Химия атмосферной среды
Химия атмосферной среды изучает химический состав атмосферы Земли и реакции, которые преобразуют микропримеси газов, аэрозоли и загрязняющие вещества в тропосфере и стратосфере.
Definition
Раздел химии окружающей среды, изучающий источники, реакции, транспорт и поглотители химических веществ в атмосфере, в частности микропримесей газов и аэрозолей, имеющих экологическое значение.
Scope
Эта область охватывает газофазную, водную и гетерогенную химию, которая определяет судьбу природных и антропогенных веществ в воздухе. Она включает циклы окислителей, управляемые гидроксильным радикалом, фотохимические процессы, которые создают и разрушают озон в различных слоях атмосферы, закисление осадков и образование городского смога. Акцент делается на экологические, а не чисто физические аспекты: как выбросы превращаются во вторичные загрязнители, как они транспортируются и осаждаются, и что это означает для качества воздуха, экосистем и климата.
Sub-topics
Core questions
- Что контролирует окислительную способность тропосферы?
- Как природные и антропогенные выбросы становятся вторичными загрязнителями, такими как озон и кислота?
- Почему озон защищает в стратосфере, но вреден вблизи поверхности?
- Как галогенные соединения каталитически разрушают стратосферный озон?
- Какие химические пути связывают выбросы с кислотными осадками и фотохимическим смогом?
Key theories
- Цикл Чепмена и каталитическое разрушение озона
- Механизм Чепмена описывает фотохимическое образование и разрушение стратосферного озона из кислорода, в то время как каталитические циклы с участием радикалов HOx, NOx и галогенов значительно ускоряют потерю озона, объясняя наблюдаемое истощение.
- Тропосферный окислительный (HOx) цикл
- Гидроксильный радикал действует как основной атмосферный окислитель, инициируя деградацию большинства восстановленных микропримесей газов и контролируя время жизни загрязняющих веществ и парниковых газов.
Mechanisms
Большинство атмосферных превращений представляют собой радикальную фотохимию. Солнечный свет фотолизирует озон, диоксид азота и другие вещества, генерируя реактивные радикалы, такие как OH, HO2 и NO3; эти радикалы окисляют углеводороды, соединения серы и азота посредством цепных реакций. Гетерогенные реакции на поверхностях аэрозолей и облаков, включая полярные стратосферные облака, активируют иначе инертные галогенные резервуары и вызывают эпизодическую потерю озона.
Clinical relevance
Химия атмосферы лежит в основе управления качеством воздуха, защиты озонового слоя в рамках Монреальского протокола и оценки взаимодействия короткоживущих загрязнителей с климатом. Понимание этих реакций необходимо для стратегий контроля выбросов и для интерпретации воздействия отложений на почвы, воды и здоровье человека.
History
Химия атмосферной среды возникла в середине 20-го века с идентификацией Хааген-Смитом фотохимического смога в Лос-Анджелесе и получила развитие с признанием в 1970-х годах того, что каталитические циклы истощают стратосферный озон. Открытие в 1985 году антарктической озоновой дыры преобразовало эту область и стимулировало международное регулирование.
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
- Чем это отличается от химии атмосферы в физическом или геофизическом смысле?
- Она использует ту же химию реакций, но акцентирует внимание на экологических вопросах: образовании загрязнителей, осаждении, качестве воздуха и политически значимых воздействиях, а не только на динамике атмосферы или излучении.
- Почему гидроксильный радикал так важен?
- OH является основным дневным окислителем атмосферы; он определяет время жизни метана, монооксида углерода и большинства загрязняющих веществ, фактически действуя как самоочищающий агент тропосферы.