Химия и экология

Лекция №5

Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из различных газов, водяных паров и пыли. Компонентный состав атмосферы в целом представлен в таблице:

Земную атмосферу условно можно разделить на четыре основных слоя:

тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу

•Тропосфера — ближайший к поверхности земли слой атмосферы. Толщина его неодинакова: над экватором — 16–18 км, над полюсами — 7–9 км. С высотой происходит понижение температуры в среднем на 6,5 °С/км.

•Стратосфера достигает высоты 50–60 км. Характерной особенностью является повышение температуры на 1–2 градуса на каждый километр. Разогревание происходит вследствие взаимодействия озона с ультрафиолетом.

•Мезосфера простирается от 50 до 85 км. В пределах этого слоя происходит понижение

Температурные характеристики слоев представлены в таблице:

Верхние слои атмосферы отличаются высоким содержанием атмосферных ионов и свободных электронов, поэтому ее называют ионосферой. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере — разложение молекул газов атмосферы под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. В нижних слоях заключено 95 % массы атмосферы, и именно в этих слоях протекают самые интенсивные физико-химические процессы — гидродинамические, тепловые, электромагнитные, химические, фотохимические. Концентрация и, соответственно, давление газов с возрастанием высоты уменьшаются.

3

Распределение давления (РH) по высоте Н описывается барометрической формулой

Из формулы (1) следует, что давление с высотой уменьшается очень быстро. На высоте 5,8 км давление составляет всего 50 % от давления на уровне моря. Аналогичным образом уменьшается парциальное давление всех компонентов газовой смеси атмосферы, что следует учитывать при расчетах концентрации загрязняющих примесей в атмосфере:

4

Атмосфера — очень подвижная динамическая система, которая находится в неравновесном состоянии. Поскольку все системы стремятся к равновесию, то атмосфера постепенно рассеивается в космическом пространстве, поэтому все планеты, в том числе и Земля, постепенно теряют свою атмосферу. Чем меньше планета, тем быстрее из атмосферы вылетают молекулы, скорость которых превышает вторую космическую скорость. Любое загрязнение распространяется на большие расстояния. В горизонтальном направлении перемешивание осуществляется благодаря вращению Земли. Вертикальное перемешивание является результатом нагревания поверхности Земли и конвективных потоков. Нижний слой атмосферы — тропосфера — очень хорошо перемешивается вследствие конвекции.

Основные характерные особенности атмосферы:

Максимальные концентрация и давление наблюдаются на высоте уровня моря.

С повышением высоты происходит уменьшение давления как атмосферы в целом, так и парциального давления отдельных компонентов, а также снижение температуры.

Перемешивание атмосферы происходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

5

Способы выражения концентраций компонентов в газовых смесях (атмосфере)

Объемные проценты показывают, сколько объемов данного газа содержится в 100 объемах газовой смеси. Для измерения объемной концентрации газообразных примесей в газовой смеси, помимо объемных процентов, используется так называемая миллионная доля (млн, ppm). Эта единица измерения показывает количество объемов данной примеси в 1 млн объемов газовой смеси. Таким образом, переводной множитель от объемных процентов в ppm равен 104. Массовые концентрации определяют массу соответствующей примеси в единице объема, например мг/м3 или мкг/м3. Количество молекул в единице объема измеряется в молекул/м3 (изображается м--13) или молекул/см3 (см-3). Концентрация или содержание примесей могут быть выражены также в единицах парциального давления — Па, атм, бар и торр.

6

Тропосфера

Знания о механизмах и скоростях процессов поступления атмосферных примесей (эмиссии из природных и антропогенных источников и образовании непосредственно в атмосфере) и об удалении или стоке (переносе в другие резервуары, сорбции и осаждении на поверхности, трансформации в атмосфере) позволяют составить баланс атмосферной части глобального кругооборота вещества в природе

Тропосфера — нижний, непосредственно соприкасающийся с земной поверхностью слой атмосферы. В настоящее время знания о химическом составе тропосферы и происходящих в ней химических превращениях постоянно пополняются. В составе тропосферы, помимо азота и кислорода, были обнаружены инертные газы (аргон, гелий, криптон, неон, ксенон и радон), метан, водород, озон, оксид углерода, диоксид серы, сероводород, а в дождевой воде в этот период были найдены нитрат-, сульфат- и хлорид-ионы и ионы аммония.

7