Large Binocular Telescope  
Большой бинокулярный телескоп онлайн смотреть  
Большой бинокулярный телескоп
О телескопе
Зеркала
Инструменты
LBTB
Интерферометр
История телескопов
Полезные ресурсы
К сведению

Фотографии
Видео
LBT on-line
Марсоход curiosity (кьюриосити)
Фотографии
Панорама
Солнечная система
Венера
Земля
Куаоар
Луна
Марс
Меркурий
Нептун
Плутон
Сатурн
Солнце
Уран
Юпитер

Астрономия Солнца
Взаимодействие планет
Озоновый слой
Атмосфера
Cодержание озона
Фотохимия озона
Фотохимические процессы
Малые газы
Озоновая дыра
Эволюция озона
Ядерный удар
Охрана озоносферы
Метеорология
Атмосфера
Солнечная радиация
Температурный режим почвы
Температурный режим воздуха
Водяной пар в атмосфере
Испарение
Конденсация водяного пара
Осадки, снежный покров
Погода
А это Челябинск
Метеорит Чебаркуль
Фото отчет
Видео отчет

Химический состав атмосферы

В состав воздуха входят многочисленные газовые составляющие, роль которых в физике и химии атмосферы определяется как их физико-химическими свойствами, так и содержанием или концентрацией. Концентрация газов может быть выражена различными способами. Для фотохимических расчетов чаще всего концентрацию выражают через число молекул или атомов в единице объема; массовая концентрация выражается через массу газа в единице объема (например, предельно допустимая концентрация— ПДК). Ее можно представить и через парциальное давление газа. Однако когда рассматриваются процессы, связанные с изменением давления, удобнее пользоваться относительными единицами — доля в процентах от общей массы или общего объема воздуха, принимаемых за 100%, а также отношение смеси по массе или по объему, равное доле от общей массы или от общего объема, принимаемых за единицу (частей на миллион, млн1 = 1 : 10е; частей на миллиард, млрд1 = 1 : Ю9 и т. д.), В ряде случаев для характеристики суммарного (общего) содержания какого-либо газа в столбе атмосферы его выражают через число молекул или массу газа над единицей площади (см2, м2) поверхности Земли. Иногда общее содержание газа выражают через толщину слоя газа, приведенного к нормальному давлению и температуре (сматм). В частности, таким образом обычно выражают общее содержание озона в атмосфере, используя единицу 10~3 сматм., называемую единицей Добсона.

Из многочисленных газов, составляющих атмосферу Земли, обычно выделяют основные (главные) газы, содержание которых отличается высоким постоянством. Остальные газы, суммарное содержание которых невелико, а концентрация каждого может сильно изменяться в пространстве и во времени, объединяют понятием малые газовые составляющие или просто — малые газы (МГ). Сухой воздух содержит такие основные газы, как азот — 78,084 % (по объему), кислород — 20,948 %, аргон — 0,934 %. Суммарное содержание МГ — 0,034 %. Особое место в атмосфере Земли, особенно в нижней тропосфере, занимает водяной пар, содержание которого над теплым океаном может достигать 2 %, а над холодными континентами снижаться до 0,02 %. В стратосфере содержание водяного пара более стабильно и близко к 3Ю4 %, или 3 млн1.

Для классификации малых газовых составляющих используются различные подходы. Один из них [28] основан на содержании МГ в атмосфере. Выделяют следующие группы: миллисоставляющие с отношением смеси порядка 1 тыс.1 = ЫО3, микросоставляющие с отношением смеси порядка 1 млн.1 = = МО6 и наносоставляющие с отношением смеси порядка 1 млрд.1 = 1 • Ю9. К миллисоставляющим относят водяной пар в тропосфере и диоксид углерода (углекислый газ); к микросоставляющим — водяной пар в стратосфере, озон, метан, закись азота, оксид углерода. К наносоставляющим относят оксид и диоксид азота, азотную кислоту и различные галогензамещенные углеводороды природного и антропогенного происхождения. Недостатком такой классификации является значительное изменение содержания некоторых составляющих с высотой. Так, водяной пар в тропосфере относится к миллисоставляющим, а в стратосфере — к микросоставляющим.

Другой подход к классификации МГС основан на их электронной структуре и заряде, определяющих химическую активность. В этом случае выделяют сравнительно малоактивные нейтральные молекулы со спаренными электронами (вода, диоксид углерода, азотная кислота, хлористый водород и др.); нейтральные высокоактивные свободные атомы и радикалы с неспаренными атомами на внешней оболочке (кислород, водород, гидроксил, оксид хлора и др.) и заряженные частицы — атомы, молекулы, радикалы и кластеры. Положительно заряженные ионы в атмосфере образуются из атомов и молекул под действием коротковолнового (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца или энергичных корпускулярных излучений. Отрицательные ионы образуются при прилипании свободных электронов к нейтральным атомам и молекулам. Положительные ионы в атмосфере, как правило, гидратируют, образуя кластеры — группы из заряженного центра и «шубы», состоящей из 2—20 молекул воды, а иногда и более. Ионы и их реакции друг с другом и с нейтральными молекулами в атмосфере Земли играют значимую роль на высоте 40—400 км. Эту область атмосферы обычно называют ионосферой.

Еще один подход к классификации МГ реализуется во многих фотохимических математических моделях. Это объединение МГ в семейства, называемые по ключевому элементу — кислород, азот, водород, хлор, и участвующие в соответствующих циклах разрушения озона (подробно см. в главе 3). Соединения, входящие в одно семейство, легко превращаются друг в друга. Обычно выделяют семейства кислорода (О, Оз), водорода (Н, ОН, НО2), азота (NO, N02, HN03), хлора (CI, СЮ, НС1). Недостатком такого подхода является невозможность включения многих составляющих в одно семейство. Так, например, нитрат хлора CIONO2 входит одновременно и в семейство азота, и в семейство хлора.

Проблема содержания соединений азота в атмосфере была давно связана с вопросом о круговороте азота в биосфере. Основатель агрохимии Ю. Либих (1803—1873 гг.) предложил такую гипотезу: растения заимствуют азот из имеющихся в атмосфере аммиака (NH3) и азотной кислоты (HN03). В 1893 г. С. И. Виноградский (1856—1953 гг.) открыл, что живущие на корнях бобовых растений особые «клубеньковые бактерии» переводят азот воздуха в связанное состояние, в котором он может усваиваться растениями. Тем же свойством, оказалось, обладают и некоторые сине-зеленые водоросли. Так выяснилось биологическое происхождение соединений азота атмосферы. Стало при этом ясно, почему они распределены столь неодинаково в различных областях земного шара — приморских и континентальных. Газообразная закись азота N20 была открыта в лаборатории Пристли в 1776 г., но ее присутствие в атмосфере долгое время не привлекало к себе внимания.

Изучение эволюции состава газов и аэрозолей атмосферы сделало значительные успехи в последние годы в связи с возросшей актуальностью этой проблемы и успехами техники измерений. Наиболее полный охват всей истории атмосферы Земли представлен в книге М. И. Будыко с коллегами.
Для понимания эволюции озона и фотохимии атмосферы важны и интересны сведения об ее составе, получаемые из анализа годовых слоев в ледовых кернах, извлекаемых из скважин, пробуренных в ледниковых щитах Антарктиды и Гренландии. Следует особо отметить работу, в которой приведены результаты совместных советско-французских исследований ледового керна, взятого из скважины, пробуренной на советской антарктической станции Восток. Здесь были получены сведения о содержании СН4, С02 и N20 за последние 150 тысяч лет, включающие не только последний ледниковый период в северном полушарии, но и так называемое микулинское межледниковье.

Появились сообщения об измерении отношения содержания стабильного «тяжелого» изотопа углерода 13С к основному изотопу составил 0,02 млн.1, т. е. вырос на 7 %. Примерно такой же прирост N20 ожидается к 2000 г. [29]. Рост отношения смеси метана начался в XVII—XVIII вв., когда оно составляло 0,6—0,8 млн.1, вместе с ростом населения Земли и к настоящему времени более чем удвоилось при современной скорости прироста в среднем на 1,0 % в год.

На рис. 1.6 видны почти синхронные изменения температуры и отношений смеси С02 и СН4 в ледниковые и межледниковые эпохи до и в максимум вюрмского похолодания. При оценке средней амплитуды изменений температуры в 10 К отношение смеси С02 изменяется примерно от 200 до 280 млн1, а СН4 от 0,3 до 0,7 млн1. Эти пределы, вероятно, ограничивают естественные изменения глобального содержания С02 и СН3 при очевидно существенных перестройках их атмосферных циклов в ледниковый период и в период межледниковья. Современное содержание этих и ряда других малых газов в атмосфере в результате антропогенной деятельности стало значительно выше максимального межледникового содержания: на 25 % выше для СОг и в 2,5 раза для СН4.

Содержание в атмосфере С02 и 02 в более древние геологические периоды оценивается по косвенным данным. Методы таких оценок и результаты, приведенные в для всего периода истории Земли, показывают, что концентрации С02 и 02 существенно (в несколько раз) изменялись даже за период фанерозоя (последние 570 млн. лет истории Земли). Хотя точность и надежность таких оценок значительно ниже результатов прямых измерений, косвенные оценки ныне широко используются в палеоклиматических реконструкциях.

Много информации об изменениях содержания малых газов в разных частях атмосферы начало поступать во второй половине XX в. Регулярные измерения содержания С02 в приземном воздухе и во всем столбе атмосферы начались в конце 50х годов, а систематические измерения концентрации большинства важных газов — метана, оксидов азота и оксида углерода — с начала 70х годов.

Fatal error: Call to a member function return_links() on a non-object in /home/httpd/vhosts/lbt.su/httpdocs/index.php(386) : eval()'d code on line 214