Chemia atmosferyczna
Chemia atmosferyczna jest dziedziną nauki, w której badana jest chemia atmosfery Ziemi i innych planet. Jest to multidyscyplinarna dziedzina badań, w której wykorzystuje się chemię środowiska, fizykę, meteorologię, modelowanie komputerowe, oceanografię, geologię i wulkanologię oraz inne dyscypliny. Badania są związane z innymi dziedzinami nauki, takimi jak klimatologia.
Badanie atmosfery obejmuje badanie interakcji między atmosferą a organizmami żywymi. Skład ziemskiej atmosfery zmienia się w wyniku naturalnych procesów, takich jak emisja wulkanów, wyładowania atmosferyczne i bombardowanie przez cząsteczki Słońca z korony. Został on również zmieniony w wyniku działalności człowieka. Niektóre z tych zmian są szkodliwe dla ludzkiego zdrowia, upraw i ekosystemów. Przykładami problemów są kwaśne deszcze, zubożenie warstwy ozonowej, smog fotochemiczny, gazy cieplarniane i globalne ocieplenie. Przyczyny tych problemów badają chemicy atmosferyczni. Chemicy atmosferyczni oferują teorie na temat tych problemów, a następnie testują teorie i możliwe rozwiązania. Chemicy atmosferyczni zauważają również skutki zmian w polityce rządowej.
Historia
Starożytni Grecy uważali powietrze za jeden z czterech elementów. Pierwsze badania naukowe nad kompozycją atmosferyczną rozpoczęły się w XVIII wieku. Chemicy tacy jak Joseph Priestley, Antoine Lavoisier i Henry Cavendish dokonali pierwszych pomiarów składu atmosfery.
Pod koniec XIX i na początku XX wieku zainteresowanie przesunęło się w kierunku śladowych składników o bardzo małych stężeniach. Ważnym odkryciem dla chemii atmosferycznej było odkrycie ozonu przez Christiana Friedricha Schönbeina w 1840 roku.
Stężenia gazów śladowych w atmosferze zmieniały się z czasem, podobnie jak procesy chemiczne, które tworzą i niszczą związki w powietrzu. Dwa ważne przykłady to wyjaśnienie przez Sydneya Chapmana i Gordona Dobsona, jak powstaje i utrzymuje się warstwa ozonowa, oraz wyjaśnienie smogu fotochemicznego przez Ariego Jana Haagena-Smita. Dalsze badania nad zagadnieniami związanymi z ozonem doprowadziły do przyznania w 1995 roku Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, którą podzielili się Paul Crutzen, Mario Molina i Frank Sherwood Rowland.
W XXI wieku uwaga ponownie się zmienia. Chemia atmosferyczna jest coraz częściej badana jako jedna z części systemu ziemskiego. Wcześniej naukowcy koncentrowali się na chemii atmosferycznej w izolacji. Teraz naukowcy badają chemię atmosferyczną jako jedną z części jednego systemu z resztą atmosfery, biosfery i geosfery. Powodem tego są powiązania między chemią a klimatem. Na przykład, zmieniający się klimat i odbudowa dziury ozonowej wpływają na siebie nawzajem. Ponadto, skład atmosfery oddziałuje na oceany i ekosystemy lądowe.
Metodologia
Obserwacje, pomiary laboratoryjne i modelowanie to trzy centralne elementy w chemii atmosferycznej. Wszystkie trzy metody są stosowane razem. Na przykład, obserwacje mogą wykazać, że istnieje więcej związków chemicznych niż wcześniej sądzono. Będzie to stymulować nowe modelowanie i badania laboratoryjne, które zwiększą naukowe zrozumienie do tego stopnia, że obserwacje mogą być wyjaśnione.
Obserwacja
Ważne są obserwacje dotyczące chemii atmosferycznej. Naukowcy rejestrują dane o składzie chemicznym powietrza w czasie, aby obserwować wszelkie zmiany. Jednym z przykładów jest krzywa Keelinga - seria pomiarów od 1958 roku do dziś, które pokazują stały wzrost stężenia dwutlenku węgla. Obserwacje chemii atmosferycznej prowadzone są w obserwatoriach takich jak Mauna Loa oraz na ruchomych platformach, takich jak samoloty, statki i balony. Obserwacje składu atmosfery są coraz częściej wykonywane przez satelity, co daje globalny obraz zanieczyszczenia powietrza i chemii. Obserwacje powierzchniowe mają tę zaletę, że dostarczają długotrwałych zapisów w wysokiej rozdzielczości czasowej, ale dostarczają danych z ograniczonej przestrzeni pionowej i poziomej. Niektóre przyrządy powierzchniowe, takie jak LIDAR, mogą dostarczać profili stężeń związków chemicznych i aerozoli, ale nadal są ograniczone w obszarze poziomym, który obejmują. Wiele obserwacji jest udostępnianych on-line.
Pomiary laboratoryjne
Pomiary wykonywane w laboratorium są niezbędne dla naszego zrozumienia źródeł i zlewów zanieczyszczeń i związków występujących w przyrodzie. Badania laboratoryjne pokazują, które gazy reagują ze sobą i jak szybko reagują. Naukowcy mierzą reakcje w fazie gazowej, na powierzchni i w wodzie. Naukowcy badają również fotochemię, która określa, jak szybko cząsteczki są rozdzielane przez światło słoneczne i jakie są produkty. Naukowcy badają również dane termodynamiczne, takie jak współczynniki prawa Henry'ego.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest chemia atmosferyczna?
O: Chemia atmosfery jest dziedziną nauki, w której bada się chemię atmosfery Ziemi i innych planet. Czerpie ona z wielu dziedzin, takich jak chemia środowiskowa, fizyka, meteorologia, modelowanie komputerowe, oceanografia, geologia i wulkanologia.
P: W jaki sposób badanie atmosfery obejmuje badanie organizmów żywych?
O: Badania nad chemią atmosfery obejmują również badanie interakcji między atmosferą a organizmami żywymi.
P: Jakie są przykłady problemów spowodowanych działalnością człowieka?
O: Przykłady problemów spowodowanych działalnością człowieka to kwaśne deszcze, niszczenie warstwy ozonowej, smog fotochemiczny, gazy cieplarniane i globalne ocieplenie.
P: Co robią chemicy atmosfery, aby rozwiązać te problemy?
O: Chemicy atmosfery tworzą teorie na temat tych problemów, a następnie sprawdzają je pod kątem możliwych rozwiązań. Zauważają również skutki zmian w polityce rządowej związanej z tymi zagadnieniami.
P: Jak naturalnie zmienia się skład atmosfery ziemskiej?
O: Skład atmosfery ziemskiej zmienia się w wyniku naturalnych procesów, takich jak emisje wulkanów, wyładowania atmosferyczne i bombardowanie cząstkami słonecznymi z korony słonecznej.
