Hóa học Môi trường Khí quyển
Hóa học môi trường khí quyển nghiên cứu thành phần hóa học của khí quyển Trái Đất và các phản ứng biến đổi các khí vết, sol khí và chất ô nhiễm trong tầng đối lưu và tầng bình lưu.
Definition
Nhánh của hóa học môi trường liên quan đến các nguồn, phản ứng, vận chuyển và bồn chứa của các loài hóa học trong khí quyển, đặc biệt là các khí vết và sol khí có ý nghĩa môi trường.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm hóa học pha khí, pha lỏng và hóa học dị thể điều chỉnh số phận của các loài tự nhiên và nhân tạo trong không khí. Nó bao gồm các chu trình oxy hóa được thúc đẩy bởi gốc hydroxyl, quang hóa tạo ra và phá hủy ôzôn trong các tầng khí quyển khác nhau, sự axit hóa của mưa, và sự hình thành sương mù đô thị. Trọng tâm là môi trường hơn là vật lý thuần túy: cách các chất phát thải trở thành chất ô nhiễm thứ cấp, cách chúng được vận chuyển và lắng đọng, và ý nghĩa của điều đó đối với chất lượng không khí, hệ sinh thái và khí hậu.
Sub-topics
Core questions
- Điều gì kiểm soát khả năng oxy hóa của tầng đối lưu?
- Làm thế nào các chất phát thải tự nhiên và nhân tạo trở thành các chất ô nhiễm thứ cấp như ôzôn và axit?
- Tại sao ôzôn có tính bảo vệ ở tầng bình lưu nhưng lại có hại gần bề mặt?
- Các loài halogen phá hủy ôzôn tầng bình lưu bằng cách xúc tác như thế nào?
- Những con đường hóa học nào liên kết các chất phát thải với sự lắng đọng axit và sương mù quang hóa?
Key theories
- Chu trình Chapman và sự phá hủy ôzôn bằng xúc tác
- Cơ chế Chapman mô tả sự hình thành và mất đi ôzôn tầng bình lưu bằng quang hóa từ oxy, trong khi các chu trình xúc tác liên quan đến các gốc HOx, NOx và halogen làm tăng tốc đáng kể sự mất đi ôzôn, giải thích sự suy giảm được quan sát.
- Chu trình oxy hóa tầng đối lưu (HOx)
- Gốc hydroxyl hoạt động như chất oxy hóa chính trong khí quyển, khởi đầu sự phân hủy của hầu hết các khí vết khử và kiểm soát thời gian tồn tại của các chất ô nhiễm và khí nhà kính.
Mechanisms
Hầu hết các biến đổi khí quyển là quang hóa do gốc tự do. Ánh sáng mặt trời quang phân ôzôn, nitơ đioxit và các loài khác để tạo ra các gốc tự do phản ứng như OH, HO2 và NO3; các gốc tự do này oxy hóa hydrocarbon, lưu huỳnh và các hợp chất nitơ thông qua các phản ứng dây chuyền. Các phản ứng dị thể trên bề mặt sol khí và đám mây, bao gồm cả những phản ứng trên các đám mây tầng bình lưu vùng cực, kích hoạt các kho chứa halogen trơ và thúc đẩy sự suy giảm ôzôn theo từng đợt.
Clinical relevance
Hóa học khí quyển là nền tảng cho quản lý chất lượng không khí, việc bảo vệ tầng ôzôn của Nghị định thư Montreal, và đánh giá cách các chất ô nhiễm tồn tại trong thời gian ngắn tương tác với khí hậu. Việc hiểu các phản ứng này là cần thiết cho các chiến lược kiểm soát phát thải và để giải thích tác động lắng đọng lên đất, nước và sức khỏe con người.
History
Hóa học môi trường khí quyển xuất hiện vào giữa thế kỷ 20 với việc Haagen-Smit xác định sương mù quang hóa ở Los Angeles và phát triển mạnh mẽ với sự công nhận vào những năm 1970 rằng các chu trình xúc tác làm suy giảm ôzôn tầng bình lưu. Phát hiện lỗ thủng ôzôn Nam Cực năm 1985 đã làm thay đổi lĩnh vực này và thúc đẩy quy định quốc tế.
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
- Điều này khác với hóa học khí quyển theo nghĩa vật lý hoặc khoa học Trái Đất như thế nào?
- Nó chia sẻ cùng một hóa học phản ứng nhưng nhấn mạnh các vấn đề môi trường: sự hình thành chất ô nhiễm, lắng đọng, chất lượng không khí và các tác động liên quan đến chính sách hơn là động lực học khí quyển hoặc bức xạ đơn thuần.
- Tại sao gốc hydroxyl lại quan trọng đến vậy?
- OH là chất oxy hóa chính vào ban ngày của khí quyển; nó xác định thời gian tồn tại của mêtan, cacbon monoxit và hầu hết các chất ô nhiễm, hoạt động hiệu quả như một tác nhân tự làm sạch của tầng đối lưu.