Edukira joan

Kimika atmosferiko

Wikipedia, Entziklopedia askea
Hodeiak eta kumuluninboak, ISStik ikusia.

Kimika atmosferikoa kimika-zientzien adar bat da, eta Lurraren eta beste planeta batzuen atmosferan gertatzen diren prozesu kimikoak aztertzen ditu. Diziplina anitzeko ikerketa-eremua da eta hainbat diziplina eremurekin lotuta dago, hala nola ingurumen-kimikarekin, fisikarekin, meteorologiarekin, eredu informatikoekin, ozeanografiarekin, klimatologiarekin, geologiarekin eta bulkanologiarekin.

Kimika atmosferikoak aztertzen dituen gai batzuk euri azidoa, smog fotokimikoa eta berotze globala dira. Kimika atmosferikoa arazo horien kausak ulertzen saiatzen da, horretarako, arazo horien ulermen teorikoa lortu, froga daitezkeen konponbide posibleak aurkitu eta gobernu-politiketako aldaketen ondorioak ebaluatzen ditu.

Konposizio atmosferikoa

[aldatu | aldatu iturburu kodea]
Lurreko atmosferaren irudia bolumen konposizioaren arabera. Ur-lurruna ez da agertzen, asko aldatzen delako. Irudian agertzen den lauki txiki bakoitzak kubo osoko bolumen osoaren milioi parte bat adierazten du.

Lurraren atmosferaren konpisizioa eta kimika oso garrantzitsuak dira, atmosferaren eta organismo bizidunen arteko interakzioak direla eta. Prozesu naturalek hala nola sumendi emisioek, tximistek eta koroaren eguzki-partikulen bidezko bonbardaketek, lurraren atmosferaren konposizioa aldatzen dute. Giza jarduerek ere aldatu dute bere konposizioa, jarduera horiak kaltegarriak dira giza osasunarentzat, uztarentzat eta ekosistemarentzat.

Atmosfera lehorraren berezko konposizioa (mol frakzioak)
Gasa NASAren arabera
Nitrogenoa, N2 %78,084
Oxigenoa, O2[1] %20,946
Beste osagai batzuk (mol frakzioak ppm-tan)
Argona, Ar 9340
Karbono dioxidoa, CO2 425
Neona, Ne 18,18
Helioa, He 5,24
Metanoa, CH4 1,9
Kriptona, Kr 1,14
Sulfuro dioxidoa, SO2 <1
Hidrogenoa, H2 0,53
Oxido nitrosoa, N2O 0,34
Xenona, Xe 0,087
Ozonoa, O3, udaran <0,07
Nitrogeno dioxidoa, NO2 <0,02
Ozonoa, O3, neguan <0,02
Iodoa, I2 0,01
Ura
Ur-lurruna Oso aldakorra (% 0–3 inguru);

normalean %1 inguru.

Oharrak
Aire lehorraren berezko masa molarra 28.97 g/mol da. Gasaren konposizioa denboraren eta lekuaren arabera esanguratsuki alda daiteke. CO2 eta CH4 kontzentrazioak urtaro eta lekuaren arabera aldatzen dira.
Nitrogeno oxidoen berezko konposizioa aire lehorrean tenperaturaren arabera.

Aztarna-gasen konposizioa

Atmosferaren konposizio kimikoa altitudearen [2] arabera. Altitudea kilometrotan eta bolumen kontzentrazioa.

Goian azaldatutako osagai nagusiez gain, gas-espezie asko ditu lurraren atmosferak, eta nabarmen aldatzen dira inguruko iturrien arabera. Gas horien artean, CFCs/HCFCs edo H2S bezalako konposatuak daude, hauek kaltegarriak dira ozono geruzarentzat. Behean gas batzuen kantitate batzuk zerrendatuta agertzen dira; gas horiek gainazaletik gertu daude. Gasez gain, atmosferak aerosolak bezalako partikulak ditu, hala nola tantak, izotz kristalak, bakterioak eta hautsa.

Gasa Konposizioa (ppt bolumenaren arabera besterik esaten ez bada)
Karbono monoxidoa, CO (120) 40-200 ppb p39[3]
Etilenoa, C2H4 11,2 ppb p37, kutsatuta [3]
Formaldehidoa, H2CO 9,1 ppb p37, kutsatuta [3]
Azetilenoa, C2H2 8,6 ppb p37, kutsatuta [3]
Metanola, CH3OH 1,967 ppb[4]
Etanoa, C2H6 781[4]
Diklorodifluorometanoa, CCl2F2 530 p41[3]
Karbonilo sulfuroa, OCS 510 p26[3]
Klorometanoa, CH3Cl 503[4]
Isoprenoa, C5H8 311[4]
Triklorofluorometanoa, CCl3F 237 p41[3]
Propanoa, C3H8 200[4]
Azido sulfhidrikoa, H2S (177,5) 15–340 p26[3]
Sufre dioxidoa, SO2 (135) 70–200 p26[3]
Karbono tetrafloruroa, CF4 79 p41[3]
Etanola, C2H5OH 75[4]
Karbono disulfuroa, CS2 (30) 15–45 p26[3]
Nitrogeno monoxidoa, NO 16[4]
Bentzenoa, C6H6 11[4]
Bromometanoa, CH3Br (9,5) 9–10 p44[3]
Sufre hexafloruroa, SF6 7,3 p41[3]
Iodometanoa, CH3I 0,36[4]
Merkurio gaseosoa, Hg 0,209 p55[3]

Metodologia

[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Atmosferaren hiru elemuentu nagusiak behaketak, laborategiko neurketak eta modelizazioa dira. Kimika atmosferikoak duen prozesua askotan osagai hauen arteko elkarrekintzek bultzatzen dute eta osotasun integratu bat osatuz. Adibidez, behaketek lehen uste baino konposatu kimiko gehiago dagoela esan dezakete. Horrek modelizazio eta laborategiko ikerketa berriak bultzatuko ditu,eta behaketak azaltzeko gai izango garen mailara iritsi arte handituko du gure ulermen zientifikoa.[5]

Behaketak

Sistema kimikoen behaketak ezinbestekoak dira atmosferako prozesuak ulertzeko eta modeloen zehaztasuna determinatzeko. Kimika atmosferikoaren neurketak epe luzekoak edo laburrekoak izan daitezke. Epe luzekoek tendentzia jarraiak aztertzen dituzte, epe laburrekoek berriz aldaketa txikiagoak. In situ eta urruneko neurketak egin daitezke behatokiak, sateliteak, landa-eremu eta laborategiak erabiliz.

Lur atmosferako lurrun edukia adierazten duen diagrama.

Konposizio kimikoen ohiko behaketek atmosferaren aldaketa kimikoak erakusten dituzte denboran zehar. Mauna Loa bezalako behatokiek eta hegazkin-ontzi eta globo moduko plataforma mugikorrek konposizio kimikoa eta eguraldien dinamika aztertzen dute.(adibidez, Erresuma Batuko Aireko Atmosferako Neurketa Zerbitzua). Epe luzeko behaketen aplikazio bat Keeling kurba da: 1958tik gaur egun arteko neurketa-serie bat, karbono dioxidoaren kontzentrazio igoera etengabea erakusten du. Atmosferaren konposizioaren behaketak gero eta gehiago egiten dira, GOME eta MOPITT bezalako tresna garrantzitsuekin (satelite eta urruneko sentsore aktibo eta pasiboen bidez), airearen kutsaduraren eta kimikaren irudi globala aztertzeko.[6]

Gainazaleko behaketek abantaila handi bat dute, epe luzeko erregistroek denbora-bereizmen handiak eskaintzen dituzte, beste aldetik, behaketetako espazio bertikal eta horizontalak mugatuak dira. LIDAR-ra gainazaleko tresnetako bat da eta konposatu kimikoen eta aerosolen kontzentrazio-profilak eman ditzake, oraindik mugatuta dago eremu horizontalean. Behaketa asko sarean daude eskuragarri Kimika Atmosferikoaren Behaketa Datu-baseetan.[7]

Laborategiko Ikerketak

Laborategiko ikerketek lurraren sistemaren interakzio konplexuak ulertzen laguntzen dute eskala handiko neurrietan. Esperimentuak kontrolatutako ingurunetan egiten dira, hala nola, aerosol-ganberatan, hauek erreakzio kimiko espezifikoen banakako ebaluazio eta atmosferako osagai jakin baten propietateen ebaluazioa ahalbidetzen dute.[8] Kimika atmosferikoari estu lotuta dago fotokimika atmosferikoa, honek eguzki-argiak banatzen dituen molekulen abiadura kuantifikatzen du. Horrela, ondoriozko produktuak zehaztu eta Henry-ren legearen koefizienteak bezalako datu termodinamikoak lortzen ditu.

Laborategiko neurketak ezinbestekoak dira kutsatzaile eta konposatu naturalen iturriak eta hustubideak ulertzeko. Interesgarriak diren analisi motak honako hauek dira: bai gas-faseko erreakzioak, bai aerosolen eraketa eta hazkuntzarekin lotutako erreakzio heterogeneoak. Aerosolak neurtzeko erabili ohi diren tresnak ondorengoak dira: aire-partikulen lagingailuak, eskaneatze-mugikortasuneko partikula-neurgailuak eta masa-espektrometroak.[9]

Modeloak

Aerosolen mugimendu eta transformazioa erakusten duen eskema dimentsiobakarra.[10]

Modeloak ezinbesteko tresnak dira behaketa-datuak interpretatzeko, erreakzio kimikoei buruzko hipotesiak probatzeko eta etorkizunean atmosferako produktu kimikoen kontzentrazioak aurreikusteko. Ikertzaileek normalean ordenagailu ereduak erabiltzen dituzte, atmosferako kimikaren ulermen teorikoa sintetizatu eta probatzeko, hala nola garraio kimikoaren ereduak (CTM). CTM-ek atmosferaren hiru dimentsioko garraioaren eta bilakaeraren deskribapen errealistak eskaintzen dituzte. Atmosfera modeloetan atmosferaren portaerak erreplikatzen duten irudikapen matematiko gisa ikus daitezke. Eredu numeriko hauek atmosferan dauden produktu kimikoen kontzentrazioak arautzen dituzten ekuazio diferentzialak ebazten dituzte.

Konplexutasunaren arabera, modelo hauek sinpleetatik oso konplexuagotaraino alda daitezke. Modeloak zero, bat, bi edo hiru dimentsiokoak izan daitezke, bakoitzak erabilera eta abantaila desberdinak dituelarik. Hiru dimentsioko garraio kimikoaren ereduek simulazio errealistenak eskaintzen dituzte, baina horretarako baliabide konputazional handiak behar dituzte. Modelo hauek globalak izan daitezke, adibidez, GCM, lurraren baldintza atmosferikoak simulatzen dituena, edo eskualdekoak, adibidez, bereizmen handiagoarekin eremu espezifikoetan zentratzen den RAMS-a. Modelo globalek bereizmen horizontal txikiagoa dute normalean eta mekanismo kimiko konplexuagoak irudikatzen dituzte. Baina eremu zabalagoa hartzen dute, eta modelo erregionalek, berriz, eremu mugatu bat irudika dezakete bereizmen handiagoarekin eta xehetasun gehiagorekin.[11]

Atmosferaren modelizazioan erronka nagusietako bat da ereduan sartutako konposatu eta erreakzio kimikoen kopurua eta atmosferako garraioa eta nahasketa bezalako prozesu fisikoen zehaztasuna orekatzea. Bi modelo mota sinpleenak kaxa modeloak eta puf modeloak dira. Adibidez, kutxa modeloa nahiko sinplea da eta ehunka edo milaka erreakzio kimiko izan ditzake, baina normalean atmosferako geruza nahasiaren irudikapen oso zakarra erabiltzen dute.[10] Horrek erreakzio kimiko espezifikoak aztertzeko erabilgarriak bihurtzen ditu, baina mugatuak dira benetako munduko dinamikak suspertzeko orduan. Aldiz, 3D ereduak konplexuagoak dira, hainbat prozesu fisiko irudikatzen baitituzte, hala nola haizea, konbekzioa eta atmosferaren nahasketa. Garraioaren eta nahasketaren irudikapen errealistagoak ere eskaintzen dituzte. Hala ere, konputazio-mugak erreakzio kimikoak baino ez dira izaten eta normalean kaxa-ereduek baino erreakzio kimiko gutxiago barne hartzen dituzte. Bi ikuspegien arteko oreka bereizmenean eta konplexutasunean datza.

Modelo konplexu hauen sorrera errazteko, ikertzaile batzuek Autochem edo Kinetic PreProcessor bezalako kode-sortzaile automatikoak erabiltzen dituzte.Tresna hauek ereduak eraikitzeko prozesua automatizatzen laguntzen dute, datu-baseetatik erreakzio kimiko garrantzitsuak hautatuz, erabiltzaileak definitutako osagai kimikoen funtzio batean oinarrituta.[12] Behin erreakzioak aukeratuta, kode-sortzaileak automatikoki eraikitzen ditu haien denbora-bilakaera deskribatzen duten ekuazio diferentzial arruntak, eredua eraikitzeko behar den denbora eta esfortzua asko murriztuz.

Ereduaren iragarpenaren eta benetako munduko behaketen arteko desberdintasunak ereduaren sarrera-parametroetan dauden akatsengatik edo ereduaren prozesuen akatsen irudikapenengatik sor daitezke. Sarrerako parametro batzuk, hala nola gainazaleko emisioak, askotan ez dira hain zehatz kuantifikatzen behaketetatik ereduaren emaitzekin alderatuta. Eredua hobetu daiteke parametro gutxi ezagutzen direnak doituz, behatutako datuekin hobeto bat etor daitezen. Doikuntza hauek aplikatzeko metodo formal bat Bayesian Optimizazioa da, alderantzizko modelizazio esparru baten bidez, non CTM-en emaitzak alderantzikatzen diren hautatutako parametroak optimizatzeko. Ikuspegi honek arreta bereganatu du azken hamarkadan, modeloek eta sateliteetatik egindako behaketek sortutako datu kopuru handiak interpretatzeko metodo eraginkor gisa.

Gaur egungo joera garrantzitsu bat Lurraren sistemaren ereduen barruan kimika atmosferikoa erabiltzea da. Modelo hauek atmosferaren kimika Lurraren sistemaren beste osagai batzuekin integratzen dute, klimaren, atmosferaren konposizioaren eta ekosistemen arteko elkarrekintza konplexuak aztertzea ahalbidetuz.

Aplikazioak

[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kimika atmosferikoa diziplina anitzeko arloa da, aplikazio ugari dituena eta ingurumen-politikan, giza osasunean, teknologiaren garapenean eta klima-zientzian eragina duena. Kimika atmosferikoan eragiten duten arazoak hauek dira: euri azidoa, ozono geruzaren agortzea, smog fotokimikoa, berotegi-efektuko gasak eta berotze globala. Ulermen teorikoa garatuz, atmosferako kimikariek irtenbide potentzialak probatu eta gobernuaren politikan izandako aldaketen ondorioak ebaluatu ditzakete. Aplikazio nagusien artean daude berotegi-efektuko gasen monitorizazioa, airearen kalitatea eta kutsaduraren kontrola, eguraldiaren iragarpena eta meteorologia, energia eta isuriak, energia jasangarriaren garapena, eta osasun publikoa eta toxikologia. Kimika atmosferiko berdearen ikerketak produktu kimikoen erabilera jasangarria, segurua eta eraginkorra lehenesten du, eta horrek gobernuaren araudiak ekarri zituen CFC eta DDT[13] bezalako produktu kimiko kaltegarrien erabilera minimizatzea du helburu.

Urruneko detekzio teknologian egindako aurrerapenei esker, zientzialariek atmosferaren konposizio kimikoa sateliteetatik eta lurreko estazioetatik kontrola dezakete. Ozonoaren Jarraipen Tresna (OMI) eta Atmosferako Infragorrien Soinua (AIRS) bezalako tresnek kutsatzaileei, berotegi-efektuko gasei eta aerosolei buruzko datuak ematen dituzte, airearen kalitatea denbora errealean kontrolatzeko aukera emanez.[14][15]

Kimika atmosferikoa ezinbestekoa da energia-ekoizpenaren ingurumen-inpaktuak ebaluatzeko, erregai fosilak eta energia berriztagarriak barne. Isurketak aztertuz, ikertzaileek energia-teknologia garbiagoak garatu eta airearen kalitatean eta kliman duten eragina ebaluatu dezakete. Kimika atmosferikoak airean dauden substantzia toxikoen kontzentrazioa eta iraunkortasuna kuantifikatzen ere laguntzen du, partikulak eta konposatu organiko lurrunkorrak (KOL) barne, osasun publikoko neurriak eta esposizioen ebaluazioak gidatuz.

Erreferentziak

[aldatu | aldatu iturburu kodea]
  1. ↑ «CBS News/New York Times National Poll, October #1, 2011» ICPSR Data Holdings 2013-02-01 (kontsulta data: 2025-11-13).
  2. ↑ Dowton, Prof. (Stephen) Bruce, (born 23 April 1956), Vice-Chancellor and President, Macquarie University, Sydney, since 2012. Oxford University Press 2014-12-01 (kontsulta data: 2025-11-13).
  3. ↑ a b c d e f g h i j k l m n Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N.. (2016). Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change. (Third edition. argitaraldia) John Wiley & Sons ISBN 978-1-119-22116-6. (kontsulta data: 2025-11-13).
  4. ↑ a b c d e f g h i (Ingelesez) Simpson, I. J.; Blake, N. J.; Barletta, B.; Diskin, G. S.; Fuelberg, H. E.; Gorham, K.; Huey, L. G.; Meinardi, S. et al.. (2010-12-15). «Characterization of trace gases measured over Alberta oil sands mining operations: 76 speciated C 2 –C 10 volatile organic compounds (VOCs), CO 2 , CH 4 , CO, NO, NO 2 , NO y , O 3 and SO 2» Atmospheric Chemistry and Physics 10 (23): 11931–11954.  doi:10.5194/acp-10-11931-2010. ISSN 1680-7324. (kontsulta data: 2025-11-13).
  5. ↑ Brasseur, Guy, ed. (2003). Atmospheric chemistry in a changing world: an integration and synthesis of a decade of tropospheric chemistry research: the International Global Atmospheric Chemistry Project of the International Geosphere-Biosphere Programme. Springer ISBN 978-3-642-62396-7. (kontsulta data: 2025-11-13).
  6. ↑ Sgattoni, Cristina; Ridolfi, Marco; Zugarini, Chiara; Sgheri, Luca. (2024-02-23). «Characterization of Surface Spectral Emissivity Retrieved from EE9-FORUM Simulated Measurements» Remote Sensing in Earth Systems Sciences 7 (1): 15–25.  doi:10.1007/s41976-024-00102-6. ISSN 2520-8195. (kontsulta data: 2025-11-13).
  7. ↑ Hu, Guangxing; Li, Bin. (2024). «Environmental Regulation and Air Pollution—Empirical Evidence from Environmental Protection Interviews» doi.org (kontsulta data: 2025-11-13).
  8. ↑ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (U.S.). (2016). The future of atmospheric chemistry research: remembering yesterday, understanding today, anticipating tomorrow. The National Academies Press ISBN 978-0-309-44565-8. (kontsulta data: 2025-11-13).
  9. ↑ Louchart, Antoine. (2024-04). «Jean-Christophe Balouet (12 november 1956 – 30 march 2021)» Geobios 83: 1–10.  doi:10.1016/j.geobios.2023.11.001. ISSN 0016-6995. (kontsulta data: 2025-11-13).
  10. ↑ a b Jacob, Daniel J.. (1999). Introduction to atmospheric chemistry. (Online-Ausg. argitaraldia) Princeton University Press ISBN 978-0-691-00185-2. (kontsulta data: 2025-11-13).
  11. ↑ Brasseur, Guy, ed. (1999). Atmospheric chemistry and global change. Oxford University Press ISBN 978-0-19-510521-6. (kontsulta data: 2025-11-13).
  12. ↑ Lockard, David; Casper, Jay. (2005-05-23). «Permeable Surface Corrections for Ffowcs Williams and Hawkings Integrals» 11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (American Institute of Aeronautics and Astronautics)  doi:10.2514/6.2005-2995. (kontsulta data: 2025-11-13).
  13. ↑ Anastas, Paul T.. (2017-11-28). «Origins and Early History of Green Chemistry» Series on Chemistry, Energy and the Environment (WORLD SCIENTIFIC): 1–17. (kontsulta data: 2025-11-13).
  14. ↑ Krueger, Arlin J.; Krotkov, Nickolay A.; Datta, Saswati; Flittner, Dave; Dubovik, Oleg; Huang, Fang. (2003). «Measuring Sulfur Dioxide From Space: The Promise of Ozone Monitoring Instrument (OMI) on EOS-AURA Platform» Optical Remote Sensing (OSA): OWB3.  doi:10.1364/ors.2003.owb3. (kontsulta data: 2025-11-13).
  15. ↑ (Ingelesez) Pagano, Thomas S.; Payne, Vivienne H.. (2023). Akimoto, Hajime ed. «The Atmospheric Infrared Sounder» Handbook of Air Quality and Climate Change (Springer Nature Singapore): 335–347.  doi:10.1007/978-981-15-2760-9_64.. ISBN 978-981-15-2759-3. (kontsulta data: 2025-11-13).

Kanpo estekak

[aldatu | aldatu iturburu kodea]
"https://eu.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimika_atmosferiko&oldid=10562476"(e)tik eskuratuta