KOMPOSISI UDARA ATMOSFER DAN POLUTAN - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

The komposisi udara atmosfer atau suasana didefinisikan oleh proporsi gas-gas yang berbeda yang terkandung di dalamnya, yang telah di variasi konstan sepanjang sejarah Bumi. Atmosfer planet pembentuk terutama mengandung H ₂ dan gas lain seperti CO ₂ dan H ₂ O. Sekitar 4,4 miliar tahun yang lalu, komposisi udara atmosfer diperkaya terutama dengan CO ₂ .

Dengan munculnya kehidupan di Bumi, akumulasi metana (CH ₄ ) terjadi di atmosfer, karena organisme pertama adalah metanogen. Kemudian, organisme fotosintetik muncul, yang diperkaya udara atmosfer dengan O ₂ .

Gambaran umum atmosfer bumi. Sumber: Reto Stöckli (permukaan tanah, perairan dangkal, awan) Robert Simmon

Komposisi udara atmosfir saat ini dapat dibagi menjadi dua lapisan besar, dibedakan dalam komposisi kimianya; homosfer dan heterosfer.

Homosfer terletak dari 80 hingga 100 km di atas permukaan laut dan sebagian besar terdiri dari nitrogen (78%), oksigen (21%), argon (kurang dari 1%), karbon dioksida, ozon, helium, hidrogen dan metana , di antara unsur-unsur lain yang hadir dalam proporsi yang sangat kecil.

Heterosfer terdiri dari gas dengan berat molekul rendah dan terletak di atas ketinggian 100 km. Lapisan pertama memiliki molekul N ₂ , atom kedua O, helium ketiga dan yang terakhir terdiri dari atom hidrogen (H).

Sejarah

Studi udara atmosfer dimulai ribuan tahun yang lalu. Saat peradaban primitif menemukan api, mereka mulai berpikir tentang keberadaan udara.

Yunani kuno

Selama periode ini, mereka mulai menganalisis apa itu udara dan apa fungsinya. Misalnya, Anaxímades dari Miletus (588 SM - 524 SM) menganggap bahwa udara sangat penting bagi kehidupan, karena makhluk hidup memakan elemen ini.

Empedocles of Acragas (495 SM - 435 SM) menilai bahwa ada empat unsur dasar kehidupan: air, tanah, api dan udara.

Aristoteles (384 SM-322 SM) juga menganggap udara sebagai salah satu elemen esensial bagi makhluk hidup.

Penemuan komposisi udara atmosfer

Pada 1773, ahli kimia Swedia Carl Scheele menemukan bahwa udara terdiri dari nitrogen dan oksigen (udara beku). Kemudian, pada tahun 1774, Joseph Priestley dari Inggris menetapkan bahwa udara terdiri dari campuran elemen dan salah satunya penting untuk kehidupan.

Pada 1776, orang Prancis Antoine Lavoisier menyebut oksigen ke elemen yang dia isolasi dari dekomposisi termal oksida merkuri.

Pada 1804, naturalis Alexander von Humboldt dan ahli kimia Prancis Gay-Lussac menganalisis udara yang berasal dari berbagai bagian planet ini. Para peneliti menentukan bahwa udara atmosfer memiliki komposisi yang konstan.

Baru pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, gas-gas lain yang merupakan bagian dari udara atmosfer ditemukan. Diantaranya kita memiliki argon pada tahun 1894, kemudian helium pada tahun 1895, dan gas lainnya (neon, argon, dan xenon) pada tahun 1898.

karakteristik

Atmosfer bumi, di latar belakang bulan. Sumber: NASA, melalui Wikimedia Commons

Udara atmosfir juga dikenal sebagai atmosfir dan merupakan campuran gas yang menutupi planet bumi.

Asal

Sedikit yang diketahui tentang asal mula atmosfer bumi. Diperkirakan bahwa setelah terpisah dari matahari, planet itu dikelilingi oleh selubung gas yang sangat panas.

Gas-gas ini kemungkinan besar berkurang dan berasal dari Matahari, yang sebagian besar terdiri dari H ₂ . Gas-gas lain kemungkinan adalah CO ₂ dan H ₂ O yang dipancarkan oleh aktivitas vulkanik yang intens.

Diperkirakan bahwa bagian dari gas yang ada didinginkan, dipadatkan, dan timbul di lautan. Gas-gas lainnya tetap membentuk atmosfer dan lainnya tersimpan di bebatuan.

Struktur

Atmosfer terdiri dari lapisan konsentris berbeda yang dipisahkan oleh zona transisi. Batas atas lapisan ini tidak ditentukan dengan jelas dan beberapa penulis menempatkannya di atas 10.000 km di atas permukaan laut.

Tarikan gaya gravitasi dan cara gas dikompresi mempengaruhi distribusinya di permukaan bumi. Jadi, proporsi terbesar dari massa totalnya (kira-kira 99%) terletak di 40 km pertama di atas permukaan laut.

Lapisan atmosfer. Sumber: Gambar SVG ini dibuat oleh Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69. Harap beri penghargaan ini: William Crochot

Tingkat atau lapisan udara atmosfer yang berbeda memiliki komposisi kimia dan variasi suhu yang berbeda. Menurut susunan vertikalnya, dari yang paling dekat ke yang terjauh dari permukaan bumi, lapisan-lapisan berikut ini diketahui: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, dan eksosfer.

Sehubungan dengan komposisi kimiawi udara atmosfer, dua lapisan ditentukan: homosfer dan heterosfer.

Homosfer

Terletak di 80-100 km pertama di atas permukaan laut, dan komposisi gas di udara homogen. Di troposfer ini, stratosfer dan mesosfer berada.

Heterosfer

Ini berada di atas 100 km dan ditandai dengan komposisi gas yang ada di udara bervariasi. Cocok dengan termosfer. Komposisi gas bervariasi pada ketinggian yang berbeda.

Komposisi udara atmosfer primitif

Disk planetesimal. Sumber: Domain Publik, commons.wikimedia.org

Setelah terbentuknya Bumi, kira-kira 4.500 juta tahun yang lalu, gas-gas mulai menumpuk yang membentuk udara di atmosfer. Gas-gas tersebut terutama berasal dari mantel bumi, serta dari benturan dengan planetesimal (kumpulan materi yang berasal dari planet-planet).

Penumpukan CO

Aktivitas vulkanik hebat di planet ini mulai melepaskan berbagai gas ke atmosfer, seperti N ₂ , CO ₂ dan H ₂ O. Karbondioksida mulai menumpuk, sejak karbonasi (proses pengikatan atmosfer dalam bentuk CO ₂ karbonat) langka.

Faktor yang mempengaruhi fiksasi CO ₂ saat ini adalah curah hujan yang sangat rendah dan luas benua yang sangat kecil.

Asal kehidupan, akumulasi metana (CH

Makhluk hidup pertama yang muncul di planet ini menggunakan CO ₂ dan H ₂ untuk melakukan pernapasan. Organisme awal ini bersifat anaerobik dan metanogenik (menghasilkan metana dalam jumlah besar).

Metana terakumulasi di udara atmosfer, karena pembusukannya sangat lambat. Ini terurai melalui fotolisis dan dalam atmosfer yang hampir bebas oksigen, proses ini dapat memakan waktu hingga 10.000 tahun.

Menurut beberapa catatan geologi, sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu terjadi penurunan CO ₂ di atmosfer, yang dikaitkan dengan fakta bahwa udara yang kaya CH ₄ meningkatkan curah hujan, mendukung karbonasi.

Peristiwa oksidatif besar (akumulasi O

Hal ini dianggap bahwa sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu jumlah O ₂ di planet ini mencapai tingkat yang signifikan di udara atmosfer. Akumulasi elemen ini dikaitkan dengan munculnya organisme fotosintetik.

Fotosintesis adalah proses yang memungkinkan sintesis molekul organik dari molekul anorganik lainnya dengan adanya cahaya. Selama terjadinya, O ₂ dilepaskan sebagai produk sampingan.

Laju fotosintesis yang tinggi yang dihasilkan oleh cyanobacteria (organisme fotosintetik pertama) mengubah komposisi udara di atmosfer. Sejumlah besar O ₂ yang dilepaskan kembali ke atmosfer semakin teroksidasi.

Ini tingkat tinggi O ₂ dipengaruhi akumulasi CH ₄ , karena mempercepat proses fotolisis senyawa ini. Saat metana di atmosfer turun secara dramatis, suhu planet turun dan terjadi glasiasi.

Efek penting lain dari akumulasi O ₂ di planet ini adalah pembentukan lapisan ozon. Atmosfer O ₂ berdisosiasi di bawah pengaruh dua partikel atom oksigen cahaya dan bentuk.

Oksigen atom bergabung kembali dengan molekul O ₂ dan membentuk O ₃ (ozon). Lapisan ozon membentuk penghalang pelindung terhadap radiasi ultraviolet, memungkinkan berkembangnya kehidupan di permukaan bumi.

Nitrogen atmosfer dan perannya dalam asal usul kehidupan

Nitrogen adalah komponen penting dari organisme hidup, karena diperlukan untuk pembentukan protein dan asam nukleat. Namun, atmosfer N ₂ tidak dapat digunakan secara langsung oleh kebanyakan organisme.

Fiksasi nitrogen bisa biotik atau abiotik. Ini terdiri dari kombinasi N ₂ dengan O ₂ atau H ₂ untuk membentuk amonia, nitrat atau nitrit.

Kandungan N ₂ di udara atmosfir tetap kurang lebih konstan di atmosfer bumi. Selama periode akumulasi CO ₂ , fiksasi N ₂ pada dasarnya bersifat abiotik, akibat terbentuknya nitrogen oksida, yang dibentuk oleh disosiasi fotokimia molekul H ₂ O dan CO ₂ yang merupakan sumber O ₂ .

Ketika tingkat CO ₂ atmosfer menurun , laju pembentukan nitrogen oksida menurun secara dramatis. Dianggap bahwa selama waktu ini rute biotik pertama fiksasi N ₂ berasal .

Komposisi udara atmosfer saat ini

Udara atmosfer terdiri dari campuran gas dan elemen lain yang cukup kompleks. Komposisinya terutama dipengaruhi oleh ketinggian.

Homosfer

Komposisi kimiawi udara atmosfer kering di permukaan laut ditemukan cukup konstan. Nitrogen dan oksigen membentuk sekitar 99% massa dan volume homosfer.

Nitrogen atmosfer (N ₂ ) memiliki proporsi 78%, sedangkan oksigen merupakan 21% udara. Unsur paling melimpah berikutnya di udara atmosfer adalah argon (Ar), yang menempati kurang dari 1% dari total volume.

Komponen udara atmosfer. Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Dimodifikasi.

Ada unsur-unsur lain yang sangat penting, meskipun jumlahnya kecil. Karbon dioksida (CO ₂ ) terdapat dalam proporsi 0,035% dan uap air dapat bervariasi antara 1 dan 4%, tergantung pada wilayahnya.

Ozon (O ₃ ) ditemukan dalam proporsi 0,003%, tetapi ozon merupakan penghalang penting untuk perlindungan makhluk hidup. Juga dalam proporsi yang sama ini kita menemukan berbagai gas mulia seperti neon (Ne), kripton (Kr) dan xenon (Xe).

Selain itu, terdapat hidrogen (H ₂ ), nitrous oksida dan metana (CH ₄ ) dalam jumlah yang sangat kecil.

Unsur lain yang menjadi bagian dari komposisi udara atmosfer adalah cairan air yang terdapat di awan. Demikian juga, kami menemukan unsur padat seperti spora, serbuk sari, abu, garam, mikroorganisme, dan kristal es kecil.

Heterosfer

Pada tingkat ini, ketinggian menentukan jenis gas utama di udara atmosfer. Semua gas ringan (berat molekul rendah) dan tersusun dalam empat lapisan berbeda.

Terlihat bahwa dengan bertambahnya ketinggian, semakin banyak gas yang memiliki massa atom lebih rendah.

Antara ketinggian 100 dan 200 km, terdapat lebih banyak molekul nitrogen (N ₂ ). Berat molekul ini adalah 28,013 g / mol.

Lapisan kedua dari heterosfer terdiri dari atom O dan terletak antara 200 dan 1000 km di atas permukaan laut. Atom O memiliki massa 15.999, lebih ringan dari N ₂ .

Kemudian, kami menemukan lapisan helium dengan tinggi antara 1000 dan 3500 km. Helium memiliki massa atom 4,00226.

Lapisan terakhir dari heterosfer terdiri dari atom hidrogen (H). Gas ini adalah yang paling ringan di tabel periodik, dengan massa atom 1,007.

Referensi

1. Katz M (2011) Bahan dan bahan baku, Udara. Panduan Didaktik Bab 2. Institut Nasional Pendidikan Teknologi, Departemen Pendidikan. Buenos Aires. Argentina. 75 hal
2. Biksu PS, C Granier, S Fuzzi dkk. (2009) Komposisi atmosfer mengubah kualitas udara global dan regional. Lingkungan Atmosfer 43: 5268-5350.
3. Pla-García J and C Menor-Salván (2017) Komposisi kimiawi atmosfer primitif planet Bumi. Chem 113: 16-26.
4. Rohli R dan Vega A (2015) Klimatologi. Edisi ketiga. Jones dan Bartlett Learning. New York, AS. 451 hal.
5. Saha K (2011) Atmosfer Bumi, Fisika dan Dinamikanya. Springer-Verlag. Berlin, Jerman 367 hal.