كيمياء البيئة الجوية
تدرس كيمياء البيئة الجوية التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض والتفاعلات التي تحول الغازات النزرة والهباء الجوي والملوثات عبر طبقتي التروبوسفير والستراتوسفير.
Definition
فرع الكيمياء البيئية المعني بمصادر الأنواع الكيميائية وتفاعلاتها ونقلها ومصارفها في الغلاف الجوي، لا سيما الغازات النزرة والهباء الجوي ذات الأهمية البيئية.
Scope
يغطي هذا المجال الكيمياء في الطور الغازي والمائي وغير المتجانسة التي تحكم مصير الأنواع الطبيعية والبشرية المنشأ في الهواء. ويشمل دورات المؤكسدات التي يحركها جذر الهيدروكسيل، والكيمياء الضوئية التي تخلق وتدمر الأوزون في طبقات الغلاف الجوي المختلفة، وتحمض الهطول، وتكوين الضباب الدخاني الحضري. ينصب التركيز على الجانب البيئي بدلاً من الجانب الفيزيائي البحت: كيف تتحول الانبعاثات إلى ملوثات ثانوية، وكيف يتم نقلها وترسيبها، وما يعنيه ذلك لجودة الهواء والنظم البيئية والمناخ.
Sub-topics
Core questions
- ما الذي يتحكم في القدرة المؤكسدة للتروبوسفير؟
- كيف تتحول الانبعاثات الطبيعية والبشرية المنشأ إلى ملوثات ثانوية مثل الأوزون والحمض؟
- لماذا يعتبر الأوزون واقيًا في الستراتوسفير ولكنه ضار بالقرب من السطح؟
- كيف تدمر أنواع الهالوجين الأوزون الستراتوسفيري تحفيزيًا؟
- ما هي المسارات الكيميائية التي تربط الانبعاثات بالترسيب الحمضي والضباب الدخاني الكيميائي الضوئي؟
Key theories
- دورة تشابمان وتدمير الأوزون التحفيزي
- تصف آلية تشابمان التكوين والفقدان الكيميائي الضوئي للأوزون الستراتوسفيري من الأكسجين، بينما تعمل الدورات التحفيزية التي تشمل جذور HOx و NOx والهالوجين على تسريع فقدان الأوزون بشكل كبير، مما يفسر الاستنفاد الملاحظ.
- دورة المؤكسدات التروبوسفيرية (HOx)
- يعمل جذر الهيدروكسيل كمؤكسد جوي رئيسي، ويبدأ تحلل معظم الغازات النزرة المختزلة ويتحكم في عمر الملوثات وغازات الاحتباس الحراري.
Mechanisms
معظم التحولات الجوية هي كيمياء ضوئية يحركها الجذر. يقوم ضوء الشمس بالتحلل الضوئي للأوزون وثاني أكسيد النيتروجين وأنواع أخرى لتوليد جذور تفاعلية مثل OH و HO2 و NO3؛ هذه الجذور تؤكسد الهيدروكربونات ومركبات الكبريت والنيتروجين من خلال تفاعلات متسلسلة. التفاعلات غير المتجانسة على أسطح الهباء الجوي والسحب، بما في ذلك تلك الموجودة على السحب الستراتوسفيرية القطبية، تنشط خزانات الهالوجين الخاملة وتدفع فقدان الأوزون العرضي.
Clinical relevance
تُعد كيمياء الغلاف الجوي أساسًا لإدارة جودة الهواء، وحماية طبقة الأوزون بموجب بروتوكول مونتريال، وتقييم كيفية تفاعل الملوثات قصيرة العمر مع المناخ. إن فهم هذه التفاعلات ضروري لاستراتيجيات التحكم في الانبعاثات ولتفسير تأثيرات الترسيب على التربة والمياه وصحة الإنسان.
History
ظهرت كيمياء البيئة الجوية في منتصف القرن العشرين مع تحديد هاغن-سميت للضباب الدخاني الكيميائي الضوئي في لوس أنجلوس، ونضجت مع الاعتراف في السبعينيات بأن الدورات التحفيزية تستنفد الأوزون الستراتوسفيري. أدى اكتشاف ثقب الأوزون في القطب الجنوبي عام 1985 إلى تحول في هذا المجال وحفز التنظيم الدولي.
Key figures
- Paul J. Crutzen
- Mario J. Molina
- F. Sherwood Rowland
- Barbara J. Finlayson-Pitts
Related topics
Seminal works
- farman1985
- finlaysonPitts2000
- vanLoon2017
Frequently asked questions
- كيف يختلف هذا عن كيمياء الغلاف الجوي بالمعنى الفيزيائي أو علوم الأرض؟
- يتشارك نفس كيمياء التفاعل ولكنه يركز على القضايا البيئية: تكوين الملوثات، والترسيب، وجودة الهواء، والتأثيرات ذات الصلة بالسياسات بدلاً من ديناميكيات الغلاف الجوي أو الإشعاع وحدهما.
- لماذا يعتبر جذر الهيدروكسيل مهمًا جدًا؟
- OH هو المؤكسد الرئيسي للغلاف الجوي أثناء النهار؛ فهو يحدد عمر الميثان وأول أكسيد الكربون ومعظم الملوثات، ويعمل بشكل فعال كعامل تنظيف ذاتي للتروبوسفير.