Следовые газы - это газы в атмосфере, кроме азота (78,1%), кислорода (20,9%) и аргона (0,934%), которые в совокупности составляют 99,934% газов в атмосфере (не включая водяной пар).
Изобилие, источники и поглотители [ править ]
Содержание газовых примесей может варьироваться от нескольких частей на триллион ( ppt ) по объему до нескольких сотен частей на миллион по объему ( ppmv ). [1] Когда в атмосферу добавляется следовой газ, этот процесс называется источником . Есть два возможных типа источников - естественные и антропогенные. Естественные источники вызваны процессами, происходящими в природе. Напротив, антропогенные источники вызваны деятельностью человека. Некоторыми из источников следовых газов являются биогенные , твердая Земля ( дегазация ), океан, промышленная деятельность или образование на месте . [1] Некоторые примеры биогенных источников включают фотосинтез ,экскременты животных , термиты , рисовые поля и водно-болотные угодья . Вулканы являются основным источником газовых примесей из твердой земли. Мировой океан также является источником нескольких газовых примесей, в частности серосодержащих газов. Образование следовых газов на месте происходит в результате химических реакций в газовой фазе. [1] Антропогенные источники вызваны деятельностью человека, такой как сжигание ископаемого топлива (например, на транспорте ), добыча ископаемого топлива, сжигание биомассы и промышленная деятельность. Это 1% атмосферы. Напротив, раковинакогда из атмосферы удаляются следовые газы. Некоторые из стоков следовых газов - это химические реакции в атмосфере, в основном с радикалом ОН , превращение газа в частицы с образованием аэрозолей , влажное и сухое осаждение . [1] Другие поглотители включают микробиологическую активность в почвах.
Ниже приведена диаграмма нескольких газовых примесей, включая их содержание, время жизни в атмосфере, источники и поглотители.
Следовые газы - взяты при давлении 1 атм [1]
| Газ | Химическая формула | Доли объема воздуха по видам | Время проживания или время жизни | Основные источники | Основные раковины |
|---|---|---|---|---|---|
| Углекислый газ | CO 2 | 409,95 частей на миллион по объему (август, 2019) | 3-4 года | Биологические, океанические, горящие, антропогенные | фотосинтез |
| Неон | Ne | 18,18 частей на миллион по объему | _________ | Вулканический | ________ |
| Гелий | Он | 5,24 частей на миллион по объему | _________ | Радиогенный | ________ |
| Метан | CH 4 | 1,8 частей на миллион по объему | 9 лет | Биологические, антропогенные | ОЙ |
| Водород | H 2 | 0,56 частей на миллион по объему | ~ 2 года | Биологический фотолиз HCHO | поглощение почвы |
| Оксид азота | N 2 O | 0,33 частей на миллион по объему | 150 лет | Биологические, антропогенные | O ( 1 D) в стратосфере |
| Монооксид углерода | CO | 40–200 частей на миллиард | ~ 60 дней | Фотохимические, горючие, антропогенные | ОЙ |
| Озон | O 3 | 10 - 200 ppbv (тропосфера) | Дни - Месяцы | Фотохимический | фотолиз |
| Формальдегид | HCHO | 0,1 - 10 частей на миллиард | ~ 1,5 часа | Фотохимический | ОН, фотолиз |
| Виды азота | NO x | 10 частей на миллион - 1 частей на миллион по объему | Переменная | Почвы, антропогенные, молниеносные | ОЙ |
| Аммиак | NH 3 | 10 pptv - 1 ppbv | 2-10 дней | Биологические | преобразование газа в частицы |
| Сернистый газ | SO 2 | 10 pptv - 1 ppbv | Дни | Фотохимические, вулканические, антропогенные | ОН, окисление на водной основе |
| Диметилсульфид | (CH 3 ) 2 S | несколько pptv - несколько ppbv | Дни | Биологический, океан | ОЙ |
Парниковые газы [ править ]
Несколько примеров основных парниковых газов - это вода , двуокись углерода , метан , закись азота , озон и ХФУ . Эти газы могут поглощать инфракрасное излучение от поверхности Земли, когда оно проходит через атмосферу. Самый важный парниковый газ - это водяной пар, потому что он может улавливать около 80 процентов уходящего ИК-излучения. [2] Вторым по значимости парниковым газом и наиболее важным из тех, на которые воздействуют антропогенные источники в атмосферу, является углекислый газ. [2]Причина, по которой парниковые газы могут поглощать инфракрасное излучение, заключается в их молекулярной структуре. Например, углекислый газ имеет два основных режима вибрации, которые создают сильный дипольный момент , который вызывает сильное поглощение инфракрасного излучения. [2] Ниже приводится таблица некоторых основных парниковых газов из антропогенных источников и их вклада в усиление парникового эффекта .
Основные парниковые газы и источники [2]
| Газ | Химическая формула | Основные человеческие источники | Вклад в увеличение (оценка) |
|---|---|---|---|
| Углекислый газ | CO 2 | сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов | 55% |
| Метан | CH 4 | рисовые поля, крупный рогатый скот и дойные коровы, свалки, добыча нефти и газа | 15% |
| Оксид азота | N 2 O | удобрения, вырубка лесов | 6% |
Напротив, наиболее распространенные в атмосфере газы не являются парниковыми. Основная причина заключается в том, что они не могут поглощать инфракрасное излучение, так как не имеют колебаний с дипольным моментом. [2] Например, тройные связи атмосферного диазота образуют высокосимметричную молекулу, которая очень инертна в атмосфере.
Смешивание [ править ]
Время пребывания следовых газов зависит от количества и скорости удаления. Зависимость Юнге (эмпирическая) описывает взаимосвязь между колебаниями концентрации и временем пребывания газа в атмосфере. Его можно выразить как fc = b / τ r , где fc - коэффициент вариации , τ r - время пребывания в годах, а b - эмпирическая константа, которую Юнге первоначально дал равной 0,14 года. [3]По мере увеличения времени пребывания вариабельность концентрации уменьшается. Это означает, что наиболее химически активные газы имеют наибольшую изменчивость концентрации из-за их более короткого срока службы. Напротив, более инертные газы неизменны и имеют более длительный срок службы. При измерении вдали от их источников и стоков это соотношение можно использовать для оценки времени пребывания газов в тропосфере. [3]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e Уоллес, Джон; Хоббс, Питер (2006). Наука об атмосфере: вводный обзор . Амстердам, Бостон: Elsevier Academic Press. ISBN 9780127329512.
- ^ a b c d e Троглер, Уильям К. (1995). "Экологическая химия следовых атмосферных газов". Журнал химического образования . 72 (11): 973. DOI : 10.1021 / ed072p973 .
- ^ а б Слинн, WGN (1988). "Простая модель взаимосвязи Юнге между колебаниями концентрации и временем пребывания тропосферных газовых примесей". Tellus B: Химическая и физическая метеорология . 40 (3): 229–232. DOI : 10.3402 / tellusb.v40i3.15909 .
Внешние ссылки [ править ]
- Описание атмосферных газовых примесей
- О следовых газах и их роли
