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

73167. Клиентское приложение Базы данных 20.5 KB
  Реализуйте клиентскую программу которая обладает следующими возможностями: Запуск клиента с заданными параметрами Обработка ошибок Запросы на чтение Запросы на добавление данных Запросы на модификацию данных Примечания: технологию создания клиентских приложения для mysql на C можно...
73169. ЛЕБІДКА 3.57 MB
  Навчальні завдання: вивчення конструкції лебідки; визначення основних робочих параметрів - канатоємності барабана, швидкості навивання каната на барабан, зусилля в канаті; вимірювання зусилля в канаті під час пуску двигуна (за допомогою тензоапаратури, аналого-цифрового перетворювача...
73170. ВИВЧЕННЯ ТАЛІВ 2.13 MB
  Визначення зусиль у тяговому ланцюгу ручного таля і ККД механізму під час підіймання вантажу; визначення коефіцієнта опору пересуванню електроталя; визначення сили зчеплення привідних коліс електроталя з монорейкою і розрахунок максимально припустимого прискорення під час розгону таля...
73171. СТІЙКІСТЬ СТРІЛОВОГО КРАНА 610 KB
  Самохідний стріловий кран на пневмоколісному ході (рис.7.1) із баштово-стріловим обладнанням. Ходова частина 1 містить чотири привідних колеса з індивідуальними механізмами пересування. У кутах неповоротної рами розташовані виносні опори 2, які збільшують опорну базу крана...
73172. СТРІЧКОВИЙ КОНВЕЄР 372 KB
  Модель містить жолобчасті трьохроликові роликоопори 1 завантаженої верхньої гілки та однороликові плоскі роликоопори 2 порожньої гілки, які служать для підтримування стрічки 3. Жолобчасті роликоопори порівняно з плоскими забезпечують подвоєння продуктивності з тими...
73173. Настройка параметров аутентификации Windows 8,1 902.04 KB
  Определяет число новых паролей которые должны быть сопоставлены учетной записи пользователя прежде чем можно будет снова использовать старый пароль. Определяет период времени в днях в течение которого можно использовать пароль прежде чем система потребует от пользователя заменить его.
73174. Электронная почта 21.65 KB
  Цель работы: изучить основные функции работы с программами-почтовыми клиентами на примере приложения Outlook Express. Порядок выполнения работы Вызвать программу Outlook Express; Произвести настройку учетной записи (Сервис Учетные записи электронной почты).