Величина
S здесь представляет результирующую
скорость химического превращения: скорость производства минус скорость
разрушения, то есть, содержит выражения, типа рассмотренных в разд. 8.2. При
строгом подходе в этом выражении следовало бы также учесть и молекулярную
диффузию. Однако последняя на высотах меньших 100 км играет незначительную роль. Производная 
представляет собой
скорость изменения во времени концентрации вещества А в фиксированной точке
пространстве. Она может быть отлична от нуля вследствие переноса,
характеризуемого членом 
, или вследствие
химических реакций, эффективность которых определяется величиной S. Величина >0,
если ветер дует из области бόльших концентраций рассматриваемого компонента и
приводит к замене малых значений [A]
на большие. То есть, перенос в данном случае выступает как локальный источник
вещества в рассматриваемой точке. Если градиент [A]
равен нулю, молекулы вещества реально переносятся ветром, однако это не
приводит к изменению концентрации в точке, поскольку пространственное
распределение вещества однородно.
В стационарном случае производная по времени обращается в нуль, и между переносом и химическими изменениями устанавливается равновесие. В такой ситуации химические изменения регулируются переносом. Действительно, если бы перенос отсутствовал (V=0), химическое производство и разрушение должны были бы компенсировать друг друга в условиях равновесия.
В атмосфере весьма часты ситуации, когда член S приводит концентрацию вещества А к некоторому фотохимически стационарному значению [A]фх, то есть, к фотохимическому равновесию. Если скорость достижения равновесной концентрации велика по сравнению со скоростью переноса, [A]≈ [A]фх, и перенос оказывается не важен для химии. В обратной ситуации (фотохимическое равновесие достигается медленно) перенос «уводит» значение [A] еще дальше от равновесия. Даже в случае, когда перенос не оказывает непосредственного влияния на равновесное значение концентрации вещества А, он может влиять косвенно посредством изменения концентраций других веществ, химически связанных с А. К тому же динамические процессы оказывают влияние на вещества, концентрации которых регулируются фотохимическими механизмами, через зависимость скоростей химических реакций от температуры.
[1] Потому что именно неравномерность пространственного распределения температуры атмосферы порождает ее движение.
[2] Примером термолекулярной реакции в атмосфере является реакция атомарного кислорода с молекулярным, ведущая к образованию озона. Третья частица необходима в этой реакции, чтобы забрать избыток энергии, выделяющейся при образовании озона. Иначе вновь созданная молекула окажется неустойчивой и распадется на исходные составляющие. В качестве такой третьей частицы чаще всего выступает молекулярный азот – основная составляющая атмосферы.
[3] Приводимое соотношение вполне очевидно. Если интерпретировать величину Km как вероятность распада молекулы А в единицу времени, число распавшихся молекул за единицу времени как раз и должно равняться . Для мономолекулярной реакции размерность скорости химической реакции – с-1.
[4] В этом случае скорость реакции следует интерпретировать как вероятность реакции одной молекулы А с одной молекулой В в единицу времени. Тогда число прореагировавших молекул в единицу времени как раз и будет равно константе скорости реакции, умноженной на произведение концентраций реагентов.
[5] Svante Arrhenius – шведский ученый, один из основателей физический химии. Лауреат Нобелеской премии 1903 г. С этого же года являлся иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук, а с 1925 г. иностранным почетным членом Академии наук СССР. Интересно, что Аррениус увлеченно занимался также и проблемами изменения климата, в частности, оценкой возможного влияния на климат изменения содержания углекислого газа в атмосфере. Являлся автором одной из первых климатических моделей, допускавших проведение количественных расчетов.
[6] В разд. 8.2 мы писали полную производную по времени от концентрации, имея в виду, что движение веществ отсутствует. На самом деле полная производная по времени означает скорость изменения концентрации в движущейся частице воздуха, называется индивидуальной производной и выражается формулой (14.7). Частная (или геометрическая) производная определяет скорость изменения величины q в фиксированной точке пространства и, как следует из (14.7), совпадает с индивидуальной производной при отсутствии движения. Если движение имеет место, то справедливо соотношение , из которого и следует формула 8.2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.