大氣化學(xué)

大氣化學(xué)是研究大氣組成和大氣化學(xué)過(guò)程的大氣科學(xué)分支學(xué)科。它涉及大氣各成分的性質(zhì)和變化，源和匯，化學(xué)循環(huán)，以及發(fā)生在大氣中、大氣同陸地或海洋之間的化學(xué)過(guò)程。研究的對(duì)象包括大氣微量氣體、氣溶膠、大氣放射性物質(zhì)和降水化學(xué)等。研究的空間范圍涉及對(duì)流層和平流層，即約50公里高度以下的整個(gè)大氣層。研究的地區(qū)范圍包括全球、大區(qū)域和局部地區(qū)。

　　對(duì)大氣化學(xué)的研究始于19世紀(jì)下半葉，初期只限于研究降水中的痕量物質(zhì)和氣溶膠，有一時(shí)期集中于研究臭氧和微量放射性物質(zhì)。在20世紀(jì)60年代以前，大氣化學(xué)并沒(méi)有引起人們的重視，多數(shù)研究偏重于大氣中天然微量成分的全球性平衡源、匯、循環(huán)和氣溶膠的物理性質(zhì)等。

　　20世紀(jì)60年代后，由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣產(chǎn)生的影響，出現(xiàn)了較嚴(yán)重的大氣污染大氣化學(xué)才引起廣泛的注意。并由于應(yīng)用了微量分析技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室模擬技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，使大氣化學(xué)的研究向定量化和模式化的方向發(fā)展。尤其是在大氣污染形成的機(jī)制、污染物對(duì)平流層臭氧濃度的影響等研究方面，取得了較大進(jìn)展。

　　但就學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程而言，大氣化學(xué)仍處于初始發(fā)展階段，許多事實(shí)和現(xiàn)象還不清楚，尤其是關(guān)于一些大氣微量成分的源、匯和時(shí)空分布，它們的遷移、輸送和全球循環(huán)等問(wèn)題，都需要進(jìn)行觀測(cè)和研究。

　　無(wú)論從組成上或從遷移和轉(zhuǎn)化上看，大氣都是一個(gè)復(fù)雜的體系，受很多因素的制約。大氣吸收太陽(yáng)的紫外輻射和可見(jiàn)光波段的輻射與光化學(xué)有極其密切的關(guān)系；各種物質(zhì)輸入大氣中的情況，或者在大氣中的遷移、擴(kuò)散、混合和反應(yīng)，隨時(shí)隨地都在變化，所以大氣化學(xué)反應(yīng)的模式，必須與大氣端流擴(kuò)散聯(lián)系起來(lái)考慮；大氣的成分不但有氣體，而且有懸浮著的固體和液體粒子(氣溶膠)，它們有的是天然存在的，有的是人類(lèi)活動(dòng)輸入的或者是大氣化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。氣溶膠在大氣的化學(xué)過(guò)程中起著重要的作用，所以除了研究大氣的均相反應(yīng)外，還要研究大氣的多相反應(yīng)和表面效應(yīng)；大氣中許多成分以痕量存在，必須采用痕量的分析化學(xué)技術(shù)。

　　大氣化學(xué)主要研究對(duì)流層和平流層大氣中主要成分和微量成分的組成、含量、起源和演化等問(wèn)題。

　　對(duì)流層化學(xué)主要包括碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、碳?xì)浠�物和氣溶膠的源、匯和循環(huán)，污染物之間的化學(xué)反應(yīng)和對(duì)流層空氣污染形成的化學(xué)機(jī)制。

　　二氧化硫是由煤炭、石油等礦物燃料燃燒產(chǎn)生的主要污染物，其中一部分在大氣中被氧化成硫酸或硫酸鹽氣溶膠。由于其比重大，沉降而接近地面，特別是匯聚于谷地或盆地，形成酸霧而造成污染；或者被降水帶下而形成酸雨。硫酸的為害，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)二氧化硫，所以人們對(duì)二氧化硫氧化的機(jī)制，進(jìn)行了許多研究。從很多結(jié)果看來(lái)，在非污染空氣中，二氧化硫的含量極微，它分別同氫氧自由基、氫過(guò)氧自由基和云、霧水滴反應(yīng)；在污染空氣中二氧化硫的含量較高，它與氫過(guò)氧自由基的反應(yīng)是重要的。并且，在污染空氣中還存在著過(guò)渡金屬(如錳)的多相催化反應(yīng)。

　　隨著機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)展，光化學(xué)煙霧污染問(wèn)題日益突出。它是由氧氧化物和碳?xì)浠�物在紫外輻射作用下發(fā)生光解反應(yīng)和一系列氧化反應(yīng)生成臭氧和其他氧化物而造成的。通過(guò)室內(nèi)外煙霧箱模擬反應(yīng)及計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜反應(yīng)系列的計(jì)算結(jié)果看來(lái)，氧化反應(yīng)中起主要作用的也是氫氧自由基和氫過(guò)氧自由基。1979年研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有芳香胺污染物存在時(shí)，煙霧中能檢出致癌物亞硝胺。此外，對(duì)非污染地區(qū)臭氧形成問(wèn)題的研究，發(fā)現(xiàn)一氧化碳的氧化也很重要。

　　平流層化學(xué)的中心問(wèn)題是臭氧的光化學(xué)反應(yīng)，在太陽(yáng)紫外輻射照射下平流層臭氧經(jīng)歷強(qiáng)烈的光化學(xué)過(guò)程。20世紀(jì)60年代以來(lái)，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)臭氧層的影響，引起了人們的密切關(guān)注。

　　人們?cè)��?jīng)認(rèn)為超音速飛機(jī)的飛行將使氮氧化物排入平流層而破壞臭氧，這將造成在地球表面小于0.3微米波長(zhǎng)的紫外輻射強(qiáng)度加大，引起皮膚癌的增加和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)降低。對(duì)含氟氯烴類(lèi)化合物也有類(lèi)似的擔(dān)憂，它們?cè)趯?duì)流層是化學(xué)穩(wěn)定的，但在平流層可以進(jìn)行光分解而破壞臭氧。這個(gè)問(wèn)題還存在著看法上的分歧，尤其是對(duì)于氧氧化物的影響，還有待進(jìn)一步研究。

　　氣溶膠化學(xué)主要包括氣溶膠的化學(xué)組成(硫酸鹽氣溶膠、硝酸鹽氣溶膠和有機(jī)物氣溶膠)，二次氣溶膠的形成機(jī)制，氣溶膠的長(zhǎng)距離傳輸，以及多相反應(yīng)化學(xué)等。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)氣溶膠只著重于物理性質(zhì)的研究，從20世紀(jì)70年代以來(lái)，氣溶膠化學(xué)的研究逐漸引起注意，特別是多相反應(yīng)化學(xué)，已引起廣泛重視。