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

14546. Особенности интеграции в Североамериканском регионе 18.72 KB
  Особенности интеграции в Североамериканском регионе Вся территория Северной Америки является зоной свободной торговли называемой официально Североамериканским Соглашением о Свободной Торговле North American Free Trade Area НАФТА. В неё входят: США Канада и Мексика. Функц...
14547. ПАРИЖСКИЙ ДОГОВОР 1951 ГОДА И СОЗДАНИЕ ЕВРОПЕЙСКОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ УГЛЯ И СТАЛИ 22.04 KB
  Парижский договор 1951 года и создание Европейского Объединения Угля и Стали Парижский Договор был подписан 18 апреля 1951 года вступил в силу 1 января 1952 года. Он положил начало созданию первого интеграционного объединения в Западной Европе Европейского Объединения Угля ...
14548. УГЛУБЛЕНИЕ И РАСШИРЕНИЕ ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОЙ ИНТЕГРАЦИИ 18.63 KB
  Углубление и расширение Западноевропейской интеграции Середина 1968 года. На 15 года раньше намеченного срока завершение создания таможенного союза. 1971 год. Принятие плана Вернера премьерминистра Люксембурга. По его плану намечалось создание к 1980 году экономическог...
14549. ОТ ЕВРОПЕЙСКИХ СООБЩЕСТВ К ЕДИНОМУ ЕВРОПЕЙСКОМУ АКТУ. УГЛУБЛЕНИЕ ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОЙ ИНТЕГРАЦИИ 31.16 KB
  От Европейских сообществ к единому Европейскому акту. Углубление Западноевропейской интеграции. Оглавление 1. Брюссельский договор 1965 года1 2. Первое расширение ЕЭС2 3. Углубление и расширение Западноевропейской интеграции3 4. Единый Европейский Акт ЕЕА5 1. Бр...
14550. ОБРАЗОВАНИЕ ЕВРОПЕЙСКИХ СООБЩЕСТВ 51.85 KB
  Образование Европейских Сообществ Оглавление 1. Парижский договор 1951 года и создание Европейского Объединения Угля и Стали1 2. Римский договор 1957 года и создание ЕЭС3 3. Попытка создания сообщества по безопасности и его провал7 4. Римский договор 1957 года и создание
14551. МААСТРИХТСКИЙ ДОГОВОР. СОЗДАНИЕ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА 28.63 KB
  Маастрихтский Договор. Создание Европейского Союза. Оглавление 1. Роль правительственных конференций в подготовке Маастрихтского договора1 2. Основные положения договора о Европейском Союзе1 3. Три опоры Европейского Союза. Единое Общеевропейское Гражданство1 4...
14552. ЕДИНАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ПОЛИТИКА (ЕСХП) ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА 41.35 KB
  Единая Сельскохозяйственная Политика ЕСХП Европейского Союза Оглавление Введение2 1. Необходимость и Цели ЕСХП2 2. Начало ЕСХП4 3. Современные реформы ЕСХП5 4. Реформа Сахарного Режима 2005 20066 Введение Единая Сельскохозяйственная Политика ЕСХП Е...
14554. Земельные ресурсы и эффективность их использования» в СПК «Бакряжский» и СПК «Ключики» Ачитского района 305.5 KB
  Рациональное использование земельных ресурсов имеет большое значение в экономике сельского хозяйства и страны в целом. В сельском хозяйстве получение продукции связано именно с качественным состоянием земли, с характером и условиями ее использования.