Atmosfærisk kemi | kemien i Jordens atmosfære og andre planeters atmosfære

Atmosfærisk sammensætning

Gennemsnitlig sammensætning af den tørre atmosfære (molbrøkdele)
Gas	pr. NASA
Kvælstof, N2	78.084%
Oxygen, O2	20.946%
Argon, Ar	0.934%
Mindre bestanddele (molbrøkdele i ppm)
Kuldioxid, CO2	383
Neon, Ne, Ne	18.18
Helium, He	5.24
Metan, CH4	1.7
Krypton, Kr	1.14
Brint, H2	0.55
Vand
Vanddamp	Meget varierende; udgør typisk ca. 1 %.

Bemærkninger: koncentrationen af CO₂ og CH₄ varierer efter årstid og sted. Lufts gennemsnitlige molekylmasse er 28,97 g/mol.

 
Jordens atmosfære er sammensat. Vanddamp er ikke medtaget, da den ændrer sig meget over tid. Hver lille terning (som f.eks. den, der repræsenterer krypton) har en milliontedel af volumenet af hele blokken.   Dataene er fra NASA Langley.  


Skematisk oversigt over kemiske processer og transportprocesser i forbindelse med atmosfærens sammensætning.  

Historie

De gamle grækere betragtede luft som et af de fire elementer. De første videnskabelige undersøgelser af atmosfærens sammensætning begyndte i det 18. århundrede. Kemikere som Joseph Priestley, Antoine Lavoisier og Henry Cavendish foretog de første målinger af atmosfærens sammensætning.

I slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede flyttede interessen sig til sporstoffer med meget små koncentrationer. En vigtig opdagelse for atmosfærekemien var Christian Friedrich Schönbein's opdagelse af ozon i 1840.

Koncentrationerne af sporgasser i atmosfæren har ændret sig over tid, og det samme gælder de kemiske processer, der danner og nedbryder forbindelser i luften. To vigtige eksempler herpå er Sydney Chapmans og Gordon Dobsons forklaring af, hvordan ozonlaget dannes og vedligeholdes, og Arie Jan Haagen-Smit's forklaring af fotokemisk smog. Yderligere undersøgelser af ozonproblematikken førte til Nobelprisen i kemi i 1995, som Paul Crutzen, Mario Molina og Frank Sherwood Rowland delte mellem sig.

I det 21. århundrede er fokus nu ved at skifte igen. Atmosfærens kemi studeres i stigende grad som en del af Jordens system. Tidligere fokuserede forskerne på atmosfærisk kemi isoleret. Nu studerer forskerne atmosfærisk kemi som en del af et enkelt system med resten af atmosfæren, biosfæren og geosfæren. En af grundene hertil er forbindelserne mellem kemi og klima. F.eks. påvirker klimaændringer og genopretning af ozonhullet hinanden. Atmosfærens sammensætning påvirker også oceanerne og de terrestriske økosystemer.

 

Metodologi

Observationer, laboratoriemålinger og modellering er de tre centrale elementer i atmosfærisk kemi. Alle tre metoder anvendes sammen. F.eks. kan observationer vise, at der findes mere af en kemisk forbindelse, end man tidligere havde troet. Dette vil stimulere til nye modellerings- og laboratorieundersøgelser, som vil øge den videnskabelige forståelse til et punkt, hvor observationerne kan forklares.

Observation

Observationer af atmosfærisk kemi er vigtige. Forskere registrerer data om luftens kemiske sammensætning over tid for at se efter eventuelle ændringer. Et eksempel herpå er Keeling-kurven - en række målinger fra 1958 til i dag, som viser en støt stigning i koncentrationen af kuldioxid. Observationer af atmosfærens kemi foretages i observatorier som f.eks. på Mauna Loa og på mobile platforme som f.eks. fly, skibe og balloner. Observationer af atmosfærens sammensætning foretages i stigende grad af satellitter, som giver et globalt billede af luftforurening og -kemi. Overfladeobservationer har den fordel, at de giver langsigtede registreringer med høj tidsmæssig opløsning, men de leverer data fra et begrænset vertikalt og horisontalt område. Nogle overfladebaserede instrumenter såsom LIDAR kan give koncentrationsprofiler af kemiske forbindelser og aerosol, men de er stadig begrænset i det horisontale område, de dækker. Mange observationer deles online.

Laboratoriemålinger

Målinger i laboratoriet er afgørende for vores forståelse af kilder og dræn af forurenende stoffer og forbindelser, der findes i naturen. Laboratorieundersøgelser viser, hvilke gasser der reagerer med hinanden, og hvor hurtigt de reagerer. Forskerne måler reaktioner i gasfasen, på overflader og i vand. Forskerne undersøger også fotokemi, som kvantificerer, hvor hurtigt molekyler splittes af sollys, og hvilke produkter der opstår. Forskere undersøger også termodynamiske data som f.eks. Henry-lovkoefficienter.