- Storia
- Grecia antica
- Scoperta della composizione dell'aria atmosferica
- caratteristiche
- Origine
- Struttura
- Homosphere
- eterosfera
- Composizione dell'aria atmosferica primitiva
- Accumulo di CO
- Origine della vita, accumulo di metano (CH
- Grande evento ossidativo (accumulo di O
- Azoto atmosferico e suo ruolo nell'origine della vita
- Attuale composizione dell'aria atmosferica
- Homosphere
- eterosfera
- Riferimenti
La composizione dell'aria o dell'atmosfera atmosferica è definita dalla proporzione dei diversi gas in essa contenuti, che è stata in costante variazione nel corso della storia della Terra. L'atmosfera del pianeta in formazione conteneva principalmente H 2 e altri gas come CO 2 e H 2 O. Circa 4,4 miliardi di anni fa, la composizione dell'aria atmosferica si arricchiva principalmente di CO 2 .
Con l'apparizione della vita sulla Terra, si è verificato un accumulo di metano (CH 4 ) nell'atmosfera, poiché i primi organismi erano metanogeni. Successivamente sono comparsi organismi fotosintetici, che hanno arricchito l'aria atmosferica con O 2 .
Vista generale dell'atmosfera terrestre. Fonte: Reto Stöckli (superficie terrestre, acque poco profonde, nuvole) Robert Simmon
La composizione dell'aria atmosferica oggi può essere suddivisa in due grandi strati, differenziati nella loro composizione chimica; l'omosfera e l'eterosfera.
L'omosfera si trova da 80 a 100 km sul livello del mare ed è composta principalmente da azoto (78%), ossigeno (21%), argon (meno dell'1%), anidride carbonica, ozono, elio, idrogeno e metano , tra gli altri elementi presenti in proporzioni molto piccole.
L'eterosfera è costituita da gas a basso peso molecolare e si trova sopra i 100 km di altitudine. Il primo strato ha N 2 molecolare, il secondo O atomico, il terzo elio e l'ultimo è costituito da idrogeno atomico (H).
Storia
Gli studi sull'aria atmosferica sono iniziati migliaia di anni fa. Nel momento in cui le civiltà primitive scoprirono il fuoco, iniziarono ad avere un'idea dell'esistenza dell'aria.
Grecia antica
Durante questo periodo, hanno iniziato ad analizzare cos'è l'aria e cosa fa. Ad esempio, Anaxímades di Mileto (588 a.C. - 524 a.C.) considerava l'aria essenziale per la vita, poiché gli esseri viventi si nutrivano di questo elemento.
Da parte sua, Empedocle di Acragas (495 a.C. - 435 a.C.) riteneva che vi fossero quattro elementi fondamentali per la vita: acqua, terra, fuoco e aria.
Anche Aristotele (384 a.C.-322 a.C.) considerava l'aria uno degli elementi essenziali per gli esseri viventi.
Scoperta della composizione dell'aria atmosferica
Nel 1773 il chimico svedese Carl Scheele scoprì che l'aria era composta da azoto e ossigeno (aria ignea). Successivamente, nel 1774, il britannico Joseph Priestley stabilì che l'aria era composta da una miscela di elementi e che uno di questi era essenziale per la vita.
Nel 1776, il francese Antoine Lavoisier chiamò ossigeno all'elemento che isolò dalla decomposizione termica dell'ossido di mercurio.
Nel 1804, il naturalista Alexander von Humboldt e il chimico francese Gay-Lussac analizzarono l'aria proveniente da diverse parti del pianeta. I ricercatori hanno stabilito che l'aria atmosferica ha una composizione costante.
Non è stato fino alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo, quando sono stati scoperti gli altri gas che fanno parte dell'aria atmosferica. Tra questi abbiamo l'argon nel 1894, poi l'elio nel 1895 e altri gas (neon, argon e xenon) nel 1898.
caratteristiche
Atmosfera terrestre, sullo sfondo la Luna. Fonte: NASA, tramite Wikimedia Commons
L'aria atmosferica è anche conosciuta come atmosfera ed è una miscela di gas che ricopre il pianeta Terra.
Origine
Poco si sa sull'origine dell'atmosfera terrestre. Si ritiene che dopo la sua separazione dal sole, il pianeta fosse circondato da un involucro di gas molto caldi.
Questi gas si stavano forse riducendo e provenivano dal Sole, composto principalmente da H 2 . Altri gas erano probabilmente CO 2 e H 2 O emessi dall'intensa attività vulcanica.
Si suggerisce che una parte dei gas presenti si sia raffreddata, condensata e abbia dato origine agli oceani. Gli altri gas rimanevano a formare l'atmosfera e altri erano immagazzinati nelle rocce.
Struttura
L'atmosfera è composta da diversi strati concentrici separati da zone di transizione. Il limite superiore di questo strato non è chiaramente definito e alcuni autori lo collocano sopra i 10.000 km sul livello del mare.
L'attrazione della forza di gravità e il modo in cui i gas vengono compressi influenza la loro distribuzione sulla superficie terrestre. Pertanto, la maggior parte della sua massa totale (circa il 99%) si trova nei primi 40 km sul livello del mare.
Strati dell'atmosfera. Fonte: questa immagine in formato SVG è stata creata da Medium69. L'immagine in formato SVG è stata creata da Medium69. Si prega di accreditare questo: William Crochot
Diversi livelli o strati di aria atmosferica hanno diverse composizioni chimiche e variazioni di temperatura. In base alla sua disposizione verticale, dal più vicino al più lontano dalla superficie terrestre, sono noti i seguenti strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera.
In relazione alla composizione chimica dell'aria atmosferica, vengono definiti due strati: l'omosfera e l'eterosfera.
Homosphere
Si trova nei primi 80-100 km sul livello del mare e la sua composizione dei gas nell'aria è omogenea. In questo si trovano la troposfera, la stratosfera e la mesosfera.
eterosfera
È presente oltre i 100 km ed è caratterizzato dalla composizione dei gas presenti nell'aria è variabile. Corrisponde alla termosfera. La composizione dei gas varia a diverse altezze.
Composizione dell'aria atmosferica primitiva
Disco planetesimale. Fonte: dominio pubblico, commons.wikimedia.org
Dopo la formazione della Terra, circa 4.500 milioni di anni fa, iniziarono ad accumularsi i gas che formarono l'aria atmosferica. I gas provenivano principalmente dal mantello terrestre, nonché dall'impatto con i planetesimi (aggregati di materia che hanno originato i pianeti).
Accumulo di CO
La grande attività vulcanica sul pianeta iniziò a rilasciare vari gas nell'atmosfera, come N 2 , CO 2 e H 2 O. L'anidride carbonica iniziò ad accumularsi, poiché la carbonatazione (il processo di fissaggio della CO 2 atmosferica nella forma carbonato) era scarsa.
I fattori che hanno influenzato la fissazione della CO 2 in questo momento erano piogge di intensità molto bassa e un'area continentale molto piccola.
Origine della vita, accumulo di metano (CH
I primi esseri viventi apparsi sul pianeta hanno utilizzato CO 2 e H 2 per effettuare la respirazione. Questi primi organismi erano anaerobici e metanogeni (producevano grandi quantità di metano).
Il metano si accumulava nell'aria atmosferica, perché la sua decomposizione era molto lenta. Si decompone per fotolisi e in un'atmosfera quasi priva di ossigeno, questo processo può richiedere fino a 10.000 anni.
Secondo alcune registrazioni geologiche, circa 3,5 miliardi di anni fa si è verificata una diminuzione della CO 2 nell'atmosfera, che è stata associata al fatto che l'aria ricca di CH 4 ha intensificato le piogge, favorendo la carbonatazione.
Grande evento ossidativo (accumulo di O
Si ritiene che circa 2,4 miliardi di anni fa la quantità di O 2 sul pianeta abbia raggiunto livelli significativi nell'aria atmosferica. L'accumulo di questo elemento è associato alla comparsa di organismi fotosintetici.
La fotosintesi è un processo che permette la sintesi di molecole organiche da altre inorganiche in presenza di luce. Durante la sua comparsa, l'O 2 viene rilasciato come sottoprodotto.
L'elevato tasso fotosintetico prodotto dai cianobatteri (primi organismi fotosintetici) stava modificando la composizione dell'aria atmosferica. Le grandi quantità di O 2 rilasciate sono tornate nell'atmosfera ossidandosi sempre più.
Questi alti livelli di O 2 hanno influenzato l'accumulo di CH 4 , poiché ha accelerato il processo di fotolisi di questo composto. Quando il metano nell'atmosfera è diminuito drasticamente, la temperatura del pianeta è scesa e si è verificata la glaciazione.
Un altro effetto importante dell'accumulo di O 2 sul pianeta è stata la formazione dello strato di ozono. L' O 2 atmosferico si dissocia sotto l'effetto della luce e forma due particelle di ossigeno atomico.
L'ossigeno atomico si ricombina con O 2 molecolare e forma O 3 (ozono). Lo strato di ozono forma una barriera protettiva contro le radiazioni ultraviolette, consentendo lo sviluppo della vita sulla superficie terrestre.
Azoto atmosferico e suo ruolo nell'origine della vita
L'azoto è un componente essenziale degli organismi viventi, poiché è necessario per la formazione di proteine e acidi nucleici. Tuttavia, l' N 2 atmosferico non può essere utilizzato direttamente dalla maggior parte degli organismi.
La fissazione dell'azoto può essere biotica o abiotica. Consiste nella combinazione di N 2 con O 2 o H 2 per formare ammoniaca, nitrati o nitriti.
I contenuti di N 2 nell'aria atmosferica sono rimasti più o meno costanti nell'atmosfera terrestre. Durante il periodo di accumulo di CO 2 , la fissazione di N 2 era fondamentalmente abiotica, a causa della formazione di ossido di azoto, formato dalla dissociazione fotochimica delle molecole di H 2 O e CO 2 che erano la fonte di O 2 .
Quando i livelli atmosferici di CO 2 sono diminuiti , i tassi di formazione dell'ossido di azoto sono diminuiti drasticamente. Si ritiene che durante questo periodo abbiano avuto origine le prime vie biotiche di fissazione di N 2 .
Attuale composizione dell'aria atmosferica
L'aria atmosferica è costituita da una miscela di gas e altri elementi piuttosto complessi. La sua composizione è influenzata principalmente dall'altitudine.
Homosphere
La composizione chimica dell'aria secca atmosferica a livello del mare è risultata abbastanza costante. L'azoto e l'ossigeno costituiscono circa il 99% della massa e del volume dell'omosfera.
L'azoto atmosferico (N 2 ) è in una proporzione del 78%, mentre l'ossigeno costituisce il 21% dell'aria. Il successivo elemento più abbondante nell'aria atmosferica è l'argon (Ar), che occupa meno dell'1% del volume totale.
Componenti dell'aria atmosferica. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified.
Ci sono altri elementi che sono di grande importanza, anche quando sono di piccole proporzioni. L'anidride carbonica (CO 2 ) è presente in una proporzione dello 0,035% e il vapore acqueo può variare tra l'1 e il 4%, a seconda della regione.
L'ozono (O 3 ) si trova in una proporzione dello 0,003%, ma costituisce una barriera essenziale per la protezione degli esseri viventi. Anche in questa stessa proporzione troviamo vari gas nobili come neon (Ne), krypton (Kr) e xeno (Xe).
Inoltre, c'è la presenza di idrogeno (H 2 ), protossido di azoto e metano (CH 4 ) in quantità molto piccole.
Un altro elemento che fa parte della composizione dell'aria atmosferica è l'acqua liquida contenuta nelle nuvole. Allo stesso modo, troviamo elementi solidi come spore, polline, ceneri, sali, microrganismi e piccoli cristalli di ghiaccio.
eterosfera
A questo livello, l'altitudine determina il tipo di gas predominante nell'aria atmosferica. Tutti i gas sono leggeri (a basso peso molecolare) e sono organizzati in quattro diversi strati.
Si è visto che all'aumentare dell'altezza, i gas più abbondanti hanno una massa atomica inferiore.
Tra 100 e 200 km di altitudine, c'è una maggiore abbondanza di azoto molecolare (N 2 ). Il peso di questa molecola è 28,013 g / mol.
Il secondo strato dell'eterosfera è costituito da O atomico e si trova tra 200 e 1000 km sul livello del mare. Atomic O ha una massa di 15.999, essendo meno pesante di N 2 .
Successivamente, troviamo uno strato di elio alto tra i 1000 ei 3500 km. L'elio ha una massa atomica di 4.00226.
L'ultimo strato dell'eterosfera è costituito da idrogeno atomico (H). Questo gas è il più leggero nella tavola periodica, con una massa atomica di 1,007.
Riferimenti
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