Atmosfærens kemi

Kemien er en gren af ​​videnskab, som studerer atmosfærens kemi Jordens atmosfære og af andre planeter. Det er et tværfagligt forskningsfelt, der omfatter miljøkemi, fysik, meteorologi, computersimulering, oceanografi, geologi, vulkanologi og andre discipliner. Forskningen crescentemente forbundet med andre områder af undersøgelsen som klimatologi.

Sammensætningen og kemi af atmosfæren er vigtig af mange årsager, men først og fremmest med hensyn til samspillet mellem atmosfæren og levende organismer. Sammensætningen af ​​Jordens atmosfære er blevet ændret af menneskelig aktivitet, og nogle af disse ændringer er skadelige for menneskers sundhed, afgrøder og økosystemer. Eksempler på problemer undersøgt af atmosfærens kemi udgøres af

  • syreregn
  • smog
  • global opvarmning.

Atmosfærens sammensætning

Bemærk: Koncentrationen af ​​CO2 og CH4 varierer efter sæson og sporvidde. ppmv repræsenterer antallet af dele per million i volumen.
Den molekylære masse af den primære luft er 28,97 g / mol.

Historie

De gamle grækere troede luften som et af de fire elementer, men de første videnskabelige undersøgelser af atmosfærens sammensætning begyndte i det attende århundrede. Kemikalier såsom Joseph Priestley, Antoine Lavoisier og Henry Cavendish gjorde de første målinger af atmosfærens sammensætning.

I slutningen af ​​det nittende og begyndelsen af ​​det tyvende århundrede skiftede interessen i retning af at finde vælgere med meget lave koncentrationer. Et særligt vigtigt resultat for atmosfærisk kemi var opdagelsen af ​​ozon af Christian Friedrich Schonbein i 1840.

I det tyvende århundredes videnskab fortsatte fra studiet af sammensætningen af ​​atmosfæren i luften til at overveje, hvordan koncentrationen af ​​sporgasser i atmosfæren havde ændret sig over tid og de kemiske processer, der skaber og ødelægger forbindelser i luften. To eksempler er særligt vigtige for dette var forklaringen på, hvordan ozonlaget dannes og vedligeholdes af Sydney Chapman og Gordon Dobson, og forklaringen af ​​smog af Haagen-Smit.

I øjeblikket er fokus skiftende igen. Atmosfærens kemi i stigende grad undersøgt som en del af Earth System. I stedet for at fokusere på atmosfærens kemi i isolation i dag har vi en tendens til at se det som en del af et enkelt system med resten af ​​atmosfæren, biosfæren og geosfæren. Et meget vigtigt eksempel herpå udgøres af forbindelserne mellem kemi og klima i fornemmelse af, hvordan effekterne af klimaforandringer påvirker udførelsen af ​​ozonhullet og omvendt, men også samspillet mellem sammensætningen af ​​atmosfæren med oceaner og økosystemer jord.

Metode

De tre centrale elementer i atmosfærens kemi er:

  • Bemærkninger
  • Laboratoriemålinger
  • Modeling

Fremskridt i denne disciplin er ofte drevet af samspillet mellem disse komponenter, der udgør en integreret kompleks. Sådanne observationer kan vi sige, at der er flere kemikalier end tidligere antaget. Dette stimulerer skabelsen af ​​nye modeller og laboratorieundersøgelser, der øger videnskabelige forståelse til et punkt, hvor observationerne kan forklares.

Observation

Observationerne er afgørende i atmosfærens kemi at forbedre forståelsen af ​​fænomenerne. Rutinemæssige bemærkninger om den kemiske sammensætning fortælle os om ændringer i atmosfærens sammensætning over tid. Et vigtigt eksempel herpå er Keeling Curve - en serie af målinger fra 1958 til dato viser en støt vækst i koncentrationen af ​​kuldioxid.

Observationerne udføres i observatorier såsom vulkanen Mauna Loa og flyvende platforme som den britiske facilitet for luftbårne Atmosfæriske Målinger, på skibe eller på varmluftsballoner. Bemærkninger til den atmosfærens sammensætning i stigende grad udføres af satellitter er udstyret med avancerede instrumenter såsom GOME og MOPITT, der giver et samlet overblik over luftforurening og kemikalie. Observationerne af overfladen har den fordel, at langsigtede optagelser med høj tidsmæssig opløsning, men er begrænset i rummet lodret og vandret hvorfra give bemærkninger. Nogle værktøjer af overfladen, da lidar kan give koncentrationsprofilerne af kemiske forbindelser og aerosoler men er stadig begrænset i regionen, der kan dække vandret. Mange observationer er tilgængelige online i atmosfærens kemi Observationelle Databaser.

Laboratoriemålinger

Målingerne er udført i laboratoriet er væsentlige for forståelsen af ​​kilderne til forurenende stoffer og forbindelser naturligt producerede. Laboratorieundersøgelser informere os om disse gasser reagerer med hinanden og med hvilken hastighed. Målingerne af interesse omfatter reaktioner i gasfase, på overflader og i vand. Altid stor betydning fotokemi, der kvantificerer hvor hurtigt molekylerne er delt af sollys, og hvilke produkter er termodynamiske data sådanne koefficienter af Henrys lov.

Modeling

At syntetisere og verificere den teoretiske viden om atmosfærens kemi gør udstrakt brug af computersimulering. Numeriske modeller løser differentialligningerne, der styrer koncentrationerne af kemikalier i atmosfæren. Sådanne modeller kan være meget simpelt eller meget kompleks. En fælles faktor præference i forbindelse med de numeriske modeller er mellem antallet af kemiske forbindelser og kemiske reaktioner modelleret mod repræsentation af transport og af blandingerne i atmosfæren. For eksempel kan en model af buret omfatter flere hundrede eller endda tusinder af kemiske reaktioner, men kun vil have en meget enkel fremstilling af blandingen i atmosfæren. Omvendt 3D-modeller tegner sig for de fleste af de fysiske processer i atmosfæren, men på grund af begrænsninger i computerens ressourcer kan være langt færre forbindelser og kemiske reaktioner. Modeller kan anvendes til at fortolke de bemærkninger, kontrollere forståelse af kemiske reaktioner og forudsige fremtidige koncentrationer af kemiske forbindelser i atmosfæren. En vigtig tendens er den gradvise forvandling af de former for atmosfærekemi i en del af Jordens system modeller, der kan studeres sammenhængen mellem klima, atmosfærens sammensætning og biosfæren.

Nogle modeller er bygget af automatiske kode generatorer. Ved denne fremgangsmåde vi valgt et sæt bestanddele og den automatiske generator kode vælger de reaktioner, der involverer disse bestanddele af et sæt af reaktioner database. Når reaktionerne er blevet valgt, er det automatisk opbygger en almindelig differentialligning, der beskriver deres udvikling i tide.

Forrige artikel Alfio Andronico
Næste artikel Academy of retssagen