CHƯƠNG 2
KHÍ QUYỂN
VÀ HÓA HỌC CỦA KHÍ QUYỂN
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QỦN VÀ THÀNH PHẦN
KHƠNG KHÍ
2.1.1. Cấu trúc khí quyển
Khí quyển là lớp không khí trên
bề mặt trái đất, không có giới hạn,
tuy nhiên so với chiều dày của trái
đất (đường kính trái đất khoảng
6500km) thì nó lại như một lớp da
rất mỏng bao quanh quả đất.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
2.1.1.1. Tầng đối lưu
Tầng đối lưu (troposphere) chiếm khoảng 70% khối lượng khí quyển, ở độ
cao từ 0 đến 11 km, càng lên cao nhiệt độ càng giảm.
Độ cao của tầng đối lưu có thể thay đổi khoảng vài km, tùy thuộc vào các
yếu tố, nhiệt độ, bề mặt đất... (khoảng 8 km ở hai cực, 18 km ở vùng xích
đạo).
Tầng này quyết định khí hậu của Trái đất, thành phần chủ yếu là N
2
, O
2
,
Phần trên cùng của tầng đối lưu có nhiệt độ thấp nhất (vào khoảng −56°C)
được gọi là đỉnh tầng đối lưu hoặc lớp dừng (tropopause), đánh dấu sự kết
thúc xu hướng giảm nhiệt theo độ cao trong tầng đối lưu, và bắt đầu có sự
tăng nhiệt độ.
Ở đỉnh tầng đối lưu do nhiệt độ rất thấp, hơi nước bị ngưng tụ và đông đặc
nên không thể thoát khỏi tầng khí quyển thấp.
Nếu không có đỉnh tầng đối lưu, đóng vai trò như tấm chắn rất hữu hiệu,
hơi nước có thể bay lên các tầng khí quyển bên trên và sẽ bị phân tích dưới
tác dụng của bức xạ tử ngoại có năng lượng lớn.
Hydro tạo thành do phản ứng phân tích sẽ thoát khỏi khí quyển (hầu hết
hydro và heli vốn có trong khí quyển đã thoát khỏi khí quyển theo con
đường này).
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
2.1.1.2. Tầng bình lưu
Tầng bình lưu (stratosphere) ở độ cao từ 11 đến 50 km, nhiệt độ tăng theo
độ cao, từ − 56°C đến khoảng −2°C.
Thành phần chủ yếu của tầng này là O
3
, ngoài ra còn có N
2
, O
2
và một số
km, nhiệt độ giảm theo độ cao, từ − 2°C đến − 92°C, do không có nhiều các
phần tử hóa học hấp thụ tia tử ngoại, đặc biệt là ozon.
Thành phần hóa học chủ yếu trong tầng này là các gốc tự do O
2
+
, NO
+
được tạo thành do oxy và nitơ oxit hấp thụ bức xạ tử ngoại xa.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
2.1.1.4. Tầng nhiệt lưu
Tầng nhiệt lưu (tầng nhiệt, tầng ion, thermosphere), ở độ cao từ
85 đến trên 500 km.
Nhiệt độ trong tầng này tăng từ − 92°C đến 1200°C. Trong tầng
này, do tác dụng của bức xạ Mặt trời, nhiều phản ứng hóa học xảy
ra với oxy, ozon, nitơ, nitơ oxit, hơi nước, CO
2
..., chúng bị phân
tách thành nguyên tử và sau đó ion hóa thành các ion O
2
+
, O
+
, O,
NO
+
Mặt khác, các dòng plasma do Mặt trời phát ra và bụi vũ trụ (khoảng 2
g/km
2
) cũng đi vào khí quyển Trái đất. Nhiệt độ của tầng này tăng rất nhanh
đến khoảng 1700°C.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
NGOÀI RA
Tầng ion là khái niệm dùng để chỉ phần khí quyển ở độ cao từ 50 km trở
lên, trong vùng này không khí có chứa nhiều ion.
Sự có mặt của các ion trong vùng này đã được biết đến từ năm 1901, khi
người ta phát hiện ra hiện tượng phản xạ của sóng radio của lớp khí quyển
tầng cao.
Giới hạn trên của khí quyển và đoạn chuyển tiếp vào vũ trụ rất khó xác
định, cho tới nay, người ta mới ước đoán khoảng 500 − 1000 km.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
Hình 2.2. Sự biến đổi nhiệt độ của khí quyển
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
Hình 2.3. Sự biến đổi áp suất của khí quyển
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
Argon Ar 9,340 -
Cacbon đioxit CO
2
315 2 - 4
Nêon Ne 18 -
Hêli He 5,2 -
Mê tan CH
4
1,0 - 1,5 7
Krypton Kr 1,1 -
Nitơ Oxit N
2
O 0,5 200
Hyđrô H
2
0,5 -
Xênôn Xe 0,08 -
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
Hình 2.4. Thành phần khí quyển
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
Thời gian lưu có thể được định nghĩa như sau:
Thời gian lưu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định một chất có phân
bố rộng trong môi trường hay không.
Một chất dù là tự nhiên hay nhân tạo thì thời gian lưu cũng liên quan chặt
đốt các nhiên liệu hóa thạch.
Oxy có thời gian tồn lưu lâu trong khí quyển (vài nghìn năm).
Điều này có nghĩa là nó được phân bố đều trong khí quyển,
không có sự thay đổi về áp suất riêng phần của O
2
giữa nơi này
và nơi khác.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
2.1.2.2. Nước
Tại một thời điểm bất kỳ, chỉ có khoảng 7x10
14
mol nước tồn
tại ở dạng khí so với khoảng 9,5x10
19
mol tồn tại trên bề mặt ở
dạng lỏng.
Với lượng bốc hơi từ đại dương (2,2x10
16
mol/năm) và từ các
sông hồ (3,5x10
15
mol/năm) so với lượng nước ngưng tụ trên Mặt
đất (5,5x10
15
mol/năm) và trên các đại dương (1,9x10
o
C p(H
2
O),
atm
-20 0,00102 0 0,00603 20 0,02307
-15 0,00163 5 0,00861 25 0,03126
-10 0,00257 10 0,01188 30 0,04187
-15 0,00396 15 0,01683 35 0,05418
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
2.1.2.3. Nitrogen
Khí quyển chứa khoảng 3,9x10
18
kg nitrogen. Nguồn tiêu thụ N
2
chủ yếu là
quá trình cố định nitơ sinh học (2x10
11
kg/năm), quá trình sản sinh NO do sét
và do quá trình đốt (7x10
10
kgN/năm).
N
2
+ O
2
-> 2NO
nên thời gian tồn lưu cửa N
2
là rất lớn (≈10
7
năm).
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN
KHÔNG KHÍ
2.1.2.4. Carbon dioxide
Lượng CO
2
có trong khí quyển là 1,4x10
16
mol. Ngược lại với oxy, nguồn
sản sinh chủ yếu của CO
2
trong khí quyển là quá trình hô hấp, quá trình đốt
và quá trình phân hủy chất hữu cơ.
Quang hợp là quá trình tiêu thụ CO
2
quan trọng (1,5x10
15
mol/năm). Bên
cạnh đó, vì CO
2
dễ tan trong nước nên cũng cần kể đến quá trình trao đổi
CO
2
Toàn bộ khí quyển chứa 180.000 tấn H
2
và lượng tiêu thụ hàng năm là
90.000 tấn, và vì vậy thời gian lưu của H
2
trong khí quyển là 2 năm.
Khí hydro hòa trộn khá tốt trong khí quyển và nồng độ biến đổi theo
chu kỳ năng, tăng cao vào tháng 4 và giảm mạnh vào tháng 10.
Bên cạnh đó, nồng độ H
2
trong khí quyển cũng tăng vào khoảng
0,6%/năm.
Tuy nhiên, khác với CO
2
, chu kỳ biến đổi nồng độ H
2
ở Bắc bán cầu và
Nam bán cầu cùng pha với nhau.
2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ
QUYỂN
Các chất ô nhiễm sau khi thoát ra khỏi nguồn thải đi vào khí
quyển có thể bị biến đổi về lượng hoặc cũng có thể chuyển thành
các chất khác là các quá trình: pha loãng, sa lắng (sa lắng khô và
sa lắng ướt), các chất phản ứng với nhau.
Các phản ứng có thể xảy ra ở các pha đồng thể hoặc dị thể.
2.2.1. Phản ứng hóa học trong khí quyển
Copyright: Tài liệu đại học ©