De voornaamste gassen
Evenals in de hogere lagen van de atmosfeer, komen de gassen die een rol spelen op chemisch gebied of in het klimaat slechts in zeer kleine hoeveelheden voor. Daarom worden ze "sporengassen" genoemd.
Typische concentraties van deze gassen aan het oppervlak van de Aarde
| H2O | waterdamp | 0.0001 - 0.01 |
| CO2 | koolstofdioxide | 360 ppm |
| CH4 | methaan | 1.7 ppm |
| N2O | distikstofoxide (lachgas) | 310 ppb |
| CO | koolstofmonoxide | 50-500 ppb |
| O3 | ozon | 10-80 ppb |
| SO4 | sulfaten | 20 ppt - 2 ppb |
| NO2 | stikstofdioxide | 1 ppt - 10 ppb |
| OH | hydroxylradicaal | 0.01-0.1 ppt |
in volumemengverhoudingen, met andere woorden de fractie van de lucht ingenomen door het gas:
- 1 ppm= één deeltje per miljoen deeltjes = 10-6
- 1 ppb = één deeltje per miljard deeltjes = 10-9
- 1 ppt= één deeltje per 1000 miljard deeltjes = 10-12
Waterdamp en koolstofdioxide, de meest voorkomende gassen in de troposfeer
De basisprincipes van de watercyclus (H2O) zijn goed bekend:
- verdamping van vloeibaar water aan het aardoppervlak
- condensatie
- vorming van wolken
- neerslag
De gemiddelde verblijfsduur van waterdamp in de atmosfeer is van de orde van een tiental dagen, dus erg kort. Dit verschijnsel verklaart ook de grote verschillen in hoeveelheid waterdamp (en dus neerslag) die kunnen optreden tussen verschillende plaatsen op Aarde.
Hoewel water weinig beïnvloed wordt door chemische reacties in de atmosfeer, speelt het toch een grote rol in de "oxidatie" van verschillende atmosferische bestanddelen.
Koolstofdioxide (CO2) heeft een zeer lange levensduur in de atmosfeer (verschillende eeuwen). CO2 is bijna gelijkmatig verdeeld over de troposfeer en de stratosfeer. De aanwezigheid van koolstofdioxide is nauw verbonden met het leven op Aarde. CO2 is trouwens noodzakelijk voor de plantengroei. Koolstof als bestanddeel van de levende wereld komt uitsluitend uit de atmosferische CO2. En de voornaamste bron van atmosferische CO2 is de ontbinding van organisch materiaal. Maar ook de menselijke activiteiten beïnvloeden de concentratie van koolstofdioxide.
Zoals waterdamp, is ook CO2 zeer weinig reactief.
Relatief veel voorkomende troposferische gassen
Distikstofoxide (N2O) en chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) zijn andere voorbeelden van gassen die in relatief belangrijke mate voorkomen in de troposfeer, doordat ze slechts weinig reactief zijn. Zij spelen echter wel een voorname rol in de chemie van de stratosfeer.
Het gedrag en de verspreiding van minder voorkomende, maar meer reactieve gassen begrijpen is een belangrijke maar moeilijke opdracht, omdat een groot aantal complexe chemische en fysische processen meespelen.
De drijvende kracht achter deze troposferische chemie is de zonnestraling, vooral in het nabije ultraviolette gebied (UV-A en UV-B) en in mindere mate ook in het zichtbare gebied. De zonnestraling kan inderdaad chemische moleculen "ontbinden" (dissociëren). De troposfeer wordt afgeschermd voor de hardste ultraviolette straling door de stratosferische ozonlaag.
Desondanks die filter is zonnestraling toch nog in staat om bijvoorbeeld de troposferische ozon en de stikstofdioxide chemisch te ontbinden (fotolyseren). Met deze zeer dissociatie processen starten een complexe reeks chemische reacties die bijvoorbeeld leiden tot de productie van radicalen zoals het hydroxylradicaal (OH). Dit radicaal speelt een bepalende rol. Het is verantwoordelijk voor de oxidatie van een groot aantal gassen uitgestoten aan het aardoppervlak die anders niet vernietigd zouden worden in de troposfeer, en er zich dus zouden opstapelen.
Je kan het hydroxylradicaal omschrijven als het "wasmiddel" van de atmosfeer.
