 ]

Noen eksempler på emner som har blitt studert av atmosfærisk kjemi er sur nedbør , fotokjemisk smog og global oppvarming . Atmosfærisk kjemi prøver å forstå årsakene til disse problemene og, etter å ha oppnådd en teoretisk forståelse av dem, finne mulige løsninger som kan testes og vurdere effekten av endringer i regjeringens politikk.

Sammensetning av atmosfæren

Gjennomsnittlig sammensetning av tørr atmosfærisk luft, [ 3 ] i volumprosent
Gass ifølge NASA
Nitrogen , N2 78,0840 %
Oksygen , O2 20,946 %
Argon , Ar 0,934 %
Mindre bestanddeler (i ppm )
Neon , Ne 18.18
Helium , He 5.24
Metan , CH4 1.7
Krypton , Kr 1.14
Hydrogen , H2 0,55
Vann
Vanndamp Veldig variabel;
vanligvis 1 %

Merknader: Konsentrasjonene av CO 2 og CH 4 varierer med værstasjonen, og med geografisk plassering. Gjennomsnittlig molar masse av luft er 28,97 g/mol.

Historikk

De gamle grekerne betraktet luft som ett av de fire grunnstoffene , men de første vitenskapelige studiene av atmosfærisk sammensetning begynte på 1700-tallet . Kjemikere som Joseph Priestley , Antoine Lavoisier og Henry Cavendish gjorde de første målingene av atmosfærens sammensetning .

På slutten av det nittende og begynnelsen av det tjuende århundre skiftet interessen til bestanddeler som dukket opp i svært små konsentrasjoner. En spesielt viktig milepæl for atmosfærisk kjemi var oppdagelsen av ozon av Christian Friedrich Schoenbein i 1840.

På 1900-tallet gikk atmosfærisk vitenskap fra å studere sammensetningen av luft til å vurdere hvordan konsentrasjonene av sporgasser i atmosfæren hadde endret seg over tid og de kjemiske prosessene som skaper og ødelegger komponentene i luften. To spesielt viktige eksempler på dette spørsmålet var forklaringen på hvordan ozonlaget skapes og vedlikeholdes av astronomene Sydney Chapman og Gordon Dobson , og forklaringen på fotokjemisk smog av Arie Jan Haagen-Smit . Ytterligere studier på ozonspørsmålet førte til at Paul Crutzen , Mario Molina og Frank Sherwood Rowland ble tildelt Nobelprisen i kjemi i 1995 . [ 4 ]

I det 21. århundre endrer studiefokuset seg igjen. Atmosfærisk kjemi studeres i økende grad som en del av geovitenskap . I stedet for å konsentrere seg om atmosfærisk kjemi isolert, er fokuset nå på å se det som en del av et system sammen med resten av jordens atmosfære , biosfære og geosfære . En spesielt viktig rød tråd for denne tilnærmingen dannes av forholdet mellom kjemi og klima , slik som virkningene av klimaendringer på utvinningen av ozonhullet og omvendt, og også samspillet mellom atmosfærens sammensetning og havene og økosystemer terrestrisk .

Metodikk

De tre sentrale elementene for studiet av atmosfærisk kjemi er observasjoner, laboratoriemålinger og studiet av teoretiske modeller. Fremgangen i denne disiplinen skyldes samspillet mellom disse komponentene som danner en komplett helhet. For eksempel kan observasjoner fortelle oss at det er mer enn én kjemisk forbindelse som tidligere ble spekulert i å eksistere. Dette vil stimulere til nye modeller og laboratoriestudier som vil øke vår vitenskapelige forståelse til et punkt hvor vi kan forklare våre observasjoner.

Observasjon

Observasjoner av atmosfærisk kjemi er avgjørende for vår forståelse. Rutinemessige observasjoner av kjemisk sammensetning forteller oss om endringer i atmosfærisk sammensetning over tid. Et betydelig eksempel på dette er Keeling-kurven – en serie målinger fra 1958 til i dag som viser en kontinuerlig økning i konsentrasjonen av karbondioksid .

Disse observasjonene er gjort fra observatorier som Mauna Loa og på mobile plattformer ombord på fly (som Storbritannias Facility for Airborne Atmospheric Measurements ), skip og ballonger. Observasjoner av sammensetningen av atmosfæren gjøres i økende grad fra satellitter som bærer instrumenter som GOME og MOPITT som gir oss et globalt bilde av luftforurensning og kjemi. Overflateobservasjoner har fordelen av å gi langtidsregistreringer med høy tidsoppløsning, men er begrenset til det horisontale og vertikale rommet som observasjonene gjøres fra. Noen overflatebaserte instrumenter som LIDAR kan gi kjemiske og aerosolkonsentrasjonsprofiler, men er fortsatt begrenset til regionen de kan dekke. Mange observasjoner er tilgjengelige online i atmosfærisk kjemi-observasjonsdatabaser.

Laboratoriemålinger

Laboratoriemålinger er avgjørende for vår forståelse av kildene og synkene til forurensninger og forbindelser som finnes i naturen. Laboratoriestudier forteller oss hvilke gasser som reagerer med hverandre og hvor raskt de reagerer. Målinger av interesse inkluderer reaksjoner i gassfasen, på overflater og i vann. Fotokjemi er også viktig for å kvantifisere hastigheten som molekyler brytes ned med av sollys, produktene som dannes, og noen termodynamiske data som Henrys lov-koeffisienter .

Modeller

For å oppsummere og kontrollere teoretisk forståelse av atmosfærens kjemi, brukes datamodeller som kjemiske transportmodeller . Numeriske modeller løser differensialligningene som styrer konsentrasjonene av kjemikalier. De kan være veldig enkle eller veldig kompliserte.

I de numeriske modellene er det nødvendig å kompensere antall stoffer og kjemiske reaksjoner som er tenkt mot representasjonen av transport og blanding i atmosfæren. For eksempel kan en boksmodell inkludere hundrevis eller til og med tusenvis av kjemiske reaksjoner, men representere bare veldig grovt blandingsprosessene i atmosfæren. Derimot representerer 3D-modeller mange av de fysiske prosessene i atmosfæren, men vil på grunn av begrensninger i dataressurser utgjøre svært få kjemiske reaksjoner og forbindelser. Modeller kan brukes til å tolke observasjoner, sjekke forståelse av kjemiske reaksjoner og forutsi konsentrasjoner av kjemiske forbindelser i atmosfæren. En viktig nåværende tilnærming er å gjøre atmosfæriske kjemimoduler til en del av globale jordsystemmodeller der koblinger eller forhold mellom klima, atmosfærisk sammensetning og biosfæren kan studeres.

Noen modeller er bygget med automatiske kodegeneratorer som Autochem eller KPP . I denne tilnærmingen velges et sett med bestanddeler og en automatisk kodegenerator vil velge reaksjonene som påvirker disse bestanddelene fra en katalog med reaksjonsdatabaser. Når reaksjonene er valgt, bygges de ordinære differensialligningene som beskriver deres utvikling i tid automatisk.

Kjemiske prosesser i troposfæren

Troposfæren er den nedre delen av atmosfæren og noen grunnleggende prosesser finner sted i den, slik som: [ 5 ]

og endelig

Kjemiske prosesser i stratosfæren

Ozon er den mest kjemisk interessante gassen i stratosfæren. [ 6 ]


Se også

Referanser

  1. ↑ Introduksjon til miljøkjemi. Stanley E. Manahan. Redaksjonell Reverté, 2007. ISBN 8429179070 Side 7
  2. ↑ Introduksjon til miljøkjemi. Stanley E. Manahan. Redaksjonell Reverté, 2007. ISBN 8429179070 Kapittel 8, 9 og 10. Side 353-490
  3. ↑ Fysisk kjemi av miljøet og miljøprosesser . Juan E. Figueruelo, Martin Marino Davila. Redaksjonell Reverté, 2004. ISBN 8429179038 Side 12
  4. ↑ Pressemelding om Nobelprisen i kjemi i 1995
  5. ↑ Atmosfærisk forurensning. Ernesto Martínez Ataz (koordinator), Yolanda Díaz de Mera Morales (koordinator). Editorial Univ. of Castilla La Mancha, 2004. ISBN 8484273245 Chemistry of the troposphere. Beatriz Cabanas Galan.
  6. ↑ Fysisk kjemi av miljøet og miljøprosesser. Juan E. Figueruelo, Martin Marino Davila. Redaksjonell Reverté, 2004. ISBN 8429179038 Cap. 8

Les videre

På spansk

På engelsk

Eksterne lenker

På spansk


På engelsk