Ατμόσφαιρα

Ο ατμοσφαιρικός αέρας συνίσταται από ένα μίγμα και άλλα αερογενή μόρια. Τα επικρατέστερα εξ αυτών είναι το Άζωτο (Ν2), υπό συγκέντρωση 78%, το Οξυγόνο (Ο2), υπό συγκέντρωση 21%, τα ευγενή, αδρανή ή τέλεια αέρια, όπως το αργό, το νέον, και το ήλιο (1%). Ανιχνεύονται μικρές ποσότητες άλλων αερίων, όπως οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακος (CO2), το μεθάνιο, το όζον. Η σύνθεση της ατμόσφαιρας έχει τροποποιηθεί κατά τη διάρκεια της ιστορίας του πλανήτη. Όταν πρωτοσχηματίστηκε, ήταν μάλλον υπερθερμασμένη, ώστε δεν μπορούσε να διατηρηθεί καμμιά ατμόσφαιρα. Πιστεύεται ότι τα πρώτα αέρια που συνέθεσαν την ατμόσφαιρα ήταν το ήλιο, Ηe, η αμμωνία, ΝΗ3 και το μεθάνιο, CH4. Αργότερα, προστέθηκε πτητική δραστηριότητα, με την παρουσία των υδρατμών, του CO2, και του Ν2, κατά τη διάρκεια της δεύτερης φάσεως της γήινης ατμόσφαιρας. Τα πτητικά αέρια προκάλεσαν τον αδρό σχηματισμό μεγάλου όγκου υδρατμών, απολήγοντας στο σχηματισμό νεφών και παρατεταμένης διάρκειας βρογχοπτώσεων. Το νερό της βροχής συγκεντρώθηκε σε αποθήκες, συμπεριλαμβανομένων των ωκεανών, των λιμνών, και των ποταμών. Επειδή το άζωτο είναι σχετικά αδρανέστερο, συγκριτικά με το CO2 παρέμεινε αιωρούμενο στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα η συγκέντρωσή του να αυξάνεται και να επικρατεί στην ατμόσφαιρα.

Πιστεύεται ότι η ισχυρή ηλιακή ακτινοβολία της περιόδου εκείνης ήταν ικανή να προκαλέσει λύση των υδρατμών προς Η2 και Ο2. Όπως το Ν2, έτσι και το Ο2 άρχισε, από εκείνη την περίοδο να αθροίζεται στην ατμόσφαιρα, ενώ το άεριο H2, που είναι ελαφρύτερο, δραπέτευσε από την ατμόσφαιρα. Η διαδικασία της φωτοσυνθέσεως έχει εισφέρει σημαντικά, στη διαμόρφωση των συγκεντρώσεων Ο2 στην ατμόσφαιρά μας.

Οι μεταβολές αυτές της συνθέσεως της ατμόσφαιρας πραγματοποιήθηκαν σε δάστημα δισεκατομμυρίων ετών. Η ανθρώπινη δραστηριότητα, ήδη μεταβάλλει ραγδαία την ευνοϊκή για τη διατήρηση της ζωής σύνθεση της ατμόσφαιράς μας.

 
2013: ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΕΤΟΣ ΑΕΡΟΣ - Δέκα αρχές για καθαρό αέρα
η ρύπανση του περιβάλλοντος



Αέρας περιβάλλοντος. H ατμοσφαιρική πίεση (ΒΡ) είναι το σύνολο των πιέσεων που ασκούν, με την κινητική τους ενέργεια, όλα τα μόρια στο μίγμα αερίων της ατμόσφαιρας. Η ΒΡ ποικίλει με το ύψος, καθώς στην επιφάνεια της θάλασσας είναι 760 mmHg, αλλά και, ελαφρότερα, από ημέρα σε ημέρα. Στη συζήτηση για τη φυσιολογία της αναπνοής, οι πιέσεις στο θώρακα ή τους πνεύμονες μετρώνται σχετικά με την ατμοσφαιρική πίεση, που για λόγους απλοποιήσεως τοποθετείται στο 0 (πίεση μετρητή=gauge pressure). Οι πιέσεις, όμως, στην ατνόσφαιρα, τις κυψελίδες, και το αίμα, μετριέται σε mmHg. Η πίεσh στις κυψελίδες είναι, π.χ., 13 cmH2O ή 10 mmHg (gauge) και ισοδυναμεί με 770 mmHg, απόλυτης πιέσεως. Η ατμόσφαιρα είναι μίγμα αερίων, που απαρτίζεται από οξυγόνο (20.95% ή ~21%) άζωτο (78.90% ή ~79%), αργό (0.93%), και διοξείδιο του άνθρακος (0.03%), ενώ οι υδρατμοί ποικίλουν από 0-2% και αραιώνουν τα άλλα αέρια, ανάλογα. Συνήθως τα ιχνοστοιχεία και οι υδρατμοί αγνούνται, αλλά για τους υδρατμούς χρειάζεται ιδιαίτερη αναφορά.
Μερικές πιέσεις αερίων. Σ΄ένα μίγμα αερίων, η πίεση που ασκείται από την κινητική ενέργεια των μορίων τους αναφέρεται ως η μερική του πίεση. Εάν το μίγμα αερίων είναι εγκελεισμένο σ΄έναν αεροστεγή περιέκτη, αναπτύσσει πίεση στα τοιχώματα του περιέκτη μέσω του μηχανισμού συγκρούσεων των μορίων του, μεταξύ τους και στα τοιχώματα του περιέκτη, Η πίεση που αναπτύσσεται από όλα τα μόρια του αερίου μίγματος είναι η συνολική πέιση του μίγματος των αερίων. Η μερική πίεση κάθε συστατικού αερίου του μίγματος είναι η οπίεση που θα αναπτυσσόταν από τα μόρια του αερίου αυτού, εάν δρούσε μόνο του. Επειδή οι τυχαίες (κίνηση Brown) κινήσεις των μορίων του αερίου που προκαλούν τις συγκρούσεις μεταξύ των μορίων του είναι οι ίδιες επί των οποίων βασίζεται η διάχυση, η μερική πίεση ενός αερίου είναιο μέτρηση της τάσεώς του να διαχυθούν είτε μέσω ενός αερίου ή με΄σω ενός υγρού. Η συνολική πίεση ενός μίγματος αερίων είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων κάθε αερίου που συμμετέχει στο μίγμα (νόμος Dalton). Επειδή οι κυψελίδες και οι αεραγωγοί είναι ανοικτοί στην ταμόσφαιρα, το άθροισμα των μερικών πιέσεων στους πνεύμονες πρέπει να προστίθενται στη βαρομετρική πίεση: PATM=PCO2 + PO2 + PN2 = PH2O. (νόμος Dalton). Eπιπλέον, οι μερικές πιέσεις είναι ανάλογες της συγκεντρώσεως. Κατά παραδοχή, τα κλάσματα των αείων μετρώνται μετά την αφαίρεση των υδρατμών, δηλαδή επί ξηρού αέρος. Επομένως, η μερική πίεση ενός αερίου ευρίσκεται πολλαπλασιάζοντας τη συγκέντρωσή του (ή το κλάσμα του) με την συνολική πίεση αφαιρούμενων των υδρατμών. Η έννοια της μερικής πιέσεως, επίσης, εφαρμόζεται για αέρια διαλύματα σε υγρό, όπως το αίμα ή το πλάσμα. Εάν ένα υγρό, ελεύθερο αερίων, είναι σε επαφή με τον αέρα, τα μόρια του αερίου εισδύουν στο υγρό, με μηχανσιμούς διαχύσεως, μέχρις ότου η μερική πίεση του αερίου στο υγρό και τον αέρα εξισωθούν. Η σχέση της μερικής πιέσεως ενός αερίου σ΄ένα υγρό υπόστρωμα, προς την συγκέντρωση αυτού του αερίου εξαρτάται από τη διαλυτότητα και τυχόν χημικής σενώσεως που μπορεί να πραγματοποιείται. Π.χ., το άζωτο και το οξυγόνο διαλύονται δυσχερώς στο αίμα, αλλά μεγάλες ποσότητες οξυγόνου δεσμεύονται χημικώς με την αιμοασφαιρίνη.