Atmosfääri keemia
Atmosfääri keemia on teadusharu, milles uuritakse Maa ja teiste planeetide atmosfääri keemiat. See on multidistsiplinaarne uurimisvaldkond, mis tugineb keskkonnakeemiale, füüsikale, meteoroloogiale, arvutimodelleerimisele, okeanograafiale, geoloogiale ja vulkanoloogiale ning teistele teadusharudele. Teadusuuringud on seotud teiste uurimisvaldkondadega, näiteks klimatoloogiaga.
Atmosfääri uurimine hõlmab atmosfääri ja elusorganismide vaheliste vastastikmõjude uurimist. Maa atmosfääri koostis muutub looduslike protsesside, näiteks vulkaanide heite, äikese ja Päikese koroonast pärit päikesepiirkonna osakeste pommitamise tagajärjel. Seda on muutnud ka inimtegevus. Mõned neist muutustest on kahjulikud inimeste tervisele, põllukultuuridele ja ökosüsteemidele. Probleemide hulka kuuluvad näiteks happevihmad, osoonikihi kahanemine, fotokeemiline sudu, kasvuhoonegaasid ja globaalne soojenemine. Atmosfääri keemikud uurivad nende probleemide põhjuseid. Atmosfääri keemikud pakuvad välja teooriaid nende probleemide kohta, seejärel katsetavad teooriaid ja võimalikke lahendusi. Atmosfääri keemikud jälgivad ka valitsuse poliitika muutuste mõju.
Ajalugu
Vanad kreeklased pidasid õhku üheks neljast elemendist. Esimesed teaduslikud uuringud atmosfääri koostise kohta algasid 18. sajandil. Sellised keemikud nagu Joseph Priestley, Antoine Lavoisier ja Henry Cavendish tegid esimesed mõõtmised atmosfääri koostise kohta.
19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses nihkus huvi väga väikeste kontsentratsioonidega mikroelementide vastu. Üks oluline avastus atmosfääri keemia jaoks oli osooni avastamine Christian Friedrich Schönbeini poolt 1840. aastal.
Jälggaaside kontsentratsioonid atmosfääris on aja jooksul muutunud, nagu ka keemilised protsessid, mille käigus õhus olevad ühendid tekivad ja hävivad. Kaks olulist näidet selle kohta on Sydney Chapmani ja Gordon Dobsoni selgitus osoonikihi tekkimise ja säilimise kohta ning Arie Jan Haagen-Smiti selgitus fotokeemilise sudu kohta. Edasised uuringud osooniprobleemide kohta viisid 1995. aastal Nobeli keemiapreemia jagamisele Paul Crutzeni, Mario Molina ja Frank Sherwood Rowlandi vahel.
21. sajandil on rõhuasetus nüüd taas nihkunud. Atmosfääri keemiat uuritakse üha enam kui Maa süsteemi üht osa. Varem keskendusid teadlased atmosfääri keemiale eraldi. Nüüd uurivad teadlased atmosfääri keemiat kui ühte osa ühtsest süsteemist koos ülejäänud atmosfääri, biosfääri ja geosfääriga. Selle põhjuseks on seosed keemia ja kliima vahel. Näiteks mõjutavad kliimamuutused ja osooniaugu taastumine teineteist. Samuti on atmosfääri koostis vastastikmõjus ookeanide ja maismaa ökosüsteemidega.
Metoodika
Vaatlused, laboratoorsed mõõtmised ja modelleerimine on kolm keskset elementi atmosfääri keemias. Kõiki kolme meetodit kasutatakse koos. Näiteks võivad vaatlused näidata, et mingit keemilist ühendit on olemas rohkem, kui varem arvati. See stimuleerib uusi modelleerimisi ja laboratoorset uurimistööd, mis suurendavad teaduslikku arusaamist nii palju, et vaatlusi saab seletada.
Vaatlus
Atmosfääri keemia vaatlused on olulised. Teadlased registreerivad andmeid õhu keemilise koostise kohta aja jooksul, et jälgida võimalikke muutusi. Üheks näiteks on Keelingi kõver - 1958. aastast kuni tänaseni kestnud mõõtmiste seeria, mis näitab süsinikdioksiidi kontsentratsiooni pidevat tõusu. Atmosfääri keemia vaatlusi tehakse vaatluskeskustes, näiteks Mauna Loa observatooriumis, ja mobiilsetel platvormidel, näiteks lennukitel, laevadel ja õhupallidel. Atmosfääri koostise vaatlusi tehakse üha enam satelliitide abil, mis annab globaalse pildi õhusaaste ja keemia kohta. Pinnalähedaste vaatluste eeliseks on see, et nad annavad pikaajalisi andmeid suure ajalise eraldusvõimega, kuid annavad andmeid piiratud vertikaalsest ja horisontaalsest ruumist. Mõned pinnal põhinevad seadmed, nagu LIDAR, võivad anda keemiliste ühendite ja aerosoolide kontsentratsiooniprofiile, kuid nende horisontaalne ulatus on siiski piiratud. Paljusid vaatlusi jagatakse veebipõhiselt.
Laboratoorsed mõõtmised
Laboratoorsed mõõtmised on olulised meie arusaamiseks looduses leiduvate saasteainete ja ühendite allikatest ja neeldajatest. Laboriuuringud näitavad, millised gaasid reageerivad omavahel ja kui kiiresti nad reageerivad. Teadlased mõõdavad reaktsioone gaasifaasis, pindadel ja vees. Teadlased uurivad ka fotokeemiat, mis määrab, kui kiiresti päikesevalguse toimel molekulid lõhenevad ja millised on saadused. Teadlased uurivad ka termodünaamilisi andmeid, näiteks Henry seaduse koefitsiente.
Küsimused ja vastused
K: Mis on atmosfääri keemia?
V: Atmosfääri keemia on teadusharu, milles uuritakse Maa ja teiste planeetide atmosfääri keemiat. See põhineb mitmetel erialadel, nagu keskkonnakeemia, füüsika, meteoroloogia, arvutimodelleerimine, okeanograafia, geoloogia ja vulkanoloogia.
K: Kuidas hõlmab atmosfääri uurimine elusorganismide uurimist?
V: Atmosfääri keemia uurimine hõlmab ka atmosfääri ja elusorganismide vaheliste vastastikmõjude uurimist.
K: Millised on mõned näited inimtegevusest põhjustatud probleemidest?
V: Inimtegevuse põhjustatud probleemide hulka kuuluvad näiteks happevihmad, osoonikihi kahanemine, fotokeemiline sudu, kasvuhoonegaasid ja globaalne soojenemine.
K: Mida teevad atmosfääri keemikud nende probleemide lahendamiseks?
V: Atmosfääri keemikud esitavad teooriaid nende probleemide kohta ja seejärel katsetavad neid võimalike lahenduste leidmiseks. Nad jälgivad ka valitsuse poliitika muutuste mõju seoses nende probleemidega.
K: Kuidas muutub Maa atmosfääri koostis looduslikult?
V: Maa atmosfääri koostis muutub looduslike protsesside, näiteks vulkaanide heite, äikese ja Päikese koroonast pärit päikesepiirkonna osakeste pommitamise tagajärjel.
