Химия атмосферы Состав атмосферы Компонентный состав атмосферы

Химия атмосферы

Состав атмосферы Компонентный состав атмосферы Концентрация, об. Активные примеси Концентрация, об. Квазипостоянные % (микрокомпоненты) % Азот 78 Вода 0– 7 Кислород 21 Диоксид углерода 0, 01– 0, 1 Водород 0, 5 · 10− 4 Озон 1 · 10− 4 Аргон 0, 93 Диоксид серы 1 · 10− 4 Неон, ксенон, 2, 5 · 10− 3 Метан 1, 6 · 10− 4 компоненты криптон

Строение атмосферы Градиент Слой Тн, °С* Тв, °С** температур, °С Высота, км Тропосфера 15 – 56 – 6, 45 0– 11 Стратосфера – 56 – 2 +1, 38 11– 50 Мезосфера – 2 – 92 – 2, 56 50– 85 Термосфера – 92 1200 +3, 11 85– 500 * Тн — температура на нижней границе слоя. ** Тв — температура на верхней границе слоя.

Дисперсные системы в атмосфере Аэрозоли – это дисперсные системы, состоящие из твердых или жидких частиц, распределенных в газовой фазе. Для существования устойчивого аэрозоля необходима малая скорость седиментации и высокая удельная поверхность частиц. Аэрозоли в атмосфере гигроскопичны и представлены мельчайшими частицами минералов, дыма, солей, каплями газовых растворов, органическими веществами. Жидкая вода присутствует в атмосфере в виде дымки, тумана, облаков и дождя.

Классификация дисперсных частиц (по Х. Юнге) радиус менее 0, 1 мкм – ядра Айткена; Ø радиус от 0, 1 до 1 мкм – большие частицы; Ø радиус более 1 мкм - гигантские Ø

Распределение частиц в тропосфере Фоновое Океаническое Континентальное

Пути удаления дисперсных частиц из атмосферы ü Атмосферная конвекция ü Внутри- и подоблачное вымывание ü ü Инерционный, диффузионный и центробежный механизм осаждения на препятствиях у земной поверхности Термическая коагуляция

Механизм образования аэрозолей Реакции фотолиза Синтез солей Абсорбция водяными парами Гомогенная или гетерогенная конденсация По происхождению аэрозоли делят: Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении твердых или жидких материалов Конденсационные аэрозоли - аэрозоли, образующиеся при конденсации пересыщенных паров или при взаимодействии газов с образованием нелетучих продуктов Пыль - диспергационный аэрозоль с твердыми частицами Дым – конденсационный аэрозоль с твердой и смешанной дисперсной фазой Туман – диспергационный и конденсационный аэрозоль с жидкой фазой

Химические процессы в верхних слоях атмосферы Ионизация газов Диссоциация О 2 O 0 + hν → O(1 D) + O(3 P) O(1 D) – возбужденное состояние при λ<175 нм; O(3 P) – основное состояние при λ<242 нм N 2 + hν (80 нм) → N 2+ + e О 2 + hν (99, 3 нм) → O 2+ + e O + hν (91, 2 нм) → O+ + e NO + hν (134, 5 нм) → NO+ + e

Ионизация газов NO имеет наиболее низкую энергию ионизации, N 2 – наиболее высокую. Образующиеся ионы участвуют в диссоциативной рекомбинации: N 2+ + e → N + N O 2+ + e → O + O NO+ + e → N + O в реакциях переноса заряда: N 2+ + О 2 → N 2 + O 2+ O+ + О 2 → O + O 2+ + NO → O 2 + NO+ N 2+ + NO → N 2 + NO+ в реакциях переноса заряда с разрывом связи (обмен атомом) O+ + N 2 → N + NO+ N 2+ + O → N + NO+

Озон в стратосфере O 2 + O +M → O 3 + M • M – третье тело, присутствие которого необходимо для отвода части энергии, выделяющейся в процессе O + O 2 → O 3 • Разложение озона в стратосфере происходит в двух процессах Взаимодействие с атомом кислорода O 3 + O → 2 O 2 Поглощение солнечного света с длиной волны менее 310 нм O 3 + hν → O 2 + O(1 D)

Цикл Чэмпена O 2 + hν → O + O; O + O 2 + M → O 3 + M· - 107 к. Дж/моль (× 2); O + O 3 → O 2 + O 2 – 391 к. Дж/моль; O 3 + hν 1 → O 2 + O. hν + hν 1 → теплота – 605 к. Дж/моль

Азотный цикл NO + O 3 → NO 2 + O 2 NO 2 + O → NO + O 2 • • • O 3 + O → 2 O 2 – 391 к. Дж/моль

Хлорный цикл CFCl 3 + hν → CFCl 2 + Cl Cl + O 3 → Cl. O + O 2 Cl. O + O → Cl + O 2 • • • O 3 + O → 2 O 2

Водородный цикл H 2 O + hν → OH + H O(1 D) + H 2 O → 2 OH O 3 + OH → HO 2 + O 2→ OH + O 2 • • • O 3 + O → 2 O 2

Карбонилсульфид в стратосфере COS – карбонилсульфид COS + hν → CO + S S + O 2 → O + SO; SO + O 2 → SO 2 + O; SO 2 + OH → HSO 3; HSO 3 + O 2 → HO 2 + SO 3; SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4