Atmosfera struktura i skład chemiczny; zmiany stanu atmosfery kluczowe dla życia na Ziemi
Składniki stałe Ziemia Mars Wenus Nitrogen (N2) Oxygen (O2) Argon (Ar) Neon, Helium, Krypton 78.08% 20.95% 0.93% 0.0001% 2.5% 0.25% 2% 1 ppm Optymalny poziom tlenu Pętla tlenowa z udziałem bakterii fosforowych Składniki zmienne Carbon dioxide (CO2) Water vapor (H20) Methane (CH4) Sulfur dioxide (SO2) Ozone (O3) Nitrogen oxides (NO, NO2) 0.036% 0-4% ślad ślad ślad ślad 96% 98% ppm - parts per million (ilość części na milion) ppb - parts per billion (ilość części na miliard) 1 ppm = 1/1000000 = 0.0001/100 = 0.0001% 10 ppm = 0.001% 100 ppm = 0.01% 360 ppm = 0.036%
Stromatolity pierwsze źródło tlenu w atmosferze
~390 ppm Dwutlenek węgla Obecna koncentracja i trend
Dwa etapy współczesnego ocieplenia 2 1 Seria temperatury powietrza na powierzchni terenu odniesiona do średniej z okresu 1961-90
Temperatura średnia dekadowa (95% przedziały ufności)
Średnia miesięczna temperatura - zmiany w czasie i w funkcji szerokości geograficznej
Metan gaz supercieplarniany Klatraty metanu Struktura sieci krystalicznej klatratów metanu składa się z dwóch zasadniczych elementów: (1) szkieletu krystalicznego tworzonego przez cząsteczki wody, formującego klatki wokół elementu, (2) molekuł metanu Z jednego litra hydratów metanu wydzielić można ok. 170 litrów gazowego metanu W związku z ociepleniem klimatu rozpatruje się potencjalne zagrożenia, jakie stwarzają klatraty. Metan jest gazem cieplarnianym, którego zdolność zatrzymywania ciepła (potencjał cieplarniany) jest dwudziestokrotnie większa niż w przypadku dwutlenku węgla. Ulotnienie się go ze złóż hydratów, które zawierają szacunkowo 3000 razy więcej metanu niż wynosi jego ilość w atmosferze ziemskiej, znacząco podniosłoby temperaturę na Ziemi. Podejrzewa się, że metan doprowadził do gwałtownego podwyższenia temperatury o 7 C w późnym paleocenie 55 mln lat temu, co doprowadziło do wyginięcia wielu gatunków organizmów morskich.
Oprócz CO2 oraz CH4 także aktywność Słońca może sterować temperaturą na Ziemi! długość ~11-letniego cyklu temperatura
Powstawanie i rozpad ozonu pod wpływem UV (<240 nm) O3 + hv ==> O2 + O (<310 nm) Rozpad ozonu pod wpływem chloru! Ozonosfera Max stężenia: 20-30 km, 10 ppm całkowita zawartość ozonu = 300 dobsonów 1 dobson = 0.01 mm zredukowana grubość warstwy ozonu
Aerozol - układ koloidalny, w którym substancja rozproszona składa się ze stałych lub ciekłych cząstek, a ośrodkiem dyspersyjnym jest powietrze. Zwyczajową, największą średnicą charakteryzującą cząstki rozproszone jest 1 mikro m. W rzeczywistości zakres zmienności średnicy cząstek zawieszonych jest większy i zawiera się w przedziale: kilka nano m - 100 mikro m (0.0001 grubości włosa)
Aerozol węglisty (carbonaceous): węgiel organiczny (OC), amorficzny, otrzymywany przez suche zwęglanie surowca roślinnego. Węgiel nieorganiczny, krystaliczny (sadza, BC). Oba rodzaje węgla powstają w procesach niepełnego spalania przemysłowego (np. w silnikach diesla) oraz biomasy. OC słabo pochłania ale silnie rozprasza promieniowanie, a BC silnie pochłania promieniowanie słoneczne. Aerozole węgliste pozostają kilka tygodni w atmosferze. Albedo OC jest wyższe od BC.
Aerozol siarczanowy (sulphate): (NH4)2SO4, Na2SO4, CaSO4 źródło: utlenianie H2S i (CH3)2S, rozkład substancji organicznych w płytkich strefach przybrzeżnych i bagnach, rozbryzgi fal morskich, spalanie paliw kopalnych (pożary szybów naftowych w Kuwejcie), wulkany (wybuch Pinatubo (1991) 30 Mt H2SO4). Na higroskopijność aerozolu wpływa amoniak, który wydziela się podczas rozkładu materii organicznej. Aerozole siarczanowe bardzo dobrze rozpraszają promieniowanie. Cząstki aerozolu po kilku dniach są usuwane z atmosfery razem z opadem. Koncentracja w atmosferze: 3.1 x 1012 g Bezpośrednie wymuszenie radiacyjne: ujemne (porównywalne z potencjałem cieplarnianym CO 2 i CH4) Pył wulkaniczny, wskutek dużej zawartości aerozolu siarczanowego może doprowadzić do ochłodzenia o 0.3oC utrzymującego się przez kilka lat.
(Aerozol siarczanowy zlikwidował 20% efektu cieplarnianego) Aerozol węglisty wskutek intensywnego pochłaniania bilansuje ochłodzenie wywołane aerozolem siarczanowym (BC jest drugim co do intensywności po CO2 czynnikiem wpływającym na ocieplenie klimatu)