Stopový plyn - Trace gas
Stopové plyny jsou tyto plyny v atmosféře jiné než dusík (78.1%), kyslík (20,9%) a argon (0,934%), které v kombinaci tvoří 99,934% plynů v atmosféře (bez vodní páry).
Hojnost, zdroje a propady
Množství stopového plynu se může pohybovat od několika dílů na bilion (ppt ) objemově na několik stovek dílů na milion objemově (ppmv ).[1] Když se do atmosféry přidá stopový plyn, tento proces se nazývá a zdroj. Existují dva možné typy zdrojů - přírodní nebo antropogenní. Přírodní zdroje jsou způsobeny procesy, které se vyskytují v přírodě. Naproti tomu antropogenní zdroje jsou způsobeny lidskou činností. Některé ze zdrojů stopového plynu jsou biogenní, pevná Země (odplyňování ), oceán, průmyslové činnosti nebo in situ formace.[1] Několik příkladů biogenních zdrojů zahrnuje fotosyntéza, zvířecí výkaly, termiti, rýžová pole, a mokřady. Sopky jsou hlavním zdrojem stopových plynů z pevné zeminy. Globální oceán je také zdrojem několika stopových plynů, zejména plynů obsahujících síru. Vznik stopových plynů in situ probíhá chemickými reakcemi v plynné fázi.[1] Antropogenní zdroje jsou způsobeny lidskými činnostmi, jako je spalování fosilních paliv (např přeprava ), těžba fosilních paliv, spalování biomasy a průmyslová činnost.
Naproti tomu a dřez je, když je stopový plyn odstraněn z atmosféry. Některé jímky stopových plynů jsou chemické reakce v atmosféře, zejména s OH radikál, formování konverze plynu na částice aerosoly, mokrá depozice a suchá depozice.[1] Mezi další jímky patří mikrobiologická aktivita v půdě.
Níže je uveden graf několika stopových plynů včetně jejich množství, životnosti v atmosféře, zdrojů a propadů.
Stopové plyny - odebírány při tlaku 1 atm[1]
| Plyn | Chemický vzorec | Podíl objemu vzduchu podle druhů | Doba pobytu nebo životnost | Hlavní zdroje | Major Dřezy |
|---|---|---|---|---|---|
| Oxid uhličitý | CO2 | 409,95 ppmv (srpen, 2019) | 3 - 4 roky | Biologické, oceánské, spalovací, antropogenní | fotosyntéza |
| Neon | Ne | 18,18 ppmv | _________ | Sopečný | ________ |
| Hélium | On | 5,24 ppmv | _________ | Radiogenní | ________ |
| Metan | CH4 | 1,8 ppm v | 9 let | Biologické, antropogenní | ACH |
| Vodík | H2 | 0,56 ppmv | ~ 2 roky | Biologická, HCHO fotolýza | absorpce půdy |
| Oxid dusičitý | N2Ó | 0,33 ppmv | 150 let | Biologické, antropogenní | Ó(1D) ve stratosféře |
| Kysličník uhelnatý | CO | 40 - 200 ppbv | ~ 60 dní | Fotochemické, spalovací, antropogenní | ACH |
| Ozón | Ó3 | 10 - 200 ppbv (troposféra) | Dny - měsíce | Fotochemické | fotolýza |
| Formaldehyd | HCHO | 0,1 - 10 ppbv | ~ 1,5 hodiny | Fotochemické | OH, fotolýza |
| Druhy dusíku | NEX | 10 pptv - 1 ppmv | proměnná | Půdy, antropogenní, bleskové | ACH |
| Amoniak | NH3 | 10 pptv - 1 ppbv | 2 - 10 dní | Biologický | konverze plynu na částice |
| Oxid siřičitý | TAK2 | 10 pptv - 1 ppbv | Dny | Fotochemické, vulkanické, antropogenní | OH, oxidace na vodní bázi |
| Dimethylsulfid | (CH3)2S | několik pptv - několik ppbv | Dny | Biologické, oceánské | ACH |
Skleníkové plyny
Několik příkladů majora skleníkové plyny jsou voda, oxid uhličitý, metan, oxid dusičitý, ozón, a CFC. Tyto plyny mohou absorbovat infračervené záření při průchodu atmosférou ze zemského povrchu. Nejdůležitějším skleníkovým plynem je vodní pára, protože dokáže zachytit asi 80 procent odcházejícího infračerveného záření.[2] Druhým nejdůležitějším skleníkovým plynem a nejdůležitějším, který je do atmosféry ovlivněn zdroji vytvořenými člověkem, je oxid uhličitý.[2] Důvodem, proč mohou skleníkové plyny absorbovat infračervené záření, je jejich molekulární struktura. Například oxid uhličitý má dva základní režimy vibrací, které vytvářejí silné dipólový moment, což způsobuje jeho silnou absorpci infračerveného záření.[2] Níže je uvedena tabulka některých hlavních skleníkových plynů s lidskými zdroji a jejich přínosu pro zvýšení skleníkový efekt.
Klíčové skleníkové plyny a zdroje[2]
| Plyn | Chemický vzorec | Hlavní lidské zdroje | Příspěvek ke zvýšení (odhad) |
|---|---|---|---|
| Oxid uhličitý | CO2 | spalování fosilních paliv, odlesňování | 55% |
| Metan | CH4 | rýžová pole, dobytek a dojnice, skládky, produkce ropy a plynu | 15% |
| Oxid dusičitý | N2Ó | hnojiva, odlesňování | 6% |
Naproti tomu nejhojnější plyny v atmosféře nejsou skleníkové plyny. Hlavním důvodem je to, že nemohou absorbovat infračervené záření, protože nemají vibrace s dipólovým momentem. [2] Například trojné vazby atmosférické dinitrogen vytvořit vysoce symetrickou molekulu, která je velmi inertní v atmosféře.
Míchání
Doba pobytu stopového plynu závisí na množství a rychlosti odstraňování. Jungeův (empirický) vztah popisuje vztah mezi fluktuacemi koncentrace a dobou zdržení plynu v atmosféře. Může být vyjádřeno jako fc = b/ τr, kde fc je variační koeficient, τr je doba pobytu v letech a b je empirická konstanta, kterou Junge původně uvedl jako 0,14 roku.[3] Jak se prodlužuje doba zdržení, variabilita koncentrace klesá. To znamená, že nejvíce reaktivní plyny mají největší variabilitu koncentrace kvůli jejich kratší životnosti. Naproti tomu inertnější plyny jsou neměnné a mají delší životnost. Při měření daleko od jejich zdrojů a propadů lze vztah použít k odhadu troposférických dob zdržení plynů.[3]
Reference
- ^ A b C d E Wallace, John; Hobbs, Peter (2006). Atmosférická věda: Úvodní průzkum. Amsterdam, Boston: Elsevier Academic Press. ISBN 9780127329512.
- ^ A b C d E Trogler, William C. (1995). „Environmentální chemie stopových atmosférických plynů“. Journal of Chemical Education. 72 (11): 973. doi:10.1021 / ed072p973.
- ^ A b Slinn, W. G. N. (1988). „Jednoduchý model pro Jungeův vztah mezi fluktuacemi koncentrace a dobou zdržení pro stopové plyny v troposféře“. Tellus B: Chemická a fyzikální meteorologie. 40 (3): 229–232. doi:10.3402 / tellusb.v40i3.15909.