Физико-химические процессы в атмосфере - Лекция

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРЕАтмосфера делится на слои, различающиеся температурой, степенью ионизации молекул, давлением и др.: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Однако на высоте около 15-25 км атмосфера нагревается путем поглощения ультрафиолетового излучения кислородом (О2) и озоном (О3). Это можно представить в виде барометрического уравнения: pz = p0exp (-z/H), (1.1) где pz - давление на высоте z, р0 - давление на поверхности земли и H-высота (около 8,4 км в нижней тропосфере, а также мера скорости, с которой давление падает с высотой). Многие микрокомпонентные примеси в атмосфере имеют постоянные концентрации, то есть существует баланс между поступлением и выходом вещества в атмосферу Поскольку в глобальном масштабе атмосферу можно рассматривать как находящуюся в состоянии равновесия, была создана модель, в которой атмосфера представлена как система, имеющая источники, резервуар (это сама атмосфера) и стоки, пребывающие в хрупком равновесии.Анализ состава промышленных выбросов в 100 городах показал, что 85% общего выброса вредных веществ в атмосферу составляют сернистый газ, оксиды углерода и аэрозольная пыль. Смог возникает при определенных условиях: большом количестве пыли и газов в воздухе и длительном существовании антициклонных условий погоды (областей с высоким атмосферным давлением), когда загрязнители скапливаются в приземном слое атмосферы. Топливо обычно состоит из углеводородов и обычный процесс сгорания его идет согласно уравнению: «4CH» 5O2(г) ® 4СО2(г) 2H2O(г) (1.13) топливо кислород ® диоксид углерода вода. Если кислорода еще меньше, можно получить углерод (т. е. сажу): «4CH» O2(г) ® 4С(г) 2H2O(г) (1.15) топливо кислород ® «сажа» вода. При низких температурах и в случаях относительно небольшого количества О2 реакции пиролиза (т. е. реакции, когда разрушение происходит в результате нагревания) могут вызвать изменения в расположении атомов, приводящие к образованию полициклических ароматических углеводородов в процессе сжигания.К опасным факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести радиоактивность. Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (например, а-частиц). Возникновение радиоактивных изотопов объясняется тем, что космические лучи, проникающие в атмосферу со скоростями, близкими к скорости света, сталкиваются с ядрами компонентов воздуха, движущихся со сравнительно небольшими скоростями (порядка 0,5 - 1 км/с), вызывают ядерные реакции превращения одного вещества в другое. Кроме того, кислород и озон под влиянием коротковолнового излучения Солнца подвергаются диссоциации на атомы, которые могут вновь соединяться, образуя кислород и озон. Тем не менее при некоторых упрощениях можно получить определенное представление о механизме образования озона в атмосфере и об условиях равновесия образования и разложения озона.

Содержание основных компонентов выхлопов двигателей внутреннего сгорания (ДВС)