Atmosfärisk kemi: processer, problem och påverkan på klimat & hälsa

Atmosfärisk kemi: upptäck processer, föroreningar och lösningar som påverkar klimatet och människors hälsa — från ozonförlust till växthusgaser.

Författare: Leandro Alegsa

14-12-2025 22:11

Atmosfärisk kemi är en vetenskapsgren där man studerar kemin i jordens och andra planeters atmosfär. Det är ett tvärvetenskapligt forskningsområde som bygger på miljökemi, fysik, meteorologi, datormodellering, oceanografi, geologi, vulkanologi och andra discipliner. Forskningen är nära kopplad till andra studieområden, till exempel klimatologi, och syftar både till att förklara naturliga processer och att förstå mänsklig påverkan.

Vad omfattar atmosfärisk kemi?

Studiet av atmosfärisk kemi handlar om hur molekyler och partiklar bildas, förändras och transporteras i atmosfären. Det inkluderar kemiska reaktioner i olika skikt (från marknära luft till stratosfären), bildning och transformation av partiklar (aerosoler), och samspel mellan gaser, partiklar, moln och ytor. Att studera atmosfären innebär också att studera växelverkan mellan atmosfären och levande organismer.

Centrala processer

Gasfasreaktioner: Reaktioner mellan gasformiga ämnen styrs ofta av radikaler (t.ex. OH) och solenergi. Dessa bestämmer hur snabbt föroreningar bryts ner.
Fotokemiska processer: Under sollys omvandlas utsläpp av flyktiga organiska föreningar (VOC) och kväveoxider (NOx) till marknära ozon och sekundära partiklar — en process som ligger bakom fotokemisk smog.
Aerosolbildning: Gasformiga förstadier kondenserar eller kemiskt reagerar och bildar partiklar (t.ex. sulfater från svaveldioxid), vilket påverkar luftkvalitet och molnbildning.
Transport och omblandning: Meteorologiska processer flyttar och sprider kemiska ämnen både horisontellt och vertikalt, vilket gör att lokala utsläpp kan ge regionala eller globala effekter.
Naturliga emissioner: Vulkanutbrott, blixtnedslag och solutbrott från solens korona bidrar med gaser och partiklar som påverkar kemi och strålning.

Mänsklig påverkan och viktiga problem

Sammansättningen av jordens atmosfär har förändrats tydligt genom industriell verksamhet, förbränning av fossila bränslen, jordbruk och transport. Några av de mest uppmärksammade problemen är:

Partikulär förorening (PM2.5 och PM10) — små partiklar som tränger djupt in i lungorna och bidrar till sjukdom och förtida död.
Surt regn — bildas när svavel- och kväveoxider omvandlas till syror i atmosfären (surt regn).
Ozonförändringar — både ozonförstöring i stratosfären (ozonlagrets uttunning) och ökningar av marknära ozon som skadar hälsa och växter.
Fotokemisk smog — höga halter av marknära ozon och sekundära partiklar i storstadsområden (fotokemisk smog).
Växthusgaser och global uppvärmning — ökningar av koldioxid, metan, lustgas och andra gaser som ändrar klimatet (växthusgaser och global uppvärmning).

Effekter på klimat, ekosystem och hälsa

Atmosfäriska förändringar påverkar människors hälsa, jordbruk och naturliga ekosystem. Exempel:

Hälsa: Luftföroreningar ökar risken för astma, kronisk obstruktiv lungsjukdom, hjärt-kärlsjukdomar och för tidig död. Marknära ozon irriterar luftvägar och minskar lungfunktionen.
Ekosystem och vegetation: Surt regn kan skada mark och vattenlevande organismer. Ökad ozonexponering försvagar grödor och minskar avkastning.
Klimatpåverkan: Aerosoler kan både värma (svarta kolpartiklar) och kyla (sulfater) klimatet genom att ändra hur solstrålning absorberas och sprids. Växthusgaser driver långsiktiga temperaturförändringar.

Mätningar och modeller

Fältmätningar, laboratorieexperiment, fjärranalys (radar, lidar, satelliter), ballonger och flygplanskampanjer ger data om atmosfärens sammansättning. För att förstå och förutsäga utvecklingen används avancerade modeller, till exempel kemiska transportmodeller och globala klimamodeller som inkluderar atmosfärisk kemi. Dessa modeller testar hypoteser om orsaker till föroreningar och utvärderar effekter av möjliga åtgärder.

Åtgärder och politik

Åtgärder bygger på kombinationen av vetenskapliga rön och politiska beslut. Exempel på effektiva metoder:

Reglering av utsläpp (industri, fordon, kraftverk)
Teknik för ren förbränning och avsvavling
Minskad användning av ozonnedbrytande ämnen (framgångsrik politisk insats via Montrealprotokollet)
Åtgärder för att minska utsläpp av växthusgaser (t.ex. nationella klimatmål och internationella avtal som Parisavtalet)
Övervakning och tidiga varningssystem för luftkvalitet som skyddar känsliga grupper

Sammanfattning

Atmosfärisk kemi är avgörande för att förstå hur både naturliga processer — som vulkanologi, blixtnedslag och solens påverkan — och mänskliga aktiviteter förändrar luftens sammansättning. Atmosfärkemister utreder orsaker till problem, utvecklar teorier och modeller, testar lösningar och följer hur politiska åtgärder påverkar utsläpp och luftkvalitet. Kunskap från detta fält är central för att skydda klimat, ekosystem och människors hälsa.

Atmosfärisk sammansättning

Genomsnittlig sammansättning av den torra atmosfären (molfraktioner)
Gas	enligt NASA
Kväve, N₂	78.084%
Syre, O₂	20.946%
Argon, Ar	0.934%
Mindre beståndsdelar (molfraktioner i ppm)
Koldioxid, CO₂	383
Neon, Ne	18.18
Helium, He	5.24
Metan, CH₄	1.7
Krypton, Kr	1.14
Väte, H₂	0.55
Vatten
Vattenånga	Mycket varierande; utgör vanligtvis cirka 1 %.

Noter: Koncentrationen av CO₂ och CH₄ varierar beroende på säsong och plats. Luftens genomsnittliga molekylmassa är 28,97 g/mol.

Sammansättningen av jordens atmosfär. Vattenånga ingår inte eftersom den förändras mycket med tiden. Varje liten kub (t.ex. den som representerar krypton) har en miljondel av hela blockets volym. Uppgifterna kommer från NASA Langley.

Schematisk bild av kemiska processer och transportprocesser som är relaterade till atmosfärens sammansättning.

Historia

De gamla grekerna betraktade luft som ett av de fyra elementen. De första vetenskapliga studierna av atmosfärens sammansättning inleddes på 1700-talet. Kemister som Joseph Priestley, Antoine Lavoisier och Henry Cavendish gjorde de första mätningarna av atmosfärens sammansättning.

I slutet av 1800-talet och början av 1900-talet flyttades intresset till spårämnen med mycket små koncentrationer. En viktig upptäckt för atmosfärisk kemi var Christian Friedrich Schönbeins upptäckt av ozon 1840.

Koncentrationerna av spårgaser i atmosfären har förändrats med tiden, liksom de kemiska processer som bildar och förstör föreningar i luften. Två viktiga exempel på detta är Sydney Chapmans och Gordon Dobsons förklaring av hur ozonskiktet skapas och bevaras och Arie Jan Haagen-Smit förklaring av fotokemisk smog. Ytterligare studier om ozonfrågor ledde till att Paul Crutzen, Mario Molina och Frank Sherwood Rowland delade på Nobelpriset i kemi 1995.

På 2000-talet har fokus flyttats igen. Atmosfärisk kemi studeras alltmer som en del av jordens system. Tidigare fokuserade forskarna på atmosfärisk kemi isolerat. Nu studerar forskarna atmosfärisk kemi som en del av ett enda system med resten av atmosfären, biosfären och geosfären. Ett skäl till detta är kopplingarna mellan kemi och klimat. Klimatförändringar och återhämtningen av ozonhålet påverkar till exempel varandra. Atmosfärens sammansättning samverkar också med haven och de terrestra ekosystemen.

Metodik

Observationer, laboratoriemätningar och modellering är de tre centrala delarna i atmosfärskemin. Alla tre metoderna används tillsammans. Observationer kan till exempel visa att det finns mer av en kemisk förening än vad man tidigare trodde var möjligt. Detta kommer att stimulera nya modelleringar och laboratoriestudier som kommer att öka den vetenskapliga förståelsen till en punkt där observationerna kan förklaras.

Observation

Observationer av atmosfärens kemi är viktiga. Forskare registrerar data om luftens kemiska sammansättning över tid för att se om det sker några förändringar. Ett exempel på detta är Keelingkurvan - en serie mätningar från 1958 till idag som visar en stadig ökning av koldioxidhalten. Observationer av atmosfärens kemi görs i observatorier, t.ex. på Mauna Loa, och på mobila plattformar, t.ex. flygplan, fartyg och ballonger. Observationer av atmosfärens sammansättning görs allt oftare av satelliter, vilket ger en global bild av luftföroreningar och luftkemi. Observationer på ytan har den fördelen att de ger långsiktiga registreringar med hög tidsupplösning, men de ger data från ett begränsat vertikalt och horisontellt utrymme. Vissa ytbaserade instrument, t.ex. LIDAR, kan ge koncentrationsprofiler av kemiska föreningar och aerosol, men de är fortfarande begränsade i den horisontella region de täcker. Många observationer delas online.

Mätningar i laboratoriet

Mätningar som görs i laboratoriet är viktiga för vår förståelse av källorna och sänkorna för föroreningar och föreningar som finns i naturen. Laboratorieundersökningar visar vilka gaser som reagerar med varandra och hur snabbt de reagerar. Forskarna mäter reaktioner i gasfasen, på ytor och i vatten. Forskarna studerar också fotokemi som kvantifierar hur snabbt molekyler splittras av solljus och vilka produkterna är. Forskare studerar också termodynamiska data, t.ex. koefficienter enligt Henrys lag.

Frågor och svar

F: Vad är atmosfärisk kemi?

S: Atmosfärisk kemi är en gren av vetenskapen där man studerar kemin i jordens och andra planeters atmosfär. Den bygger på flera olika discipliner, t.ex. miljökemi, fysik, meteorologi, datormodellering, oceanografi, geologi och vulkanologi.

F: På vilket sätt innefattar studier av atmosfären studier av levande organismer?

S: Forskning om atmosfärisk kemi omfattar även studier av samspelet mellan atmosfären och levande organismer.

F: Vilka är några exempel på problem som orsakas av mänsklig verksamhet?

S: Exempel på problem som orsakas av mänsklig verksamhet är surt regn, uttunning av ozon, fotokemisk smog, växthusgaser och global uppvärmning.

F: Vad gör atmosfärkemister för att lösa dessa problem?

S: Atmosfärkemister erbjuder teorier om dessa problem och testar dem sedan för att hitta möjliga lösningar. De noterar också effekterna av förändringar i regeringens politik i samband med dessa frågor.

F: Hur förändras sammansättningen av jordens atmosfär naturligt?

S: Sammansättningen av jordens atmosfär förändras till följd av naturliga processer som vulkanutsläpp, blixtnedslag och bombardemang av solpartiklar från solens korona.

Sök