เคมีแสงและการออกซิเดชันในชั้นโทรโพสเฟียร์

แสงแดดขับเคลื่อนการผลิตอนุมูลอิสระที่ทำปฏิกิริยาซึ่งออกซิไดซ์และกำจัดก๊าซปริมาณน้อยตลอดชั้นบรรยากาศส่วนล่างได้อย่างไร

Definition

เคมีแสงและการออกซิเดชันในชั้นโทรโพสเฟียร์คือชุดของปฏิกิริยาอนุมูลอิสระที่ขับเคลื่อนด้วยแสงแดด ซึ่งเริ่มต้นและส่งเสริมการกำจัดก๊าซปริมาณน้อยในชั้นบรรยากาศส่วนล่างด้วยกระบวนการทางเคมี

Scope

ครอบคลุมปฏิกิริยาการสลายด้วยแสงที่สร้างอนุมูลอิสระ การผลิตอนุมูลไฮดรอกซิลจากการสลายโอโซนด้วยแสงและไอน้ำ ห่วงโซ่การออกซิเดชันของมีเทนและคาร์บอนมอนอกไซด์ การหมุนเวียนของอนุมูลไฮโดรเปอร์ออกซีและอนุมูลเปอร์ออกซีอินทรีย์ และแนวคิดเกี่ยวกับความสามารถในการออกซิไดซ์เพื่อทำความสะอาดตัวเองของชั้นบรรยากาศ

Core questions

• อนุมูลไฮดรอกซิลถูกผลิตขึ้นในชั้นโทรโพสเฟียร์ได้อย่างไร
• เหตุใดอนุมูลไฮดรอกซิลจึงเป็นสารออกซิไดซ์หลัก แม้มีความเข้มข้นน้อยมาก
• ห่วงโซ่อนุมูลอิสระควบคุมอายุของมีเทนและคาร์บอนมอนอกไซด์ได้อย่างไร

Key theories

ห่วงโซ่การออกซิเดชันที่ขับเคลื่อนด้วยไฮดรอกซิล

การสลายโอโซนด้วยแสงจะให้ผลผลิตเป็นอะตอมออกซิเจนที่ถูกกระตุ้น ซึ่งทำปฏิกิริยากับไอน้ำเพื่อสร้างอนุมูลไฮดรอกซิล ซึ่งเป็นตัวเริ่มต้นห่วงโซ่อนุมูลอิสระที่ออกซิไดซ์ก๊าซปริมาณน้อยส่วนใหญ่

Mechanisms

แสงอัลตราไวโอเลตจะสลายโอโซนด้วยแสงเพื่อผลิตอะตอมออกซิเจนที่ถูกกระตุ้น ซึ่งส่วนหนึ่งจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำเพื่อสร้างอนุมูลไฮดรอกซิลสองตัว อนุมูลไฮดรอกซิลทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับคาร์บอนมอนอกไซด์ มีเทน และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย ทำให้เกิดอนุมูลไฮโดรเปอร์ออกซีและอนุมูลเปอร์ออกซีอินทรีย์ ซึ่งทำปฏิกิริยากับไนตริกออกไซด์และหมุนเวียนอนุมูลไฮดรอกซิลกลับมา ทำให้ห่วงโซ่การออกซิไดซ์ดำเนินต่อไป ความเข้มข้นของอนุมูลไฮดรอกซิลที่สภาวะสมดุล แม้จะมีเพียงประมาณหนึ่งล้านโมเลกุลต่อลูกบาศก์เซนติเมตร แต่ก็เป็นตัวกำหนดอายุในชั้นบรรยากาศของก๊าซปริมาณน้อยที่ทำปฏิกิริยาได้ส่วนใหญ่

Clinical relevance

ความสามารถในการออกซิไดซ์ของอนุมูลไฮดรอกซิลเป็นตัวกำหนดว่ามลพิษและก๊าซเรือนกระจก เช่น มีเทน จะคงอยู่ในชั้นบรรยากาศได้นานเพียงใด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการควบคุมคุณภาพอากาศและสภาพภูมิอากาศ

History

การคำนวณของ Hiram Levy ในปี 1971 ที่ระบุว่าชั้นโทรโพสเฟียร์ที่สะอาดสามารถรักษาระดับความเข้มข้นของอนุมูลไฮดรอกซิลไว้ได้มาก โดยอาศัยข้อมูลเชิงลึกจาก Crutzen และนักวิจัยคนอื่นๆ ได้สร้างความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับความสามารถในการออกซิไดซ์ของชั้นบรรยากาศ

Key figures

• Hiram Levy
• Paul Crutzen

Seminal works

• levy1971
• seinfeldPandis2016

Frequently asked questions

เหตุใดอนุมูลไฮดรอกซิลจึงถูกเรียกว่าสารซักฟอกของชั้นบรรยากาศ

เนื่องจากมันทำปฏิกิริยาและเริ่มต้นการสลายตัวของก๊าซปริมาณน้อยที่ทำปฏิกิริยาได้เกือบทั้งหมด ทำความสะอาดชั้นบรรยากาศจากมลพิษ แม้จะมีอยู่ในปริมาณน้อยมากก็ตาม