Перенос и Трансформация Химически Взаимодействующих Примесей в Атмосфере

1. 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