THÀNH PHẦN CỦA KHÔNG KHÍ KHÍ QUYỂN VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM - MÔI TRƯỜNG - 2025

Thành phần của không khí hoặc bầu khí quyển được xác định bằng tỷ lệ của các loại khí khác nhau chứa trong nó, đã biến đổi liên tục trong suốt lịch sử của Trái đất. Bầu khí quyển của hành tinh hình thành chủ yếu chứa H ₂ và các khí khác như CO ₂ và H ₂ O. Khoảng 4,4 tỷ năm trước, thành phần của không khí được làm giàu chủ yếu bằng CO ₂ .

Với sự xuất hiện của sự sống trên Trái đất, sự tích tụ khí mêtan (CH ₄ ) đã xảy ra trong khí quyển, vì những sinh vật đầu tiên là methanogens. Sau đó, các sinh vật quang hợp xuất hiện, làm giàu O ₂ trong không khí .

Nhìn chung về bầu khí quyển của Trái đất. Nguồn: Reto Stöckli (bề mặt đất, nước nông, mây) Robert Simmon

Thành phần của không khí ngày nay có thể được chia thành hai lớp lớn, phân biệt về thành phần hóa học của chúng; bầu khí quyển và dị quyển.

Khí quyển nằm ở độ cao từ 80 đến 100 km trên mực nước biển và được tạo thành chủ yếu từ nitơ (78%), oxy (21%), argon (dưới 1%), carbon dioxide, ozone, helium, hydro và methane , trong số các nguyên tố khác hiện diện với tỷ lệ rất nhỏ.

Dị quyển được tạo thành từ các khí có trọng lượng phân tử thấp và nằm ở độ cao trên 100 km. Lớp đầu tiên có phân tử N ₂ , nguyên tử thứ hai O, helium thứ ba và lớp cuối cùng được tạo thành từ nguyên tử hydro (H).

Lịch sử

Các nghiên cứu về không khí trong khí quyển đã bắt đầu từ hàng nghìn năm trước. Thời điểm các nền văn minh nguyên thủy phát hiện ra lửa, họ bắt đầu có khái niệm về sự tồn tại của không khí.

Hy Lạp cổ đại

Trong giai đoạn này, họ bắt đầu phân tích không khí là gì và nó làm gì. Ví dụ, Anaxímades of Miletus (588 TCN - 524 TCN) cho rằng không khí là cơ bản cho sự sống, vì chúng sinh được ăn nguyên tố này.

Về phần mình, Empedocles of Acragas (495 TCN - 435 TCN) cho rằng có bốn yếu tố cơ bản cho sự sống: nước, đất, lửa và không khí.

Aristotle (384 TCN-322 TCN) cũng coi không khí là một trong những yếu tố cần thiết cho chúng sinh.

Khám phá thành phần của không khí trong khí quyển

Năm 1773, nhà hóa học Thụy Điển Carl Scheele đã phát hiện ra rằng không khí được tạo thành từ nitơ và oxy (không khí lửa). Sau đó, vào năm 1774, Joseph Priestley người Anh đã xác định rằng không khí được tạo thành từ hỗn hợp các nguyên tố và một trong số đó là cần thiết cho sự sống.

Năm 1776, Antoine Lavoisier, người Pháp, gọi oxy cho nguyên tố mà ông đã phân lập được từ sự phân hủy nhiệt của thủy ngân oxit.

Năm 1804, nhà tự nhiên học Alexander von Humboldt và nhà hóa học người Pháp Gay-Lussac đã phân tích không khí đến từ các phần khác nhau của hành tinh. Các nhà nghiên cứu xác định rằng không khí trong khí quyển có thành phần không đổi.

Mãi cho đến cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, khi các loại khí khác là một phần của không khí được phát hiện. Trong số này, chúng ta có argon vào năm 1894, sau đó là heli vào năm 1895, và các khí khác (neon, argon và xenon) vào năm 1898.

nét đặc trưng

Bầu khí quyển của Trái đất, trên nền là Mặt trăng. Nguồn: NASA, qua Wikimedia Commons

Không khí khí quyển còn được gọi là bầu khí quyển và nó là một hỗn hợp của các loại khí bao phủ hành tinh Trái đất.

Gốc

Người ta biết rất ít về nguồn gốc của bầu khí quyển Trái đất. Người ta cho rằng sau khi tách khỏi mặt trời, hành tinh này được bao quanh bởi một lớp khí rất nóng.

Những khí này có thể khử và đến từ Mặt trời, chủ yếu là H ₂ . Các khí khác có lẽ là CO ₂ và H ₂ O được thải ra từ hoạt động núi lửa dữ dội.

Người ta cho rằng một phần của các khí hiện tại đã nguội đi, ngưng tụ và sinh ra các đại dương. Các khí khác vẫn hình thành bầu khí quyển và những khí khác được lưu trữ trong đá.

Kết cấu

Khí quyển được tạo thành từ các tầng đồng tâm khác nhau ngăn cách bởi các vùng chuyển tiếp. Giới hạn trên của lớp này không được xác định rõ ràng và một số tác giả đặt nó trên 10.000 km so với mực nước biển.

Sức hút của lực hấp dẫn và cách mà các chất khí bị nén lại ảnh hưởng đến sự phân bố của chúng trên bề mặt trái đất. Do đó, phần lớn nhất trong tổng khối lượng của nó (khoảng 99%) nằm ở độ cao 40 km đầu tiên trên mực nước biển.

Các lớp của khí quyển. Nguồn: Hình ảnh SVG này được tạo bởi Medium69. Hình ảnh SVG a été créée par Medium69. Vui lòng ghi công này: William Crochot

Các tầng hoặc lớp không khí khác nhau có thành phần hóa học và nhiệt độ khác nhau. Theo sự sắp xếp thẳng đứng của nó, từ lớp gần nhất đến lớp xa nhất so với bề mặt Trái đất, các lớp sau đây được biết đến: tầng đối lưu, tầng bình lưu, trung quyển, nhiệt khí quyển và ngoại quyển.

Liên quan đến thành phần hóa học của không khí, hai lớp được xác định: khí quyển và dị quyển.

Homosphere

Nó nằm ở độ cao 80-100 km đầu tiên trên mực nước biển và thành phần khí trong không khí là đồng nhất. Trong tầng này có tầng đối lưu, tầng bình lưu và tầng trung lưu.

Heterosphere

Nó có mặt trên 100 km và được đặc trưng bởi thành phần của các khí có trong không khí là thay đổi. Phù hợp với nhiệt độ. Thành phần của các chất khí thay đổi ở các độ cao khác nhau.

Thành phần của không khí nguyên thủy

Đĩa hành tinh. Nguồn: Public Domain, commons.wikimedia.org

Sau khi hình thành Trái đất, khoảng 4.500 triệu năm trước, các chất khí bắt đầu tích tụ tạo thành không khí trong khí quyển. Các khí chủ yếu đến từ lớp phủ của Trái đất, cũng như từ sự va chạm với các hành tinh (tập hợp vật chất hình thành nên các hành tinh).

Tích tụ CO

Hoạt động núi lửa lớn trên hành tinh bắt đầu giải phóng nhiều loại khí khác nhau vào bầu khí quyển, chẳng hạn như N ₂ , CO ₂ và H ₂ O. Carbon dioxide bắt đầu tích tụ, kể từ khi quá trình cacbonat hóa (quá trình cố định CO ₂ trong khí quyển ở dạng cacbonat) khan hiếm.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định CO ₂ vào thời điểm này là các trận mưa cường độ rất thấp và diện tích lục địa rất nhỏ.

Nguồn gốc sự sống, sự tích tụ khí mêtan (CH

Những sinh vật đầu tiên xuất hiện trên hành tinh đã sử dụng CO ₂ và H ₂ để thực hiện quá trình hô hấp. Những sinh vật ban đầu này kỵ khí và sinh khí (chúng tạo ra một lượng lớn khí mê-tan).

Mêtan tích tụ trong không khí khí quyển, vì sự phân hủy của nó rất chậm. Nó bị phân hủy bởi quá trình quang phân và trong bầu khí quyển gần như không có oxy, quá trình này có thể mất tới 10.000 năm.

Theo một số ghi chép địa chất, khoảng 3,5 tỷ năm trước đây đã có sự suy giảm CO ₂ trong khí quyển, điều này có liên quan đến việc không khí giàu CH ₄ làm tăng cường các trận mưa, tạo điều kiện cho quá trình cacbonat hóa.

Sự kiện oxy hóa lớn (tích tụ O

Người ta cho rằng khoảng 2,4 tỷ năm trước, lượng O ₂ trên hành tinh đã đạt mức đáng kể trong không khí khí quyển. Sự tích tụ của nguyên tố này gắn liền với sự xuất hiện của các sinh vật quang hợp.

Quang hợp là một quá trình cho phép tổng hợp các phân tử hữu cơ từ các phân tử vô cơ khác khi có ánh sáng. Trong quá trình xuất hiện, O ₂ được phát hành dưới dạng sản phẩm phụ.

Tốc độ quang hợp cao do vi khuẩn lam (sinh vật quang hợp đầu tiên) tạo ra đã làm thay đổi thành phần của không khí trong khí quyển. Một lượng lớn O ₂ được giải phóng trở lại khí quyển ngày càng có tính oxi hóa.

Mức độ cao của O ₂ ảnh hưởng đến sự tích tụ CH ₄ , vì nó thúc đẩy quá trình quang phân của hợp chất này. Khi mêtan trong bầu khí quyển giảm đột ngột, nhiệt độ của hành tinh giảm xuống và xảy ra hiện tượng băng hà.

Một tác động quan trọng khác của sự tích tụ O ₂ trên hành tinh là sự hình thành của tầng ôzôn. O ₂ trong khí quyển phân ly dưới tác dụng của ánh sáng và tạo thành hai hạt oxi nguyên tử.

Ôxy nguyên tử tái kết hợp với phân tử O ₂ và tạo thành O ₃ (ôzôn). Tầng ôzôn tạo thành một hàng rào bảo vệ chống lại bức xạ tia cực tím, cho phép sự sống trên bề mặt trái đất phát triển.

Nitơ trong khí quyển và vai trò của nó đối với nguồn gốc sự sống

Nitơ là một thành phần thiết yếu của cơ thể sống, vì nó cần thiết cho sự hình thành protein và axit nucleic. Tuy nhiên, N ₂ trong khí quyển không thể được sử dụng trực tiếp bởi hầu hết các sinh vật.

Sự cố định nitơ có thể là sinh học hoặc phi sinh học. Nó bao gồm sự kết hợp của N ₂ với O ₂ hoặc H ₂ để tạo thành amoniac, nitrat hoặc nitrit.

Hàm lượng N ₂ trong không khí ít nhiều không đổi trong khí quyển Trái đất. Trong giai đoạn tích lũy CO ₂ , sự cố định N ₂ về cơ bản là phi sinh học, do sự hình thành oxit nitơ, được hình thành do sự phân ly quang hóa của các phân tử H ₂ O và CO ₂ là nguồn gốc của O ₂ .

Khi mức CO ₂ trong khí quyển giảm , tốc độ hình thành nitơ oxit giảm đột ngột. Người ta coi rằng trong thời gian này, các tuyến sinh vật đầu tiên của quá trình cố định N _{2 đã} bắt nguồn .

Thành phần không khí hiện tại

Không khí trong khí quyển được tạo thành từ hỗn hợp khí và các nguyên tố khá phức tạp khác. Thành phần của nó chủ yếu bị ảnh hưởng bởi độ cao.

Homosphere

Thành phần hóa học của không khí khô ở mực nước biển được phát hiện là khá ổn định. Nitơ và oxy chiếm khoảng 99% khối lượng và thể tích của khí quyển.

Nitơ trong khí quyển (N ₂ ) chiếm tỷ lệ 78%, trong khi oxy chiếm 21% trong không khí. Nguyên tố phổ biến nhất tiếp theo trong không khí là argon (Ar), chiếm ít hơn 1% tổng thể tích.

Các thành phần của không khí trong khí quyển. Nguồn: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified.

Có những yếu tố khác rất quan trọng, ngay cả khi chúng chiếm tỷ lệ nhỏ. Carbon dioxide (CO ₂ ) hiện diện với tỷ lệ 0,035% và hơi nước có thể thay đổi từ 1 đến 4%, tùy thuộc vào khu vực.

Ozone (O ₃ ) được tìm thấy với tỷ lệ 0,003%, nhưng nó tạo thành một rào cản thiết yếu để bảo vệ chúng sinh. Cũng với tỷ lệ tương tự, chúng tôi tìm thấy nhiều loại khí quý khác nhau như neon (Ne), krypton (Kr) và xenon (Xe).

Ngoài ra, còn có sự hiện diện của hydro (H ₂ ), nitơ oxit và metan (CH ₄ ) với số lượng rất nhỏ.

Một phần tử khác nằm trong thành phần của không khí trong khí quyển là nước lỏng chứa trong các đám mây. Tương tự như vậy, chúng tôi tìm thấy các nguyên tố rắn như bào tử, phấn hoa, tro, muối, vi sinh vật và các tinh thể băng nhỏ.

Heterosphere

Ở cấp độ này, độ cao xác định loại khí chiếm ưu thế trong không khí. Tất cả các chất khí đều nhẹ (trọng lượng phân tử thấp) và được tổ chức thành bốn lớp khác nhau.

Người ta thấy rằng khi chiều cao càng tăng thì càng có nhiều chất khí có khối lượng nguyên tử thấp hơn.

Ở độ cao từ 100 đến 200 km, lượng nitơ phân tử (N ₂ ) dồi dào hơn . Khối lượng của phân tử này là 28,013 g / mol.

Lớp thứ hai của dị quyển được tạo thành từ nguyên tử O và nằm ở độ cao từ 200 đến 1000 km so với mực nước biển. Nguyên tử O có khối lượng là 15,999, nhẹ hơn N ₂ .

Sau đó, chúng tôi tìm thấy một lớp heli cao từ 1000 đến 3500 km. Heli có khối lượng nguyên tử là 4,00226.

Lớp cuối cùng của dị quyển được tạo thành từ nguyên tử hydro (H). Khí này nhẹ nhất trong bảng tuần hoàn, với khối lượng nguyên tử là 1,007.

Người giới thiệu

1. Katz M (2011) Vật liệu và nguyên liệu thô, Không khí. Hướng dẫn Didactic Chương 2. Viện Giáo dục Công nghệ Quốc gia, Bộ Giáo dục. Buenos Aires. Argentina. 75 trang
2. Các nhà sư PS, C Granier, S Fuzzi và cộng sự. (2009) Thay đổi thành phần khí quyển-chất lượng không khí khu vực và toàn cầu. Môi trường khí quyển 43: 5268-5350.
3. Pla-García J và C Menor-Salván (2017) Thành phần hóa học của khí quyển nguyên thủy của hành tinh Trái đất. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R và Vega A (2015) Khí hậu học. Ấn bản thứ ba. Jones và Bartlett Học hỏi. New York, Hoa Kỳ. 451 tr.
5. Saha K (2011) Khí quyển của Trái đất, vật lý và động lực học của nó. Springer-Verlag. Berlin, Đức 367 trang.