大气化学基础 秦瑜.pdfVIP

大气化学是大气科学的一个重要分支，它研究地球大气的组成及其变化，以及引起 这些变化的物理化学的过程。作为全书的开篇，本章将首先介绍大气化学的研究对象、 内容及其研究的特点。同时还介绍地球大气的结构、组成以及大气演化的历史。 大气是人类生活的主要环境部分，因而也就成为人类最早的研究对象。早期的化学 研究发现了大气中包含有 等气体，进而又发现了其它各种气体组分，逐渐认识 到地球大气是一个多成分的体系，对这些气体成分的物理、化学性质的研究构成了物理 学和化学的相当重要的部分。作为大气化学的初期研究可以追溯到 世纪后期，化学 家和物理学家试图确定大气的主要化学组成，如 和其它气体，开始研 究雨水中的痕量物质和大气中悬浮的颗粒物。 世纪初期，研究大气组成的重点开始 从主要组成转移到研究痕量气体上来，即大气中含量小于 的气体，人们逐渐认 识到大气有着非常复杂的化学组成。 年代开展了 观测和平流层 理论研究。 年代以前大气化学侧重在大气中的天然微量成分的全球平衡、源汇循环以及放射 污染的研究。随着社会经济的发展，环境污染加剧，各种严重的环境污染事件层出不穷， 如光化学烟雾事件、酸雨等等，大气化学的研究日益受到重视，并以 年代的 局地大气污染的研究发展到 年代的区域的和全球大气化学研究，并在 年代提出了全球变化问题。伴随这样一个发展过程，大气化学也逐渐从大气物理 学和高层大气学中逐渐分离出来，形成大气科学新的分支学科。当今大气化学研究之所 以受到重视，并成为大气科学的一个重要的分支，是因为“人类今天正处在一个前所未 有的紧要关头，在一代人的时间跨度内，维持地球生命之环境变化比人类历史上任何同 样时间内的变化都要迅速得多，这个变化在很大程度上正是由我们人类自己造成的”。 世界经济和技术的发展正在以某种形式加速和加深全球环境变化，而这些变化有可能 极大地影响将来。由于大气温室气体的增加而导致地球大气温度的增加，其部分原因是 由于大量使用矿物燃料（煤、石油、天然气）和森林资源遭到破坏，它可能明显地影响气 候。平流层 耗损和酸性降水其潜在的破坏已超出局地和区域范围。在研究全球变化 见本书第 页。 的国际地圈生物圈计划中，全球大气化学研究是其重要组成部分。大气化学有别于其他 化学学科，它研究的直接对象是大气。 地球大气是复杂的多相化学体系，它包含了占总量 的 和 ，以及惰性气 体、 和 等。大气中还有各种微量成分：各种有机和无机化合物气体，含量极 低而化学活性高的自由基以及固态和液态悬浮颗粒物。大气是氧化性介质，发生在其中 的化学过程往往倾向于由低的氧化态向高氧化态转化。由于太阳辐射的作用，大气中的 热化学过程往往与光化学过程结合，在其中大气光化学反应是至关重要的。大气常处于 物理、化学的非平衡状态，因而大气化学不仅要考虑化学平衡问题，更要考虑化学反应 的速率问题。大气化学反应往往十分复杂，牵连众多物种和过程，物种间又常通过自由 基反应相联系。大气化学反应不仅可以在同一相态中发生如气态均相反应，也可发生在 气体和粒子间，在其界面上发生物质转移和非均相反应。在一定条件下一些气体可以转 化为粒子。 大气化学过程是在一定环境条件下进行的，大气化学转化必须与所处的环境条件 一并考虑。土壤、海洋、动物、植物、微生物、自然燃烧、火山爆发、人类生产和生活及一些 突发的事件作为自然源和人为源都向大气中发射各种微量成分。这些物质在大气中随 大气运动，在大气中输送和扩散。在物种输送的同时，经历着各种化学转化的过程；通过 干的或湿的沉降过程（取决于是否经历云和降水过程）从大气中清除，回到地面。这样的 循环过程，不仅发生在大气中，而且牵涉到地球环境的各个相关联的组成部分：气圈、生 物圈、岩石圈和水圈，称为生物地球化学循环。大气化学在研究大气中的源发射 输送