Стратосфера озона

Почему нас должна беспокоить химия стратосферы Дело в том, чо содержащийся в стратосфере озон выполняет роль естественного фильтра, поглощающего губительное для живого коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца. Стратосфера — это безоблачная, сухая, холодная область приблизительно между 10 и 50 км над уровнем моря. Воздух перемешивается в ней очень медленно по вертикали и быстро в горизонтальном направлении. Поэтому загрязнения, однажды попавшие в стратосферу, не только остаются там на многие годы, но и легко распространяются вокруг Земли через границы и океаны, что делает проблему загрязнения стратосферы поистине глобальной. Значительное истощение озонного щита привело бы к увеличению доли опасного ультрафиолетового излучения, попадающего на поверхность Земли. [c.17]

К счастью, в стратосфере Земли есть щит против ультрафиолета. Это слой озона, Оз(газ), который поглощает ультрафиолетовое излучение. [c.407]

По мере прохождения стратосферы высокоэнергетические фотоны ультрафиолетового света реагируют с молекулами кислорода, расщепляя их на атомы. Атомарный кислород имеет очень высокую реакционную способность. Он сразу реагирует далее, большей частью с молекулами кислорода, образуя озон. Третья молекула (обычно О2 или N2, обозначенная буквой М в уравнении) отводит избыток энергии, но не изменяется. [c.407]

Каждая из образовавшихся молекул озона может поглощать УФ-фотоны со средней энергией в стратосфере. В результате они разлагаются, образуя молекулу кислорода и атом кислорода, который может вступать в новую реакцию образования озона, замыкая цикл [c.407]

Присутствует также и моноксид углерода, образующийся в автомобилях. Цикл фотохимического смога начинается расщеплением N02 фотоном на N0 и атомарный кислород О. Последний реагирует с молекулами кислорода, образуя озон, - так же как и в стратосфере [c.419]

Хотя озон необходим в стратосфере для защиты Земли от ультрафиолетовых лучей, около поверхности Земли он один из основных компонентов фотохимического смога. По рис. VI. 17 определите, содержание каких веществ постигает минимума, когда концентрация озона максимальна. Какой вывод это позволяет сделать об образовании Оз<г.) в загрязненном тропосферном воздухе [c.420]

В гл. 10 мы ознакомились с простейшим случаем гомогенного катализа на примере разложения озона О3 под действием NO. В этом примере моноксид азота играет роль катализатора, реагируя с О3, в результате чего образуются NO и О . Затем образующийся NO2 реагирует с атомарным кислородом, присутствующим в стратосфере, и в результате снова получается NO и в качестве второго продукта Oj. Последовательность этих реакций и их окончательный результат описываются уравнениями [c.26]

Из простых термодинамических соображений следует, что температура атмосферы уменьшается с увеличением высоты. В атмосфере Земли температура падает примерно на 6,5 К на каждый километр подъема вверх в течение первых 15—20 км от поверхности. Выше температура начинает возрастать. Это изменение тенденции называется температурной инверсией и в основном обусловлено фотодиссоциацией озона под действием Солнца и последующими экзотермическими фотохимическими реакциями, которые мы кратко обсудим. В нижней области атмосферы более холодный воздух располагается над более теплым, что приводит к быстрому перемешиванию слоев по вертикали. Эта область называется тропосферой (от греческого слова, обозначающего вращение ). Во второй области более теплый воздух лежит поверх более холодного, что влечет большую стабильность их распределения по вертикали. Эта область носит название стратосфера (от латинского слова слоистый ). Тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой. Следующей темой нашего обзора будет озон в современной стратосфере. [c.216]

НЫХ на данных лабораторных кинетических измерений. На рис. 8.2 показаны результаты типичных измерений концентрации озона в атмосфере с помощью высотных зондов. Концентрация достигает максимального значения на высоте около 27 км. Максимум концентрации озона имеет вид достаточно широкого пика (заметим, что по оси абсцисс отложена логарифмическая шкала). Поэтому часто говорят об озоновом слое в стратосфере, середина которого располагается на высоте 25—30 км. [c.217]

Точные расчеты озонового профиля с использованием определенных в лабораторных условиях параметров скоростей дают теоретический профиль, совпадающий с измеренным. Однако все рассчитанные абсолютные концентрации оказываются выше в 4—5 раз, чем истинные атмосферные концентрации. Эта проблема возникает из-за того, что процесс потерь, описываемый реакцией (8.6), имеет энергию активации 18,4 кДж/моль и при температурах, характерных для стратосферы (- 220— 270 К), происходит слишком медленно, чтобы уравновешивать образование озона на уровне истинной концентрации. Сейчас достоверно установлено, что реакция (8,6) может катализироваться следовыми компонентами атмосферы. Эта идея суммируется в виде схемы реакций [c.218]

Возросшее понимание роли следовых газов в определении атмосферных концентраций озона привело также к осознанию того, что человек может неумышленно изменить концентрации озона, высвобождая каталитически активные материалы. Из-за высокой вертикальной стабильности в результате температурной инверсии внесенные в стратосферу загрязнители могут существовать там порядка нескольких лет, прежде чем будут физически удалены путем переноса. Поэтому они могут накапливаться до уровней глобального разрушения, уменьшая озон в стратосфере с биологическими последствиями на поверхности [c.220]

Можно достигнуть начального понимания тропосферной фотохимии, рассматривая метан в качестве единственного углеводорода и принимая в качестве исходной точки искусственную ситуацию, когда окисленный СН4 полностью отсутствует. Тогда фотолиз озона (при ЖЗЮ нм) должен дать гидроксильные радикалы в ходе реакций, уже описанных для стратосферы. [c.223]

Земля купается в свете Солнца, и этот свет приносит не только тепло, но и энергию, необходимую всем живым организмам. Из З-Ю" кДж-м 2 световой энергии, ежедневно падающей на Землю. [1, 2], 30 кДж улавливается в процессах фотосинтеза [3]. В верхних слоях стратосферы свет высокоэнергетической части спектра взаимодействует с кислородом, в результате чего образуется защитная оболочка озона. Свет, проникающий сквозь атмосферу, позволяет нам видеть все, что нас окружает, придает предметам разный цвет. Свет управляет цветением растений и прорастанием семян и спор. В биохимических лабораториях свет и другие виды электромагнитного излучения, охватывающие широкий диапазон энергий, используются в экспериментальных целях. Рентгеновские, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, а также ультракороткие волны помогают исследовать молекулы, из которых мы состоим. Свет буквальна пронизывает все стороны жизни человека, при этом исключительно важным является его взаимодействие с биомолекулами. Данная глава написана как краткое введение в предмет в ней, в частности, приведен список источников для дальнейшего чтения. [c.5]

И ближнюю инфракрасную область. Этот участок в увеличенном масштабе изображен на рис. 13-1 (вторая линия сверху). Свет, достигаю-ш,ий поверхности Земли, занимает узкий интервал от 320 до 1100 нм. Глаз человека способен воспринимать свет в еще более узком интервале 380—760 нм, включающем все цвета радуги. Максимум поглощения ароматических колец белков и нуклеиновых кислот равен соответственно 280 и 260 нм. Хотя свет с такими длинами волн в основном поглощается озонным слоем стратосферы, сквозь атмосферу проходит достаточное количество ультрафиолетовых лучей, чтобы вызвать многочисленные мутации и солнечные ожоги. [c.6]

Процессы с участием заряженных частиц определяют не только состав и концентрацию ионов, но оказывают заметное влияние на содержание нейтральных активных частиц в атмосфере. Так, изменение скорости образования ионов в стратосфере приводит к изменению скорости образования оксидов азота, разрушающих стратосферный озон. На высотах 80-90 км ионизация Oj и р-ция о/ с HjO приводят к образованию Н и ОН. При рекомбинации мол. ионов в ионосфере рождаются возбужденные и невозбужденные горячие атомы (обладающие избыточной кинетич. энергией). [c.270]

В стратосфере это приводит к снижению концентрации озона (т. наз. озоновые дыры). [c.278]

Более 99% атмосферы составляют три газа— азот, кислород и аргон. Их содержание в воздухе по объему равно 78,09, 20,95 и 0,93% соответственно. Около 0,03% атмосферы образует диоксид углерода, однако его содержание не всюду одинаково, так как оно зависит от биологической активности и промышленной деятельности в различных частях Земли. Озон существует в основном на уровне стратосферы, где он принимает участие в реакции, делающей возможной жизнь на земной поверхности. Эта реакция представляет собой поглощение ультрафиолетового солнечного излучения кислородом, в результате чего он превращается в озон [c.444]

Разрушение стратосферного озона представляет собой совсем другое явление, поскольку оно связано с ультрафиолетовым излучением Солнца. Наиболее удаленный от Земли слой атмосферы — стратосфера, которая представляет собой шаровой слой толщиной примерно 35 км, начинающийся на высоте 15 и заканчивающийся на высоте примерно 50 км от поверхности Земли. В этом слое находится озон, поглощающий 99 % ультрафиолетового излучения Солнца, падающего на Землю, выполняя роль защитного экрана для земной жизни. [c.5]

Тепловой режим стратосферы определяется в основном содержанием в ней другого переменного компонента - озона. Образование и разрушение озона описывается уравнениями [c.13]

Как видно из этих уравнений, коротковолновое УФ-излуче-ние Солнца, поглощаемое в процессах (1.9) и (1.11), трансформируется в тепловую энергию, выделяющуюся в реакции (1.12). Озон присутствует во всей толще стратосферы, однако наибольшие его концентрации, в зависимости от сезона и географической широты, приходятся на высоты 20-40 км. Выделение тепловой энергии при разрушении озона приводит к изменению знака высотного градиента, называемому температурной инверсией. [c.14]

В мезосфере концентрации озона и паров воды ничтожны, поэтому температура в ней ниже, чем в тропосфере и стратосфере. Рост температуры в термосфере связан с поглощением жесткой составляющей (длина волны менее 120 нм) солнечной радиации молекулами О2 и N3. Инверсия хода температуры в термосфере, так же как и в стратосфере, препятствует развитию конвективных потоков и, следовательно, выхолаживанию этих слоев атмосферы. [c.14]

Аэрозольная составляющая оказывает значительное влияние на формирование стационарного состояния и на периодические флуктуации поля концентрации озона - наиболее важной с точки зрения условий существования жизни на Земле компоненты стратосферы. [c.140]

Дополнительным источником, особенно важным для стратосферы, выступает реакция гидроксила с озоном (5.26). В тропосфере он может образовываться также в реакции [c.162]

По происхождению тропосферный озон может быть экзогенным или эндогенным. Свыше 90 % молекул озона образуется в стратосфере, главным образом над экваториальным и тропическим поясом, откуда он переносится по направлению к полюсам. Относительно небольшая часть образовавшихся в стратосфере [c.165]

Одна из наиболее острых химических проблем глобальной экологии связана с опасностью антропогенного воздействия на химические процессы в стратосфере, чреватые уменьшением в ней общего содержания озона (ОСО). Стратосферный озон регулирует поток УФ-квантов, задерживая наиболее опасную часть радиации Солнца с длинами волн менее 285 нм и значительно ослабляя излучение в УФ-Б-диапазоне (285-315 нм). Кроме того, экзотермическое разложение озона приводит к нагреванию стратосферы, возникновению инверсионного слоя и тем самым препятствует выхолаживанию нижней атмосферы за счет конвективного переноса теплоты. [c.225]

Рассматриваемые в этой главе вопросы весьма Поучительны с различных точек зрения. Прежде всего, проникновение в суть химии стратосферного озона как никогда ранее отчетливо показало взаимосвязанность разнородных процессов, в своей совокупности формирующих глобальный гомеостазис. Оказалось, что формирование химического состава стратосферы невозможно понять, исходя исключительно из протекающих в ней химических реакций, не беря в расчет своеобразные особенности динамики атмосферы в разных географических зонах Земли. [c.225]

ЦИКЛ ЧЕПМЕНА И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОЗОНА В СТРАТОСФЕРЕ [c.226]

Образуется озон преимущественно в верхней стратосфере над экваториальным поясом. Однако здесь же с наибольшей скоростью происходит и его разрушение под действием коротковолновой радиации Солнца время жизни молекул О здесь на высотах около 40 км составляет всего лишь примерно три часа. В нижней стратосфере, куда озон попадает с нисходящими (довольно слабыми) потоками воздуха, время его жизни оказывается значительно большим, и он переносится с воздушными массами на большие расстояния. Максимальное время жизни озона (около 100 сут) характерно для стратосферы полярных районов. [c.227]

В стратосфере имеют место довольно интенсивные зональные ветры. В зимнем полушарии движение воздушных масс носит волнообразный характер. Крупномасштабные планетарные движения воздуха, называемые волнами Россби, переносят озон в направлении полюсов. [c.227]

Озон непрерывно образуется в стратосфере в результате действия ультрафиолетового излучения солнца на кислород. Митам [416] показал, что озон диффундирует в тропосферу и затем приносится к земной поверхности ветрами. В природе все время поддерживается определенный баланс между количеством переходящего из стратосферы озона и разложением его органическими веществами, в особенности газообразными. Зависимость концентрации озона у поверхности земли от действия ветров была показана рядом исследователей, в том числе Глюкауфом и Напетом [417]. Колебания концентрации озона в атмосфере в зависимости от метеорологических условий и от времени года изучались Добсоном [418, 419], Тонсбергом и Чалонгом [420], Глюкауфом [421] и Вульфом [422]. Пет- [c.127]

Известно, что в нижней стратосфере озон обладает фотохимически квазиконсервативными свойствами, и обычно допускается, что здесь с ним не происходит каких-либо химических реакций разложения. Сезонные и широтные изменения в этих слоях, таким образом, необходимо рассматривать как изменения в резервуаре с озоном, баланс которого достаточно сложным образом определяется изменением интенсивности притока и оттока. Источником, очевидно, является слой на высоте более 25 км, в котором озон непосредственно образуется. Стоком служит тропосфера, в которой происходит химическое разрушение озона. До самого последнего времени не предпринималось попыток количественно объяснить наблюдаемые изменения профилей озона. [c.67]

Концентрация озона в стратосфере настолько мала, что, если бы весь озон при атмосферном давлении собрался у поверхности Земли, толщина его слоя составила всегс 3 мм (примерно толщину обложки этой книги). [c.407]

Что касается природных соединений неметаллов, то здесь соблюдаются те же общие принципы. Наиболее активные неметаллы — галогены — встречаются в природе исключительно в виде соединений главным образом со щелочными металлами. Кислород и сера — также активные минералообразователи и ассоциированы преимущественно с переходными металлами. Кислород, кроме того, образует многочисленные силикаты и алюмосиликаты, а сера — сульфаты. Хотя эти два элемента встречаются в природе и в свободном состоянии (атмосферный кислород, озонный слой в стратосфере, самородная сера), но это обусловлено вторичными процессами, связанными преимущественно с фотосинтезом растений и вулканической деятельностью. [c.42]

Все три каталитических семейства, НО, N0 и С , по-ви-димому, представлены в природной атмосфере, не загрязненной вследствие человеческой деятельности. Предшественники катализаторов возникают на поверхности Земли (дополняемые в случае N0 прямым преобразованием N2 и Ог в атмосфере на больших высотах). Эти предшественники должны переноситься через тропосферу в стратосферу. Среди наиболее важных предшественников находятся Н2О, СН4, МгО и СНзС1, которые в стратосфере превращаются в каталитические радикалы. Фотолиз озона ультрафиолетовым излучением приводит к образованию электронно-возбужденных фрагментов [c.219]

Земли, например возрастанием опасности рака кожи. Первое беспокойство в начале 70-х годов было связано со сверхзвуковым стратосферным пассажирским самолетом типа Конкорд . Такой самолет способен выбрасывать N0, образующийся и N2 и О2 при высоких температурах в реактивных двигателях, прямо в атмосферу. Современные количественные модели показывают, что уменьшение озона из-за полетов сверхзвуковых стратосферных самолетов пренебрежимо мало, это частично обусловлено малочисленностью флота таких самолетов, а частично тем, что они летают низко в атмосфере, где ЫО -цикл относительно слабо влияет на концентрацию озона. Другой причиной увеличения стратосферного ЫОх может быть увеличение количества ЫгО в биосфере вследствие интенсивного применения удобрений. Если возмущения за счет сверхзвуковых стратосферных самолетов могут рассматриваться как дискретные, то использование удобрений в сельском хозяйстве с ростом населения может оказаться существенным фактором. Согласно оценкам, удвоение концентрации N20 должно привести к глобальному уменьшению количества озона на 9—16%, хотя столь большое увеличение концентрации N20 маловероятно в ближайшем будущем. Более насущной проблемой, по-видимому, является выброс фторхлоруглеводородов типа дихлордифторметана Ср2СЬ(СРС-12) и трихлорфторметана СРС1з(СРС-11). Фтор-хлоруглеводороды химически исключительно инертны. Они имеют важное значение как аэрозольное ракетное топливо, хладагенты, наполнители в производстве пенопластиков и растворители. Все применения фторхлоруглеводородов в конце концов приводят к их выделению в атмосферу. Представляется, что содержание фторхлоруглеводородов в тропосфере равно, в пределах экспериментальной ошибки, их общему промышленно произведенному количеству. Это подтверждает их тропосферную инертность и указывает на характерные времена существования вплоть до сотен лет. Существует лишь один способ снижения содержания фторхлоруглеводородов — их перенос вверх в стратосф у. В стратосферу проникает достаточно коротковолновое УФ-излучение, которое способно вызвать фотолиз фторхлоруглеводородов. Этот процесс сопровождается выделением атомарного хлора [c.221]

Около 90% общей массы атмосферы содержится в тропосфере. Большая часть следовых газов также находится здесь. Поверхность Земли является основным источником следовых газов, хотя часть N0 и СО может возникать в результате гроз. Гидроксильные радикалы преобладают в химии тропосферы так же, как атомы кислорода и озона — в химии стратосферы. Сво- боднорадикальные цепные реакции, инициированные ОН, окисляют Н2, СН4, другие углеводороды, а также СО и Н2О. Таким образом, реакции представляют низкотемпературную систему сгорания. Свободнорадикальные цепные процессы запускаются фотохимически, хотя стратосферный озон ограничивает солнечное излучение на поверхности Земли областью длин волн более 280 нм. На этих длинах волн наиболее важными фотохимически активными соединениями являются Оз, NO2 и НСНО. Все три соединения могут в конце концов давать ОН (или НО2) и тем самым инициировать окислительные цепи. Однако критической стадией служит фотолиз озона, поскольку другие фотолитические процессы обязаны ему либо происхождением, либо тем, что в его присутствии они протекают более эффективно. Хотя только 10% атмосферного озона находится в тропосфере, все случаи первичного инициирования окислительных цепей в естественной атмосфере зависят от этого озона. Часть озона переносится в тропосферу из стратосферного озонового слоя, но в самой тропосфере также существует механизм генерации зона. Если присутствует NO2, то фотолиз NO2 (при <400 нм) [c.222]

В период научно-технической революции резко возрос объем выброса в атмосферу галогенсодержащих соединений от антропогенных источников. Большое внимание исследователей и оживленную дискуссию вызывает проблема влияния галогенсодержащих соединений на слой озона. Эта проблема изучается Международной комиссией по атмосферному озону (МКАО). Не останавливаясь на значении озонного слоя в защите биосферы от действия ультрафиолетовой радиации солнца, заметим, что продукты химических превращений, протекающих в верхних слоях атмосферы (в тропопаузе и стратосфере), могут иметь стоки в приземные слои атмосферы и увеличивать степень загрязнения воздуха. [c.15]

Стратосферные процессы разложения озона под действием ОН, НО2, N0, N02, СГ, СЮ также рассматриваются на основе представлений о Ц. р. и их стадиях в частности СГ и СЮ образуются из хладонов, их присугствие в стратосфере считается одним из осн. факторов, ведущих к наблюдаемому уменьшению концентрации стратосферного озона. [c.346]

США) Марио Молина и Шепвуд Роулэнд. Они показали, что молекула оксида хлора и атом хлора — сильнейшие катализаторы, способствующие разрушению озона. Путь молекул хлора в стратосферу занимает один-два года. Достигают стратосферы только химически стабильные молекулы, которые не разрушаются под действием солнечных лучей, химических реакций и не растворяются в воде. Именно такими качествами обладают молекулы ХФУ. Время их жизни — более ста лет. Молекулы ХФУ тяжелее воздуха, и число их в стратосфере крайне мало три—пять молекул ХФУ на десять миллиардов молекул воздуха. Под действием ультрафиолетового излучения от молекул ХФУ отрывается атом хлора, а оставшийся радикал легко окисляется, создавая молекулу оксида хлора и новый радикал. Атом хлора и молекула оксида хлора активно включаются в каталитический цикл разрушения озона. Одна молекула хлора, достигающая атмосферы, способна разрушить (10...100) тыс. молекул озона. [c.6]

Уменьшение атмосферного давления с высотой было открыто Б. Паскалем (1648) вскоре после изобретения барометра (Э. Торричелли, 1643) и экспериментально подтверждено Перрье. Установление вертикального градиента температуры тропосферы и определение его величины принадлежит Дж. Дальтону. В развитие идей о химических и фотохимических процессах в стратосфере с участием озона внесли свой вклад Рэлей и Хартли (1880). [c.11]

Общая закономерность глобального распределения озо а сформулирована в форме принципа Дютша - Добсона. Суть его состоит в том, что средняя стратосфера над экваториальным поясом находится в состоянии фотохимического равновесия, при котором скорость образования и скорости стока озона уравниваются и выполняется условие = 0. Перенос озона в нижнюю стратосферу высоких [c.227]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология