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甲烷和一氧化碳
甲烷(methane, )
是一种很重要的痕量温室气体。与一样,通过影响地表的辐射过程而引起温度升高。但与不同的是,是一种化学活性物质,它能引起许多大气化学过程的变化,影响大气的其他成分,从而间接引起气候变化。
值得关注的是:
★ ① 目前增加速度非常快(年速率约1%)
★ ② 分子对全球变暖的贡献是分子的20余倍
一般,OH自由基在夏季增加,冬季减少。因此,在自然释放情况下,浓度表现出夏季低、冬季高的趋势(Fung et al., 1991)。的释放源主要分布在北半球。在南半球,大都为自然释放,其浓度主要受OH自由基控制,因此它的季节变化十分有规律 。
甲烷在自然界的分布很广,甲烷是最简单的有机物,是天然气,沼气,坑气等的主要成分,俗称瓦斯。也是含碳量最小(含氢量最大)的烃,也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。
排放受土壤温度、土壤有机质、管理(施肥、灌溉等)等有关。
甲烷含量分布
天王星的大气层也存在甲烷和氢气。据德国核物理研究所的科学家经过试验发现,植物和落叶都产生甲烷,而生成量随着温度和日照的增强而增加。另外,植物产生的甲烷是腐烂植物的10到100倍。他们经过估算认为,植物每年产生的甲烷占到世界甲烷生成量的10%到30%。行星中发现甲烷据国外媒体报道,美国天文学家19日宣布,他们首次在太阳系外一颗行星的大气中发现了甲烷,这是科学家首次在太阳系外行星探测到有机分子,从而增加了确认 太阳系外存在生命的希望。该小组还证实了先前的猜测,即这颗名叫HD 189733b的行星的大气中有水。
甲烷是创造适合生命存在的条件中,扮演重要角色的有机分子。美国宇航局喷气推进实验室的天文学家,利用绕轨运行的“哈勃”太空望远镜得到了一张行星大气的红外线分光镜图谱,并发现了其中的甲烷痕迹。
行星HD 189733b位于狐狸座,距地球63光年,是一类叫做“热木星”大行星,其表面灼热,不可能存在液态水。HD 189733b围绕其恒星转一圈只需两天。由于距离恒星太近,这颗行星表面温度高达900℃(1650华氏度),足以把银子熔化。
不过,值得注意的是探测到甲烷。这种方法可以沿用到环绕所谓的“可居住区” (Goldilocks Zone)中温度较低的恒星运转的其它行星,“可居住区”不冷也不热,正好适合孕育生命。
颜色 | 无色 |
气味 | 无味 |
熔点 | -182.5℃ |
沸点 | -161.5℃ |
溶解度(常温常压) | 0.03 |
分子结构 | 正四面体形非极性分子 |
分子直径 | 0.414nm |
蒸汽压 | 53.32kPa/-168.8℃ |
饱和蒸气压(kPa) | 53.32(-168.8℃) |
相对密度(水=1) | 0.42(-164℃) |
相对密度(空气=1) | 0.5548(273.15K、101325Pa) |
临界温度(℃) | -82.6 |
临界压力(MPa) | 4.59 |
爆炸上限%(V/V) | 15.4 |
爆炸下限%(V/V) | 5.0 |
闪点(℃) | -188 |
引燃温度(℃) | 538 |
燃烧热 | 890.31KJ/mol |
总发热量(产物液态水) | 55900kJ/kg(40020kJ/m3) |
净热值(产物气态水) | 50200kJ/kg(35900kJ/m3) |
一氧化碳(CO)
在标准状况下,一氧化碳(carbon monoxide, CO)纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。相对分子质量为28.01,密度1.25g/l,冰点为-205.1℃,沸点-191.5℃。在水中的溶解度甚低,极难溶于水。与空气混合爆炸极限为12.5%~74.2%。一氧化碳极易与血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白丧失携氧的能力和作用,造成组织窒息,严重时死亡。一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用,尤其对大脑皮质的影响最为严重。在冶金、化学、石墨电极制造以及家用煤气或煤炉、汽车尾气中均有CO存在。
相对于和而言,CO并不是一种十分重要的温室气体。大气中CO浓度呈现明显的地域分布:南半球为40-60×,北半球为70-200× 。
人们关注CO浓度,主要是由于它在氧化过程中产生的缘故。据报道,南美热带上空浓度的增加就是由于火烧森林所释放的CO,由CO与OH经过化学反应造成的(Fishman & browel, 1988)。
目前,CO以1-2%的速度增加,具有如下特征:
★ 释放源主要来自化石燃料和生物质燃烧等人类活动,因此,其浓度是北半球高于南半球。
★ 在大气中滞留的时间较短,约60-90d,主要受OH自由基控制。
★ 同相似,CO也是一种化学活性物质,能引起其他化学过程的变化,从而影响大气的其他成分,尤其影响浓度。