Основные пути превращения веществ в атмосфере



Стратификация атмосферы, ее строение. Функция ионосферы и термосферы.

Атмосфера имеет слоистую структуру по вертикали:

1. Тропосфера

2. Стратосфера

3. Мезосфера

4. Термосфера

Между слоями существует небольшой переходный слой. По высоте происходит изменение температуры.

Термосфера - находится на высоте 120-500 км, также ее называют ионосферой. Температура растет от -92 до 1200ºС. В мезосфере температура снижается от-2 до -92ºС. Начинается на высоте 50 км.

Мезосферу и термосферу объединяют в ионосферу. Остатки атмосферных газов, находящиеся в этих слоях, в состоянии ионов, которые образуются под действием кратковременного сильного излучения т.е. протекают фотохимические реакции.

N2+ hν→N2+ N2+ + O2→NO++NO N2+ + O2→NO2++N
О2 + hν →O+ + O-

N2+ hν →N+ + N-

О++ N2 →NO+ + N

О++ O2 →O2+ + O

Движение заряженных частиц зависит от наличия магнитного поля, частицы движутся вдоль магнитных силовых линий. В высоких широтах, где силовые линии практически вертикальны, эффективно протекает вертикальная диффузия частиц.

Изменение хим. Состава атмосферы в данных высотах влияет на концентрацию электронов в верхних слоях.

При увеличении концентрации N2 возрастает концентрация NO+. NO++ е = N+O

Электроны и ионы исчезают в ионно-молекулярных процессах, в результате рекомбинации, ионизации и диффузии.

Условия в ионосфере зависят от широты, наибольшая стабильная концентрация е̅ и ионов в средних широтах. В высоких широтах изменение е̅ наиболее сложно.

Устойчивость и неустойчивость приземного слоя атмосферы.

Под вертикальной устойчивостью атмосферного воздуха понимают его способность препятствовать вертикальному перемещению воздуха и сдерживать турбулентное перемешивание.

Различают 3 типа вертикальной устойчивости атмосферы:

а) Неустойчивое -  когда объем воздуха, получивший импульс движения, не возвращается в исходное положение, а с ускорением движется в направлении первоначального смещения. Этому типу устойчивости соответствует конвекция - состояние атмосферы, при котором сильно развиты восходящие потоки воздуха, а температура почвы выше температуры воздуха (градиент температуры отрицателен).

б)Устойчивое - когда объем воздуха, сместившийся из своего исходного положения по высоте, стремится вернуться обратно. Этому типу устойчивости соответствует инверсия - состояние атмосферы, при котором восходящие потоки воздуха отсутствуют, имеют место нисходящие потоки, а температура почвы ниже температуры воздуха (градиент температуры положителен).

в) Нейтральное (безразличное) -  когда смещенный объем воздуха, попав в слой с такой же температурой, остается неподвижным. Этому типу устойчивости соответствует изотермия - состояние атмосферы, при котором вертикальное перемещение воздушных масс практически отсутствует, а температуры почвы и воздуха практически равны (градиент температуры нулевой).

Озоновый слой. Реакции разрушения озонового слоя.

Особенность озона- поглощать УФ-излучение: О3+ hν →О2+О(р) или О(д)

Максимальное поглощение наблюдается при длинах волн менее 320 нм. Для изменения концентрации озона в атмосфере используют спектрометр Допсона. Слой озона высотой 10-5 принимается за 1 ед. Допсона. Общее количество озона изменяется в пределах от 109 до 760 ед.

Количество озона в атм. колеблется в зависимости от широты и времени года: 3 зоны

1. Полярная- с наиб. Концентрацией озона

2. Тропическая- с наим. Концентрацией озона

3. Средняя - промежуточное положение

Образование озона:

1. О2+ hν →О(р) + О(д), где О(р) - в основном состоянии, О(д)- в возбужденном состоянии. В реакции образования озона учувствуют только атомы, находящиеся в основном состоянии.

22+О(р)+М=О3+М*, М- третье тело для отвода выделившейся энергии.Образовавшиеся молекулы озона могут также взаимодействовать с атомами кислорода:  

3. О3+О=2О2. Атом кислорода, находящийся в основном состоянии, может снова участвовать в синтезе озона.

4. О3+ hν →О2+О(р)

5. О3+ hν →О2+О(д)

2 и 4 - нулевой цикл озона.

Разрушение озона:

1) Водородный метод

1. Н2О + hν →ОН+Н либо Н2О+О(д)=2ОН либо СН4+О(д)=СН + ОН  

2. ОН+О3=О2+О2Н

Опасно для озонового слоя: оксиды азота, образующиеся непосредственно в стратосфере т.к. молекулы образ-ся ниже имеют короткое время жизни и не успевают достигнуть стратосферы. Исключение: гемооксид азота N2O+O(д)= 2NO
3. О2Н+О3=2О2+ОН 

2) Азотный метод

1. NO +O3=NO2+O2

2. NO2+O3=NO+2O2

3. O3+O2=2O2

Атомарный хлор появляется в атмосфере при фотохимическом окислении фторхлорпроизводных:CFCl3+ hν →CFCl2+Cl
3) Хлорный метод

1. Cl*+O3=ClO3+O2

2. ClO+O3=ClO2+O

3. ClO2=Cl +O2 илиClO+O=Cl+O2

4) Бромный метод

1. Br+O3=BrO+O2

2, BrO+BrO=2Br +O2

3. BrO+ClO=Br+Cl+O2

Каждая активная частица до 107 раз может инициировать цикл разрушения О3, пока озон не будет выведен из зоны его макс. содержания. Вывод активных частиц называется стоком.

Наиболее вероятными реакциями являются ОН+СН4=Н2О+СН3, ОН+Н2О=Н2О2 +Н, ОН+NO=HNO2, ClO+NO=ClNO2, OH+O2H=H2O+O2

Озоновая дыра-в зимний период над полюсами образуются устойчивые антициклоны, которые приводят к временному прекращению обмена воздухом с другими областями стратосферы. Из-за низких температур появляются устойчивые аэрозольные образования, состоящие из кристаллов льда и переохлажденной жидкости. Весной, когда кристаллы распадаются активные частицы вступают в химические реакции и над полюсом образуется повышенная концентрация озоноразрушающих веществ, что и приводит к образованию озоновых дыр.

Основные пути превращения веществ в атмосфере

В атмосфере химические соединения подвергаются самым разным превращениям как в результате реакций между собой, так и с уже содержащимися в воздухе веществами, включая пары воды. Превращения зависят от времени пребывания загрязняющих веществ в атмосфере и от интенсивности их облучения солнечным светом. В общем случае при поглощении кванта света с частотой v в атмосфере могут происходить следующие процессы:

образование электронно-возбужденных молекул: А + hv → A*;

 дезактивация этих молекул за счет флуоресценции: А* → А + hv;

дезактивация (тушение) за счет соударения с другими молекулами A*+Q→A + Q';

диссоциация: А* → В + С.

Для атмосферной фотохимии наибольший интерес представляют явления фотохимической диссоциации электронно-возбужденных молекул А*. Возбужденное состояние весьма нестабильно. Поэтому вслед за появлением А* быстро следует реакция образования продуктов В и С. Один или оба из них могут быть очень активными и приводят к началу цепи реакций, в результате которых возникают нежелательные соединения, в том числе служащие основой фотохимического смога.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 141;