החלת חוקי הריבית כדי להבין את הדינמיקה של אווירוסולמוספרי

הבנת ההתנהגות של אווירוסולם אטמוספירי היא קריטית למדע האקלים, ניהול איכות האוויר ובריאות הסביבה. חלקיקים זעירים אלה משפיעים על דפוסי מזג האוויר, בריאות הנשימה האנושית, ואת מאזן הקרינה של כדור הארץ.כימיקלים, במיוחד היישום של חוקי קצב, מספק מסגרת כמותית לניתוח היווצרות אווירוסול, צמיחה וטרנספורמציה כימית.

מה הם אווירוסולם אטמוספירי?

אטמוספיריות הן השעיות של חלקיקים מוצקים או נוזליים באוויר, החל בגודל ממספר חלקיקים לעשרות מיקרומטרים.הם מקורם ממקורות טבעיים ואנתרופולוגיים. מקורות טבעיים כוללים תרסיסים ים, התפרצויות געשיות, אבק מינרלים ופליטות הגיור ביולוגיות (למשל, אבק, צינורות, נגרים, מטענים מצמחייה אנושית).

ארוסול משפיע על האקלים ישירות על ידי פיזור וקליטת קרינה סולארית ועקיף על ידי הפעלת קונדונסציה בענן Nuclei (CCN) או גרעיני קרח, שינוי תכונות ענן וחיות חיים.האפקט הנקי של אווירוסולים על האקלים נשאר אחד הודאות הגדולה ביותר במודלים אקלים גלובליים.הבנת היווצרותם וטרנספורמציה שלהם היא עדיפות למחקרי אקלים.

יסודות של חוקי הריבית בכימיה אטמוספרית

חוקי הריבית הם ביטויים מתמטיים המתייחסים לשיעור התגובה הכימית לריכוזים של מגיבים.בכימיה אטמוספרית, חוקים אלה משמשים לתגובות הכרוכות בתרכובות אורגניות של תנודתיות (VOCs), חמצון (למשל, OH רדיקלים, אוזון, רדיקלים ניטר), ומינים אחרים שמובילים להיווצרות אוויר שלם.

[ב] ויקרא י"ד: ⁇

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

הוראות תגובה ו Molecularity

תגובות סדר ראשון (למשל, OH + VOC) הן נפוצות בכימיה אטמוספרית.תנאים ראשונים בשימוש במעבדות על ידי תגובה אחת (למשל, OH + VOC) נפוצים בכימיה אטמוספרית.תנאים של Pseudo- First-order משמשים לעתים קרובות במעבדות על ידי הפעלת אחד מגיבה יותר מדי.

טמפרטורה תלות

הטמפרטורה משפיעה על השיעור קבוע באופן משמעותי. באווירה, הטמפרטורה משתנה עם גובה, רוחב ועונה. משוואה Arrhenius מאפשרת תוספת של קבועות קצבים מופחתים לתנאים אטמוספריים.לדוגמה, תגובות עם אנרגיות הפעלה גבוהות איטיות יותר בטמפרטורות קרות אופייניות של הטרוספירה העליונה, המשפיעות על חיי אווירול ותפוצה גלובלית.

החלת חוקי התקן לתהליכי גיבוש אווירול

היווצרות Aerosol כוללת גם תהליכים הומוגניים ו heterogeneous. Hoogeneous nucleation (מבנה חלקיקים חדש) מתרחשת כאשר מינים של פליטה עולה על לחץ ריצוף apor.חוקי קצב עבור nucleation הם לעתים קרובות מורכבים, מעורבים היווצרות קינטיקה היווצרות חלקיקים. heterogeneous על פני משטחים חלקיקים קיימים, כגון עלייה של חומצה חנקנית או ammonia, מעקב אחר מנגנונים לנג-Hley כי הם כוללים תגובה טמפרטורה.

המונחים: Secondary Organic Aerosol (SOA) Formation

SOA טפסים כאשר תרכובות אורגניות תנודתיות (VOCs) עוברים חמצון כדי לייצר מוצרים בעלי עוצמה נמוכה המחלקים לשלב החלקיק.חוק הקצב של היווצרות SOA מבשר VOC יחיד יכול להתבטא כדלקמן:

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד ויקרא י"ד ויקרא י"ד ,

התשואות תלויות במבנה הכימי של התנאים ה-VOC וה-Ambient. Multi-דור מסלולי חמצון דורשים תוכניות קינטיות מורכבות.לדוגמה, החמצן של α-pinene (a biogenic VOC) מייצר מאות מוצרים, כל אחד עם תנודתיות שונות.קצב קבוע עבור כל צעד נקבע באופן ניסיוני ומשמש במודלים כמו ה-Master Chemical Meism (MC) לחיזוי ריכוזים מסוג SOA.

טופס Sulfate Aerosol

זחלות Sulfate בצורת בעיקר מן חמצון של דו תחמוצת sulfur (SO2) הנפלט מבעירה פחם והרי געש.המסלולים הדומיננטיים כרוכים חמצון של גז על ידי OH רדיקלים וחמצן aqueous-phase על ידי מימן peroxide (H2O2) או או או אוזון (O3) ב טיפות ענן.

[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]

בשלב האקומי, חוק הריבית של SO2 חמצון על ידי H2O2 הוא:

[22: 21] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שבו k1 ו- k2 ידועים מדידות מעבדה.שילוב חוקי קצב אלה למודלים אטמוספיריים מאפשר סימולציה של sulfate התפלגות אווירול ואת השפעות האקלים שלה.

מחקרים: החלת חוקי הריבית ל- Real-World Aerosol Dynamics

תצורת חלקיקים חדשה ב-Free Troposphere

תצפיות שדה על יערות נשאיות מראות התפרצויות של חלקיקים חדשים (3-50 nm) המונע על ידי חמצון של מונוטרפניות. החלת חוקי קצב ממחקרים של תאי מעבדה משכפלת את ריכוזי המספר החלקיק הנצפה כאשר יחד עם nucleation ומודלים צמיחה.לדוגמה, שיעור היווצרות של אשכולות יציבים ראשונים (גודל - 1nm) עוקב אחר תלות כוח על חומצה furic:2 LT2 אירועים זה הוא LT2 LT2 משמש לחיזוי גלובלי:

תגית: Black Carbon Aerosol

פחמן שחור (סווט) הנפלט ממנועי דיזל עובר ההזדקנות באטמוספירה כפי שהוא מקבל ציפוי של סולפט, ניטר או אורגנים.שיעור היווצרות ציפוי תלוי ריכוז של מבשרי גז ושטח פני השטח הזמין. A פסאודו-First-order Law מתאר את תהליך הציפוי: FLT:0dM / t = k surfir ×r(Fir) 1-F2-p: LT2: LT2-F1

השלכות על מדיניות איכות האוויר והאקלים

ייצוג מדויק של היווצרות אווירול, צמיחה, והסרה במודלים אקלים דורש נתונים קינטיים פרמטר חוקי שיעור.לדוגמה, שיעור היווצרות SOA משפיע על עומק אופטי ארוסול ועוצמה קורנטיבית חזוודה.ה-FLT:0 Interממשלתי פאנל על שינויי אקלים (IPCC) FLT:1 דוחות הערכה מסתמכים על מודלים המשלבים תוכניות קינטיות אלה.

יישומים כוללים חיזוי יעילות של מדיניות צמצום פליטה.לדוגמה, אם חוק הריבית עבור SO2 חמצון מאופיין היטב, הרגולטורים יכולים להעריך כמה sulfate aerosol יהיה מופחת תחת מכסה פליטה SO2 נתון. . . . .0U.S. Environmental Protection AgencyveFLT:1 משתמש במודלים כאלה בפיתוח תקני איכות אוויר לאומי של Ambient Air (NAQS).

אתגרים וכיוונים עתידיים ב- Aerosol Kinetics

למרות ההתקדמות, כמה אתגרים נותרו. תגובות אטמוספיריות רבות כרוכות בתערובת מורכבת ובמינים ביניים שקשה לבודד במעבדה. קצב התגובה למערך אווירוסול משני משתנה לעתים קרובות עם לחות יחסית, חומציות אוויריות אוויריות, והיקף חמצון - מספק לא נלכד במלואו בחוקי שיעור קבועים (גז + מוצק) דורש מודלים קינטיים כי טיפול במסה וחמצן משותף: 0 מגנטית שימוש בו זמנית של שיטות למידה כימיות.

גבול נוסף הוא התפקיד של תהליכים פוטו-כימיים.שיעור Photolysis קבוע עבור מינים של aerosol-phase (למשל, פחמן חום chromophores) תלוי בעוצמה קלה ומבנה חלקיקים.שילוב אלה לתוך מודלים משפר תחזיות של הזדקנות אווירול ותכונות אופטיות.

מסקנה

החלת חוקי קצב להזדקנות אטמוספרית, מערכות יחסים כמותיות אלה מאפשרות למדענים לחזות התנהגות אווירית בתנאים סביבתיים שונים.פרו נתונים קינטיים להפחית אי-ודאות בתחזיות אקלים ולתמוך במדיניות איכות אוויר מבוססת ראיות.המשך המחקר למנגנונים תגובה, תלות בטמפרטורה, וכימיה רב-phase יתרבו עוד יותר נבין את הדינמיקה שלנו בדינמיקה המשתנה של דינמיקה.