Окисление аммиака и азота при разрядах молнии. Как природные, так и антропогенные выбросы содержат преимущественно NО

Одним из основных антропогенных источников является окисление азота воздуха, сопровождающее все процессы горения, в которых в качестве окислителя используется воздух. С повышением температуры увеличивается равновесное содержание NО в воздухе. Процессы сжигания ископаемого воздуха на тепловых электростанциях (ТЭС) и сжигания топлива в двигателях автомобилей являются основными источниками загрязнения атмосферы оксидами азота.

В тропосфере NО, взаимодействую с гидроксильным радикалом, переходит в оксид азота:

NO + HO₂• → NO₂ + •OH (37)

Другой возможный путь окисления оксида азота – взаимодействие с озоном:

NO + O₃ → NO₂ + O₂ (38)

Константы скоростей реакции (37) и (38) при 298 К равны соответственно 8,4·10^-12 и 1,8·10^-14 см³·с^-1.

Диоксид азота в тропосфере в присутствии излучения длинной волны λ<398 нм разлагается с образованием оксида азота и атомов кислорода:

NO₂ + hν → NO + O (³Р) (39)

Образующийся оксид азота вновь подвергается процессу окисления, а атомарный кислород приводит к появлению в тропосфере озона.

Важной частью атмосферного цикла соединений азота является образование азотной кислоты. Примерно 44% азотной кислоты в тропосфере образуется в результате взаимодействия:

NO₂ + •OH → HNO₃ (40)

Около 24% HNO₃ появляется в атмосфере в результате взаимодействия по уравнению (30). До 28% всей атмосферной HNO₃ образуется при взаимодействии NO₃▪ c органическими кислородсодержащими радикалами, например:

NO₃• + СН₃О• → HNO₃ + СН₂О (41)

Часть HNO₃ разлагается с образованием NO₂ или NO₃•, которые вновь включаются в атмосферный цикл соединений азота:

HNO₃ → •ОН + NО₂ (42)

NO₃• + •ОН → NO₃• + Н₂О (43)

Основное количество азотной кислоты выводится из тропосферы с атмосферными осадками в виде растворов HNO₃ и ее солей. Среди нитратов, присутствующих в атмосфере, главное количество приходится на NH₄NO₃, который образуется при взаимодействии аэрозолей азотной кислоты с NH₃.

Среднее содержание газообразного NH₃ в приземном слое воздуха составляет 0,3-9,1 мкг/м³ и резко падает с увеличением высоты. На высоте около 2 км содержание аммиака в атмосфере снижается более чем в 3 раза и далее в тропосфере практически не меняется. Характер изменения профиля концентраций аммиака по высоте и увеличение его концентрации в приземном слое с ростом температуры (в летнее время) свидетельствует о биологическом происхождении основного количества NH₃.

В тропосфере аммиачный азот представлен в основном содержащимися в аэрозолях ионами аммония. Общее содержание ионов аммония в пересчете на элементарный азот составляет примерно 2 млн.т, что примерно в 2 раза превышает общее содержание газообразного аммиака. Большая часть соединений аммония выводится из атмосферы с осадками и в результате процессов сухого осаждения. Часть аммиака вступает во взаимодействие со свободными радикалами, в основном с гидроксильным радикалом: