大氣化學(xué)主要內(nèi)容

大氣化學(xué)主要研究對(duì)流層和平流層大氣中主要成分和微量成分的組成、含量、起源和演化等問題。

大氣的化學(xué)組成:主要包括對(duì)流層和平流層大氣中主要成分和微量成分的組成、含量、起源和演化等問題(見地球大氣演化)。

主要包括碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、碳?xì)浠锖蜌馊苣z的源、匯和循環(huán)，污染物之間的化學(xué)反應(yīng)和對(duì)流層空氣污染形成的化學(xué)機(jī)制。對(duì)空氣污染的化學(xué)過程，主要集中研究了兩種類型的機(jī)制:

① 二氧化硫的氧化。二氧化硫是由煤炭、石油等礦物燃料燃燒產(chǎn)生的主要污染物，其中一部分在大氣中被氧化成硫酸或硫酸鹽氣溶膠。由于其比重大，沉降而接近地面，特別是匯聚于谷地或盆地，形成酸霧而造成污染;或者被降水帶下而形成酸雨。硫酸的為害，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二氧化硫，所以人們對(duì)二氧化硫氧化的機(jī)制，進(jìn)行了許多研究。從很多結(jié)果看來，在非污染空氣中，二氧化硫的含量極微，它分別同氫氧自由基(HO·)、氫過氧自由基(H(O2·)和云、霧水滴反應(yīng);在污染空氣中二氧化硫的含量較高，它與氫過氧自由基的反應(yīng)是重要的。并且，在污染空氣中還存在著過渡金屬(如錳)的多相催化反應(yīng)。

② 臭氧的形成化學(xué)。隨著機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)展，光化學(xué)煙霧污染問題日益突出。它是由氮氧化物和碳?xì)浠镌谧贤廨椛渥饔孟掳l(fā)生光解反應(yīng)和一系列氧化反應(yīng)生成臭氧和其他氧化物 (如過氧乙酰硝酸酯PAN和醛類等)而造成的。通過室內(nèi)外煙霧箱模擬反應(yīng)及計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜反應(yīng)系列的計(jì)算結(jié)果看來，氧化反應(yīng)中起主要作用的也是氫氧自由基和氫過氧自由基。1979年研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有芳香胺污染物存在時(shí)，煙霧中能檢出致癌物亞硝胺。此外，對(duì)非污染地區(qū)臭氧形成問題的研究，發(fā)現(xiàn)一氧化碳的氧化也很重要。 20世紀(jì)70年代以來，已注意研究多種污染物之間的相互作用和共同效應(yīng)。

平流層化學(xué)的中心問題是臭氧的光化學(xué)反應(yīng)，在太陽紫外輻射照射下，平流層臭氧經(jīng)歷強(qiáng)烈的光化學(xué)過程。20世紀(jì)60年代以來，人類活動(dòng)對(duì)臭氧層的影響，引起了人們的密切關(guān)注。曾經(jīng)認(rèn)為超音速飛機(jī)的飛行將使氮氧化物排入平流層而破壞臭氧，這將造成在地球表面小于0.3微米波長的紫外輻射強(qiáng)度加大，引起皮膚癌的增加和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)降低。對(duì)含氟氯烴類化合物也有類似的擔(dān)憂，它們?cè)趯?duì)流層是化學(xué)穩(wěn)定的，但在平流層可以進(jìn)行光分解而破壞臭氧。這個(gè)問題還存在著看法上的分歧，尤其是對(duì)于氮氧化物的影響，還有待進(jìn)一步研究(見大氣臭氧層)。

主要包括氣溶膠的化學(xué)組成(硫酸鹽氣溶膠、硝酸鹽氣溶膠和有機(jī)物氣溶膠)，二次氣溶膠的形成機(jī)制，氣溶膠的長距離傳輸，以及多相反應(yīng)化學(xué)等。長期以來，人們對(duì)氣溶膠只著重于物理性質(zhì)的研究，從20世紀(jì)70年代以來，氣溶膠化學(xué)的研究逐漸引起注意。特別是多相反應(yīng)化學(xué)，已引起重視，它主要包括以下三方面:

① 氣體-微粒的相互作用。在正常條件下，氣溶膠微粒對(duì)氣體物質(zhì)的物理和化學(xué)的吸附作用，對(duì)于氣體濃度基本上沒有影響，但是表面層的吸附，對(duì)氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)以及作為水滴成核劑的性質(zhì)，卻有著顯著影響。

② 氣體-微粒的轉(zhuǎn)換。蒸汽經(jīng)過成核作用可以形成新的微粒，可以在已有的微粒表面凝聚，或和微粒反應(yīng)。對(duì)這些現(xiàn)象的定性觀察已有不少，但尚需進(jìn)行定量的研究。

③ 多相催化。在室溫和光照的條件下，一氧化氮可以被催化氧化為二氧化氮。有的研究提出了吸附在二氧化硅上的含氟氯烴類的光催化分解，可是這方面的工作仍未引起重視。

主要包括降水的化學(xué)組成，降水過程中的化學(xué)問題，以及當(dāng)前引起普遍重視的酸雨的形成和機(jī)制等。

對(duì)流層化學(xué)

對(duì)流層化學(xué)主要包括碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物 、碳?xì)浠锖蜌馊苣z的源、匯和循環(huán)，污染物之間的化學(xué)反應(yīng)和對(duì)流層空氣污染形成的化學(xué)機(jī)制。

平流層化學(xué)

平流層化學(xué)的中心問題是臭氧的光化學(xué)反應(yīng)，在太陽紫外輻射照射下平流層臭氧經(jīng)歷強(qiáng)烈的光化學(xué)過程。

氣溶膠化學(xué)

氣溶膠化學(xué)主要包括氣溶膠的化學(xué)組成(硫酸鹽氣溶膠、硝酸鹽氣溶膠和有機(jī)物氣溶膠)，二次氣溶膠的形成機(jī)制，氣溶膠的長距離傳輸，以及多相反應(yīng)化學(xué)等。長期以來，人們對(duì)氣溶膠只著重于物理性質(zhì)的研究，從20世紀(jì)70年代以來，氣溶膠化學(xué)的研究逐漸引起注意，特別是多相反應(yīng)化學(xué)，已引起廣泛重視。

大氣放射性物質(zhì)的化學(xué)

主要包括大氣中存在的放射性元素的輻射性質(zhì)、來源、循環(huán)及其對(duì)平流層的影響。

無論從組成上或從遷移和轉(zhuǎn)化上看，大氣都是一 個(gè)復(fù)雜的體系，受很多因素的制約。大氣吸收太陽的紫外輻射和可見光波段的輻射與光化學(xué)有極其密切的關(guān)系;各種物質(zhì)輸入大氣中的情況，或者在大氣中的遷移、擴(kuò)散、混合和反應(yīng)，隨時(shí)隨地都在變化，所以大氣化學(xué)反應(yīng)的模式，必須與大氣端流擴(kuò)散聯(lián)系起來考慮;大氣的成分不但有氣體，而且有懸浮著的固體和液體粒子(氣溶膠)，它們有的是天然存在的，有的是人類活動(dòng)輸入的或者是大氣化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。氣溶膠在大氣的化學(xué)過程中起著重要的作用，所以除了研究大氣的均相反應(yīng)外，還要研究大氣的多相反應(yīng)和表面效應(yīng);大氣中許多成分以痕量存在，必須采用痕量的分析化學(xué)技術(shù)。

對(duì)大氣化學(xué)的研究始于19世紀(jì)下半葉，初 期只限于研究降水中的痕量物質(zhì)和氣溶膠，有一時(shí)期集中于研究臭氧和微量放射性物質(zhì)。在20世紀(jì)60年代以前，大氣化學(xué)并沒有引起人們的重視，多數(shù)研究偏重于大氣中天然微量成分的全球性平衡源、匯、循環(huán)和氣溶膠的物理性質(zhì)等。

20世紀(jì)60年代后，由于人類活動(dòng)對(duì)大氣產(chǎn)生的影響，出現(xiàn)了較嚴(yán)重的大氣污染大氣化學(xué)才引起廣泛的注意。并由于應(yīng)用了微量分析技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室模擬技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，使大氣化學(xué)的研究向定量化和模式化的方向發(fā)展。尤其是在大氣污染形成的機(jī)制、污染物對(duì)平流層臭氧濃度的影響等研究方面，取得了較大進(jìn)展。

但就學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程而言，大氣化學(xué)仍處于初始發(fā)展階段，許多事實(shí)和現(xiàn)象還不清楚，尤其是關(guān)于一些大氣微量成分的源、匯和時(shí)空分布，它們的遷移、輸送和全球循環(huán)等問題，都需要進(jìn)行觀測(cè)和研究。

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