Hoá học khí quyển của carbon và các hợp chất nitơ
Tầng đối lưu (troposphere) là phần của khí quyển ở gần mặt đất nhất có độ cao đến khoảng 10 km ở các vùng cực, và 15 – 20 km ở vùng nhiệt đới. Tầng đối lưu có sự chuyển đổi đột ngột sang tầng bình lưu. Tầng bình lưu có độ cao lên đến 50 km. Chất oxy ...
Tầng đối lưu (troposphere) là phần của khí quyển ở gần mặt đất nhất có độ cao đến khoảng 10 km ở các vùng cực, và 15 – 20 km ở vùng nhiệt đới. Tầng đối lưu có sự chuyển đổi đột ngột sang tầng bình lưu. Tầng bình lưu có độ cao lên đến 50 km.
Chất oxy hóa cơ bản ở tầng thấp của khí quyển là ozon (O3) và gốc hydroxyt (OH). Ozon được sinh ra trong tầnh đối lưu do sự oxy hóa gốc peroyl của NO:
Các hợp chất carbon ở vòng tuần hoàn carbon trong khí quyển bao gồm CO, CH4, CO2 và NMHC(hydrocacbon không phải mêtan).
Carbon monoxit (CO) không có tác động qua lại với cân bằng bức xạ của khí quyển vì nó nhanh chóng bị oxy hoá thành CO2. Do vậy CO chỉ có ý nghĩa làm tăng CO2 trong khí quyển.
Hầu hết CH4 có mặt trong tầng đối lưu sẽ bị oxy hóa thành CO. Tất cả các con đường của phản ứng này đều hình thành chất trung gian là formaldehyt HCHO. Nhưng các phản ứng tiếp theo là khác nhau phụ thuộc vào nồng độ NOx trong khí quyển.
Theo Bouwman (1990) các quá trình này xảy ra như sau:
Methylhydroperoxit (CH3O2H) bị oxy hoá chậm trong vòng 1 tuần. Nó có thể bị mất do nước mưa hoặc do bị hấp phụ bởi đất hay các phân tử rắn khác trong không khí (sol khí). Trong trường hợp này CH4 so thẻ bị mất 1 nhóm OH và 1 nhóm HO2. Ở điều kiện nghèo NO trong môi trường, vòng tuần hoàn phụ sau đây cũng góp phần làm mất OH* và HO2*:
Chính vì vậy mà quá trình oxy hóa CH4 sẽ làm tăng lượng CO trong khí quyển. CO trong khí quyển tiếp tục bị oxy hóa thành CO2:
Phụ thuộc vào lượng NO trong khí quyển mà có thể diễn ra các quá trình sau:
Trong điều kiện có đủ NO, mỗi phân tử CH4 bị oxy hóa sẽ sinh ra 3,7 phân tử O3 và 0,5 nhóm OH, khi thiếu NO quá trình oxy hóa 1 phần CH4 sẽ tiêu thụ 1,7 phân tử O3 và 3,5 nhóm OH (Crutzen và Graede, 1986). Như vậy quá trình oxy hóa CH4 sẽ làm ảnh hưởng đến nồng độ của CO và OH trong khí quyển. Khi lượng CH4 và CO tăng sẽ dẫn đến làm giảm lượng OH.
Phản ứng giữa CH4 với Cl cũng có ý nghĩa rất quan trọng trong tầng đối lưu vì nó làm mất hoạt tính của Cl nguyên tử:
Các hợp chất nitơ
Các quá trình trong tầng đối lưu: như đã trình bày ở trên, NOx có vai trò rất quan trọng trong quá trình oxy hóa CH4 và CO. Các phản ứng của NO và NO2 là rất khác nhau và chúng đóng vai trò như các chất xúc tác quan trọng trong nhiều phản ứng quang hóa. Ở tầng đối lưu,NOx làm tăng cường qú trình hình thành O3, trong khi các tầng bình lưu thì nhưộc lại. Theo Bouwman (1990) các phản ứng biến đổi các hợp chất nitơ trong khí quyển xảy ra như sau:
Trong các phản ứng quang hóa nhiều hợp chất hydrocacbon ( không phải CH4) có khả năng hình thành các chất hữu cơ chứa nitơ (N). Trong đó peroxyacetylnitrat [CH3C(O)O2NO2] là nguồn quan trọng giải phóng ra Nox ở các vùng đô thị. Chúng tập trung nhiểu ở tầng giữa và cao trong tầng đối lưu (Levine et al. 1984):
Bản thân NH3 không có khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt, nhưng nó có khả năng bị oxy hóa thành các oxit nitơ có khả năng hấp thu nhiệt. Trong khí quyển khoảng 10 – 20% NH3 bị oxy hóa bởi OH:
NH2 có thể bị oxy hoá theo các con đường khác nhau:
- Các quá trình ở tầng bình lưu: Nguồn cung cấp Nox cho tầng bình lưu có thể là do quá trình phân hóa các chất N2O:
Lượng O3 trong khí quyển tập trung chủ yếu ở độ cao 10 – 40 km. Dưới 25 km, NOx có tác dụng tăng cường quá trình hình thành O3 nhờ tác dụng của ánh sáng mặt trời.
Thông thường ở độ cao trên 25 km thì NOx làm giảm nồng độ O3, còn ở độ cao dứơi 25 km, NOx có tác dụng bảo vệ tầng ozon khỏi bị phá hủy.
