تاکنون، زمین تنها سیاره شناخته شده ای است که از حیات پشتیبانی می کند، زیرا عوامل زیادی برای توسعه، تکامل و شکوفایی حیات بیولوژیکی ایده آل در نظر گرفته می شوند. شیمی اتمسفر یکی از مهم ترین عواملی است که نوع زندگی یا اصلاً حیاتی را که سیاره می تواند حفظ کند، تعیین می کند. برای میلیاردها سال، شیمی اتمسفر تغییر کرده است، اما برای مدت طولانی نسبتاً پایدار می ماند.
توسعه جو
در ابتدای شکل گیری زمین در حدود 4.6 میلیارد سال پیش، این سیاره یک توپ مذاب از سنگ بود. به دلیل ناپایداری سطح، به سختی جو وجود داشت. با سرد شدن سیاره، جوی از فوران آتشفشان ها ایجاد شد. حدود نیم میلیارد سال طول کشید تا به اندازه کافی خنک شود و به مجموعه آب مایع روی سطحش اجازه دهد تا اجسامی مانند اقیانوس ها را تشکیل دهد.
دانش شما از شیمی معدنی و شیمی آلی به شما در درک شیمی اتمسفر کمک می کند. دانشمندان فرض می کنند که جو زمین اولیه عمدتاً از سولفید هیدروژن، متان و دویست برابر بیشتر از جو امروزی دی اکسید کربن تشکیل شده است. تنها زمانی که موجودات فتوسنتزی (گیاهان، جلبک ها، باکتری ها و غیره) به وجود آمدند، اکسیژن به بخش مهمی از جو تبدیل شد.
بر اساس سوابق دیرینه شناسی و سوابق هسته یخ، ترکیب جوی فعلی زمین در 200 میلیون سال گذشته پایدار بوده است. جاری نسبت گاز اتمسفر بر حسب حجم (به استثنای بخار آب) به شرح زیر است:
- نیتروژن – 78.084٪
- اکسیژن – 20.946٪
- آرگون – 0.9340٪
- دی اکسید کربن – 0.0407٪
- نئون – 0.001818٪
- هلیوم – 0.000524٪
- متان – 0.00018٪
- کریپتون – 0.000114٪
- هیدروژن – 0.000055٪
نسبت گازها در اتمسفر به دلیل فعالیت های انسانی و صنعتی و فرآیندهای بیولوژیکی در نوسان اندکی است. دانشمندان به ویژه در مورد نسبت گازهای گلخانه ای، در درجه اول دی اکسید کربن، در جو نگران هستند، زیرا آنها تأثیر قابل توجهی بر آب و هوا و الگوهای آب و هوایی ما دارند. بیشتر گازهای گلخانه ای آلاینده هایی هستند که توسط نیروگاه ها، کارخانه ها و وسایل نقلیه تولید می شوند.
برای میلیاردها سال، دی اکسید کربن در جو به طور پیوسته کاهش می یابد در حالی که سطح اکسیژن افزایش می یابد. در ابتدا، بیشتر دی اکسید کربن موجود در اتمسفر با تشکیل اقیانوس ها در آب حل شد. در اینجا آنها به ترکیبات کربناته تبدیل شدند. سپس این ترکیبات به صورت سنگ های رسوبی رسوب کردند و دی اکسید کربن باقی مانده در فتوسنتز استفاده شد.
دی اکسید کربن موجود در جو به دلیل فتوسنتز نسبتاً پایدار است. کربن توسط گیاهان و سایر موجودات فتوسنتزی جذب می شود و به عنوان پروتئین، کربوهیدرات، لیپید و مواد ژنتیکی به بخشی از سلول های آنها تبدیل می شود. اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی زائد فتوسنتز آزاد می شود. کربن در طول چرخه غذا در بیوسفر باقی می ماند.
با این حال، در دویست سال گذشته، مقدار دی اکسید کربن در جو به طور پیوسته افزایش یافته است، که عمدتاً به دلیل استفاده از سوخت های فسیلی در صنایع و حمل و نقل بوده است. این سوخت‌های فسیلی از بقایای باستانی گیاهان و جانوران ساخته شده‌اند که میلیون‌ها سال در زیر زمین مدفون شده‌اند. هنگامی که سوخت های فسیلی سوزانده می شوند، دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و انواع دیگر آلاینده ها در جو آزاد می شوند.
بر اساس مطالعات مختلف اقلیمی تاریخی، فعالیت های انسانی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است دی اکسید کربن در جو 48 درصد این افزایش بسیار بیشتر و سریعتر در مقایسه با افزایش طبیعی است که برای یک دوره 20000 ساله، یعنی از آخرین عصر یخبندان تا سال 1850 رخ داده است. آخرین سطح اندازه گیری شده دی اکسید کربن در جو 416 ppm است. اکنون آن را با سطوح ثبت شده در دوره 20000 ساله مقایسه کنید، جایی که سطح CO2 در سال 1850 از 185 ppp tp به 280 ppm رسید.
نقش انسان زایی (انسان) در تغییرات آب و هوا بر اساس شواهد غیر قابل انکار است. اگرچه بسیاری از معاهدات بین‌المللی برای کاهش ردپای کربن ما امضا شده است، اما تلاش‌ها هنوز به اندازه کافی مؤثر یا کارآمد نیستند تا تغییرات آب و هوایی را کاهش دهند. اقتصاد جهانی هنوز باید از وابستگی خود به سوخت های فسیلی رها شود.
آلودگی جو
آلودگی بر اقلیم تأثیر می گذارد و می تواند عملکرد حفاظتی جو را مختل کند. بسیاری از فعالیت‌های انسانی، آلاینده‌ها، به‌ویژه دی‌اکسید کربن را از سوزاندن سوخت‌های فسیلی تولید می‌کنند.
جو زمین در مقایسه با قطر آن نسبتاً نازک است. ضخامت جو تقریباً 480 کیلومتر و قطر آن در خط استوا 12742 کیلومتر است. این بدان معناست که ضخامت جو تنها 3.8 درصد از قطر زمین است.
علیرغم اینکه جو نسبتاً نازک است، در حمایت از زندگی بسیار مهم است. بدون جو، حتی حیات میکروبی احتمالاً در سیاره ما وجود نخواهد داشت. علاوه بر این، تابش یونیزه کننده خورشید و پرتوهای کیهانی اجازه تشکیل مواد شیمیایی پیچیده مانند DNA را نمی دهد. را نقش های حیاتی جو عبارتند از:
- حفاظت در برابر اشعه: جو، به ویژه لایه اوزون، در برابر اشعه یونیزان مانند اشعه ماوراء بنفش (UV) محافظت می کند.
- تنظیم دما: دمای متوسط به دلیل اثر گلخانه ای به شدت در نوسان نیست
- مانع فیزیکی در برابر زباله های فضایی: شهاب ها و دیگر زباله های فضایی با ورود به جو می سوزند
- آب و هوا و آب و هوا: جریان همرفتی، رعد و برق، اختلاف فشار و دما، و تشکیل ابر بدون جو امکان پذیر نخواهد بود
- چرخه آب: بخار آب متراکم می شود و به صورت باران رسوب می کند. آب از زمین به صورت بخار آب تبخیر می شود و ابرها را تشکیل می دهد
- چرخه های گاز: انواع مختلفی از گازها مانند نیتروژن، دی اکسید کربن و اکسیژن در جو بازیافت می شوند. به عنوان مثال، نیتروژن به عنوان یک ماده غذایی به دلیل رعد و برق در دسترس خاک قرار می گیرد
- نگهداری فشار: انسان و بسیاری از حیوانات دیگر بدون فشار اتمسفر معمولی زنده نمی مانند
فعالیت های انسانی مانند تولیدات صنعتی و حمل و نقل از نظر آلودگی جو تأثیر جدی دارد. علاوه بر اینکه هوا را برای زندگی سالم تر می کند، آلودگی نیز بر آب و هوا تأثیر می گذارد و باعث آسیب به لایه محافظ ازن می شود.
برخی از آلاینده های اصلی عبارتند از:
- دی اکسید کربن: در حالی که این به طور بیولوژیکی توسط حیوانات از طریق فرآیند تنفس تولید می شود، بزرگترین منبع سوزاندن کامل سوخت های فسیلی است. CO2 گاز گلخانه ای اصلی است که باعث گرم شدن کره زمین می شود
- مونوکسید کربن: این گاز بسیار سمی و محصول جانبی احتراق ناقص سوخت‌های فسیلی است.
- متان: جدای از معادن نفت خام، متان نیز به طور قابل توجهی توسط دامداری و اهلی کردن حیوانات تولید می شود. مقدار زیادی متان در واقع از نفخ گاو و تجزیه فضولات حیوانات است. تقاضای زیاد برای گوشت به این معنی است که گاو زیادی وجود دارد و در نتیجه متان بیشتری وجود دارد
- دی اکسید گوگرد: سوخت های فسیلی، پلاستیک ها و سایر موادی که دارای ناخالصی های گوگردی هستند از جمله منابع این آلاینده هستند. فوران های آتشفشانی نیز منبع اصلی هستند. این می تواند باعث باران اسیدی شود زیرا با بخار آب ترکیب می شود
- CFC و HCFC: اینها مبردهایی هستند که با انتشار در جو تبدیل به آلاینده می شوند. آنها باعث آسیب به لایه اوزون می شوند
پشتیبانی بیشتر از ویرایش GCSE Chemistry: شیمی اتمسفر