• Monday June 24,2019

Alles auf der Erde liegt in der Luft

Anonim

Die unglaublich vielfältige Mischung aus Molekülen und Partikeln, die wir Luft nennen, reicht bis vor 4, 5 Milliarden Jahren zurück, als Weltraumgesteine ​​und Planetensimale die sich noch bildende Erde bombardierten. Als diese Objekte kollidierten, lösten sie eine dicke Suppe aus Kohlendioxid und Stickstoffgasen aus. Später brachten andere Arten von Meteoriten und Kometen, die beim Aufprall verdampften, Wasser zusammen mit zusätzlichem Kohlenstoff und Stickstoff zu unserem Planeten. Vulkanausbrüche begannen, Dampf und noch mehr Gas aus dem Inneren des jungen Planeten zu pumpen. Als die Äonen vergingen, wurde der größte Teil des Kohlendioxids in Karbonatgesteinen absorbiert, und die Erdatmosphäre, die 10 bis 20 Mal so dick war wie heute, wurde nach und nach dünner.

Selbst damals war die Luft weit von dem sauerstoffreichen, lebenserhaltenden Zeug entfernt, das wir heute genießen. Vor etwa 2, 7 Milliarden Jahren begannen photosynthetische Algen in den Ozeanen, sich mit Kohlendioxid als Treibstoff zu versehen und das Nebenprodukt Sauerstoff in die Luft zu transportieren. Die ultravioletten Strahlen der Sonne spalten einige dieser Sauerstoffmoleküle auf und der freigesetzte elementare Sauerstoff wird mit normalem Sauerstoff kombiniert, um Ozon zu erzeugen. Im Laufe der Zeit häuften sich die neuen Moleküle und bildeten die Ozonschicht, ein natürliches Sonnenschutzmittel, das einige zehn Kilometer über dem Boden schwebte. Geschützt vor schädlichen UV-Strahlen, die sonst an DNA abtragen würden, gedieh das Pflanzenleben. Mehr Pflanzen bedeuteten mehr Photosynthese und noch mehr Sauerstoff in der Atmosphäre. Schließlich enthielt die Atmosphäre genug Sauerstoff und Ozon in großer Höhe, um das Leben in der Luft zu erhalten, wie wir es heute kennen.

Poröser Chondrit-Interplanetar-Staubpartikel.

Mit freundlicher Genehmigung von EK Jessberger, Institut für Planetologie,
Münster, Deutschland, und Don Brownlee, Universität
von Washington, Seattle,
Diese Datei wird unter lizenziert
Creative Commons Attribution 2.5 License

Als das Land und die Meere der Erde immer dichter wurden, wurde auch die Luft stärker. Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff, einer stark schwankenden Verteilung von Wasserdampf und Spuren von Argon, Kohlendioxid und anderen Gasen. Pflanzen, Tiere und vor allem Menschen fügen zu dieser Masse ihre eigenen chemischen Abdrücke hinzu. Es gibt die üblichen Verdächtigen - überschüssiges Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Stickoxide, Ruß und Blei, die durch menschliche Aktivitäten erzeugt werden. Es gibt auch eine lange Liste anderer Schadstoffe: Autos, Boote, Holzfeuer und andere Quellen tragen jedes Jahr mehr als 250.000 Tonnen krebserzeugendes Formaldehyd bei. Hausmannskost und -heizung tragen zu den 375.000 Tonnen Benzol bei, einem weiteren Karzinogen, das die Amerikaner jedes Jahr in die Luft freisetzen. Allein in den Vereinigten Staaten werden in landwirtschaftlichen Betrieben mehr als 2 Millionen Tonnen Ammoniak freigesetzt. Selbst Wasserdampf kann zur Verschmutzung beitragen. Zusätzliche Feuchtigkeit in der Nähe von Kohlekraftwerken beschleunigt die Umwandlung von Schwefeldioxiddämpfen in Schwefelsäure und erhöht den sauren Regen in der Umgebung.

"Wir atmen diese Suppe mit Dingen ein, die nicht den dominierenden Teil unserer Atmosphäre ausmachen, sondern in beträchtlichen Mengen vorhanden sind", sagt der Umweltingenieur-Professor William Nazaroff von der University of California in Berkeley. "Wir verstehen vieles, und wir verstehen nicht viel über dieses wunderbare und komplexe System."

Alles, was in die Atmosphäre freigesetzt wird, breitet sich schnell aus, weil die Luft ständig in Bewegung ist. Die wärmende Strahlung der Sonne treibt die Zirkulation vom Äquator zu den Subtropen. Temperatur- und Druckschwankungen sorgen für Wind und Sturm, von kleinen Wirbeln bis zu wütenden Trichterwolken. Auf globaler Ebene bewirkt die Erwärmung atmosphärischer Moleküle, dass sich die untere Atmosphäre oder Troposphäre im Laufe des Tages stärker ausdehnt und dehnt; es lässt sich dann wieder nieder, wenn es nachts abkühlt. Auf der kleinsten Ebene stoßen Luftmoleküle kontinuierlich mit Hunderten von Kilometern pro Stunde aneinander und prallen wie Billardkugeln ab. In wenigen Wochen werden die Moleküle in einem bestimmten Luftvolumen die Welt umrunden. Nach einigen Jahren werden die ursprünglichen Moleküle gleichmäßig in der unteren Atmosphäre verteilt.

Um ein menschliches Gesicht darauf zu stellen: Als Julius Cäsar seinen letzten Atemzug ausatmete, hinterließ er der Atmosphäre um ihn herum etwa 10 22 Moleküle. Die Luft, die die Lunge verlässt, besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff, zu 16 Prozent aus Sauerstoff und zu 4 Prozent aus Kohlendioxid - an Sauerstoff verbraucht und an Kohlendioxid mehr als hundertfach angereichert, verglichen mit dem, was aufgrund des menschlichen Stoffwechsels eingetreten ist. Ein Teil des Kohlendioxids wurde wahrscheinlich von Pflanzen in einem nahegelegenen Garten eingeschlossen und verdaut, aber die überwiegende Mehrheit der ausgeatmeten Moleküle begann sich in einem immer größer werdenden Bereich auszubreiten. Innerhalb eines Jahrzehnts hatte sich dieser Atemzug vollständig um die Erde verteilt, und der größte Teil ist noch im Umlauf. Wahrscheinlichkeiten sind, mindestens eines der Moleküle, die Caesar (oder Mozart oder Martin Luther King) nach seinem Tod aufgegeben hat, in Ihre Lungen fließt, wenn Sie diese Zeilen lesen.

Die ewige Fahrradqualität der Luft gilt nicht für viele Schadstoffe und organische Verbindungen, die durch chemische Reaktionen abgebaut werden, bevor sie weltweite Sprünge absolvieren können. (Aus diesem Grund werden Sie auch keine Alkoholdämpfe aus Caesars letztem Glas Wein inhalieren.) Trotzdem kann eine große Anzahl schädlicher Chemikalien lange genug herumhängen, um ernsthafte Auswirkungen zu haben. Aktuelle Studien zeigen, dass Emissionen von Schiffen, die den Atlantik überqueren, Waldbrände in Kanada und Fabriken in Russland bis zum Nordpol vorgedrungen sind, wo sie einen wärmenden Dunst aus Sulfaten, Ammoniak, Ruß und Nitraten erzeugen. Renyi Zhang, ein atmosphärischer Wissenschaftler an der Texas A & M University, hat herausgefunden, dass die vorherrschenden Winde Ruß und Sulfate aus Fabriken in China und Indien über Tausende von Kilometern über den Pazifik transportieren. Computermodellierung und Satellitenbeobachtungen lassen vermuten, dass diese winzigen Partikel die Bedeckung der Sturmwolke in bestimmten Regionen des Nordpazifik um 20 bis 50 Prozent erhöhen können, was in manchen Fällen ausreichend ist, um die Spuren der Stürme zu verändern. "Dies wird einen großen Einfluss auf das globale Wetter haben", sagt Zhang. Es gibt auch Vorteile für die unruhigen Bewegungen der Luft. Viele Pflanzen, darunter Getreide wie Mais und Weizen, sind auf den Wind angewiesen, um ihren Pollen zu verbreiten. Staub aus der Sahara bringt überraschende Geschenke. Die Luft über dem Atlantik hat möglicherweise die Intensität der Hurrikansaison 2006 gemindert. Es scheint auch wichtige Mineralstoffe in die Regenwälder des Amazonas zu tragen.

Im Innenbereich erhält Luft eine ganze Reihe weiterer Qualitäten. Luft in einem durchschnittlichen Haushalt enthält Chlorgas aus Haushaltsreinigungsmitteln, Fragmenten von Kakerlaken und anderen Insekten sowie mikroskopisch kleine Staubmilben, die von Teppichen oder Sofas aufgeworfen werden. Beim Umkleiden schicken wir pro Minute 100.000.000 inhalierbare Mikroben in die Luft. Nach dem Fluten kann der Schimmel in Innenräumen zu einem irritierenden oder sogar tödlichen Teil der Luft werden.

Der Arbeitsplatz ist auch kaum makellos. Ein typischer Kubikmeter Büroluft enthält mehrere hundert Pilzsporen, 89 Mikrogramm Ethanol, 42 Aceton, 16 Formaldehyd, ein halbes Mikrogramm Chloroform und die Nebenprodukte der menschlichen Flatulenz, eine Hauptquelle für Methan und Schwefelwasserstoff.

Eoin Brodie, ein Mikrobiologe am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien, kann das Atmen in so einem Haufen von Sachen von Vorteil sein. Er ist Teil eines Teams, das die mikrobielle Vielfalt der US-Luft katalogisiert - in der die Wissenschaftler unter anderem sehr geringe Bakterienkonzentrationen in Verbindung mit Anthrax gefunden haben. Brodie vermutet, dass eine geringe Belastung durch andere Mikroben unser Immunsystem stärken kann. "Es könnte uns tatsächlich schützen", sagt er.

Einige Verunreinigungen in der Luft werden durch die Schutzeigenschaften der Atmosphäre mehr als ausgeglichen. Luft verbrennt alle außer den größten Weltraumgestein, bevor sie unseren Planeten schlagen. Die große Mehrheit kommt niemals über die Stratosphäre hinaus. Der Kompromiss ist ein ständiger Regen von kosmischem Staub. Statistisch gesehen atmen Sie jedes Jahr drei Partikel ein, die von einem Meteoroid abgeschossen wurden, als er durch die Erdatmosphäre brannte.

Luft verbindet uns mit den entferntesten Teilen dieses Planeten, mit allem Leben, das jemals gelebt hat, sogar mit dem Universum dahinter. "Wenn es auf der Erde existiert", sagt der Chemiker Joe Schwarcz der McGill University, "wird ein Rest davon in der Luft sein."


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