Chimie environnementale atmosphérique
La chimie environnementale atmosphérique étudie la composition chimique de l'atmosphère terrestre et les réactions qui transforment les gaz traces, les aérosols et les polluants à travers la troposphère et la stratosphère.
Definition
La branche de la chimie environnementale qui s'intéresse aux sources, aux réactions, au transport et aux puits des espèces chimiques dans l'atmosphère, en particulier les gaz traces et les aérosols d'importance environnementale.
Scope
Ce domaine couvre la chimie en phase gazeuse, aqueuse et hétérogène qui régit le devenir des espèces naturelles et anthropiques dans l'air. Il englobe les cycles d'oxydants entraînés par le radical hydroxyle, la photochimie qui crée et détruit l'ozone dans différentes couches atmosphériques, l'acidification des précipitations et la formation du smog urbain. L'accent est mis sur l'environnement plutôt que sur la physique pure : comment les émissions deviennent des polluants secondaires, comment elles sont transportées et déposées, et ce que cela signifie pour la qualité de l'air, les écosystèmes et le climat.
Sub-topics
Core questions
- Qu'est-ce qui contrôle la capacité d'oxydation de la troposphère ?
- Comment les émissions naturelles et anthropiques deviennent-elles des polluants secondaires tels que l'ozone et les acides ?
- Pourquoi l'ozone est-il protecteur dans la stratosphère mais nocif près de la surface ?
- Comment les espèces halogénées détruisent-elles catalytiquement l'ozone stratosphérique ?
- Quelles voies chimiques relient les émissions aux dépôts acides et au smog photochimique ?
Key theories
- Cycle de Chapman et destruction catalytique de l'ozone
- Le mécanisme de Chapman décrit la formation et la perte photochimiques de l'ozone stratosphérique à partir de l'oxygène, tandis que les cycles catalytiques impliquant les radicaux HOx, NOx et halogénés accélèrent considérablement la perte d'ozone, expliquant l'appauvrissement observé.
- Cycle des oxydants troposphériques (HOx)
- Le radical hydroxyle agit comme le principal oxydant atmosphérique, initiant la dégradation de la plupart des gaz traces réduits et contrôlant la durée de vie des polluants et des gaz à effet de serre.
Mechanisms
La plupart des transformations atmosphériques sont des réactions photochimiques pilotées par des radicaux. La lumière du soleil photolyse l'ozone, le dioxyde d'azote et d'autres espèces pour générer des radicaux réactifs tels que OH, HO2 et NO3 ; ces radicaux oxydent les hydrocarbures, le soufre et les composés azotés par des réactions en chaîne. Les réactions hétérogènes sur les surfaces des aérosols et des nuages, y compris celles sur les nuages stratosphériques polaires, activent des réservoirs d'halogènes autrement inertes et entraînent une perte épisodique d'ozone.
Clinical relevance
La chimie atmosphérique est à la base de la gestion de la qualité de l'air, de la protection de la couche d'ozone par le Protocole de Montréal et de l'évaluation de la manière dont les polluants à courte durée de vie interagissent avec le climat. La compréhension de ces réactions est essentielle pour les stratégies de contrôle des émissions et pour l'interprétation des impacts des dépôts sur les sols, les eaux et la santé humaine.
History
La chimie environnementale atmosphérique a émergé au milieu du XXe siècle avec l'identification par Haagen-Smit du smog photochimique à Los Angeles et s'est développée avec la reconnaissance, dans les années 1970, que les cycles catalytiques appauvrissent l'ozone stratosphérique. La découverte du trou d'ozone antarctique en 1985 a transformé le domaine et motivé une réglementation internationale.
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
- En quoi cela diffère-t-il de la chimie atmosphérique au sens de la physique ou des sciences de la Terre ?
- Elle partage la même chimie des réactions mais met l'accent sur les questions environnementales : la formation de polluants, les dépôts, la qualité de l'air et les impacts pertinents pour les politiques, plutôt que sur la seule dynamique atmosphérique ou le rayonnement.
- Pourquoi le radical hydroxyle est-il si important ?
- Le OH est le principal oxydant diurne de l'atmosphère ; il détermine la durée de vie du méthane, du monoxyde de carbone et de la plupart des polluants, agissant efficacement comme l'agent auto-nettoyant de la troposphère.