Quang hóa và Oxy hóa tầng đối lưu

Ánh sáng mặt trời thúc đẩy quá trình sản xuất các gốc tự do phản ứng, oxy hóa và loại bỏ các khí vết trong toàn bộ khí quyển phía dưới như thế nào.

Definition

Quang hóa và oxy hóa tầng đối lưu là tập hợp các phản ứng gốc tự do được thúc đẩy bởi ánh sáng mặt trời, khởi đầu và duy trì quá trình loại bỏ hóa học các khí vết trong khí quyển phía dưới.

Scope

Bao gồm các phản ứng quang phân tạo ra gốc tự do, sự hình thành gốc hydroxyl từ quá trình quang phân ozon và hơi nước, chuỗi oxy hóa của mêtan và cacbon monoxit, chu trình của gốc hydroperoxy và gốc peroxy hữu cơ, và khái niệm về khả năng tự làm sạch bằng oxy hóa của khí quyển.

Core questions

• Gốc hydroxyl được tạo ra trong tầng đối lưu như thế nào?
• Tại sao gốc hydroxyl là chất oxy hóa chủ đạo mặc dù nồng độ của nó rất nhỏ?
• Các chuỗi gốc tự do kiểm soát thời gian tồn tại của mêtan và cacbon monoxit như thế nào?

Key theories

Chuỗi oxy hóa do hydroxyl thúc đẩy

Quang phân ozon tạo ra các nguyên tử oxy kích thích phản ứng với hơi nước để tạo thành gốc hydroxyl, gốc này khởi đầu các chuỗi gốc tự do oxy hóa hầu hết các khí vết.

Mechanisms

Ánh sáng cực tím quang phân ozon để tạo ra oxy nguyên tử kích thích, một phần trong số đó phản ứng với hơi nước để tạo thành hai gốc hydroxyl. Hydroxyl phản ứng nhanh chóng với cacbon monoxit, mêtan và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, tạo ra các gốc hydroperoxy và peroxy hữu cơ, các gốc này phản ứng với nitơ monoxit và tái tạo hydroxyl, duy trì chuỗi oxy hóa. Nồng độ hydroxyl ở trạng thái ổn định, mặc dù chỉ khoảng một triệu phân tử trên một centimet khối, nhưng lại quyết định thời gian tồn tại trong khí quyển của hầu hết các khí vết phản ứng.

Clinical relevance

Khả năng oxy hóa của gốc hydroxyl quyết định thời gian tồn tại của các chất ô nhiễm và khí nhà kính như mêtan, đây là yếu tố kiểm soát chính đối với chất lượng không khí và khí hậu.

History

Tính toán của Hiram Levy vào năm 1971 rằng tầng đối lưu sạch duy trì nồng độ gốc hydroxyl đáng kể, dựa trên những hiểu biết từ Crutzen và những người khác, đã thiết lập sự hiểu biết hiện đại về khả năng oxy hóa của khí quyển.

Key figures

• Hiram Levy
• Paul Crutzen

Seminal works

• levy1971
• seinfeldPandis2016

Frequently asked questions

Tại sao gốc hydroxyl được gọi là chất tẩy rửa của khí quyển?

Bởi vì nó phản ứng và khởi đầu sự phân hủy của gần như tất cả các khí vết phản ứng, làm sạch khí quyển khỏi các chất ô nhiễm mặc dù chỉ có mặt với lượng rất nhỏ.