太陽輻射與光吸收的物理化學(xué)過程

太陽輻射到地球外空氣層的光是一種連續(xù)光譜，其波長在0.7~3000nm之間。穿過大氣層時(shí)，長波輻射部分被水蒸氣和二氧化碳吸收，zui后只有紅外輻射的短波部分達(dá)到地球表面。波長在175nm以下的短波紫外輻射可被海拔100km以上大氣層中的氧氣所收。175~290nm的紫外輻射在通過海拔15km以上的同溫層時(shí)，被其臭氧層中的臭氧（海拔25~30km間臭氧濃度zui高）所吸收。太陽光所留下的紫外部分，即300~400nm的輻射，引起聚合物的降解。

除了部分紫外光可被臭氧吸收之外，還必須考慮到大氣中的空氣和懸浮粒子（水滴和塵埃）對(duì)太陽光造成的散射。因此，造成塑料老化的輻射，即達(dá)到地球表面的輻射，由太陽的直射光（“太陽輻射”）和散射光（“天空輻射”）兩部分組成。光散射能力。

與波長的四次方成反比（瑞利定律），這意味著在陰天，即使太陽的直射光被云層吸收而減弱，但由于短波的散射光更容易達(dá)到地面，因此地表的紫外光反而會(huì)增強(qiáng)。

總輻射之強(qiáng)度和頻譜分布，大體上是太陽與地球之間隨晝夜和季節(jié)而變化的相對(duì)位置的函數(shù)。通過其位置，即可確定光線穿過大氣層的厚度以及被吸收的情況。下表列出垂直照射到地表的數(shù)據(jù)。從中可見，引起聚合物降解的紫外部分僅占總輻射的6%。

地表上垂直照射各波長光線之強(qiáng)度

總輻射光譜波長的下限（吸收限），基本取決于同溫層中的臭氧層對(duì)宇宙線部分的吸收。這種吸收是很陡峭的，即輻射強(qiáng)度在非常窄的波長范圍內(nèi)發(fā)生。由于臭氧層濃度隨季節(jié)和地理位置而不同，短波吸收限的位置和短波輻射的強(qiáng)度也隨季節(jié)和地理位置而異。下圖所示的是波長為297.5nm的紫外光強(qiáng)度與緯度和季節(jié)之間的關(guān)系，其中，光線的強(qiáng)度是太陽處在相應(yīng)的不同季節(jié)日期的zui高位置時(shí)，以太陽光直射成垂直的地球平面上波長為297.5nm光強(qiáng)的計(jì)算值。從中可見，在赤道上輻射強(qiáng)度變化很小，而北緯50°的光強(qiáng)隨季節(jié)的變化可相差三個(gè)數(shù)量級(jí)。

除了紫外輻射外，還應(yīng)考慮溫度、濕度和區(qū)域氣候。這是由于溫度升高后，熱降解可能與光降解相互重疊，甚至占主導(dǎo)地位。另外，水也可能通過抽提、水解以及參與含有某些顏料或鈦粉的光化學(xué)反應(yīng)而影響降解過程。根據(jù)大氣的光學(xué)性質(zhì)，還應(yīng)注意大氣中存在各種有機(jī)物，其中包括可導(dǎo)致生成氧化劑煙霧的光化學(xué)產(chǎn)物。這些有機(jī)物甚至可以破壞同溫層中的臭氧層。

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