大气化学
大气化学演化
大气化学演化
大气化学演化是指大气中的气体物质在地球演化历程中的组成和转化过程。
以下是大气化学演化的几个重要阶段：1. 初始大气：地球形成初期，大气主要由氨、甲烷、水等组成，缺乏氧气，因此没有适合人类生存的环境。
2. 光合作用的出现：随着植物的出现和光合作用的开展，氧气逐渐增加，二氧化碳逐渐减少，地球的大气成分发生了重要的变化，生物多样性和生命活动得以显著提高。
3. 大气缺氧时期：从2.4亿年前到1.8亿年前，地球进入了大气缺氧的时期，大气中的氧气逐渐减少，导致很多生物无法生存。
4. 大气含氧量回升：1.8亿年前氧含量重新增加开始，恐龙等大型动物的出现也标志着大气的稳定和氧含量的回升。
5. 人类影响：工业革命以来，人类活动导致大气中二氧化碳等温室气体的大量排放和大气化学成分的变化，对全球环境和人类生存产生了重要影响。
这些演化阶段的出现和变化是地球生命进化过程中的重要环节，也对人类了解自然环境和发展科技产生了重要影响。
大气环境中的化学反应
大气环境中的化学反应大气环境中存在着大量的化学反应，这些化学反应不仅与自然环境息息相关，而且还对我们的生活产生着深远的影响。
本文将就大气环境中的化学反应进行简单的阐述。
一、大气环境简介大气环境是指地球表层以上的气体圈，其由近地面的对流层和远离地面的平流层组成。
其中对流层高度约为15至20千米，是大气层中最重要的部分。
由于对流层和平流层的巨大差异，两者之间的交界就形成了平流对流转换层。
大气环境有着重要的生物、气候和环境意义，它们与人类生产生活密切相关。
二、大气化学反应在大气环境中，存在大量的化学反应，这些反应的主要过程有以下几类：1、大气污染物的氧化反应大气污染物会经过氧化反应而形成污染物的次级污染物，如氮氧化合物可以经过氧化反应形成NO2、O3等次级污染物，臭氧也可经过光解反应生成O。
2、大气中的辐射化学反应大气中的辐射化学反应是指大气分子和辐射相互作用的化学反应，如大气辐射会使氧分子分裂成两个氧原子，从而形成O+O2的反应，这个过程被称为光解反应。
3、氧化还原反应在大气中的氧气存在氧化还原反应，这意味着氧气可以被还原或氧化，同时产生新的氧化物，如NO、SO2等，从而形成大量的次级污染物。
4、大气中的化学平衡大气中的化学平衡是指大气中物质的存在状态，大气中存在着各种化学物质，它们之间的平衡状态对大气污染的形成和变化起着重要的作用。
三、化学反应对大气质量的影响大气中的化学反应对大气质量和环境产生了积极的和消极的影响。
比如，大气中的臭氧层是由氧分子在太阳辐射下形成的，它能吸收太阳短波辐射中的紫外线，从而保护地球上的生物。
但是，臭氧也是一种有害物质，在地面层会引起眼睛和呼吸道刺激、气急等症状。
四、大气化学反应的防治措施为了减少大气污染，需要采取一系列措施，其中主要包括以下几个方面：1、源头控制：通过控制产业活动和交通运输等来源，减少大气的污染物排放。
2、治污措施：对大气中的污染物进行治理，如建立环保技术和设备的制度和管理体系。
大气的正常化学成分
大气的正常化学成分大气是一种气体混合物，可分为恒定的、可变的和不变的三部分。
大气的恒定部分是指大气中含有的氮、氧、氩及微量的氖、氦、氪、氙等稀有气体。
其中氮占78.09%、氧占20.94%，氩占0.93%.这三种气体就占大气总量的99.96%.大气中上述气体的比例通常是比较恒定的。
大气的可变部分主要是指二氧化碳、水蒸气等。
这些气体含量可受地区、季节、气象和人类生活、生产活动影响。
在正常状态下，二氧化碳含量的0.033%，水蒸气含量为0～4%.大气的不定部分是由于自然界的原因如火山爆发、地震、森林火灾和人为污染，如工业化医学教`育网整理、人口密集等排出的污染物。
这些污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、硫化氢、氨、氯、氟、碳氢化合物等等。
大气的恒定部分和可变部分是大气的正常成分。
1.氧：大气中氧含量变动很少，约在0.01～0.2%之间，随地区而不同。
这种细微变动对健康并无影响。
在特殊情况下，空气中氧含量可发生较大改变。
如在密闭的环境内（坑道、潜艇）、深矿井、地下储藏室、下水道等处，氧含量可低至18～13%.坑道内炸药爆炸后，氧含量可低至5%.随着高度增加，空气稀薄，氧含量亦减少。
在3，000米高度，氧的绝对量可减到地面的15%.空气中氧含量降至14.5～12%时，会发生代偿性呼吸困难；降到10%以下时，可发生恶心、呕吐、智力活动减弱，表现出呼吸及血管运动中枢障碍，降至7%时，机体代偿机能迅速衰竭，发生窒息昏迷，更低时可导致死亡。
2.二氧化碳：二氧化碳通常在大气中只占0.033%，但对动植物生长过程和大气温度变化有重要影响。
由于能源和工业的发展，排入大气中的二氧化碳估计每年均有所增高。
大气中二氧化碳增多，能吸收从地球表面发射出来的长波红外线，使近地面的气温增高医学教`育网整理。
这一点将来可能对地球气候和生态系统产生影响。
大气中二氧化碳的来源很多。
人和动物呼吸，有机物腐败分解，燃料燃烧，火山爆发等都可以产生大量二氧化碳。
新编大气化学教程-概述说明以及解释
新编大气化学教程-概述说明以及解释1.引言1.1 概述大气化学是研究大气成分及其变化过程的学科。
随着经济发展和人口增加，大气污染问题变得日益严重。
因此，对大气化学的深入理解变得至关重要。
大气化学主要研究大气成分的来源、变化和相互作用。
大气中的主要组成物质包括氮气、氧气、水蒸气等。
此外，还存在着一些污染物质，如二氧化硫、氮氧化物等。
这些污染物质的排放来源主要包括工业排放、交通排放和生物排放等。
大气污染物会对人类健康和环境造成严重的影响。
首先，大气污染物会对空气质量造成负面影响，导致雾霾和酸雨等环境问题。
其次，大气污染物会引发一系列健康问题，如呼吸系统疾病、心血管疾病等。
此外，大气污染还对气候变化和生态系统稳定性产生重要影响。
为了解决大气污染问题，我们需要建立全面的大气化学知识体系。
通过深入研究大气化学基础和大气污染物的来源和影响，可以为制定有效的环境保护政策和减少污染物排放提供科学依据。
本教程《新编大气化学教程》旨在系统介绍大气化学的基本理论和实际应用。
希望通过阅读本教程，读者能够全面了解大气化学的重要性和相关知识，并为环境保护和减少大气污染做出贡献。
下一部分将介绍本教程的结构和内容安排，以便读者更好地掌握和学习大气化学的知识。
在这之后，我们将详细介绍大气化学的基础知识和大气污染物的来源和影响，以期为读者提供全面而系统的学习资源。
最后，在结论部分，我们将对本教程进行总结，并展望未来大气化学研究的发展方向。
1.2 文章结构文章结构为了使读者更好地理解大气化学知识，本教程将按照以下结构进行阐述。
第一部分为引言，主要包括概述、文章结构和目的三个部分。
- 在概述部分，将介绍大气化学的基本概念和背景，引领读者进入这个领域的主题。
- 文章结构部分将在本章进行详细说明，展示整篇文章的框架和各个章节的内容。
- 目的部分将明确本教程的编写目标以及希望读者能够达到的学习效果。
接下来的第二部分为正文，将重点介绍大气化学的基础知识和大气污染物的来源和影响。
环境化学 第二章 大气环境化学
大气中重要吸光物质的光离解
4 3
（1） O2和N2的光离解
2
1 O2键能493.8KJ/mol。相 应波长为243nm。在紫外区 lgε 0 120-240nm有吸收。
O2 + hν
λ < 240 nm
-1 -2
O· + O·
N2键能：939.4KJ/mol。 对应的波长为127nm。
-3
-4
HNO
3
h ν HO NO
2
2
HO CO CO
H
2
H O 2 M HO 2HO
2
M
(有CO存在时）
H 2O 2 O 2
产生过氧自由基和过氧化氢
(5) SO2对光的吸收
SO2的键能为545.1kJ/mol， 吸收光谱 中呈现三条吸收带，键能大，240 - 400 nm 的光不能使其离解，只能生成激发态：
思考题:
太阳的发射光谱 和地面测得的太阳光 谱是否相同?为什么?
3.3大气中重要自由基来源
自由基 由于在其电子壳层的外层有
一个不成对的电子，因而有很高的活 性，具有强氧化作用。如：
CH 3 C(O)H hv H 3 C HCO
由于高层大气十分稀薄，自由基的半 衰期可以是几分钟或更长时间。自由基参 加反应，每次反应的产物之一是自由基， 最后通过另一个自由基反应使链终止，如：
SO 2 h SO 2
*
240 400 nm
SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。
（ P73,图2－32）
(6) 甲醛的光离解
HCHO中H-CHO的键能为 356.5 kJ/mol， 它对 240 – 360 nm 范围内的光有吸收， 吸光后的光解反应为：
大气化学
大气的组成---几个概念
浓度：是气体在整个大气中的相对含量 浓度
驻留时间（寿命）（RESIDENCE TIME or lifetime）：是气 驻留时间（寿命）（ ）（ ： 体在大气中的平均停留时间，或者是该组分的 所有分子更新一次所需的时间 浓度单位：混合比单位： ppm（百万分之一，10-6） ppb（十亿分之一，10-９） ppt（万亿分之一，10-12） 质量混合比（ppmm,ppbm,pptm) 体积混合比（ppmv,ppbv,pptv) 另一单位:单位体积的质量 mg.m−3, µg.m−3, ng.m−3
过去几十年大气化学得到了飞速 发展,其原因:
紧迫的环境问题研究的需要 臭氧减少，城市空气污染，酸雨，光化 学烟雾等 气候变化研究的需要
大气化学： 大气化学：生物地球化学循环与全球气候环境变化 气候、环境、健康、生态、 大气化学 & 气候、环境、健康、生态、农业
重要科学前沿，充满机遇挑战，国际高度关注， 重要科学前沿，充满机遇挑战，国际高度关注， 中国最佳平台，具有重要意义， 中国最佳平台，具有重要意义，亟待大力开展
5.3 Some Important Tropospheric Trace Gases
大气中化学转化过程中的一些非常关键的成分 是自由基。自由基又称游离基，是具有非偶电 子的基团或原子，其最主要的特点是化学反应 活性高，存在寿命很短。 大气中重要的自由基有 OH自由基（羟基） HO2自由基（氢过氧自由基 H（氢自由基） CH3（甲基）
1929 提出平流层 产生化学机制 提出平流层O3产生化学机制 1950,1965 发现 发现HOx化学在 化学在 (中间层、平流层） 重要性 中间层、平流层） 中间层 1970 发现 发现NOx影响平流层 浓度 影响平流istry in a Changing world, 2003 1974 发现 影响平流层 发现Cl影响平流层 影响平流层O3
大气环境化学概述
大气环境化学概述一、引言大气环境化学是研究大气环境中各种化学成分与过程的相互作用和影响的一个重要学科，其研究对象包括大气中的气态和颗粒态污染物、大气化学反应过程、大气光化学和大气中的气溶胶等。
大气环境化学的研究对于理解和减少大气污染、改善空气质量、保护人类健康和生态环境具有重要意义。
二、大气环境化学的研究内容1.大气中的主要污染物：大气中的主要污染物包括臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机化合物（VOCs）等。
2.大气中的化学反应过程：大气中的化学反应过程是大气环境化学的核心内容，包括氧化反应、光解反应、光化学反应等。
3.大气中的气溶胶：气溶胶是大气中的微粒，对大气光学特性、云和降水形成、空气污染等方面具有重要影响。
4.大气污染物来源与传输：大气污染物的来源包括自然来源和人为来源，而传输过程则直接影响大气污染的空间分布和浓度水平。
三、大气环境化学的研究方法1.实地观测：通过建立大气污染源监测站和气象站，实时监测和记录大气中的污染物浓度、气象参数等数据。
2.模型模拟：利用数学模型对大气中的化学反应过程和污染物传输进行模拟和预测，为空气质量预报提供科学依据。
3.实验室研究：通过实验室模拟大气环境中的化学反应过程，探究不同污染物之间的相互作用和影响。
4.多学科交叉研究：大气环境化学是一个跨学科领域，需要与大气物理学、气象学、环境科学等学科相互交叉，并结合相关技术手段开展研究。
四、大气环境化学研究的应用与前景1.空气质量管理与控制：大气环境化学研究为改善空气质量提供科学依据，指导制定大气污染防治政策和措施。
2.气候变化研究：大气中的气溶胶和温室气体等化学成分对气候变化起着重要作用，大气环境化学研究对于气候变化机制的解析具有重要意义。
3.健康保护与风险评估：大气污染物对人类健康和生态环境产生危害，大气环境化学研究可以帮助评估大气污染对人体健康和生态系统的影响，保护人类健康。
五、结语大气环境化学作为一门交叉学科，已经成为应对大气污染和气候变化等环境问题的重要研究领域。
大气化学研究的进展及应用
大气化学研究的进展及应用大气是地球上最重要的物理环境之一，其变化对人类生存和环境保护产生重要影响。
大气是由一系列的气体组成的，并且这些气体之间的化学反应会影响整个大气系统。
大气化学研究就是研究这些气体之间化学反应的学科。
在过去几十年中，随着科技的发展，大气化学研究已经取得了重要的进展，并且在许多领域发挥了重要作用。
一、大气化学的基本概念大气化学是研究降雨、大气污染、臭氧层破坏等大气问题与化学反应之间的关联和化学机理的学科。
大气化学研究主要关注大气中氧气、二氧化碳、氮气等成分和大气污染物之间的反应机理，以及化学物质的输送和它们在大气中的挥发、吸附、光解等反应性质。
大气化学的目标是通过理解和揭示大气中化学反应的本质，为提高大气环境质量提供科学依据。
二、大气化学研究的进展大气化学研究的发展呈现出一定的阶段性。
从20世纪60年代开始，人们对大气中与污染物有关的化学反应和大气中的化学反应进行了初步研究。
与此同时，研究人员关注到化学反应引起了污染的形成，并引起了大气质量的下降。
随着大气污染问题的加剧，大气污染成为一项热门研究课题。
研究人员开始进一步探究大气中的化学反应和污染的关系。
他们研究了大气中的光化学反应、硫酸盐气溶胶等因素对大气污染的影响，并建立了大气模型，预测和评估了大气污染问题的发展趋势。
近年来，随着大气污染问题得到更多关注，大气化学研究也得到了进一步发展。
研究人员开始更深入地研究大气中的化学反应机理、大气中不同物质之间的相互作用，以及化学反应对大气污染问题的影响。
三、大气化学研究的应用大气化学研究已经在许多领域发挥着重要作用。
其中最重要的应用领域之一是气溶胶科学领域。
气溶胶是指悬浮在大气中的可见和微细的颗粒物。
大气中的气溶胶对气候变化、大气污染、人类健康等方面都有深远的影响。
大气化学研究可以为气溶胶科学领域提供关键的信息，帮助人们了解气溶胶的来源、颗粒特性和光学特性等。
例如，研究人员可以利用大气化学研究结果对气溶胶进行化学分类，从而更好地理解气溶胶的来源和环境问题。
《大气化学电子教案》课件
《大气化学电子教案》课件第一章：大气化学概述1.1 大气化学的概念1.2 大气化学的研究内容1.3 大气化学的重要性和影响因素1.4 大气化学的发展历程和趋势第二章：大气成分与结构2.1 大气成分的分布和变化2.2 大气压力和温度结构2.3 大气的垂直和水平运动2.4 大气中的水汽和云雾第三章：大气污染物概述3.1 大气污染物的来源和排放3.2 大气污染物的传输和转化3.3 大气污染物的危害和影响3.4 大气污染物的控制和治理第四章：气态污染物4.1 二氧化硫（SO2）4.2 一氧化氮（NO）4.3 二氧化氮（NO2）4.4 挥发性有机物（VOCs）第五章：颗粒物污染物5.1 颗粒物的来源和分类5.2 颗粒物的化学组成和大小5.3 颗粒物污染物的危害和影响5.4 颗粒物污染物的监测和控制第六章：光化学烟雾与臭氧层破坏6.1 光化学烟雾的概念和成因6.2 光化学烟雾的影响和危害6.3 臭氧层的作用和破坏机制6.4 臭氧层破坏的影响和应对措施第七章：酸雨与土壤和水体污染7.1 酸雨的成因和影响因素7.2 酸雨对土壤和水体的危害7.3 酸雨的控制策略和缓解措施7.4 酸雨研究的最新进展第八章：大气棕色云团与健康影响8.1 棕色云团的定义和成因8.2 棕色云团对空气质量的影响8.3 棕色云团对人类健康的影响8.4 减少棕色云团的健康风险措施第九章：全球气候变化与大气化学9.1 全球气候变化的背景和原因9.2 大气化学在气候变化中的作用9.3 气候变化对大气化学过程的影响9.4 应对气候变化的大气化学策略第十章：大气化学模型与模拟技术10.1 大气化学模型的类型和原理10.2 大气化学模型的应用和验证10.3 大气化学模拟技术的发展趋势10.4 大气化学模型在环境管理中的应用第十一章：大气污染物的生物地球化学循环11.1 生物地球化学循环的基本概念11.2 大气污染物在生物地球化学循环中的角色11.3 生物地球化学循环对大气化学的影响11.4 生物地球化学循环在大气污染控制中的应用第十二章：大气污染事件与应急响应12.1 大气污染事件的类型和原因12.2 大气污染事件的影响和应对措施12.3 应急响应计划和策略的制定12.4 案例研究：大气污染事件的应急响应第十三章：大气化学与公共政策13.1 大气化学与公共政策的关系13.2 大气污染控制法规和政策13.3 国际合作与大气化学政策13.4 公共政策在大气化学研究中的应用第十四章：大气化学实验方法与技术14.1 大气化学实验设计原则14.2 常见的大气化学分析方法14.3 大气化学实验设备和技术14.4 实验数据的处理和分析第十五章：未来大气化学的研究方向15.1 大气化学研究的挑战和机遇15.2 新型污染物的研究趋势15.3 大气化学模型的改进和创新15.4 未来大气化学研究的跨学科合作方向重点和难点解析本文档涵盖了《大气化学电子教案》的全部十五个章节，从大气化学的基本概念、污染物类型、环境效应、控制策略，到模型模拟技术、生物地球化学循环、公共政策、实验方法以及未来研究方向，为学生提供了一个全面、系统的大气化学知识框架。
大气化学反应的机理和环境效应
大气化学反应的机理和环境效应大气化学反应是大气中氧、氮、碳、硫等元素化合物之间的相互作用，是大气能量和物质的传递过程之一。
它对大气环境的影响很大，其中一些反应具有重要的环境效应。
本文将分为四个部分介绍大气化学反应的机理和其中的环境效应。
一、大气化学反应的基本机理大气化学反应是指在大气中分子间的相互作用过程。
这些反应会导致原子和分子的损失、增殖和变化，从而会对大气的化学组成和特性产生影响。
常见的大气化学反应包括氧化反应、还原反应、酸碱反应等。
其中最重要的一类是氧化反应，它涉及氧分子与其他气体分子的相互作用，形成氧化物质。
例如，二氧化硫与氧分子反应形成三氧化硫：SO2 + O2 → SO3还原反应则是反过来的过程，将氧化物质还原为较为简单的物质，例如：NO2 + CO → NO + CO2酸碱反应则是酸性物质和碱性物质之间的反应，例如：NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4这些反应都涉及分子之间的键合、裂解和重新结合，相应的反应速率也受到温度、压力、大气化学成分的影响。
二、大气化学反应的环境效应大气化学反应对环境产生的影响很大，其中一些反应对大气污染的形成有重要的作用。
例如，臭氧在定量分析已经被公认为是地球大气中一个重要的气体，但过量的臭氧会形成臭氧污染，影响人类的健康和植物生长。
大气甲烷氧化反应是空气质量模型中一个很重要的考虑因素，因为两氧化氮和甲烷是地球大气中主要的温室气体之一，它们的排放对大气环境造成的影响也值得重视。
此外，气候变化对大气化学反应也产生了一定的影响。
一些升高的温度和湿度能够提高日间颗粒物浓度，影响夏季大气化学反应的能力，从而影响全球的大气化学循环。
三、大气化学反应的应用领域大气化学反应的应用范围非常广泛，包括空气质量监测和污染控制、气象预报、飞机的高空飞行、借助化学反应将一些不可吸收的气体转换为可吸收性的物质等。
在工业生产中，大气化学反应也为一些化学工艺的效率提高提供支持。
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HCl, HOCl, ClONO2
主要内容
南极臭氧洞及其非均相反应
臭氧洞的发现及其变化
“南极臭氧洞”是在特定地区、特定时间出现的一种 特殊现象，指20世纪70年代以来在南极每当冬－春 交替季节出现的平流层臭氧极度损耗的现象。
臭氧的柱浓度降低到正常水平的2/3以下时，即认为 出现了臭氧洞。
平流层化学
于兴娜 大气物理学院
LOGO
主要内容
臭氧层及平流层化学研究进展 平流层的基本化学过程
南极臭氧洞及其非均相反应
‘Good’ versus ‘bad’ ozone
平流层的大气组成
太阳辐射中紫外辐射所引起的系列复杂过程 从地面排放而被缓慢输入平流层的长寿命物质 O3是平流层大气最关键的组分 O3吸收210～320nm的绝大部分的紫外辐射 O3是平流层的主要热源
平流层化学研究进展 至今唯一的环境类诺贝尔化学奖
1995年Sherwood Rowland，Mario Molina，Poul Crutzen获诺贝尔化学奖
平流层的基本化学过程
平流层臭氧的生成和清除反应 （一）Chapman机制 （二）催化机制 平流层中的气相化学
平流层臭氧形成机制：Chapman 机制
南极臭氧洞及其非均相反应
3. Cl和Br的催化反应 （1） ClO-ClOOCl催化循环
Cl + O3 →ClO +O2 ClO + ClO →M ClOOCl ClOOCl +hv →Cl + ClO2 ClO2 →M Cl + O2 总反应： 2O3 + hv →3O2
此循环反应造成的结果约占臭氧损耗的75％
南极的臭氧洞始于每年的8月（南极的冬季），然后 臭氧的损耗逐步发展，到10月初（春初）前后达到 极大，到12月左右此现象消失。
OZONE HOLE IS A SPRING PHENOMENON
1956-1997年南极春季臭氧总量变化
350 300 250 200 150 100
50 0
年份
D.U.
▪ Sydney Chapman proposed a chemical mechanism:
O2 + h ( ≤ 240 nm) 2O (3P)
2O (3P) + 2O2 + M 2O3 + M
净反应：3O2 + h 2O3
O3 + h O2 + O (3P) O3 + O (3P) 2O2
可致蛋白质和 DNA破坏，造成 严重伤害作用
全部吸收
Credit: Center for Global Environmental Research, National Institute for Environmental Studies Japan
臭氧层破坏的危害
1、对人体健康的影响：破坏DNA，皮肤病，白内障等 2、对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响 3、对材料的影响：加速老化 4、对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体
对稳定分子（HCl, HNO3, ClONO2, N2O5）。
平流层化学可认为是O3-NOx-HOx-ClOx耦合体系
平流层中的气相化学
（一）NOx
1. 平流层中NOx的源： 主要为N2O的光解
2. 化学反应 3. 主要储库分子：
HONO2, ClONO2, HO2NO2, N2O5
平流层中的气相化学
平流层化学研究进展
➢1930年，英国科学家Aidney Chapman开创了平流 层化学的先河，揭示臭氧层产生原因，提出了关于 平流层臭氧的形成理论。 ➢60年代，Hampson、Hunt等人提出了含氢自由基 与臭氧反应的机理以及水蒸气损耗平流层臭氧的可 能性，对Chapman机理进行了一定的修正。 ➢ 70年代初，Crutzen和Johnston分别提出NOx分解 O3的催化机理，开创了NOx污染臭氧层的研究。
极地平流层云可以分为两种：
A. 在-78℃的条件下，HNO3·3H2O就会包围住直径约0.1μm的硫 酸微粒，形成直径约1μm的颗粒，成为极地平流层云的主体。
颗粒细小，比较分散，常常大规模地生成，有时分布范围可达 数千公里，组成一种肉眼看不见的极地平流层云。
B. 当气温下降到-83℃，平流层中的水汽直接发生大量凝结，冰 晶颗粒可以长到粒径10 μm。 颗粒较大，数量少，易沉降到对流层而被去除。
（二）HOx
1. 平流层中HOx的源： 由甲烷、水蒸气或H2与激发态原子氧O(1D)反应产生 2. 化学反应 3. 主要储库分子：
HNO3, HOCl, HO2NO2, H2O2
平流层中的气相化学
（三）ClOx和BrOx
1. 平流层中ClOx和BrOx的源： ClOx：海洋生物产生的CH3Cl、CFCs BrOx：CH3Br和哈龙
净反应：制
OH + O3 HO2 + O2 HO2 + O3 OH + 2O2 净反应：2O3 3O2
NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O NO + O2 净反应：O3 + O 2O2
催化机制
Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 净反应：O3 + O 2O2
臭氧O3（Ozone）的特征
➢ 平流层集中了大气中约90％的O3，是平流层天然 大气最关键的组分 ➢ 浓度的峰值出现在20～25 km处 ➢ 最大浓度出现的高度随地理位置和季节不同 ➢ O3在地球大气的不同高度上具有显著不同的环境 作用
臭氧浓度的表示法：柱浓度法、质量浓 度、数浓度、分压和体积混合比等多种方法。
南极臭氧洞及其非均相反应
2. 南极臭氧洞形成中的非均相反应
当PSCs生成时，Cl的临时储库分子（如ClONO2和HCl）可以 在这些晶体表面发生非均相分解反应，释放出活性形式的氯 （Cl2和HOCl），其机理为：
ClONO2 (g) +HCl (s)→Cl2 (g)+HNO3 (s) HOCl (g) +HCl (s)→Cl2 (g)+H2O (s) ClONO2 (g)+H2O (s)→ HOCl (g) +HNO3 (s)
平流层中的气相化学 平流层中除O3外，还存在多种其他痕 量物质，这些物质与O3的化学过程组 成了平流层的气相均相反应化学。
平流层物种分类：按主要元素
族
主要物种
奇氧族 Ox 奇氢族 HOx 奇氮族 NxOy 氯 族 Clx 溴 族 Brx 甲基族 CHxOy 硫氧族 SOx
O, O3, O(1D) H, OH, HO2, HNO2, HNO3, HOCl, CH3OOH
以上反应在极地的黑暗条件下即可发生
南极臭氧洞及其非均相反应
2. 南极臭氧洞形成中的非均相反应
以气态形式存在的HOCl和Cl2暂时存留在云中。当 早春来临，极地太阳升起时，这些Cl2和HOCl等氯 的活性物种在可见和近紫外光的作用下，很快活泼 的氯气被分解成两个氯原子：
Cl2+hv→Cl+Cl 促进O3的催化循环，导致大面积、大量的O3损耗。
N,NO,NO2,NO3,N2O5,HNO2,HNO3,ClONO2,BrONO2
Cl, ClO, ClO2, HOCl, ClONO2,HCl Br, Br O, Br ONO2,HCl CH3, CH3O, CH3O2, CH3OOH, CHO SO, SO2, SO3, HSO3, H2SO4
平流层化学研究进展
➢1974年，Stolarski和Cicerone等提出了含氮自由基 催化分解O3的可能性； ➢1974年， Molina和Rowland提出氟利昂在平流层 光解产生Cl自由基损耗O3机理； ➢1985年，英国南极考察站的科学家Farman等在 Halley Bay观测到早春时期南极上空O3急剧减少， 即形成了臭氧洞（ozone hole）。
➢ O3在地球大气的不同高度上具有显著不同的环境 作用
臭氧层的作用
紫外辐射的波段、人体健康影响和臭氧层的吸收作用
紫外辐射区 波长范围/nm 人体健康影响 O3层吸收情况
UV-A
315~400
促进维生素D的 合成
基本不吸收
UV-B
280~315
损害蛋白质和 DNA
吸收大约90％
UV-C
200~280
平流层化学研究进展
➢众多的科学观测和研究证实了氯和溴在平流层通过 催化化学过程破坏O3是造成南极臭氧洞的根本原因。 ➢Crutzen等人发现南极平流层极地云及其非均相化 学对南极臭氧洞损耗有着不可忽视的影响。平流层非 均相化学体系逐渐建立，臭氧洞的形成机理较明确。 ➢在北极上空和其他中纬度地区发现了不同程度的臭 氧层损耗现象，说明臭氧总浓度减少是全球性的。
南极臭氧洞及其非均相反应
3. Cl和Br的催化反应 （2） BrO-ClO 催化循环
Cl + O3 → ClO +O2 Br + O3 → BrO +O2 ClO + BrO → Br + ClO2 ClO2 →M Cl + O2 总反应： 2O3 →3O2
此循环反应造成的结果约占臭氧损耗的20％
族内的组分反应和转化很快（ms-min）;
族间也有反应、转化，但时间尺度相对长
平流层物种分类：按反应性质
对每个族可分为3类：
源分子：通常来自地表，寿命长（H2O,N2O,CH4,CFCs） 活性基：由源分子光解或其它物种反应生成，活性高、
寿命短（HOx,NOx,ClOx），是链反应的催化剂。 储库分子：自由基与其他分子结合生成较长寿命的、相