2010年8月21日 星期六

大氣層的化學反應

化學原理啟迪131


1.      圍繞地球表面的的氣體,對我們人類非常重要。大氣的主要組成成分是N2O2,另外還有許多重要的氣體,像是H2O二氧化碳CO2。海平面附近的大氣組成成分(扣掉蒸氣),列舉如下圖


2.      因為地心引力的影響,大氣的組成並不均勻,比較重的分子靠近地表,比較輕的分子移到比較高空的位置,最後逸散到太空中。


3.      大氣層是非常複雜與動態的系統,但是,為了方便起見,我們依據溫度隨高度的變化,把大氣層分層別類(最低的一層稱為對流層)。


隨著高度改變,溫度與壓力也隨之改變。特別注意,隨著高度變高,壓力也穩定地下降,但是溫度沒有隨著高度增加而增加。


4.      特別注意,跟大氣層多變的溫度相比,對流層氣壓相當有規律,對流層的氣壓隨著高度而減少。


5.      大氣上層的化學反應,主要是受到於太空中的高能量的輻射太陽粒子等因素的影響。


6.      實際上,外層大氣是地球重要的保護盾,阻止高能量的輻射衝進地球,高能量的輻射會傷害十分脆弱、用以維繫生命的分子。特別是大氣外層的「臭氧層」,能防止高能量的紫外線直接穿透地球。


7.      目前已經有大量且進步的研究成果,瞭解臭氧濃度,與臭氧如何受到釋放到空氣中的化學物質的影響。


8.      對流層的化學反應嚴重受到人類活動的影響。現代工業文明,把上百噸的氣體與微粒釋放到對流層。而非常令人驚訝的是,大氣吸收這麼多物質,竟然只有一點點永久性的改變。


9.      然而,大氣確實發生了改變。許多大型城市都有嚴重的空氣污染air pollution,而這很可能造成地球氣候長期的改變。我們將討論短期、地區性的污染效應。


n   翻譯編寫Steven S. ZumdahlChemical Principles


徐弘毅


1.      愈靠近地球表面,地心引力愈強,吸引的氣體粒子數量愈多,密度愈高。


2.      因為依據理想氣體定律,在同樣體積與溫度下,粒子數量愈多,壓力會愈大,因此,大氣層,隨著高度減低,壓力上升,高度變高,壓力下降。


3.      但是,粒子的溫度,與地心引力無關,而是受輻射能量的影響。


4.      以對流層來說,地表會反射熱能,因此,靠近地表溫度較高對流層的溫度隨著高度增加,溫度下降。


5.      可是到了平流層卻隨高度增加而增加,這應該是因為平流層中的臭氧層吸收了紫外線能量。


6.      而增溫層,愈外層的溫度愈高,因為最外層是第一線吸收宇宙高能量輻射與太陽粒子的地方。


7.      「現代工業文明,把上百噸的氣體與微粒釋放到對流層。而非常令人驚訝的是,大氣吸收這麼多物質,竟然只有一點點永久性的改變。」


8.      雖然大氣本身有調節作用,但是因為物質不滅,這些不斷進入大氣的上百噸的微粒,並不會消失,不斷累積下去,就變成影響氣候的因素。

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