Traza de gas - Trace gas
Los gases traza son aquellos gases en la atmósfera distintos del nitrógeno (78,1%), oxígeno (20,9%) y argón (0,934%) que, en combinación, constituyen el 99,934% de los gases en la atmósfera (sin incluir el vapor de agua).
Abundancia, fuentes y sumideros
La abundancia de un gas traza puede variar desde unas pocas partes por billón ( ppt ) por volumen hasta varios cientos de partes por millón por volumen ( ppmv ). Cuando se agrega un gas traza a la atmósfera, ese proceso se denomina fuente . Hay dos tipos posibles de fuentes: naturales o antropogénicas. Las fuentes naturales son causadas por procesos que ocurren en la naturaleza. Por el contrario, las fuentes antropogénicas son causadas por la actividad humana. Algunas de las fuentes de un gas traza son biogénico , tierra sólida ( desgasificación ), el océano, actividades industriales o formación in situ . Algunos ejemplos de fuentes biogénicas incluyen fotosíntesis , excrementos de animales , termitas , arrozales y humedales . Los volcanes son la principal fuente de trazas de gases de la tierra sólida. El océano global también es una fuente de varios gases traza, en particular gases que contienen azufre. La formación de trazas de gas in situ se produce a través de reacciones químicas en la fase gaseosa. Las fuentes antropogénicas son causadas por actividades relacionadas con el ser humano, como la combustión de combustibles fósiles (por ejemplo, en el transporte ), la extracción de combustibles fósiles, la quema de biomasa y la actividad industrial. El 1% de la atmósfera. Por el contrario, un sumidero es cuando un gas traza se elimina de la atmósfera. Algunos de los sumideros de los gases traza son reacciones químicas en la atmósfera, principalmente con el radical OH , conversión de gas a partículas formando aerosoles , deposición húmeda y deposición seca . Otros sumideros incluyen actividad microbiológica en suelos.
A continuación se muestra una tabla de varios gases traza, incluida su abundancia, vida atmosférica, fuentes y sumideros.
Gases traza - tomados a una presión de 1 atm
| Gas | Fórmula química | Fracción de volumen de aire por especie | Tiempo de residencia o de por vida | Fuentes principales | Grandes sumideros |
|---|---|---|---|---|---|
| Dióxido de carbono | CO 2 | 409,95 ppmv (agosto de 2019) | 3-4 años | Biológico, oceánico, de combustión, antropogénico | fotosíntesis |
| Neón | Nordeste | 18,18 ppmv | _________ | Volcánico | ________ |
| Helio | Él | 5,24 ppmv | _________ | Radiogénico | ________ |
| Metano | CH 4 | 1,8 ppmv | 9 años | Biológico, antropogénico | OH |
| Hidrógeno | H 2 | 0,56 ppmv | ~ 2 años | Biológico, fotólisis de HCHO | absorción del suelo |
| Óxido nitroso | N 2 O | 0,33 ppmv | 150 años | Biológico, antropogénico | O ( 1 D) en la estratosfera |
| Monóxido de carbono | CO | 40-200 ppbv | ~ 60 días | Fotoquímica, combustión, antropogénica | OH |
| Ozono | O 3 | 10-200 ppbv (troposfera) | Días - meses | Fotoquímico | fotólisis |
| Formaldehído | HCHO | 0,1 - 10 ppbv | ~ 1,5 horas | Fotoquímico | OH, fotólisis |
| Especies de nitrógeno | NO x | 10 pptv - 1 ppmv | variable | Suelos, antropogénicos, relámpago | OH |
| Amoníaco | NH 3 | 10 pptv - 1 ppbv | 2-10 días | Biológico | conversión de gas a partículas |
| Dióxido de azufre | SO 2 | 10 pptv - 1 ppbv | Dias | Fotoquímica, volcánica, antropogénica | OH, oxidación a base de agua |
| Sulfuro de dimetilo | (CH 3 ) 2 S | varios pptv - varios ppbv | Dias | Biológico, océano | OH |
Gases de invernadero
Algunos ejemplos de los principales gases de efecto invernadero son el agua , el dióxido de carbono , el metano , el óxido nitroso , el ozono y los CFC . Estos gases pueden absorber la radiación infrarroja de la superficie de la Tierra a medida que atraviesa la atmósfera. El gas de efecto invernadero más importante es el vapor de agua porque puede atrapar alrededor del 80 por ciento de la radiación IR saliente. El segundo gas de efecto invernadero más importante, y el más importante afectado por fuentes artificiales en la atmósfera, es el dióxido de carbono. La razón por la que los gases de efecto invernadero pueden absorber la radiación infrarroja es su estructura molecular. Por ejemplo, el dióxido de carbono tiene dos modos básicos de vibración que crean un fuerte momento dipolar , lo que provoca su fuerte absorción de radiación infrarroja. A continuación se muestra una tabla de algunos de los principales gases de efecto invernadero con fuentes artificiales y su contribución al aumento del efecto invernadero .
Fuentes y gases de efecto invernadero clave
| Gas | Fórmula química | Principales fuentes humanas | Contribución al aumento (estimada) |
|---|---|---|---|
| Dióxido de carbono | CO 2 | combustión de combustibles fósiles, deforestación | 55% |
| Metano | CH 4 | arrozales, ganado y vacas lecheras, vertederos, producción de petróleo y gas | 15% |
| Óxido nitroso | N 2 O | fertilizantes, deforestación | 6% |
Por el contrario, los gases más abundantes en la atmósfera no son gases de efecto invernadero. La principal razón es que no pueden absorber la radiación infrarroja ya que no tienen vibraciones con momento dipolar. Por ejemplo, los triples enlaces del dinitrógeno atmosférico forman una molécula altamente simétrica que es muy inerte en la atmósfera.
Mezclar
El tiempo de residencia de un gas traza depende de la abundancia y la velocidad de eliminación. La relación de Junge (empírica) describe la relación entre las fluctuaciones de concentración y el tiempo de residencia de un gas en la atmósfera. Puede expresarse como fc = b / τ r , donde fc es el coeficiente de variación , τ r es el tiempo de residencia en años y b es una constante empírica, que Junge dio originalmente como 0,14 años. A medida que aumenta el tiempo de residencia, disminuye la variabilidad de la concentración. Esto implica que los gases más reactivos tienen la mayor variabilidad de concentración debido a su vida útil más corta. Por el contrario, los gases más inertes no son variables y tienen una vida útil más prolongada. Cuando se mide lejos de sus fuentes y sumideros, la relación se puede utilizar para estimar los tiempos de residencia de los gases en la troposfera.