2. Основные понятия
Атмосфера - газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРЫ
Газ |
Объемное содержание, % |
|
Водород H2 |
~ 2·10-5 |
|
Кислород O2 |
21 |
|
Озон O3 |
~ 10-5 |
|
Азот N2 |
78 |
|
Углекислый газ CO2 |
3·10-5 |
|
Водяной пар H2O |
~ 0,1 |
|
Угарный газ CO |
1,2·10-4 |
|
Метан CH4 |
1,6·10-4 |
|
Аммиак NH3 |
~ 10-5 |
|
Двуокись серы SO2 |
~ 5·10-9 |
|
Гелий He |
5·10-4 |
|
Неон Ne |
1,8·10-3 |
|
Аргон Ar |
0,9 |
|
Криптон Kr |
1,1·10-4 |
|
Ксенон Xe |
8,7·10-6 |
|
Средняя молекулярная масса 28,8 |
Верхние слои атмосферы - это слои атмосферы от 50 км и выше, свободные от возмущений, вызванных погодой. На этой высоте воздух разрежен. На поведение верхних слоев атмосферы сильно влияют такие внеземные явления, как солнечная и космическая радиация, под действием которых молекулы атмосферного газа ионизируются и образуют ионосферу. Верхние слои атмосферы включают в себя мезосферу, термосферу и ионосферу.
Мезосфера - слой атмосферы на высотах от 40 до 90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; максимум температуры (порядка +50°C) расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать до ?70° или ?80°C. Такое повышение температуры связано с энергичным поглощением солнечной радиации (излучения) озоном.
В целом, на всем протяжении мезосферы температура атмосферы уменьшается до минимального ее значения около 180 К на верхней границе мезосферы (называемой мезопауза, высота около 80 км). В окрестности мезопаузы, на высотах 70-90 км, может возникать очень тонкий слой ледяных кристаллов и частиц вулканической и метеоритной пыли, наблюдаемый в виде красивого зрелища серебристых облаков вскоре после захода Солнца.
Термосфера - слой атмосферы, следующий за мезосферой, начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150-300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. Полярные сияния и множество орбит искусственных спутников, а так же серебристые облака - все эти явления происходят в мезосфере и термосфере.
Ионосфера - верхние слои атмосферы, начиная от 50-80 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца. Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно растет с удалением от Земли. На различных высотах в атмосфере происходят последовательно процессы диссоциации различных молекул и последующая ионизация различных атомов и ионов. В основном это молекулы кислорода О2, азота N2 и их атомы. В зависимости от интенсивности этих процессов различные слои атмосферы, лежащие выше 60 километров, называются ионосферными слоями, а их совокупность ионосферой. Нижний слой, ионизация которого несущественна, называют нейтросферой. Максимальная концентрация заряженных частиц в ионосфере достигается на высотах 300-400 км.
Фотохимия - это раздел химии, в котором изучаются фотохимические превращения, т.е. реакции, протекающие под воздействием светового излучения. Как самостоятельная область науки фотохимия оформилась в 1-й трети XX в. Первые фотохимические закономерности были установлены в XIX в. Основным закон фотохимии стал закон квантовой эквивалентности, который сформулировал А.Эйнштейн в 1912 г. Он гласит: каждый поглощенный фотон в первичном акте способен активировать только одну молекулу. Ещё одним важнейшим законом фотохимии является закон Гротгуса - Дрепера (1818-1843 гг.), который заключается в том, что фотохимические изменения происходят только под действием света, поглощаемого системой.
Важнейшим параметром фотохимической реакции является квантовый выход г, который определяется отношением числа фотохимических превращений к числу поглощённых квантов:
г = число фотохимических превращений/число поглощённых квантов
В зависимости от типа фотохимической реакции квантовый выход может меняться в широких пределах. Это связано с возможностью потери поглощенной энергии до фотопревращения. Если время существования фотовозбужденной молекулы и скорость фотодиссоциации совпадают, то г ~ 1. При г >> 1 фотореакция идет по цепному механизму.
Типы фотохимических реакций:
1. Фотодиссоциация (фотолиз) приводит к разложению исходного вещества, поглотившего световую энергию. Например: разложение галогенидов серебра (основа серебряной фотографии), фотолиз паров ацетона CH3(CO)CH3 > CO + другие продукты.
2. Фотосинтез приводит к образованию более сложных соединений. Примерами реакций фотосинтеза служат:
* фотосинтез озона в верхних слоях атмосферы, создающий защитный озоновый слой: фотодиссоциация: O2O+O; фотосинтез: O2+OO3
* фотосинтез органических соединений из углекислого газа, воды, минеральных веществ зелеными растениями. В частности, синтез глюкозы может быть описан уравнением:
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2,
который идет только под действием световой энергии и в присутствии хлорофилла.
- 2.4 Фотохимические реакции в нижних слоях атмосферы
- Химические процессы в верхних слоях атмосферы
- 4. Фотохимические процессы в ионосфере
- § 4.2. Химические процессы в верхних слоях атмосферы
- 1.5.5.Фотохимический смог в городской атмосфере
- Модуль № 1. Физико-химические процессы в атмосфере
- 2.6 Фотохимические реакции в верхних слоях атмосферы
- Природные фотохимические процессы.
- 7. Фотохимические процессы в атмосфере