zrak

zrak, smjesa plinova što je kao omotač vezana uz Zemlju pretežno gravitacijskim silama, sudjeluje u njezinoj vrtnji, tvori Zemljinu atmosferu i nužna je za život na Zemlji (→ atmosfera). Ukupna masa suhoga zraka iznosi 5,1 · 1018 kg (približno milijunti dio Zemljine mase). Današnji volumni udjel kisika, najvažnijega sastojka zraka za postojeće oblike života na Zemlji, postignut je prije približno 400 do 500 milijuna godina kao posljedica fotosinteze zelenih biljaka u oceanima. Istodobno je fotolizom kisika u višim slojevima atmosfere nastajao ozon, koji štiti žive organizme od štetnoga djelovanja Sunčeva ultraljubičastoga zračenja. Čisti, suhi zrak plin je bez boje, okusa i mirisa. Njegova prosječna fizikalna svojstva ovise o temperaturi, tlaku i nadmorskoj visini. Prosječna je molarna masa suhoga zraka 28,97 g/mol, a gustoća na morskoj razini, pri tlaku od 101 325 Pa i temperaturi 0 °C, iznosi 1,295 kg/m³, odn. 1,2250 kg/m³ pri prosječnoj temperaturi na Zemlji (15 °C). Miješanjem zračnih masa različite gustoće, temperature i tlaka nastaje vjetar. Iako se s porastom visine gustoća i tlak zraka smanjuju eksponencijalno, zbog vertikalnih i horizontalnih strujanja kemijski je sastav zraka do visine od 80 do 90 km (homosfera) uglavnom stalan. Zrak sadrži i vodenu paru, kojoj je volumni udjel u rasponu od 0 do 4% (prosječno oko 1%), a ovisi o nadmorskoj visini, klimatskom području i meteorološkim prilikama. Iako im je volumni udjel malen, ugljikov dioksid i vodena para vrlo su važni sastojci zraka, jer apsorbiraju toplinsko zračenje Zemlje i djelomično ga vraćaju na Zemlju, pri čem se zagrijavaju tlo i oceani. Zrak sadrži i vrlo promjenljive količine krutih i tekućih čestica prirodnog ili antropogenoga podrijetla.

Najreaktivniji je sastojak zraka kisik, koji se troši u prirodnim procesima (disanje ljudi, životinja i biljaka, oksidacija stijena), pri izgaranju fosilnih goriva i u mnogim tehnološkim procesima. Asimilacijom biljaka kisik se vraća u zrak i tako kruži prirodom. Kako u mnogim od tih procesa nastaju ugljikov dioksid i voda, koji se npr. asimilacijom biljaka opet troše, kružni tok kisika i ugljika u prirodi usko su povezani. Dušik je kemijski inertan sastojak zraka, no kao esencijalni element jedan je od najvažnijih sudionika u biološkim procesima. Nitrificirajući mikroorganizmi koji žive na korijenju leguminoza vežu dušik iz zraka i otpuštaju ga u tlo u obliku spojeva potrebnih za život drugih biljaka. Denitrificirajući mikroorganizmi, pak, reduciraju nitratne ione u molekularni dušik, pa tako i dušik kruži prirodom.

Zrak se najviše rabi u različitim industrijskim procesima, gdje kisik služi kao oksidans. Osim toga, zrak se primjenjuje kao sredstvo za grijanje ili hlađenje, u pneumatskim sustavima koji rade sa stlačenim zrakom i dr. Ukapljeni zrak, plavkasta tekućina koja vrije na –194 °C, služi za dobivanje kisika i dušika frakcijskom destilacijom (→ ukapljivanje plinova) i za postizanje vrlo niskih temperatura.

Onečišćenje zraka odstupanje je od njegova normalnoga sastava zbog prisutnosti stranih tvari (onečišćivala) u koncentraciji u kojoj one u kraćem vremenu ne uzrokuju izravnu štetu za zdravlje ljudi ili drugih živih organizama, dok je zagađivanje, kao posljedica ljudskoga djelovanja, unošenje stranih tvari u zrak u koncentraciji u kojoj one u kraćem ili duljem vremenu uzrokuju izravnu štetu po okoliš i živa bića te ugrožavaju ljudsko zdravlje. Glavna su onečišćivala i zagađivala aerosoli, lebdeće čestice raspršene u zraku (dim, čađa, prašina, čestice teških metala i njihovih spojeva, ulje, soli), zatim oksidi ugljika, sumpora i dušika, ugljikovodici (npr. metan, butan, benzen), fotokemijski produkti (npr. ozon u nižim dijelovima atmosfere), drugi anorganski (sumporna i dušična kiselina, sumporovodik, amonijak) i organski spojevi (organske kiseline, alkoholi), radioaktivne tvari. Mnogi onečišćivači prirodnoga su podrijetla, npr. proizvodi vulkanskih erupcija te metabolizma i raspadanja organizama. Glavni izvori zagađivanja zraka različiti su industrijski procesi, promet, postrojenja za dobivanje energije te spaljivanje šuma, raslinja na poljoprivrednim površinama i raznovrsnog otpada. Glavne su posljedice onečišćenja i zagađenja zraka efekt staklenika, ozonske rupe, fotokemijski i industrijski smog te kisele kiše, što ugrožava ljudsko zdravlje, cjelokupni život na Zemlji i mnoge proizvode ljudske djelatnosti. Zagađivanje zraka može se smanjiti ili spriječiti uporabom katalitičkih konvertora i bezolovnoga benzina u automobilima, hvatanjem zagađivala u industrijskim postrojenjima (filtri, cikloni, ispiralice, precipitatori), uporabom alternativnih izvora energije i smanjenjem njezine potrošnje, uporabom čistijih goriva, recikliranjem otpada i dr.

Sastav suhoga zraka na morskoj razini

Sastav suhoga zraka na morskoj razini

Plin Volumni udjel (%)
Plinovi s uglavnom stalnim udjelima
dušik, N2 78,084
kisik, O2 20,946
argon, Ar 0,934
neon, Ne 0,001818
helij, He 0,000524
kripton, Kr 0,000114
ksenon, Xe 0,0000087
radon, Rn u tragovima (6 · 10–18)
Plinovi s promjenljivim udjelima
ugljikov dioksid, CO2 0,0365
metan, CH4 0,0001745
vodik, H2 0,00005
dušikov(I) oksid, N2O 0,000027
ozon, O3 0,000007 (ljeti) 0,000001 (zimi)
Plinovi s vrlo promjenljivim udjelima
ugljikov monoksid, CO 0,000013
dušikov dioksid, NO2 2,3 · 10–5 do 3,5 · 10–5
amonijak, NH3 1 · 10–6
sumporov dioksid, SO2 2 · 10–8
sumporovodik, H2S ~ 6 · 10–8
zrak. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 18.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=67451>.