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

7260. Гидравлика. Учебное пособие 3.04 MB
  Гидравлика Учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по дисциплине Гидравлика. Рассматриваются основные теоретические положения гидростатики, кинематики и динамик...
7261. Економіка підприємства. Опорний конспект лекцій 3.95 MB
  Зміст Вступ до економіки підприємства Підприємство як субєкт господарювання Поняття, цілі та напрямки діяльності підприємства Правові основи функціонування підприємства Класифікація підприємств Добровільні та інституціон...
7262. Специфіка мовлення фахівця. Поняття ділового спілкування 69 KB
  Тема. Специфіка мовлення фахівця. Поняття ділового спілкування Спілкування, основні його види та форми. Майстерність публічного виступу. 3. Ділова бесіда. 1. Сфера використання усного літературного мовлення сьогодні надзвичайно розширюєт...
7263. Вироби з дріжджового тіста 94 KB
  Вироби з дріжджового тіста Способи приготовлення дріжджового тіста - Безопарний спосіб приготування дріжджового тіста - Опарний спосіб приготування дріжджового тіста Процеси, що відбуваються під час замісу і броді...
7264. Конфлікти у великих групах 80.5 KB
  Тема Конфлікти у великих групах. План. Конфліктологічна проблематика в історії соціології. Загальна соціологічна теорія конфліктної взаємодії. Конфліктологічна проблематика в історії соціології. Соціологія - та ...
7265. Економічна система суспільства. Типи економічних систем 117.5 KB
  Система як загальнонаукове поняття - це сукупність взаємоповязаних і розміщених у належному порядку елементів певного цілісного утворення...
7266. Ординалістська теорія поведінки споживача 62 KB
  Ординалістська теорія поведінки споживача План: Особливості аналізу функції корисності з ординалістських позицій. Криві байдужості: побудова та властивості. Гранична норма заміщення благ: суть і методика обчислення. Недосконалість абсолютно...
7267. Суб’єкти трудового права 149 KB
  Головною потребою людини є праця. Вона потрібна їй для нормальної життєдіяльності, потрібна як повітря, їжа, сон, спілкування. Щоб насолодитися відпочинком, треба спочатку відчути втому...
7268. Теорії і концепції дизайну другої половини ХХ століття 72.5 KB
  Теорії і концепції дизайну другої половини ХХ століття Джерела концепцій і теорій дизайну теорії конструктивізму та функціоналізму У лекції висвітлюються основні поняття концепція, теорія дизайну і джерела дизайну, які вплинули на розумінн...