Atmosfēras ķīmija
Atmosfēras ķīmija ir zinātnes nozare, kurā tiek pētīta Zemes un citu planētu atmosfēras ķīmija. Tā ir daudzdisciplināra pētniecības joma, kurā tiek izmantota vides ķīmija, fizika, meteoroloģija, datormodelēšana, okeanogrāfija, ģeoloģija, vulkanoloģija un citas disciplīnas. Pētījumi ir saistīti ar citām studiju jomām, piemēram, klimatoloģiju.
Atmosfēras izpēte ietver atmosfēras un dzīvo organismu mijiedarbības izpēti. Zemes atmosfēras sastāvs mainās dabisku procesu rezultātā, piemēram, vulkānu izmešu, zibens un Saules daļiņu bombardēšanas no Saules vainaga rezultātā. To ir izmainījusi arī cilvēka darbība. Dažas no šīm izmaiņām ir kaitīgas cilvēku veselībai, kultūraugiem un ekosistēmām. Problēmas ir, piemēram, skābie lietus, ozona noārdīšanās, fotoķīmiskais smogs, siltumnīcefekta gāzes un globālā sasilšana. Atmosfēras ķīmiķi pēta šo problēmu cēloņus. Atmosfēras ķīmiķi piedāvā teorijas par šīm problēmām, pēc tam pārbauda teorijas un iespējamos risinājumus. Atmosfēras ķīmiķi arī atzīmē valdības politikas izmaiņu ietekmi.
Vēsture
Senie grieķi gaisu uzskatīja par vienu no četriem elementiem. Pirmie zinātniskie pētījumi par atmosfēras sastāvu sākās 18. gadsimtā. Tādi ķīmiķi kā Žozefs Prīstlijs, Antuāns Lavazjē un Henrijs Kavendišs veica pirmos atmosfēras sastāva mērījumus.
19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā interese pievērsās mikrokomponentiem ar ļoti mazu koncentrāciju. Atmosfēras ķīmijā nozīmīgs atklājums bija Kristiana Frīdriha Šēnbeina 1840. gadā veiktais ozona atklāšana.
Laika gaitā ir mainījusies mikroorganismu gāzu koncentrācija atmosfērā, kā arī ķīmiskie procesi, kas rada un iznīcina gaisā esošos savienojumus. Divi svarīgi piemēri ir Sidneja Čepmena un Gordona Dobsona skaidrojums par to, kā veidojas un saglabājas ozona slānis, un Arī Jana Hāgena-Smita skaidrojums par fotoķīmisko smogu. Turpmāki pētījumi par ozona problēmām noveda pie 1995. gada Nobela prēmijas ķīmijā piešķiršanas, ko dalīja Pols Kruscens, Mario Molina un Frenks Šervuds Roulends.
21. gadsimtā uzmanība atkal tiek pievērsta citiem jautājumiem. Atmosfēras ķīmiju arvien vairāk pēta kā vienu no Zemes sistēmas daļām. Agrāk zinātnieki koncentrējās uz atmosfēras ķīmiju izolēti. Tagad zinātnieki pēta atmosfēras ķīmiju kā vienu no vienotas sistēmas daļām kopā ar pārējo atmosfēru, biosfēru un ģeosfēru. Viens no iemesliem ir ķīmijas un klimata saistība. Piemēram, klimata pārmaiņas un ozona cauruma atjaunošanās ietekmē viena otru. Turklāt atmosfēras sastāvs mijiedarbojas ar okeāniem un sauszemes ekosistēmām.
Metodoloģija
Novērojumi, laboratoriskie mērījumi un modelēšana ir trīs galvenie atmosfēras ķīmijas elementi. Visas trīs metodes tiek izmantotas kopā. Piemēram, novērojumi var parādīt, ka kāda ķīmiskā savienojuma ir vairāk, nekā iepriekš tika uzskatīts par iespējamu. Tas stimulēs jaunu modelēšanu un laboratorijas pētījumus, kas palielinās zinātnisko izpratni līdz tādam līmenim, ka novērojumus varēs izskaidrot.
Novērošana
Atmosfēras ķīmijas novērojumi ir svarīgi. Zinātnieki reģistrē datus par gaisa ķīmisko sastāvu laika gaitā, lai novērotu jebkādas izmaiņas. Viens no piemēriem ir Kīlinga līkne - virkne mērījumu no 1958. gada līdz mūsdienām, kas liecina par pastāvīgu oglekļa dioksīda koncentrācijas pieaugumu. Atmosfēras ķīmiskā sastāva novērojumi tiek veikti observatorijās, piemēram, Mauna Loa, kā arī uz mobilām platformām, piemēram, lidmašīnām, kuģiem un gaisa baloniem. Atmosfēras sastāva novērojumus aizvien biežāk veic no satelītiem, kas sniedz globālu priekšstatu par gaisa piesārņojumu un ķīmisko sastāvu. Virsmas novērojumu priekšrocība ir tā, ka tie nodrošina ilgtermiņa ierakstus ar augstu laika izšķirtspēju, bet sniedz datus no ierobežotas vertikālās un horizontālās telpas. Daži uz virsmas balstīti instrumenti, piemēram, LIDAR, var nodrošināt ķīmisko savienojumu un aerosola koncentrācijas profilus, bet to horizontālais pārklājums joprojām ir ierobežots. Daudzi novērojumi tiek koplietoti tiešsaistē.
Laboratorijas mērījumi
Laboratorijā veiktie mērījumi ir būtiski, lai mēs saprastu dabā sastopamo piesārņojošo vielu un savienojumu avotus un absorbētājus. Laboratorijas pētījumi parāda, kuras gāzes reaģē savā starpā un cik ātri tās reaģē. Zinātnieki mēra reakcijas gāzes fāzē, uz virsmām un ūdenī. Zinātnieki pēta arī fotoķīmiju, kas nosaka, cik ātri saules gaisma sašķeļ molekulas un kādi ir iegūtie produkti. Zinātnieki pēta arī termodinamikas datus, piemēram, Henrija likuma koeficientus.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir atmosfēras ķīmija?
A: Atmosfēras ķīmija ir zinātnes nozare, kurā pēta Zemes un citu planētu atmosfēras ķīmiju. Tajā tiek izmantotas vairākas disciplīnas, piemēram, vides ķīmija, fizika, meteoroloģija, datormodelēšana, okeanogrāfija, ģeoloģija un vulkanoloģija.
Jautājums: Kā atmosfēras pētīšana ietver dzīvo organismu pētīšanu?
Atmosfēras ķīmijas pētījumi ietver arī atmosfēras un dzīvo organismu mijiedarbības izpēti.
J: Kādi ir daži cilvēka darbības izraisīto problēmu piemēri?
A: Cilvēka darbības izraisīto problēmu piemēri ir skābie lietus, ozona slāņa noārdīšanās, fotoķīmiskais smogs, siltumnīcas efektu izraisošās gāzes un globālā sasilšana.
J: Ko dara atmosfēras ķīmiķi, lai risinātu šīs problēmas?
Atmosfēras ķīmiķi piedāvā teorijas par šīm problēmām un pēc tam pārbauda to iespējamos risinājumus. Viņi arī atzīmē ar šīm problēmām saistītās valdības politikas izmaiņu ietekmi.
J: Kā dabiski mainās Zemes atmosfēras sastāvs?
A: Zemes atmosfēras sastāvs mainās dabisku procesu rezultātā, piemēram, vulkānu izmešu, zibens un Saules daļiņu bombardēšanas no Saules vainaga rezultātā.
