Science School Air Quality IoT

Ατμόσφαιρα της Γης

Με τον όρο ατμόσφαιρα της Γης εννοούμε το αέριο σώμα που περιβάλλει τη Γη και συγκρατείται λόγω της βαρύτητάς της, φτάνοντας πρακτικά σε ύψος 3.500 χιλιόμετρα.

Η ατμόσφαιρα προστατεύει τη ζωή στη Γη με το να απορροφά την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, να θερμαίνει την επιφάνεια της με την παρακράτηση της θερμότητας (φαινόμενο του θερμοκηπίου) και να μειώνει τις αυξομειώσεις της θερμοκρασίας ανάμεσα στη μέρα και τη νύχτα.

Ο ξηρός αέρας αποτελείται κατά 78,08 % από άζωτο, 20,95% από οξυγόνο, 0,93% από αργό, 0,0395% από διοξείδιο του άνθρακα και από ίχνη άλλων αερίων.

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Η ατμοσφαιρική ρύπανση είναι η παρουσία ουσιών στην ατμόσφαιρα που είναι επιβλαβείς για την υγεία των ανθρώπων και άλλων ζωντανών οργανισμών ή προκαλούν βλάβες στο κλίμα . Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι ατμοσφαιρικών ρύπων, όπως αέρια, σωματίδια (τόσο οργανικά όσο και ανόργανα) και βιολογικά μόρια. Η ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί να προκαλέσει ασθένειες, αλλεργίες και ακόμη και θάνατο στον άνθρωπο. Μπορεί επίσης να προκαλέσει βλάβη σε άλλους ζωντανούς οργανισμούς, όπως ζώα και καλλιέργειες τροφίμων και μπορεί να βλάψει το φυσικό ή δομημένο περιβάλλον. Τόσο η ανθρώπινη δραστηριότητα όσο και οι φυσικές διεργασίες μπορούν να δημιουργήσουν ατμοσφαιρική ρύπανση.

Ατμοσφαιρικός Ρύπος

Ένας ατμοσφαιρικός ρύπος είναι ένα υλικό στον αέρα που μπορεί να έχει δυσμενείς επιπτώσεις στον άνθρωπο και το οικοσύστημα. Η ουσία μπορεί να είναι στερεά σωματίδια, υγρά σταγονίδια ή αέρια. Ένας ρύπος μπορεί να είναι φυσικής προέλευσης ή τεχνητής.

Οι ρύποι ταξινομούνται ως πρωτογενείς ή δευτερογενείς. Οι πρωτογενείς ρύποι παράγονται συνήθως από διεργασίες όπως τέφρα από ηφαιστειακή έκρηξη. Οι δευτερογενείς ρύποι δεν εκπέμπονται άμεσα. Αντιθέτως, σχηματίζονται στον αέρα όταν οι πρωτογενείς ρύποι αντιδρούν ή αλληλεπιδρούν.

Οι ρύποι που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από την ανθρώπινη δραστηριότητα περιλαμβάνουν:

Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)

Λόγω του ρόλου του ως αερίου θερμοκηπίου, έχει περιγραφεί ως «ο κορυφαίος ρύπος» και «ο χειρότερος ρύπος για το κλίμα». Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα φυσικό συστατικό της ατμόσφαιρας, απαραίτητο για τη ζωή των φυτών και εκπέμπεται από το ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα. Το CO2 σχηματίζει σήμερα περίπου 410 μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) της γήινης ατμόσφαιρας  σε σύγκριση με περίπου 280 ppm σε προ-βιομηχανικούς χρόνους .Δισεκατομμύρια μετρικοί τόνοι CO2 εκπέμπονται ετησίως με καύση ορυκτών καυσίμων.

Οξείδια του θείου (SOx)

Οξείδια του θείου (SOx) – ιδιαίτερα το διοξείδιο του θείου, μια χημική ένωση με τον τύπο SO2. Ο άνθρακας και το πετρέλαιο συχνά περιέχουν ενώσεις θείου και η καύση τους παράγει διοξείδιο του θείου. Περαιτέρω οξείδωση του SO2, συνήθως παρουσία ενός καταλύτη όπως το ΝΟ2, σχηματίζει H2S04, και έτσι σχηματίζεται όξινη βροχή. Αυτή είναι μια από τις αιτίες ανησυχίας για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της χρήσης αυτών των καυσίμων ως πηγών ενέργειας.

Οξείδια του αζώτου (NOx)

Τα οξείδια του αζώτου, ιδιαίτερα το διοξείδιο του αζώτου, αποβάλλονται από καύση υψηλής θερμοκρασίας . Παράγονται επίσης κατά τη διάρκεια καταιγίδων με ηλεκτρική εκκένωση.  Το διοξείδιο του αζώτου είναι μια χημική ένωση με τον τύπο ΝΟ2. Είναι ένα από τα πολλά οξείδια του αζώτου. Αυτό το κοκκινωπό καφέ τοξικό αέριο έχει χαρακτηριστική οξύτητα και οσμή.

Μονοξείδιο του Ανθρακα (CO)

Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι ένα άχρωμο, άοσμο, τοξικό αέριο. Είναι προϊόν καύσης καυσίμων όπως φυσικό αέριο, άνθρακας ή ξύλο. Τα καυσαέρια συμβάλλουν στην πλειοψηφία του μονοξειδίου του άνθρακα που εισέρχεται στην ατμόσφαιρά μας. Δημιουργεί σχηματισμό τύπου νέφους στον αέρα .Έχει συνδεθεί με πολλές πνευμονικές παθήσεις και διαταραχές στο φυσικό περιβάλλον και τα ζώα.

Πτητικές οργανικές ενώσεις

Πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC)  είναι ένας πολύ γνωστός εξωτερικός ατμοσφαιρικός ρύπος. Κατηγοριοποιούνται είτε ως μεθάνιο (CH4) είτε ως μη μεθάνιο (NMVOCs). Το μεθάνιο είναι ένα εξαιρετικά αποδοτικό αέριο θερμοκηπίου που συμβάλλει στην αύξηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Άλλοι VOC υδρογονάνθρακα είναι επίσης σημαντικά αέρια θερμοκηπίου λόγω του ρόλου τους στη δημιουργία όζοντος  . Ακόμα τα VOC υδρογονάνθρακα συμβάλουν στην παράταση της διάρκειας ζωής του μεθανίου στην ατμόσφαιρα.

Χλωροφθοράνθρακες (CFC)

Χλωροφθοράνθρακες (CFC) – επιβλαβείς για τη στιβάδα του όζοντος. που εκπέμπονται από προϊόντα απαγορεύεται τη χρήση. Αυτά είναι αέρια που απελευθερώνονται από κλιματιστικά, ψυγεία, σπρέι αερολύματος κ.λπ. Κατά την απελευθέρωση στον αέρα, τα CFC ανεβαίνουν στη στρατόσφαιρα. Εδώ έρχονται σε επαφή με άλλα αέρια και καταστρέφουν τη στιβάδα του όζοντος. Αυτό επιτρέπει στις επιβλαβείς υπεριώδεις ακτίνες να φτάσουν στην επιφάνεια της γης.

Οι δευτερογενείς ρύποι περιλαμβάνουν:

Αιθαλομίχλη

Η αιθαλομίχλη είναι ένα είδος ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η κλασική αιθαλομίχλη προκύπτει από μεγάλες ποσότητες καύσης άνθρακα σε μια περιοχή που προκαλείται από ένα μείγμα καπνού και διοξειδίου του θείου. Η σύγχρονη αιθαλομίχλη δεν προέρχεται συνήθως από άνθρακα, αλλά από εκπομπές οχημάτων και βιομηχανιών που ενεργοποιούνται στην ατμόσφαιρα από το υπεριώδες φως από τον ήλιο για να σχηματίσουν δευτερεύοντες ρύπους που επίσης συνδυάζονται με τις πρωτογενείς εκπομπές για να σχηματίσουν φωτοχημική αιθαλομίχλη.

Όζον

Όζον στο επίπεδο του εδάφους (O3) που σχηματίζεται από NOx και VOC. Το όζον (O3) είναι ένα βασικό συστατικό της τροπόσφαιρας. Είναι επίσης ένα σημαντικό συστατικό ορισμένων περιοχών της στρατόσφαιρας κοινώς γνωστής ως στρώση του όζοντος. Οι φωτοχημικές και χημικές αντιδράσεις  οδηγούν πολλές από τις χημικές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα μέρα και νύχτα. Σε ασυνήθιστα υψηλές συγκεντρώσεις που προκαλούνται από ανθρώπινες δραστηριότητες (κυρίως η καύση ορυκτών καυσίμων), είναι ένας ρύπος και ένα συστατικό της αιθαλομίχλης.

Επίμονοι Οργανικοί Ρύποι

Οι επίμονοι οργανικοί ρύποι (POP) είναι οργανικές ενώσεις που είναι ανθεκτικές στην περιβαλλοντική υποβάθμιση μέσω χημικών, βιολογικών και φωτολυτικών διεργασιών. Εξαιτίας αυτού, έχουν παρατηρηθεί ότι παραμένουν στο περιβάλλον, έχουν ικανότητα μεταφοράς μεγάλων αποστάσεων .Μπορούν και βιοσυσσωρεύονται σε ανθρώπινους και ζωικούς ιστούς .Έχουν δυνητικά σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και στο περιβάλλον.

Ατμοσφαιρική Σκόνη

Η Ατμοσφαιρική ή φερόμενη από τον άνεμο σκόνη είναι επίσης γνωστή ως αιολική σκόνη . Προέρχεται από ξηρές  περιοχές όπου οι άνεμοι υψηλής ταχύτητας είναι σε θέση να απομακρύνουν κυρίως υλικό μεγέθους λάσπης, από ευαίσθητες επιφάνειες. Αυτό περιλαμβάνει περιοχές όπου η βόσκηση, άροτρο, χρήση οχημάτων και άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν αποσταθεροποιήσει περαιτέρω τη γη. Το ένα τρίτο της παγκόσμιας γης καλύπτεται από επιφάνειες παραγωγής σκόνης, αποτελούμενες από υπερ-άνυδρες περιοχές όπως η Σαχάρα που καλύπτει 0,9 δισεκατομμύρια εκτάρια, και ξηρές εκτάσεις που καταλαμβάνουν 5,2 δισεκατομμύρια εκτάρια.

Η σκόνη στην ατμόσφαιρα παράγεται από αλάτιση και αμμοβολή κόκκων μεγέθους άμμου και μεταφέρεται μέσω της τροπόσφαιρας. Αυτή η αερομεταφερόμενη σκόνη θεωρείται αεροζόλ και μπορεί να παράγει ισχυρή τοπική ακτινοβολία. Η σκόνη της Σαχάρας ειδικότερα μπορεί να μεταφερθεί και να κατατεθεί μέχρι τη λεκάνη της Καραϊβικής και του Αμαζονίου .Μπορεί να επηρεάσει τις θερμοκρασίες του αέρα, να προκαλέσει ψύξη στον ωκεανό και να μεταβάλει τις ποσότητες βροχόπτωσης.

Μια τοποθεσία που συνδυάζει μια μέση θερμοκρασία 19 βαθμών Κελσίου, 60% μέση υγρασία και ένα εύρος θερμοκρασίας περίπου 10 βαθμούς Κελσίου γύρω από τη μέση θερμοκρασία (ετήσια μεταβολή θερμοκρασίας) θεωρείται ιδανική όσον αφορά για τον ανθρώπο. Τα περισσότερα μέρη με αυτά τα χαρακτηριστικά βρίσκονται γύρω από τις τροπικές περιοχές, ιδιαίτερα στο νότιο ημισφαίριο (τροπικός του Αιγόκερου)

Τι είναι η ατμοσφαιρική πίεση ;

Η ατμοσφαιρική πίεση, επίσης γνωστή ως βαρομετρική πίεση (μετά το βαρόμετρο), είναι η πίεση στην ατμόσφαιρα της Γης. Η τυπική ατμόσφαιρα (σύμβολο: atm) είναι μια μονάδα πίεσης που ορίζεται ως 101,325 Pa (1.013,25 hPa, 1.013,25 mbar).Ισοδυναμεί με 760 mm Hg, 29,9212 ίντσες Hg ή 14,696 psi. Η μονάδα atm είναι περίπου ισοδύναμη με τη μέση ατμοσφαιρική πίεση στάθμης της θάλασσας στη Γη.Η ατμοσφαιρική πίεση της Γης στο επίπεδο της θάλασσας είναι περίπου 1 atm.

• Στη διαδρομή μέσα στην ατμόσφαιρα τα μεγάλα μήκη του φάσματος του φωτός (κόκκινο, πορτοκαλί) καταφέρνουν να τη διασχίσουν χωρίς να επηρεαστούν πολύ, ενώ αυτά με τα μικρότερα μήκη κύματος (μωβ, μπλε) σκεδάζονται προς όλες τις κατευθύνσεις από τα μόρια του αέρα. Έτσι, το μπλε χρωμα του φάσματος φτάνει στα μάτια μας από όλες τις κατευθύνσεις. Βέβαια, θα περιμέναμε το χρώμα του ουρανού να είναι μωβ και όχι μπλε, καθώς έχει μικρότερο μήκος κύματος. Αυτό όμως δε συμβαίνει για τρεις λόγους :
• α) το μωβ έχει μικρή ένταση σε σχέση με τα υπόλοιπα χρώματα του φάσματος
• β) τα μάτια είναι πιο “ευαίσθητα’’ στα τρία βασικά χρώματα (κόκκινο, μπλε, πράσινο)

γ) το μεγαλύτερο κομμάτι του μωβ απορροφάται στην ανώτερη ατμόσφαιρα και δε προλαβαίνει να φτάσει στην επιφάνεια της Γης

Τέλος, το βράδυ που δεν υπάρχει το ηλιακό φως δε συμβαίνει αυτό το φαινόμενο (σκέδαση Rayleigh) και ο ουρανός έχει μαύρο χρώμα.

Χρωματικές διαφορές στον ορίζοντα

Πολλές φορές μπορεί κανείς να παρατηρήσει κοιτάζοντας προς τον ορίζοντα, ότι το χρώμα του ουρανού αρχίζει να εξασθενεί από το μπλε και να τείνει προς το λευκό. Αυτό συμβαίνει γιατί το φως από τον ορίζοντα έχει να διαγράψει μεγαλύτερη πορεία για να φθάσει προς το μέρος μας. Έτσι, έχει απορροφηθεί και σκεδαστεί περισσότερες φορές. Ακόμα η Γη παίζει ένα ρόλο σκεδαστή και αναναστή αυτού του φωτός. Ως αποτέλεσμα της αυξημένης αυτής σκέδασης, η κυριαρχία του μπλε μειώνεται.

Γιατι ο Ήλιος έχει διαφορετικό χρώμα όταν δύει και όταν ανατέλει ;

Όταν ο Ήλιος δύει ή ανατέλλει το χρώμα του ουρανού έχει ένα πορτοκαλί-κόκκινο χρώμα. Αυτό συμβαίνει γιατί ο ηλιακός δίσκος βρίσκεται πολύ χαμηλά στον ορίζοντα, άρα το φως του θα χρειαστεί να διασχίσει μεγαλύτερο μήκος της ατμόσφαιρας για να φθάσει στον παρατηρητή. Κοντά στην επιφάνεια του εδάφους το πάχος του αέρα είναι μεγαλύτερο και εκεί υπάρχουν περισσότερα σωματίδια σκόνης, ρυπαντικές ουσίες και νεφοσταγονίδια. Τότε τα μικρά μήκη κύματος (μωβ, μπλε) έχουν διασκορπιστεί τελείως, λόγω σκέδασης και δε φτάνουν στα μάτια του παρατηρητή. Αντίθετα, τα μεγάλα μήκη κύματος (κόκκινο, πορτοκαλί) κατορθώνουν να ‘’επιβιώσουν’’ και γι’ αυτό το λόγο ο ηλιακός δίσκος αποκτά το κόκκινο χρώμα.