- història
- antiga Grècia
- Descobriment de la composició de l'aire atmosfèric
- Característiques
- origen
- estructura
- homosfera
- heterosfera
- Composició de l'aire atmosfèric primitiu
- Acumulació de CO
- Origen de la vida, acumulació de metà (CH
- Gran esdeveniment oxidatiu (acumulació d'O
- El nitrogen atmosfèric i el seu paper en l'origen de la vida
- Composició de l'aire atmosfèric actual
- homosfera
- heterosfera
- referències
La composició de l'aire atmosfèric o atmosfera està definida per la proporció dels diferents gasos continguts en ella, la qual ha estat en constant variació al llarg de la història de la Terra. L'atmosfera de la planeta en formació contenia principalment H 2 i altres gasos com CO 2 i H 2 O. Fa uns 4.400 milions d'anys, la composició de l'aire atmosfèric va estar enriquida principalment de CO 2.
Amb l'aparició de la vida a la Terra, va ocórrer una acumulació de metà (CH 4) a l'atmosfera, ja que els primers organismes eren metanògens. Posteriorment, van aparèixer els organismes fotosintètics, que van enriquir l'aire atmosfèric d'O 2.
Vista general de l'atmosfera terrestre. Font: Repte Stöckli (land surface, shallow water, clouds) Robert Simmon
La composició de l'aire atmosfèric en l'actualitat es pot dividir en dos grans capes, diferenciades en la seva composició química; l'homosfera i l'heterosfera.
La homosfera se situa des de 80 a 100 km sobre el nivell de la mar i està formada principalment de nitrogen (78%), oxigen (21%), argó (menys d'1%), diòxid de carboni, ozó, heli, hidrogen i metà, entre altres elements presents en proporcions molt petites.
La heterosfera està constituïda per gasos de baix pes molecular i se situa per sobre dels 100 km d'altitud. La primera capa presenta N 2 molecular, la segona O atòmic, la tercera heli i l'última està formada per hidrogen atòmic (H).
història
Els estudis sobre l'aire atmosfèric van començar fa milers d'anys. En el moment en que les civilitzacions primitives van descobrir el foc, van començar a tenir noció de l'existència d'l'aire.
antiga Grècia
Durant aquest període es va començar a analitzar què és l'aire i la funció que compleix. Per exemple, Anaxímades de Milet (588 aC-524 aC) considerava que l'aire era fonamental per a la vida, ja que els éssers vius s'alimentaven d'aquest element.
Per la seva banda, Empèdocles d'Acragas (495 aC-435 aC) considerava que hi havia quatre elements fonamentals per a la vida: aigua, terra, foc i aire.
Aristòtil (384 aC-322 aC) també va considerar que l'aire era un dels elements essencials per als éssers vivents.
Descobriment de la composició de l'aire atmosfèric
En 1773 el químic suec Carl Scheele va descobrir que l'aire estava compost de nitrogen i oxigen (aire igni). Més tard, en 1774 el britànic Joseph Priestley va determinar que l'aire estava compost d'una barreja d'elements i que un d'aquests era primordial per a la vida.
En 1776 el francès Antoine Lavoisier va denominar oxigen a l'element que va aïllar a partir de la descomposició tèrmica de l'òxid de mercuri.
En 1804, el naturalista Alexander von Humboldt i el químic francès Gay-Lussac van analitzar l'aire provinent de diferents llocs de l'planeta. Els investigadors van determinar que l'aire atmosfèric té una composició constant.
No va ser fins a finals de segle XIX i principis del segle XX, quan es van descobrir els altres gasos que formen part de l'aire atmosfèric. Entre aquests tenim l'argó en 1894, després l'heli en 1895, i altres gasos (neó, argó i xenó) el 1898.
Característiques
Atmosfera terrestre, a el fons la Lluna. Font: NASA, via Wikimedia Commons
L'aire atmosfèric és conegut també com a atmosfera i és una barreja de gasos que cobreixen a el planeta Terra.
origen
És poc el que es coneix sobre l'origen de l'atmosfera de la Terra. Es considera que després de la seva separació de el sol, el planeta estava envoltat d'un embolcall de gasos molt calents.
Aquests gasos possiblement van ser reductors i provinents de el Sol, compostos principalment d'H 2. Altres gasos probablement van ser CO 2 i H 2 O emesos per la intensa activitat volcànica.
Es planteja que part dels gasos presents es van refredar, van condensar i van donar origen als oceans. Els altres gasos es van quedar formant l'atmosfera i altres es van emmagatzemar en roques.
estructura
L'atmosfera està formada per diferents estrats concèntrics separats per zones de transició. El límit superior d'aquesta capa no està clarament definit i alguns autors ho situen per sobre dels 10.000 km sobre el nivell de la mar.
L'atracció de la força de gravetat i la forma en què es comprimeixen els gasos influeix sobre la seva distribució a la superfície terrestre. Així, la major proporció de la seva massa total (aproximadament un 99%) se situa en els primers 40 km sobre el nivell de la mar.
Capes de l'atmosfera. Font: This imatge SVG was created by Medium69.Cette image SVG a été creee parell Medium69.Please credit this: William Crochot
Els diferents nivells o capes d'aire atmosfèric tenen una composició química i variacions de temperatura diferents. Segons el seu arranjament vertical, des de la més propera a la més allunyada de la superfície terrestre, es coneixen les següents capes: la troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera i exosfera.
En relació amb la composició química de l'aire atmosfèric, es defineixen dues capes: la homosfera i l'heterosfera.
homosfera
Se situa en els primers 80-100 km sobre el nivell de la mar, i la seva composició de gasos en l'aire és homogènia. En aquesta s'ubiquen la troposfera, estratosfera i mesosfera.
heterosfera
Està present per sobre dels 100 km i es caracteritza perquè la composició dels gasos presents en l'aire és variable. Coincideix amb la termosfera. La composició de gasos varia a diferents altures.
Composició de l'aire atmosfèric primitiu
Disc planetesimal. Font: Public Domain, commons.wikimedia.org
Després de la formació de la Terra, fa aproximadament 4.500 milions d'anys, es van començar a acumular gasos que van formar l'aire atmosfèric. Els gasos provenien principalment de el mantell terrestre, així com de l'impacte amb planetesimals (agregats de matèria que van originar els planetes).
Acumulació de CO
La gran activitat volcànica al planeta va començar a alliberar diversos gasos cap a l'atmosfera, com el N 2, CO 2 i H 2 O. El diòxid de carboni va començar a acumular-se, ja que la carbonatació (procés de fixació de l'CO 2 atmosfèric en forma de carbonats) era escassa.
Els factors que afectaven la fixació de l'CO 2 en aquesta època eren les pluges de molt baixa intensitat i una àrea continental molt reduïda.
Origen de la vida, acumulació de metà (CH
Els primers éssers vius que van aparèixer al planeta utilitzaven CO 2 i H 2 per realitzar la respiració. Aquests primers organismes eren anaeròbics i metanògens (produïen gran quantitat de metà).
El metà es va anar acumulant en l'aire atmosfèric, a causa que la seva descomposició era molt lenta. Es descompon per fotòlisi i en una atmosfera gairebé lliure d'oxigen, aquest procés pot prendre fins a 10.000 anys.
Segons alguns registres geològics, fa uns 3.500 milions d'anys hi va haver un descens de l'CO 2 a l'atmosfera, el qual s'ha associat a que l'aire ric en CH 4 intensificar les pluges, afavorint la carbonatació.
Gran esdeveniment oxidatiu (acumulació d'O
Es considera que fa uns 2.400 milions d'anys la quantitat d'O 2 al planeta va aconseguir nivells importants en l'aire atmosfèric. L'acumulació d'aquest element s'associa a l'aparició d'organismes fotosintètics.
La fotosíntesi és un procés que permet sintetitzar molècules orgàniques a partir d'altres inorgàniques en presència de llum. Durant la seva ocurrència, s'allibera O 2 com un producte secundari.
L'alta taxa fotosintètica produïda per les cianobacteris (primers organismes fotosintètics) va anar canviant la composició de l'aire atmosfèric. Les grans quantitats d'O 2 que van ser alliberades, van tornar a l'atmosfera cada vegada més oxidant.
Aquests alts nivells d'O 2 influir sobre l'acumulació de CH 4, ja que va accelerar el procés de fotòlisi d'aquest compost. A l'disminuir dràsticament el metà en l'atmosfera, va disminuir la temperatura de la planeta i es va produir una glaciació.
Un altre efecte important de l'acumulació d'O 2 al planeta, va ser la formació de la capa d'ozó. El O 2 atmosfèric es dissocia per efecte de la llum i forma dues partícules d'oxigen atòmic.
L'oxigen atòmic es recombina amb l'O 2 molecular i forma l'O 3 (ozó). La capa d'ozó forma una barrera protectora contra la radiació ultraviolada, permetent el desenvolupament de la vida sobre la superfície terrestre.
El nitrogen atmosfèric i el seu paper en l'origen de la vida
El nitrogen és un component imprescindible dels organismes vius, ja que és necessari per a la formació de proteïnes i àcids nucleics. No obstant això, al N 2 atmosfèric no pot ser utilitzat directament per la majoria dels organismes.
La fixació de el nitrogen pot ser biòtica o abiòtica. La mateixa consisteix en la combinació de N 2 amb O 2 o H 2 per formar amoníac, nitrats o nitrits.
Els continguts de N 2 en l'aire atmosfèric s'han mantingut més o menys constants en l'atmosfera terrestre. Durant l'època acumulació de CO 2, la fixació de l'N 2 era bàsicament abiòtica, per formació d'òxid de nitrogen, format per la dissociació fotoquímica de molècules d'H 2 O i CO 2 que eren la font de l'O 2.
Quan va ocórrer la disminució dels nivells de CO 2 a l'atmosfera, les taxes de formació de l'òxid de nitrogen van disminuir dràsticament. Es considera que durant aquesta època es van originar les primeres rutes biòtiques de fixació de l'N 2.
Composició de l'aire atmosfèric actual
L'aire atmosfèric està format per una barreja de gasos i altres elements bastant complexos. La seva composició es veu afectada principalment per l'altitud.
homosfera
S'ha determinat que la composició química de l'aire atmosfèric sec a nivell de la mar és força constant. El nitrogen i l'oxigen conformen aproximadament el 99% de la massa i el volum de la homosfera.
El nitrogen atmosfèric (N 2) està en una proporció de 78%, mentre que l'oxigen constitueix el 21% l'aire. El següent element més abundant de l'aire atmosfèric és l'argó (Ar), que ocupa menys de l'1% de l'volum total.
Components de l'aire atmosfèric. Font: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modificat.
Hi ha altres elements que són de gran importància, tot i que estan en petites proporcions. El diòxid de carboni (CO 2) es presenta en una proporció de 0,035% i el vapor d'aigua pot variar entre 1 i 4%, depenent de la regió.
L'ozó (O 3) es troba en una proporció de 0,003%, però conforma una barrera imprescindible per a la protecció dels éssers vius. També en aquesta mateixa proporció trobem diversos gasos nobles com el neó (Ne), criptó (Kr) i xenó (Xe).
A més, hi ha presència d'hidrogen (H 2), òxids nitrosos i metà (CH 4) en molt petites quantitats.
Un altre element que forma part de la composició de l'aire atmosfèric és l'aigua líquida continguda en els núvols. Igualment, trobem elements sòlids com espores, pol·len, cendres, sals, microorganismes i petits cristalls de gel.
heterosfera
A aquest nivell, l'altitud determina el tipus de gas predominant en l'aire atmosfèric. Tots els gasos són lleugers (baix pes molecular) i s'organitzen en quatre capes diferents.
S'aprecia que a mesura que augmenta l'altura, els gasos més abundants tenen una menor massa atòmica.
Entre els 100 i els 200 km d'altitud, hi ha major abundància de nitrogen molecular (N 2). El pes d'aquesta molècula és de 28,013 g / mol.
La segona capa de l'heterosfera està conformada per O atòmic i se situa entre els 200 i 1000 km sobre el nivell de la mar. El O atòmic té una massa de 15,999, sent menys pesat que l'N 2.
Posteriorment, trobem una capa d'heli entre els 1000 i 3500 km d'altura. L'heli té una massa atòmica de 4,00226.
L'última capa de l'heterosfera està constituïda per hidrogen atòmic (H). Aquest gas és el més lleuger de la taula periòdica, amb una massa atòmica de 1,007.
referències
- Katz M (2011) Materials i matèries primeres, Aire. Guia Didàctica Capítol 2. Institut Nacional d'Educació Tecnològica, Ministeri d'Educació. Buenos Aires. Argentina. 75 pp
- Monks PS, C Granier, S Fuzzi et al. (2009) Atmospheric composition change-globals i regional air quality. Atmospheric Enviroment 43: 5268-5350.
- Pla-García J i C Menor-Salván (2017) La composició química de l'atmosfera primitiva de la planeta Terra. Quim 113: 16-26.
- Rohli R i Vega A (2015) Climatology. Third Edition. Jones and Bartlett Learning. New York, Usa. 451 pp.
- Saha K (2011) The Earth 's Atmosphere, its physics and dynamics. Springer-Verlag. Berlin, Germany.367 pp.