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

Фотохимия нечетного азота

Основным источником нечетного азота в стратосфере является реакция окисления закиси азота возбужденными атомами кислорода N20 + О ('D) NO + NO.
Глобально осредненная скорость образования нечетного азота составляет (1 — 2) 108 молекул на 1 см2 в 1 с. Скорость образования NOx в тропиках максимальна на высоте 28—30 км, где наиболее быстро происходит фотодиссоциация озона с образованием возбужденного кислорода.

Среднее объемное отношение смеси закиси азота в тропосфере северного полушария в 1980 г. составило 302 млрд1, а в тропосфере южного — 301 млрд1. Высокоточные измерения за период 1978—1981 гг. показали, что происходит небольшое повышение ее концентрации в тропосфере, примерно на 0,2—0,3 % в год.

Закись азота, как и другие соединения источники, поступает в стратосферу из тропосферы главным образом через внутритропическую зону конвергенции. Это определяет распределение N20 В стратосфере. Поскольку закись азота играет важную роль в фотохимии стратосферы, много внимания уделяется изучению ее распределения в стратосфере. Наиболее полные данные о распределении N20 и его сезонном изменении получены с помощью прибора SAMS на спутнике «Нимбус7». На рис. 3.5 показано среднемесячное зонально осредненное распределение закиси азота для января 1980 г.

Дополнительным источником нечетного азота в стратосфере является поток NOx из вышележащих слоев атмосферы. В термосфере на высоте примерно 100 км образуется большое количество нечетного азота вследствие ионмолекулярных реакций и фото-диссоциации молекулярного азота под влиянием жесткого УФ излучения с длиной волны менее 127 нм. В мезосфере происходит фо толитическое и каталитическое разложение оксида азота. Эти процессы приводят к тому, что в термосфере формируется максимум концентрации NOx, а в мезосфере — минимум. Однако для разрушения NO в мезосфере необходим солнечный свет, и зимой в высоких широтах мезосферный минимум отсутствует. Зимой в высоких широтах упорядоченные нисходящие потоки термосферного NO в верхнюю стратосферу могут быть значимыми. Следует обратить внимание на возможность использования N0X в качестве трассера для изучения процессов переноса в зимней полярной атмосфере.

Оксид и диоксид азота находятся в фотохимическом равновесии:

Равновесие устанавливается быстро — днем за десятки секунд, ночью за несколько минут. Равновесное отношение концентраций оксида и диоксида азота определяется известной зависимостью и зависит от широты, высоты и времени суток. В нижней стратосфере днем равновесие сдвинуто в сторону оксида азота, а после захода Солнца концентрация оксида азота быстро уменьшается вследствие прекращения фото-диссоциации диоксида азота. Максимум распределения NO2 в тропиках вблизи 40 км соответствует области максимальной скорости образования нечетного азота.

В отличие от оксида азота, непосредственные измерения концентрации которой достаточно сложны и на спутниках не налажены, накоплено большое количество данных, в том числе спутниковых, о содержании и изменчивости диоксида азота. По мере накопления экспериментальных данных о содержании диоксида азота в атмосфере стали выявляться особенности его поведения, трудно объяснимые существующими моделями. Наиболее примечательным явился обнаруженный Ноксоном [173] скачок общего содержания диоксида азота. При этом общее содержание зимой на 40—50° с. ш. может изменяться в два раза и более на расстоянии нескольких градусов широты. Другой особенностью является систематическое различие утренней и вечерней концентрации на всех высотах: концентрация NO2 при заходе Солнца почти в два раза выше, чем при восходе. Эти особенности современной теорией объясняются образованием и разрушением двух оксидов азота — N03 и N2O5. Ночью происходит образование N2O5.

Фотодиссодиация N02 и N03 происходит очень быстро (т = 1— 2 мин), а характерное время фото-диссоциации N2O5 на уровне 20 км составляет 7 ч и, уменьшаясь с высотой, на уровне 50 км становится равным 30 мин. Поэтому фотодиссоциация N2O5 и постепенный рост концентрации N02 происходит в течение всей светлой части суток.

В высоких широтах зимой значительная часть нечетного азота превращается в резервуарное соединение N2O5, что приводит к хорошо заметному уменьшению концентрации N02. Широтные и долготные «скачки» содержания диоксида азота зимой объясняются взаимным влиянием динамики и фотохимии: при выносах полярных воздушных масс в более низкие широты фотолиз N2O5 происходит достаточно медленно и низкое содержание N02 в этих массах сохраняется в течение нескольких дней.

Концентрация диоксида азота в течение дня не остается постоянной вследствие продолжающейся фото-диссоциации N2O5. Расчетное отношение концентраций оксида и диоксида азота при заходе Солнца и в полдень в слое 20—35 км равно 1,5—2, а выше быстро возрастает до 12—15 на высоте 45 км. Наличие значительного изменения концентрации N02 в течение светлого времени суток затрудняет изучение ее пространственно-временной изменчивости.

Южнее 30° с. ш. содержание N02 почти не имеет сезонного хода, а севернее сезонный ход четко выражен: минимум зимой и максимум летом. На 40° с. ш. отношение содержания в максимуме и в минимуме составляет 2,5, а к 65° с. ш. это отношение увеличивается до 5. Азотный ангидрид (N2O5) является важным временным резервуаром NO*, поэтому изучению стратосферной химии N205 уделяется много внимания. Основным стоком N2O5 в стратосфере является фотодиссоциация, однако в зимней полярной стратосфере некоторую роль может играть термическая диссоциация N2Os + М N02 + N03 + М.

Скорость этой реакции, обратной реакции (Р130), в результате которой происходит образование N2O5, сильно зависит от температуры. Относительная скорость термической диссоциации возрастает в 106 раз при росте Т от 200 до 270 К.

При обычных условиях характерное время термического разложения N2O5 в стратосфере составляет полгода на высоте 15 км, уменьшается до 1 мес на высоте 35 ,км и до 1 сут на высоте 40 км. Учитывая, что основная часть N2O5 находится ниже 35 км, термическая диссоциация не будет заметно влиять на его содержание. Положение меняется коренным образом во время стратосферных потеплений, когда вследствие повышения температуры разложение N2O5 резко ускоряется.
Реакции термической диссоциации N2O5 и NO3 приводят к тому, что в зимней полярной атмосфере даже в отсутствие солнечного излучения, хотя и медленно, протекают химические реакции, изменяющие концентрацию ряда газовых составляющих стратосферы.

Основным стоком N2O5 в стратосфере является фотодиссоциация (Р8). В видимом и ближнем ультрафиолетовом участках спектра при фото-диссоциации N2O5 образуются N02 и NO3, а при действии ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 300 нм фото-диссоциации протекает по схеме N205 + Av N03 + NO + О (3Р).

Квантовый выход атомарного кислорода увеличивается с 0,15 при 289 нм до 0,7 при 248 нм. Квантовый выход N03 при этом не изменяется и остается равным единице. Азотная кислота (HNO3) является основным долговременным резервуаром для оксидов азота в стратосфере. Она образуется главным образом при взаимодействии диоксида азота с гидроксилом N02 + ОН + М HNO3 + М.

При фото-диссоциации азотной кислоты вновь образуются диоксид азота и гидроксил: HN03 + HV N02 + ОН.
Таким образом, азотная кислота в стратосфере является резервуарным соединением не только для нечетного азота, но и для нечетного водорода. В нижней стратосфере, где скорость фото-диссоциации азотной кислоты мала, заметный вклад в ее разложение дает реакция ОН + HNO3 Н20 + NO3.

Особенностью этой реакции является ее зависимость от давления и отрицательная энергия активации, что приводит к увеличению скорости реакции при понижении температуры.

Время фотохимической релаксации азотной кислоты изменяется от нескольких недель в нижней стратосфере высоких широт до нескольких часов в верхней стратосфере в тропиках. Время фотохимической релаксации HN03 в нижней стратосфере средних и высоких широт сравнимо с характерным временем меридионального переноса, которое в нижней стратосфере составляет несколько месяцев. Поэтому наблюдаемое распределение HNO3 в нижней стратосфере определяется как фотохимическими, так и динамическими процессами. На рис. 3.7 представлено среднемесячное зонально-осредненное распределение HN03 в стратосфере для ноября по данным прибора LIMS на спутнике «Нимбус7». Минимальное содержание HN03 в тропической стратосфере обусловлено сильной фото-диссоциацией при высоком Солнце и более высоким содержанием гидроксила по сравнению со стратосферой высоких широт.

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