Kemija ozračja
Atmosferska kemija je veja znanosti, ki preučuje kemijo Zemljinega ozračja in ozračja drugih planetov. Je multidisciplinarno raziskovalno področje, ki temelji na okoljski kemiji, fiziki, meteorologiji, računalniškem modeliranju, oceanografiji, geologiji in vulkanologiji ter drugih disciplinah. Raziskave so povezane z drugimi študijskimi področji, kot je klimatologija.
Preučevanje ozračja vključuje preučevanje interakcij med ozračjem in živimi organizmi. Sestava zemeljskega ozračja se spreminja zaradi naravnih procesov, kot so emisije vulkanov, strele in bombardiranje s sončnimi delci iz Sončeve korone. Spremenila se je tudi zaradi človekove dejavnosti. Nekatere od teh sprememb so škodljive za zdravje ljudi, pridelke in ekosisteme. Primeri težav so kisli dež, tanjšanje ozonske plasti, fotokemični smog, toplogredni plini in globalno segrevanje. Atmosferski kemiki preučujejo vzroke teh težav. Atmosferski kemiki ponujajo teorije o teh težavah, nato pa preizkušajo teorije in možne rešitve. Atmosferski kemiki ugotavljajo tudi učinke sprememb vladne politike.
Zgodovina
Stari Grki so imeli zrak za enega od štirih elementov. Prve znanstvene študije sestave ozračja so se začele v 18. stoletju. Kemiki, kot so Joseph Priestley, Antoine Lavoisier in Henry Cavendish, so opravili prve meritve sestave ozračja.
V poznem 19. in zgodnjem 20. stoletju se je zanimanje preusmerilo na sestavine v sledovih z zelo majhnimi koncentracijami. Pomembno odkritje za atmosfersko kemijo je bilo odkritje ozona, ki ga je leta 1840 opravil Christian Friedrich Schönbein.
Koncentracije plinov v ozračju so se skozi čas spreminjale, prav tako pa so se spreminjali tudi kemijski procesi, ki ustvarjajo in uničujejo spojine v zraku. Dva pomembna primera sta razlaga Sydneyja Chapmana in Gordona Dobsona o tem, kako nastaja in se ohranja ozonska plast, ter razlaga fotokemičnega smoga, ki jo je podal Arie Jan Haagen-Smit. Nadaljnje študije o problematiki ozona so privedle do podelitve Nobelove nagrade za kemijo leta 1995, ki so si jo razdelili Paul Crutzen, Mario Molina in Frank Sherwood Rowland.
V 21. stoletju se pozornost ponovno preusmerja. Kemija ozračja se vse bolj preučuje kot del zemeljskega sistema. Pred tem so se znanstveniki osredotočali na kemijo ozračja ločeno. Zdaj znanstveniki preučujejo kemijo ozračja kot del enotnega sistema z ostalimi deli ozračja, biosfere in geosfere. Razlog za to so povezave med kemijo in podnebjem. Podnebne spremembe in obnovitev ozonske luknje na primer vplivajo druga na drugo. Prav tako sestava ozračja vpliva na oceane in kopenske ekosisteme.
Metodologija
Opazovanja, laboratorijske meritve in modeliranje so trije osrednji elementi kemije ozračja. Vse tri metode se uporabljajo skupaj. Opazovanja lahko na primer pokažejo, da obstaja več kemične spojine, kot je bilo prej mogoče. To bo spodbudilo novo modeliranje in laboratorijske študije, ki bodo povečale znanstveno razumevanje do te mere, da bo opazovanja mogoče pojasniti.
Opazovanje
Pomembna so opazovanja kemije ozračja. Znanstveniki beležijo podatke o kemijski sestavi zraka skozi čas in opazujejo morebitne spremembe. Tak primer je Keelingova krivulja - niz meritev od leta 1958 do danes, ki kažejo stalno naraščanje koncentracije ogljikovega dioksida. Opazovanja kemijske sestave ozračja potekajo v observatorijih, kot je tisti na Mauna Loa, in na mobilnih platformah, kot so letala, ladje in baloni. Opazovanja sestave ozračja vse pogosteje opravljajo sateliti, ki omogočajo globalno sliko onesnaženosti in kemijskega stanja zraka. Prednost površinskih opazovanj je, da zagotavljajo dolgoročne zapise z visoko časovno ločljivostjo, vendar zagotavljajo podatke z omejenega vertikalnega in horizontalnega prostora. Nekateri instrumenti na površini, kot je LIDAR, lahko zagotavljajo profile koncentracije kemičnih spojin in aerosolov, vendar so še vedno omejeni na horizontalno območje, ki ga pokrivajo. Številna opazovanja se izmenjujejo prek spleta.
Laboratorijske meritve
Meritve, opravljene v laboratoriju, so bistvene za razumevanje virov in ponorov onesnaževal in spojin, ki jih najdemo v naravi. Z laboratorijskimi raziskavami ugotovimo, kateri plini reagirajo med seboj in kako hitro reagirajo. Znanstveniki merijo reakcije v plinski fazi, na površinah in v vodi. Znanstveniki proučujejo tudi fotokemijo, ki določa, kako hitro se molekule razcepijo zaradi sončne svetlobe in kakšni so produkti. Znanstveniki preučujejo tudi termodinamične podatke, kot so koeficienti Henryjevega zakona.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je kemija ozračja?
O: Atmosferska kemija je veja znanosti, ki preučuje kemijo Zemljinega ozračja in ozračja drugih planetov. Pri tem se opira na več področij, kot so kemija okolja, fizika, meteorologija, računalniško modeliranje, oceanografija, geologija in vulkanologija.
V: Kako preučevanje ozračja vključuje preučevanje živih organizmov?
O: Raziskave kemije ozračja vključujejo tudi preučevanje interakcij med ozračjem in živimi organizmi.
V: Kateri so primeri težav, ki jih povzroča človekova dejavnost?
O: Primeri težav, ki jih povzroča človekova dejavnost, so kisli dež, tanjšanje ozonske plasti, fotokemični smog, toplogredni plini in globalno segrevanje.
V: Kaj počnejo kemiki, ki se ukvarjajo z atmosfersko kemijo, da bi se spopadli s temi težavami?
O: Atmosferski kemiki ponujajo teorije o teh problemih in jih nato preizkušajo za možne rešitve. Ugotavljajo tudi učinke sprememb vladne politike v zvezi s temi vprašanji.
V: Kako se sestava Zemljinega ozračja naravno spreminja?
O: Sestava Zemljinega ozračja se spreminja zaradi naravnih procesov, kot so emisije vulkanov, strele in bombardiranje s sončnimi delci iz Sončeve korone.
