Légköri kémia
A légköri kémia a tudomány azon ága, amely a Föld és más bolygók légkörének kémiáját tanulmányozza. Ez egy multidiszciplináris kutatási terület, amely a környezeti kémiára, a fizikára, a meteorológiára, a számítógépes modellezésre, az oceanográfiára, a geológiára, a vulkanológiára és más tudományágakra támaszkodik. A kutatás más tudományterületekkel, például a klimatológiával is kapcsolatban áll.
A légkör tanulmányozása magában foglalja a légkör és az élő szervezetek közötti kölcsönhatások tanulmányozását. A Föld légkörének összetétele olyan természetes folyamatok eredményeként változik, mint a vulkánok kibocsátása, a villámlás és a Nap koronájából származó naprészecskék bombázása. Az emberi tevékenység hatására is változik. E változások némelyike káros az emberi egészségre, a terményekre és az ökoszisztémákra. Példák a problémákra a savas eső, az ózonréteg csökkenése, a fotokémiai szmog, az üvegházhatású gázok és a globális felmelegedés. A légköri kémikusok e problémák okait tanulmányozzák. A légköri kémikusok elméleteket állítanak fel ezekkel a problémákkal kapcsolatban, majd tesztelik az elméleteket és a lehetséges megoldásokat. A légköri kémikusok a kormányzati politika változásainak hatásait is megfigyelik.
Történelem
Az ókori görögök a levegőt a négy elem egyikének tekintették. A légkör összetételének első tudományos vizsgálatai a 18. században kezdődtek. Olyan kémikusok, mint Joseph Priestley, Antoine Lavoisier és Henry Cavendish végezték el a légkör összetételének első méréseit.
A 19. század végén és a 20. század elején az érdeklődés a nagyon kis koncentrációjú nyomelemek felé fordult. A légkör kémiája szempontjából fontos felfedezés volt az ózon felfedezése Christian Friedrich Schönbein által 1840-ben.
A légkörben lévő nyomgázok koncentrációja az idők során változott, és így változtak azok a kémiai folyamatok is, amelyek a levegőben lévő vegyületeket létrehozzák és megsemmisítik. Két fontos példa erre Sydney Chapman és Gordon Dobson magyarázata az ózonréteg kialakulásának és fenntartásának módjáról, valamint Arie Jan Haagen-Smit magyarázata a fotokémiai szmogról. Az ózonnal kapcsolatos további tanulmányok vezettek az 1995-ös kémiai Nobel-díjhoz, amelyet Paul Crutzen, Mario Molina és Frank Sherwood Rowland megosztva kapott.
A 21. században a hangsúly ismét eltolódik. A légkör kémiáját egyre inkább a Föld rendszerének egyik részeként tanulmányozzák. Korábban a tudósok elszigetelten foglalkoztak a légköri kémiával. Most a tudósok a légköri kémiát a légkör, a bioszféra és a geoszféra többi részével egy egységes rendszer részeként tanulmányozzák. Ennek egyik oka a kémia és az éghajlat közötti kapcsolat. Például az éghajlat változása és az ózonlyuk helyreállása hatással van egymásra. Emellett a légkör összetétele kölcsönhatásban van az óceánokkal és a szárazföldi ökoszisztémákkal.
Módszertan
A légköri kémia három központi eleme a megfigyelések, a laboratóriumi mérések és a modellezés. Mindhárom módszert együttesen alkalmazzák. Például a megfigyelésekből kiderülhet, hogy egy kémiai vegyületből több van, mint korábban gondolták. Ez új modellezésre és laboratóriumi vizsgálatokra ösztönöz, amelyek a tudományos megértést olyan mértékben növelik, hogy a megfigyelések megmagyarázhatók legyenek.
Megfigyelés
Fontosak a légkör kémiai megfigyelései. A tudósok idővel rögzítik a levegő kémiai összetételére vonatkozó adatokat, hogy megfigyelhessék a változásokat. Ennek egyik példája a Keeling-görbe - 1958-tól napjainkig tartó méréssorozat, amely a szén-dioxid koncentrációjának folyamatos emelkedését mutatja. A légköri kémiai megfigyeléseket olyan obszervatóriumokban végzik, mint például a Mauna Loa, valamint mobil platformokon, például repülőgépeken, hajókon és léggömbökön. A légkör összetételének megfigyelését egyre gyakrabban műholdak végzik, amelyek globális képet adnak a légszennyezésről és a légkör kémiai összetételéről. A felszíni megfigyelések előnye, hogy nagy időbeli felbontású, hosszú távú adatokat szolgáltatnak, de korlátozott vertikális és horizontális térből származó adatokat. Egyes felszíni műszerek, mint például a LIDAR, képesek a kémiai vegyületek és az aeroszol koncentrációs profiljait szolgáltatni, de az általuk lefedett horizontális területet tekintve még mindig korlátozottak. Számos megfigyelést online megosztanak.
Laboratóriumi mérések
A laboratóriumban végzett mérések elengedhetetlenek a természetben található szennyező anyagok és vegyületek forrásainak és nyelőinek megértéséhez. A laboratóriumi vizsgálatokból kiderül, hogy mely gázok reagálnak egymással, és milyen gyorsan reagálnak. A tudósok mérik a reakciókat a gázfázisban, a felületeken és a vízben. A tudósok fotokémiát is vizsgálnak, amely azt méri, hogy a napfény hatására milyen gyorsan hasadnak szét a molekulák, és milyen termékek keletkeznek. A tudósok termodinamikai adatokat is vizsgálnak, például a Henry-törvény együtthatóit.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a légköri kémia?
V: A légköri kémia a tudomány azon ága, amelyben a Föld és más bolygók légkörének kémiáját tanulmányozzák. Több tudományágra támaszkodik, mint például a környezeti kémia, a fizika, a meteorológia, a számítógépes modellezés, az oceanográfia, a geológia és a vulkanológia.
K: Hogyan foglalja magában a légkör tanulmányozása az élő szervezetek tanulmányozását?
V: A légkör kémiájának kutatása magában foglalja a légkör és az élő szervezetek közötti kölcsönhatások tanulmányozását is.
K: Milyen példák vannak az emberi tevékenység által okozott problémákra?
V: Az emberi tevékenység által okozott problémák közé tartozik például a savas eső, az ózonréteg csökkenése, a fotokémiai szmog, az üvegházhatású gázok és a globális felmelegedés.
K: Mit tesznek a légköri kémikusok e problémák kezelése érdekében?
V: A légköri kémikusok elméleteket állítanak fel ezekről a problémákról, majd tesztelik azokat a lehetséges megoldások szempontjából. Megfigyelik az ezekkel a kérdésekkel kapcsolatos kormányzati politika változásainak hatásait is.
K: Hogyan változik a Föld légkörének összetétele a természetben?
V: A Föld légkörének összetétele olyan természetes folyamatok eredményeként változik, mint a vulkánok kibocsátása, a villámlás és a Nap koronájából származó naprészecskék bombázása.
