Химия окружающей среды

1. Объясните понятие «нулевой» цикл озона. Какие процессы приводят к нарушения «нулевого» цикла озона? Приведите уравнения реакций.

Образование озона (О3) — это фотохимический процесс с использо¬ванием энергии света. Чем меньше длина волны света, тем больше энергии он несет. Чтобы разорвать на части молекулу кислорода (О2), требуется ультра-фиолетовое излучение (УФ) с длиной волны меньше 242нм:

фотон УФ обозначен здесь hv. Как только образовались атомы кисло¬рода , они взаимодействуют с О2 и образуют озон:

Образование О3 в результате фотохимического процесса может быть уравновешено реакциями, вследствие которых озон разрушается. Это можно записать в виде:

Вышеприведенные реакции образуют так называемый цикл Чепмена.
Расчеты равновесия между образованием и разрушением Оз, вкоторых учитываются только реакции, включающие элемент кислород (т. е. только ки-слородные механизмы), дают правди¬вое описание О3, наблюдаемого в страто-сфере. Результаты таких вычислений дают также правильную форму верти-кальных про¬филей О3 в атмосфере и пик концентраций Оз, находящийся на нужной высоте, но предсказываемые концентрации слишком высоки. Это про-исходит оттого, что существуютдругие про¬цессы разрушения О3, включающие водородсодержащие, азот¬содержащие и хлорсодержащие соединения.
Все реакции с участием этих соединений приводят к разру¬шению О3 и атомарного кислорода с одновременным появлени¬ем молекул ОН∙, NO∙ или хлорсодержащих. Эти процессы ката¬литические, и каждое из реагирующих ве-ществ может отвечать за разрушение большого количества молекул О3. Именно тот факт, чтоодна молекула загрязнителя может отве¬чать за разрушение боль-шого числа молекул О3, стал причиной серьезной озабоченности существова-нием следовых загрязни¬телей в стратосфере.
Огромный «вклад» в разрушение озона вносят хлорфторуглероды (фре-оны).
Природный хлор в стратосфере обычно переносится в виде метилхлори-да (СН3С1), который, по-видимому, поступает из мор¬ских и наземных биологи-ческихисточников. Эти природные источники составляют, однако, только 25 % хлора, который переносится через тропопаузу. С начала 1970-х ХФУ, исполь-зуемые как аэрозольные распылители и охлаждающие вещества (фреоны), ста-ли широко распространяться в тропосфере. Раньше казалось, что не существует очевидного механизма разрушения этих высокоустойчивых соединений в ниж-ней части атмосферы. Однако знание того, что ХФУпереносятся в стратосферу, позво¬лило поднять вопрос об их влиянии на слой О3. Эти соединения, например CFC13 (Фреон-11) и CF2C12 (Фреон-12), поглощают УФ-излучение в области 190—220 нм, что приводит к реакциям фотодиссоциации:

В результате этих реакций образуются свободные атомы хлора, которые взаимодействуют с О3 каталитическим образом:

что в сумме дает

Однако СlO∙, образуемый вреакции с О3, не всегда вступает в ре¬акцию с атомарным кислородом, а вместо этого может взаимодействовать с азотсодер-жащими соединениями:

Эта реакция имеет сравнительно большое значение, поскольку посред-ством ее эффективно удаляются соединения азота и хлора, входящие в циклы разрушения О3. Однако если присутствуют твердые по¬верхности, то хлор, изо-лированный путем этой реакции, можетвысвобождаться:

Сумма этих последних четырех реакций дает:

Последовательность последних шести реакций особенно быстро проте-кает при низкой температуре. Более того реакция очень чувствительна к кон-центрации хлора. Именно эти низкотемпературные процессы на поверхно¬сти частиц обеспечивают лучшее объяснение пагубного умень¬шения О3, наблю-даемого над Антарктикой.

2. С протеканием каких процессов связана возможностьпоявления серо-водорода в зоне гиполимниона эвтрофного водоёма в период стратификации?

Вода обладает необычной зависимостью плотности от температуры. По-этому для нее в летнее время возможно разделение слоев по плотности. Верх-ний слой, летом хорошо прогревается, имеет высокую температуру, хорошо пе-ремешивается и насыщен кислородом. Кислород поступает из...