Фотохимические реакции с участием метана

Рассмотрение поведения метана в атмосфере начнем с процессов исчезновения метана. Дело в том, что процессы вывода метана из атмосферы известны в количественном отношении гораздо полнее, чем процессы, обеспечивающие поступление метана в атмосферу. Интенсивность процессов стока метана должна быть примерно равной интенсивности источников метана, что позволяет более надежно судить о мощности источников метана в атмосфере.

Молекула метана довольно устойчива, и ее нелегко вывести из атмосферы. Метан малорастворим в воде (30 см3 газа растворяется в одном литре воды), и удаление его из атмосферы с помощью осадков не происходит. Для реального удаления из атмосферы метан необходимо переводить в нелетучие соединения или другие газообразные соединения.

Метан, как и многие другие примеси, исчезает из атмосферы, в основном в реакции с радикалом ОН:

ОН + СН4 = Н2О + СН3.

Радикал ОН — одна из наиболее реакционноспособных частиц в химических процессах. Источником радикала ОН в тропосфере является тропосферный озон (О3). Под действием ультрафиолетового света молекулы тропосферного озона разрушаются с образованием молекулы кислорода и чрезвычайно реакционноспособного атома кислорода в возбужденном электронном состоянии (О*):

О3 + hн = О2 + О*.

Атомы кислорода отрывают один атом водорода от воды и получается два радикала ОН:

О* + Н2О = 2ОН Итак, реакции в атмосфере, приводящие к выводу метана, таковы:

ОН + СН4 = Н2О + СН3,.

CH3 + O2 = CH3O2,.

CH3O2 + NO = CH3O + NO2,.

CH3O + O2 = CH2O + HO2,.

НО2 + NO = OH + NО2,.

2[NO2 + hн = NO + O],.

CH4 + 4O2 = CH2O + H2O + 2O3.

Образующиеся молекулы формальдегида начинают участвовать в следующих трех реакциях, которые дают начало новым циклам:

CH2O + hн = H2 + CO,.

СН2O + hн = Н + НСO,.

CH2O + OH = HCO + H2O.

Вторая и третья реакции дают начало следующим циклам, протекающим в присутствии оксидов азота, в результате которых возникают две молекулы озона и два радикала ОН. Реакция формальдегида с радикалом ОН также приводит к образованию озона:

CH2O + OH = HCO + H2O,.

CH2O + 2O2 + hн = CO + O3 + H2O.

Таким образом, в результате многоступенчатого процесса из относительно небольшого количества молекул метана образуется сравнительно большое количество озона.