Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 3 của môn học liên quan đến câu chuyện của CFC và quá trình mà nó tạo ra một thảm họa môi trường. Phần này còn nhấn mạnh tầm quang trọng của khí quyển đến hoạt động của con người và sự tuyệt vời của sinh quyển đến những thay đổi trong bầu không khí.
PHẦN CÂU CHUYỆN CỦA CFC VÀ OZON Ở TẦNG BÌNH LƯU Phần môn học liên quan đến câu chuyện CFC trình mà tạo thảm họa môi trường Phần nhấn mạnh tầm quang trọng khí đến hoạt động người tuyệt vời "sinh quyển" đến thay đổi bầu không khí Nhóm dịch: - Nguyễn Thị Ngọc Bích - Nguyễn Thị Phương Lệ Chi - Tô Thị Ngọc Hiếu - Hồ Thị Nhật Linh - Nguyễn Thị Thu Oanh - Võ Thị Xuân Vinh - Nguyễn Phạm Mỹ Ý Trang 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHIẾU XẠ Năng lượng trung bình từ mặt trời được đo không gian (1366 ± 3) Wm-2 Do đó, đầu vào trung bình đến bầu không khí chúng 342 Wm-2 Như bầu không khí có liên quan, tất nhận được từ mặt trời dạng xạ điện từ Từ nguồn lượng khác nguồn nhiên liệu hóa thạch đốt chuyển từ ấm áp trái đất, nhỏ được bỏ qua Ước tính trung bình dòng điện Trái Đất đạt được xác được biết đến (1366 ± 3) Wm-2, (điều tương đương với hiệu suất khoảng 14100%, 100W bóng đèn hộ gia đình mét vuông) vuông góc với hướng photon Trên bề mặt hình cầu Trái đất, lượng trung bình đến 342W mét vuông trung bình lượng bề mặt Trái đất Bức xạ mặt trời, xác hơn, xạ tia cực tím (bước sóng nhiều 400nm), tất nhiên, vô quan trọng đối với thành phần hóa học bầu khí Nếu nó, không khí trơ chất xuất từ bề mặt trái đất không được gỡ bỏ hai phản ứng hóa học phân ly, dẫn đến nồng độ khí tăng tác động môi trường liên quan Giá trị 1366 Wm -2 được gọi số lượng mặt trời, S Trang 3: Bức xạ lượng mặt trời đầu vào khoảng 342 Wm -2 đến không gian có phổ tương tự vật đen 5800K, mà đỉnh điểm vào khoảng 500nm Bức xạ được giảm phản xạ khí hấp thụ Mặt trời hoạt động giống tản nhiệt vật đen tuyệt đối Đó đối tượng có khả hấp thụ phát photon tất bước sóng Quang phổ điện từ sau chặt chẽ vật đen tuyệt đối nhiệt độ 5800 K Với độ lệch lớn xảy bước sóng ngắn 5800K chủ yếu nhiệt độ bề mặt trung bình mặt trời Cường độ đỉnh phát xạ được tìm thấy vùng nhìn thấy được gần 500 nm, mà xảy để được gần với đỉnh cao đáp ứng thị giác 555nm Có thể mắt người được nhìn thấy biểu đồ này, cường độ hình dạng quang phổ xạ đến bề mặt trái đất được sửa đổi hấp thụ tán xạ số loài khí Trong số vật liệu hấp thụ, hai O2 O3 bật tia cực tím (UV) nhìn thấy được khu vực quang phổ Khu vực cho thấy tổng thông lượng photon được bề mặt trái đất nếu khí không hấp thụ tất Sự khác biệt thông lượng đến trung bình 342Wm-2 thông lượng đến bề mặt trái đất được chiếm phản ánh, chủ yếu từ đám mây nước bình xịt khác Trang 4: HẤP THỤ ÁNH SÁNG UV BỞI BẦU KHÍ QUYỂN ĐẾN KHÔNG GIAN Các thành phần bầu khí Trái đất O 2, N2 H2O Do đó, cần phải xem xét làm thế loại có được dưới xạ ánh sáng mặt trời Hầu hết bầu khí chứa N2, O2, H2O Tỷ lệ hai giá trị không đổi tầng đối lưu, tầng bình lưu tầng giữa, nồng độ nước thay đổi theo không gian ba chiều khác nhau, từ phần nhỏ phần trăm đến khoảng bốn phần trăm số phân tử đơn vị thể tích Mặc dù hầu hết chất hóa học thú vị khí xảy không gian mà chiếm phần nhỏ khí (khối màu cam trên), cấu vĩ mô tầng khí thấp trung bình được điều chỉnh tương tác O2 với ánh sáng mặt được thực thời gian ngắn Để xem xét giá trị phân tử bị tia cực tím xạ nhìn thấy, người ta bắt đầu cách đơn giản nhìn vào nguồn lượng phân ly liên kết phân tử điển hình Trong trường hợp phân tử hai nguyên tử, lượng phân ly liên kết khác biệt hình thành XY X + Y N có liên kết phân tử mạnh gặp tự nhiên Năng lượng phân ly liên kết liên quan đến lượng tối thiểu photon (và bước sóng liên quan với nó)cần thiết để sản xuất nguyên tử N: N2, 127nm cần thiết để phân tách N để N + N , giả định hàng rào ngăn cách trình phân ly có nghĩa bước sóng ngắn được yêu cầu cho phân ly Theo phổ phát xạ mặt trời quan sát từ không gian, tương đối photon có bước sóng nhỏ 127nm đến bầu khí Trái đất Mặt khác, tách bước sóng dài lên đến 240nm Trong vùng phổ này, nhiều photon có sẵn Trang 5: ĐỊNH LUẬT HẤP THỤ BEER - LAMBERT Định luật Beer-Lambert liên quan phần ánh sáng tới hấp thụ vật thể với chiều dài đường dẫn quang học thông qua vật thể cách sử dụng hệ số hấp thụ quang học hiệu Sự thay đổi cường độ ánh sáng qua chất khí dễ dàng mô tả biểu BeerLambert, dự đoán giảm theo cấp số nhân cường độ với khoảng cách nếu nồng độ loài hấp thụ không đổi Lưu ý đơn vị khác được sử dụng để hấp thụ thực tế sản phẩm (σ, k hay) αcL thứ nguyên.Trong phần này, sử dụng phần hấp thụ chéo với đơn vị cm (mỗi phân tử) thường sử dụng nồng độ với đơn vị (phân tử) cm-3 Trang 6: SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG UV BỞI TẦNG KHÍ QUYỂN N2, O2 H2O tất hấp thụ mạnh khu vực xa quang phổ hấp thụ Tuy nhiên mạnh xảy phạm vi xạ quang phổ mặt trời thấp Chúng ta cần phải xem xét phần hấp thụ yếu bước sóng dài Hấp thụ ánh sáng khí thú vị ba lý (1) Nó che chở động vật thực vật từ bước sóng tia cực tím có hại, (2) làm nóng bầu không khí, (3) tạo lọai phản ứng cao Để định lượng trình hấp thụ , cần phải biết hấp thụ qua phần (hoặc tương đương, hệ số dập tắt phân tử , hệ số hấp thụ phân tử ) phân tử sản phẩm phân ly kết nếu có Hiển thị hấp thụ mặt cắt ngang cho O H2O Điều N2 không được hiển thị, trở nên đáng kể so với hai phân tử dưới 150nm, không phân tách cho đến 127nm hơn, được ghi nhận Lưu ý, giá trị (đơn vị) phần hấp thụ cắt ngang Cao thứ tự 10 -17cm2 Điều được coi giá trị cao cho phân tử bầu khí quyển, có nguyên tử lớn nhiều hấp thụ cao điểm cắt Việc giải thích vật lý thiết yếu hấp thụ mặt cắt ngang 10 -17cm2 theo photon tương ứng với bước sóng đặc biệt, phân tử xuất để có diện tích bề mặt theo hướng tiếp cận photon10-17cm2 diện tích bề mặt tương ứng với đường kính (4 x 10 -17/π)0,5 = 35 A , mà lớn đường kính va chạm O2 nhiều lần Để đưa điều vào quan điểm, nhớ Iabs/I0=σCL, nơi σ hấp thụ phân tử có mặt cắt ngang ( cm -2 phân tử), c nồng độ (mỗi phân tử cm -3) , L chiều dài đường qua hấp thụ xảy (cm) Trên mặt đất, O có nồng độ khoảng x 1018 (mỗi phân tử) cm-3 Như hấp thụ 20%, L = 0,2/(10-17 x x1018) = 0,004 cm Vì vậy, lớp không khí 0,1 cm dày xuất hoàn toàn “ vật đen” nếu phần hấp thụ cắt ngang không khí nhìn thấy 10-17cm2 (chỉ có phần nhỏ ánh sáng kinh nghiệm exp[-(10 -17 cm2 x x 1018 cm-3 x 0,1 cm)] = 0,007 thâm nhập vào lớp Tại giá trị khác, để xem đối tượng thông qua không khí km, nói hấp thụ ánh sáng cần phải được tối thiểu ( không 10 % , ví dụ) Điều cần được hấp thụ trường hợp này? Ở σ = 0,9/(5 x 1018 cm2 x 1000m x 100 cm/m) = x 10-24 cm2 Những số tốt để ghi nhớ Đương nhiên, người ta phải xem xét nồng độ hầu hết loài hấp thụ khí được thực cường độ so với O 2, người ta phải tính đến thay đổi logarit áp lực với độ cao, có nghĩa cho chiều dài đường hấp thụ không khí theo hướng thẳng đứng thường tập trung liên tục Cũng được hiển thị số thông số: xạ quang phổ mặt trời trực tiếp bầu khí (nói độ cao 200 km ) đơn vị tuyến tính Vì hầu hết ánh sáng đến bầu khí nằm bước sóng dài so với dải hấp thụ O H2O, đại diện tốt ảnh hưởng O H2O quang phổ mặt trời ghi/tuyến tính Này được đưa trang tiếp theo Trang 7: SỰ HẤP THỤ O2 TRONG VÙNG UV Trên quy mô đăng nhập, tất tính quan trọng O2, quang phổ hấp thụ được nhìn thấy O2 phân ly bước sóng dưới 240 nm Trên đồ thị trước đó, khó để nhìn thấy hấp thụ nhỏ kết hợp với O H2O bước sóng dài nơi xạ Mặt Trời bắt đầu tăng nhanh chóng Một quy mô logarit cho trục y cho thấy rõ ràng Thể hai ví dụ loạt hiệu O việc làm giảm cường độ ánh sáng mặt trời Nó được nhìn thấy rõ ràng 150 nm hấp thụ mặt cắt ngang lớn mà đường O ( mặt đất ) mm cần thiết để giảm cường độ yếu tố điện tử (có nghĩa yếu tố 2,72 ) Tại 240 nm, km O2 cần thiết để đạt được yếu tố giảm Nó rõ ràng sau hấp thụ O mình, ánh sáng 150 nm đạt được bề mặt trái đất Không khí được minh bạch 240 nm hấp thụ O 2? Để trả lời câu hỏi người ta cần phải đưa vào tài khoản theo cấp số nhân thay đổi nồng độ O với độ cao đề cập Một tính toán ví dụ cho sau áp suất không khí liên quan đến độ cao Trang 8: ÁNH SÁNG TỚI BỀ MẶT CỦA TRÁI ĐẤT Biểu đồ cho thấy hấp thụ xạ O2 khoảng cần thiết để loại bỏ mặt trời xạ khu vực hạn chế lên đến khoảng 260 nm (240 nm cắt phân ly O 2, đề cập, đề cập đến oK, nhiệt độ khác luôn có gọi “đuôi Boltzmann”, trình chuyển đổi từ quần thể nhỏ mức vibrationally kích thích có tác dụng mở rộng đột ngột oK, điểm cắt phổ biến nhiều tượng vật lý Bạn thấy phần phổ tương đối DNA được vẽ Quang phổ ước tính chủ quan mức độ thiệt hại gây DNA tiếp xúc với bước sóng khác Để tính toán tổng DNA tương đối, người ta phải nhân phổ photon (màu cam) quang phổ DNA tương đối Kể từ hai số lượng khoảng chống tương quan, tổng phổ DNA (đôi được gọi quang phổ hành động DNA) có đỉnh tương đối sắc nét Theo điều kiện nêu tổng DNA, nếu xem xét bước sóng từ 310 nm 305 nm, được nhiều thế được sửa chữa cách an toàn hầu hết sinh vật sống Rõ ràng hấp thụ khác cần thiết để bảo vệ sinh trái đất Bảo vệ được cung cấp không khí tương đối nhỏ cấu thành ozon Trang 9: TẠI ĐỘ CAO NÀO UV BỊ HẤP THỤ MẠNH NHẤT? Vectơ tốc độ biến thiên cực đại hàm thực theo hướng nồng độ O 2, dẫn đến hấp thụ bước sóng khác độ cao khác Trước lưu ý bước sóng khác được hấp thụ mức giá trị khác bầu không khí phụ thuộc vào hấp thụ tương ứng cắt ngang vật thể tham gia tập trung chúng Khi ánh sáng qua môi trường hấp thụ, được dự kiến cường độ ánh sáng tăng theo cấp số nhân với khoảng cách theo định luật hấp thụ Beer-Lambert Tuy nhiên, điều hợp lệ nếu nồng độ loại hấp thụ hàm khoảng cách Cho bầu không khí, nồng độ O tăng theo cấp số nhân với khoảng cách (từ không gian ) Điều có thú vị cho vị trí hấp thụ tối đa Trong hình ảnh ba tình được coi ánh sáng qua loạt hấp thụ có tăng nồng độ cố định mặt cắt độ dày Khi ánh sáng qua, lượng ánh sáng được hấp thụ sàn được tính toán Có thể thấy đối với số trường hợp hấp thụ tối đa xảy ở ngăn xếp Điều thường xảy khí Các thông tin cần thiết cho tính toán hấp thụ không khí (a) hấp thụ mặt cắt ngang loài (b) thông lượng lượng mặt trời bên bầu khí (b) tập trung cao độ chức Trang 63: PHÂN VÙNG CLO TRONG KHÍ QUYỂN Biểu đồ không biểu diễn khí chứa Cl phía Nam cực, mà vĩ độ phía Bắc ý có giảm nhanh, phản ứng quang phân, nồng độ khí ổn định vào tầng bình lưu Nguyên tử Cl phản ứng với CH tạo HCl với O3 tạo ClO Nếu có đủ NO2 ClO phản ứng với NO2 tạo ClONO2, nồng độ chất xấp xỉ với O vĩ độ Phía lớp ozone, phản ứng với CH4 chiếm ưu thế Trang 64: Trang 65: XU HƯỚNG GẦN ĐÂY VỀ CFC-11 VÀ CFC-12 Tốc độ phát thải chất CFC chủ yếu khí được kiềm chế đáng kể vào năm 1987 Các tính toán nồng độ tầng đối lưu chất CFC có nhiều cách thức để hạn chế phát thải có hiệu Chú ý nồng độ CFC-11 giảm nhanh CFC-12, CFC-11 có tốc độ phản ứng với OH lớn CFC-12 Trang 66: XU HƯỚNG CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA CLO TRONG TẦNG ĐỐI LƯU Trang 67: TIỀM NĂNG PHÁ HỦY TẦNG OZONE (ODP) Tiềm phá hủy tầng ozone số cung cấp cung cấp cách đơn giản để so sánh khả tương đối chất khác tới việc phá hủy ozone tầng bình lưu ODPs thường được tính toán giả định điều kiện trạng thái ổn định với lượng khí thải không đổi (đối với hợp chất loại bỏ trình tuyến tính, tương đương với giả định xung khí thải kết hợp toàn phân hủy hợp chất không phụ thuộc vào thời gian ODPs phụ thuộc thời gian được tính toán, phản ánh tỉ lệ thời gian khác hợp chất khí tham chiếu (CFC-11) giải phóng clo brom vào tầng bình lưu Các hợp chất có thời gian sống khí ngắn (hoặc dài hơn) CFC-11 có ODP giảm (tăng) với thời gian tích phân Các ODP được xét ODP trạng thái ổn định, số lượng tích hợp khác biệt đối với loại halocarbon ODP chất phá hủy ozone i được cho phương trình phía Trang 68: NGĂN NGỪA TÍCH TỤ CÁC HÓA CHẤT NHÂN TẠO Khả phản ứng phân tử phá hủy ozone tầng đối lưu được tăng cường tăng số lượng liên kết C-H Nguyên tử H được tách phản ứng với gốc OH tầng đối lưu Trang 69: NGHỊ ĐỊNH THƯ MONTREAL Một thỏa thuận quốc tế được thiết kế để bảo vệ tầng ozone việc giảm sản xuất hợp chất được cho chịu trách nhiệm đối với suy giảm ozone Ra mắt ngày 16/9/1987 Có hiệu lực ngày 1/1/1989 Xem lại: 1990 (London), 1992 (Copenhagen), 1995 (Vienna), 1997 (Montreal), 1999 (Beijing), 2007 (Montreal) “ có lẽ điều ước quốc tế thành công cho đến Nghị định thư Montreal” Kofi Annan Trang 70 + 71 + 72: TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN PHẢN ỨNG CỦA CÁC PHÂN TỬ PHÁ HỦY OZONE Trang 73: ĐÁNH GIÁ NỒNG ĐỘ OH TRUNG BÌNH Năm 1995 lượng khí thải thế giới CH 3CCl3 ước tính không đáng kể Về bản, đường loại CH3CCl3 tầng đối lưu thông qua phản ứng với gốc OH Nếu nồng độ OH (trung bình hàng năm) không đổi người ta mong muốn quan sát hồ sơ theo cấp số nhân cho CH3CCl3 Trang 74: TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN PHẢN ỨNG CỦA CÁC PHÂN TỬ PHÁ HỦY OZONE Trang 75: PHÂN SỐ MOL CÁC CHẤT KHÍ LÀM SUY GIẢM OZONE Trang 76: SO SÁNH THỜI GIAN SỐNG CỦA CFCs VÀHCFCs Trang 77: MỘT VÀI ODP CỦA CÁC HỢP CHẤT TỒN TẠI LÂU DÀI PHỔ BIẾN Trang 78: TẦNG BÌNH LƯU: CỬA SỔ CƠ HỘI CHO Cl Trang 79: Trang 80: NHỮNG GÌ SẼ XẢY RA VỚI TẦNG OZONE NẾU CFCs ĐÃ KHÔNG ĐƯỢC ĐIỀU CHỈNH? Trang 81: CÁC HIỆU ỨNG LÀM ẤM CỦA CHẤT LÀM LẠNH Kết quả: Một lưỡng cực điện vĩnh cữu tương tác mạnh với xạ IR TIN XẤU CHO SỰ NÓNG LÊN TOÀN CẦU! Trang 82: Trang 83: SỰ THAY ĐỔI CFC ĐÃ ĐƯỢC PHÁT TRIỂN Các dãy CFC khác chủ yếu được thay thế theo thứ tự từ HCFCs HFCs đến HFCs mức GWP (năng nóng lên toàn cầu) thấp để HFEs không đáp ứng yêu cầu hiệu suất ozone thân thiện mà làm giảm nóng lên toàn cầu Trong thế hệ CFC được thay thế chủ yếu HCFC số HFC thế hệ thứ hai lựa chọn thay thế chủ yếu bị chiếm đóng loại HFCs kể hỗn hợp số HFEs Trong tương lai gần được gọi thế hệ thứ ba, HFEs, HFCs với tiềm nóng lên toàn cầu thấp (GWP) được giới thiệu thị trường lựa chọn thay thế thích hợp HFCs có Một hydrofluoroolefin có cấu trúc hóa học CH = CF-CF3 (HFC-1234yf) được phát triển ví dụ HFC với GWP thấp Thay thế CFC được phát triển, hai cách tiếp cận được thực ngành công nghiệp Một phát triển HCFC, HFC, HFEs cách sử dụng kết hợp nguồn lực sẵn có phản ứng cụ thể cho nhà sản xuất Trong phương pháp này, kết lựa chọn thay thế không thiết phải thể hiệu suất CFC tương ứng thường phải thay đổi hiệu suất cách pha trộn với hóa chất khác phù hợp giới thiệu số thành phần mới để đáp ứng yêu cầu công nghiệp Một cách khác để thay thế CFC được phát triển phân tử thiết kế với trợ giúp hóa học tính toán trước trình tổng hợp chúng được xem xét Ví dụ điển hình phương pháp phát triển HCFC-225s Trang 84: CÁC PHẢN ỨNG VÍ DỤ CHO SỰ TẠO THÀNH CFCs Trang 85: TRIỂN VỌNG TƯƠNG LAI THAY THẾ CFC Tăng tốc độ thực HCFCs được quyết định hội nghị thứ 19 bên tham gia Nghị định thư Montreal Montreal tháng năm 2007 HCFC được thay thế phần lớn HFCs sau được tiếp tục thay thế mức tăng GWP thấp cho HFCs HFEs Một loạt HFEs được được phát triển đường khả thi mặt kinh tế chưa được nhận cho sản xuất công nghiệp chúng với vật liệu có sẵn bắt đầu thi chiến chất xúc tác mới