Chimica dell'atmosfera
La chimica dell'atmosfera è una branca della scienza in cui si studia la chimica dell'atmosfera terrestre e quella degli altri pianeti. È un campo di ricerca multidisciplinare e attinge alla chimica ambientale, alla fisica, alla meteorologia, alla modellazione computerizzata, all'oceanografia, alla geologia e alla vulcanologia e ad altre discipline. La ricerca è collegata ad altre aree di studio come la climatologia.
Lo studio dell'atmosfera comprende lo studio delle interazioni tra l'atmosfera e gli organismi viventi. La composizione dell'atmosfera terrestre cambia a seguito di processi naturali come le emissioni dei vulcani, i fulmini e i bombardamenti da parte di particelle solari provenienti dalla corona del Sole. È stata anche modificata dall'attività umana. Alcuni di questi cambiamenti sono dannosi per la salute umana, le colture e gli ecosistemi. Esempi di problemi sono le piogge acide, la riduzione dell'ozono, lo smog fotochimico, i gas serra e il riscaldamento globale. I chimici dell'atmosfera studiano le cause di questi problemi. I chimici dell'atmosfera offrono teorie su questi problemi, poi testano le teorie e le possibili soluzioni. I chimici dell'atmosfera rilevano anche gli effetti dei cambiamenti nella politica del governo.
Storia
Gli antichi greci consideravano l'aria come uno dei quattro elementi. I primi studi scientifici sulla composizione dell'atmosfera iniziarono nel XVIII secolo. Chimici come Joseph Priestley, Antoine Lavoisier e Henry Cavendish effettuarono le prime misurazioni della composizione dell'atmosfera.
Alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo l'interesse si è spostato verso costituenti in tracce con concentrazioni molto piccole. Una scoperta importante per la chimica atmosferica fu la scoperta dell'ozono da parte di Christian Friedrich Schönbein nel 1840.
Le concentrazioni di gas in traccia nell'atmosfera sono cambiate nel tempo e così pure i processi chimici che producono e distruggono i composti nell'aria. Due importanti esempi di questo sono stati la spiegazione di Sydney Chapman e Gordon Dobson su come lo strato di ozono viene creato e mantenuto, e la spiegazione dello smog fotochimico di Arie Jan Haagen-Smit. Ulteriori studi sui problemi dell'ozono hanno portato al premio Nobel per la chimica del 1995, condiviso da Paul Crutzen, Mario Molina e Frank Sherwood Rowland.
Nel XXI secolo l'attenzione si sta spostando di nuovo. La chimica atmosferica è sempre più studiata come una parte del sistema Terra. Prima, gli scienziati si concentravano sulla chimica atmosferica in modo isolato. Ora, gli scienziati studiano la chimica atmosferica come una parte di un unico sistema con il resto dell'atmosfera, la biosfera e la geosfera. Una ragione per questo è il legame tra la chimica e il clima. Per esempio, i cambiamenti climatici e il recupero del buco dell'ozono si influenzano a vicenda. Inoltre, la composizione dell'atmosfera interagisce con gli oceani e gli ecosistemi terrestri.
Metodologia
Osservazioni, misure di laboratorio e modellazione sono i tre elementi centrali della chimica atmosferica. Tutti e tre i metodi sono usati insieme. Per esempio, le osservazioni possono dire che esiste più di un composto chimico di quanto si pensasse possibile in precedenza. Questo stimolerà nuovi studi di modellazione e di laboratorio che aumenteranno la comprensione scientifica fino ad un punto in cui le osservazioni potranno essere spiegate.
Osservazione
Le osservazioni della chimica atmosferica sono importanti. Gli scienziati registrano i dati sulla composizione chimica dell'aria nel tempo per osservare eventuali cambiamenti. Un esempio di questo è la curva di Keeling - una serie di misurazioni dal 1958 ad oggi che mostrano un costante aumento della concentrazione di anidride carbonica. Le osservazioni della chimica atmosferica vengono effettuate in osservatori come quello di Mauna Loa e su piattaforme mobili come aerei, navi e palloni aerostatici. Le osservazioni della composizione dell'atmosfera sono sempre più spesso effettuate da satelliti che danno un quadro globale dell'inquinamento atmosferico e della chimica. Le osservazioni di superficie hanno il vantaggio di fornire registrazioni a lungo termine ad alta risoluzione temporale, ma forniscono dati da uno spazio verticale e orizzontale limitato. Alcuni strumenti di superficie come il LIDAR possono fornire profili di concentrazione di composti chimici e aerosol, ma sono ancora limitati nella regione orizzontale che coprono. Molte osservazioni sono condivise on-line.
Misurazioni in laboratorio
Le misurazioni effettuate in laboratorio sono essenziali per la nostra comprensione delle fonti e dei pozzi di assorbimento degli inquinanti e dei composti presenti in natura. Gli studi di laboratorio ci dicono quali gas reagiscono tra loro e quanto velocemente reagiscono. Gli scienziati misurano le reazioni nella fase gassosa, sulle superfici e nell'acqua. Gli scienziati studiano anche la fotochimica che quantifica la velocità con cui le molecole vengono divise dalla luce del sole e quali sono i prodotti. Gli scienziati studiano anche dati termodinamici come i coefficienti della legge di Henry.
Domande e risposte
D: Che cos'è la chimica atmosferica?
R: La chimica atmosferica è una branca della scienza in cui si studia la chimica dell'atmosfera terrestre e quella di altri pianeti. Si basa su molteplici discipline, come la chimica ambientale, la fisica, la meteorologia, la modellazione informatica, l'oceanografia, la geologia e la vulcanologia.
D: In che modo lo studio dell'atmosfera include lo studio degli organismi viventi?
R: La ricerca sulla chimica atmosferica comprende anche lo studio delle interazioni tra l'atmosfera e gli organismi viventi.
D: Quali sono alcuni esempi di problemi causati dall'attività umana?
R: Esempi di problemi causati dall'attività umana sono le piogge acide, la riduzione dell'ozono, lo smog fotochimico, i gas serra e il riscaldamento globale.
D: Cosa fanno i chimici dell'atmosfera per affrontare questi problemi?
R: I chimici dell'atmosfera offrono teorie su questi problemi e le testano per trovare possibili soluzioni. Notano anche gli effetti dei cambiamenti nelle politiche governative relative a questi problemi.
D: Come cambia naturalmente la composizione dell'atmosfera terrestre?
R: La composizione dell'atmosfera terrestre cambia in seguito a processi naturali come le emissioni dei vulcani, i fulmini e il bombardamento di particelle solari dalla corona del Sole.
