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 хлора

Изучению фотохимических процессов в стратосфере с участием хлора уделяется большое внимание. С одной стороны, содержащиеся в стратосфере соединения хлора природного происхождения являются значимым (5—15%) стоком стратосферного озона. С другой изменение содержания хлора — наиболее вероятный канал антропогенного влияния на стратосферный озон вследствие загрязнения атмосферы хлорфторуглеродами.

Хлор и другие галогены (фтор, бром) поступают в стратосферу в основном в виде галогенорганических соединений. Хлористый водород и другие неорганические соединения хлора, присутствующие в заметном количестве в тропосфере, почти полностью вымываются облаками и осадками и в стратосферу попадают в незначимом количестве. Лишь во время крупных вулканических извержений в стратосферу может поступать значительное количество хлористого водорода, содержащегося в вулканических газах. Так, во время извержения вулкана Агунг в марте 1963 г. в стратосферу, согласно оценкам, попало около 1,2 Мт хлористого водорода. Основным природным источником хлора в стратосфере является хлористый метил (СН3С1), образующийся при разложении или сгорании биологических продуктов, преимущественно морского происхождения.

Начиная с 30х годов нынешнего столетия в стратосферу в быстрорастущем количестве начали поступать галогенорганические соединения антропогенного происхождения, в первую очередь хлорфторуглероды, основные характеристики которых будут рассмотрены в главах 5 и 6. Общая концентрация хлора в стратосфере, выражаемая как сумма концентраций всех содержащих хлор соединений (СЮ*), определялась путем улавливания активированным углем с последующим нейтронноактивационным анализом. При этом на высоте около 20 км получено отношение смеси (2,7 — 3,2) • Ю9. Полученные результаты хорошо совпадают с оценкой по суммарному содержанию хлорорганических соединений — источников хлора в тропосфере, которые составляют (2,4 — 2,8) • 10~9.

Основную роль в химии стратосферы играют пять соединений семейства СЮ*: активные радикалы С1 и СЮ, кратковременные резервуары хлора C10N02 и НОС1 и долговременный резервуар и сток НС1. Активные соединения хлора разрушают озон в быстрых циклах с участием С1 и СЮ в верхней стратосфере и хлорно азотном цикле в нижней стратосфере.

Время фотохимической релаксации СЮ в стратосфере в дневное время изменяется от нескольких минут на высоте 20 км до десяти секунд на высоте 50 км. Это приводит к тому, что в стратосфере на всех высотах С1 и СЮ находятся в фотохимическом равновесии, которое сильно сдвинуто в сторону СЮ. Концентрация СЮ больше концентрации С1 на высоте 25 км в 1000 раз, а на высоте 40 км — в 50 раз.

Суточное поведение СЮ и С1 характеризуется быстрым ростом рано утром, протяженным максимумом в течение дня и быстрым падением после захода Солнца.
Содержание СЮ и его вертикальное распределение в стратосфере определялись с использованием наземных, аэростатных и спутниковых приборов. Отношение смеси СЮ на высоте 25 км колеблется от 1 Ю11 до 5 Ю11 и, увеличиваясь с высотой, достигает на высоте 40 км 510~10—1 • Ю9. Подавляющее большинство результатов измерений укладывается в эти пределы. Нитрат хлора (CIONO2) является основным временным резервуаром хлора в средней стратосфере (25—35 км). Нитрат хлора выполняет несколько важных функций в химии стратосферы, в частности он осуществляет тесную связь между азотным и хлорным циклами. Поэтому измерения содержания C10N02 в стратосфере важны не только для лучшего понимания химии стратосферы, но и для оценки влияния роста содержания хлора в стратосфере на озон.

Впервые нитрат хлора был обнаружен в стратосфере по поглощению в полосе 1292 см1 [167]. Однако в этой области много мешающих линий других малых газов, содержащихся в стратосфере, что сильно затрудняет обнаружение C10N02 и измерение его содержания. Позже [188] были проведены аэростатные измерения по более длинноволновой (780 см1) линии Qветви. Эти данные, хотя они несколько искажены слабым поглощением СО2 и Оз, более пригодны для определения содержания нитрата хлора, однако для выделения чистого поглощения СЮМ02 необходимы дополнительные лабораторные измерения частот и силы мешающих линий. Полученные данные о содержании нитрата хлора, хотя и имеют значительную неопределенность, не противоречат результатам модельных расчетов.

Особенностью нитрата хлора является малое сечение поглощения в области 300—500 нм, и поэтому он сравнительно медленно разлагается в результате фото-диссоциации в нижней стратосфере. Время жизни CIONO2 в стратосфере, определяемое скоростью его фото-диссоциации, изменяется от 10 ч на высоте 20 км до нескольких минут на высоте 50 км. Концентрация нитрата хлора в течение суток изменяется противоположно изменению концентрации СЮ: его концентрация имеет краткий пик перед восходом Солнца в результате его ночного накопления и достигает минимума около полудня, когда разложение C10N02 путем фото-диссоциации наиболее эффективно.

Ниже 35 км нитрат хлора является основным источником СЮ ранним утром и основным стоком СЮ ночью, однако роль C10N02 в регулировании концентрации СЮ снижается с увеличением высоты и выше 35 км основным кратковременным резервуаром нечетного хлора становится хлорноватистая кислота НОС1. Суточные изменения ее концентрации сильно различаются на разных высотах. Ниже 35 км концентрация имеет максимум около полудня, а в верхней стратосфере концентрация НОС1 максимальна ночью. Присутствие большого количества НОС1 в верхней стратосфере ночью связано с ее непрерывным образованием в течение нескольких часов после захода Солнца Н02 + СЮ НОС1 + 02.

Однако этот ночной источник хлорноватистой кислоты пренебрежимо мал на малых высотах, ниже 35 км, вследствие быстрого исчезновения СЮ и Н02 сразу после захода Солнца. Интересно отметить, что сумма концентраций СЮ и НОС1 на уровне 44 км остается почти постоянной в течение всего суточного цикла. Таким образом, НОС1 является на этих высотах основным стоком СЮ ночью и его источником днем. Хотя измеренный экспериментально суточный ход общего содержания оксида хлора в стратосфере соответствует расчетному, нарастание содержания СЮ в утренние часы происходит медленнее, чем в модельных расчетах.

Долговременным резервуаром нечетного хлора в стратосфере на всех высотах является хлористый водород (НС1). Превращение активных радикалов хлора в инертный хлористый водород происходит в результате реакций с пергидроксилом и метаном (Р73) и (Р71). Ниже 45 км НС1 образуется в основном в результате реакции с метаном, а реакция (Р73) дает незначительный вклад. Образование активных атомов хлора из хлористого водорода происходит при реакциях НС1 с гидроксилом и атомами кислорода (Р78) и (Р83). Время фотохимической релаксации хлористого водорода в реакции с атомами кислорода (Р83) в стратосфере на 3—5 порядков больше времени релаксации при реакции с гидроксилом. Поэтому определяющей в стратосфере является реакция хлористого водорода с гидроксилом (Р78). Время фотохимической релаксации хлористого водорода уменьшается с высотой, и, хотя оно остается сравнительно большим (около 1 сут на высоте 40 км), НС1 начинает играть значимую роль в суточных вариациях СЮ в верхней стратосфере. Выше 45 км концентрация НС1 достаточно велика, чтобы даже при сравнительно малом превращении обеспечивать пик концентрации СЮ в конце дня перед наступлением сумерек.

Поскольку хлор поступает в стратосферу преимущественно в виде довольно стойких хлорорганических соединений, которые затем разлагаются в результате фото-диссоциации или взаимодействия с гидроксилом, отношение смеси НС1 увеличивается с высотой. Приведенный на рис. 3.10 вертикальный профиль отношения смеси НС1 получен в результате измерений во время аэростатного комплексного эксперимента BIC2 (Balloon Intercompa rison Campaigns) в июне 1983 г. на 32° с. ш. Погрешность измерения отношения смеси НС1 в этом эксперименте не превышала ±15%.

Самолетные измерения общего содержания хлористого водорода в стратосфере показали, что оно испытывает короткопериод ные колебания (от дня ко дню), превышающие погрешность измерений. Удовлетворительного объяснения таких вариаций пока не предложено.

Долгопериодных трендов содержания хлористого водорода в стратосфере пока выявить не удалось. В длительных рядах наземных наблюдений общего содержания хлористого водорода в атмосфере, накопленных в некоторых обсерваториях, практически невозможно разделить вклад тропосферного и стратосферного НС1. Выявлению долгопериодного тренда содержания хлористого водорода в стратосфере существенно мешают извержения вулканов, во время которых в стратосферу может попадать значительное количество НС1. Так, по оценкам, в результате извержений вулкана ЭльЧичон в 1982 г. в стратосферу было выброшено до 40 тыс. т хлористого водорода, что сравнимо с количеством хлора, поступающим в стратосферу с антропогенными хлорфторуглеродами в течение года. Содержание НС1 в тропической зоне после извержения вулкана ЭльЧичон увеличилось примерно на 40 %.

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