Atmosférická chémia

História

Starí Gréci považovali vzduch za jeden zo štyroch živlov. Prvé vedecké štúdie zloženia atmosféry sa začali v 18. storočí. Chemici ako Joseph Priestley, Antoine Lavoisier a Henry Cavendish uskutočnili prvé merania zloženia atmosféry.

Koncom 19. a začiatkom 20. storočia sa záujem presunul na stopové zložky s veľmi malými koncentráciami. Významným objavom pre atmosférickú chémiu bol objav ozónu Christianom Friedrichom Schönbeinom v roku 1840.

Koncentrácie stopových plynov v atmosfére sa v priebehu času menili, rovnako ako chemické procesy, ktoré vytvárajú a ničia zlúčeniny v ovzduší. Dva dôležité príklady: vysvetlenie Sydneyho Chapmana a Gordona Dobsona o tom, ako sa vytvára a udržiava ozónová vrstva, a vysvetlenie fotochemického smogu, ktoré podal Arie Jan Haagen-Smit. Ďalšie štúdie o problematike ozónu viedli k udeleniu Nobelovej ceny za chémiu v roku 1995, o ktorú sa podelili Paul Crutzen, Mario Molina a Frank Sherwood Rowland.

V 21. storočí sa pozornosť opäť presúva. Atmosférická chémia sa čoraz viac študuje ako jedna zo súčastí systému Zeme. Predtým sa vedci zameriavali na atmosférickú chémiu izolovane. Teraz vedci študujú atmosférickú chémiu ako jednu časť jedného systému s ostatnými časťami atmosféry, biosféry a geosféry. Dôvodom je prepojenie medzi chémiou a klímou. Napríklad zmena klímy a obnova ozónovej diery sa navzájom ovplyvňujú. Zloženie atmosféry sa tiež vzájomne ovplyvňuje s oceánmi a suchozemskými ekosystémami.

Metodika

Pozorovania, laboratórne merania a modelovanie sú tri hlavné prvky atmosférickej chémie. Všetky tri metódy sa používajú spoločne. Pozorovania môžu napríklad ukázať, že existuje viac chemickej zlúčeniny, ako sa predtým predpokladalo. To podnieti nové modelovanie a laboratórne štúdie, ktoré zvýšia vedecké chápanie do takej miery, že pozorovania bude možné vysvetliť.

Pozorovanie

Dôležité sú pozorovania chemického zloženia atmosféry. Vedci zaznamenávajú údaje o chemickom zložení vzduchu v priebehu času a sledujú prípadné zmeny. Jedným z príkladov je Keelingova krivka - séria meraní od roku 1958 až po súčasnosť, ktorá ukazuje neustály nárast koncentrácie oxidu uhličitého. Pozorovania chemického zloženia atmosféry sa vykonávajú v observatóriách, ako napríklad na Mauna Loa, a na mobilných platformách, ako sú lietadlá, lode a balóny. Pozorovania zloženia atmosféry sa čoraz častejšie vykonávajú prostredníctvom satelitov, ktoré poskytujú globálny obraz o znečistení a chemickom zložení ovzdušia. Pozorovania na povrchu majú tú výhodu, že poskytujú dlhodobé záznamy s vysokým časovým rozlíšením, ale poskytujú údaje z obmedzeného vertikálneho a horizontálneho priestoru. Niektoré povrchové prístroje, ako napríklad LIDAR, môžu poskytovať profily koncentrácie chemických zlúčenín a aerosólov, ale stále sú obmedzené v horizontálnej oblasti, ktorú pokrývajú. Mnohé pozorovania sa zdieľajú on-line.

Laboratórne merania

Merania vykonané v laboratóriu sú nevyhnutné pre pochopenie zdrojov a pohlcovačov znečisťujúcich látok a zlúčenín, ktoré sa nachádzajú v prírode. Laboratórne štúdie ukazujú, ktoré plyny navzájom reagujú a ako rýchlo reagujú. Vedci merajú reakcie v plynnej fáze, na povrchoch a vo vode. Vedci tiež skúmajú fotochémiu, ktorá kvantifikuje, ako rýchlo sa molekuly rozdeľujú slnečným svetlom a aké sú ich produkty. Vedci skúmajú aj termodynamické údaje, ako sú koeficienty Henryho zákona.