COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO E POLUENTES - MEIO AMBIENTE - 2025

A composição do ar atmosférico ou da atmosfera é definida pela proporção dos diferentes gases nele contidos, que tem estado em constante variação ao longo da história da Terra. A atmosfera do planeta em formação continha principalmente H ₂ e outros gases como CO ₂ e H ₂ O. Cerca de 4,4 bilhões de anos atrás, a composição do ar atmosférico era enriquecida principalmente com CO ₂.

Com o surgimento da vida na Terra, ocorreu um acúmulo de metano (CH ₄) na atmosfera, uma vez que os primeiros organismos foram os metanógenos. Posteriormente, surgiram organismos fotossintéticos que enriqueceram o ar atmosférico com O ₂.

Visão geral da atmosfera da Terra. Fonte: Reto Stöckli (superfície terrestre, águas rasas, nuvens) Robert Simmon

A composição do ar atmosférico hoje pode ser dividida em duas grandes camadas, diferenciadas em sua composição química; a homosfera e a heterosfera.

A homosfera está localizada de 80 a 100 km acima do nível do mar e é composta principalmente de nitrogênio (78%), oxigênio (21%), argônio (menos de 1%), dióxido de carbono, ozônio, hélio, hidrogênio e metano, entre outros elementos presentes em proporções muito pequenas.

A heterosfera é composta por gases de baixo peso molecular e está localizada acima de 100 km de altitude. A primeira camada possui N ₂ molecular, a segunda O atômico, a terceira hélio e a última é composta por hidrogênio atômico (H).

História

Os estudos do ar atmosférico começaram há milhares de anos. No momento em que as civilizações primitivas descobriram o fogo, começaram a ter uma noção da existência do ar.

Grécia Antiga

Nesse período, eles começaram a analisar o que é o ar e o que ele faz. Por exemplo, Anaxímades de Mileto (588 aC - 524 aC) considerava que o ar era essencial para a vida, pois os seres vivos se alimentavam desse elemento.

Por sua vez, Empédocles de Acragas (495 aC - 435 aC) considerou que existiam quatro elementos fundamentais para a vida: água, terra, fogo e ar.

Aristóteles (384 aC-322 aC) também considerou o ar um dos elementos essenciais para os seres vivos.

Descoberta da composição do ar atmosférico

Em 1773, o químico sueco Carl Scheele descobriu que o ar era feito de nitrogênio e oxigênio (ar ígneo). Mais tarde, em 1774, o britânico Joseph Priestley determinou que o ar era feito de uma mistura de elementos e que um deles era essencial para a vida.

Em 1776, o francês Antoine Lavoisier chamou oxigênio ao elemento que isolou da decomposição térmica do óxido de mercúrio.

Em 1804, o naturalista Alexander von Humboldt e o químico francês Gay-Lussac analisaram o ar vindo de diferentes partes do planeta. Os pesquisadores determinaram que o ar atmosférico tem uma composição constante.

Não foi até o final do século 19 e início do século 20, quando os outros gases que fazem parte do ar atmosférico foram descobertos. Entre eles, temos o argônio em 1894, depois o hélio em 1895 e outros gases (neon, argônio e xenônio) em 1898.

Caracteristicas

A atmosfera da Terra, ao fundo a Lua. Fonte: NASA, via Wikimedia Commons

O ar atmosférico também é conhecido como atmosfera e é uma mistura de gases que cobre o planeta Terra.

Origem

Pouco se sabe sobre a origem da atmosfera terrestre. Considera-se que após sua separação do Sol, o planeta foi circundado por um envelope de gases muito quentes.

Esses gases possivelmente eram redutores e procedentes do Sol, compostos principalmente por H ₂. Outros gases foram provavelmente CO ₂ e H ₂ O emitidos pela intensa atividade vulcânica.

Sugere-se que parte dos gases presentes resfriou, condensou e deu origem aos oceanos. Os demais gases permaneceram formando a atmosfera e outros foram armazenados nas rochas.

Estrutura

A atmosfera é composta por diferentes estratos concêntricos separados por zonas de transição. O limite superior desta camada não está claramente definido e alguns autores colocam-no acima de 10.000 km acima do nível do mar.

A atração da força da gravidade e a maneira como os gases são comprimidos influenciam sua distribuição na superfície terrestre. Assim, a maior proporção de sua massa total (aproximadamente 99%) está localizada nos primeiros 40 km acima do nível do mar.

Camadas da atmosfera. Fonte: Esta imagem SVG foi criada por Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69.Please credit this: William Crochot

Diferentes níveis ou camadas de ar atmosférico têm diferentes composições químicas e variações de temperatura. De acordo com seu arranjo vertical, do mais próximo ao mais distante da superfície terrestre, são conhecidas as seguintes camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.

Em relação à composição química do ar atmosférico, duas camadas são definidas: a homosfera e a heterosfera.

Homosfera

Ele está localizado nos primeiros 80-100 km acima do nível do mar, e sua composição de gases no ar é homogênea. Nela estão localizadas a troposfera, a estratosfera e a mesosfera.

Heterosfera

Está presente acima de 100 km e é caracterizada pela composição dos gases presentes no ar ser variável. Corresponde à termosfera. A composição dos gases varia em diferentes alturas.

Composição do ar atmosférico primitivo

Disco planetesimal. Fonte: domínio público, commons.wikimedia.org

Após a formação da Terra, há aproximadamente 4.500 milhões de anos, começaram a se acumular gases que formaram o ar atmosférico. Os gases provinham principalmente do manto terrestre, bem como do impacto com os planetesimais (agregados de matéria que deram origem aos planetas).

Acúmulo de CO

A grande atividade vulcânica do planeta passou a liberar diversos gases para a atmosfera, como N ₂, CO ₂ e H ₂ O. O dióxido de carbono começou a se acumular, desde a carbonatação (processo de fixação do CO ₂ atmosférico na forma carbonato) era escasso.

Os fatores que afetaram a fixação de CO ₂ nessa época foram chuvas de baixíssima intensidade e uma área continental muito pequena.

Origem da vida, acúmulo de metano (CH

Os primeiros seres vivos que surgiram no planeta usavam CO ₂ e H ₂ para fazer a respiração. Esses primeiros organismos eram anaeróbicos e metanogênicos (eles produziam grandes quantidades de metano).

O metano acumulava-se no ar atmosférico, pois sua decomposição era muito lenta. Ele se decompõe por fotólise e em uma atmosfera quase sem oxigênio, este processo pode levar até 10.000 anos.

Segundo alguns registros geológicos, há cerca de 3,5 bilhões de anos houve uma diminuição do CO ₂ na atmosfera, o que tem sido associado ao fato de o ar rico em CH ₄ intensificar as chuvas, favorecendo a carbonatação.

Grande evento oxidativo (acúmulo de O

Estima-se que há cerca de 2,4 bilhões de anos a quantidade de O ₂ no planeta atingiu níveis significativos no ar atmosférico. O acúmulo desse elemento está associado ao aparecimento de organismos fotossintéticos.

A fotossíntese é um processo que permite a síntese de moléculas orgânicas a partir de outras inorgânicas na presença de luz. Durante sua ocorrência, o O ₂ é liberado como subproduto.

A alta taxa fotossintética produzida pelas cianobactérias (primeiros organismos fotossintéticos) estava mudando a composição do ar atmosférico. As grandes quantidades de O ₂ liberadas voltaram à atmosfera cada vez mais oxidantes.

Esses elevados níveis de O ₂ influenciaram no acúmulo de CH ₄, pois acelerou o processo de fotólise desse composto. À medida que o metano na atmosfera caiu drasticamente, a temperatura do planeta caiu e ocorreu a glaciação.

Outro efeito importante do acúmulo de O ₂ no planeta foi a formação da camada de ozônio. O O ₂ atmosférico se dissocia sob o efeito da luz e forma duas partículas atômicas de oxigênio.

O oxigênio atômico se recombina com o O ₂ molecular e forma O ₃ (ozônio). A camada de ozônio forma uma barreira protetora contra a radiação ultravioleta, permitindo o desenvolvimento da vida na superfície terrestre.

Nitrogênio atmosférico e seu papel na origem da vida

O nitrogênio é um componente essencial dos organismos vivos, pois é necessário para a formação de proteínas e ácidos nucléicos. No entanto, o N ₂ atmosférico não pode ser usado diretamente pela maioria dos organismos.

A fixação de nitrogênio pode ser biótica ou abiótica. Consiste na combinação de N ₂ com O ₂ ou H ₂ para formar amônia, nitratos ou nitritos.

O conteúdo de N ₂ no ar atmosférico tem permanecido mais ou menos constante na atmosfera terrestre. Durante o período de acúmulo de CO ₂, a fixação do N ₂ foi basicamente abiótica, devido à formação do óxido de nitrogênio, formado pela dissociação fotoquímica das moléculas de H ₂ O e CO ₂ que eram a fonte de O ₂.

Quando os níveis de CO ₂ atmosférico diminuíram, as taxas de formação de óxido de nitrogênio diminuíram dramaticamente. Considera-se que foi nessa época que se originaram as primeiras rotas bióticas de fixação de N ₂.

Composição do ar atmosférico atual

O ar atmosférico é composto por uma mistura de gases e outros elementos bastante complexos. Sua composição é afetada principalmente pela altitude.

Homosfera

A composição química do ar atmosférico seco ao nível do mar é bastante constante. O nitrogênio e o oxigênio constituem cerca de 99% da massa e do volume da homosfera.

O nitrogênio atmosférico (N ₂) está na proporção de 78%, enquanto o oxigênio constitui 21% do ar. O próximo elemento mais abundante no ar atmosférico é o argônio (Ar), que ocupa menos de 1% do volume total.

Componentes do ar atmosférico. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporci%C3%B3n_de_gases_de_la_atm%C3%B3sfera.svg?uselang=es#filelinks Modificado.

Existem outros elementos de grande importância, mesmo quando em pequenas proporções. O dióxido de carbono (CO ₂) está presente na proporção de 0,035% e o vapor d'água pode variar entre 1 e 4%, dependendo da região.

O ozônio (O ₃) é encontrado na proporção de 0,003%, mas constitui uma barreira essencial para a proteção dos seres vivos. Também nesta mesma proporção encontramos vários gases nobres como néon (Ne), criptônio (Kr) e xenônio (Xe).

Além disso, há presença de hidrogênio (H ₂), óxidos nitrosos e metano (CH ₄) em quantidades muito pequenas.

Outro elemento que faz parte da composição do ar atmosférico é a água líquida contida nas nuvens. Da mesma forma, encontramos elementos sólidos como esporos, pólen, cinzas, sais, microrganismos e pequenos cristais de gelo.

Heterosfera

Nesse nível, a altitude determina o tipo de gás predominante no ar atmosférico. Todos os gases são leves (baixo peso molecular) e estão organizados em quatro camadas diferentes.

Vê-se que à medida que a altura aumenta, os gases mais abundantes têm menor massa atômica.

Entre 100 e 200 km de altitude, há maior abundância de nitrogênio molecular (N ₂). O peso desta molécula é de 28,013 g / mol.

A segunda camada da heterosfera é composta de O atômico e está localizada entre 200 e 1000 km acima do nível do mar. O atômico O tem massa de 15.999, sendo menos pesado que o N ₂.

Mais tarde, encontramos uma camada de hélio entre 1000 e 3500 km de altura. O hélio tem uma massa atômica de 4,00226.

A última camada da heterosfera é composta de hidrogênio atômico (H). Esse gás é o mais leve da tabela periódica, com massa atômica de 1,007.

Referências

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