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

35741. Творческие проекты 77 KB
  Выполнение творческих проектов производится в подгруппах численностью не более 5 студентов в рамках самостоятельной работы общим объемом 2 часа в неделю под руководством преподавателя ответственного за подготовку и реализацию творческого проекта. Сложность выполняемых проектов по семестрам должна устанавливаться в соответствии с перечнем результатов обучения планируемых к достижению в предыдущем учебном семестре по отношению к семестру выполнения творческого проекта. Институт выпускающая кафедра направление подготовки профиль подготовки...
35743. Мой друг. Творческая работа 27 KB
  Хорошо когда рядом есть верный друг с ним можно посоветоваться доверить тайну. Настоящий друг никогда не придаст всегда придёт на помощь. Мы дружим друг с другом с раннего детства.
35744. Правильный выбор профессии 147 KB
  Правильный выбор профессии позволит мне так построить свою будущую карьеру чтобы достичь выдающихся успехов в ней. Осознание проблемной области Из данной проблемной области можно выделить следующие подпроблемы : Определение потребности и ее формулировка Моей потребностью в данный жизненный период является выбор профессии в соответствии со своими интересами и возможностями и профессиональное самоопределение. Для этого мне нужно: изучить свои интересы и склонности; выявить уровень знаний способности здоровье и соотнести их с...
35745. Конструювання косметички. Творчий проект 1.58 MB
  Історія косметички. Вимоги до косметички. Технологічна послідовність виготовлення косметички. Косметички як правило більші за портмоне гаманець але меньші за сумку.
35746. Научный подвиг. Дмитрия Ивановича Менделеева 31 KB
  Менделеевым 17 февраля 1869 года в результате многолетней работы по отысканию принципов систематизации элементов и изучения самых различных их свойств. Менделеевым таблица Периодической системы химических элементов имела четкую структуру в виде групп и периодов с рядами в которой нашлось место не только для всех известных в то время элементов но были оставлены пустые места для еще не открытых. Менделеева позволила не только предсказать существование неизвестных элементов но и предугадать их свойства исправить неверно определенные атомные...
35749. ИЗОНИТЬ. Творческая работа 1.74 MB
  Среди большого многообразия меня привлекли работы в технике изонить оригинальные красивые эффектные. ИЗОНИТЬ история и современность Нитяная графика как вид декоративноприкладного искусства впервые появилась в Англии в XVII веке. Термин ниточный дизайн нитяная графика изографика изонить хордовая вышивка используется в России. Создание панно в технике изонить становится в последние годы все более популярным занятием для детей и взрослых.