Метан биогенный, абиогенный

Природа образования метана в таких источниках, как болота, озера, рисовые поля, жвачные животные, насекомые, свалки, примерно одинакова - ферментативная переработка клетчатки.

Зависимость концентрации метана в атмосфере Земли (1) и зависимость осадков от времени, отн.ед. (2)

Радикально-цепной механизм включает в себя общую для всех тропосферных процессов стадию инициирования радикала ОН и цикл экзотермических реакций развития цепи:
Суммарная реакция: CH4 + 4O2 → HCOH + H2O + 2O3

Формальдегид является промежуточным продуктом окисления метана. Его дальнейшее окисление до монооксида углерода происходит по реакциям
или по реакциям
Конечной стадией процесса является окисление монооксида углерода до углекислого газа
CO + OH → CO2 + H
Суммарное уравнение полного окисления метана
СH4 + 8O2 → CO2 + 2H2O + 4O3
Химический сток в атмосфере – основной канал вывода метана из атмосферы. Из других стоков некоторое значение имеют поглощение метана почвенными бактериями и уход в стратосферу.

Глобальная биоэмиссия углеводородов (без учета метана) оценивается ориентировочно величиной 1,5 ⋅ 109 т/год, что более чем в 10 раз превосходит выделение углеводородов из антропогенных источников
Изопрен - продукт фотокинетических процессов в растениях - активно поступает в атмосферу, в особенности в лиственных лесах. Его эмиссия заметно усиливается с повышением температуры. Наибольшая эмиссия углеводородов растительностью наблюдается в тропиках, где температуры высоки и очень большая биомасса.
Глобальное поступление биогенных углеводородов (1150 Тг/год) гораздо больше, чем вклад антропогенных источников (142 Тг/год). Автомобильный транспорт - основной источник антропогенных летучих органических веществ, которые попадают в атмосферу в результате испарения или неполного сгорания топлива.
Важный аспект воздействия ЛОС связан с процессами удаления и образования озона. В незагрязненной атмосфере озон может вступать в реакции с фитогенными олефинами и, таким образом, как бы нейтрализоваться. В период повышенной фотохимической активности концентрация озона увеличивается за счет взаимодействия техногенных оксидов азота с чрезвычайно реакционноспособными фитогенными непредельными углеводородами.

Важна роль органических компонентов атмосферного воздуха в формировании основных характеристик атмосферы, например, ее окислительного потенциала. Есть все основания предполагать активное участие ЛОС в формировании радиационного режима атмосферы. Во-первых, окисление реакционноспособных органических соединений приводит к образованию такого важного компонента атмосферы, как озон. Во-вторых, при окислении относительно высокомолекулярных веществ, таких, как терпены, генерируются малолетучие соединения, включающиеся в процессы образования аэрозолей. В-третьих, содержание ЛОС влияет на распределение основного чистильщика земной атмосферы – радикала гидроксила.

Газофазное окисление может проводиться на молекулярном уровне такими окислителями, как кислород, озон, пероксид водорода. Однако оно намного эффективнее протекает со свободными радикалами. Важную роль в образовании радикалов играют фотохимические процессы. Скорость реакции газофазного окисления зависит от времени суток, сезона, географической широты, наличия облачного покрова. В реакции образования и поглощения радикалов кроме соединений серы и азота могут быть вовлечены такие реакционноспособные загрязняющие вещества, как непредельные углеводороды, альдегиды, кетоны и т. д.
Во всей цепочке превращений большое значение имеет интенсивность солнечного света и озон. Газофазное окисление соединений серы и азота ночью может быть обусловлено только молекулярными реакциями, которые проходят существенно медленнее, чем радикальные. Наиболее интенсивно проходят реакции с радикалами ОН, СН3О2 и гидропероксидным радикалом НО2.

Важнейшими компонентами фотохимического смога являются оксиды азота и озон как фотооксидант. В двигателях внутреннего сгорания образуются оксиды – NO и NО2. На солнечном свету, т.е. в результате фотореакции, NО2 подвергается разложению. Образующийся атомарный кислород может вступать в разнообразные реакции, в том числе с кислородом воздуха, образуя озон. Двигатели внутреннего сгорания выбрасывают углеводороды (например, этилен), а также низшие альдегиды. Взаимодействие озона и атомарного кислорода с органическими соединениями приводит к образованию свободных радикалов (CH3-, C2H5- и т.д.) - химически активных частиц, которые в загрязненной атмосфере могут привести к образованию токсичных веществ – пероксиацилнитритов (ПАН):
где R - CH3-, C2H5- и т.д.