什麼是大氣化學

研究大氣組成和大氣化學過程的學科。屬大氣科學的一個分支。它涉及大氣各成分的性質和變化，源和匯，化學循環，以及發生在大氣中、大氣同陸地或海洋之間的化學過程。研究的對象包括大氣微量氣體、氣溶膠、大氣放射性物質和降水化學等。研究的空間範圍涉及對流層和平流層，即約50公里高度以下的整個大氣層（更高層大氣中，主要是高激發態的粒子，如原子、離子和高荷電粒子，它們的組成和性質，一般列入高層大氣物理學的領域）。研究的地區範圍包括全球、大區域和局部地區。

對大氣化學的研究始於19世紀下半葉，初期只限於研究降水中的痕量(指在大氣中的濃度低於百萬分之一)物質和氣溶膠，有一時期集中於研究臭氧和微量放射性物質。在20世紀60年代以前，大氣化學不引起人們的重視，多數研究偏重於大氣中天然微量成分的全球性平衡、源、匯、循環和氣溶膠的物理性質等。60年代後，由於人類活動對大氣產生的影響，出現了較嚴重的大氣污染，大氣化學才引起廣泛的注意。並由於應用了微量分析技術、實驗室模擬技術和電子計算機技術，使大氣化學的研究向定量化和模式化的方向發展。尤其是在大氣污染形成的機制、污染物對平流層臭氧濃度的影響等研究方面，取得了較大進展。但就學科的發展進程而言，大氣化學仍處於初始發展階段，許多事實和現象還不清楚，尤其是關於一些大氣微量成分的源、匯和時空分佈，它們的遷移、輸送和全球循環等問題，都需要進行觀測和研究。

特點

無論從組成上或從遷移和轉化上看，大氣都是一個複雜的體系，受很多因素的制約。

（1）大氣吸收太陽的紫外輻射和可見光波段的輻射，與光化學有極其密切的關係。

（2）各種物質輸入大氣中的情況，或者在大氣中的遷移、擴散、混合和反應，隨時隨地都在變化，所以大氣化學反應的模式，必須與大氣湍流擴散聯繫起來考慮。

（3）大氣的成分不但有氣體，而且有懸浮着的固體和液體粒子（氣溶膠），它們有的是天然存在的，有的是人類活動輸入的或者是大氣化學反應產生的。氣溶膠在大氣的化學過程中起着重要的作用，所以除了研究大氣的均相反應（氣體與氣體之間的反應）外，還要研究大氣的多相反應（氣體與固體或液體之間的反應）和表面效應。

（4）大氣中許多成分以痕量存在，必須採用痕量的分析化學技術。

主要內容

大氣的化學組成

主要包括對流層和平流層大氣中主要成分和微量成分的組成、含量、起源和演化等問題（見地球大氣演化）。

對流層化學

主要包括碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、碳氫化物和氣溶膠的源、匯和循環，污染物之間的化學反應和對流層空氣污染形成的化學機制。對空氣污染的化學過程，主要集中研究了兩種類型的機制：

（1）二氧化硫的氧化。二氧化硫是由煤炭、石油等礦物燃料燃燒產生的主要污染物，其中一部分在大氣中被氧化成硫酸或硫酸鹽氣溶膠。由於其比重大，沉降而接近地面，特別是匯聚於谷地或盆地，形成酸霧而造成污染；或者被降水帶下而形成酸雨。硫酸的為害，遠遠超過二氧化硫，所以人們對二氧化硫氧化的機制，進行了許多研究。從很多結果看來，在非污染空氣中，二氧化硫的含量極微，它分別同氫氧自由基(HO·)、氫過氧自由基（H(O2·）和雲、霧水滴反應；在污染空氣中二氧化硫的含量較高，它與氫過氧自由基的反應是重要的。並且，在污染空氣中還存在着過渡金屬（如錳）的多相催化反應。

（2）臭氧的形成化學。隨着機動車輛的發展，光化學煙霧污染問題日益突出。它是由氮氧化物和碳氫化物在紫外輻射作用下發生光解反應和一系列氧化反應生成臭氧和其他氧化物 (如過氧乙酰硝酸酯PAN和醛類等)而造成的。通過室內外煙霧箱模擬反應及計算機對複雜反應系列的計算結果看來，氧化反應中起主要作用的也是氫氧自由基和氫過氧自由基。1979年研究發現，當有芳香胺污染物存在時，煙霧中能檢出致癌物亞硝胺。此外，對非污染地區臭氧形成問題的研究，發現一氧化碳的氧化也很重要。

20世紀70年代以來，已注意研究多種污染物之間的相互作用和共同效應。

平流層化學

平流層化學的中心問題是臭氧的光化學反應，在太陽紫外輻射照射下，平流層臭氧經歷強烈的光化學過程。20世紀60年代以來，人類活動對臭氧層的影響，引起了人們的密切關注。曾經認為超音速飛機的飛行將使氮氧化物排入平流層而破壞臭氧，這將造成在地球表面小於0.3微米波長的紫外輻射強度加大，引起皮膚癌的增加和農業生產降低。對含氟氯烴類化合物也有類似的擔憂，它們在對流層是化學穩定的，但在平流層可以進行光分解而破壞臭氧。這個問題還存在着看法上的分歧，尤其是對於氮氧化物的影響，還有待進一步研究（見大氣臭氧層）。

氣溶膠化學

主要包括氣溶膠的化學組成（硫酸鹽氣溶膠、硝酸鹽氣溶膠和有機物氣溶膠），二次氣溶膠的形成機制，氣溶膠的長距離傳輸，以及多相反應化學等。長期以來，人們對氣溶膠只着重於物理性質的研究，從20世紀70年代以來，氣溶膠化學的研究逐漸引起注意。特別是多相反應化學，已引起重視，它主要包括以下三方面：

（1）氣體-微粒的相互作用。在正常條件下，氣溶膠微粒對氣體物質的物理和化學的吸附作用，對於氣體濃度基本上沒有影響，但是表面層的吸附，對氣溶膠的光學性質以及作為水滴成核劑的性質，卻有着顯著影響。

（2）氣體-微粒的轉換。 蒸汽經過成核作用可以形成新的微粒，可以在已有的微粒表面凝聚，或和微粒反應。對這些現象的定性觀察已有不少，但尚需進行定量的研究。

（3）多相催化。在室温和光照的條件下，一氧化氮可以被催化氧化為二氧化氮。有的研究提出了吸附在二氧化硅上的含氟氯烴類的光催化分解，可是這方面的工作仍未引起重視。

降水化學

主要包括降水的化學組成，降水過程中的化學問題，以及當前引起普遍重視的酸雨的形成和機制等。

大氣放射性物質的化學

主要包括大氣中存在的放射性元素的輻射性質、來源、循環及其對平流層的影響。

參考書目

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