Atmosférická chemie

Historie

Staří Řekové považovali vzduch za jeden ze čtyř živlů. První vědecké studie složení atmosféry začaly v 18. století. Chemikové jako Joseph Priestley, Antoine Lavoisier a Henry Cavendish provedli první měření složení atmosféry.

Koncem 19. a počátkem 20. století se zájem přesunul na stopové složky s velmi malými koncentracemi. Významným objevem pro chemii atmosféry byl objev ozonu Christianem Friedrichem Schönbeinem v roce 1840.

Koncentrace stopových plynů v atmosféře se v průběhu času měnila, stejně jako chemické procesy, při nichž sloučeniny v ovzduší vznikají a zanikají. Dvěma důležitými příklady byly vysvětlení Sydneyho Chapmana a Gordona Dobsona o tom, jak se vytváří a udržuje ozonová vrstva, a vysvětlení fotochemického smogu, které podal Arie Jan Haagen-Smit. Další studie zabývající se problematikou ozonu vedly v roce 1995 k udělení Nobelovy ceny za chemii, o kterou se podělili Paul Crutzen, Mario Molina a Frank Sherwood Rowland.

V 21. století se pozornost opět přesouvá. Chemie atmosféry je stále více studována jako jedna ze součástí zemského systému. Dříve se vědci zaměřovali na chemii atmosféry izolovaně. Nyní vědci studují chemii atmosféry jako jednu ze součástí jednotného systému se zbytkem atmosféry, biosféry a geosféry. Důvodem jsou vazby mezi chemií a klimatem. Například měnící se klima a obnova ozónové díry se navzájem ovlivňují. Také složení atmosféry se vzájemně ovlivňuje s oceány a suchozemskými ekosystémy.

Metodika

Pozorování, laboratorní měření a modelování jsou tři hlavní prvky atmosférické chemie. Všechny tři metody se používají společně. Pozorování mohou například ukázat, že určité chemické sloučeniny existuje více, než se dříve předpokládalo. To podnítí nové modelování a laboratorní studie, které zvýší vědecké poznání do té míry, že pozorování bude možné vysvětlit.

Pozorování

Důležitá jsou pozorování chemického složení atmosféry. Vědci zaznamenávají údaje o chemickém složení vzduchu v průběhu času a sledují případné změny. Jedním z příkladů je Keelingova křivka - řada měření od roku 1958 do současnosti, která ukazují trvalý nárůst koncentrace oxidu uhličitého. Pozorování chemického složení atmosféry se provádí na observatořích, jako je například observatoř na Mauna Loa, a na mobilních platformách, jako jsou letadla, lodě a balóny. Pozorování složení atmosféry se stále častěji provádí pomocí satelitů, které poskytují globální obraz o znečištění a chemickém složení ovzduší. Pozorování na povrchu mají tu výhodu, že poskytují dlouhodobé záznamy s vysokým časovým rozlišením, ale poskytují údaje z omezeného vertikálního a horizontálního prostoru. Některé povrchové přístroje, jako je LIDAR, mohou poskytovat koncentrační profily chemických sloučenin a aerosolů, ale stále jsou omezeny horizontální oblastí, kterou pokrývají. Mnohá pozorování jsou sdílena on-line.

Laboratorní měření

Měření prováděná v laboratoři mají zásadní význam pro pochopení zdrojů a propadů znečišťujících látek a sloučenin vyskytujících se v přírodě. Laboratorní studie ukazují, které plyny spolu reagují a jak rychle reagují. Vědci měří reakce v plynné fázi, na povrchu a ve vodě. Vědci také studují fotochemii, která kvantifikuje, jak rychle se molekuly štěpí slunečním světlem a jaké jsou jejich produkty. Vědci také studují termodynamické údaje, například koeficienty Henryho zákona.