Новости химической науки > Химия снежинок расскажет об озоновых дырах

Снежинки могут не только развлекать детей в зимние праздники и создавать заносы, мешающие нормальному движению транспорта.

В группе Трэвиса Кнеппа (Travis Knepp), специалиста по аналитической химии из Университета Пэрдю изучают строение снежинок для того, чтобы глубже понять процессы, обуславливающие тропосферное истощение озона в полярных регионах. Кнепп заявляет, что химические процессы, протекающие на поверхности ледяных микрокристаллов, обуславливают скорость роста и форму снежинок.

Уникальная форма ледяных микрокристаллов и сложные реакции, протекающие на их поверхности, могут дать информацию о тропосферном истощении озонового слоя. (Рисунок из Atmospheric Chemistry and Physics, 2009; 9: 7679)

Особая лабораторная морозильная камера, внешне напоминающая обычный холодильник, позволяет Кнеппу круглый год выращивать ледяные кристаллы, наблюдая за тем, как температура и влажность системы влияет на их форму. В камере может поддерживаться температура, сравнимая с температурой тропосферы – от 0 до –80°C. Работа Кнеппа была посвящена не только изучению переходов между различными формами снежинок при различных температурах, но и затрагивала некоторые разделы атмосферной химии, касающейся изучения озона над поверхностью Северного Ледовитого океана.

Кнепп отмечает, что на поверхности ледяного кристалла даже при температуре много ниже температуры замерзания воды существует слой жидкости, обуславливающий, в частности, и то, что поверхность льда обладает низким коэффициентом трения. Этот тонкий квазижидкий слой существует на поверхности кристалликов снежинок, и именно его присутствие способствует тому, что при различных температурах и различном уровне влажности снежинки принимают различную форму.

При увеличении влажности снежинки отличаются большей разветвленности. Рост кристаллов в температурном интервале от –32 до –35,5°C приводит к образованию пластинчатых кристаллов, а для температурного отрезка –25,5 до –32,8°C характерно образование игольчатых призм. В конечном итоге форму кристаллов снежинок задает именно толщина квазижидкого слоя, которая сама зависит от температуры кристаллизации. Кнепп отмечает, что до цикла его работ у исследователей не было уверенности в том, что для формы снежных кристаллов главным фактором является толщина квазижидкого слоя.

Полученные Кнеппом закономерности о росте снежинок оказались полезными для изучения процессов, связанных с атмосферными превращениями озона. Большая часть людей знают о стратосферном (стратосфера представляет собой слой, высота которого составляет 20-50 км) истощении озоновых дыр в районе Северного и Южного полюсов. Однако, как отмечает Кнепп, мало кто знает, что существенное понижение концентрации озона наблюдается и в тропосфере (в приполярных регионах высота тропосферного слоя составляет 8-10 км).

Тропосферный озон очень важен для процесса самоочищения атмосферы, однако в высоких концентрациях он может оказаться токсичным для растений, животных и человека (как, например, озон, накапливающийся в смоге больших городов). На поверхности снежинок постоянно протекают химические реакции. Эти реакции, протекающие в квазижидком слое, приводят к выделению веществ, способствующих понижению концентрации тропосферного озона.

Скорость протекания реакций в значительной степени определяется площадью поверхности кристаллов льда. Разветвленные кристаллы будут отличаться большей площадью поверхности, и будут ускорять разложение озона в большей степени. В настоящее время исследователи изучают характер и механизм этих химических реакций, продолжая изучение образования снега.

Источник: Atmospheric Chemistry and Physics, 2009; 9: 7679

метки статьи: #аналитическая химия, #неорганическая химия, #физическая химия, #химия поверхности