ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРЕ
Состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности Земли, ее озоновый слой защищает живые организмы от жесткого УФ-излучения. Распределение тепла и влаги в атмосфере – основная причина существования природных зон на Земле, определяющих особенности гидрологического режима, состояние почвенно-растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.
Атмосфера обладает следующими специфическими особенностями:
– вещество в атмосфере перемешивается очень быстро (для полного перемешивания нужно 2-3 месяца);
– атмосфера прозрачна для электромагнитных излучений, поэтому многие протекающие в ней реакции – результат его воздействия;
– в верхних слоях атмосферы могут существовать нестабильные частицы, поскольку атмосфера находится в разреженном состоянии;
– негазообразные продукты реакций быстро выводятся из атмосферы.
Общая масса газовой оболочки нашей планеты – атмосферы – составляет 5,14*1015т. Это примерно одна миллионная часть массы Земли. Состав атмосферы претерпевал серьезнейшие изменения в различные геологические эпохи. В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого в результате действия живых организмов, геохимических явлений и хозяйственной деятельности человека.
Главными компонентами атмосферы (табл.7) являются азот, кислород и аргон: на их долю в приземном слое приходится соответственно 78, 21 и 0,9% (об.). На долю всех остальных компонентов приходится менее 0,1% (об.), но их роль в общей динамике состояния атмосферы чрезвычайно велика. Объемные концентрации постоянно содержащихся в атмосфере (так называемых «квазипостоянных») компонентов (N2, O2, Ar, He, Xe, Kr, H2) остаются практически неизменными вплоть до высоты 100 км. Содержание других («активных») газов и аэрозолей существенно меняется в зависимости от сезона, географического положения и высоты над уровнем моря. Антропогенное влияние на состав атмосферы ограничено, в основном, изменениями концентрации «активных» газов и аэрозолей.
Таблица 7 – Состав атмосферы вблизи земной поверхности
Квазипостоянные компоненты | «Активные» компоненты | ||
компонент | концентрация,%(об.) | компонент | концентрация,%(об.) |
N2 | 78,11±0,004 | H2O | 0-7 |
O2 | 20,95±0,001 | CO2 | 0,01-0,1 (в сред. 0,035) |
Ar | 0,934±0,001 | ||
Ne | (18,18±0,04)·10-4 | O3 | 0-10-4 (в сред. 3·10-5) |
He | (5,24±0,04)·10-4 | ||
Kr | (1,14±0,1)·10-4 | SO2 | 0-10-4 |
Xe | (0,087±0,01)·10-4 | CH4 | 1,6·10-4 |
H2 | 0,5·10-4 | NO2 | 2·10-6 |
Одним из важных показателей, характеризующих поведение примесей в атмосфере, является время их пребывания в рассматриваемом объеме атмосферы. В случае динамического равновесия – равенства скоростей поступления примеси из всех возможных источников и суммарного стока примеси из резервуара – время пребывания примеси и ее общая масса в резервуаре связаны уравнением:
Qисточник = Qсток = A / τ, где (1)
Qисточник и Qсток – скорости поступления и стока веществ соответственно для произвольного резервуара, атмосферы в целом или ее части;
А – общая масса примеси, содержащейся в произвольном резервуаре, атмосфере в целом или в ее части;
τ – время пребывания примеси в произвольном резервуаре, атмосфере в целом или в ее части.