- Geschiedenis
- Het oude Griekenland
- Ontdekking van de samenstelling van atmosferische lucht
- kenmerken
- Oorsprong
- Structuur
- Homosfeer
- Heterosfeer
- Samenstelling van primitieve atmosferische lucht
- CO-opbouw
- Oorsprong van leven, ophoping van methaan (CH
- Grote oxidatieve gebeurtenis (accumulatie van O
- Atmosferische stikstof en zijn rol bij het ontstaan van leven
- Huidige atmosferische luchtsamenstelling
- Homosfeer
- Heterosfeer
- Referenties
De samenstelling van de atmosferische lucht of atmosfeer wordt bepaald door het aandeel van de verschillende gassen dat erin zit, dat in de loop van de geschiedenis van de aarde constant varieerde. De atmosfeer van de vormende planeet bevatte voornamelijk H 2 en andere gassen zoals CO 2 en H 2 O. Ongeveer 4,4 miljard jaar geleden was de samenstelling van atmosferische lucht voornamelijk verrijkt met CO 2 .
Met het verschijnen van leven op aarde vond een opeenhoping van methaan (CH 4 ) plaats in de atmosfeer, aangezien de eerste organismen methanogenen waren. Later verschenen fotosynthetische organismen die de atmosferische lucht verrijkten met O 2 .
Algemeen beeld van de atmosfeer van de aarde. Bron: Reto Stöckli (landoppervlak, ondiep water, wolken) Robert Simmon
De samenstelling van atmosferische lucht kan tegenwoordig worden onderverdeeld in twee grote lagen, gedifferentieerd in hun chemische samenstelling; de homosfeer en de heterosfeer.
De homosfeer bevindt zich op 80 tot 100 km boven zeeniveau en bestaat voornamelijk uit stikstof (78%), zuurstof (21%), argon (minder dan 1%), kooldioxide, ozon, helium, waterstof en methaan , naast andere elementen aanwezig in zeer kleine hoeveelheden.
De heterosfeer bestaat uit gassen met een laag molecuulgewicht en bevindt zich op een hoogte van meer dan 100 km. De eerste laag heeft moleculaire N 2 , de tweede atomaire O, de derde helium en de laatste is opgebouwd uit atomaire waterstof (H).
Geschiedenis
Studies naar atmosferische lucht begonnen duizenden jaren geleden. Op het moment dat primitieve beschavingen vuur ontdekten, begonnen ze een idee te krijgen van het bestaan van lucht.
Het oude Griekenland
Tijdens deze periode begonnen ze te analyseren wat lucht is en wat het doet. Anaxímades van Miletus (588 v.Chr. - 524 v.Chr.) Was bijvoorbeeld van mening dat lucht essentieel was voor het leven, aangezien levende wezens zich voedden met dit element.
Empedocles van Acragas (495 v.Chr. - 435 v.Chr.) Was van zijn kant van mening dat er vier fundamentele elementen voor het leven waren: water, aarde, vuur en lucht.
Aristoteles (384 v.Chr. - 322 v.Chr.) Beschouwde lucht ook als een van de essentiële elementen voor levende wezens.
Ontdekking van de samenstelling van atmosferische lucht
In 1773 ontdekte de Zweedse chemicus Carl Scheele dat lucht bestaat uit stikstof en zuurstof (stollingslucht). Later, in 1774, stelde de Brit Joseph Priestley vast dat lucht bestond uit een mengsel van elementen en dat een daarvan essentieel was voor het leven.
In 1776 riep de Fransman Antoine Lavoisier zuurstof naar het element dat hij isoleerde uit de thermische ontleding van kwikoxide.
In 1804 analyseerden de natuuronderzoeker Alexander von Humboldt en de Franse chemicus Gay-Lussac de lucht die uit verschillende delen van de planeet kwam. De onderzoekers stelden vast dat atmosferische lucht een constante samenstelling heeft.
Pas in de late 19e en vroege 20e eeuw werden de andere gassen ontdekt die deel uitmaken van de atmosferische lucht. Onder deze hebben we argon in 1894, vervolgens helium in 1895 en andere gassen (neon, argon en xenon) in 1898.
kenmerken
De atmosfeer van de aarde, op de achtergrond de maan. Bron: NASA, via Wikimedia Commons
De atmosferische lucht wordt ook wel de atmosfeer genoemd en het is een mengsel van gassen dat de planeet aarde bedekt.
Oorsprong
Er is weinig bekend over de oorsprong van de atmosfeer van de aarde. Er wordt aangenomen dat de planeet na zijn scheiding van de zon omgeven was door een omhulsel van zeer hete gassen.
Deze gassen zijn eventueel reduceren en afkomstig van de zon, die hoofdzakelijk uit H 2 . Andere gassen waren waarschijnlijk CO 2 en H 2 O uitgestoten door de intense vulkanische activiteit.
Er wordt gesuggereerd dat een deel van de aanwezige gassen afkoelde, condenseerde en aanleiding gaf tot de oceanen. De andere gassen bleven de atmosfeer vormen en andere werden opgeslagen in rotsen.
Structuur
De atmosfeer bestaat uit verschillende concentrische lagen, gescheiden door overgangszones. De bovengrens van deze laag is niet duidelijk gedefinieerd en sommige auteurs plaatsen deze boven 10.000 km boven zeeniveau.
De aantrekkingskracht van de zwaartekracht en de manier waarop gassen worden gecomprimeerd, zijn van invloed op hun verdeling over het aardoppervlak. Het grootste deel van zijn totale massa (ongeveer 99%) bevindt zich dus in de eerste 40 km boven zeeniveau.
Lagen van de atmosfeer. Bron: Deze SVG-afbeelding is gemaakt door Medium69.Cette afbeelding SVG een été créée par Medium69. Gelieve dit te vermelden: William Crochot
Verschillende niveaus of lagen atmosferische lucht hebben verschillende chemische samenstelling en temperatuurvariaties. Volgens zijn verticale opstelling, van het dichtst tot het verst van het aardoppervlak, zijn de volgende lagen bekend: de troposfeer, stratosfeer, mesosfeer, thermosfeer en exosfeer.
Met betrekking tot de chemische samenstelling van atmosferische lucht worden twee lagen gedefinieerd: de homosfeer en de heterosfeer.
Homosfeer
Het bevindt zich in de eerste 80-100 km boven zeeniveau en de samenstelling van gassen in de lucht is homogeen. Hierin bevinden zich de troposfeer, stratosfeer en mesosfeer.
Heterosfeer
Het is aanwezig boven 100 km en wordt gekenmerkt doordat de samenstelling van de aanwezige gassen in de lucht variabel is. Komt overeen met de thermosfeer. De samenstelling van gassen varieert op verschillende hoogtes.
Samenstelling van primitieve atmosferische lucht
Planetesimale schijf. Bron: Public Domain, commons.wikimedia.org
Na de vorming van de aarde, ongeveer 4.500 miljoen jaar geleden, begonnen zich gassen te verzamelen die de atmosferische lucht vormden. De gassen kwamen voornamelijk uit de aardmantel, evenals van de inslag met planetesimalen (aggregaten van materie die de planeten voortbrachten).
CO-opbouw
Door de grote vulkanische activiteit op de planeet kwamen verschillende gassen in de atmosfeer terecht, zoals N 2 , CO 2 en H 2 O. Kooldioxide begon zich op te hopen sinds carbonatatie (het proces waarbij atmosferische CO 2 in de vorm carbonaat) was schaars.
De factoren die de fixatie van CO 2 op dit moment beïnvloedden, waren regen met zeer lage intensiteit en een zeer klein continentaal gebied.
Oorsprong van leven, ophoping van methaan (CH
De eerste levende wezens die verscheen op de planeet gebruikte CO 2 en H 2 ademhaling uit te voeren. Deze vroege organismen waren anaëroob en methanogeen (ze produceerden grote hoeveelheden methaan).
Methaan stapelde zich op in de atmosferische lucht, omdat de ontbinding erg langzaam verliep. Het ontleedt door fotolyse en in een bijna zuurstofvrije atmosfeer kan dit proces wel 10.000 jaar duren.
Volgens sommige geologische gegevens was er ongeveer 3,5 miljard jaar geleden een afname van CO 2 in de atmosfeer, wat in verband wordt gebracht met het feit dat de lucht die rijk is aan CH 4 de regens intensiveerde, waardoor carbonatatie werd bevorderd.
Grote oxidatieve gebeurtenis (accumulatie van O
Aangenomen wordt dat ongeveer 2,4 miljard jaar geleden de hoeveelheid O 2 op de planeet aanzienlijke niveaus bereikte in de atmosferische lucht. De ophoping van dit element wordt geassocieerd met het verschijnen van fotosynthetische organismen.
Fotosynthese is een proces dat de synthese mogelijk maakt van organische moleculen uit andere anorganische moleculen in aanwezigheid van licht. Tijdens het voorkomen komt O 2 vrij als bijproduct.
De hoge fotosynthesesnelheid geproduceerd door cyanobacteriën (eerste fotosynthetische organismen) veranderde de samenstelling van de atmosferische lucht. De grote hoeveelheden O 2 die vrijkwamen, keerden steeds meer oxiderend terug naar de atmosfeer.
Deze hoge niveaus van O 2 beïnvloedden de accumulatie van CH 4 , aangezien het het fotolyseproces van deze verbinding versnelde. Toen methaan in de atmosfeer dramatisch daalde, daalde de temperatuur van de planeet en trad ijstijd op.
Een ander belangrijk effect van de O 2 -ophoping op de planeet was de vorming van de ozonlaag. Atmosferische O 2 dissocieert onder invloed van licht en vormt twee atomaire zuurstofdeeltjes.
Atoomzuurstof recombineert met moleculaire O 2 en vormt O 3 (ozon). De ozonlaag vormt een beschermende barrière tegen ultraviolette straling, waardoor leven op het aardoppervlak kan ontstaan.
Atmosferische stikstof en zijn rol bij het ontstaan van leven
Stikstof is een essentieel onderdeel van levende organismen, aangezien het nodig is voor de vorming van eiwitten en nucleïnezuren. Atmosferische N 2 kan echter door de meeste organismen niet direct worden gebruikt.
Stikstoffixatie kan biotisch of abiotisch zijn. Het bestaat uit de combinatie van N 2 met O 2 of H 2 om ammoniak, nitraten of nitrieten te vormen.
Het N 2- gehalte in atmosferische lucht is min of meer constant gebleven in de atmosfeer van de aarde. Tijdens de CO 2 accumulatieperiode , N 2 fixatie was in wezen abiotische als gevolg van de vorming van stikstofoxide, gevormd door de fotochemische dissociatie van H 2 O en CO 2 moleculen dat de bron van O waren 2 .
Toen de atmosferische CO 2 -concentraties afnamen , nam de vormingssnelheid van stikstofoxide dramatisch af. Aangenomen wordt dat gedurende deze tijd de eerste biotische routes van N 2 fixatie ontstaan .
Huidige atmosferische luchtsamenstelling
Atmosferische lucht bestaat uit een mengsel van gassen en andere vrij complexe elementen. De samenstelling wordt voornamelijk beïnvloed door de hoogte.
Homosfeer
De chemische samenstelling van droge atmosferische lucht op zeeniveau is redelijk constant gebleken. Stikstof en zuurstof vormen ongeveer 99% van de massa en het volume van de homosfeer.
Atmosferische stikstof (N 2 ) is in een aandeel van 78%, terwijl zuurstof 21% van de lucht uitmaakt. Het volgende meest voorkomende element in atmosferische lucht is argon (Ar), dat minder dan 1% van het totale volume inneemt.
Componenten van atmosferische lucht. Bron: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Gewijzigd.
Er zijn nog andere elementen die van groot belang zijn, ook al zijn ze in kleine verhoudingen. Kooldioxide (CO 2 ) is aanwezig in een aandeel van 0,035% en waterdamp kan variëren tussen 1 en 4%, afhankelijk van de regio.
Ozon (O 3 ) komt voor in een aandeel van 0,003%, maar vormt een essentiële barrière voor de bescherming van levende wezens. Ook in dezelfde verhouding vinden we verschillende edelgassen zoals neon (Ne), krypton (Kr) en xenon (Xe).
Daarnaast is er in zeer kleine hoeveelheden waterstof (H 2 ), stikstofoxiden en methaan (CH 4 ) aanwezig.
Een ander element dat deel uitmaakt van de samenstelling van atmosferische lucht is het vloeibare water in wolken. Evenzo vinden we vaste elementen zoals sporen, pollen, as, zouten, micro-organismen en kleine ijskristallen.
Heterosfeer
Op dit niveau bepaalt de hoogte het overheersende type gas in atmosferische lucht. Alle gassen zijn licht (laag moleculair gewicht) en zijn georganiseerd in vier verschillende lagen.
Het is te zien dat naarmate de hoogte toeneemt, de meer overvloedige gassen een lagere atomaire massa hebben.
Tussen 100 en 200 km hoogte is er een grotere overvloed aan moleculaire stikstof (N 2 ). Het gewicht van dit molecuul is 28,013 g / mol.
De tweede laag van de heterosfeer bestaat uit atomaire O en bevindt zich tussen 200 en 1000 km boven zeeniveau. Atomic O heeft een massa van 15.999 en is minder zwaar dan N 2 .
Later vinden we een heliumlaag tussen de 1000 en 3500 km hoog. Helium heeft een atomaire massa van 4,00226.
De laatste laag van de heterosfeer bestaat uit atomaire waterstof (H). Dit gas is het lichtste gas in het periodiek systeem, met een atomaire massa van 1,007.
Referenties
- Katz M (2011) Materialen en grondstoffen, Air. Didactische gids Hoofdstuk 2. Nationaal Instituut voor Technologische Opvoeding, Ministerie van Onderwijs. Buenos Aires. Argentinië. 75 pagina's
- Monniken PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Atmosferische samenstelling verandert - globale en regionale luchtkwaliteit. Atmosferische omgeving 43: 5268-5350.
- Pla-García J en C Menor-Salván (2017) De chemische samenstelling van de primitieve atmosfeer van planeet Aarde. Chem 113: 16-26.
- Rohli R en Vega A (2015) Climatology. Derde editie. Jones en Bartlett Learning. New York, Verenigde Staten. 451 pagina's
- Saha K (2011) De atmosfeer van de aarde, zijn fysica en dynamica. Springer-Verlag. Berlijn, Duitsland 367 pp.