Gás traço - Trace gas
Os gases traço são aqueles gases na atmosfera diferentes do nitrogênio (78,1%), oxigênio (20,9%) e argônio (0,934%) que, em combinação, constituem 99,934% dos gases na atmosfera (não incluindo o vapor de água).
Abundância, fontes e sumidouros
A abundância de um gás traço pode variar de algumas partes por trilhão ( ppt ) em volume a várias centenas de partes por milhão em volume ( ppmv ). Quando um gás traço é adicionado à atmosfera, esse processo é chamado de fonte . Existem dois tipos possíveis de fontes - naturais ou antropogênicas. As fontes naturais são causadas por processos que ocorrem na natureza. Em contraste, as fontes antropogênicas são causadas pela atividade humana. Algumas das fontes de um gás traço são biogênicas , Terra sólida ( liberação de gás ), o oceano, atividades industriais ou formação in situ . Alguns exemplos de fontes biogênicas incluem fotossíntese , excrementos de animais , cupins , arrozais e pântanos . Os vulcões são a principal fonte de gases-traço da terra sólida. O oceano global também é uma fonte de vários gases-traço, em particular gases contendo enxofre. A formação de gases traço in situ ocorre por meio de reações químicas na fase gasosa. Fontes antropogênicas são causadas por atividades relacionadas ao homem, como combustão de combustível fóssil (por exemplo, no transporte ), mineração de combustível fóssil, queima de biomassa e atividade industrial. É 1% da atmosfera. Em contraste, um sumidouro ocorre quando um gás traço é removido da atmosfera. Alguns dos sumidouros de gases traço são reações químicas na atmosfera, principalmente com o radical OH , conversão de gás em partículas formando aerossóis , deposição úmida e deposição seca . Outros sumidouros incluem atividade microbiológica nos solos.
Abaixo está um gráfico de vários gases traço, incluindo sua abundância, tempo de vida na atmosfera, fontes e sumidouros.
Gases traço - retirados à pressão de 1 atm
Gás | Fórmula química | Fração de volume de ar pela espécie | Tempo de residência ou vida | Fontes principais | Pias principais |
---|---|---|---|---|---|
Dióxido de carbono | CO 2 | 409,95 ppmv (agosto de 2019) | 3 - 4 anos | Biológico, oceânico, combustão, antropogênico | fotossíntese |
Néon | Ne | 18,18 ppmv | _________ | Vulcânico | ________ |
Hélio | Ele | 5,24 ppmv | _________ | Radiogênico | ________ |
Metano | CH 4 | 1,8 ppmv | 9 anos | Biológico, antropogênico | OH |
Hidrogênio | H 2 | 0,56 ppmv | ~ 2 anos | Biológico, fotólise HCHO | absorção do solo |
Óxido nitroso | N 2 O | 0,33 ppmv | 150 anos | Biológico, antropogênico | O ( 1 D) na estratosfera |
Monóxido de carbono | CO | 40 - 200 ppbv | ~ 60 dias | Fotoquímica, combustão, antropogênica | OH |
Ozônio | O 3 | 10 - 200 ppbv (troposfera) | Dias - meses | Fotoquímica | fotólise |
Formaldeído | HCHO | 0,1 - 10 ppbv | ~ 1,5 horas | Fotoquímica | OH, fotólise |
Espécies de nitrogênio | NÃO x | 10 pptv - 1 ppmv | variável | Solos, antropogênicos, relâmpagos | OH |
Amônia | NH 3 | 10 pptv - 1 ppbv | 2 a 10 dias | Biológico | conversão de gás em partícula |
Dióxido de enxofre | SO 2 | 10 pptv - 1 ppbv | Dias | Fotoquímica, vulcânica, antropogênica | OH, oxidação à base de água |
Sulfeto de dimetil | (CH 3 ) 2 S | vários pptv - vários ppbv | Dias | Biológico, oceano | OH |
Gases de efeito estufa
Alguns exemplos dos principais gases de efeito estufa são água , dióxido de carbono , metano , óxido nitroso , ozônio e CFCs . Esses gases podem absorver a radiação infravermelha da superfície da Terra à medida que ela passa pela atmosfera. O gás de efeito estufa mais importante é o vapor de água porque ele pode capturar cerca de 80% da radiação infravermelha de saída. O segundo gás de efeito estufa mais importante, e o mais importante afetado por fontes de origem humana na atmosfera, é o dióxido de carbono. A razão pela qual os gases de efeito estufa podem absorver a radiação infravermelha é sua estrutura molecular. Por exemplo, o dióxido de carbono tem dois modos básicos de vibração que criam um forte momento de dipolo , que causa sua forte absorção de radiação infravermelha. Abaixo está uma tabela de alguns dos principais gases de efeito estufa de origem humana e sua contribuição para o aumento do efeito estufa .
Principais fontes e gases de efeito estufa
Gás | Fórmula química | Principais fontes humanas | Contribuição para aumentar (estimado) |
---|---|---|---|
Dióxido de carbono | CO 2 | combustão de combustível fóssil, desmatamento | 55% |
Metano | CH 4 | campos de arroz, gado e vacas leiteiras, aterros sanitários, produção de petróleo e gás | 15% |
Óxido nitroso | N 2 O | fertilizantes, desmatamento | 6% |
Em contraste, os gases mais abundantes na atmosfera não são gases de efeito estufa. A principal razão é que eles não podem absorver a radiação infravermelha, pois não têm vibrações com momento de dipolo. Por exemplo, as ligações triplas do dinitrogênio atmosférico formam uma molécula altamente simétrica que é muito inerte na atmosfera.
Mistura
O tempo de residência de um gás traço depende da abundância e da taxa de remoção. A relação Junge (empírica) descreve a relação entre as flutuações de concentração e o tempo de residência de um gás na atmosfera. Pode ser expresso como fc = b / τ r , onde fc é o coeficiente de variação , τ r é o tempo de residência em anos e b é uma constante empírica, que Junge originalmente deu como 0,14 anos. À medida que o tempo de residência aumenta, a variabilidade da concentração diminui. Isso implica que os gases mais reativos têm a maior variabilidade de concentração por causa de sua vida útil mais curta. Em contraste, mais gases inertes não são variáveis e têm vida útil mais longa. Quando medida longe de suas fontes e sumidouros, a relação pode ser usada para estimar os tempos de residência troposférica dos gases.