2.4. Šta se danas nalazi u atmosferi?

Mira Terzić; Tatjana Ivošević; Mladen Franko; Dragana Milićević

2. KAKO SE NAŠA ATMOSFERA MENJALA?

2.4. Šta se danas nalazi u atmosferi?

Sastav atmosfere se od njenog formiranja stalno menjao. Ukratko:

Od prve atmosfere: vodonik — helijum

ugljen–dioksid — vodena para

do sadašnje atmosfere: azot — kiseonik.

Kakav je sastav sadašnje Zemljine atmosfere?

Zemljina atmosfera je bogata azotom i kiseonikom, te ostalim gasovima u tragovima. Pored gasova, u atmosferi se nalaze različite čvrste i tečne materije koje su u njoj raspršene.

Šta su to gasovi u tragovima?

Azot, kiseonik i argon čine 99.93 % gasova atmosfere, dok su svi drugi gasovi u atmosferi, osim vodene pare, gasovi u tragovima. To su molekuli koji sadrže atome ugljenika, azota i sumpora. Njihova koncentracija je mala. Ona se može kretati od milionitog dela zapremine (ppm) do milijarditog dela zapremine (ppb), pa čak može biti i bilioniti deo zapramine (ppt). Da bi bolje shvatili koliko je to malo, evo nekih analogija:

koncentracija vreme

1 ppm 1 minuta u dve godine

1 ppb 1 sekunda u približno 32 godine

1 ppt 1 sekunda u približno 32 000 godina.

Više detalja o ovim jedinicama za koncentraciju na kraju ovog dela teksta.

Da li postoje čvrste čestice u atmosferi?

Da, postoje. To su čestice prašine i prljavštine metala koje lebde u vazduhu. Većina ovih čestica su nevidljive za ljudsko oko. Potiču iz prirodnih izvora (vulkanska aktivnost, prašina iz suvih pustinjskih oblasti, zemljana prašina) i antropogenih izvora (produkti sagorevanja fosilnih goriva u industriji i prometu). One su ključne za formiranje oblaka i smoga. Čestice u vazduhu reflektuju svetlost nazad u gornje slojeve atmosfere, te se na taj način formira sloj izmaglice.

Da li u atmosferu dospevaju zagađivači?

Svakako da dospevaju, uglavnom ih „ubacuje“ čovek svojim aktivnostima, mada ima i onih čije je poreklo iz prirode. Saznajete o tome više u poglavlju o zagađivačima (u sledećoj knjizi).

Kakav je zapreminski i maseni udeo najzastupljenijih gasova u atmosferi?

Gas	Zapreminski udeo [%]	Maseni udeo [%]
Azot (N₂)	78.09	75.52
Kisonik (O₂)	29.95	23.14
Argon (Ar)	0.93	1.28
Ugljen-dioksid (CO₂)	0.03	0.05

Maseni udeo:

$\omega=\dfrac{m_i}{m_{uk}}$

Zapreminski udeo:

$\varphi=\dfrac{V_i}{V_{uk}}$

Govorimo o zapreminskom i masenom udelu gasova u atmosferi. ali

Šta znače ovi pojmovi?

Maseni udeo je rezultat odnosa i-te komponente (m_i), sadržane u ukupnoj masi (m_uk) smeše.

Zapreminski udeo je rezultat odnosa zapremine pojedinačne komponente u smeši (V_i) i ukupne zapremine smeše (V_uk).

Sad možete reći:

„Pa to je jednako. Masa od 1kg vode jednaka je zapremini od 1 L.“

To je tačno kad govorimo o vodi, ali kad govorimo o gasovima u atmosferi koji su puno lakši od vode, situacija se potpuno menja. Pogledajte tablicu! Stoga:

Da li su jednaki sledeći udeli koje računamo za azot u vazduhu:

75.5 % i 78 % ?

Maseni udeo azota u vazduhu iznosi 75.5%, a zapreminski udeo je 78.1%. Ti udeli nisu jednaki.

Zaključak: Važno je znati tačno o kom udelu govorimo: o masenom ili zapreminskom.

Da li je hemijski sastav atmosfere svugde isti?

Nije. Hemijski sastav i koncentracija gasova u atmosferi menjaju se s visinom. Dakle, hemijski sastav nije jednak na različitim visinama u atmosferi, kao ni na jednakim visinama na različitim predelima na Zemlji.

Nema pravilne raspodele koncetracija gasova. One se razlikuju u odnosu na visinu slojevi atmosfere u kojima su koncentracije relativno stabilne.

Ozon u atmosferi
_{Prilagođeno od Wikipedia Commons (Public Domain)}

Primer: Ozon nije karakteristika svih atmosferskih slojeva (o slojevima atmosfere naučite čitajući tekst koji sledi).

Prirodno se ozon nalazi u najvećim koncentracijama na udaljenosti od 25 km od površine tla, u atmosferskom sloju nazvanom stratosfera. Ozon u stratosferi se naziva stratosferski ozon („dobar“ ozon). Njegova koncentracija od površine tla do 25 km visine raste, ali nakon 25 km visine prema višim slojevima opada.

Zanimljivo je da u atmosferskom sloju uz tlo, koji nazivamo troposfera, ozon dolazi iz antropogenih izvora, npr. prometa, i ustvari čini zagađenje („loš“ ozon). Troposferski ozon je sastojak smoga koji štetno djeluje na ljudsko zdravlje.

Upoređivanje atmosfere nekada i sada, na osnovu porekla i hemijskog sastava:

Primarna atmosfera

Solarna maglina

Sekundarna atmosfera

vulkanska erupcija, komete

Tercijalna — Današnja atmosfera

modifikovana prethodna atmosfera životnim procesima (biologija)

Uglavnom

vodonik i
helijum.

vodena para (83 %),
ugljen-dioksid (16 %),
nema slobodnog
kiseonika,
gasovi u tragovima
(npr. N₂_,NH_3,CH₄).

azot (78 %),
slobodan kiseonik (21 %),
argon (oko 1 %),
ugljen-dioksid (manje od 1 %),
gasovi u tragovima (Ne, He, CH₄, H, O₃, Kr, Xe)

H, He

H₂O, CO₂

N₂, O₂, Ar, CO₂

Šta su to gasovi staklene bašte?

Često čujemo da se govori o gasovima staklene bašte. Hajde da saznamo koji su to i kakvi gasovi.

To su gasovi koji se nalaze u atmosferi i oni zadržavaju toplotu koja se reflektuje od površine tla, te na taj način čine Zemlju toplijom.

Oni propuštaju određene sunčeve zrake da prolaze kroz atmosferu do tla, ali sprečavaju da veći deo toplotne energije napusti atmosferu. Glavni gasovi staklene bašte su: vodena para (H₂O), ugljen-dioksid (CO₂), ozon (O₃), metan, azot-suboksid (N₂O) i gasovi koji sadrže fluor (CFCs gasovi).

Otkuda potiče ime „gasovi staklene bašte“?

Ovaj gasoviti omotač naše planete se ponaša slično kao zidovi staklene bašte, te je to i razlog porekla imena.

Šta rade gasovi staklene bašte u atmosferi?

_{Prilagođena fotografija Tatjane Ivošević, ostrvo Rab, Hrvatska}

Zahvaljujući gasovima staklene bašte koji se nalaze u atmosferi reguliše se temperatura na površini Zemlje.

Kako je to moguće?

Sunčevi zraci koji danju stižu na tlo zagrevaju površinu Zemlje. Noću se površina Zemlje hladi i otpušta toplotu nazad ka svemiru. Međutim, samo deo ove energije ode u svemir.

Zašto?

Razlog su gasovi staklene bašte poput ugljen-dioksida i vodene pare, koji ovu toplotnu energiju apsorbuju! Gasovi tad nisu u ravnotežnom stanju i moraju se osloboditi viška energije.

Kako se gasovi oslobađaju viška energije?

Gasovi višak energije oslobađaju putem zračenja.

Nakon što apsorbuju toplotnu energiju, gasovi staklene bašte je emitiraju u svim smerovima, prema svemiru i nazad prema tlu.

Da li se zbog prisustva gasova staklene bašte u atmosferi menja temperatura Zemlje?

Zahvaljujući delovanju gasova staklene bašte prosečna temperatura planete Zemlje je 15 ^oC.

Kolika bi bila temperatura planete Zemlje da u atmosferi nema gasova staklene bašte?

Da nema gasova staklene bašte, prosečna temperatura bi bila oko -18 ^oC i verovatno na Zemlji ne bi postojao život kakav danas poznajemo. Sposobnost atmosfere da „uhvati“ toplotu Sunca je od suštinskog značaja za život na Zemlji. Međutim, ako bi se zarobilo znatno više toplote, bila bi to loša vest za stanovnike planete Zemlje.

Efekat staklene bašte:

Efekat staklene bašte kroz muziku:

Šta podrazumeva porast koncentracije gasova staklene bašte u Zemljinoj atmosferi?

Otapanje glečera Perito Moreno, Argentina
_{I, Luca Galuzzi/Wikipedia Commons (CC BY-SA 2.5)}

Porast koncentracije gasova staklene bašte stvara probleme za klimatski sistem jer uzrokuje povećanje temperature. Povećanje temperature dalje uzrokuje otapanja glečera, povećanja nivoa mora, gubitak staništa i životnih sredina te globalno negativan uticaj na stanovništvo Zemlje.

Kako se glečer topi?

A gde je ugljen-dioksid o kome se toliko priča?

Model molekula ugljen-dioksida
_{Jynto (talk)/Wikimedia Commons (CC0 1.0 DEED)}

Zanimljivo je da je koncentracija ugljen-dioksida vrlo niska i iznosi svega 0.04 %. Mauna Loa, opservatorija na Havajima, meri CO₂ u relativno nezagađenoj, čistoj atmosferi. Izmerene koncentracije su iznad 400 ppm.

Rezultate merenja CO₂ do kojih je došla opservatorija Mauna Loa na Havajima možete pogledati na sajtu:

https://www.co2.earth/daily-co2

Pogledajte kako izgleda godina dana života CO₂ na Zemlji.

Zašto se bavimo ugljen-dioksidom?

Zato što se u javnosti, a posebno u nauci, uveliko govori o povećanju koncentracija CO₂u poslednjih 50 i više godina. Povećanje koncentracije je povezano s antropogenim uticajem na okolinu, posebno sa porastom upotrebe fosilnih goriva, pri čijem se sagorevanju emitiraju u vazduh ogromne količine CO₂ (kao i ostalih gasova i čestica). Ugljen-dioksid u atmosferi ima životni vek od 50 do 200 godina. To je izrazito dugo vreme za molekule.

Da li povećanje koncentracije CO₂ u vazduhu uzrokuje negativne posledice u našoj životnoj sredini?

Ugljen-dioksid je gas sa efektom staklene bašte. Više ugljen-dioksida u vazduhu, kao i drugih gasova staklene bašte, dovodi do povećanja prosečne temperature okoline i utiče u negativnom smislu na klimatske promene.

Sem toga, CO₂ se rastvara u okeanima, reaguje sa molekulima vode i proizvodi ugljenu kiselinu (H₂CO₃), smanjujući pH okeana. Ovo smanjivanje pH se naziva zakiseljavanje okeana. Naravno da ovo ima značajnih posledica po biljni i životinjski svet u okeanima.

Više o problemima koje stvara povećanje koncentracije ugljen-dioksida u atmosferi u sledećoj knjizi.

Koje se jedinice koriste za merenje malih koncentracija u atmosferi?

U tekstu smo se već na samom početku, kada smo spomenuli gasove u tragovima, susreli sa njima. Hajde da nesto više saznamo o ovim jedinicama za merenja malih koncentracija.

Šta znači ppm? Zbog čega se koristi?

Često govorimo u procentima: ostvario sam 95% na testu iz matemafike. Sa pojmom procenat smo dobro upoznati. Da se podsetimo, procenat znači stoti deo neke cjeline. U konkretnom slučaju testa iz matematike, ako je bilo 100 zadataka, ispravno je rešeno 95 zadataka (95/100 = 0.95 = 95 %), ako je bilo 20 zadataka ispravno je rešeno 19 zadataka (19 /20 = 0.95 = 95 %) itd.

Slično procentu, ppm označava milioniti deo neke količine. To je jedinica koja se koristi u nauci za niske koncentracije. Npr. ako kažemo da je koncentracija 5 ppm to će biti

$0.000005=0.0005 \,\,\%$

Kada bismo izražavali u procentima, imali bismo previše nula, a one pomalo zbunjuju. Zbog toga, kada se radi o mnogo manjim koncentracijama koristi se ppm.

ppm predstavlja jedan deo supstance na milion delova (engl. parts per milion)

$\text{ppm}=\dfrac{1}{1\,000\,000}=10^{-6}$

Napomenuli smo da je $5\,\,\text{ppm}=0.0005 \, \,\%$

Kako je to izračunato?

$\dfrac{5}{1\,000\,000}=0.000005^.100\,\,\%=0.0005\,\, \%$ $(1\,\, \text{ppm}= 0.0001 \%)$

Da vidimo sada — kolika je to procenata 400 ppm?

To je: $\dfrac{400}{{1\,000\,000}}=0.0004^.100\,\,\%=0.04\,\, \%$

Šta znači ppb?

Za mnogo manje koncentracije koristi se jedinica:

ppb, koja predstavlja milijarditi deo cjeline (engl. billion)

$\text{ppb}=\dfrac{1}{1\,000\,000\,000}=10^{-9}$

Šta znači ppt?

Koriste se i manje jedinice od ppm i ppb, na primer ppt.

ppt predstavlja jedan deo supstance na milijardu delova (engl. parts per bilion) .

Tako na primer gasova CFCs ima toliko malo da se njegove koncentracije mere u ppt. Toliko su male njegove koncentracije, a opet nam prave problem u životnoj sredini.

$\text{ppt}=\dfrac{1}{1\,000\,000\,000\,000}=10^{-12}$ .