Química atmosférica

A química atmosférica é um ramo da ciência no qual a química da atmosfera terrestre e a de outros planetas é estudada. É um campo multidisciplinar de pesquisa e recorre à química ambiental, física, meteorologia, modelagem computadorizada, oceanografia, geologia e vulcanologia e outras disciplinas. A pesquisa está conectada com outras áreas de estudo, como climatologia.

O estudo da atmosfera inclui o estudo das interações entre a atmosfera e os organismos vivos. A composição da atmosfera terrestre muda como resultado de processos naturais como as emissões de vulcões, raios e bombardeios por partículas solares da coroa do Sol. Ela também foi alterada pela atividade humana. Algumas dessas mudanças são prejudiciais à saúde humana, às colheitas e aos ecossistemas. Exemplos de problemas incluem a chuva ácida, o esgotamento da camada de ozônio, o smog fotoquímico, os gases de efeito estufa e o aquecimento global. Os químicos atmosféricos estudam as causas destes problemas. Os químicos atmosféricos oferecem teorias sobre esses problemas, depois testam as teorias e as possíveis soluções. Os químicos atmosféricos também observam os efeitos das mudanças na política governamental.

História

Os antigos gregos consideravam o ar como um dos quatro elementos. Os primeiros estudos científicos de composição atmosférica começaram no século XVIII. Químicos como Joseph Priestley, Antoine Lavoisier e Henry Cavendish fizeram as primeiras medições da composição da atmosfera.

No final do século XIX e início do século XX, o interesse se deslocou para os constituintes vestigiais com concentrações muito pequenas. Uma importante descoberta para a química atmosférica foi a descoberta do ozônio por Christian Friedrich Schönbein em 1840.

As concentrações de gases vestigiais na atmosfera mudaram com o tempo, assim como os processos químicos que produzem e destroem os compostos no ar. Dois exemplos importantes disto foram a explicação de Sydney Chapman e Gordon Dobson de como a camada de ozônio é criada e mantida, e a explicação do smog fotoquímico de Arie Jan Haagen-Smit. Outros estudos sobre questões de ozônio levaram ao Prêmio Nobel de Química de 1995 compartilhado entre Paul Crutzen, Mario Molina e Frank Sherwood Rowland.

No século XXI, o foco está agora mudando novamente. A química atmosférica é cada vez mais estudada como uma parte do sistema terrestre. Antes, os cientistas se concentravam na química atmosférica de forma isolada. Agora, os cientistas estudam a química atmosférica como uma parte de um único sistema com o resto da atmosfera, biosfera e geosfera. Uma razão para isso são as ligações entre a química e o clima. Por exemplo, as mudanças climáticas e a recuperação do buraco de ozônio afetam uns aos outros. Além disso, a composição da atmosfera interage com os oceanos e os ecossistemas terrestres.

Metodologia

Observações, medições de laboratório e modelagem são os três elementos centrais na química atmosférica. Todos os três métodos são utilizados em conjunto. Por exemplo, as observações podem dizer que existe mais de um composto químico do que anteriormente se pensava ser possível. Isto estimulará novas modelagens e estudos de laboratório que aumentarão o entendimento científico até um ponto em que as observações possam ser explicadas.

Observação

As observações da química atmosférica são importantes. Os cientistas registram dados sobre a composição química do ar ao longo do tempo para observar quaisquer mudanças. Um exemplo disso é a Curva de Keeling - uma série de medições de 1958 até hoje que mostram um aumento constante da concentração de dióxido de carbono. Observações da química atmosférica são feitas em observatórios como o do Mauna Loa e em plataformas móveis como aeronaves, navios e balões. As observações da composição atmosférica são cada vez mais feitas por satélites, dando um quadro global da poluição atmosférica e da química. As observações de superfície têm a vantagem de fornecer registros a longo prazo em alta resolução de tempo, mas fornecem dados de um espaço vertical e horizontal limitado. Alguns instrumentos de superfície como o LIDAR podem fornecer perfis de concentração de compostos químicos e aerossol, mas ainda são restritos na região horizontal que cobrem. Muitas observações são compartilhadas on-line.

Medidas de laboratório

As medições feitas no laboratório são essenciais para nosso entendimento das fontes e sumidouros de poluentes e compostos encontrados na natureza. Estudos de laboratório dizem quais gases reagem uns com os outros e com que rapidez eles reagem. Os cientistas medem as reações na fase gasosa, em superfícies e na água. Os cientistas também estudam fotoquímica que quantifica a rapidez com que as moléculas são divididas pela luz solar e quais são os produtos. Os cientistas também estudam dados termodinâmicos, como os coeficientes da lei Henry.


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