Hoppa till innehållet

Atmosfärskemi

Från Wikipedia

Atmosfärskemi är en gren av atmosfärsvetenskap som studerar kemin i jordens atmosfär och andra planeters atmosfärer. Denna tvärvetenskapliga forskningsinriktning bygger på miljökemi, fysik, meteorologi, datormodellering, oceanografi, geologi och vulkanologi, klimatologi och flera andra discipliner för att förstå atmosfärens kemi och sammansättning. Viktiga forskningsområden inkluderar studier av luftkvalitet, spårgasers beteende, atmosfärisk oxidation och bildandet av sekundära föroreningar samt förståelse av klimatpåverkande ämnen såsom aerosoler och växthusgaser. Genom en kombination av observationer, laboratorieexperiment och datormodellering undersöker atmosfärskemister orsakerna till och konsekvenserna av atmosfäriska förändringar.

Atmosfärens sammansättning

[redigera | redigera wikitext]
Visualisering av jordeatmosfärens sammansättning i volym. Vattenånga ingår inte eftersom den är mycket variabel. Varje liten kub (som den som representerar krypton) har en miljondel av volymen av hela blocket. Data kommer från [1].

Jordatmosfärens sammansättning och kemi är viktig av flera skäl, men främst på grund av interaktionerna mellan atmosfären och levande organismer. Naturliga processer som vulkanutsläpp, blixtar och solens strålar förändrar jordatmosfärens sammansättning. Den har också förändrats av mänsklig aktivitet och några av dessa förändringar är skadliga för människors hälsa, grödor och ekosystem.

Genomsnittlig sammansättning av torr atmosfär ( molfraktioner )
Gas Torr luft enligt NASA
Kväve, N2 78,084 %
Syre, O2[2] 20,946 %
Mindre beståndsdelar (molfraktioner i ppm )
Argon, Ar 9340
Koldioxid, CO2 425
Neon, Ne 18,18
Helium, He 5,24
Metan, CH4 1,9
Krypton, Kr 1,14
Väte, H2 0,53
Lustgas, N2O 0,34
Xenon, Xe 0,087
Kvävedioxid, NO2 upp till 0,02
Ozon, O3, på sommaren upp till 0,07
Ozon, O3, på vintern upp till 0,02
Svaveldioxid, SO2 upp till 1
Jod, I2 0,01
Vatten
Vattenånga * Mycket varierande (cirka 0–3%); utgör vanligtvis cirka 1%
Anteckningar
Den genomsnittliga molekylmassan för torr luft är 28,97 g/mol. Gasinnehållet kan variera avsevärt från tid till annan eller från plats till plats. Koncentrationen av CO2 och CH4 varierar beroende på säsong och plats.

Spårgaser i atmosfären

[redigera | redigera wikitext]

Förutom de huvudsakliga komponenterna som anges ovan innehåller jordens atmosfär många spårgaser som varierar avsevärt beroende på närliggande källor och sänkor. Ungefärliga koncentrationer i luft som påträffas nära marken av några ytterligare spårgaser listas nedan.[3][4] Dessa är indikativa och kan variera mycket beroende på plats och tid. Förutom gaser innehåller atmosfären partiklar som aerosoler, vilket inkluderar exempel som droppar, iskristaller, bakterier och damm.

Gas Sammansättning (ppt per volymsenhet om inget annat anges)
Kolmonoxid, CO 40-200 ppb [4] s. 39
Kväveoxid, NO 16 [3]
Etan, C2H6 781 [3]
Propan, C3H8 200 [3]
Isopren, C5H8 311 [3]
Bensen, C6H6 11 [3]
Metanol, CH3OH 1967 [3]
Etanol, C2H5OH 75 [3]
Triklorfluormetan, CCl3F 237 [4] s. 41
Diklordifluormetan, CCl2F2 530 [4] s. 41
Klormetan, CH3Cl 503 [3]
Brommetan, CH3Br 9–10 [4] s. 44
Jodmetan, CH3I 0,36 [3]
Karbonylsulfid, OCS 510 [4] s. 26
Svaveldioxid, SO2 70–200 s. 26
Svavelväte, H2S 15–340 [4] s. 26
Koldisulfid, CS2 15–45 [4] s. 26
Formaldehyd, H2CO 9,1 ppb [4] s. 37, oren
Acetylen, C2H2 8,6 ppb [4] s. 37, oren
Eten, C2H4 11,2 ppb [4] s. 37, oren
Svavelhexafluorid, SF6 7,3 [4] s. 41
Koltetrafluorid, CF4 79 [4] s. 41
Kvicksilver i gasform, Hg 0,209 [4] s. 55

Historia

[redigera | redigera wikitext]
Schematisk bild av kemiska och transportprocesser relaterade till atmosfärens sammansättning

De första vetenskapliga studierna av jordatmosfärens sammansättning började på 1700-talet när kemister som Joseph Priestley, Antoine Lavoisier och Henry Cavendish gjorde de första mätningarna av atmosfärens sammansättning och dess kemi.[5]

I slutet av 1800-talet och början av 1900-talet skiftade forskare sitt intresse mot spårämnen med mycket lägre koncentrationer. Ett viktigt fynd från denna tid var Christian Friedrich Schönbeins upptäckt av den för atmosfärkemi mycket viktiga molekylen ozon år 1840.[6]

Under 1900-talet övergick atmosfärskemisterna från att studera luftens sammansättning till att undersöka hur koncentrationerna av ämnen i atmosfären förändras över tid och de kemiska processer som skapar och omvandlar föreningar i luften. Två viktiga resultat var Sydney Chapmans och Gordon Dobsons beskrivningar och mätningar som gav förståelse till hur jordens skyddande ozonskiktet skapas och bibehålls, och Arie Jan Haagen-Smits förklaring av fotokemisk smog. Ytterligare studier om ozonkemi ledde till Nobelpriset i kemi 1995, som delades mellan Paul Crutzen, Mario Molina och Frank Sherwood Rowland.

Under 2000-talet flyttas fokus till att förstå atmosfärskemin som en del av jordsystemet tillsammans med biosfären och geosfären. En drivkraft för denna koppling är sambandet mellan kemi och klimat. Det förändrade klimatet och återhämtningen av ozonhålet samt samspelet mellan atmosfärens sammansättning och haven och de landbaserade ekosystemen är exempel på de ömsesidiga beroendena mellan jordens olika system.[7] Ett nytt område inom utomjordisk atmosfärskemi har också uppstått. Astrokemister analyserar atmosfärens sammansättning i solsystemet och exoplaneter för att fastställa bildandet av astronomiska objekt och hitta vanliga förhållanden för jordliknande liv.[8]

Koldioxid i jordens atmosfär om land och hav inte längre kan absorbera hälften av antropogena CO2 utsläpp.[9][10][11]
(NASA datorsimulering; 9 november 2015)
Global luftkvalitet 2014 – Kvävedioxid
(publicerad 14 december 2015)[12]

Metodik

[redigera | redigera wikitext]

Observationer, laboratoriestudier och modellering är tre centrala metodiker/angreppsätt inom atmosfärskemi. Framsteg inom atmosfärskemi drivs ofta av samspelet mellan dessa angreppsätt och de bildar en integrerad helhet. Till exempel kan observationer visa att det finns mer eller mindre av en kemisk förening än vad man tidigare trott var möjligt. Detta kommer att stimulera till nya laboratoriestudier och uppdateringar av modeller som kommer att öka vår vetenskapliga förståelse till en nivå där vi bättre kan förklara observationerna.[13]

Applikationer

[redigera | redigera wikitext]

Atmosfärskemi är ett tvärvetenskapligt område med vitt skilda tillämpningar som påverkar miljöpolitik, människors hälsa, teknikutveckling och klimatvetenskap. Exempel på problem som behandlas inom atmosfärskemi inkluderar surt regn, ozonförtunning, fotokemisk smog, växthusgaser och global uppvärmning. Genom att utveckla en teoretisk förståelse kan atmosfärskemister testa olika förändringsscenarier och utvärdera effekterna av dessa förändringar som underlag till beslutsfattare. Viktiga tillämpningar inkluderar övervakning av växthusgaser, luftkvalitet, väderprognoser och meteorologi, emissioner till luft från industri, jordbruk, energi och transporter, hållbar omställning samt folkhälsa och toxikologi.

Se även

[redigera | redigera wikitext]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]
  1. ^ ”Weather and Climate”. NASA Langley. Arkiverad från originalet den 11 februari 2017. https://web.archive.org/web/20170211175806/https://www.nasa.gov/centers/langley/pdf/245893main_MeteorologyTeacherRes-Ch2.r4.pdf. Läst 28 november 2011. 
  2. ^ Carl Zimmer (3 oktober 2013). ”The Mystery of Earth’s Oxygen”. The New York Times. Arkiverad från originalet den 6 oktober 2013. https://web.archive.org/web/20131006111612/https://www.nytimes.com/2013/10/03/science/earths-oxygen-a-mystery-easy-to-take-for-granted.html. 
  3. ^ [a b c d e f g h i j] Simpson, I. J.; Blake, N. J.; Barletta, B.; Diskin, G. S.; Fuelberg, H. E.; Gorham, K. (2010-12-15). ”Characterization of trace gases measured over Alberta oil sands mining operations: 76 speciated C2–C10 volatile organic compounds (VOCs), CO2, CH4, CO, NO, NO2, NOy, O3 and SO2” (på engelska). Atmospheric Chemistry and Physics 10 (23): sid. 11931–11954. doi:10.5194/acp-10-11931-2010. ISSN 1680-7324. https://acp.copernicus.org/articles/10/11931/2010/. Läst 24 juni 2025. 
  4. ^ [a b c d e f g h i j k l m n] Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N. (2016). Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change (Third edition). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-22116-6. Läst 24 juni 2025 
  5. ^ Weeks, M. E. (1934). ”Daniel Rutherford and the discovery of nitrogen”. Chemistry Education 11 (2): sid. 101. doi:10.1021/ed011p101. 
  6. ^ Schönbein, C. F (1840). ”On the odour accompanying electricity and on the probability of its dependency on the presence of a new substance”. Philosophical Magazine 17: sid. 293–294. 
  7. ^ Brasseur, Guy P.; Jacob, Daniel J. (Maj 2017). Modeling of Atmospheric Chemistry. Cambridge University Press. sid. 2–23. ISBN 9781316544754 
  8. ^ Gertner, Jon (15 september 2022). ”The Search for Intelligent Life Is About to Get a Lot More Interesting”. The New York Times Magazine. Arkiverad från originalet den 15 september 2022. https://web.archive.org/web/20220915091119/https://www.nytimes.com/2022/09/15/magazine/extraterrestrials-technosignatures.html. Läst 30 november 2024. 
  9. ^ ”NASA Holds Media Briefing on Carbon's Role in Earth's Future Climate”. 9 november 2015. https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-holds-media-briefing-on-carbons-role-in-earths-future-climate/. ”NASA is advancing new tools like the supercomputer model that created this simulation of carbon dioxide in the atmosphere to better understand what will happen to Earth's climate if the land and ocean can no longer absorb nearly half of all climate-warming CO2 emissions.” 
  10. ^ St. Fleur, Nicholas (10 november 2015). ”Atmospheric Greenhouse Gas Levels Hit Record, Report Says”. The New York Times. Arkiverad från originalet den 11 november 2015. https://web.archive.org/web/20151111074131/http://www.nytimes.com/2015/11/11/science/atmospheric-greenhouse-gas-levels-hit-record-report-says.html. Läst 11 november 2015. 
  11. ^ Ritter, Karl (9 november 2015). ”UK: In 1st, global temps average could be 1 degree C higher”. AP News. Arkiverad från originalet den 17 november 2015. https://web.archive.org/web/20151117021206/http://apnews.excite.com/article/20151109/climate_countdown-greenhouse_gases-d8a21f0397.html. Läst 11 november 2015. 
  12. ^ Cole, Steve; Gray, Ellen (14 december 2015). ”New NASA Satellite Maps Show Human Fingerprint on Global Air Quality”. NASA. http://www.nasa.gov/press-release/new-nasa-satellite-maps-show-human-fingerprint-on-global-air-quality. Läst 14 december 2015. 
  13. ^ Brasseur, Guy; Prinn, Ronald; Pszenny, Alexander (2003). Atmospheric Chemistry in a Changing World. New York: Springer-Verlag BerIin Heidelberg. ISBN 978-3-642-62396-7 

Vidare läsning

[redigera | redigera wikitext]
  • Finlayson-Pitts, Barbara J.; Pitts James N. Jr. (2000) (på engelska). Chemistry of the upper and lower atmosphere: theory, experiments, and applications. San Diego, Calif.: Academic Press. ISBN 0-12-257060-X .
  • Iribarne, Julio Víctor; Cho Han-Ru (1980) (på engelska). Atmospheric physics. Dordrecht: D. Reidel Publishing Company. ISBN 9027710333 .
  • Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N. (2006) (på engelska). Atmospheric chemistry and physics of air pollution (2:a uppl.). New York: Wiley. ISBN 0-471-82857-2 .
  • Warneck, Peter (2000) (på engelska). Chemistry of the natural atmosphere. International geophysics series, 0074-6142 ; 71 (2. ed.). San Diego, Calif.: Academic Press. ISBN 0-12-735632-0 .
  • Wayne, Richard P. (2000) (på engelska). Chemistry of atmospheres (3. ed.). Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-850375-X .

Externa länkar

[redigera | redigera wikitext]
Hämtad från ”https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Atmosfärskemi&oldid=57882069”