Atmosferin Bileşimi ve Özellikleri
Atmosfer yerkürenin yaşanılabilir hal almasında en temel etkendir. Atmosfer, biyosferik ekosistemi oluşturur. Bir atmosfere sahip olması ile yaşan olanaklı hale gelmiştir aksi halde
atmosferi olmayan, yerkürenin uydusu Ay'dan farkı kalmazdı. Yerküre atmosferi, oluştuğu ilkel halinden günümüze kadar birçok evrim geçirmiştir. İlk olarak gaz ve toz bulutu formunda bulunan yerkürenin ilk atmosferini oluşturan hidrojen, helyum, metan ve amonyak gazlarının oluşmaktaydı. Hidrojen ve helyum gazlarının yüksek yüzey sıcaklığı nedeniyle uzaya kaçtığı tahmin edilmektedir. Volkanların yoğun etkili olduğu jeolojik dönemlerdeki atmosferde su buharı, azot ve karbondioksit olduğu düşünülmektedir. Yoğun su buharının etkisiyle oluşan yağışların yüzeyde birikmesiyle okyanus ve göllerin oluştuğu sonraki dönemlerde de ilkel yaşam formlarının başladığı ve atmosferin formunun da değiştiği düşünülmektedir (Walker, 1986; Uluhan, 1996; Hewitt vd., 2003). Günümüzdeki atmosfer oluşuncaya kadar çok uzun sürenin geçtiği tahmin edilmektedir. Yerküre atmosferi genel olarak gazlar, su buharı ve partikül maddelerden oluşur. Nitrojen (%78), oksijen (%21) en büyük paya sahip olan elementlerdir
Atmosferin gaz bileşimi ve miktarları.
Gaz Miktarı
(ppm)*
Azot (N2) 780840
Oksijen (O2) 209460
Argon (Ar) 9340
Karbondioksit 380
Karbonmonoksit (CO) 0.01-0,2
Ksenon (Xe) 0.09
Ozon (O3) 0.05
Amonyak (NH3) 0.02
Kükürt dioksit (SO2) 0.02
Hidrojen sülfür (H2S)
0.002-
0.02
Formaldehit (CH2O) 0.01
Azot dioksit (NO2) 0.003
Nitrik oksit (NO) 0.003
Hidroklorik asit (HCl) 0.002
*ppm: madde miktarının milyonda birlik maddesidir
Azot, atmosferin yapısında bulunan önemli gazlardan biridir. Atmosferde her zaman bulunur ve miktarı genellikle değişmez. Azot molekülleri, güneş ışınları ile kolayca
parçalanmaz ve bu nedenle de atmosferik tepkimeler oluşturmazlar. Uçucu bir gaz olduğu için atmosferde birikirler bu nedenle de atmosferde en fazla miktarda olan gazdır. Yerküre
atmosferindeki oranı yaklaşık %78.08'dir. Oksijen, atmosferdeki miktarı en fazla olan ikinci gazdır. Bu gaz güneş ışınları tarafından azota göre kolayca parçalanır. Yerküreyi oluşturan birçok bileşiğin içinde yer alır. Örneğin; kayaçların, su moleküllerinin vb. yapısında bulunur.
Karbondioksit, atmosferdeki oranı %0.038 oranındadır. Atmosferde sürekli bulunan fakat miktarı değişen gazlardandır. Bitkiler tarafından fotosentez amacıyla kullanılır. Radyan
enerjiyi absorbe eder. Karbondioksit sera etkisi olan gazlardandır. Bu özelliği nedeniyle yerkürenin ısınmasını sağlar. Atmosferdeki miktarı özellikle son yıllarda hızla yükselmektedir.
Karbondioksit miktarının değişimi için Hawai'nin Mauna Loa istasyonuna ait veriler kullanılmaktadır. Buna göre, atmosferdeki karbondioksit birikimi hızla artmaktadır. Temmuz
2015'de 401.31 ppm olan karbondioksit miktarı, bir yıl sonra 2015 Temmuz'da 404.39 ppm'ye ulaşmıştır
Küresel ölçekte karbondioksitin değişimini incelediğimizde Temmuz 2015'de 399.79 ppm olan miktar bir yıl için 403.57 ppm'ye ulaşmıştır. Karbondioksitin bu hızlı artışı küresel
iklim için çok tehlike arzetmektedir. 2015 yılındaki değerler 2012 yılı ile kıyaslandığında kısa zaman aralığında karbondioksit birikiminin büyük miktarlarda arttığı görülmektedir.
Karbondioksit birikiminin hızla artmasının atmosferin özellikle troposferin sıcaklığının artacağı, iklim değişikliğinin bir ivme kazanacağı kabul gören bir gerçekliktir. Su buharı, atmosferde miktarı değişmektedir. Miktarı hacimde yaklaşık %4'tür ve bu miktarı geçmez. subuharının en önemli kaynağı okyanuslar, denizler, göller, akarsulardır. Atmosferik su buharı tüm yağış çeşitlerinin kaynağıdır bu nedenle de çok önemlidir. Sera etkisine neden olan en önemli değişkendir. Subuharı, güneşten gelen ışınları absorbe ederek
havanın ısınmasına katkıda bulunur. Miktarı mevsime, günün saatine, yüksekliğe, enleme göre değişmektedir
.
Azot, canlı yaşamı için en gerekli gazlardan biridir. Azot, temel gaz olduğu için yaşamın başlangıcından itibaren de bulunan bir gazdır. Azot, yerküre atmosferinin %78’ini oluşturur.
Bu kadar yaygın olması nedeniyle tüm canlı dokularında bulunurlar. Canlı organizmalar tarafından yararlı bileşiklere dönüştürülürler. Azot doğada bitkilerin ihtiyacı olan besin
maddesidir. Canlıların büyüyebilmesi için gerekli bir bileşendir. Azot bileşikleri, canlılar ve biyosfer arasında bir döngü ile devamlılığını sağlar. Azot döngüsünde, azot bileşikleri topraktan canlılara ve canlılardan tekrar toprağa geri dönerler. Bu döngü esnasında azot bileşiklerinin bir bölümü atmosfere karışır ve farklı bileşimler ile tekrar
atmosferden alınır. Atmosferik azot, yerküreye yağmur, şimşek gibi hava olaylarıyla iner. Azotun bu hali nitrik asit’tir. Yerküreye atmosferden nitrik asit olarak inen azot bakteriler tarafından azot ve nitratlara dönüştürülür.
Atmosferik ozon, bileşimi O3’tür. Yani 3 oksijen atomunun bir araya gelmesiyle oluşur. Ozon, güneş ışınları tarafından O2 moleküllerinin tepkimeye uğrayarak oksijen atomlarına
dönüşür. Ozon, oksijen atomlarının hava içindeki oksijenin (O2) ile birleşmesiyle oluşur. Bu oluşum, atmosferin stratosfer katında gerçekleşir. Bu katmanda, güneşin ultraviyole ışınımı ile oluşan atmosferik ozon, bir tabaka oluşturur. Bu tabaka güneşin zararlı olan ultraviyole ışınımını absorbe etmeye yarayan bir katmandır. Atmosferde stratosfer tabakası içerisinde bulunan ozon, ultraviyole radyasyonunun etkisiyle bir taraftan oluşurken, öbür taraftan da yok edilmektedir. Stratosfer tabakasındaki hava kütlesi, sürekli olarak güneşten gelen ultraviyole radyasyon tarafından şiddetli olarak etkilenmektedir. Bu aşamada, yer yüzeyindeki canlılar için büyük bir tehlike oluşturan Ultraviyole-B (UV-B) ışınlarının tamamına yakını stratosfer tabakasındaki ozon tarafından emilmektedir
Yüzeye yakın katmanlarda, şimşek çakması sonucunda oksijenin yüksek elektrik akımının oksijeni parçalaması ile oluşur. Yüzeydeki ozon ise yaklaşık 0.4 ppm değerinde
bulunur. Kirleticilerin arttığı yerlerde ozon miktarı da artar ve canlı yaşamı için tehlikeli hale ulaşır Bir ozon molekülü (O3), ultraviyole radyasyona maruz kaldığında O2 ve O olarak
parçalanır. Parçalanma esnasında atomik ve moleküler oksijen kinetik enerji kazanarak ısıyı arttırır ve bu durum atmosfer sıcaklığının yükselmesine neden olur. Ozon üretimi 240 nm’den daha kısa dalga boylu ultraviyole radyasyon tarafından sağlanır. Ozonun parçalanması ise 320 nm’den yüksek uzun dalga boylu ve 400 ile 700 nm aralığındaki kısa dalga boylu ultraviyole radyasyona maruz kaldığında oluşurr. Ozon üretim ve parçalanma bölgesinin oluşturulmasında, daha uzun dalga boylu fotonlar atmosferin içine daha kolay işler. Bir ozon molekülü düşük enerjili ultraviyole radyasyonu emse bile, parçalanarak oksijen molekülüne ve serbest oksijen atomuna dönüşebilir . Hidrojen, azot, klor ve brom ve bunları içeren bileşikler ozonun bozulmasına neden olan kimyasallardır. Ozon tabakası incelmediği zaman güneşten gelen UV ışınımı süzemez ve bu zararlı ışınım yeryüzüne ulaşır. Ozon UV-B radyasyonunun çoğunu absorbe eder ve biyosferin zarar görmesine engel olur.
Kloroflorokarbonlar (CFCs) ve halonlar’ın özellikle sanayileşen ülkelerde çok kullanılıyor olması ve giderek artan miktarlarda atmosfere verilmesi ozon tabakasının daha fazla incelmesine neden olmaktadır. Bu etkinin en belirgin görüldüğü alan Antarktika’dır. Bu alanda ozon tabakasındaki incelme oldukça belirgin bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Klor
oksitlerin kullanımının artmasıyla ozon tabakasının incelmesi arasında doğru orantı vardır. Aşağıdaki şekilde bunun belirgin bir göstergesi sayılabilir
Havadaki tozlar, kaynağı çeşitli, çok küçük katı maddeler uçucu halde bulunur. Bunlara toplu olarak toz adı verilir. Boyutu büyük olanlar yerçekimine fazla karşı koyamayarak tekrar
yeryüzüne düşerler fakat ince taneliler hava hareketleri ve çalkantılar ile çok uzun mesafeleri kat edebilirler. Havadaki tozların birçok kaynağı vardır. Bunların en zararlıları karbon
parçalarıdır. Özellikle kış mevsiminde ısınma amacıyla kullanılan kömürün neden olduğu, is ve duman atmosferde birikerek atmosferde zehirli bileşiklerin artmasına neden olur. Benzer şekilde lodoslu havalarda Afrika’dan taşınan toz bulutları, etkili olduğu yerlerde astım gibi solunum sıkıntısı yaşanan hastalıklarda ciddi problemlere neden olmaktadır
Bu kötü etkileri dışında aslında toz, yoğunlaşma çekirdekleri oluşturması bakımından önemli bir role sahiptirler. Yağmur tanecikleri, bu tozların çeperlerinde birikerek belli bir
boyuta ulaşırlar ve yeryüzüne yağış olarak düşerler. Tozların atmosferdeki miktarının fazla olduğu zamanlarda yüzeye düşen yağış renkli olur. Toz miktarının çok yüksek olduğu
zamanlarda yağışlar çamur şekline de dönüşebilmektedir. Atmosferdeki en yüklü miktardaki toz ve partiküller maddeler yanardağların püskürmesiyle gerçekleşir. Yanardağın püskürmesi ile atmosfere karışan volkanik küller ve partikül maddeler uzun süre atmosferde kaldıklarında atmosferik soğumalara yol açmakta ya da hava trafiğini engelleyerek milyonlarca dolar zararlara da yol açmaktadır. Meksika'nın batı sahili yakınlarındaki 3 bin 895 metre yüksekliğindeki Colima (diğer adıyla Fuego ya da Ateş) yanardağı 29 Ocak cuma günü saat 17'de tekrar patlayarak 3 kilometre ötelere kadar duman püskürttü (Foto 7). Bu yanardağ, Meksika'daki 14 volkandan biridir ve 1519’dan beri 59 kere patlamıştır. 20 yıldır volkanı sürekli takip eden Colima Üniversitesi'nin verilerine göre Colima 1994'ten beri neredeyse hep aktif bir haldedir
TEŞEKKÜRLER İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ