Οι εκπομπές χλωροφόρμιου, που αυξάνονται συνεχώς, ιδίως στην ανατολική Ασία και ειδικότερα στην ανατολική Κίνα, αποτελούν μια νέα απειλή για το στρώμα του όζοντος στην ατμόσφαιρα, η αποκατάσταση του οποίου μπορεί καθυστερήσει έως και οκτώ χρόνια, σύμφωνα με νέες εκτιμήσεις των επιστημόνων.

Η «τρύπα» του όζοντος, το οποίο προστατεύει τη Γη από την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου, βρίσκεται σε διαδικασία σταδιακής αποκατάστασης, χάρη στους περιορισμούς που είχε επιβάλει το 1987 το πετυχημένο διεθνές Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ στους χλωροφθοράνθρακες, την κύρια αιτία για την καταστροφή του όζοντος. Οι περισσότεροι επιστήμονες προβλέπουν ότι κάπου στα μέσα του αιώνα μας η «τρύπα» θα έχει κλείσει τελείως.

Όμως, μια νέα διεθνής μελέτη με επικεφαλής τον καθηγητή ατμοσφαιρικής επιστήμης Ρόναλντ Πριν του Πανεπιστημίου ΜΙΤ, που έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό γεωεπιστημών “Nature Geoscience”, εντόπισε μια νέα απειλή, το χλωροφόρμιο, μια άχρωμη ουσία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή κυρίως προϊόντων όπως το «Τεφλόν» και διάφορες ψυκτικές ουσίες.

Μεταξύ 2000-2010 οι παγκόσμιες εκπομπές χλωροφόρμιου παρέμειναν σταθερές στους περίπου 270.000 τόνους ετησίως. Όμως, μεταξύ 2010-2015 οι εκπομπές και οι συγκεντρώσεις του στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας έχουν αυξηθεί σημαντικά, ξεπερνώντας πλέον τους 324.000 τόνους. Το μεγαλύτερο μέρος της αύξησης αποδίδεται στην Κίνα, σύμφωνα με το ΑΜΠΕ.

Αν αυτή η τάση συνεχιστεί, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι η αποκατάσταση του όζοντος θα καθυστερήσει κατά τέσσερα έως οκτώ χρόνια. «Η ανάκαμψη του όζοντος δεν είναι τόσο γρήγορη όσο οι άνθρωποι ήλπιζαν και, όπως διαπιστώσαμε, το χλωροφόρμιο πρόκειται να την καθυστερήσει κι άλλο», δήλωσε ο Πριν.

Το χλωροφόρμιο είναι μια πολύ βραχύβια ουσία στην ατμόσφαιρα, όπου παραμένει περίπου πέντε μήνες μετά την εκπομπή της, γι’ αυτό και το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ δεν την είχε συμπεριλάβει στους περιορισμούς του. Όμως, σύμφωνα με τους ερευνητές, κάνει μεγαλύτερη ζημιά από ό,τι είχε υποτεθεί έως τώρα.

 

 

Πέρυσι, Βρετανοί επιστήμονες είχαν ανακοινώσει μια άλλη απειλή για το στρώμα του όζοντος, από μια επίσης πολύ βραχύβια ουσία, το διχλωρομεθάνιο, το οποίο, όπως το χλωροφόρμιο, χρησιμοποιείται από τη χημική βιομηχανία ως ενδιάμεσο προϊόν για την παραγωγή άλλων τελικών προϊόντων.

Το χλωροφόρμιο και το διχλωρομεθάνιο, μπορούν υπό τη επίδραση των τυφώνων, μουσώνων και άλλων ισχυρών ανέμων, να ωθηθούν προς τη στρατόσφαιρα, όπου τελικά θα αποσυντεθούν σε χλώριο, το οποίο, με τη σειρά του, καταστρέφει το όζον.

 

Πηγή: GreenAgenda

Η πρώτη ατμόσφαιρα του πλανήτη πιθανότατα είχε πάρα πολλές ομοιότητες με την ατμόσφαιρα του ήλιου. Η ατμόσφαιρα αυτή, η οποία περιείχε μεγάλες ποσότητες υδρογόνου (Η2) και ήλιου (He), χάθηκε σχετικά σύντομα μετά από τη δημιουργία της, πριν από περίπου 4.6 δισ. χρόνια. Στην απώλεια της αρχικής ατμόσφαιρας της Γης συνετέλεσαν, μεταξύ άλλων, ο ισχυρός ηλιακός άνεμος («βροχή» φορτισμένων σωματιδίων από τον ήλιο) και οι εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούσαν στον πλανήτη μας εκείνη τη χρονική περίοδο.

Η παρούσα ατμόσφαιρα θεωρείται το αποτέλεσμα της εξελικτικής πορείας μιας πρωταρχικής, αναγωγικής ατμόσφαιρας η οποία προέκυψε από την έκλυση διαφόρων αερίων από το εσωτερικό της Γης μέσω της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των θερμοπιδάκων. Τα εκλυόμενα αέρια αποτελούνταν στο μεγαλύτερο ποσοστό τους (~80%) από υδρατμούς (Η2Ο) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2), ενώ σε μικρότερες ποσότητες περιείχαν ενώσεις του αζώτου (Ν2). Με βάση χημικές αναλύσεις από τα αρχαιότερα πετρώματα της Γης, η πρωταρχική αυτή ατμόσφαιρα περιείχε επίσης μεθάνιο (CH4), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και κυάνιο (CN), ενώ απουσίαζε το οξυγόνο (Ο2).

Η έκλυση αερίων από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη μας συνεχίστηκε για εκατομμύρια χρόνια, εμπλουτίζοντας την αναγωγική ατμόσφαιρα με υδρατμούς και οδηγώντας, σταδιακά, στο σχηματισμό νεφών (αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών). Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία της επιφάνειας συνέχισε να υποχωρεί, επιτρέποντας στο νερό που έπεφτε με την μορφή βροχής να γεμίσει σταδιακά της κοιλότητες (αποτέλεσμα του «βομβαρδισμού» της Γης από πλήθος αστρικών σωμάτων) του πλανήτη μας, δημιουργώντας λίμνες, ποτάμια και ωκεανούς. Κατά τη διάρκεια αυτής της φυσικής διεργασίας, μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα απομακρύνθηκαν από την ατμόσφαιρα, διαλυόμενες στο βρόχινο νερό και αποθηκευόμενες τελικά στους ωκεανούς. Μέσω χημικών και βιολογικών διεργασιών, ένα σημαντικό μέρος του παραπάνω διοξειδίου του άνθρακα εγκλωβίστηκε τελικά σε ιζηματογενή πετρώματα (π.χ. ασβεστόλιθος). Η σταδιακή απομάκρυνση υδρατμών (μέσω συμπύκνωσης και κατακρήμνισης με την μορφή βροχής) και διοξειδίου του άνθρακα κατέστησε τελικά το χημικά αδρανές άζωτο κυρίαρχο ατμοσφαιρικό συστατικό.

Κατά την ίδια χρονική περίοδο, η αναγωγική ατμόσφαιρα της Γης «σφυροκοπείται» από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία ενώ εκδηλώνονται πολύ βίαια καιρικά φαινόμενα, συνοδευόμενα από έντονη ηλεκτρική δραστηριότητα (κεραυνοί). Η συνύπαρξη αυτών των πηγών ενέργειας και της αναγωγικής ατμόσφαιρας έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη δημιουργία του οξυγόνου, αφού επέτρεψε καταρχήν τη δημιουργία πρωτόγονων μορφών ζωής (π.χ. βακτήρια), οι οποίες στη συνέχεια εμπλούτισαν με οξυγόνο την ατμόσφαιρα μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης.

Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο μπορεί να δημιουργηθεί με τουλάχιστον δύο τρόπους:

  • Με φωτοδιάσπαση των υδρατμών υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας.

Κατά τη φωτοχημική αυτή διεργασία, τα μόρια των υδρατμών διασπώνται από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, οδηγώντας στην παραγωγή μορίων υδρογόνου και οξυγόνου. Η διεργασία αυτή εξακολουθεί να λαμβάνει χώρα ακόμα και σήμερα στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

  • Με φωτοσύνθεση κατά την οποία ζώντες οργανισμοί συνθέτουν την τροφή τους (γλυκόζη) από υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα, παρουσία της ορατής ηλιακής ακτινοβολίας.  

Από τους δύο αυτούς τρόπους παραγωγής του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, η διεργασία της φωτοσύνθεσης είναι κυρίαρχη σε σχέση με τη φωτοδιάσπαση. Σύμφωνα με δοκιμαστικούς υπολογισμούς, μόνο το 10-6 – 10-4 της σημερινής συγκέντρωσης της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο θα μπορούσε να παραχθεί με φωτοδιάσπαση. Στον αντίποδα βέβαια, η διεργασία της φωτοσύνθεσης προϋποθέτει την παρουσία ζωής.  

Σύμφωνα με τις σημερινές αντιλήψεις, οι πρώτοι ζώντες οργανισμοί της Γης δημιουργήθηκαν μέσω της επίδρασης των προαναφερθέντων ισχυρών πηγών ενέργειας επάνω στα αέρια της πρωταρχικής, αναγωγικής ατμόσφαιρας. Πειραματικά αποδεικνύεται πως η επίδραση ισχυρών πηγών ενέργειας επάνω σε αναγωγική ατμόσφαιρα οδηγεί στο σχηματισμό αμινοξέων και άλλων οργανικών ενώσεων. Αυτές οι οργανικές ενώσεις διαλύθηκαν στους υδάτινους όγκους της «νεαρής» Γης όπου, προστατευόμενες από τη βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία, σχημάτισαν καταλυτικά μόρια DNA και RNA, καθώς και διάφορα άλλα ένζυμα, «συστατικά» απαραίτητα για την ανάπτυξη ζωής. Ωστόσο, η έξοδος αυτών των πρωτόγονων μορφών ζωής από το νερό δε θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί προτού η Γη αποκτούσε κάποιου είδους προστασία από την επιζήμια υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου.

Η προστασία της Γης από τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία επετεύχθη με το σχηματισμό του όζοντος (Ο3), το οποίο είναι αέριο που διαθέτει το μοναδικό χαρακτηριστικό της ισχυρής απορρόφησης της βλαβερής υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Τα πρώτα ίχνη όζοντος στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δημιουργήθηκαν από το λιγοστό οξυγόνο που άρχισαν να εκλύουν οι πρωτόγονοι «υποβρύχιοι» οργανισμοί μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης. Η παραγωγή όζοντος από οξυγόνο είναι μια φωτοχημική διεργασία η οποία λαμβάνει χώρα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Με βάση θεωρητικά ατμοσφαιρικά υποδείγματα, υπολογίζεται πως για την παραγωγή ποσότητας όζοντος ικανής για την προστασία της ζωής στη Γη απαιτούταν το ένα χιλιοστό της σημερινής συγκέντρωσης της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο.
Με τη δημιουργία της προστατευτικής στιβάδας του όζοντος στην ανώτερη ατμόσφαιρα, οι ζώντες οργανισμοί κατόρθωσαν να επιβιώσουν και έξω από το νερό. Έτσι, αναπτύχθηκε σταδιακά η βλάστηση στην επιφάνεια του πλανήτη μας και η φωτοσύνθεση κυριάρχησε, εμπλουτίζοντας την ατμόσφαιρα με οξυγόνο. Σήμερα γνωρίζουμε ότι πριν από 0.5 – 1 δισ. χρόνια, η ατμόσφαιρα της Γης περιείχε τόσο οξυγόνο όσο περίπου και σήμερα. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειώσουμε πως από τη συνολική ποσότητα οξυγόνου που παρήχθη από τους φυτικούς οργανισμούς στη διάρκεια της ιστορίας της Γης, μόνο το 10% αντιστοιχεί στα επίπεδα συγκεντρώσεων που παρατηρούμε σήμερα. Το υπόλοιπο 90% καταναλώθηκε κυρίως για την παραγωγή οξειδίων στο φλοιό της Γης (π.χ. ανθρακικό ασβέστιο).

Η δημιουργία, ειδικότερα, των ανθρακικών ενώσεων έπαιξε σημαντικό ρόλο στην απομάκρυνση σημαντικών ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Στην πιο πρόσφατη ιστορία του πλανήτη μας, η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο παρέμεινε σταθερή ως αποτέλεσμα της ισορροπίας μεταξύ των διεργασιών της φωτοσύνθεσης, της δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα σε ανθρακικά πετρώματα, της αναπνοής, της καύσης, της οξείδωσης και της έκλυσης ηφαιστειακών αερίων. Στον «καθαρισμό» της ατμόσφαιρας από το διοξείδιο του άνθρακα, καθοριστικό ρόλο έπαιξε το νερό. Δίχως την παρουσία του δεν θα αναπτυσσόταν ζωή ικανή να φωτοσυνθέσει και να εμπλουτίσει την ατμόσφαιρα με οξυγόνο.

Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι η σημερινή ατμόσφαιρα προέκυψε από την πρωταρχική αναγωγική ατμόσφαιρα αφού πρώτα αφαιρέθηκαν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών. Μέσα από τη διαδικασία αυτή, το άζωτο κατέστη το κυρίαρχο συστατικό της ατμόσφαιρας, λόγω και της χημικής του αδράνειας. Τέλος, η ανάπτυξη ζωής αρχικά στο νερό και στη συνέχεια έξω από αυτό, εμπλούτισε την ατμόσφαιρα με οξυγόνο. Υπολογίζεται ότι η ατμόσφαιρα της Γης έφτασε στη σημερινή της σύσταση πριν από περίπου 0.5 δισ. χρόνια.  

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

Δίχως ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν ένας ψυχρός και αφιλόξενος πλανήτης. Η γήινη ατμόσφαιρα λειτουργεί ως μία «ζωηφόρος κουβέρτα» η οποία περιβάλλει τον πλανήτη μας και τον προστατεύει από τις αφιλόξενες συνθήκες του σύμπαντος. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, επηρεάζει τα πάντα γύρω μας ώστε καθίσταται άρρηκτα συνδεδεμένη με την ίδια μας την ύπαρξη. Ο ατμοσφαιρικός αέρας μας συνοδεύει από τη γέννηση μας και είναι αδύνατο να τον αποχωριστούμε.

Η Γη δε θα είχε λίμνες και ωκεανούς εάν δεν υπήρχε η ατμόσφαιρα. Δε θα υπήρχαν ήχοι, σύννεφα και πορφυρά ηλιοβασιλέματα. Η πανδαισία χρωμάτων του ουρανού θα απουσίαζε. Θα επικρατούσε απίστευτο κρύο κατά τη διάρκεια της νύχτας και αφόρητη ζέστη κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τα πάντα επάνω στο πλανήτη μας θα ήταν στο έλεος της ισχυρής ηλιακής ακτινοβολίας.  

Στην πραγματικότητα ωστόσο, έχουμε προσαρμοστεί τόσο πολύ στην παρουσία του ατμοσφαιρικού αέρα που μας περιβάλλει ώστε ξεχνάμε πολλές φορές πόσο μεγάλη είναι η σημασία του για τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη μας. Αν και είναι άχρωμος, άοσμος, άγευστος και αόρατος (τις περισσότερες φορές), ο ατμοσφαιρικός αέρας κατορθώνει να μας προστατεύει από τις επικίνδυνες ακτινοβολίες του ήλιου και να μας παρέχει ένα μίγμα αερίων συστατικών που επιτρέπει την ανάπτυξη και διατήρηση της ζωής. 

Γενική επισκόπηση της ατμόσφαιρας της Γης

Εικόνα 1. Η ατμόσφαιρα της Γης όπως φαίνεται από το διάστημα. Η ατμόσφαιρα είναι το λεπτό μπλε στρώμα που φαίνεται να περιβάλλει τη Γη.

Ο όρος «ατμόσφαιρα» χρησιμοποιείται για να περιγράψει το πολύ λεπτό στρώμα αερίων που περιβάλλει τη Γη (Εικ. 1). Το μίγμα των αερίων συστατικών που περιέχεται στην ατμόσφαιρα είναι γνωστό ως «ατμοσφαιρικός αέρας». Ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελείται κυρίως από οξυγόνο (Ο2) και άζωτο (Ν2), ενώ σε μικρότερες ποσότητες (ιχνοστοιχεία) περιέχει υδρατμούς (Η2Ο) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2).

Η κίνηση των αερίων μαζών εντός της ατμόσφαιρας ονομάζεται «ατμοσφαιρική κυκλοφορία» και πηγάζει από τη διαφορετική θέρμανση του ισημερινού και των πόλων. Η περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονα της επηρεάζει την ατμοσφαιρική κυκλοφορία, ενώ πλήθος ενεργειακών μεταβολών λαμβάνει χώρα εντός της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας. Επομένως, η ατμόσφαιρα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μέσο όπου συμβαίνουν ποικίλες θερμοδυναμικές και μηχανικές διεργασίες, οι οποίες οδηγούν στη εκδήλωση διαφόρων φαινομένων. Τα φαινόμενα αυτά που συμβαίνουν μέσα στην ατμόσφαιρα της Γης και τα οποία γίνονται αντιληπτά από τον άνθρωπο συνιστούν το αντικείμενο της Μετεωρολογίας.Η ατμόσφαιρα συμμετέχει στην περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονα της, έχοντας την τάση να κινείται προς τα «έξω» εξαιτίας της φυγόκεντρου δύναμης. Για το λόγο αυτό, εμφανίζεται «ψηλότερη» πάνω από τον ισημερινό και «χαμηλότερη» πάνω από τους πόλους. Η συγκράτηση του ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης καθίσταται δυνατή με τη βοήθεια της δύναμης της βαρύτητας.

Σύσταση της ατμόσφαιρας

Στον Πίνακα 1 παρουσιάζεται η σύσταση της ατμόσφαιρας στην παρούσα της μορφή. Τα αέρια τα οποία περιέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα διακρίνονται σε μόνιμα και μεταβλητά. Μόνιμα θεωρούνται τα αέρια εκείνα των οποίων η συγκέντρωση εμφανίζεται (περίπου) σταθερή, ενώ μεταβλητά ονομάζονται τα αέρια των οποίων η συγκέντρωση παρουσιάζει σημαντικές μεταβολές τόσο στο χώρο όσο και το χρόνο. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, τα κυρίαρχα αέρια είναι το άζωτο και το οξυγόνο τα οποία αντιστοιχούν στο 78% και 21%, αντίστοιχα, του ατμοσφαιρικού αέρα. Η αναλογία των δύο αυτών αερίων θεωρείται περίπου σταθερή έως το ύψος των περίπου 80 km.

Πίνακας 1. Σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα στην παρούσα του μορφή. 

Μόνιμα αέρια

Μεταβλητά αέρια

Αέριο

Σύμβολο

Εκατοστιαία συγκέντρωση

Αέριο

Σύμβολο

Εκατοστιαία συγκέντρωση

Άζωτο Ν2 78.08

Υδρατμοί

Η2Ο 0 – 4
Οξυγόνο Ο2 20.95

Διοξείδιο του άνθρακα

CO2 0.038
Αργό Ar 0.93

Μεθάνιο

CH4 0.00017
Νέον Ne 0.0018

Υποξείδιο του αζώτου

Ν2Ο 0.00003
Ήλιο He 0.0005

Όζον

Ο3 0.000004
Υδρογόνο Η2 0.00005

Σωματίδια

PM 0.000001
Ξένο Xe 0.000009

Χλωροφθοράνθρακες

CFCs 0.00000002

Κοντά στην επιφάνεια, επικρατεί ισορροπία ανάμεσα στις διεργασίες παραγωγής και καταστροφής του αζώτου και του οξυγόνου. Το άζωτο απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω βιολογικών διεργασιών που περιλαμβάνουν βακτήρια του εδάφους. Στην απομάκρυνση του αζώτου συμμετέχουν επίσης οι μικροοργανισμοί του φυτοπλαγκτόν. Η επιστροφή του αζώτου στην ατμόσφαιρα λαμβάνει χώρα κύρια μέσα από την αποσύνθεση της βιομάζας, φυτικής ή/και ζωική προέλευσης. Στον αντίποδα, το οξυγόνο απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα είτε μέσω της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης, είτε μέσω της αντίδρασης του με άλλα χημικά στοιχεία. Ένα μέρος του οξυγόνου απομακρύνεται επίσης μέσα από τη διαδικασία της αναπνοής. Η σημαντικότερη πηγή οξυγόνου για την ατμόσφαιρα είναι η διεργασία της φωτοσύνθεσης, κατά την οποία τα φυτά συνδυάζουν διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς, παρουσία φωτός, προς παραγωγή γλυκόζης και οξυγόνου.

Από τα μεταβλητά αέρια, οι υδρατμοί παρουσιάζουν τις σημαντικότερες μεταβολές στη συγκέντρωση τους, τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Κοντά στην επιφάνεια των θερμών και υγρών τροπικών περιοχών οι υδρατμοί καταλαμβάνουν έως και το 4% του ατμοσφαιρικού αέρα, ενώ πάνω από τις ψυχρές και ξηρές πολικές περιοχές το ποσοστό αυτό πέφτει δραματικά (Πίνακας 1). Τα μόρια των υδρατμών είναι κατά κανόνα αόρατα. Καθίστανται ορατά μόνο όταν μετασχηματίζονται σε μεγαλύτερα υγρά ή στερεά σωματίδια, όπως τα υδροσταγονίδια ή οι παγοκρύσταλλοι, τα οποία αυξανόμενα σταδιακά σε μέγεθος πέφτουν στην επιφάνεια με την μορφή βροχής ή χιονιού. Η μεταβολή των υδρατμών από την αέρια φάση στην υγρή ονομάζεται συμπύκνωση, ενώ η ανάποδη πορεία (από υγρή σε αέρια φάση) ονομάζεται εξάτμιση. Η κατακρήμνιση βροχής ή χιονιού στην επιφάνεια είναι γνωστή με τον όρο «υετός». Η παρουσία των υδρατμών στην κατώτερη ατμόσφαιρα είναι σχεδόν καθολική. Είναι η μοναδική ουσία η οποία στις συνήθεις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη μας εμφανίζεται και με τις τρεις φάσεις: υγρή, αέρια και στερεά.

Η παρουσία των υδρατμών στην ατμόσφαιρα της Γης είναι εξαιρετικά σημαντική. Όχι μόνο συμμετέχουν στο σχηματισμό του υετού, αλλά απελευθερώνουν τεράστια ποσά θερμότητας κατά τη διάρκεια των μεταβολών φάσης. Η θερμότητα που απελευθερώνεται όταν οι υδρατμοί αλλάζουν φάση (από αέρια σε υγρή ή/και στερεά) ονομάζεται λανθάνουσα. Η λανθάνουσα θερμότητα αποτελεί σημαντική πηγή ενέργειας για τα διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα και ιδιαίτερα για το σχηματισμό καταιγίδων και τυφώνων. Επιπρόσθετα, οι υδρατμοί αποτελούν εν δυνάμει θερμοκηπικό αέριο, καθώς απορροφούν ένα σημαντικό μέρος της ακτινοβολίας (υπέρυθρη) που εκπέμπει η Γη. Συνεπώς, οι υδρατμοί παίζουν σημαντικό ρόλο στο ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη μας.

Εξίσου σημαντική είναι η παρουσία του διοξειδίου του άνθρακα, παρά το γεγονός πως καταλαμβάνει ένα μικρό μόνο ποσοστό του ατμοσφαιρικού αέρα (Πίνακας 1). Οι πηγές του διοξειδίου του άνθρακα περιλαμβάνουν την αποσύνθεση της οργανικής ύλης, τις ηφαιστειακές εκρήξεις, τη διεργασία της αναπνοής και την καύση των ορυκτών καυσίμων. Στον αντίποδα, το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης και της δέσμευσής του από το φυτοπλαγκτόν. 

Εικόνα 2. Μέση μηνιαία συγκέντρωση (ppm) του διοξειδίου του άνθρακα στο Αστεροσκοπείο Manua Loa της Χαβάης (Πηγή: ESRL).

 

Η μεταβολή της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης, από το 1958 μέχρι σήμερα, απεικονίζεται στην Εικ. 2. Είναι προφανές ότι η συγκέντρωση του σημαντικού αυτού αερίου έχει αυξηθεί περισσότερο από 20% σε σύγκριση με το έτος αναφοράς 1958, οπότε και μετρήθηκε για πρώτη φόρα από το Αστεροσκοπείο Mauna Loa στη Χαβάη. Η παρατηρούμενη αυτή αύξηση σημαίνει πως το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στην ατμόσφαιρα με ρυθμό μεγαλύτερο από αυτό με τον οποίο απομακρύνεται. Αιτία της αύξησης της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα είναι η εκτεταμένη καύση των ορυκτών καυσίμων και η αποψίλωση των δασών. Τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα στην προ-βιομηχανική εποχή κυμαίνονταν στα 280 ppm (μέρη στο εκατομμύριο), όπως προκύπτει από μετρήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί σε γεωλογικά καρότα της Γροιλανδίας και της Ανταρκτικής. Από το 1800 και έπειτα, ωστόσο, καταγράφεται σημαντική αύξηση, έως και 38%. Σήμερα είναι γνωστό ότι η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνει με ρυθμό 0.4%/έτος, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε τιμές της τάξης των 500 ppm στο τέλος του παρόντος αιώνα.

Το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί σημαντικό θερμοκηπικό αέριο καθώς, όπως και οι υδρατμοί, απορροφά σημαντικό μέρος της εξερχόμενης γήινης (υπέρυθρης) ακτινοβολίας. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει άμεσο αντίκτυπο στη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη μας. Σύμφωνα με σχετικές εκτιμήσεις, η μέση θερμοκρασία της Γης αυξήθηκε κατά περίπου  0.8 oC κατά τη διάρκεια των τελευταίων εκτατό (100) ετών, ως αποτέλεσμα της ραγδαίας αύξησης των επιπέδων του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Σήμερα, τα περισσότερα μαθηματικά κλιματικά μοντέλα προβλέπουν ότι ένας ενδεχόμενος διπλασιασμός στη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα θα μπορούσε να οδηγήσει σε αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη μας κατά 1.5 oC – 4.5 oC. Μία τέτοια αύξηση της θερμοκρασίας θα επέφερε απρόβλεπτες συνέπειες σε όλα τα οικοσυστήματα της Γης.

Εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς, στην κατηγορία των θερμοκηπικών αερίων ανήκουν επίσης το μεθάνιο, το υποξείδιο του αζώτου και οι χλωροφθοράνθρακες (Πίνακας 1). Το μεθάνιο εκλύεται στην ατμόσφαιρα από την αποδόμηση της φυτικής προέλευσης βιομάζας, τη βιολογική δραστηριότητα των τερμιτών και τις βιοχημικές διεργασίες των έμβιων οργανισμών. Σημαντικές ποσότητες μεθανίου απελευθερώνονται επίσης κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων. Το υποξείδιο του αζώτου εκπέμπεται κύρια από χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο έδαφος και περιλαμβάνουν διάφορα βακτήρια και μικρόβια. Η καταστροφή του συντελείται με τη βοήθεια της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Οι χλωροφθοράνθρακες είναι τεχνητές χημικές ενώσεις, εξαιρετικά αδρανείς, οι οποίες χρησιμοποιούνταν μέχρι πρόσφατα ως προωθητικές ουσίες στα σπρέι, αλλά και ως ψυκτικές ουσίες στα ψυγεία. Παρόλα αυτά, η χρήση τους έχει σήμερα περιοριστεί σημαντικά. Αυτό οφείλεται στην καταστροφική δράση που αποδείχθηκε ότι έχουν επάνω στο στρατοσφαιρικό όζον, το οποίο προστατεύει τη Γη από τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία.

Κοντά στην επιφάνεια της Γης, το όζον (Πίνακας 1) θεωρείται ρύπος, αποτελώντας το βασικό συστατικό της φωτοχημικής αιθαλομίχλης. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του ατμοσφαιρικού όζοντος (περίπου το 95%) εντοπίζεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, σε ύψος μεταξύ 30 – 50 km. Σε αυτή την περιοχή της ατμόσφαιρας (στρατόσφαιρα), το όζον σχηματίζεται με φυσικό τρόπο, από την αντίδραση μεταξύ ατόμων και μορίων οξυγόνου. Παρά την μικρή του συνεισφορά (~0.0002%) στον ατμοσφαιρικό αέρα, το στρατοσφαιρικό όζον θεωρείται εξαιρετικά σημαντικό για τη διατήρηση της ζωής στη Γη. Αυτό συμβαίνει διότι έχει την μοναδική ιδιότητα να απορροφά τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, λειτουργώντας ως ένα προστατευτικό στρώμα για τον πλανήτη μας.

Πέρα από τα μόνιμα και μεταβλητά αέρια που περιγράφηκαν παραπάνω, στην ατμόσφαιρα συναντώνται επίσης διάφορες άλλες ενώσεις, ανθρωπογενούς ή φυσικής προέλευσης. Τα επίπεδα των συγκεντρώσεων των ενώσεων αυτών ποικίλουν σημαντικά τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα αιωρούμενα σωματίδια τα οποία μπορεί να προέρχονται είτε από φυσικές διεργασίες (π.χ. σκόνη, θαλάσσιο σπρέι) είτε από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (π.χ. καύση ορυκτών καυσίμων). Στην ίδια κατηγορία ανήκουν επίσης τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx), το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και οι υδρογονάθρακες (HC), ενώσεις οι οποίες εκπέμπονται κατά κύριο λόγο από τις μηχανές εσωτερικής καύσης (π.χ. αυτοκίνητα). Η καύση ορυκτών καυσίμων που περιέχουν θείο οδηγεί επίσης σε εκπομπή διοξειδίου του θείου (SO2). Το σύνολο των ενώσεων αυτών χαρακτηρίζεται από επιζήμιες επιπτώσεις για τον άνθρωπο και/ή το περιβάλλον, ώστε είναι περισσότερο γνωστές με τον όρο «ρύποι».  

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος