ZUSAMMENSETZUNG VON LUFT UND SCHADSTOFFEN - UMGEBUNG - 2025

Die Zusammensetzung der atmosphärischen Luft oder Atmosphäre wird durch den Anteil der verschiedenen darin enthaltenen Gase definiert, der sich im Laufe der Erdgeschichte ständig verändert hat. Die Atmosphäre des sich bildenden Planeten enthielt hauptsächlich H ₂ und andere Gase wie CO ₂ und H ₂ O. Vor etwa 4,4 Milliarden Jahren war die Zusammensetzung der atmosphärischen Luft hauptsächlich mit CO ₂ angereichert .

Mit dem Auftreten des Lebens auf der Erde trat eine Anreicherung von Methan (CH ₄ ) in der Atmosphäre auf, da die ersten Organismen Methanogene waren. Später traten photosynthetische Organismen auf, die die atmosphärische Luft mit O ₂ anreicherten .

Gesamtansicht der Erdatmosphäre. Quelle: Reto Stöckli (Landoberfläche, seichtes Wasser, Wolken) Robert Simmon

Die Zusammensetzung der atmosphärischen Luft kann heute in zwei große Schichten unterteilt werden, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. die Homosphäre und die Heterosphäre.

Die Homosphäre befindet sich zwischen 80 und 100 km über dem Meeresspiegel und besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%), Argon (weniger als 1%), Kohlendioxid, Ozon, Helium, Wasserstoff und Methan unter anderem in sehr geringen Anteilen vorhanden.

Die Heterosphäre besteht aus niedermolekularen Gasen und befindet sich über 100 km Höhe. Die erste Schicht hat molekulares N ₂ , das zweite atomare O, das dritte Helium und die letzte besteht aus atomarem Wasserstoff (H).

Geschichte

Studien zur atmosphärischen Luft begannen vor Tausenden von Jahren. In dem Moment, als primitive Zivilisationen Feuer entdeckten, begannen sie, eine Vorstellung von der Existenz von Luft zu haben.

Antikes Griechenland

Während dieser Zeit begannen sie zu analysieren, was Luft ist und was sie tut. Zum Beispiel betrachteten Anaxímades von Milet (588 v. Chr. - 524 v. Chr.) Luft als lebenswichtig, da Lebewesen sich von diesem Element ernährten.

Empedokles von Akragas (495 v. Chr. - 435 v. Chr.) Dachte seinerseits an, dass es vier grundlegende Elemente für das Leben gibt: Wasser, Erde, Feuer und Luft.

Aristoteles (384 v. Chr. - 322 v. Chr.) Betrachtete Luft auch als eines der wesentlichen Elemente für Lebewesen.

Entdeckung der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft

1773 entdeckte der schwedische Chemiker Carl Scheele, dass Luft aus Stickstoff und Sauerstoff (magmatischer Luft) besteht. Später, im Jahr 1774, stellte der Brite Joseph Priestley fest, dass Luft aus einer Mischung von Elementen besteht und dass eines davon lebenswichtig ist.

1776 rief der Franzose Antoine Lavoisier Sauerstoff zu dem Element, das er aus der thermischen Zersetzung von Quecksilberoxid isoliert hatte.

1804 analysierten der Naturforscher Alexander von Humboldt und der französische Chemiker Gay-Lussac die Luft aus verschiedenen Teilen des Planeten. Die Forscher stellten fest, dass die atmosphärische Luft eine konstante Zusammensetzung hat.

Erst im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert wurden die anderen Gase entdeckt, die Teil der atmosphärischen Luft sind. Unter diesen haben wir 1894 Argon, dann 1895 Helium und 1898 andere Gase (Neon, Argon und Xenon).

Eigenschaften

Erdatmosphäre, im Hintergrund der Mond. Quelle: NASA, über Wikimedia Commons

Die atmosphärische Luft wird auch als Atmosphäre bezeichnet und ist eine Mischung von Gasen, die den Planeten Erde bedeckt.

Ursprung

Über den Ursprung der Erdatmosphäre ist wenig bekannt. Es wird angenommen, dass der Planet nach seiner Trennung von der Sonne von einer Hülle aus sehr heißen Gasen umgeben war.

Diese Gase reduzierten sich möglicherweise und kamen von der Sonne, die hauptsächlich aus H _{2 bestand} . Andere Gase waren wahrscheinlich CO ₂ und H ₂ O, die durch die intensive vulkanische Aktivität emittiert wurden.

Es wird vermutet, dass ein Teil der vorhandenen Gase abgekühlt, kondensiert und die Ozeane entstehen lässt. Die anderen Gase bildeten weiterhin die Atmosphäre und andere wurden in Gesteinen gespeichert.

Struktur

Die Atmosphäre besteht aus verschiedenen konzentrischen Schichten, die durch Übergangszonen getrennt sind. Die Obergrenze dieser Schicht ist nicht klar definiert und wird von einigen Autoren über 10.000 km über dem Meeresspiegel platziert.

Die Anziehungskraft der Schwerkraft und die Art und Weise, wie Gase komprimiert werden, beeinflussen ihre Verteilung auf der Erdoberfläche. Somit befindet sich der größte Teil seiner Gesamtmasse (ca. 99%) in den ersten 40 km über dem Meeresspiegel.

Schichten der Atmosphäre. Quelle: Dieses SVG-Bild wurde von Medium69 erstellt. CD-Bild SVG a été créée par Medium69.Bitte schreiben Sie dies an: William Crochot

Unterschiedliche Niveaus oder Schichten der atmosphärischen Luft haben unterschiedliche chemische Zusammensetzung und Temperaturschwankungen. Entsprechend seiner vertikalen Anordnung sind vom nächstgelegenen bis zum am weitesten von der Erdoberfläche entfernten die folgenden Schichten bekannt: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre.

In Bezug auf die chemische Zusammensetzung der atmosphärischen Luft werden zwei Schichten definiert: die Homosphäre und die Heterosphäre.

Homosphäre

Es befindet sich in den ersten 80-100 km über dem Meeresspiegel und hat eine homogene Zusammensetzung der Gase in der Luft. Hier befinden sich die Troposphäre, Stratosphäre und Mesosphäre.

Heterosphäre

Es liegt oberhalb von 100 km vor und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der in der Luft vorhandenen Gase variabel ist. Passt zur Thermosphäre. Die Zusammensetzung der Gase variiert in verschiedenen Höhen.

Zusammensetzung der primitiven atmosphärischen Luft

Planetesimale Scheibe. Quelle: Public Domain, commons.wikimedia.org

Nach der Entstehung der Erde vor ungefähr 4.500 Millionen Jahren sammelten sich Gase an, die die atmosphärische Luft bildeten. Die Gase stammten hauptsächlich aus dem Erdmantel sowie aus dem Aufprall auf Planetesimale (Aggregate von Materie, aus denen die Planeten stammten).

CO-Aufbau

Die große vulkanische Aktivität auf dem Planeten setzte verschiedene Gase in die Atmosphäre frei, wie N ₂ , CO ₂ und H ₂ O. Seit der Karbonatisierung (dem Prozess der Fixierung von atmosphärischem CO ₂ in der Form) begann sich Kohlendioxid anzusammeln Carbonat) war knapp.

Die Faktoren, die die Fixierung von CO ₂ zu diesem Zeitpunkt beeinflussten, waren Regenfälle mit sehr geringer Intensität und ein sehr kleines kontinentales Gebiet.

Herkunft des Lebens, Anreicherung von Methan (CH

Die ersten Lebewesen, die auf dem Planeten erschienen, verwendeten CO ₂ und H ₂ , um die Atmung durchzuführen. Diese frühen Organismen waren anaerob und methanogen (sie produzierten große Mengen Methan).

Methan sammelte sich in der atmosphärischen Luft an, da seine Zersetzung sehr langsam war. Es zersetzt sich durch Photolyse und in einer nahezu sauerstofffreien Atmosphäre kann dieser Prozess bis zu 10.000 Jahre dauern.

Nach einigen geologischen Aufzeichnungen gab es vor etwa 3,5 Milliarden Jahren einen Rückgang des CO ₂ in der Atmosphäre, was mit der Tatsache in Verbindung gebracht wurde, dass die an CH ₄ reiche Luft die Regenfälle verstärkte und die Karbonisierung begünstigte.

Großes oxidatives Ereignis (Akkumulation von O.

Es wird angenommen, dass die Menge an O ₂ auf dem Planeten vor etwa 2,4 Milliarden Jahren signifikante Werte in der atmosphärischen Luft erreicht hat. Die Anreicherung dieses Elements ist mit dem Auftreten von photosynthetischen Organismen verbunden.

Die Photosynthese ist ein Prozess, der die Synthese organischer Moleküle aus anderen anorganischen Molekülen in Gegenwart von Licht ermöglicht. Während seines Auftretens wird O ₂ als Nebenprodukt freigesetzt .

Die hohe Photosyntheserate, die von Cyanobakterien (ersten photosynthetischen Organismen) erzeugt wurde, veränderte die Zusammensetzung der atmosphärischen Luft. Die großen Mengen an freigesetztem O ₂ kehrten zunehmend oxidierend in die Atmosphäre zurück.

Diese hohen O ₂ -Gehalte beeinflussten die Akkumulation von CH ₄ , da sie den Photolyseprozess dieser Verbindung beschleunigten. Als Methan in der Atmosphäre dramatisch abfiel, sank die Temperatur des Planeten und es kam zu einer Vereisung.

Ein weiterer wichtiger Effekt der Akkumulation von O ₂ auf dem Planeten war die Bildung der Ozonschicht. Atmosphärisches O ₂ dissoziiert unter Lichteinwirkung und bildet zwei atomare Sauerstoffpartikel.

Atomsauerstoff rekombiniert mit molekularem O ₂ und bildet O ₃ (Ozon). Die Ozonschicht bildet eine Schutzbarriere gegen ultraviolette Strahlung und ermöglicht die Entwicklung von Leben auf der Erdoberfläche.

Luftstickstoff und seine Rolle bei der Entstehung des Lebens

Stickstoff ist ein wesentlicher Bestandteil lebender Organismen, da er für die Bildung von Proteinen und Nukleinsäuren notwendig ist. Atmosphärisches N ₂ kann jedoch von den meisten Organismen nicht direkt verwendet werden.

Die Stickstofffixierung kann biotisch oder abiotisch sein. Es besteht aus der Kombination von N ₂ mit O ₂ oder H ₂ unter Bildung von Ammoniak, Nitraten oder Nitriten.

Der N ₂ -Gehalt in der Luft ist in der Erdatmosphäre mehr oder weniger konstant geblieben. Während der CO ₂ -Akkumulationsperiode war die N ₂ -Fixierung aufgrund der Bildung von Stickoxiden, die durch die photochemische Dissoziation von H ₂ O- und CO ₂ -Molekülen , die die Quelle von O ₂ waren , gebildet wurden, im Wesentlichen abiotisch .

Wenn die atmosphärischen CO ₂ -Gehalte abnahmen , nahmen die Stickoxidbildungsraten dramatisch ab. Es wird angenommen, dass während dieser Zeit die ersten biotischen Wege der N ₂ -Fixierung entstanden sind .

Aktuelle atmosphärische Luftzusammensetzung

Atmosphärische Luft besteht aus einem Gemisch von Gasen und anderen recht komplexen Elementen. Seine Zusammensetzung wird hauptsächlich von der Höhe beeinflusst.

Homosphäre

Es wurde festgestellt, dass die chemische Zusammensetzung der trockenen Luft auf Meereshöhe ziemlich konstant ist. Stickstoff und Sauerstoff machen etwa 99% der Masse und des Volumens der Homosphäre aus.

Luftstickstoff (N ₂ ) macht einen Anteil von 78% aus, während Sauerstoff 21% der Luft ausmacht. Das nächsthäufigste Element in der Luft ist Argon (Ar), das weniger als 1% des Gesamtvolumens einnimmt.

Bestandteile der atmosphärischen Luft. Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Geändert.

Es gibt andere Elemente, die von großer Bedeutung sind, auch wenn sie in kleinen Anteilen vorliegen. Kohlendioxid (CO ₂ ) ist in einem Anteil von 0,035% vorhanden und Wasserdampf kann je nach Region zwischen 1 und 4% variieren.

Ozon (O ₃ ) kommt in einem Anteil von 0,003% vor, bildet jedoch eine wesentliche Barriere für den Schutz von Lebewesen. In diesem Verhältnis finden wir auch verschiedene Edelgase wie Neon (Ne), Krypton (Kr) und Xenon (Xe).

Darüber hinaus sind Wasserstoff (H ₂ ), Distickstoffoxide und Methan (CH ₄ ) in sehr geringen Mengen vorhanden.

Ein weiteres Element, das Teil der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft ist, ist das in Wolken enthaltene flüssige Wasser. Ebenso finden wir feste Elemente wie Sporen, Pollen, Asche, Salze, Mikroorganismen und kleine Eiskristalle.

Heterosphäre

Auf dieser Ebene bestimmt die Höhe die vorherrschende Art von Gas in der atmosphärischen Luft. Alle Gase sind leicht (niedriges Molekulargewicht) und in vier verschiedenen Schichten organisiert.

Es ist ersichtlich, dass mit zunehmender Höhe die häufiger vorkommenden Gase eine geringere Atommasse haben.

Zwischen 100 und 200 km Höhe gibt es eine größere Menge an molekularem Stickstoff (N ₂ ). Das Gewicht dieses Moleküls beträgt 28,013 g / mol.

Die zweite Schicht der Heterosphäre besteht aus atomarem O und liegt zwischen 200 und 1000 km über dem Meeresspiegel. Atomic O hat eine Masse von 15.999 und ist weniger schwer als N ₂ .

Später finden wir eine Heliumschicht zwischen 1000 und 3500 km Höhe. Helium hat eine Atommasse von 4,00226.

Die letzte Schicht der Heterosphäre besteht aus atomarem Wasserstoff (H). Dieses Gas ist mit einer Atommasse von 1,007 das leichteste im Periodensystem.

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