در این مقاله می خوانید:
ترکیب گازی اطراف ما، که هوا نامیده می‌شود، برای ادامه حیات ضروری است. این ترکیب شامل گازهای مختلفی است که هر کدام نقش مهمی دارند. نیتروژن بخش اعظم هوا را تشکیل می‌دهد و همراه با اکسیژن، امکان تنفس و زندگی را برای موجودات زنده فراهم می‌کند. آرگون گازی بی‌اثر است که حضور آن در هوا کمتر شناخته شده است. دی‌اکسید کربن توسط گیاهان جذب و به اکسیژن تبدیل می‌شود و در تعادل طبیعت نقش مهمی ایفا می‌کند.
بخار آب نیز به عنوان یک عنصر پویا در پدیده‌های جوی و چرخه آب مشارکت دارد. گازهای کمیاب با وجود اینکه در هوا کم هستند، در صنایع مختلف کاربرد بسیاری دارند. این ترکیب گازی دقیق و حیاتی، توسط طبیعت تنظیم شده و برای حفظ زندگی بر روی کره زمین ضروری است. هرگونه تغییر در آن می‌تواند عواقب جدی برای محیط زیست و موجودات زنده داشته باشد. بنابراین، شناخت دقیق این گازها و نقش آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
ترکیبات اصلی هوا و درصد آن ها
ترکیب هوا مخلوطی از گازهای مختلف است که هر کدام درصد مشخصی از حجم هوا را تشکیل می‌دهند. در اینجا به بررسی ترکیبات اصلی هوا و درصد هر کدام می‌پردازیم:
اکسیژن
اکسیژن حیاتی‌ترین عنصر در ترکیبات گازی هوا می‌باشد و حدود 20.95 درصد از حجم آن را فراگرفته است. این گاز برای ادامه حیات موجودات زنده و تنفس آن‌ها ضروری است. با این حال، اکسیژن به عنوان یک عامل احتراق نیز شناخته می‌شود؛ به این معنا که قابلیت اشتعال بالایی دارد و به سرعت آتش می‌گیرد. به عنوان مثال، روشن کردن شمع به راحتی با وجود اکسیژن موجود در هوا امکان‌پذیر است، اما در محیطی بدون اکسیژن، این عمل غیرممکن خواهد بود.
نیتروژن
نیتروژن فراوان‌ترین گاز موجود در هوا است و حدود 78.08 درصد از حجم هوا را تشکیل می‌دهد. درست است که در مقابل گاز اکسیژن قرار دارد ولی گازی غیر قابل اشتعال به شمار می‌آید. برای نمونه، فوت کردن شمع باعث خاموش شدن آن می‌شود، چرا که نیتروژن موجود در هوای بازدم، مانع از ادامه سوختن شمع می‌گردد.
آرگون
حضور گاز نجیب آرگون در هوا برای اولین بار توسط هنری کاوندیش در سال ۱۸۷۵ مشاهده شد، اما تأیید آن تا سال ۱۸۹۴ به طول انجامید این گاز به مقدار 0.93 درصد در تشکیل هوا نقش دارد. شایان ذکر است که استنشاق این گاز در غلظت‌های بالا می‌تواند منجر به تهوع و خفگی گردد.
دی اکسید کربن
در فرآیند تنفس، گاز دی‌اکسید کربن به عنوان محصول جانبی متابولیسم سلولی، از بدن موجودات زنده دفع و به جو وارد می‌شود. این گاز حدود 0.04 درصد در هوا وجود دارد و از طریق فعالیت‌های صنعتی، احتراق سوخت‌های فسیلی و تجزیه مواد آلی نیز می‌تواند وارد هوا شود. در نتیجه، میزان دی‌اکسید کربن موجود در هوا بسته به شرایط محیطی و منطقه‌ای متغیر است. با این وجود، به طور میانگین، غلظت دی‌اکسید کربن در جو زمین بین 0/31 تا 0/38 درصد از کل حجم هوا را تشکیل می‌دهد. این مقدار، تأثیرات قابل توجهی بر آب و هوای کره زمین و پدیده گرمایش جهانی دارد.
بخار آب
یکی از اجزای مهم هوا، بخار آب است که از طریق تبخیر آب در چرخه طبیعی وارد جو می‌شود. میزان بخار آب موجود در هوا توسط دستگاهی به نام رطوبت‌سنج اندازه‌گیری می‌شود.
اوزون
گاز اوزون با درصد ناچیز خود در هوا، لایه محافظتی حیاتی برای کره زمین محسوب می‌شود. این گاز که در لایه اوزون قرار دارد، از ورود پرتوهای مضر فرابنفش خورشید به سطح زمین جلوگیری می‌کند و این گونه برای موجودات زنده مفید است. با اجرای قوانین بین‌المللی و کاهش استفاده از ترکیب‌های شیمیایی مخرب مانند CFC، لایه اوزون آسیب‌دیده، تا حد زیادی ترمیم شده است.
سایر اجزای تشکیل دهنده
علاوه بر موارد ذکر شده، هوا اغلب حاوی ذرات معلق مانند دوده و گرد و غبار است که با افزایش تراکم جمعیت شهری، میزان این ذرات نیز افزایش می‌یابد. با این حال، تلاش‌های متعددی برای کاهش انتشار دوده و سایر آلاینده‌های سمی صورت گرفته است که از جمله آن‌ها می‌توان به نقش کلیدی کاتالیزورهای خودرو در کاهش این مواد آلاینده اشاره کرد.
استفاده از گازهای موجود در هوا
گازهای موجود در هوا هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند. برای نمونه، نیتروژن که فراوان‌ترین گاز هواست، در تولید کودهای شیمیایی و بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شود. اکسیژن که برای تنفس موجودات زنده ضروری است، در بیمارستان‌ها برای بیماران و نیز در صنایع مختلف مانند جوشکاری و برش فلزات کاربرد دارد.
همان طور که گفتیم، گاز دیگری به نام آرگون نیز در هوا وجود دارد که مقدار آن از اکسیژن و نیتروژن کمتر است. از این گاز در لامپ‌های روشنایی و نیز در برخی از فرآیندهای صنعتی به عنوان یک گاز محافظ استفاده می‌شود.
البته گازهای دیگری مانند دی‌اکسید کربن و گازهای نجیب نیز در هوا وجود دارند که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال، دی‌اکسید کربن در فرآیند فتوسنتز توسط گیاهان استفاده می‌شود و گازهای نجیب نیز در برخی از صنایع الکترونیک و روشنایی کاربرد دارند.
تاثیر فعالیت‌های انسان بر ترکیبات هوا
فعالیت‌های انسان تأثیرات بسزایی بر ترکیبات هوا دارند و به طور کلی می‌توان آن‌ها را به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
انتشار گازهای گلخانه‌ای
گازهای گلخانه‌ای نقش مهمی در گرمایش جهانی ایفا می‌کنند. دی‌اکسید کربن، متان و نیتروژن اکسید از جمله مهم‌ترین این گازها هستند. دی‌اکسیدکربن عمدتاً از سوزاندن سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌ها، کارخانه‌ها و وسایل نقلیه تولید می‌شود.
متان، بیشتر از فعالیت‌های کشاورزی و دامداری، استخراج سوخت‌های فسیلی و تجزیه زباله‌ها به وجود می‌آید. نیتروژن اکسید نیز از کودهای شیمیایی و برخی فرآیندهای صنعتی منتشر می‌شود. این سه گاز با جذب حرارت خورشید، دمای کره زمین را افزایش داده و باعث تغییرات اقلیمی می‌شوند.
انتشار آلاینده‌های هوا
انتشار آلاینده‌های هوا از منابع مختلفی از جمله فعالیت‌های صنعتی، حمل‌ونقل، سوزاندن سوخت‌های فسیلی و فعالیت‌های ساختمانی و کشاورزی ناشی می‌شود. ذرات معلق، اکسیدهای گوگرد و نیتروژن و ترکیبات آلی فرار از جمله مهم‌ترین این آلاینده‌ها هستند.
ذرات معلق می‌توانند باعث مشکلات تنفسی و بیماری‌های قلبی و عروقی شوند، همچنین اکسیدهای گوگرد و نیتروژن می‌توانند باعث باران اسیدی و مشکلات تنفسی شوند. ترکیبات آلی فرار نیز می‌توانند باعث تشکیل گاز اوزون در سطح زمین شوند که برای سلامتی انسان مضر است.
راه‌های کاهش آلودگی و حفظ تعادل ترکیبات هوا
آلودگی هوا و به هم خوردن تعادل ترکیبات هوا یکی از چالش‌های بزرگ زیست‌محیطی در دنیای امروز است. برای کاهش این آلودگی و حفظ تعادل ترکیبات هوا، راهکارهای مختلفی وجود دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:
استفاده از وسایل حمل‌ونقل عمومی
استفاده از وسایل نقلیه عمومی یکی از مؤثرترین و ساده‌ترین راه‌ها برای کاهش آلودگی هوا است، زیرا سوخت و انرژی کمتری تولید می‌کنند. علاوه بر انتشار کمتر سوخت و گاز، استفاده از وسایل حمل‌ونقل عمومی می‌تواند به کاهش هزینه‌های رفت‌وآمد کمک کند. هرچه وسایل نقلیه کمتری در خیابان‌ها و جاده‌ها باشند، آلودگی هوای کمتری نیز ایجاد می‌شود. علاوه بر این، رفت‌وآمد با وسایل نقلیه عمومی باعث کاهش ترافیک، به ویژه در شهرهای بزرگ، می‌شود.
بازیافت و استفاده مجدد از وسایل
یکی از بهترین راه‌ها برای کاهش آلودگی هوا، بازیافت است که متأسفانه به آن توجه زیادی نمی‌شود. مفهوم بازیافت و استفاده مجدد از وسایل نه تنها به معنای صرفه‌جویی در استفاده از منابع است، بلکه به عنوان یک راهکار برای کاهش آلودگی هوا نیز عمل می‌کند. در فرآیند تولید محصولات جدید از محصولات بازیافتی، انرژی کمتری مصرف می‌شود.
همچنین بخوانید: 7 راهکار برای کاهش کربن دی اکسید هوا
استفاده کمتر از پلاستیک
کاهش استفاده از پلاستیک، به ویژه عدم استفاده از کیسه‌های پلاستیکی، از اهمیت بالایی برخوردار است. این کیسه ها به دلیل مواد نفتی موجود در آن‌ها، برای مدت طولانی تجزیه نمی شوند و آسیب جدی به محیط زیست وارد می کنند. در مقابل، کیسه های کاغذی به راحتی تجزیه و بازیافت می شوند و جایگزین مناسبی برای کیسه‌های پلاستیکی هستند.
روش‌های جداسازی و استخراج گازهای موجود در هوا
روش‌های جداسازی و استخراج این گازها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
روش‌های کرایوژنیک
تکنولوژی کرایوژنیک برای اولین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی توسط کارل فون لینده ابداع شد. پس از آن، جورج کلود در دهه ۱۹۰۰ میلادی این فناوری را بهبود بخشید و از آن برای تولید اکسیژن در حجم پایین استفاده کرد. این اکسیژن برای مصارف گوناگون صنعتی مانند جوشکاری و برش فلزات و نیز در امور پزشکی مورد استفاده قرار گرفت.
در اوایل قرن بیستم، جداسازی هوا به روش کرایوژنیک در مقیاس صنعتی آغاز شد. این امر موجب توسعه علم متالورژی و سایر صنایع گردید و وابستگی این صنایع به گازهایی مانند اکسیژن، نیتروژن و آرگون را افزایش داد.
روش‌های غیر کرایوژنیک
این روش‌ها شامل تکنیک‌هایی مانند جذب، غشاء و نوسان فشار می‌شوند. در روش جذب، گازها توسط مواد جاذب جذب می‌شوند و سپس با تغییر شرایط، گازها آزاد و جمع‌آوری می‌شوند.
در روش غشاء، گازها از طریق غشاهای خاصی که قابلیت عبور انتخابی گازها را دارند، جدا می‌شوند. در روش نوسان فشار، گازها در فشارهای مختلف جذب و دفع شده و به این ترتیب از یکدیگر جدا می‌شوند. این روش‌ها بیشتر برای تولید گازهایی مانند نیتروژن و اکسیژن در مقیاس کوچکتر و با خلوص کمتر استفاده می‌شوند.
سخن پایانی
هوا، مخلوطی از گازهای مختلف است که موجودات برای ادامه بقا به آن نیاز دارند. هر یک از این گازها نقش مهمی در حفظ تعادل طبیعت دارند. با این حال، آلودگی هوا یک مشکل جدی است که می‌تواند برای سلامتی انسان و محیط زیست مضر باشد. برای کاهش آلودگی هوا، لازم است که راهکارهای مختلفی مانند استفاده از وسایل حمل و نقل عمومی، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش مصرف انرژی اتخاذ شود.