大氣環(huán)境化學(xué)大氣的組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

大氣環(huán)境化學(xué)大氣的組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、污染物在大氣中的轉(zhuǎn)化1）光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)2）自由基反應(yīng)和來源3）

氮氧化物和碳?xì)浠衔?、硫氧化合物的轉(zhuǎn)化2、幾種代表性的大氣環(huán)境污染問題1）酸雨，光化學(xué)煙霧，硫酸煙霧型污染2）溫室效應(yīng)3）臭氧層破壞3、大氣顆粒物1）粒徑分布2）三模態(tài)3）化學(xué)組成重點(diǎn)內(nèi)容:第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日第一節(jié)大氣結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)一、大氣垂直分層二、大氣的組成三、大氣中主要污染物第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日按化學(xué)結(jié)構(gòu)組成：同質(zhì)層和異質(zhì)層一、大氣垂直分層

大氣大氣的溫度層結(jié)密度層結(jié)運(yùn)動規(guī)律

對流層平流層中間層熱層散逸層

依據(jù)劃分為通常把靜態(tài)大氣的溫度和密度在垂直方向上的分布，稱為大氣溫度層結(jié)和大氣密度層結(jié)。

第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日平均厚度12km,赤道19km，兩極8-9km，云雨主要發(fā)生層，夏季厚，冬季薄。特點(diǎn):1、氣溫隨高度升高而降低；2、空氣密度大；3、有三小層、天氣復(fù)雜多變；4、對流運(yùn)動強(qiáng)烈。（一）對流層垂直遞減率（Γ）：垂直升高100m，氣溫的變化值當(dāng)Γ＝0時，稱為等溫氣層；

當(dāng)Γ<0時，稱為逆溫層

當(dāng)Γ>0時，正常每升高100m降低0.65℃,第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日

特點(diǎn)：

1、空氣基本無對流，平流運(yùn)動占顯著優(yōu)勢；2、

空氣比下層稀薄，水汽、塵埃含量很少，很少有天氣現(xiàn)象，透明度極高；3、

在15-35km的范圍內(nèi)（平流層上層），厚度約20km的臭氧層。（二）平流層

對流層頂?shù)郊s50km第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日（三）中間層

從平流層頂?shù)郊s85km的高度特點(diǎn)：

1、空氣更稀薄2、無水分3、溫度隨高度增加而降低，中間層頂，氣溫最低（-100℃）4、中間層中上部，氣體分子（O2、N2）開始電離。第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日（四）熱層

從80km到約800km的高度特點(diǎn)：1、溫度隨高度增加迅速增高；2、氣更為稀薄;3、大部分空氣分子被電離成為離子和自由電子，又稱電離層，可以反射無線電波第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日（五）逸散層

特點(diǎn)：1、800km以上高空2、空氣稀薄，密度幾乎與太空相同3、空氣分子受地球引力極小，所以氣體及其微粒可以不斷從該層逃逸出去第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、大氣的組成

——?dú)怏w組分和大氣顆粒物（一）氣體組分及分布1、氣體組分1）氮（78.09%）、氧（20.95%）、氬（0.9%）、CO2（0.03%）<99%2）稀有氣體（CH4、SO2、NH3、CO、O3）<0.1%3）水（正常范圍1-3%）第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

2、主要組分分布特點(diǎn)：

1、N2一直延伸到100Km,最大濃度出現(xiàn)在50Km，N主要50－100Km2、O2主要在低于60Km，O高于60Km3、CO2主要在低于50Km，集中2Km4、水蒸汽主要在低于10Km，集中6Km第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日（二）大氣組分的停留時間1、停留時間某種組分在大氣中存在的平均時間，用τ表示P為該物質(zhì)的總質(zhì)量生成速率；I為該物質(zhì)的總質(zhì)量流入速率；R為該物質(zhì)的總質(zhì)量去除速率；O為該物質(zhì)的總質(zhì)量流出速率；假定大氣中某種組分的總量為M，那么其速率變化可表示為：dM／dt=P+I-R-O總的輸入速率總的輸出速率第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日（二）大氣組分的停留時間τ＝MP＋I(xiàn)R＋OM＝當(dāng)大氣處于穩(wěn)定態(tài)條件下時P+I=R＋O平均停留時間：第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日（二）大氣組分的停留時間例如含硫化合物在對流層的平均濃度為1μg／Kg，而對流層空氣總質(zhì)量為4×1021g。而硫的天然和人為源總貢獻(xiàn)為200×106t／a，求硫停留時間S總質(zhì)量M=4×1021×

1μg／Kg=4×106tτ=4×106t/200×106t／a=7d第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日（二）大氣組分的停留時間2、按停留時間對大氣組分分類準(zhǔn)永久性氣體、可變化組分、強(qiáng)可變組分準(zhǔn)永久性氣體（a）N2(106)、

Ar(107)、

Ne

(107)、Kr(107)可變組分（a）CO2(5-15)、

CH4(2.5-8)、

N2O

(10)、O2(10)強(qiáng)可變組分（d）CO(73－185)、

H2O

(10)、

SO2(2)、NOx(10)第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日（三）大氣組分濃度表示法1、ppm、ppb、ppt3、mg/m3、μg/m3（大氣顆粒物）2、個數(shù)/cm3（超微量組分，HO.、分子、原子）分別表示10-6，10-9，10-12mg/m3×＝ppm第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日（三）大氣組分濃度表示法1ppm相當(dāng)于2.46×1013個分子/cm31ppt相當(dāng)于2.46×107個分子/cm310－6（體積分?jǐn)?shù)）＝RT/PM（μg/m3）例題：汽車配氣中含1.5％（體積分?jǐn)?shù)）CO，這相當(dāng)于以μg/m3為單位的濃度值是多少？（25℃，1個大氣壓）1.5％＝15000［10－6（體積分?jǐn)?shù)）］第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、大氣中的主要污染物

按物理狀態(tài)氣態(tài)和顆粒物按形成過程一次污染物和二次污染物按化學(xué)組成含硫化物、含氮化合物、含碳化合物、含鹵素化合物、光化學(xué)氧化劑（5類）一次污染物：直接從污染源排放的污染物；二次污染物：由一次污染物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成的污染物第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、SO21）危害（一）含硫化合物的來源和演變?nèi)撕粑罁p傷葉組織、造成缺綠硫酸煙霧和酸性降水第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、SO22）來源天然來源：火山噴發(fā)、土壤厭氧微生物與植物釋放、陸地上降雨、風(fēng)吹起的海鹽人為來源：礦物燃料燃燒、硫化礦冶煉3）清除干濕沉降第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、SO24）濃度特征第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、SO24）濃度特征夏季低，一天變化不大；冬季濃度高且變化大隨高度增加而增加隨風(fēng)向變化第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、H2S1）來源（一）含硫化合物的來源和演變主要天然來源，含硫有機(jī)物的分解，以及硫酸鹽在厭氧環(huán)境被反硫化細(xì)菌還原2CH2O＋SO42－2HCO3－＋H2S2）清除HO·+H2SH2O+·HSH2SSO3第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、N2O（二）含氮化合物的來源和演變天然來源，土壤硝酸鹽經(jīng)細(xì)菌脫氮難溶于水，壽命長、穩(wěn)定在低層大氣中，但可在平流層發(fā)生光解NO、NO2、N2O、NH3NO3－+2H2＋H＋1／2N2O+5／2H2ON2O＋hvN2＋O·N2O＋O·N2＋O2N2O＋O·2NO第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、NOx（二）含氮化合物的來源和演變NO、NO2，通式NOx與血紅蛋白結(jié)合，肺炎損傷葉組織、造成斑點(diǎn)光化學(xué)煙霧1）危害第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、NOx（二）含氮化合物的來源和演變NO、NO2，通式NOx2）來源人為污染：燃料高溫燃燒（主要）、氮肥、炸藥天然來源：光化學(xué)反應(yīng)、閃電、微生物固化、火山爆發(fā)森林失火3）清除干濕沉降第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日（二）含氮化合物的來源和演變NO、NO2，通式NOx4）燃料燃燒過程中NOx形成機(jī)理N2在高溫下（>2000℃）含氮化合物＋O2NOxO2O·＋O·N2＋O·NO

＋N·O2

＋N·NO

＋O··OH

＋N·NO

＋H·NO

＋1／2O2NO2以上快結(jié)論：燃燒過程中排放的氮氧化物主要為NO(占90%以上)，其次才為NO2（僅占10%左右）第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、CO（三）含碳化合物的來源和演變CO、CO2、CHx、含氧烴等參與光化學(xué)煙霧形成阻礙體內(nèi)氧氣輸送O2

＋H·HO2·＋M·OH

＋COCO2

＋H·NO

＋HO2·NO2＋·OH

1）危害溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、CO（三）含碳化合物的來源和演變CO、CO2、CHx、含氧烴等2）來源人為污染：燃料不完全燃燒天然來源：海洋中生物作用、植物葉綠素的分解、森林火災(zāi)、甲烷光化學(xué)氧化3）清除第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日土壤吸收1／2O2

＋COCO23H2

＋COCH4＋H2O與HO·自由基反應(yīng)（主要途徑）HO·

＋COCO2＋H·H·

＋O2HO2·＋MHO2·

＋COCO2＋HO·第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、CO4）濃度特征城市多于非城市，一天中峰值出現(xiàn)在早晚交通量大時隨高度、緯度變化（北高南低）第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、CO2（三）含碳化合物的來源和演變CO、CO2、CHx、含氧烴等1）危害溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)2）來源人為污染：礦物質(zhì)燃料燃燒、森林破壞天然污染：海洋脫氣、甲烷轉(zhuǎn)化、動植物呼吸、腐敗、森林火災(zāi)第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、CO2（三）含碳化合物的來源和演變CO、CO2、CHx、含氧烴等3）清除植物光合作用、海水吸收后以碳酸鹽形式3、CHX氣態(tài)存在于大氣中的是碳原子數(shù)在1－10，包括可揮發(fā)性的所有烴類，烯烴、芳香烴。是形成光化學(xué)煙霧的主要參與者。第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日相比較而言，開放程度大的鏈烯烴活性高于較為封閉的環(huán)烯烴，含有氧原子的碳?xì)浠锘钚愿哂阪溚闊N。第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日甲烷1）危害：溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)2）來源：燃料燃燒過程、原油以及天然氣的泄漏厭氧細(xì)菌發(fā)酵為主2CH2OCO2＋CH4溫室效應(yīng)比CO2大20倍第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日3）清除：CH4＋HO·CH3·＋H2OCH4＋CL·CH3·＋HCL主要4）濃度特征：夏低冬高，北半球高第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日（四）鹵代烴的來源和演變1、來源人為污染：有機(jī)化學(xué)溶劑揮發(fā)天然污染：海洋第四十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日（四）鹵代烴的來源和演變2、氟氯烴類1）危害破壞臭氧層CCL3F＋hv·CCL2F＋CL·CL·＋O3CLO·