Composição do ar atmosférico e poluentes

A composição do ar atmosférico ou da atmosfera é definida pela proporção dos diferentes gases contidos nele, que tem estado em constante variação ao longo da história da Terra.O planeta formando atmosfera contida principalmente H 2 e outros gases, tais como CO 2 e H 2 O. 4.400 milhões de anos atrás, a composição do ar atmosférico foi enriquecido principalmente CO 2 .

Com o surgimento da vida na Terra, ocorreu um acúmulo de metano (CH 4 ) na atmosfera, uma vez que os primeiros organismos eram metanógenos. Posteriormente, surgiram os organismos fotossintéticos, que enriqueceram o ar atmosférico do O 2 .

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Vista geral da atmosfera da Terra. Fonte: Desafio Stöckli (superfície da terra, águas rasas, nuvens) Robert Simmon

Atualmente, a composição do ar atmosférico pode ser dividida em duas grandes camadas, diferenciadas em sua composição química; a homosfera e a heterosfera.

A homosfera está localizada de 80 a 100 km acima do nível do mar e consiste principalmente de nitrogênio (78%), oxigênio (21%), argônio (menos de 1%), dióxido de carbono, ozônio, hélio, hidrogênio e metano , entre outros elementos presentes em proporções muito pequenas.

A heterosfera consiste em gases de baixo peso molecular e está localizada acima de 100 km de altitude. A primeira camada possui N 2 molecular, o segundo O atômico, o terceiro hélio e o último é formado por hidrogênio atômico (H).

História

Os estudos atmosféricos começaram há milhares de anos. No momento em que as civilizações primitivas descobriram o fogo , começaram a ter uma noção da existência do ar.

Grécia Antiga

Nesse período, começamos a analisar o que é o ar e sua função. Por exemplo, Anaxímades de Mileto (588 aC – 524 aC) considerou que o ar era fundamental para a vida, uma vez que os seres vivos se alimentavam desse elemento.

Por seu lado, Empédocles de Acragas (495 aC – 435 aC) considerou que havia quatro elementos fundamentais para a vida: água, terra, fogo e ar.

Aristóteles (384 aC-322 aC) também considerou que o ar era um dos elementos essenciais para os seres vivos.

Descoberta da composição atmosférica do ar

Em 1773, o químico sueco Carl Scheele descobriu que o ar era composto de nitrogênio e oxigênio (ar ígneo). Mais tarde, em 1774, o britânico Joseph Priestley determinou que o ar era composto de uma mistura de elementos e que um deles era primordial para a vida.

Em 1776, o francês Antoine Lavoisier chamou o elemento oxigênio isolado da decomposição térmica do óxido de mercúrio.

Em 1804, o naturalista Alexander von Humboldt e o químico francês Gay-Lussac analisaram o ar proveniente de diferentes partes do planeta. Os pesquisadores determinaram que o ar atmosférico tem uma composição constante.

Não foi até o final do século XIX e início do século XX, quando os outros gases que fazem parte do ar atmosférico foram descobertos. Entre esses, temos o argônio em 1894, o hélio em 1895 e outros gases (néon, argônio e xenônio) em 1898.

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Caracteristicas

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Atmosfera da Terra, no fundo a Lua. Fonte: NASA [Domínio público], via Wikimedia Commons

O ar atmosférico também é conhecido como atmosfera e é uma mistura de gases que cobrem o planeta Terra.

Origem

Pouco se sabe sobre a origem da atmosfera da Terra. Considera-se que, após sua separação do sol, o planeta foi cercado por um envoltório de gases muito quentes.

Esses gases possivelmente estavam diminuindo e vindo do Sol, composto principalmente de H 2 . Outros gases foram provavelmente CO 2 e H 2 O emitidos pela intensa atividade vulcânica.

Propõe-se que parte dos gases presentes resfrie, condense e dê origem aos oceanos. Os outros gases permaneceram formando a atmosfera e outros foram armazenados em rochas.

Estrutura

A atmosfera é formada por diferentes estratos concêntricos separados por zonas de transição. O limite superior dessa camada não está claramente definido e alguns autores a colocam acima de 10.000 km acima do nível do mar.

A atração da força da gravidade e a maneira como os gases são comprimidos influenciam sua distribuição na superfície da Terra. Assim, a maior proporção de sua massa total (aproximadamente 99%) está localizada nos primeiros 40 km acima do nível do mar.

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Camadas da atmosfera. Fonte: esta imagem SVG foi criada por Medium69.Cette image SVG é criada por Medium69.Créditos: William Crochot [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Os diferentes níveis ou camadas de ar atmosférico têm uma composição química diferente e variações de temperatura. De acordo com seu arranjo vertical, da mais próxima à mais distante da superfície da Terra, são conhecidas as seguintes camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.

Em relação à composição química do ar atmosférico, duas camadas são definidas: a homosfera e a heterosfera.

Homosfera

Ele está localizado nos primeiros 80-100 km acima do nível do mar, e sua composição de gases no ar é homogênea. Neste localizam-se a troposfera, estratosfera e mesosfera.

Heterosfera

Está presente acima de 100 km e é caracterizada por a composição dos gases presentes no ar ser variável. Corresponde à termosfera. A composição dos gases varia em diferentes alturas.

Composição do ar atmosférico primitivo

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Disco planetesimal Fonte: Domínio Público, commons.wikimedia.org

Após a formação da Terra, aproximadamente 4,5 bilhões de anos atrás, os gases que formaram o ar atmosférico começaram a se acumular. Os gases vieram principalmente do manto terrestre, bem como do impacto com os planetesimais (agregados de matéria que originaram os planetas).

Acumulação de CO 2

A actividade vulcânica no planeta começou a libertar vários gases para a atmosfera, tais como N 2 , CO 2 e H 2 dióxido de carbono O. começou a acumular-se, como carbonatação (fixa processo de CO 2 atmosfera quanto carbonatos) era escasso.

Os fatores que afetavam a fixação de CO 2 nesse período foram chuvas de intensidade muito baixa e uma área continental muito pequena.

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Origem da vida, acúmulo de metano (CH 4 ) e diminuição de CO 2

Os primeiros organismos vivos apareceu no planeta usando CO 2 e H 2 durante a respiração. Esses primeiros organismos eram anaeróbicos e metanogênicos (eles produziam uma grande quantidade de metano).

O metano se acumulou no ar atmosférico, porque sua decomposição foi muito lenta. Decompõe-se por fotólise e em uma atmosfera quase livre de oxigênio, esse processo pode levar até 10.000 anos.

Segundo alguns registros geológicos, há cerca de 3,5 bilhões de anos, houve uma diminuição do CO 2 na atmosfera, o que tem sido associado ao fato de o ar rico em CH 4 intensificar as chuvas, favorecendo a carbonatação.

Grande evento oxidativo (acúmulo de O 2 )

Há cerca de 2.400 milhões de anos a quantidade de O 2 no planeta atingiu níveis significativos em ar atmosférico. O acúmulo deste elemento está associado ao aparecimento de organismos fotossintéticos.

A fotossíntese é um processo para a síntese de moléculas orgânicas a partir de outras matérias inorgânicas na presença de luz. Durante sua ocorrência, o O 2 é liberado como um produto secundário.

A alta taxa fotossintética produzida pelas cianobactérias (primeiros organismos fotossintéticos) estava alterando a composição do ar atmosférico. As grandes quantidades de O 2 liberadas retornaram à atmosfera cada vez mais oxidante.

Esses altos níveis de O 2 influenciaram o acúmulo de CH 4 , uma vez que aceleraram o processo de fotólise desse composto. Como o metano diminuiu drasticamente na atmosfera, a temperatura do planeta diminuiu e a glaciação ocorreu.

Outro efeito importante do acúmulo de O 2 no planeta foi a formação da camada de ozônio. O 2 atmosférico se dissocia devido à luz e forma duas partículas atômicas de oxigênio.

O oxigênio atômico se recombina com O 2 molecular e forma O 3 (ozônio). A camada de ozônio forma uma barreira protetora contra a radiação ultravioleta, permitindo o desenvolvimento da vida na superfície da Terra.

Nitrogênio atmosférico e seu papel na origem da vida

O nitrogênio é um componente essencial dos organismos vivos, pois é necessário para a formação de proteínas e ácidos nucléicos. No entanto, o N 2 atmosférico não pode ser usado diretamente pela maioria dos organismos.

A fixação de nitrogênio pode ser biótica ou abiótica. Ele consiste da combinação de N 2 com O 2 ou H 2 para formar amónia, nitratos ou nitritos.

O conteúdo de N 2 no ar atmosférico permaneceu mais ou menos constante na atmosfera da Terra. Durante o tempo de acumulação de CO 2 , a fixação de N 2 foi basicamente abiótica, por formação de óxido de nitrogênio, formado pela dissociação fotoquímica de moléculas de H 2 O e CO 2 que foram a fonte de O 2 .

Quando ocorreu diminuição dos níveis de CO 2 na atmosfera, as taxas de formação de óxidos de azoto diminuiu drasticamente. Considera-se que durante esse período se originaram as primeiras rotas bióticas de fixação do N 2 .

Composição atmosférica atual do ar

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O ar atmosférico é formado por uma mistura de gases e outros elementos bastante complexos. Sua composição é afetada principalmente pela altitude.

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Homosfera

Foi determinado que a composição química do ar atmosférico seco ao nível do mar é bastante constante. Nitrogênio e oxigênio compõem aproximadamente 99% da massa e volume da homosfera.

O nitrogênio atmosférico (N 2 ) está na proporção de 78%, enquanto o oxigênio constitui 21% do ar. O próximo elemento mais abundante do ar atmosférico é o argônio (Ar), que ocupa menos de 1% do volume total.

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Componentes do ar atmosférico. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=en#filelinks modificado.

Existem outros elementos de grande importância, mesmo quando em pequenas proporções. O dióxido de carbono (CO 2 ) ocorre em uma proporção de 0,035% e o vapor de água pode variar entre 1 e 4%, dependendo da região.

O ozônio (O 3 ) está na proporção de 0,003%, mas forma uma barreira essencial para a proteção dos seres vivos. Também nessa mesma proporção, encontramos vários gases nobres, como o neon (Ne), o criptônio (Kr) e o xenônio (Xe).

Além disso, não é a presença de hidrogénio (H 2 ), óxidos de azoto e metano (CH 4 ) em quantidades muito pequenas.

Outro elemento que faz parte da composição do ar atmosférico é a água líquida contida nas nuvens. Da mesma forma, encontramos elementos sólidos como esporos, pólen, cinzas, sais, microorganismos e pequenos cristais de gelo.

Heterosfera

Nesse nível, a altitude determina o tipo de gás predominante no ar atmosférico. Todos os gases são leves (baixo peso molecular) e estão organizados em quatro camadas distintas.

É apreciado que, à medida que a altura aumenta, os gases mais abundantes têm uma massa atômica mais baixa.

Entre 100 e 200 km de altitude, há maior abundância de nitrogênio molecular (N 2 ). O peso desta molécula é de 28.013 g / mol.

A segunda camada da heterosfera é composta de O atômico e está localizada entre 200 e 1000 km acima do nível do mar. O O atômico tem uma massa de 15.999, sendo menos pesado que o N 2 .

Posteriormente, encontramos uma camada de hélio entre 1000 e 3500 km de altura. O hélio tem uma massa atômica de 4,00226.

A última camada da heterosfera é constituída por hidrogênio atômico (H). Este gás é o mais leve da tabela periódica, com uma massa atômica de 1.007.

Referências

  1. Katz M (2011) Materiais e matérias-primas, Ar. Guia de Ensino Capítulo 2. Instituto Nacional de Educação Tecnológica, Ministério da Educação. Bons ares. Argentina 75 pp
  2. Monges PS, C Granier, S. Fuzzi et al. (2009) Mudança da composição atmosférica – qualidade do ar global e regional. 43: 5268-5350.
  3. Pla-García J e C Menor-Salván (2017) A composição química da atmosfera primitiva do planeta Terra. Quim 113: 16-26.
  4. Rohli R e Vega A (2015) Climatology. Terceira Edição Jones e Bartlett Learning. Nova York, EUA. 451 pp.
  5. Saha K (2011) A atmosfera da Terra, sua física e dinâmica. Springer-Verlag Berlim, Alemanha, 347 pp.

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