34682

Хімічні процеси в стратосфері

Лекция

Экология и защита окружающей среды

У стратосфері на висотах менше 50 км відбувається утворення озону за реакцією O2 O → O3 Нестабільна молекула озону в збудженому стані O3 перетворюється в стабільну молекулу озону в результаті реакції з так званою третьою часткою в якості якої виступають молекули кисню і азоту що містяться в повітрі в найбільшій кількості: O3 M → O3 M 107 кДж Швидкість утворення озону пропорційна добутку концентрацій що беруть участь у реакціях частинок. Таким чином існує максимум швидкості утворення озону який припадає на...

Украинкский

2013-09-08

99.5 KB

4 чел.

Хімічні процеси в стратосфері

Більша частина короткохвильового сонячного випромінювання поглинається  на висоті близько 90 км, однак досить інтенсивним залишається випромінювання, здатне викликати дисоціацію молекулярного кисню. 

У стратосфері, на висотах менше 50 км, відбувається утворення озону за реакцією 

O2 + O  → O3 *

Нестабільна молекула озону в збудженому стані (O3 *) перетворюється в стабільну молекулу озону в результаті реакції з так званою третьою часткою, в якості якої виступають молекули кисню і азоту, що містяться в повітрі в найбільшій кількості:

O3 * + M → O3 + M * + 107 кДж

Швидкість утворення озону пропорційна добутку концентрацій, що беруть участь у реакціях частинок. Тому її величина залежить від висоти, оскільки концентрація «третіх часток» збільшується з зменшенням висоти, а інтенсивність ультрафіолетового випромінювання, що викликає фотодисоціацію молекулярного кисню, навпаки, зменшується. Таким чином, існує максимум швидкості утворення озону, який припадає на інтервал висот 15 - 35 км.

Поряд з процесом утворення озону в атмосфері відбувається його витрачання в реакції взаємодії з атомарним киснем:

O3 + O → 2O2 + 391кДж

і в результаті фотохімічного розкладання:

O3 + hν → O2 + O (λ = 310 нм)

Остання реакція вносить в стік озону з атмосфери найбільший вклад. Дана реакція протікає не тільки в стратосфері, а й у верхніх шарах тропосфери, в тому числі і тоді, коли утворення озону в результаті фотохімічної реакції вже не відбувається.

У результаті всіх реакцій за участю озону в стратосфері встановлюється деяка його стаціонарна концентрація, яка визначається співвідношенням швидкостей утворення і витрачання озону.

Реакції

O2 + O (3P) + M → O3 + M *

O3 + hν → O2 + O (3P)

називають нульовим циклом озону.

Значний внесок в процес руйнування озону вносять також ланцюгові процеси, що протікають за участю гідроксильних радикалів (водневий цикл), оксидів азоту (азотний цикл), сполук хлору і брому (хлорний і бромистий цикли).

Водневий цикл - реакції розкладу озону за участю гідроксильних радикалів, які утворюються при фотохімічному розкладанні молекул води під дією випромінювання з довжиною хвилі менше 240 нм:

H2O + hν → OH + H,

а також при взаємодії молекул води й метану із збудженим  атомом кисню:

O (1D) + H2O → 2OH

O (1D) + CH4 → CH3 + OH

Реакції водневого циклу:

OH + O3 → HO2 + O2

HO2 + O → OH + O2

O3 + O → 2O2

Реакції азотного циклу відбуваються за участю оксиду азоту (II):

NO + O3 → NO2 + O2

O + NO2 → NO + O2

O3 + O → 2O2

Оксид NO в стратосфері утворюється з оксиду азоту (I) за реакціями

N2O + N2 + O (λ = 230 нм) N2O + O → 2NO.


В реакціях хлорного циклу

Cl + O3 → ClO + O2

O + ClO → Cl + O2

O3 + O → 2O2

і бромного циклу

Br + O3 → BrO + O2 

BrO + BrO → 2Br + O2

O3 + O → 2O2 

беруть участь атоми хлору і брому, що утворюються в стратосфері при фотодисоціації молекул галогенів і галогеномістких органічних сполук.

В результаті протікання реакцій водневого, азотного, хлорного і бромного циклів стаціонарна концентрація озону в стратосфері може значно знизитися. У зв'язку з цим істотний вплив на озоновий шар має надходження з тропосфери різних речовин природного та антропогенного походження. Так, тільки в результаті вулканічних вивержень в стратосферу щорічно надходить від 10 до 100 тис. т хлору.

З біологічних джерел надходить оксид азоту (I), що має великий час перебування в тропосфері і швидко розкладається в стратосфері з утворенням NO.

У стратосфері зафіксовано цілий ряд галогенпохідних вуглеводнів антропогенного характеру: чотирихлористий вуглець CCl4, метилхлороформ CH3CCl3,  хлористий метил CH3 Cl, хлорфторуглеводні (фреони).

Загальна маса озону в атмосфері становить 3,3∙109 т.

Основна кількість озону, присутнього в атмосфері, зосереджена саме в стратосфері. У приземному шарі середній вміст озону складає близько 10-5%. Розподіл озону в атмосфері з висотою показано на рис. 5.

Рис. 5. Зміна вмісту озону в атмосферному повітрі в залежності від висоти над поверхнею Землі

Загальний вміст озону в атмосфері над конкретною територією змінюється в достатньо широких межах. Крім фотохімічних процесів значний внесок у зміну вмісту озону і його концентрації на різних висотах вносять процеси циркуляції повітряних мас. В даний час виявлені загальні закономірності, пов'язані з порами  року і географічною широтою місцевості.

Сумарний вміст озону в атмосфері над тією чи іншою територією зазвичай наводиться в одиницях Добсона (о.Д.) За одну одиницю Добсона приймається кількість озону в стовпі атмосферного повітря (приведеного до нормальних умов) одиничної площі перерізу,  відповідне висоті шару озону в даному стовпі повітря, що дорівнює 10-5 м, або  0,01 мм).

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83276. Елементи графічної грамоти. Види ліній. Виготовлення об’ємних фігур з паперу і картону. Об’ємний виріб «Ялинка-складанка» 32.5 KB
  Мета уроку: ознайомити учнів з елементами графічної грамоти – видами ліній, навчити читати креслення, вчити використовувати дані знання на практиці, виготовляючи ялинку-складанку; розвивати просторову уяву, конструктивне мислення; виховувати працелюбність, інтерес до праці, естетичний смак...
83277. Понятие о строении человека 164.5 KB
  Давайте поговорим о них: какие они и как мы к ним относимся. Давайте с вами вспомним русскую народную сказку О Царевне Лягушке Дети комментируют сюжет. После просмотра мультфильма давайте опишем образ который вы увидели дети описывают внешний вид и характер главного героя.
83278. Урок мислення 53 KB
  Мета: Формувати уявлення про значення води як одну з найпоширеніших і незвичайних речовин у природі поглибити уявлення про різні стани води формувати навички самостійного перетворення води вчити експериментувати.
83279. Відтворювання цілого з частин. «Збери картинку», «Шматочок» 145 KB
  Активізувати пізнавальну діяльність учнів; сприяти розвитку пам’яті учнів, уяви, мислення, мови, моторики. Формувати в учнів просторові уявлення, привчати їх до самостійного творчого мислення. Розширювати кругозір, розвивати прагнення бути активним у виконанні колективних творчих вправ.
83280. Осінь щедра, прощавай! 82.5 KB
  Мета: вчити бачити красу рідного краю, милуватися її дарами. Розвивати спостережливість, творчі здібності. Виховувати любов до праці, шанобливе ставлення до хліба, повагу до традицій рідного краю.
83281. Розквітни красою на щастя, на долю, моя Україно 573 KB
  Обладнання: книга - Усний журнал із оформленням сторінок карта України символіка народні символи: кетяги калини барвінок чорнобривці вишиті рушники образ Матері Божої вінок із квітів – символів колоски пшениці дитячі малюнки із краєвидами фотоматеріали міста дитячі журнали Моя країна...
83282. Про доброту і милосердя 51.5 KB
  Ще з давніх часів доброта і милосердя були в традиціях нашого народу. Природним вважалося допомогти знедоленому, нещасному,поділитися шматком хліба, дати притулок бездомному, захистити старість,немічність, скривдженого. Добро виховується в наших душах і серцях старанням і бажанням його творити.
83283. Україно, ти моя молитва… Літературно-музичне свято 56 KB
  Юнак. Україна! Одне тільки слово – і ми входимо у світи сивої, мов жито, історії і барвінкової юності, у світи трагедійного епосу і поетичного відродження, у світи героїчних діянь і неповторної краси. Дівчина. Україно! Про тебе сиві кобзарі співали, що ти обездолена чайка-небога...
83284. Україна – наш спільний дім 317 KB
  Мета: Узагальнити та систематизувати знання учнів про Україну її історію державні та народні символи. На уроках ви співали пісні й декламували вірші знайомились з державною символікою знаходили на карті її ріки міста і гори засвоювали мову звичаї і традиції читали оповідання з історії.