Микрокомпонентные примеси в атмосфере

Многие микрокомпонентные примеси в атмосфере имеют постоянные концентрации, тo есть существует баланс между поступлением и выходом вещества в атмосферу

F_вх ⁼ F_вых = А/t,

где F_вх и F_вых - это потоки в атмосферу и из нее; А- общее количество вещества в атмосфере, t - его время пребывания в атмосфере.

Время пребывания — величина, описывающая системы в состоянии. Это очень важное понятие, играющее центральную роль в химии окружающей среды. Вещества с большим временем пребывания могут накапливаться в относительно высоких концентрациях по сравнению с теми, время пребывания которых меньше. Однако даже если вещества с коротким временем пребывания быстро удаляются, их высокая реакционная способность может привести к накоплений продуктов реакции, которые вызывают осложнения.

Если у вещества большое время пребывания, у него будет доста­точно времени, чтобы хорошо перемешаться в атмосфере, и таким обра­зом можно ожидать высокое постоянство его концентраций по всему зем­ному шару. Если же у вещества малое время пребывания, высока вероят­ность его локальных обнаружений.

Газы с коротким временем пребывания в атмосфере легко удаляются в процессе поглощения растениями, твердыми веществами или водой. Однако наиболее частой причиной короткого времени пребывания газа в атмосфере служит протекание химических реакций.

Большинство микрокомпонентных газов атмосферы не очень активно вступает в реакции с основными компонентами воздуха. Наиболее реакционно-способной единицей в атмосфере является фрагмент молекулы воды, радикал гидроксила (ОН*). Этот радикал образуется в результате фотохимически инициируемой последова­тельности реакций, которая запускается фотоном света, hv:

 

О_3(г) + hν → О_2(г) + О_(г) (1.2)

О_(г) + Н₂О(г) → 2ОН_(г) (1.3)

 

Радикал ОН* может вступать в реакции со многими соедине­ниями атмосферы, поэтому у него короткое время пребывания и ско­рости реакций его больше,чем у такого распространенного газа, как О₂. Реакция между диоксидом азота (NO₂) и радикалом ОН* приво­дит к образованию НNО₃, важной составляющей кислотных дождей:

 

NO_2(г) +ОН_(г) → НNО_3(г)

 

Газы, у которых низкие скорости реакций с радикалом ОН*, имеют большое время пребывания в атмосфере. В табл. 2 показано, что COS, N₂0 и даже СН₄ имеют большое время пребывания. ХФУ (хлорфторуглеводороды: охлаждающие вещества и распыляющие вещества аэрозолей) также ограниченно вступают в реакции с ОН*. Подобные газы накапливаются в тропосфере и со временем просачи­ваются в стратосферу. Там доминируют совершенно другие химиче­ские процессы, в которых преобладает не ОН*, а атомарный кисло­род (т. е. О). Газы, реагирующие с атомарным кислородом страто­сферы, могут препятствовать образованию Оз по реакции

 

О_2(г) + О_(г) → О_3(г) (1.5)

 

и отвечать за истощение озонового слоя стратосферы.