องค์ประกอบของอากาศในบรรยากาศและสารมลพิษ - สิ่งแวดล้อม - 2026

องค์ประกอบของบรรยากาศหรือบรรยากาศที่ถูกกำหนดโดยสัดส่วนของก๊าซที่แตกต่างกันที่มีอยู่ในนั้นที่ได้รับในรูปแบบคงที่ตลอดประวัติศาสตร์ของโลก บรรยากาศของดาวเคราะห์ขึ้นรูปที่มีอยู่ส่วนใหญ่ H ₂และก๊าซอื่น ๆ เช่น CO ₂และ H ₂ทุม 4.4 พันล้านปีที่ผ่านมาองค์ประกอบของบรรยากาศผสานเป็นส่วนใหญ่กับ CO 2

ด้วยการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตบนโลกการสะสมของก๊าซมีเทน (CH ₄ ) เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศเนื่องจากสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกคือเมทาโนเจน ต่อมามีชีวิตสังเคราะห์แสงปรากฏซึ่งผสานบรรยากาศกับ O 2

มุมมองทั่วไปของบรรยากาศโลก ที่มา: Reto Stöckli (พื้นผิวบกน้ำตื้นเมฆ) Robert Simmon

องค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศในปัจจุบันสามารถแบ่งออกเป็นสองชั้นขนาดใหญ่โดยมีความแตกต่างในองค์ประกอบทางเคมี โฮโมสเฟียร์และเฮเทอโรสเฟียร์

โฮโมสเฟียร์ตั้งอยู่เหนือระดับน้ำทะเล 80 ถึง 100 กม. และประกอบด้วยไนโตรเจน (78%) ออกซิเจน (21%) อาร์กอน (น้อยกว่า 1%) คาร์บอนไดออกไซด์โอโซนฮีเลียมไฮโดรเจนและมีเทน รวมถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีอยู่ในสัดส่วนที่น้อยมาก

เฮเทอโรสเฟียร์ประกอบด้วยก๊าซที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและอยู่สูงกว่า 100 กม. ชั้นแรกมีโมเลกุลN ₂อะตอม O ที่สองฮีเลียมที่สามและชั้นสุดท้ายประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน (H)

ประวัติศาสตร์

การศึกษาเกี่ยวกับอากาศในชั้นบรรยากาศเริ่มขึ้นเมื่อหลายพันปีก่อน ช่วงเวลาที่อารยธรรมดึกดำบรรพ์ค้นพบไฟพวกเขาเริ่มมีความคิดเกี่ยวกับการมีอยู่ของอากาศ

กรีกโบราณ

ในช่วงเวลานี้พวกเขาเริ่มวิเคราะห์ว่าอากาศคืออะไรและทำหน้าที่อะไร ตัวอย่างเช่นAnaxímades of Miletus (588 BC - 524 BC) ถือว่าอากาศเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิตเนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่เลี้ยงด้วยองค์ประกอบนี้

ในส่วนของเขา Empedocles of Acragas (495 BC - 435 BC) พิจารณาว่ามีองค์ประกอบพื้นฐานสี่ประการสำหรับชีวิต: น้ำดินไฟและอากาศ

อริสโตเติล (384 BC-322 BC) ยังถือว่าอากาศเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต

การค้นพบองค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศ

ในปี 1773 Carl Scheele นักเคมีชาวสวีเดนได้ค้นพบว่าอากาศประกอบด้วยไนโตรเจนและออกซิเจน (อากาศที่ไม่ติดไฟ) ต่อมาในปี พ.ศ. 2317 โจเซฟพรีสต์ลีย์ชาวอังกฤษได้พิจารณาว่าอากาศประกอบด้วยองค์ประกอบต่าง ๆ และสิ่งเหล่านี้จำเป็นต่อชีวิต

ในปี พ.ศ. 2319 Antoine Lavoisier ชาวฝรั่งเศสเรียกออกซิเจนไปยังองค์ประกอบที่เขาแยกได้จากการสลายตัวด้วยความร้อนของปรอทออกไซด์

ในปี 1804 นักธรรมชาติวิทยา Alexander von Humboldt และนักเคมีชาวฝรั่งเศส Gay-Lussac ได้วิเคราะห์อากาศที่มาจากส่วนต่างๆของโลก นักวิจัยระบุว่าอากาศในชั้นบรรยากาศมีองค์ประกอบคงที่

จนกระทั่งปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อมีการค้นพบก๊าซอื่น ๆ ที่เป็นส่วนหนึ่งของอากาศในชั้นบรรยากาศ ในจำนวนนี้เรามีอาร์กอนในปีพ. ศ. 2437 จากนั้นฮีเลียมในปีพ. ศ. 2438 และก๊าซอื่น ๆ (นีออนอาร์กอนและซีนอน) ในปี พ.ศ. 2441

ลักษณะเฉพาะ

บรรยากาศของโลกในพื้นหลังดวงจันทร์ ที่มา: NASA ผ่าน Wikimedia Commons

อากาศในชั้นบรรยากาศเรียกอีกอย่างว่าบรรยากาศและเป็นส่วนผสมของก๊าซที่ปกคลุมดาวเคราะห์โลก

ที่มา

ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับต้นกำเนิดของชั้นบรรยากาศของโลก ถือได้ว่าหลังจากแยกตัวจากดวงอาทิตย์ดาวเคราะห์ก็ถูกล้อมรอบด้วยซองก๊าซที่ร้อนจัด

ก๊าซเหล่านี้อาจลดลงและมาจากดวงอาทิตย์ซึ่งประกอบด้วย H _{2 เป็น}หลัก ก๊าซอื่น ๆ น่าจะเป็น CO ₂และ H ₂ O ที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดของภูเขาไฟที่รุนแรง

มีข้อเสนอแนะว่าส่วนหนึ่งของก๊าซในปัจจุบันเย็นตัวกลั่นตัวและก่อให้เกิดมหาสมุทร ก๊าซอื่น ๆ ยังคงก่อตัวในชั้นบรรยากาศและอื่น ๆ ถูกเก็บไว้ในหิน

โครงสร้าง

บรรยากาศประกอบด้วยชั้นศูนย์กลางที่แตกต่างกันโดยคั่นด้วยโซนการเปลี่ยนแปลง ขีด จำกัด บนของชั้นนี้ไม่ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจนและผู้เขียนบางคนวางไว้เหนือระดับน้ำทะเล 10,000 กม.

แรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงและวิธีที่ก๊าซถูกบีบอัดมีผลต่อการกระจายตัวบนพื้นผิวโลก ดังนั้นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุดของมวลทั้งหมด (ประมาณ 99%) จึงอยู่ในช่วง 40 กม. แรกเหนือระดับน้ำทะเล

ชั้นบรรยากาศ ที่มา: ภาพ SVG นี้ถูกสร้างโดย Medium69 รูปภาพขนาดเล็ก SVG a étécréée par Medium69 โปรดให้เครดิตสิ่งนี้: William Crochot

ระดับหรือชั้นต่างๆของอากาศในชั้นบรรยากาศมีองค์ประกอบทางเคมีและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ตามการจัดเรียงในแนวตั้งจากชั้นที่ใกล้ที่สุดถึงไกลที่สุดจากพื้นผิวโลกจะทราบชั้นต่างๆดังต่อไปนี้: โทรโพสเฟียร์สตราโตสเฟียร์มีโซสเฟียร์เทอร์โมสเฟียร์และเอ็กโซสเฟียร์

ในความสัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมีของอากาศในชั้นบรรยากาศมีการกำหนดสองชั้น: โฮโมสเฟียร์และเฮเทอโรสเฟียร์

Homosphere

ตั้งอยู่เหนือระดับน้ำทะเล 80-100 กิโลเมตรแรกและองค์ประกอบของก๊าซในอากาศเป็นเนื้อเดียวกัน ในโทรโพสเฟียร์นี้มีสตราโตสเฟียร์และมีโซสเฟียร์อยู่

Heterosphere

ปัจจุบันมีความสูงกว่า 100 กม. และโดดเด่นด้วยองค์ประกอบของก๊าซที่มีอยู่ในอากาศที่แปรปรวน ตรงกับเทอร์โมสเฟียร์ องค์ประกอบของก๊าซแตกต่างกันไปในระดับความสูงที่แตกต่างกัน

องค์ประกอบของอากาศในบรรยากาศดั้งเดิม

ดิสก์ Planetesimal ที่มา: สาธารณสมบัติ, commons.wikimedia.org

หลังจากการก่อตัวของโลกประมาณ 4,500 ล้านปีก่อนก๊าซเริ่มสะสมซึ่งก่อตัวเป็นอากาศในชั้นบรรยากาศ ก๊าซส่วนใหญ่มาจากเสื้อคลุมของโลกเช่นเดียวกับผลกระทบกับดาวเคราะห์ (มวลรวมของสสารที่กำเนิดดาวเคราะห์)

การสร้าง CO

การระเบิดครั้งใหญ่บนโลกเริ่มปล่อยก๊าซต่างๆเข้าสู่ชั้นบรรยากาศเช่น N ₂ , CO ₂และ H ₂ O คาร์บอนไดออกไซด์เริ่มสะสมตั้งแต่ carbonation (กระบวนการตรึง CO ₂ในชั้นบรรยากาศในรูปแบบ คาร์บอเนต) หายาก

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการตรึง CO ₂ในขณะนี้คือฝนที่มีความรุนแรงต่ำมากและมีพื้นที่ทวีปเล็กมาก

กำเนิดชีวิตการสะสมก๊าซมีเทน (CH

สิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกที่ปรากฏบนโลกใช้ CO ₂และ H ₂ในการหายใจ สิ่งมีชีวิตในยุคแรกเหล่านี้เป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนและเมทาโนเจนิก (ผลิตก๊าซมีเทนจำนวนมาก)

ก๊าซมีเทนสะสมในอากาศในชั้นบรรยากาศเนื่องจากการสลายตัวช้ามาก มันสลายตัวโดยโฟโตไลซิสและในบรรยากาศที่แทบไม่มีออกซิเจนกระบวนการนี้อาจใช้เวลานานถึง 10,000 ปี

ตามบันทึกทางธรณีวิทยาประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อนมีการลดลงของ CO ₂ในชั้นบรรยากาศซึ่งเกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าอากาศที่อุดมไปด้วย CH ₄ทำให้ฝนตกรุนแรงขึ้น

เหตุการณ์ออกซิเดชันขนาดใหญ่ (การสะสมของ O

ถือว่าประมาณ 2.4 พันล้านปีที่แล้วปริมาณ O ₂บนโลกถึงระดับที่สำคัญในอากาศในชั้นบรรยากาศ การสะสมขององค์ประกอบนี้เกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่ช่วยให้สามารถสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์จากอนินทรีย์อื่น ๆ ต่อหน้าแสงได้ ในระหว่างการเกิด O ₂จะถูกปล่อยออกมาเป็นผลพลอยได้

อัตราการสังเคราะห์แสงที่สูงซึ่งผลิตโดยไซยาโนแบคทีเรีย (สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงชนิดแรก) กำลังเปลี่ยนองค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศ O ₂จำนวนมากที่ถูกปลดปล่อยกลับสู่ชั้นบรรยากาศมากขึ้นเรื่อย ๆ

O ₂ระดับสูงเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการสะสมของ CH ₄เนื่องจากมันเร่งกระบวนการโฟโตไลซิสของสารประกอบนี้ เมื่อก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศลดลงอย่างมากอุณหภูมิของดาวเคราะห์ก็ลดลงและเกิดน้ำแข็งขึ้น

ผลกระทบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการสะสมของ O ₂บนโลกคือการก่อตัวของชั้นโอโซน Atmospheric O ₂แยกตัวออกจากกันภายใต้ผลกระทบของแสงและก่อตัวเป็นอนุภาคออกซิเจนอะตอมสองอนุภาค

อะตอมออกซิเจนรวมตัวกับโมเลกุลO ₂และรูปแบบ O ₃ (โอโซน) ชั้นโอโซนเป็นเกราะป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตทำให้สามารถพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวโลกได้

ไนโตรเจนในบรรยากาศและบทบาทในการกำเนิดชีวิต

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของสิ่งมีชีวิตเนื่องจากจำเป็นต่อการสร้างโปรตีนและกรดนิวคลีอิก อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้บรรยากาศN ₂ได้โดยตรง

การตรึงไนโตรเจนอาจเป็นทางชีวภาพหรือทางชีวภาพ ประกอบด้วยการรวมกันของ N ₂กับ O ₂หรือ H ₂เพื่อสร้างแอมโมเนียไนเตรตหรือไนไตรต์

เนื้อหา N ₂ในอากาศในชั้นบรรยากาศยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกไม่มากก็น้อย ในช่วง CO ₂ระยะเวลาการสะสม, N ₂ตรึงเป็น abiotic โดยทั่วไปเนื่องจากการสะสมของไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากการแยกตัวออกแสงของ H ₂ O และ CO ₂โมเลกุลที่เป็นแหล่งที่มาของโอ2

เมื่อระดับ CO ₂ในบรรยากาศลดลงอัตราการสร้างไนโตรเจนออกไซด์จะลดลงอย่างมาก จะพิจารณาว่าในช่วงเวลานี้เส้นทางที่สิ่งมีชีวิตแรกของ N ₂ตรึงเกิดขึ้น

องค์ประกอบของอากาศในบรรยากาศปัจจุบัน

อากาศในบรรยากาศประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซและองค์ประกอบที่ค่อนข้างซับซ้อนอื่น ๆ องค์ประกอบส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากระดับความสูง

Homosphere

พบว่าองค์ประกอบทางเคมีของอากาศแห้งในบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลคงที่พอสมควร ไนโตรเจนและออกซิเจนประกอบขึ้นเป็นประมาณ 99% ของมวลและปริมาตรของโฮโมสเฟียร์

ไนโตรเจนในบรรยากาศ (N ₂ ) อยู่ในสัดส่วน 78% ในขณะที่ออกซิเจนมีสัดส่วน 21% ของอากาศ องค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดอันดับต่อไปในอากาศในชั้นบรรยากาศคืออาร์กอน (Ar) ซึ่งมีปริมาณน้อยกว่า 1% ของปริมาตรทั้งหมด

ส่วนประกอบของอากาศในบรรยากาศ ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modified

ยังมีองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีความสำคัญยิ่งแม้ว่าจะมีขนาดเล็กก็ตาม คาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) มีอยู่ในสัดส่วน 0.035% และไอน้ำอาจแตกต่างกันระหว่าง 1 ถึง 4% ขึ้นอยู่กับภูมิภาค

โอโซน (O ₃ ) พบในสัดส่วน 0.003% แต่เป็นอุปสรรคที่จำเป็นสำหรับการปกป้องสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ในสัดส่วนเดียวกันนี้เราพบก๊าซมีตระกูลต่างๆเช่นนีออน (Ne) คริปทอน (Kr) และซีนอน (Xe)

นอกจากนี้ยังมีไฮโดรเจน (H ₂ ) ไนตรัสออกไซด์และมีเทน (CH ₄ ) ในปริมาณที่น้อยมาก

องค์ประกอบอื่นที่เป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศคือน้ำเหลวที่มีอยู่ในเมฆ ในทำนองเดียวกันเราพบองค์ประกอบที่เป็นของแข็งเช่นสปอร์ละอองเรณูขี้เถ้าเกลือจุลินทรีย์และผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก

Heterosphere

ในระดับนี้ระดับความสูงจะเป็นตัวกำหนดชนิดของก๊าซที่โดดเด่นในอากาศในชั้นบรรยากาศ ก๊าซทั้งหมดมีน้ำหนักเบา (น้ำหนักโมเลกุลต่ำ) และจัดอยู่ในสี่ชั้นที่แตกต่างกัน

จะเห็นได้ว่าเมื่อความสูงเพิ่มขึ้นก๊าซที่มีอยู่มากก็จะมีมวลอะตอมลดลง

ระหว่างความสูง 100 ถึง 200 กม. มีไนโตรเจนโมเลกุล (N ₂ ) มากขึ้น น้ำหนักของโมเลกุลนี้คือ 28.013 g / mol

ชั้นที่สองของเฮเทอโรสเฟียร์ประกอบด้วยอะตอม O และตั้งอยู่ระหว่าง 200 ถึง 1,000 กม. จากระดับน้ำทะเล อะตอม O มีมวลของ 15999 ที่หนักน้อยกว่า N 2

ต่อมาเราพบชั้นฮีเลียมสูงระหว่าง 1,000 ถึง 3500 กม. ฮีเลียมมีมวลอะตอมเท่ากับ 4.00226

ชั้นสุดท้ายของเฮเทอโรสเฟียร์ประกอบด้วยไฮโดรเจนอะตอม (H) ก๊าซนี้มีน้ำหนักเบาที่สุดในตารางธาตุโดยมีมวลอะตอม 1.007

อ้างอิง

1. Katz M (2011) วัสดุและวัตถุดิบ, Air. คู่มือการสอนบทที่ 2. สถาบันเทคโนโลยีการศึกษาแห่งชาติกระทรวงศึกษาธิการ. บัวโนสไอเรส. อาร์เจนตินา. 75 น
2. พระ PS, C Granier, S Fuzzi และคณะ (2552) การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของบรรยากาศ - คุณภาพอากาศระดับโลกและระดับภูมิภาค. สภาพแวดล้อมบรรยากาศ 43: 5268-5350
3. Pla-García J and C Menor-Salván (2017) องค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศดั้งเดิมของดาวเคราะห์โลก เคมี 113: 16-26.
4. Rohli R และ Vega A (2015) Climatology. ฉบับที่สาม การเรียนรู้ของ Jones และ Bartlett นิวยอร์กสหรัฐอเมริกา 451 น.
5. Saha K (2011) บรรยากาศของโลกฟิสิกส์และพลวัต. Springer-Verlag เบอร์ลินเยอรมนี 367 หน้า