Phần trên cùng của tầng đối lưu có nhiệt độ thấp nhất (vào khoảng −56°C).. được gọi là đỉnh tầng đối lưu hoặc lớp dừng ( tropopause ), đánh dấu sự kết.[r]
(1)CHƯƠNG 2
KHÍ QUYỂN
(2)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1 Cấu trúc khí quyển
(3)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.1 Tầng đối lưu
Tầng đối lưu (troposphere) chiếm khoảng 70% khối lượng khí quyển, độ
cao từ đến 11 km, lên cao nhiệt độ giảm
Độ cao tầng đối lưu thay đổi khoảng vài km, tùy thuộc vào
yếu tố, nhiệt độ, bề mặt đất (khoảng km hai cực, 18 km vùng xích đạo)
Tầng định khí hậu Trái đất, thành phần chủ yếu N2, O2,
(4)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.1 Tầng đối lưu
Khí khí tập trung chủ yếu tầng đối lưu, với khối lượng
khoảng 4,12.1015 tấn so với tổng khối lượng khí khí
5,15×1015
Mật độ khơng khí nhiệt độ tầng đối lưu khơng đồng Mật độ
khơng khí giảm nhanh theo độ cao (hàm số mũ)
Nếu khơng bị nhiễm, nhìn chung thành phần khí tầng đối
lưu đồng nhất, có dịng đối lưu liên tục khối khơng khí tầng
Tầng đối lưu vùng xốy, có cân tốc độ sưởi
(5)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.1 Tầng đối lưu
Phần tầng đối lưu có nhiệt độ thấp (vào khoảng −56°C)
được gọi đỉnh tầng đối lưu lớp dừng (tropopause), đánh dấu kết
thúc xu hướng giảm nhiệt theo độ cao tầng đối lưu, bắt đầu có tăng nhiệt độ
Ở đỉnh tầng đối lưu nhiệt độ thấp, nước bị ngưng tụ đơng đặc
nên khơng thể khỏi tầng khí thấp
Nếu khơng có đỉnh tầng đối lưu, đóng vai trị chắn hữu hiệu,
hơi nước bay lên tầng khí bên bị phân tích tác dụng xạ tử ngoại có lượng lớn
Hydro tạo thành phản ứng phân tích khỏi khí (hầu hết
(6)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.2 Tầng bình lưu
Tầng bình lưu (stratosphere) độ cao từ 11 đến 50 km, nhiệt độ tăng theo
độ cao, từ − 56°C đến khoảng −2°C
Thành phần chủ yếu tầng O3, ngồi cịn có N2, O2 số
gốc hóa học khác
Phía đỉnh tầng đối lưu phần tầng bình lưu tầng ozon,
(7)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.2 Tầng bình lưu
Ozon vùng đóng vai trị quan trọng, có tác dụng
lá chắn bảo vệ cho sống bề mặt Trái đất, tránh tác dụng có hại tia tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời
O3 + hν (λ: 220 − 330 nm) → O2 + O + Q (làm tăng nhiệt độ)
Trong tầng bình lưu, khơng khí bị khuấy động, thời gian lưu
các phần tử hóa học vùng lớn
Nếu chất gây nhiễm cách xâm nhập vào tầng này,
(8)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.3 Tầng trung lưu
Tầng trung lưu (tầng trung quyển, mesosphere) độ cao từ 50 km đến 85
km, nhiệt độ giảm theo độ cao, từ − 2°C đến − 92°C, khơng có nhiều phần tử hóa học hấp thụ tia tử ngoại, đặc biệt ozon
Thành phần hóa học chủ yếu tầng gốc tự O2+, NO+
(9)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.1.4 Tầng nhiệt lưu
Tầng nhiệt lưu (tầng nhiệt, tầng ion, thermosphere), độ cao từ
85 đến 500 km.
Nhiệt độ tầng tăng từ − 92°C đến 1200°C Trong tầng
này, tác dụng xạ Mặt trời, nhiều phản ứng hóa học xảy với oxy, ozon, nitơ, nitơ oxit, nước, CO2 , chúng bị phân tách thành nguyên tử sau ion hóa thành ion O2+, O+, O, NO+ , e-, NO
2-, NO3-, nhiều hạt bị ion hóa phản xạ
(10)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
NGỒI RA
Ngồi tầng trên, người ta cịn có khái niệm tầng điện ly hay tầng ngồi
(exosphere) tầng ion (ionosphere)
Tầng bao quanh Trái đất độ cao lớn 800 km, có chứa ion
oxy O+ (ở độ cao < 1500 km), heli He+ (< 1500 km) hydro H+ (> 1500
km) Một phần hydro tầng tách vào vũ trụ (khoảng vài nghìn năm)
Mặt khác, dịng plasma Mặt trời phát bụi vũ trụ (khoảng
g/km2) vào khí Trái đất Nhiệt độ tầng tăng nhanh
(11)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
NGỒI RA
Tầng ion khái niệm dùng để phần khí độ cao từ 50 km trở
lên, vùng khơng khí có chứa nhiều ion
Sự có mặt ion vùng biết đến từ năm 1901,
người ta phát tượng phản xạ sóng radio lớp khí tầng cao
Giới hạn khí đoạn chuyển tiếp vào vũ trụ khó xác
(12)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
(13)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
(14)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.2 Thành phần khơng khí khơ
Khơng khí cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, thành phần
chính khí N2 chiếm khoảng 78,9% thể tích, khí O2 chiếm khoảng 20,9%
thể tích, Argon, khí cacbonic…
Trong khơng khí tồn lượng nước không cố định
Lớp khí bao quanh Trái đất môi trường để truyền xạ Mặt trời
vào Trái đất (hồng ngoại, tử ngoại, rơn ghen, tia gamma)
Phần lớn xạ nằm khoảng bước sóng 200 – 2000 nm nửa
(15)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
Khí Cơng thức Thành phần (ppm)
Thời gian lưu tầng đối lưu (năm)
Ni tơ N2 780,840 6.000000
Ôxy O2 209,460 4500
Argon Ar 9,340
-Cacbon đioxit
CO2 315 2 - 4
Nêon Ne 18
-Hêli He 5,2
-Mê tan CH4 1,0 - 1,5 7
Krypton Kr 1,1
-Nitơ Oxit N2O 0,5 200
Hyđrô H2 0,5
(16)-2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
(17)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
Thời gian lưu định nghĩa sau:
Thời gian lưu đóng vai trị quan trọng việc xác định chất có phân
bố rộng môi trường hay không
Một chất dù tự nhiên hay nhân tạo thời gian lưu liên quan chặt
chẽ với việc phân bố mơi trường
Một chất hịa trộn tốt, nghĩa phân bố rộng môi trường có thời
gian lưu dài, ngược lại
Ví dụ CFCs có thời gian lưu dài, tạo nên vấn đề mơi trường tồn cầu
Ngược lại, khí acid tồn vài ngày khí mưa acid
(18)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.2.1 Oxygen
Tổng lượng oxy có khí thời điểm vào
khoảng 1,8x1019mol, tương đương với 1,2x1018kg.
Quá trình sinh oxy khí phản ứng quang hợp (5,0x1015 mol/năm, tức 4,0x1014 kg/năm).
Quá trình quang hợp cân với q trình tiêu thụ oxy, q trình hơ hấp, phân hủy chất hữu quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch.
(19)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
2.1.2.2 Nước
Tại thời điểm bất kỳ, có khoảng 7x1014 mol nước tồn
tại dạng khí so với khoảng 9,5x1019 mol tồn bề mặt ở dạng lỏng.
Với lượng bốc từ đại dương (2,2x1016 mol/năm) từ các
sông hồ (3,5x1015mol/năm) so với lượng nước ngưng tụ trên
Mặt đất (5,5x1015mol/năm) và trên các đại dương
(1,9x1016mol/năm), tính thời gian tồn lưu trung bình của nước khí 3x10-2 năm (10 ngày).
Nước phân bố không khí quyển, khơng gian và thời gian.
(20)2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ
Bảng 2.2 Áp suất bão hòa tăng theo nhiệt độ.
t, oC p(H2O),
atm t,
oC p(H2O),
atm t,
oC p(H2O),
atm
-20 0,00102 0,00603 20 0,02307
-15 0,00163 0,00861 25 0,03126
-10 0,00257 10 0,01188 30 0,04187