- •Перенос и Трансформация Химически Взаимодействующих Примесей в Атмосфере
- •Малые газы атмосферы. Их значимость, экологические проблемы с ними связанные
- •Малые Газы
- •Пространственные и временные масштабы изменчивости малых газов атмосферы; Особенности переноса малых газов в тропосфере и стратосфере
- •Методы изучения газового состава атмосферы
- •Проблема моделирования распределения и изменчивости малых газов в атмосфере; Постановка задачи; Виды моделей
Перенос и Трансформация Химически Взаимодействующих Примесей в Атмосфере
-
Малые газы атмосферы. Их значимость, экологические проблемы с ними связанные
-
Большинство изменений окружающей среды связаны с вариациями химически активных примесей в атмосфере:
-
Ухудшение качества воздуха (индустриальные выбросы и сгорание биомассы);
-
Усиление окислительной способности тропосферы с соответствующим влиянием на биосферу и здоровье людей;
-
Ухудшение самоочищающей способности атмосферы с соответствующим увеличением времени нахождения загрязнителей в ней;
-
Кислотные дожди;
-
Изменения климата (глобальное потепление);
-
Изменения климата (региональные аспекты);
-
Увеличение аэрозольного загрязнения атмосферы;
-
Уменьшение содержания стратосферного озона;
-
Малые Газы
-
Основные газы атмосферы (N2, O2, Ar) составляют 99.96% ее содержания
-
Остальные газы, называемые малыми, определяют радиационную структуру и химическую активность атмосферы
-
Главные малые газы: CO2 (0.03% или 300 ррм), H2O (от нескольких процентов до 5 ррм), O3 (до 10 ррм), CH4 (около 2 ррм), окислы азота (до 1 ррм)
-
Общее количество малых газов атмосферы, играющих ту или иную роль в атмосферных процессах достигает 200 наименований
Стратосферный Озон
-
Защищает жизнь на Земле от губительного воздействия жесткого ультрафиолетового излучения
-
Радиационные свойства (нагрев стратосферы)
-
Тенденции – глобальное уменьшение
-
Образуется в результате поглощения солнечной радиации молекулярным кислородом
-
Разрушается в каталитических циклах
Защитные свойства стратосферного озона
-
hnu – энергия фотонов – зависит от частоты
-
UV-C 100-280 nm, UV-B 280-315 nm, UV-А 315-400 nm
-
UV-C – полностью поглощается молекулярным кислородом и озоном в верхних слоях атмосферы
-
UV-A – практически полностью проходит через атмосферу
-
UV-B – зависит от содержания озона
Горизонтальное Распределение
Тенденции изменчивости
-
Содержание стратосферного озона уменьшается в течение последних 30 лет
-
Содержание тропосферного озона увеличивается в последние десятилетия
-
Температура тропосферы увеличивается, а стратосферы – уменьшается
-
Образование полярных стратосферных облаков приводит к появлению «озоновых дыр»
Тропосферный Озон
-
Токсичен – представляет опасность для здоровья
-
В основном образуется локально в процессе окисления углеводородов
-
Парниковый газ – увеличивает температуру у поверхности
-
Тенденция - увеличение
Парниковый Эффект
-
Радиационно-активные газы
-
Водяной пар – максимальный вклад в парниковый эффект – естественное происхождение
-
Углекислый газ – максимальный антропогенный вклад
-
Метан – быстро увеличивающийся газ
-
Фреоны – максимальный потенциал
-
Озон – сильно изменчивый
Окислительная Способность Тропосферы
-
Атмосфера обладает сильными окислительными свойствами. Многие экологически важные газы вымываются из атмосферы главным образом в результате окисления: это парниковые газы, такие как метан (CH4), токсичные продукты горения, такие как угарный газ (CO), участники разрушения стратосферного озона, такие как хлорфторуглеводороды (HCFCs), и другие.
-
Окисление в тропосфере является особо важным, т.к. тропосфера содержит большую часть массы всей атмосферы (около 85%), а также потому что газы попадают в атмосферу с земной поверхности, т.е. сначала в тропосферу, а только потом могут переноситься в стратосферу и выше.
-
Основной окислитель – гидроксильный радикал ОН
-
Озон важен как окислитель и предвестник ОН
Газовые Загрязнения
-
Промышленные и бытовые выбросы газов ведут к ухудшению токсикологической обстановки
-
Озон и загрязнения
-
Образование и разрушения озона токсичными выбросами
Гетерогенная Химия
-
Газы могут формировать аэрозоль – взвешенные в атмосфере жидкие и твердые частицы
-
Газы могут растворяться в аэрозоле
-
Газы могут оседать на аэрозоль
-
Фазовые переходы – конденсация и испарение аэрозолей
Кислотные осадки
-
Антропогенные выбросы азотных и серных газов ведут к образованию паров азотной и серной кислот
-
При определенных условиях эти кислоты могут конденсироваться или поглощаться аэрозолем
-
При достижении определенных размеров эти аэрозоли могут выпадать на земную поверхность формируя кислотные дожди
Цель Исследований Газового Состава
-
Понять какие факторы и процессы контролируют распределение и изменчивость содержания атмосферных газов
-
Содержание каждого представляющего интерес газа должно описываться количественными характеристиками (мерами), пригодными для математического описания процессов, влияющих на распределение и изменчивость газового состава атмосферы;
-
Основными мерами, удовлетворяющими данным требованиям являются концентрация, отношение смеси и парциальное давление