шпора атмосфера

Для выражения объемной концентрации широкое распространение получили млн^–1 и млрд^–1 (в англоязычном варианте – ppm и ррb соответственно). Эти еди­ницы измерения показывают количество объемов данной примеси в одном миллионе или миллиарде объемов газовой смеси. Наиболее часто для выражения массовых концентраций «активных» примесей в га­зовой фазе используются такие единицы, как мг/м3 или мкг/м3.

Воздух без водяного пара называют сухим воздухом. У земной поверхности сухой воздух (рис. 1) на 99 % состоит из азота (78 % по объему, или 76 % по массе) и кислорода (21 % по объему, или 23 % но массе). Оба эти газа входят в состав воздуха у земной поверхности в виде двухатомных молекул (N2 и 02). Оставшийся 1 % приходится почти целиком на аргон (Аг). Всего 0,03% остается на углекислый газ (С02). Многочисленные другие газы входят в состав воздуха в тысячных, миллионных и еще меньших долях процента. Это криптон (Кг), ксенон (Хе), неон (Ne), гелий (Не), водород (Н2), озон (03), иод (I), радон (Rn), метан (СН4), аммиак (NH3), перекись водорода (Н202), закись азота (N20) и др.

Процентное содержание составных частей сухого воздуха в нескольких нижних десятках километров (до 100-120 км) с высотой почти не меняется. Однако выше 100 км такое расслоение газов по плотности начинается и постепенно увеличивается с высотой. Примерно до высоты 200 км преобладающим газом атмосферы все-таки остается азот. Выше начинает преобладать кислород, причем кислород в атомарном состоянии: под действием ультрафиолетовой радиации Солнца его двухатомные молекулы разлагаются на заряженные атомы. Выше 1000 км атмосфера состоит главным образом из гелия и водорода, причем водород - также в атомарном состоянии, т. е. в виде заряженных атомов, - преобладает. Процентное содержание водяного пара в воздухе меняется с высотой. Водяной пар постоянно поступает в атмосферу снизу, а распространяясь вверх конденсируется, сгущается. Поэтому упругость и плотность водяного пара убывают с высотой быстрее, чем упругость и плотность остальных газов воздуха. выше 10-15 км содержание водяного пара в воздухе ничтожно мало.

Образование озона: О2+ О(3Р)+М=О3 +М*, где М*-«третье тело», присутствие которого необходимо для отвода части энергии, выделяющейся в процессе; О(3Р)-атом в основном состоянии. Разложение озона: О3 +hv=О2 +О(3Р)Атом кислорода в основном состоянии, в отличие от атома в возбужденном состоянии, может вновь принять участие в синтезе озона. Реакции образования и разложения озона называют «нулевым» циклом озона.

Озоносфера охватывает всю планету, но распределение озонового слоя над поверхностью Земли неравномерно. Образование большей части озона происходит над экватором, а в сторону полюсов О3 переносится воздушными течениями. Но если взглянуть на карту распределения озонового слоя по широтам Земли, мы увидим, что как раз над экваториальными широтами содержание озона в атмосфере минимально. Вообще, независимо от широты, максимум содержания озона в атмосфере приходится на конец зимы и весну, а минимум – на осень и начало зимы. Концентрация озона в атмосфере может меняться более или менее случайным образом в течение суток и амплитуда этих изменений сравнима с амплитудой широтных и сезонных вариаций. Междусуточные изменения содержания озона могут быть очень велики. Так, на озонометрической станции на острове Кергелен в 1968 году были получены следующие данные: 22 марта - 0.583 см; 23 марта - 0.749 см; 25 марта - 0.283 см.

1 ед.Добсона(еД)=10-5м, Ррm=млн-1=α*106 ,α-объемная доля Нельзя сравнить, т.к. еД в метрах, а Ррm-доли! Невозможно друг в друга перевести, так как имеют разную размерность.

Озон образуется и разрушается в верхних слоях стратосферы и в нижних слоях мезосферы в результате протекания следующих реакций:О2+h = O(1D)+O(3P), где О(1D) – атом в возбужденном состоянии, О(3Р) – атом в основном состоянии. О2+О(3Р)+М = О3+М* где М – различные составляющие атмосферы, например, кислород или азот. О3 + h = О2 + O(1D) , О3 + О = 2О2 О3 + h = О2 + O(3P) Водородный цикл: НО + О3 = НО2 + О2 Н2О + hn = ОН + Н НО2 + О = НО + О2 О(1D) + Н2О = 2 ОН О3 + О = 2 О2 О(1D) +СН4 = СН3 + ОН Азотный цикл NO + О3 = NO2 + О2 N2O+O(1D) = 2NO NO2 + О = NO + О2 О3 + О = 2 О2 Обрыв цепных реакций разрушения озонаСН4 + ОН = СН3 + Н2О ОН + НО2 = Н2О + О2 ОН + NO = НNO2 Хлорный цикл Cl + O3 = ClO + O2 СFC3+ h = CFCl2+Cl ClO + O = Cl + O2 O3 + O = 2O2

Происходят процессы окисления соед-й серы. Основные окислители – свободные радикалы. H2S окисляется до SO2, который в ходе газофазных реакциях окис-ся до SO3. Серный ангидрид легко взаимод-ет с частицами атмосферной влаги, образую растворы серной кислоты, которые, реагируя с аммиаком или ионами металлов, частично переходят в соответствующие сульфаты (в основном, сульфаты аммония, натрия, кальция).

Соед-я азота в тропосфере – это, в основном, оксиды азота, аммиак и соли аммония, азотная кислота и нитраты. Среди оксидов стоит выделить гемиоксид (N2O), оксид (NO), и диоксид. Другие (NO3, N2O3, N2O4, N2O5) в условиях тропосферы неустойчивы.

Основные природные источники оксидов (процессы денитрификации, окисление N2O и NH3, физич. фиксация азота) ежегодно дают 21-89 млн т оксидов в тропосферу. Антропогенные выбросы (сжигание топлива на ТЭЦ и в автомобилях): ок. 20 млн т оксидов. Загрязнение аммиаком: природные – 70 млн т, антропогенные – 4 млн т. Сток с химич. превращениями: NH3 частично оксил-ся до NO. NO, взаимод-я с радикалами и озоном, переходит в NO2 (сущ. обратный переход). NO2 при взаимод-и с радикалами обр-ет кислоту (обратимыйпр-с). Основное кол-во кислоты выводится с осадками. Соединения аммиака выводятся с атм. осадками и в рез-те сухого осаждения (ок. 70 млн т).

Органика: Природные источники: леса и заболоченный почвы(21%), океаны и водоёмы(5%), выделения термитов(7%), выделение из почв(7%). Антропогенные источники: рисовые поля(20%), добыча и переработка природного газа и нефти(15%), сжигание биомассы(10%), процессы ферментации(15%). Предприятия химической промышленности являются источниками менее крупнотоннажных, но значительно более разнообразных и токсичных выбросов. Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится сравнимой с природными источниками поступления веществ в атмосферу.

ОН + СН4 → Н2О + СН3 СH3 + O2 +M → M +CH3OO CH3COO + NO →NO2 + CH3O CH3O + O2 → HCOH + HO2 NO2 + hν → NO + O O + O2 + M → O3 + M HO2 + NO → NO2 + OH NO2 + hν → NO + O O + O2 + M → O3 + M Суммарная реакция: CH4 + 4O2 → HCOH + H2O + 2O3 Формальдегид является промежуточным продуктом окисления метана. Его дальнейшее окисление до монооксида углерода происходит по реакциям OH + CH2O → CO + HCO HCO + OH → CO + H2O или по реакциям CH2O + hν → CO + H2 CH2O + hν → HCO + H H + O2 → HO2 Конечной стадией процесса является окисление монооксида углерода до углекислого газа CO + OH → CO2 + H. Суммарное уравнение полного окисления метана СH4 + 8O2 → CO2 + 2H2O + 4O3

В настоящее время различают два основных вида смога: смог, связанный с загрязнением атмосферы копотью или дымом, содержащим диоксид серы (лондонский смог), и смог, вызванный загрязнением воздуха выхлопными газами транспорта, содержащими оксиды азота (смог Лос-Анджелеса).

Инверсия означает аномальный характер изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии, то есть к увеличению температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения. Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки, тумана, смога, облаков,миражей. Причины и механизмы возникновения инверсии. При определённых условиях нормальный вертикальный градиент температуры изменяется таким образом, что более холодный воздух оказывается у поверхности Земли. Это может произойти, например, при движении тёплой, менее плотной воздушной массы над холодным, более плотным слоем. Этот тип инверсии возникает в близости тёплых фронтов, а также в областях океаническогоапвеллинга, например у берегов Калифорнии. При достаточной влажности более холодного слоя, типично образование тумана под инверсионной «крышкой». Ясной, тихой ночью при антициклоне холодный воздух может спускаться по склонам и собираться в долинах, где в результате температура воздуха будет ниже, чем на 100 или 200 м выше. Над холодным слоем там будет более тёплый воздух, который, вероятно, образует облако или лёгкий туман. Температурная инверсия наглядно демонстрируется на примере дыма от костра. Дым будет подниматься вертикально, а затем, когда достигнет «слоя инверсии», изогнётся горизонтально. Если эта ситуация создаётся в больших масштабах, пыль и грязь (смог), поднимающиеся в атмосферу, остаются там и, накапливаясь, приводят к серьёзному загрязнению. Инверсия температуры может возникнуть в свободной атмосфере при опускании широкого слоя воздуха, и нагреве его вследствие адиабатического сжатия, что обычно связывается ссубтропическими областями высокого давления. Турбулентность может постепенно поднять инверсионный слой на большую высоту и «проколоть» его, в результате чего образуются грозы и даже (при определённых обстоятельствах) тропические циклоны.