Атмосферная химия является филиалом атмосферной науки , в которой химия из атмосферы Земли изучается и другие планеты. Это междисциплинарный подход к исследованиям, основанный на химии окружающей среды , физике , метеорологии , компьютерном моделировании , океанографии , геологии и вулканологии и других дисциплинах. Исследования все больше связаны с другими областями изучения, такими как климатология .
Состав и химический состав атмосферы Земли важны по нескольким причинам, но в первую очередь из-за взаимодействия между атмосферой и живыми организмами . Состав атмосферы Земли изменяется в результате естественных процессов, таких как выбросы вулканов , молнии и бомбардировка солнечными частицами из короны . Он также был изменен деятельностью человека, и некоторые из этих изменений вредны для здоровья человека, сельскохозяйственных культур и экосистем. Примеры проблем, решаемых с помощью химии атмосферы, включают кислотные дожди , истощение озонового слоя , фотохимический смог , парниковые газы иглобальное потепление . Атмосферные химики стремятся понять причины этих проблем и, получив их теоретическое понимание, позволяют проверить возможные решения и оценить последствия изменений в государственной политике.
Состав атмосферы [ править ]
| Средний состав сухой атмосферы ( мольные доли ) | ||
|---|---|---|
| Газ | по НАСА | |
| Азот , N 2 | 78,084% | |
| Кислород , O 2 [1] | 20,946% | |
| Незначительные компоненты (мольные доли в ppm ) | ||
| Аргон , Ar | 9340 | |
| Двуокись углерода , CO 2 | 400 | |
| Неон , Ne | 18,18 | |
| Гелий , He | 5,24 | |
| Метан , CH 4 | 1,7 | |
| Криптон , Кр | 1.14 | |
| Водород , H 2 | 0,55 | |
| Закись азота , N 2 O | 0,5 | |
| Ксенон , Xe | 0,09 | |
| Двуокись азота , NO 2 | 0,02 | |
| Вода | ||
| Водяной пар | Сильно изменчивый; обычно составляет около 1% | |
Примечания: концентрация CO 2 и CH 4 зависит от сезона и местоположения. Средняя молекулярная масса воздуха 28,97 г / моль. Озон (O 3 ) не включен из-за его высокой изменчивости.
| состав сухого чистого воздуха вблизи уровня моря в соответствии со стандартом ISO 2533 - 1975 | |
|---|---|
| Газ | Объем % |
| Азот , N 2 | 78,084 |
| Кислород , O 2 | 20,9476 |
| Аргон , Ar | 0,934 |
| Двуокись углерода , CO 2 | 0,0314 * |
| Неон , Ne | 1,818 × 10 −3 |
| Гелий , He | 524 × 10 −6 |
| Криптон , Кр | 114 × 10 −6 |
| Ксенон , Xe | 8,7 × 10 −6 |
| Водород , H 2 | 50 × 10 −6 |
| Закись азота , N 2 O | 50 × 10 −6 |
| Метан , CH 4 | 0,2 × 10 −3 |
| Озон , O 3 , летом | вплоть до 7,0 × 10 −6 * |
| Озон , O 3 , зимой | вплоть до 2,0 × 10 −6 * |
| Диоксид серы , SO 2 | вплоть до 0,1 × 10 −3 * |
| Двуокись азота , NO 2 | вплоть до 2,0 × 10 −6 * |
| Йод , I 2 | 1,0 × 10 −6 * |
| * Содержание газа может значительно изменяться время от времени или от места к месту. | |
История [ править ]
Древние греки считали воздух одним из четырех элементов . Первые научные исследования состава атмосферы начались в 18 веке, когда химики, такие как Джозеф Пристли , Антуан Лавуазье и Генри Кавендиш, провели первые измерения состава атмосферы.
В конце 19-го и начале 20-го веков интерес сместился в сторону следовых компонентов с очень небольшими концентрациями. Одним из наиболее важных открытий для атмосферной химии было открытие озона на Шёнбейн в 1840 году.
В 20-м веке наука об атмосфере перешла от изучения состава воздуха к рассмотрению того, как со временем меняются концентрации газовых примесей в атмосфере, а также к химическим процессам, которые создают и разрушают соединения в воздухе. Два особенно важных примеров этого было объяснение по Сиднейской Чепмена и Гордон Добсон того , как озоновый слой создается и поддерживается, и объяснение фотохимического смога от Хааген-Смит . Дальнейшие исследования проблем озона привели к присуждению Нобелевской премии по химии 1995 года, которую разделили Пол Крутцен , Марио Молина и Фрэнк Шервуд Роуленд .[2]
В 21 веке акцент снова смещается. Химия атмосферы все чаще изучается как часть системы Земли . Вместо того, чтобы концентрироваться на химии атмосферы изолированно, теперь основное внимание уделяется рассмотрению ее как части единой системы с остальной атмосферой , биосферой и геосферой . Особенно важным фактором для этого являются связи между химией и климатом, такие как влияние изменения климата на восстановление озоновой дыры и наоборот, а также взаимодействие состава атмосферы с океанами и наземными экосистемами .
(опубликовано 14 декабря 2015 г.). [5]
Методология [ править ]
Наблюдения, лабораторные измерения и моделирование - три центральных элемента в химии атмосферы. Прогресс в химии атмосферы часто обусловлен взаимодействием между этими компонентами, и они образуют единое целое. Например, наблюдения могут сказать нам, что существует больше химического соединения, чем считалось возможным ранее. Это будет стимулировать новые моделирование и лабораторные исследования, которые улучшат наше научное понимание до такой степени, что наблюдения можно будет объяснить.
Наблюдение [ править ]
Наблюдения за химическим составом атмосферы важны для нашего понимания. Регулярные наблюдения за химическим составом говорят нам об изменениях в составе атмосферы с течением времени. Одним из важных примеров этого является кривая Килинга - серия измерений с 1958 года по сегодняшний день, которые показывают устойчивый рост концентрации углекислого газа (см. Также текущие измерения атмосферного CO 2 ). Наблюдения за химическим составом атмосферы производятся в обсерваториях, таких как обсерватории на Мауна-Лоа, и на мобильных платформах, таких как самолеты (например, Британский центр для измерения атмосферы с воздуха ), корабли и шары. Наблюдения за составом атмосферы все чаще проводятся со спутников.с такими важными инструментами, как GOME и MOPITT, дающими глобальную картину загрязнения воздуха и химического состава. У приземных наблюдений есть то преимущество, что они обеспечивают долгосрочные записи с высоким временным разрешением, но ограничены в вертикальном и горизонтальном пространстве, из которого они обеспечивают наблюдения. Некоторые наземные инструменты, например LIDAR, могут обеспечивать профили концентрации химических соединений и аэрозолей, но по-прежнему ограничены в горизонтальной области, которую они могут покрыть. Многие наблюдения доступны в режиме онлайн в Базах данных наблюдений за химией атмосферы .
Лабораторные исследования [ править ]
Измерения, проводимые в лаборатории, важны для нашего понимания источников и стоков загрязняющих веществ и соединений природного происхождения. Эти эксперименты проводятся в контролируемой среде, что позволяет проводить индивидуальную оценку конкретных химических реакций или оценку свойств конкретного компонента атмосферы. [6] Типы анализа, которые представляют интерес, включают как анализ газофазных реакций, так и гетерогенные реакции, имеющие отношение к образованию и росту аэрозолей . Также большое значение имеет изучение фотохимии атмосферы, которая позволяет количественно оценить, как скорость расщепления молекул солнечным светом и какие в результате образуются продукты. Кроме того,Также могут быть получены термодинамические данные, такие как коэффициенты закона Генри .
Моделирование [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( Июнь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Чтобы синтезировать и проверить теоретические представления о химии атмосферы, компьютерные модели (например, модели химического переноса)) используются. Численные модели решают дифференциальные уравнения, определяющие концентрации химических веществ в атмосфере. Они могут быть очень простыми или очень сложными. Один из распространенных компромиссов в численных моделях - это количество смоделированных химических соединений и химических реакций и представление о переносе и перемешивании в атмосфере. Например, ящичная модель может включать сотни или даже тысячи химических реакций, но будет иметь лишь очень грубое представление о перемешивании в атмосфере. Напротив, трехмерные модели представляют многие физические процессы в атмосфере, но из-за ограничений компьютерных ресурсов в них будет гораздо меньше химических реакций и соединений. Модели можно использовать для интерпретации наблюдений, проверки понимания химических реакций и прогнозирования будущих концентраций химических соединений в атмосфере.Одной из важных современных тенденций является превращение модулей химии атмосферы в одну часть моделей земной системы, в которых можно изучать связи между климатом, составом атмосферы и биосферой.
Некоторые модели создаются с помощью автоматических генераторов кода (например, Autochem или Kinetic PreProcessor ). В этом подходе выбирается набор составляющих, а затем автоматический генератор кода выбирает реакции с участием этих составляющих из набора баз данных реакций. После выбора реакций можно автоматически построить обыкновенные дифференциальные уравнения , описывающие их эволюцию во времени.
См. Также [ править ]
| Часть серии по |
| Погода |
|---|
| Портал погоды |
- Кислородный цикл
- Озоно-кислородный цикл
- Палеоклиматология
- Научная оценка разрушения озонового слоя
- События разрушения тропосферного озона
Ссылки [ править ]
- Рианна Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Кислород Земли: загадка, которую легко принять на веру» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 3 октября 2013 года .
- ^ "Пресс-релиз - 1995 Нобелевская премия по химии" . Нобелевская премия . Нобелевская премия Org. 11 октября 1995 г.
- ↑ Сент-Флер, Николас (10 ноября 2015 г.). «Уровень парниковых газов в атмосфере является рекордным, говорится в отчете» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 11 ноября 2015 года .
- ↑ Риттер, Карл (9 ноября 2015 г.). «Великобритания: На первом месте средняя мировая температура может быть на 1 градус Цельсия выше» . AP News . Проверено 11 ноября 2015 года .
- ^ Коул, Стив; Грей, Эллен (14 декабря 2015 г.). «Новые спутниковые карты НАСА показывают отпечаток человеческого пальца на глобальном качестве воздуха» . НАСА . Проверено 14 декабря 2015 года .
- ^ Национальные академии наук, инженерии и медицины (2016). Будущее атмосферных исследований: вспоминая вчера, понимая сегодня, предвидя завтрашний день . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. п. 15. ISBN 978-0-309-44565-8.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Brasseur, Guy P .; Орландо, Джон Дж .; Тиндалл, Джеффри С. (1999). Атмосферная химия и глобальные изменения . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-510521-4 .
- Финлейсон-Питтс, Барбара Дж .; Питтс, Джеймс Н., младший (2000). Химия верхней и нижней атмосферы . Академическая пресса. ISBN 0-12-257060-X .
- Сайнфелд, Джон Х .; Пандис, Спирос Н. (2006). Химия и физика атмосферы: от загрязнения воздуха до изменения климата (2-е изд.). ISBN компании John Wiley and Sons, Inc. 0-471-82857-2 .
- Варнек, Питер (2000). Химия естественной атмосферы (2-е изд.). Академическая пресса. ISBN 0-12-735632-0 .
- Уэйн, Ричард П. (2000). Химия атмосферы (3-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-850375-X .
- И. В. Ирибарн, Х. Р. Чо, Физика атмосферы , издательство D. Reidel Publishing Company, 1980 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Научная оценка разрушения озона ВМО: 2006 г.
- IGAC Международный проект по глобальной химии атмосферы
- Пол Крутцен Интервью Видео Freeview лауреата Нобелевской премии Пола Крутцена за его работу по разложению озона, беседу с лауреатом Нобелевской премии Гарри Крото , Vega Science Trust .
- Кембриджская база данных по химии атмосферы - это большая составная база данных наблюдений в общем формате.
- Наука об окружающей среде опубликована для всех вокруг Земли
- Химическая кинетика и фотохимические данные NASA-JPL для использования в атмосферных исследованиях
- Кинетические и фотохимические данные оценены Подкомитетом ИЮПАК по оценке газокинетических данных
- Глоссарий по атмосферной химии в Государственном университете Сэма Хьюстона
- Химия тропосферы
- Калькуляторы для использования в химии атмосферы
- Иллюстрированная элементарная оценка состава воздуха.
| vтеОтрасли химии | |
|---|---|
| |
| Физический |
|
| Органический |
|
| Неорганический |
|
| Аналитический |
|
| Другие |
|
| Смотрите также |
|
| |
Категория
Commons
Портал
ВикиПроект
