Состав воздуха — химическая формула, концентрация веществ

Содержание

• Слайд 1

  Атмосфера Земли: ее состав и строение

• Слайд 2

  Атмосфера (от греч. atmos — пар и spharia — шар) —воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов.

  Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде.

  Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство.

  Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.

• Слайд 3

  СЛОИ АТМОСФЕРЫ

  Атмосфера имеет слоистую структуру.

  От поверхности Земли вверх эти слои:

  • Тропосфера
  • Стратосфера
  • Мезосфера
  • Термосфера
  • Экзосфера

• Слайд 4

• Слайд 5

  Тропосфера — самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

  Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.

  В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.

  Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере.

  Тропосфера

• Слайд 6

  Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются.

  В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч.

  В этом слое сосредоточен озон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.

  Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона — стратопауза.

  Стратосфера

• Слайд 7

  Мезосфера — слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

  На высоте 80 км начинается термосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

  Мезосфера и термосфера

• Слайд 8

  В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера — слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов

  В ионосфере возникают полярные сияния — свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц — и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

• Слайд 9

  Полярноесияние

• Слайд 10

  Экзосфера — внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

  Экзосфера

• Слайд 11

  Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно (табл. 1). Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО2 примерно на 10-12 %.

  Состав атмосферы

• Слайд 12

Посмотреть все слайды

Что такое воздух

Древние греки использовали два слова в качестве определения для воздуха: аир, что означало нижние слои атмосферы (Дим), а эфир означал яркие верхние слои атмосферы (заоблачное пространство).

В алхимии символ воздуха – это треугольник, разделенный надвое горизонтальной линией.

В современном мире, ему подошло бы такое определение – газовая смесь, окружающая планету, которая защищает от проникновения радиации солнца и больших доз ультрафиолета.

За многомиллионный период развития планета преобразовала газовые вещества и создала уникальный защитный щит, увидеть который практически невозможно. Массовая доля их несоизмеримо мала для космоса.

Ничто больше не оказывает влияние на мирообразование. Если вспомнить, что часть воздушных масс – это кислород, то, что произойдет на земле без него? Здания и сооружения рухнут.

Металлические мосты и прочие конструкции, завораживающие миллионы туристов, превратятся в единой ком из-за малого количества молекул кислорода (в данной ситуации близкой к нулю). Ухудшится жизнь всех живых организмов на планете, а некоторых приведет к смерти.

Моря и океаны, испаряясь в виде водорода, исчезнут. И когда планета станет похожей на Луну, воцарится радиационный пожар, выжигающий остатки флоры, поскольку без кислорода температура очень сильно увеличится, а вот без атмосферы не будет защиты от солнца.

Негативные последствия загрязненного воздуха для человека

Развитие промышленности, побочные продукты технологического цикла заводов и фабрик, уничтожение лесов, автовыбросы и другие сопутствующие факторы оказывают негативное влияние на состав воздуха, как следствие — на организм человека (Рис. 2). Применение в производственных процессах технологий, которые не контролируют выбросы в атмосферу таких компонентов, как оксиды азота, углерода, сероводород, не только видоизменяют состав воздуха, но и способствуют развитию онкологических, сердечно-сосудистых, легочных и других серьезных заболеваний. Традиционно в крупных мегаполисах и промышленных зонах, вблизи оживленных автомагистралей нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) указанных веществ превышены в несколько раз.
Рис. 2. Промышленность — основной загрязнитель воздуха.

Ссылки

1. Кэрнс, Ивер (23 сентября 1999 г.). «Атмосфера Земли» . Сиднейский университет . Проверено 7 апреля 2021 года .
2. Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Кислород Земли: загадка, которую легко принять на веру» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 3 октября 2013 года .
3. Сайнфелд, Джон; Пандис, Спирос (2016). Химия и физика атмосферы — от загрязнения воздуха до изменения климата, 3-е изд . Хобокен, Нью-Джерси: Wiley . ISBN .
4. Симпсон, Эй Джей; Блейк, штат Нью-Джерси; Barletta, B .; Дискин, GS; Fuelberg, HE; Gorham, K .; Хьюи, LG; Meinardi, S .; Роуленд, Ф.С. Vay, SA; Weinheimer, AJ; Ян, М .; Блейк, Д.Р. (2010). «Характеристика газовых примесей, измеренных при добыче нефтеносных песков в Альберте: 76 специфических C ₂ –C ₁₀ летучих органических соединений (ЛОС), CO ₂ , CH ₄ , CO, NO, NO ₂ , NO, O ₃ и SO ₂Химия и физика атмосферы . 10 (23): 11931–11954. DOI10,5194 / ACP-10-11931-2010 . ISSN 1680-7324 .
5. «Пресс-релиз — Нобелевская премия по химии 1995 г.» . Нобелевская премия . Нобелевская премия Org. 11 октября 1995 г.
6. Сент-Флер, Николас (10 ноября 2015 г.). «Уровень парниковых газов в атмосфере является рекордным, говорится в отчете» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 11 ноября 2015 года .
7. Риттер, Карл (9 ноября 2015 г.). «Великобритания: На первом месте средняя мировая температура может быть на 1 градус Цельсия выше» . AP News . Проверено 11 ноября 2015 года .
8. Коул, Стив; Грей, Эллен (14 декабря 2015 г.). «Новые спутниковые карты НАСА показывают отпечаток человеческого пальца на глобальном качестве воздуха» . НАСА . Проверено 14 декабря 2015 года .
9. Национальные академии наук, инженерии и медицины (2016). Будущее атмосферных исследований: вспоминая вчера, понимая сегодня, предвидя завтрашний день . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. п. 15. ISBN 978-0-309-44565-8.

Состав атмосферы

До выс. ок. 100 км А. прак­ти­че­ски од­но­род­на по хи­мич. со­ста­ву и ср. мо­ле­ку­ляр­ная мас­са воз­ду­ха (ок. 29) в ней по­сто­ян­на. Вбли­зи по­верх­но­сти Зем­ли А. со­сто­ит из азо­та (ок. 78,1% по объёму) и ки­сло­ро­да (ок. 20,9%), а так­же со­дер­жит ма­лые ко­ли­че­ст­ва ар­го­на, ди­ок­си­да уг­ле­ро­да (уг­ле­ки­сло­го га­за), не­она и др. по­сто­ян­ных и пе­ре­мен­ных ком­по­нен­тов (см. Воз­дух).

Кро­ме то­го, А. со­дер­жит не­боль­шие ко­ли­че­ст­ва озо­на, ок­си­дов азо­та, ам­миа­ка, ра­до­на и др. От­но­сит. со­дер­жа­ние осн. со­став­ляю­щих воз­ду­ха по­сто­ян­но во вре­ме­ни и од­но­род­но в раз­ных гео­гра­фич. рай­онах. Со­дер­жа­ние во­дя­но­го па­ра и озо­на пе­ре­мен­но в про­стран­ст­ве и вре­ме­ни; не­смот­ря на ма­лое со­дер­жа­ние, их роль в ат­мо­сфер­ных про­цес­сах весь­ма су­ще­ст­вен­на.

Вы­ше 100–110 км про­ис­хо­дит дис­со­циа­ция мо­ле­кул ки­сло­ро­да, уг­ле­ки­сло­го га­за и во­дя­но­го па­ра, по­это­му мо­ле­ку­ляр­ная мас­са воз­ду­ха умень­ша­ет­ся. На выс. ок. 1000 км на­чи­на­ют пре­об­ла­дать лёг­кие га­зы – ге­лий и во­до­род, а ещё вы­ше А. Зем­ли по­сте­пен­но пе­ре­хо­дит в меж­пла­нет­ный газ.

Наи­бо­лее важ­ная пе­ре­мен­ная ком­по­нен­та А. – во­дя­ной пар, ко­то­рый по­сту­па­ет в А. при ис­па­ре­нии с по­верх­но­сти во­ды и влаж­ной поч­вы, а так­же пу­тём транс­пи­ра­ции рас­те­ния­ми. От­но­сит. со­дер­жа­ние во­дя­но­го па­ра ме­ня­ет­ся у зем­ной по­верх­но­сти от 2,6% в тро­пи­ках до 0,2% в по­ляр­ных ши­ро­тах. С вы­со­той оно бы­ст­ро па­да­ет, убы­вая на­по­ло­ви­ну уже на выс. 1,5–2 км. В вер­ти­каль­ном стол­бе А. в уме­рен­ных ши­ро­тах со­дер­жит­ся ок. 1,7 см «слоя оса­ж­дён­ной во­ды». При кон­ден­са­ции во­дя­но­го па­ра об­ра­зу­ют­ся об­ла­ка, из ко­то­рых вы­па­да­ют осад­ки ат­мо­сфер­ные в ви­де до­ж­дя, гра­да, сне­га.

Важ­ной со­став­ляю­щей ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха яв­ля­ет­ся озон, со­сре­до­то­чен­ный на 90% в стра­то­сфе­ре (ме­ж­ду 10 и 50 км), ок. 10% его на­хо­дит­ся в тро­по­сфе­ре. Озон обес­пе­чи­ва­ет по­гло­ще­ние жё­ст­кой УФ-ра­диа­ции (с дли­ной вол­ны ме­нее 290 нм), и в этом – его за­щит­ная роль для био­сфе­ры. Зна­че­ния об­ще­го со­дер­жа­ния озо­на ме­ня­ют­ся в за­ви­си­мо­сти от ши­ро­ты и се­зо­на в пре­де­лах от 0,22 до 0,45 см (тол­щи­на слоя озо­на при дав­ле­нии $p=$ 1 атм и темп-ре $T=$ 0 °C). В озо­но­вых ды­рах, на­блю­дае­мых вес­ной в Ан­тарк­ти­ке с нач. 1980-х гг., со­дер­жа­ние озо­на мо­жет па­дать до 0,07 см. Оно уве­ли­чи­ва­ет­ся от эк­ва­то­ра к по­лю­сам и име­ет го­до­вой ход с мак­си­му­мом вес­ной и ми­ни­му­мом осе­нью, при­чём ам­пли­ту­да го­до­во­го хо­да ма­ла в тро­пи­ках и рас­тёт к вы­со­ким ши­ро­там. Су­ще­ст­вен­ной пе­ре­мен­ной ком­по­нен­той А. яв­ля­ет­ся уг­ле­кис­лый газ, со­дер­жа­ние ко­то­ро­го в ат­мо­сфе­ре за по­след­ние 200 лет вы­рос­ло на 35%, что объ­яс­ня­ет­ся в осн. ан­тро­по­ген­ным фак­то­ром. На­блю­да­ет­ся его ши­рот­ная и се­зон­ная из­мен­чи­вость, свя­зан­ная с фо­то­син­те­зом рас­те­ний и рас­тво­ри­мо­стью в мор­ской во­де (со­глас­но за­ко­ну Ген­ри, рас­тво­ри­мость га­за в во­де умень­ша­ет­ся с рос­том её темп-ры).

Важ­ную роль в фор­ми­ро­ва­нии кли­ма­та пла­не­ты иг­ра­ет ат­мо­сфер­ный аэ­ро­золь – взве­шен­ные в воз­ду­хе твёр­дые и жид­кие час­ти­цы раз­ме­ром от не­сколь­ких нм до де­сят­ков мкм. Раз­ли­ча­ют­ся аэ­ро­зо­ли ес­те­ст­вен­но­го и ан­тро­по­ген­но­го про­ис­хо­ж­де­ния. Аэ­ро­золь об­ра­зу­ет­ся в про­цес­се га­зо­фаз­ных ре­ак­ций из про­дук­тов жиз­не­дея­тель­но­сти рас­те­ний и хо­зяйств. дея­тель­но­сти че­ло­ве­ка, вул­ка­нич. из­вер­же­ний, в результате подъ­ё­ма пы­ли вет­ром с по­верх­но­сти пла­не­ты, осо­бен­но с её пус­тын­ных ре­гио­нов, а так­же об­ра­зу­ет­ся из кос­мич. пы­ли, по­па­даю­щей в верх­ние слои А. Бóльшая часть аэ­ро­зо­ля со­сре­до­то­че­на в тро­по­сфе­ре, аэ­ро­золь от вул­ка­нич. из­вер­же­ний об­ра­зу­ет т. н. слой Юн­ге на выс. ок. 20 км. Наи­боль­шее ко­ли­че­ст­во ан­тро­по­ген­но­го аэ­ро­зо­ля по­па­да­ет в А. в ре­зуль­та­те ра­бо­ты ав­то­транс­пор­та и ТЭЦ, хи­мич. про­из­водств, сжи­га­ния то­п­ли­ва и др. Поэтому в не­ко­то­рых рай­онах со­став А. за­мет­но от­ли­ча­ет­ся от обыч­но­го воз­ду­ха, что по­тре­бо­ва­ло соз­да­ния спец. служ­бы на­блю­де­ний и кон­тро­ля за уров­нем за­гряз­не­ния ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха.

Структура атмосферы по высоте

Атмосфера неоднородна по вертикали, поэтому ее физические параметры зависят от высоты, прежде всего, распределения температуры и массы.

Различают несколько наиболее важных областей, на которые делят атмосферу:

• . Примыкающий к Земле слой до 12 км толщиной (в тропической зоне до 18), где сконцентрировано порядка 80% массы, и находится весь водяной газ. В тропосфере зарождаются туманы, облака, возникают осадки, грозовые явления. Следует подчеркнуть, солнечные лучи легко преодолевают тропосферу, нагревая поверхность земли. Сам нижний слой газовой оболочки нагревается от Земли. Поэтому температура с увеличением высоты падает.
• . Характеризуется низкими температурами на высоте 20 км, примерно, минус 56°С. Интересно, что, начиная с 25-ти километровой отметки, температура в стратосфере растет, достигая на 50 км положительных значений. Сказывается поглощение квантов энергии ультрафиолетового спектра, нагревающей воздух.
• . Температура около 90 км достигает 90°С, главенствует турбулентное перемешивание. Среда достаточно однородна, тяжелые и легкие газы не разделены.

Выше мезосферы располагается термосфера, подразделяющаяся на ионосферу и экзосферу. Для ионосферы присущи высокая степень разреженности воздуха и чрезвычайно сильная ионизация. Носители зарядов ─ атомарный кислород, электроны, реактивный свободный радикал окись азота (NO). Отмечаются случайные скопления электронов, называемые электронными облаками. Именно в этой области возникают знаменитые полярные сияния. Температура в ионосфере поднимается до 1000°С на высоте 800 км.

Экзосфера, начинающаяся выше 1000км, плавно трансформируется в межпланетное пространство. Разреженность газа здесь столь высока, а скорость его частичек огромна, что они облетают землю по эллиптической траектории, словно микроскопические спутники. Некоторые частички обладают второй космической скоростью и покидают земную атмосферу, рассеиваясь во Вселенной.

Состав атмосферы

Визуализация объемного состава атмосферы Земли. Водяной пар не учитывается, так как он сильно варьируется. Каждый крошечный кубик (например, представляющий криптон) имеет одну миллионную часть объема всего блока. Данные взяты из НАСА в Лэнгли .

Состав обычных оксидов азота в сухом воздухе в зависимости от температуры

Химический состав атмосферы в зависимости от высоты . Ось: высота (км), объем (%).

Средний состав сухой атмосферы ( мольные доли )
Газ	по НАСА	Сухой чистый воздух вблизи уровня моря (стандарт ISO 2533 — 1975)
Азот , N 2	78,084%	78,084%
Кислород , O 2	20,946%	20,946%
Незначительные компоненты (мольные доли в ppm )
Аргон , Ar	9340	9340
Двуокись углерода * , CO 2	400	314
Неон , Ne	18,18	18,18
Гелий , He	5,24	5,24
Метан , CH 4	1,7	2.0
Криптон , Кр	1.14	1.14
Водород , H 2	0,55	0,5
Закись азота , N 2 O	0,5	0,5
Ксенон , Xe	0,09	0,087
Двуокись азота , NO 2	0,02	до 0,02
Озон *, O 3 , летом		до 0,07
Озон *, O 3 , зимой		до 0,02
Диоксид серы *, SO 2		до 1
Йод *, I 2		0,01
Воды
Водяной пар *	Высокая вариабельность (около 0–3%); обычно составляет около 1%
Примечания
Средняя молекулярная масса сухого воздуха составляет 28,97 г / моль. * Содержание газа может значительно изменяться время от времени или от места к месту. концентрация СО 2 и СН 4 варьироваться в зависимости от сезона и местоположения. CO 2 здесь с 1975 года, но он увеличивается примерно на 2–3 ppm ежегодно (см. Углекислый газ в атмосфере Земли ).

Состав следового газа

Помимо более важных компонентов, перечисленных выше, в атмосфере Земли также есть множество газовых примесей, которые значительно различаются в зависимости от близлежащих источников и поглотителей. Эти следовые газы могут включать такие соединения, как CFC / HCFC, которые особенно вредны для озонового слоя, и H₂S, которая имеет характерный неприятный запах тухлых яиц и может расплавляться при концентрации всего 0,47 частей на миллиард. Некоторые приблизительные количества у поверхности некоторых дополнительных газов перечислены ниже. Помимо газов, атмосфера содержит частицы в виде аэрозоля , которые включают, например, капли, кристаллы льда, бактерии и пыль.

Состав (ppt по объему, если не указано иное)
Газ	Чистый континентальный, Seinfeld & Pandis (2016)	Simpson et al. (2010)
Окись углерода , CO	40-200 частей на миллиард p39	97 частей на миллиард
Оксид азота , NO		16
Этан , C 2 H 6		781
Пропан , C 3 H 8		200
Изопрен , C 5 H 8		311
Бензол , C 6 H 6		11
Метанол , CH 3 OH		1967
Этанол , C 2 H 5 OH		75
Трихлорфторметан , CCl 3 F	237 с. 41	252,7
Дихлордифторметан , CCl 2 F 2	530 с. 41	532,3
Хлорметан , CH 3 Cl		503
Бромметан , CH 3 Br	9–10 с. 44	7,7
Йодметан , CH 3 I		0,36
Карбонилсульфид , OCS	510 стр. 26	413
Диоксид серы , SO 2	70–200 с. 26	102
Сероводород , H 2 S	15–340 с. 26
Сероуглерод , CS 2	15–45 с. 26
Формальдегид , H 2 CO	9,1 ppb p37, загрязненный
Ацетилен , C 2 H 2	8,6 частей на миллиард p37, загрязненный
Этен , C 2 H 4	11,2 частей на миллиард p37, загрязненный	20
Гексафторид серы , SF 6	7.3 п.41
Тетрафторид углерода , CF 4	79 с. 41
Общая газообразная ртуть , Hg	0,209 п55

Регулярные морские стихии (тайфуны, штормы, морские ураганы)

Ежегодные атлантические стихии

Для формирования штормов и ураганов нужны теплая вода и влажный воздух.
Из-за глобального потепления океан нагревается все больше, испарения также растут.

Штормы в Атлантике обычно образуются в теплых частях океана вблизи Африки.
Затем они «мчатся» через океан в сторону Америки.
Здесь их подпитывает значительно потеплевшая в последние десятилетия вода Карибского региона,
после чего штормы и ураганы обрушиваются на американское побережье.

Земле начали угрожать зомби-ураганы.
Климатологи предупреждают, что с дальнейшим изменением климата на планете вырастет количество зомби-штормов и зомби-ураганов.
Так называют явления, когда уже утихнувший шторм или ураган внезапно «оживает» и снова начинает усиливаться.

Ежегодные тихоокеанские стихии

Ла-Нинья («Малышка») регулярно возникает в южной части Тихого океана, когда стабильный восточный ветер
гонит теплую воду от берегов Перу и Чили в сторону Индонезии и Австралии.
В результате на поверхность поднимается холодная вода из морских глубин, и в регионе наступает похолодание.
Ла-Нинья влияет на погоду во всем мире.

Обратное явление, когда температура воды и воздуха у побережья Южной Америки повышается, зовется Эль-Ниньо («Малыш»).
Явление нередко совпадает по времени с Рождеством, а «Эль-Ниньо» в испаноговорящих странах называют младенца Христа, отсюда и возник термин.

Чередование Эль-Ниньо и Ла-Ниньи называется Южной осцилляцией.

Феномен впервые подробно описал британский ученый Гилберт Уокер в 1923 году, однако местные рыбаки обратили на него внимание гораздо раньше. Ла-Нинья не имела для них практического значения, но потепление воды при Эль-Ниньо плохо влияло на уловы.. Ла-Нинья охладила Тихий океан

Как это повлияет на погоду в мире?.

Ла-Нинья охладила Тихий океан. Как это повлияет на погоду в мире?.

Ураган «Катрина»

Жертвами урагана «Катрина» в 2005 году в 5 американских штатах стали свыше 1 тыс. 300 человек.
Больше других пострадала Луизиана. На ее долю приходится более 1 тыс. 100 погибших.
Кроме того, «Катрина» унесла жизни 221 человека в штате Миссисипи, 14 — во Флориде, 2 — в Джорджии и 2 — в Алабаме.

Методология

Наблюдения, лабораторные измерения и моделирование — три центральных элемента в химии атмосферы. Прогресс в химии атмосферы часто обусловлен взаимодействием между этими компонентами, и они образуют единое целое. Например, наблюдения могут сказать нам, что существует больше химического соединения, чем считалось возможным ранее. Это будет стимулировать новые моделирование и лабораторные исследования, которые улучшат наше научное понимание до такой степени, что наблюдения можно будет объяснить.

Наблюдение

Наблюдения за химическим составом атмосферы необходимы для нашего понимания. Регулярные наблюдения за химическим составом говорят нам об изменениях в составе атмосферы с течением времени. Одним из важных примеров этого является кривая Килинга — серия измерений с 1958 года по сегодняшний день, которые показывают устойчивый рост концентрации двуокиси углерода (см. Также ). Наблюдения за химическим составом атмосферы производятся в обсерваториях, таких как обсерватории на Мауна-Лоа, и на мобильных платформах, таких как самолеты (например, британская Лаборатория атмосферных измерений ), корабли и воздушные шары. Наблюдения за составом атмосферы все чаще производятся с помощью спутников с помощью таких важных инструментов, как GOME и MOPITT, дающих глобальную картину загрязнения воздуха и химического состава. У приземных наблюдений есть то преимущество, что они обеспечивают долговременные записи с высоким временным разрешением, но ограничены в вертикальном и горизонтальном пространстве, из которого они обеспечивают наблюдения. Некоторые инструменты на поверхности, например LIDAR может предоставлять профили концентрации химических соединений и аэрозолей, но по-прежнему ограничены в горизонтальной области, которую они могут покрыть. Многие наблюдения доступны в режиме онлайн в Базах данных наблюдений по химии атмосферы.

Лабораторные исследования

Измерения, проводимые в лаборатории, важны для нашего понимания источников и стоков загрязнителей и встречающихся в природе соединений. Эти эксперименты проводятся в контролируемой среде, что позволяет проводить индивидуальную оценку конкретных химических реакций или оценку свойств определенного компонента атмосферы. Типы анализа, которые представляют интерес, включают как анализ газофазных реакций, так и гетерогенные реакции, которые имеют отношение к образованию и росту аэрозолей. Также большое значение имеет исследование атмосферной фотохимии, которое позволяет количественно оценить скорость расщепления молекул под действием солнечного света и какие в результате образуются продукты. Кроме того, также могут быть получены термодинамические данные, такие как коэффициенты закона Генри.

Моделирование

Чтобы синтезировать и проверить теоретические представления о химии атмосферы, используются компьютерные модели (такие как модели химического переноса ). Численные модели решают дифференциальные уравнения, определяющие концентрации химических веществ в атмосфере. Они могут быть очень простыми или очень сложными. Один из распространенных компромиссов в численных моделях — это количество смоделированных химических соединений и химических реакций и представление о переносе и перемешивании в атмосфере. Например, блочная модель может включать сотни или даже тысячи химических реакций, но будет иметь лишь очень грубое представление о перемешивании в атмосфере. Напротив, трехмерные модели представляют многие физические процессы в атмосфере, но из-за ограничений компьютерных ресурсов в них будет гораздо меньше химических реакций и соединений. Модели можно использовать для интерпретации наблюдений, проверки понимания химических реакций и прогнозирования будущих концентраций химических соединений в атмосфере. Одной из важных современных тенденций является превращение модулей химии атмосферы в одну часть моделей земной системы, в которых можно изучать связи между климатом, составом атмосферы и биосферой.

Некоторые модели создаются с помощью автоматических генераторов кода (например, Autochem или Kinetic PreProcessor ). В этом подходе выбирается набор составляющих, а затем автоматический генератор кода выбирает реакции с участием этих составляющих из набора баз данных реакций. После выбора реакций можно автоматически построить обыкновенные дифференциальные уравнения, которые описывают их эволюцию во времени.

Химико-экологические отношения

Экологическая химия изучает различные химические процессы, которые происходят в трех средах: атмосфере, гидросфере и почве. Интересно рассмотреть дополнительный акцент на простой химической модели, которая пытается объяснить глобальные переносы вещества, которые происходят в окружающей среде..

-Модель Гаррелса и Лермана

Гаррелс и Лерман (1981) разработали упрощенную модель биогеохимии земной поверхности, которая изучает взаимодействие между атмосферой, гидросферой, земной корой и включенными биосферными отсеками..

Модель Гаррелса и Лермана рассматривает семь основных составляющих минералов планеты:

1. Гипс (CaSO₄)
2. Пирит (FeS₂)
3. Карбонат кальция (СаСО₃)
4. Карбонат магния (MgCO₃)
5. Силикат магния (MgSiO₃)
6. Оксид железа (Fe₂О₃)
7. Диоксид кремния (SiO)₂)

Органическое вещество, составляющее биосферу (живое и мертвое), представлено как СН₂Или, который является приблизительным стехиометрическим составом живых тканей.

В модели Гаррелса и Лермана геологические изменения изучаются как чистые переносы вещества между этими восемью компонентами планеты посредством химических реакций и чистого баланса сохранения массы..

Накопление СО₂ в атмосфере

Например, проблема накопления СО₂ в атмосфере изучается по этой модели, утверждая, что: в настоящее время мы сжигаем органический углерод, хранящийся в биосфере в виде угля, нефти и природного газа, отложенных в недрах в прошлые геологические времена.

В результате этого интенсивного сжигания ископаемого топлива концентрация СО₂ Атмосфера увеличивается.

Увеличение концентрации СО₂ в земной атмосфере это происходит потому, что скорость сжигания ископаемого углерода превышает скорость поглощения углерода другими компонентами биогеохимической системы Земли (например, фотосинтезирующими организмами и гидросферой).

Таким образом, выброс СО₂ в атмосферу в результате деятельности человека, превосходит регуляторную систему, которая модулирует изменения на Земле.

Размер биосферы

Модель, разработанная Гаррелсом и Лерманом, также считает, что размер биосферы увеличивается и уменьшается в результате баланса между фотосинтезом и дыханием..

В течение истории жизни на Земле масса биосферы увеличивалась поэтапно с высокими показателями фотосинтеза. Это привело к чистому хранению выбросов органического углерода и кислорода:

Колорадо₂    +   H₂O → CH₂O + O₂

Дыхание как метаболическая активность микроорганизмов и высших животных, превращает органический углерод обратно в диоксид углерода (CO₂) и вода (H₂О), то есть полностью изменяет предыдущую химическую реакцию.

Наличие воды, хранение органического углерода и производство молекулярного кислорода имеют основополагающее значение для существования жизни.

Экологическая химия гидросферы

Гидросфера соответствует всем водоемам Земли: поверхностным или огромным — океанам, озерам, рекам, родникам — и подземным или водоносным слоям..

-Пресная вода

Вода является наиболее распространенным жидким веществом на планете, покрывает 75% поверхности Земли и абсолютно необходима для жизни..

Все формы жизни зависят от пресной воды (определяется как вода с содержанием соли менее 0,01%). 97% воды планеты — соленая вода.

Из оставшихся 3% пресной воды 87% находится в:

• Полюса Земли (которые тают и вливаются в моря из-за глобального потепления).
• Ледники (также в процессе исчезновения).
• Подземные воды.
• Вода в форме пара присутствует в атмосфере.

Только 0,4% всей пресной воды планеты доступно для потребления. Испарение воды из океанов и выпадение осадков постоянно обеспечивают этот небольшой процент.

Экологическая химия воды изучает химические процессы, которые происходят в водном цикле или гидрологическом цикле, а также разрабатывает технологии для очистки воды для потребления человеком, очистки промышленных и городских сточных вод, опреснения морской воды, рециркуляции и сохранение этого ресурса, среди прочего.

-Водный цикл

Водный цикл на Земле состоит из трех основных процессов: испарения, конденсации и осадков, из которых происходят три контура:

1. Поверхностный сток
2. Эвапотранспирация растений
3. Инфильтрация, при которой вода проходит на подземные уровни (подземные воды), циркулирует через каналы водоносного горизонта и выходит через источники, источники или колодцы..

-Антропологические воздействия на водный цикл

Деятельность человека оказывает влияние на круговорот воды; Некоторые из причин и следствий антропологического действия следующие:

Модификация поверхности земли

Это вызвано уничтожением лесов и полей с обезлесением. Это влияет на круговорот воды, устраняя эвапотранспирацию (забирая воду через растения и возвращаясь в окружающую среду через испарение и испарение) и увеличивая сток.

Увеличение поверхностного стока вызывает увеличение речного стока и наводнений.

Урбанизация также изменяет поверхность земли и влияет на круговорот воды, поскольку пористая почва заменяется цементом и непроницаемым асфальтом, что делает невозможным проникновение.

Загрязнение водного цикла

Водный цикл включает в себя всю биосферу и, следовательно, отходы, генерируемые человеком, включаются в этот цикл различными процессами..

Химические загрязнители в воздухе попадают в дождь. Агрохимикаты, наносимые на почву, страдают от выщелачивания и инфильтрации в водоносные горизонты или стекают в реки, озера и моря.

Кроме того, отходы жиров и масел и выщелачивание свалок вывозятся путем инфильтрации в грунтовые воды..

Добыча воды с овердрафтом в водных ресурсах

Такая практика с использованием овердрафта вызывает истощение запасов подземных и поверхностных вод, влияет на экосистемы и вызывает локальное оседание почвы..

Меры защиты и профилактики загрязнения воздуха

Чтобы решить проблему загрязнения воздуха:

• Вблизи дорог и предприятий высаживаются лесополосы, на производствах устанавливают специальные фильтры и очистные сооружения.
• В безветренную погоду снижают мощности или останавливают, насколько это возможно, производственные процессы.
• Специальные экологические комиссии постоянно проводят мониторинг воздуха над особо опасными по выбросам зонами.

Но проблема загрязнения окружающей среды в мировом масштабе и воздуха в частности, стоит достаточно остро. Необходимо осуществлять переход на экологически безопасные виды топлива, производства и т.д., беречь здоровье жителей планеты.

Какими физическими свойствами обладает воздух?

Итак, атмосферный воздух состоит из смесей более 9 газов, основными из которых являются Азот и Кислород. Его невозможно увидеть, потрогать или понюхать, но все же он обладает некоторыми физическими свойствами.

Например, атмосферный воздух плохо проводит тепло и хорошо пропускает солнечные лучи. Дело в том, что сам по себе воздух прозрачен и поэтому тепло солнечного света распространяется не на него, а на все видимые предметы, которые он окружает.

Воздух также занимает пространство, в котором он находится. Это легко доказать с помощью эксперимента в домашних условиях. Стоит лишь набрать в небольшую емкость воду и опустить в нее стакан вверх дном. При погружении таким образом стакана в жидкость можно почувствовать небольшое сопротивление. Оно возникает из-за того, что вода не может заполнить пространство, которое занимает воздух.

Еще воздух имеет вес или, говоря научным языком, массу. Такое свойство означает, что он оказывает давление на все предметы, которые окружает. Например, как выяснили ученые, давление атмосферы Земли на человека равняется 15 тоннам (вес примерно 3 грузовых автомобилей). Однако и в организме человека есть воздух, который изнутри давит с точно такой же силой. Благодаря этому внешнее и внутреннее давление уравновешивается и человек не ощущает на себе тяжелый вес атмосферы.

Кроме того, воздух обладает свойствами упругости: как пружина, он может сжиматься, а после принимать изначальную форму. Подобный эффект наблюдается и при нагреве/охлаждении воздуха: при повышении температуры воздух расширяется и поднимается, а при понижении наоборот сжимается и опускается.

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

Дыхание преобладает над прочими потребностями человека. Из школьного курса каждому известно, что человек вдыхает кислород, а выдыхает углекислый газ. Хотя в жизни в воздухе кроме чистого O2 присутствует другие вещества.

Вдох выдох. Подобный цикл повторяется порядка 22000 раз в день в процессе чего потребляется кислород, который поддерживает жизнеспособность человеческого тела. Проблема в том, что нежная легочная ткань подвергается нападению со стороны загрязнения воздуха, чистящих растворов, волокон, паров и пыли.

В первой половине статьи говорилось про сокращение кислорода, но что будет при увеличении. Двукратная концентрация основного газа привела бы к сокращению потребляемого топлива в автомобилях.

Вдыхая больше кислорода, человек стал бы намного психологически позитивнее. Однако, некоторым насекомым благоприятный климат позволил бы увеличиться в размерах. Есть ряд теорий, прогнозирующих это. Думается, что никто не хотел бы встретиться с пауком размером с собаку, а про рост крупных представителей можно только фантазировать.

Вдыхая меньше тяжелых металлов, человечество смогло бы победить ряд сложных заболеваний, но такой проект потребует много сил. Есть целая программа, направленная на создание практического рая на земле: в каждом доме, в комнате, городе или стране. Ее цель сделать атмосферу чище, избавить людей от опасной работы в шахтах и металлургии. Место, где рабочие места заняли бы мастера своего дела.

Важно, что вдыхать чистый, не тронутый промышленностью воздух можно, но для этого нужна политическая, а лучше мировая воля. А пока люди заняты поисками денег и дешевых (грязных) технологий, остается вдыхать только городской смог

Как долго подобное продлится неизвестно.

Наглядно оценить атмосферный воздух столицы нашей родины, который вдыхает не один десяток людей, позволит карта.