温室气体的物理化学性质

一种温室气体的基本物理性质是它必须通过一个或多个吸收红外线辐射的红外线范围的振动模式5 25毫米。此外,自主要温室气体二氧化碳、O3和水吸收范围12 17毫米(或590 830厘米),9.6毫米(1040厘米1)和l < 8毫米(> 1250厘米1),一个有效的二次温室气体是这些范围以外的强烈吸收红外线辐射的波长(或波数)。分子振动模式是只有红外活性原子的运动生成一个偶极矩。dm / dQ = 0,其中m是一个瞬时偶极矩和Q代表感兴趣的振动位移坐标。值得说明的是,明显的马上,N2和O2构成99%的地球大气层不吸收红外辐射,他们的唯一的振动模式是红外活性,所以他们没有参与温室效应和全球变暖。只有在大气中痕量气体(表1),如二氧化碳(0.038%)、CH4 (0.0002%)、O3 (3 x 10 6%)和氯氟烃等CF2Cl2 (5 x 10 8%),导致温室效应。换句话说,地球的大气层是特别脆弱如果只有1%的分子可以有这样的一个主要影响人类生活在地球上。此外,最重要的分子示踪气体,二氧化碳,吸收通过n2弯曲振动模式在667厘米1或15.0毫米,而巧合的是非常接近地球的黑体曲线的峰值;二氧化碳的光谱性质没有特别环境!因此,气相分子的红外光谱,在特定的波长和强度的分子吸收辐射,显然将是重要的属性来确定有效微量污染物将温室效应。

感兴趣的第二个属性是地球的大气中污染物的生命周期:一生的时间越长,贡献更大的温室气体使全球变暖。的主要去除过程对流层和平流层有反应哦自由基和电子兴奋

表1地面清洁空气的主要成分在地球的大气层

分子	摩尔分数		ppmva (2008)	ppmv (1748)
n2	0.78或78%		780 900	780 900
O2	0.21	或21%	209 400	209 400
水	0.03(100%的湿度,298 K)		31日000年	31日000年
水	0.01(50%的湿度,298 K)		000年16日	000年16日
基于“增大化现实”技术	0.01	或1%	9300年	9300年
二氧化碳	3.8;	10 4到0.038%	379年	280年
不	1.8	< 10 5或0.002%	18	18
甲烷	1.77	x 10 6或0.0002%	1.77	0.72
一氧化二氮	3.2	10 7或0.00003%	0.32	0.27
“O3b	3.4;	10 8或0.000003%	0.034	0.025
所有CFCsc	7 8。	< 10 10或8.7 x 10 8%	0.0009	0
所有HCFCsd	1.9;	< 10 10或1.9 x 10 8%	0.0002	0
所有PFCse	8.3	10 11或8.3 x 10 9%	0.00008	0
所有HFCsf	6.1;	10 11或6.1 x 10 9%	0.00006	0

除了每百万。1 ppmv相当于分子数密度为2.46×1013厘米3的压力1酒吧和298 K的温度。

国内O3的浓度水平是非常困难的决定,因为它是糟糕的对流层中混合。它显示了大变化与地区和高度。

cchlorofluorocarbons(例如,CF2G2)。

dhydrochlorofluorocarbons(例如,CHGF2)。

eperfluorocarbons(例如,CF4、C2F6 SF5CF3, SF6气体)。

fhydrofluorocarbons(例如,CH3CF3)。

除了每百万。1 ppmv相当于分子数密度为2.46×1013厘米3的压力1酒吧和298 K的温度。

国内O3的浓度水平是非常困难的决定,因为它是糟糕的对流层中混合。它显示了大变化与地区和高度。

cchlorofluorocarbons(例如,CF2G2)。

dhydrochlorofluorocarbons(例如,CHGF2)。

eperfluorocarbons(例如,CF4、C2F6 SF5CF3, SF6气体)。

fhydrofluorocarbons(例如,CH3CF3)。

\ _y吗氧原子,O * (1 d),光离解200 300 nm范围(在平流层)或300 500海里(对流层)。因此,污染气体的反应动力学和哦哦* (1 d)及其光化学性质在紫外/可见将产生重要的参数来确定其有效性,作为温室气体。所有这些数据都是incorportated成一个无量纲数,全球变暖潜能)或温室潜在的温室气体(GHP)。所有值校准对二氧化碳的GWP值是1。分子与强烈的红外线吸收大量采用的是windows中主要的温室气体,如二氧化碳,等等,不吸收,长寿命,浓度迅速上升由于人类存在地球上。GWP值的一些最重要的温室气体二次表2给出了底部排。注意,二氧化碳GWP值最低的7所示的温室气体。

表2的例子温室气体和它们对全球变暖的贡献(2,20)

温室气体	二氧化碳	O3	甲烷	一氧化二氮	(所有氯氟烃)	SF6气体	SF5CF3
浓度(2008)/ ppmv	379年	0.034	1.77	0.32	0.0005 (0.0009)	5.6 x 10 6	1.2 x 10 7
AConcentration (1748 2008) / ppmv	99年	0.009	1.05	0.05	0.0005 (0.0009)	5.6 x 10 6	1.2 x 10 7
辐射效率、ao / Wm 2 ppbv 1	1.68 x 10 5	3.33 x 10 2	4.59 x 10 4	(0.18 - 0.32)	0.52	0.60
总辐射强迫b / Wm 2	1.66	ca。0.30摄氏度	0.48	0.16	0.17 (0.27)	2.9 x 10 3	7.2 x 10 5
长寿命温室气体的贡献不包括臭氧整体温室效应/ % d	63 (57)	(10)	18 (16)	6 (5)	6 [10](6 [9])	0.1 (0.1)	0.003 (0.003)
一生,te / a	ca。50 200 f	会于长滩举行天weeksg	12	120年	100(1700年45)	3200年	800年
全球变暖潜力(100投影)	1	h	(400年6130年14)	22 800	17 700年

bdue长寿的温室气体浓度的变化从pre-lndustrial时代到现在的时间。

可以估计积极的辐射强迫对流层的0.35 Wm 2部分取消了在平流层- Wm迫使0.05 2 [2]。dassumes最新的值为2.63±0.26的总辐射强迫Wm 2 [2]。

在括号中显示的值百分比贡献的时候估计臭氧辐射强迫是包含在总辐射强迫的值。eassumes单指数衰减,大气中的温室气体。fCO2不显示单指数衰减[4]。

在对流层gO3不好混,所以单个值的一生是很难估计的。它是被反应,哦+ O3 ^ HO2 + O2。它的浓度显示大变化与地区和高度。

hGWP值一般不应用于短暂的污染物在大气中,由于严重的不均匀浓度的变化。

信息在前面两段中描述定性和描述性术语。然而,所有可以量化的数据,现在的数学描述。这一术语,正是红外吸收一种温室气体的性质ao辐射效率。它衡量的力量吸收温室气体的乐队,x,集成在红外线黑体地区1 400 2000厘米。这是一个(每个分子)微观属性,通常用单位的Wm 2 ppbv 1。如果这个值是乘以污染物浓度的变化在一个时间窗口定义,通常的260工业革命的开始当前,宏观的辐射强迫在单位W m 2。(显然,污染物的浓度并没有改变在这长时间窗口将有一个宏观的辐射强迫零。)一个可能会比较不同的污染物分子的辐射强迫在这个时间窗口,显示当前的贡献不同的温室气体的总温室效应。因此,政府间气候变化专门委员会2007年的报告[2]引用2005年二氧化碳和甲烷的辐射强迫1.66和0.48 W m 2,分别为长寿的温室气体排放的2.63 W m 2。因此,这两个分子贡献总额的81%(63%和18%,分别)全球变暖的影响。有效地辐射强迫值给出了现代的估计是多么严重的温室气体环境,从过去使用浓度数据。

整体效果在未来的一个分子污染物对地球的气候是GWP (GHP)所描述的价值。raybet雷竞技最新辐射强迫措施,Ax,脉冲排放的温室气体在固定时间段,t,通常是100,相对于time-integrated脉冲辐射强迫同等质量的二氧化碳的排放:

GWPx (f)

斧子(t) / dt

GWP值因此告知如何重要的污染物x是一个分子一个分子相比,通过温室效应全球变暖的二氧化碳,这是GWP值的统一定义。为了项目未来有多严重的长寿将大气中的温室气体。(因此,当媒体状态,甲烷是25倍严重的二氧化碳对全球变暖,他们说的是GWP CH4的价值,展望未来100年,25岁;预计一个分子的甲烷造成25倍的“损害”一个二氧化碳分子。)对于大多数温室气体,发射后的辐射强迫在t = 0时,需要一个简单的指数形式:

在tx的一生是x从大气中清除物种。二氧化碳的单指数衰减不适合自一生从50到200不等,我们可以写:

响应函数,情商的支架在右边。(4),来自更完整的碳循环。值bi (i = 0 4)和ti (i = 14)由发光等。[4]。重要的是要注意,辐射强迫,Ao,方程式。(2)(4)的单位是Wm 2公斤1。出于这个原因,它给出了一个不同的符号微观辐射效率、ao, W m 2 ppbv 1单位。两个单位之间的转换简单[4]。大括号的时间积分的右边Eq。(4),定义KCO2,时间维度,并以13.4和45.7的值20和100年的一段时间内,分别GWP值的值(t)最常被引用。在近似的温室气体,x,大气中遵循时间单指数衰减,然后可能parameterise Eq。(2)给GWP的精确解析表达式x在时间t:

在这个简单的形式,GWP只包含值x和二氧化碳温室气体的辐射效率,ao, x和ao公司;x的分子量和二氧化碳;大气中x的一生,tx;的时间在未来确定污染物的影响;,可以很容易地确定的常数KCO2 t的任何值。因此,GWP值与寿命和微观尺度辐射强迫的温室气体,但它仍然是一个分子的微观属性的污染物。最近的污染物浓度的增加率(例如,每年集中在过去十年的增长),决策者最关注的因素之一,不直接贡献GWP值。这[4]和其他因素造成的批评政策制定中采用的使用。

数据七个温室气体如表2所示。CO2和O3构成天然温室气体的浓度水平在前工业化革命理想情况下将保持不变。虽然水蒸汽是最丰富的温室气体在大气中,它既不长寿,也不复杂:浓度范围(即0 3%。,0 000 ppmv)在地球,和平均寿命只有几天。在其全球平均浓度无明显变化

去年260,因此零辐射强迫。甲烷和一氧化二氮构成天然温室气体比二氧化碳ao较大值。甲烷浓度,虽然小,增加了ca,前工业化时期以来的150%。二氧化碳之后,这是第二个最重要的温室气体,其当前的总辐射强迫ca。29%的二氧化碳。一氧化二氮的浓度增加了只有在这同一时期ca。16%。它有第四最高总辐射强迫所有的天然温室气体,二氧化碳,甲烷和O3。二氯氟甲烷、CF2Cl2是氯氟烃的最常见的一种。这些人造化学物质,生长在从零浓度在前工业化时期的当前的总浓度0.9 ppbv (1 ppbv相当于1每109(十亿)部分体积,或数密度为2.46 x 1010 molecules-cm 3 1酒吧压力和温度298 K)。现在他们的浓度减少由于1987年蒙特利尔,后来国际协议,介绍了停止平流层臭氧层的破坏(讽刺的是)与全球变暖!SF6气体和SF5CF3目前两个长寿卤烃浓度很低的水平,但与高年度百分比增加,大气中格外的长寿命。他们有很高的ao和GWP值,本质上是因为他们的大量的强infra-red-active振动模式和长寿命。

有人指出二氧化碳和甲烷GWP值最低的温室气体。那么,为什么有这样的担忧程度的二氧化碳在大气中,除甲烷可能没有其他温室气体很少提到的媒体?答案是,温室效应的污染物的整体贡献,现在和未来,包括卷积与GWP值的浓度。因此CO2和CH4目前最有助于温室效应(表2)第三底下一行只是由于其高大气浓度的变化自工业革命以来;但是请注意,ao和GWP值相对较低的气体。事实上,n2弯曲模式的二氧化碳在15.0毫米,这是最负责的振动模式在二氧化碳温室活动,接近饱和。相比之下,SF5CF3是a全氟化碳分子微观辐射强迫最高的任何已知的温室气体(使它获得了标题“超级”温室气体[5,6]),甚至高于SF6气体。SF6气体是一种人为化学广泛使用介质高压工业应用的绝缘子,SF6气体浓度水平的变化和SF5CF3随着时间过去50彼此密切跟踪[7]。GWP的这两个分子非常高,SF6气体被略高,因为它大气一生ca。3200[8],是SF5CF3大约四倍。然而,这两个分子整体的贡献温室效应是仍然非常小,因为其大气浓度,尽管迅速上升的速度每年6 7%,仍然非常低,每1012(万亿)的部分体积;1 pptv相当于数密度为2.46 x 107 molecules-cm 3 1酒吧和298 K)。

总之,宏观的温室气体的性质的生产,如他们的方法,他们的浓度和年增长率的增加或减少,主要是由环境和社会因素控制,工业和农业等方法,最终地球上人口水平。然而,这些化合物的微观性质,由全球本科生学习的因素控制在科学学位课程:红外光谱、反应动力学和光化学。数据从这种以实验为基础的研究确定最重要的两个参数的值来确定一种温室气体的有效性:微观辐射效率,ao,大气中,t。

继续阅读:地球大气中温室气体的生命周期

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