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地理环境的自净(9)

时间:2010-01-29  归属:理论地理学

在该系统中,质量平衡表示为:

  式中K为化学物迁移的速率常数;A为表面面积;V为容积;C为在该系统内(水中)的化学物浓度。当式子两边除以V时,即有

  式中等号右部的符号d为水的深度。由此可以看出,其迁移速率反比于容器的深度。如果我们换成另外一种思路,即化学物反方向地从大气进入水中时,其迁移速率也必然应当反比于水面之上空气柱体的高度。这样一来,结论就可能是:一旦某种化学物质越过气一水界面的传输速率已知时,那么应用质量平衡的原理即可获得相应的深度(或高度)的基本数值。

  这种化学物质越过空气—水界面的迁移行为,已经被纳入相应的流模型之中,其中最为简单的可参考里斯(Liss)和斯拉特尔等人于1974年在《自然》杂志上所提出的模型。然而必须认识到,作为对不同对象所经历过程的理解,还应当有各种不同的新内容。里斯的模型,可以用图19-16说明其出发点。

  在本质上,已经述及的模型为一个两层系统,此系统中的运动在大量的物质介质内为湍流传输,而在气膜和液膜中的运动为分子扩散运动。通过界面层即膜层的运动,可以由Fick第一定律叙述,它是以一维方式表现的。

  式中F为垂直方向即z方向上,气体通过界面层的通量;D为气体的分子扩散系数。与该式相应的,还可写成如下方式:

F=K△C (19.50)

  △C为越过该界面层两边的浓度差,亦称浓度梯度。K=D/z,为一个常数,作为交换特性的表征,具有速度的量纲。将上式使用到图19-16的层系统中,并给出一个基本假设,这样即可承认如下形式:

  

差;Kg和Kl表示在两个不同膜层中的交换系数或速率常数。

假若进一步设定进行交换的气体服从于亨利定律,那么必然具有如下关系:

  

图19-16 液体和空气分室间化学物质迁移的图示

  它表明越过气—液界面的整个速率常数,可以被看成为代表气相和液相这两个相的成分的总体表现。因而如欲估计这些速率常数,就必然取决于对H,Kl和Kg这3个参数的估算。

  我们着重围绕地理环境自净作用的分析,阐述了有害化学物质的运动特性。在更为普遍的意义上,它实质上也就代表着化学元素在地理环境中的迁移规律与累积过程。由于它在理论地理学中占有一定的地位,因此,仍有进一步研究的必要,以期待更深刻或更全面地理解物质迁移。

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  • 关键词:大气河流降解速率常数扩散化学物质模型浓度
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