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大气化学

楼主#
更多 发布于:2013-01-22 10:20
早期大气化学研究的是确定地球大气的化学成分,20世纪后半叶,随着空气污染在许多大城市日趋严重,大气化学转向如何确定自然和污染大气中化学组分的源,特性,及它们之间复杂的相互作用,近些年来,大气中微量化学成分对全球气候的影响成为一个研究热点

图片:32_25731_3bf971afb865626.jpg


对流层中的干空气组分和主要来源:

氮气(生物),
氧气(生物),
氩(放射性元素产生),
二氧化碳(生物,海洋,燃烧),
氖(火山喷发),
氦(放射性元素产生),
甲烷(生物,人类活动),
氧化亚氮(生物,人类活动),
氢气(生物,人类活动),
一氧化碳(光化学作用,燃烧,人类活动),
臭氧(光化学作用),
非甲烷烃(生物,人类活动),
卤化烃(主要为人类活动),
过氧化氢(光化学作用),
甲醛(光化学作用),
反应性氮NOx(土壤,人类活动,闪电),
氨气(生物),
二氧化硫(光化学作用,人类活动,火山喷发),
二甲基硫醚(生物,海洋),
硫化氢(生物,火山喷发),
二硫化碳(生物,人类活动),
氢氧****基(光化学作用),
过氢氧****基(光化学作用)


大气中化学化学成分的停留时间和空间尺度

如果地球大气中的微量气体在某给给定的时间段内其全球平均浓度无明显变化,则这种成分排放到大气中的速率必定与其在大气中被清除的速率相等
大气中非常稳定的氮气的停留时间约为10^7年,活性大的氢氧****基在大气中的停留时间不到1s,停留的时间可以由物理过程(如降水)和化学过程决定
对流层气体的主要自然源是生物,裸露地表,海洋排放,以及对流层中的化学反应
空气中80%的甲烷来自于厌氧菌对有机物的发酵(而不是化石燃料),常通过家畜反刍,白蚁活动,稻田或湿地等活动释放到大气
生物活动(通常是微生物)可以把氮气转化为氨(通过动物的尿液和土壤),一氧化二氮(土壤细菌的硝化作用)和一氧化氮
富含有机物和生物产值高的海洋区域(涌流区,沿海区,盐渍沼泽区等)是二硫化碳和羰基硫的主要源,海洋中的浮游生物是大气中DMS和二甲基硫醚的主要源,DMS被氧化为二氧化硫然后转变为硫酸盐气溶胶,微生物分解死亡生物释放出来硫化氢,
一氯代甲烷是大气中浓度最高的卤化烃,也是平流层氯的来源,它部分来自海洋生物活动,木材腐烂,生物质燃烧,卤素化合物(含溴氯等)也由海洋生物活动产生;
以植物和人类活动为源的VOCs(可挥发性有机物)已经有好几千种

图片:2934349b033b5bb5c5bc5f3f36d3d539b700bc83.jpg


人类活动会释放许多化学物质到大气里,比如二氧化碳,二氧化硫,一氧化碳,氨,氯化氢,硫化氢,碳氢化合物,DMS,羰基硫,三氯甲烷等,不同半球不同区域有着不同的生物质燃烧季节,南美和南非是9月,西非是12月,如图为201212月,西非出现的大面积农业焚烧,红点为着火点;每年全球由自然森林火灾(多为雷击)、人为毁林(亚马逊)、土壤施肥和放牧(非洲南部)以及燃烧木材取暖等消耗掉的植被面积约占欧洲面积的一半据计算,平均每年在对流层约38%的臭氧,32%的一氧化碳,39%的碳颗粒,超过20%的氢气、NMHC、一氯甲烷和NO是由生物质燃烧产生的,生物质燃烧产生二氧化碳占全球每年二氧化碳生成量的40%

图片:242dd42a2834349b098c1144c9ea15ce37d3be6c.jpg


NOx存在时,经对流层光化学反应,一氧化碳,甲烷和NMHC会被氢氧****基氧化产生氧气,因为生物质燃烧产生的烟羽包含了所有的这些臭氧前体物,在对流层,扩散的烟羽中就会产生较高的臭氧,生物质燃烧会排放很多致癌物质,导致局部地区和区域的空气质量严重恶化,并对全球大气和气候产生影响;对流层生物质烟羽可以传输、扩散到很远的距离,在适当的风速条件下,非洲燃烧的生物质烟羽可以输送到南大西洋甚至澳大利亚,事实上,甚至地球上最偏远的地方也不能免于污染,生物质烟雾还可以被抬升到对流层中部和上部,成为对流层上部HOxNOx的主要源,并产生臭氧
臭氧其实在对流层里是一种污染物

图片:3b87e950352ac65c00e103b2fbf2b21192138a0e.jpg


火山喷发是大气中微量成分的重要组成部分,除了火山灰和大量小粒子,火山喷发还排放出水、二氧化碳,二氧化硫,COSHClHFHBr,甲烷,一氯甲烷,氢气,一氧化碳和重金属(比如Hg)强烈的火山喷发可以排放物质到达平流层,其中长时间停留的成分可以被扩散到全球。

图片:智利.jpg


岩石是大气中HeArRn,的主要来源,氦由于其密度很小可以逃逸到外逸层,所以在大气中含量较少,氩气在地球上由Po-40放射性衰变而成,并从地球诞生时就一直存在,不断累积,Rn-222是岩石中铀放射性衰变的产物,其半衰期只有3.8天,碳酸盐岩石如石灰石,含有的碳闭大气中高20000倍,但是碳元素大多以稳定的化合物存在,碳酸盐岩石和海洋沉积物与大气中的二氧化碳之间有长周期循环


在大气边界层,大气与地表的直接作用是通过湍流混合在陆地上,白天大气边界层里的化学物质可在1~2km高度内得到充分混合,在夜间,大气边界层高度通常只有几百米或者更低,湍流混合对化学物质的稀释作用减小,而在海洋上空,这种昼夜循环差异则表现不明显

图片:12.jpg


如果来自地表的化学物质没有回到地面或者在大气边界层内没有参与化学反应,它将进入****对流层中,一旦进入****对流层,化学物质将具有更长的停留时间,经历全球环流尺度的输送,例如,在中纬度地区,风通常以10~30m/s的速度自西向东,一个点源向大气注入化学物质(比如火山),几个星期内,这些化学物质在同一纬度带的经向分布将非常均匀,对流层气流跨赤道输送的能力相对有限,化学物质的输送也相对较弱
一般说来,北半球对流层化学物质受矿物燃烧的影响比南半球强得多,而南半球对流层化学物质多受到海洋和生物质燃烧的影响,对流层和平流层的化学物质输送也相对有限,热带地区主要向上传输,较高纬度主要是向下传输,然而,人为源产生的某些长寿命的化学物质可在平流层积累,并在此产生重要影响
卫星观测对对流层的气体和颗粒物传输提供了强有力的证明,例如,卫星观测显示,大范围的颗粒物烟羽从美国和亚洲东海岸输出,高浓度的沙尘烟羽和生物质燃烧的烟雾从撒哈拉向西输送到大西洋上空,在冬季风活动期间,污染物烟羽从印度西南海岸输送到印度洋上空,在春夏,沙尘和污染物从亚洲输送到北太平洋上空

图片:13.01.17.jpg

图片:塔斯马尼亚.jpg

图片:沙尘.jpg


 
 
 
 
 
 
 
 
 
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后宫之中,岂有你的位置
贝碧嘉
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发布于:2013-01-22 21:46
好吧,回头再继续看《大气科学》
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light-晓霞
积雨云
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发布于:2013-02-28 21:20
看鸟~ 各种恶补…一份报告写得我要傻了
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菜包zz
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发布于:2013-07-28 22:59
浅析pm2.5与O3浓度关系(素材摘自百度百科
pm2.5的来源广泛,主要有自然源和人为源两种,但危害较大的是后者。
自然源包括土壤扬尘(含有氧化物矿物和其他成分)海盐(颗粒物的第二大来源,其组成与海水的成分类似)、植物花粉、孢子、细菌等。自然界中的灾害事件,如火山爆发向大气中排放了大量的火山灰,森林大火或裸露的煤原大火及尘暴事件都会将大量细颗粒物输送到大气层中。
人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源,如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。
PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成。而这些气体污染物往往是人类对化石燃料(煤、石油等)和垃圾的燃烧造成的。在发展中国家,煤炭燃烧是家庭取暖和能源供应的主要方式。没有先进废气处理装置的柴油汽车也是颗粒物的来源。燃烧柴油的卡车,排放物中的杂质导致颗粒物较多。
除自然源和人为源之外,大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物,实现由气体到粒子的相态转换。如:
SO2+H2O→H2SO3
HNO3+NH3→NH4NO3
盐的水合物:如xCl.yH2O、xNO3.yH2O、xSO4.yH2O,随着湿度的变化,水合物对PM2.5的影响较大,水不仅与盐化合物生成水合物,由于湿度的改变还形成了盐的微小溶液液滴。

故pm2.5的来源中汽车尾气只占一部分。

而形成臭氧的活性有机物和氮氧化物的主要来源是汽车排放的尾气。
通过对光化学烟雾形成的模拟实验,已经初步明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面有以下过程:
1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。
化学式:
NO2==NO+O(条件为光照)
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析:
2NO2(排放的)==2NO[(3)式中有用)]+2O[(2)式中有用)](条件为光照)
2O[(1)式中的O]+2O2(空气中的)==2O3(刺激性气体)
2NO[(1)式中的NO]+O2==2NO2(生成NO2,开始继续反应)
综合一下:
3O2==2O3(光照,NO2)

所以臭氧指数与pm2.5指数并不一定呈正相关。[感觉好像虎头蛇尾===
在ITCZ的笼罩下,再也不需要惦记开眼及之后会怎样了><余生就在热带随意发展吧【
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我爱温带气旋
强台风
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发布于:2013-07-29 22:24
多谢多谢,俺正在设法研究这其间的一些复杂反应
Sum(晴天凌晨超级冷岛 + 阴天正常岛) + Sum(经常性雨洞 + 偶尔也爆爆雨品) = 我们可爱的瘟江观测站
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熊猫子浪
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发布于:2013-08-15 23:57
猛然间发现,原来的化学白学了....
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科海一兵
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发布于:2013-08-16 17:14
多谢多谢,学习了。
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yifei
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发布于:2016-03-27 08:59
谢谢楼主教学
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jinshudg
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发布于:2016-04-28 10:27
大气化学转向如何确定自然和污染大气中化学组分的源,特性,及它们之间复杂的相互作用,近些年来,大气中微量化学成分对全球气候的影响成为一个研究热点
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wangmengmeng
热带风暴
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发布于:2016-05-15 07:05
熊猫子浪锛毭腿患浞⑾,原来的化学白学了....鍥炲埌鍘熷笘
大气化学不算化学
爱气象,逐梦志远,向往未来,良辰可期
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游客

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