Роль атмосферных химических процессов в проблеме антропогенного воздействия на атмосферу

• Автор: Угаров, Антон Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

• Содержание:

ВВЕДЕНИЕ
Часть I. Роль атмосферных газофазных химических процессов в изменении климата Земли и тропосферного озона
Введение

§1.1. Фотохимическая модель средней атмосферы

§1.2. РОЛЬ тропосферных химических процессов в изменение климата в XXI ВЕКЕ

1.2.1. Тропосферная химия парниковых газов

1.2.2. Оценка изменения приземной температуры в XXI веке

ф 1,2.2.1 Метод расчёта приземной температуры

1.2.2.2 Результаты расчёта изменения приземной температуры в XXI веке

1.2.3. Вклад тропосферных химических процессов в изменение климата
§1.3. Изменение содержания озона в XXI веке
1.3.1. Влияние истощения озонового слоя на тропосферные компоненты
1.3.2. Влияние температуры на тропосферный озон
1.3.3. Изменение содержания озона в атмосфере в XXI столетии
Часть И. Роль жидкофазных химических реакций в образовании кислотных осадков
Введение
§ 11.1. Тропосферные облака
II. 1 Л. О физических свойствах тропосферных облаков
II. 1.2.0 рассеянии и поглощении УФ-В излучения облаками
• II. 1.3 О переносе вещества между газом и жидкостью в тропосферных облаках
§11.2 Модель химии тропосферных облаков
11.2.1 Боксовая модель фотохимических и химических процессов в облаках
П.2.2 Фотохимические процессы в облаках
П.2.3 Химические процессы в газовой фазе
П.2.4 Химические процессы в жидкости
Н.2.5 О константах скорости жидкофазных реакций
§ П.З Результаты расчётов и обсуждение
П.3.1 Фотохимические и химические газофазные реакции в отсутствии капельной влаги
Н.3.2 Влияние капельной влаги на химические превращения радикалов ОН' и Н
П.З.З Влияние капельной влаги на химические превращения Н202 и Б
Н.3.4 О катализе ионами железа атмосферного окисления Б
П.З.5 О влиянии размеров капель на динамику окисления Б02 в тропосферных облаках
П.3.5.1 Предварительные замечания
* П.З .5.2 Некаталитический процесс
П.3.5.3 Каталитический процесс
П.3.6 О сопоставлении натурных данных и результатов расчета
ВЫВОДЫ
Литература

Введение
Антропогенное влияние на окружающую среду в XX веке стало сравнимым с естественными факторами, определяющими состояние окружающей среды. Техническое развитие облегчило процесс производства, и улучшил жизнь людей. Но современный процесс производства сопряжен с выбросами в атмосферу огромного количества веществ, способных повлиять на её свойства. Эмиссия антропогенных газов в атмосферу (как, например, в случае углекислого газа) по-прежнему существенно меньше естественных потоков СОг, которыми атмосфера обменивается с земной биосферой или океаном. Однако темпы роста этой эмиссии существенно больше темпов роста естественных потоков СО2, в результате чего возникает заметная несбалансированная добавка к сбалансированному естественному уровню атмосферного СО2, которая вносит свой заметный антропогенный вклад в изменение парникового эффекта и приземной температуры. В другом случае (имея в виду фреоны), в атмосферу попадают соединения, которые естетственным путём не образуются. И хотя их эмиссия по всем меркам невелика, тем не менее природный цепной химический механизм разрушения озона атомами хлора усиливает эффект фреонов на многие порядки, в результате чего гибель озона из-за появления в атмосфере антропогенных фреонов становится сравнимой с естетственной скоростью его образования в атмосфере.
Приведенные примеры объясняют, почему к концу XX века проблема антропогенного воздействия на атмосферу приобрела такое важное значение. Но в действительности эта проблема имеет гораздо более длинную историю.
Одним из первых сигналов об опасности бесконтрольных выбросов в атмосферу была работа Роберта Ангуса Смита. В 1872 году он заинтересовался вопросом о возможных негативных последствиях связанных с выбросами горения в атмосферу, и опубликовал книгу - “Воздух и дождь:

начала химической климатологии” в которой обнародовал результаты своих
• тщательных наблюдений за дождевой водой в районах Манчестера и Лондона - индустриальных центров того времени. В этих наблюдениях было замечено установление высокого содержания серной кислоты в дождевой влаге. Для осмысления последствий от подобных дождей и их причин понадобилось около сотни лет исследований и наблюдений.
На основе проведенных в прошлом столетии наблюдений можно утверждать, что антропогенное воздействие привело к глобальному

изменению химического состава атмосферы. Так измерения концентрации углекислого газа в воздухе на обсерватории Маун - Лоа (о. Гаваи) показали рост его концентрации с 315 ppm в 1956 г до 360 ppm в 1997 г (Монин и Шишков 2000). Концентрация метана в 1998 г составляла 1750 ppb (Hoffman и др. 1998) тогда как в начале XX столетия по измерениям концентрации метана во льду Антарктиды (Etheridge и др. 1998) была равна 880-1100 ppb. По
л оценкам (Machida 1995) содержание N2O в атмосфере в 1900 году было
ppb, а измерения его концентрации в конце 90-х годов двадцатого столетия (Hoffman и др. 1998) показали, что его концентрация стала равной 315 ppb. Так же за двадцатое столетие человечество обогатило атмосферу новыми компонентами - хлорфторуглеводородами и хлоруглеводородами, концентрация которых к 2000 году достигла нескольких десятых ppb(Hoffman и др. 1998).
Хотя изменения в составе атмосферы замечены, но возможные

последствия и их масштабы, от этих изменений, до сих пор не достаточно изучены из-за сложности и взаимосвязанности процессов, происходящих в системе океан - атмосфера - суша.
Данная работа направлена на изучение кинетики химических процессов происходящих в атмосфере и оценке антропогенного воздействия на климат и химический состав атмосферы.

мало, форсинг линейно зависит от концентрации; для метана и закиси азота,
* которых заметно больше и поглощение которыми в центре полос близко к
насыщению, форсинг пропорционален корню квадратному из концентрации, а для углекислого газа, которого на два порядка больше, чем метана, и поглощение которым происходит только в крыльях линий, форсинг пропорционален логарифму концентрации (вернее - логарифму отношения концентраций). После решения этой задачи появляются аналитические выражения, связывающие форсинг (О,) с концентрациями парниковых газов

(Сі) (Vigley 1987). Для метана и закиси азота справедливо соотношение:
Qi~(л/Q-л/СоД > (1.2.6)
где Сі - текущая, а Соі— начальная концентрация і-ой компоненты.
Для углекислого газа -
Для радиационного форсинга озона и остальных газов справедливо выражение
СНС*-С0;). (1.2.8)
Коэффициенты пропорциональности для расчета радиационного форсинга по соотношениям (1.2.6) -(1.2.8) приведены в Табл. 1.2.3.
Таблица. 1.2.3. (Houghton и др. 1996) Коэффициенты пропорциональности для расчета радиационного форсинга по соотношениям (1.2.6)-(1.2.8)
Газ Единица изм. Значение Газ Единица изм. Значение
CFC-11 Вт 0,22 HCFC-22 Вт 0.
м2 млрд'1 м2 млрд'
CFC-12 Вт 0,28 HCFC-123 Вт 0.
м2млрд"‘ м2млрд"‘
CFC-113 Вт 0,28 HCFC-124 Вт 0.
м2 млрд'1 м2млрд'‘
CFC-114 Вт 0,32 HCFC-141b Вт 0.
м2 млрд'1 м2 млрд'