Skład suchej atmosfery
description
Transcript of Skład suchej atmosfery
Skład suchej atmosfery
Naturalne źródła zanieczyszczenia powietrza
Budowa atmosfery – warstwy wyróżnione wg. kryterium termicznego
ozon - O3 stratosferyczny
synteza:
O2 + hν(λ < 240 nm) O + O
O + O2 + M O3 + M
rozkład:
O3 + hν(λ ≈ 230-320 nm) O2 + O*
O* + O3 O2 + O2
Promieniowanie o długości fali > 240 nm nie ma dostatecznej energii do dysocjacji O2, przenika więc przez stratosferę do troposfery i osiąga powierzchnię Ziemi
Pionowe profile stężenia ozonu określone na podstawie sąd balonowych nad Spitsbergenem
Kolorem niebieskim oznaczono region znacznego ubytku warstwy ozonowej, który pojawił się w 2000 roku. Takie dziury pojawiają się corocznie nad Biegunem Południowym. Nad Biegunem Północnym pojawiają się jednak tylko po mroźnych zimach.
Dziura ozonowa nad Arktyką.
Maksymalna dziura ozonowa nad Antarktydą
Wpływ promieniowania słonecznego na organizmy żywe
• UV-A, 315-400 nm (od bliskiego nadfioletu do zakresu widzialnego, stanowi 7% całkowitego strumienia słonecznego) oddziałując przez krótki czas nie jest szczególnie groźny.
• UV-B, 280-315 nm (1,5% całkowitego strumienia promieniowania słonecznego) szkodliwe dla organizmów, szczególnie w przypadku dłuższego czasu ekspozycji.
• UV-C, < 280 nm (0,5% całkowitego strumienia promieniowania słonecznego) szybko niszczy każdą żywą materię
• Jak wiele innych rodników X , chlor (Cl ) jest utleniany przez ozon w stratosferze i tworzy XO (ClO )
• X + O3 -> XO + O2
O3 + światło słoneczne -> O + O2
O + XO -> X + O2
Katalizatory rozkładu ozonu w stratosferze
Najważniejsze katalizatory są rodnikami:
rodniki hydroksylowe – HOX: •H, •OH, HOO•
tlenki azotu – NOX: •NO, •NO2
chlorowęglowodory – ClOX: •Cl, CLO•
W tworzeniu rodników uczestniczą:
metan – źródło atomu wodoru
N2O – przekształca się w NO
ozon troposferyczny
warunki potrzebne do powstania:• źródło prekursorów, węglowodory (VOC, ang.
volatile organic compounds) i NOX, głównie pochodzenie antropogenne
• nieruchoma atmosfera sprawiająca że reagenty pozostają na miejscu
• wysoka temperatura zwiększająca szybkość reakcji termicznych
• intensywne promieniowanie słoneczne inicjujące reakcje chemiczne
Powstawanie ozonu w troposferze
NO2 + hν NO + O (hv – kwant promieniowania ultrafioletowego)
O + O2 O3 + M (M – cząstka przyjmująca nadmiar energii)
O3 + NO NO2 + O2
NOx + VOL + CO + CH4 + hν O3 + PAN + HCOH + X
(X: aldehydy, ketony, organiczne azotany, azotyny) VOL - volatile organic compounds (lotne związki organiczne)
Zawartość VOL w powietrzu Tajpejzwiązek stężenie (µg · m-3)
Toluen 980
m-, p-Ksylen 910
o-Ksylen 510
Benzen 370
Etylobenzen 310
1,3,5-Trimetylobenzen 230
1-Etylo-4-metylobenzen 200
Heksan 150
Heptan 130
1-Etylo-2-metylobenzen 120
Fotoliza ClFC (chlorofluorowęglowodory)
Właściwości CFC: • mała lepkość• małe napięcie powierzchniowe• niska temperatura wrzenia• bierność chemiczna i biologiczna
CFC-11 (11 + 90 = 101, 1 atom C, 0 atomów H, 1 atom F, wynikowo 3 atomy Cl – CFCl3)
CFCl3 + hv (λ < 290 nm) •CFCl2 + •Cl
•Cl + O3 ClO• + O2
ClO• + O •Cl + O2
Właściwości najczęściej znajdujących się w użyciu CFC (chlorofluorowęglowodory)
CFC wzórczas
lata1977 1993 1998 2004
udział
%
CFC-11 CFCl3 60 140 272 260 250 31
CFC-12 CF2Cl2 195 255 519 540 530 36
CFC-113 CF2ClCFCl2 101 - 82 78 75 14
CFC-114 CF2ClCF2Cl 236 - 20 - - -
Protokół Montrealski
Montreal Protocol on Substances that Deplete
the Ozone Layer – 1987• 1974 pierwsza hipoteza o wpływie CFC na ozon• 1985 Konwencja Wiedeńska• 1992 (WMO) znaczne pocienienie warstwy
ozonowej• od 1998 spadek stężenia stratosferycznego chloru
(suma CFC i HCFC)• 2050 zostanie osiagnięta wartość pierwotnego tła
(HCFC – hydrochlorofluorocarbons)
Typowe stężenia związków chemicznych występujących w smogu fotochemicznym
związek zanieczyszczony niezanieczyszczony
CO 10 000-30 000 < 200
NO2 100-400 < 20
VOC (bez metanu)
600-3 000 < 300
O3 50-150 < 5
PAN 50-250 < 5
VOC - volatile organic compoundsPAN – bezwodnik azotowo-nadoctowy = azotan acetyloperoksylu= azotan nadtlenku acetylu
Związki chemiczne pojawiające się w trakcie powstawania smogu fotochemicznego
(badania laboratoryjne)
Związki chemiczne pojawiające się w trakcie powstawania smogu fotochemicznego
(Toronto - Kanada)
Vitis vinifera
Phaseolus vulgaris
Pinus strobus
Pinus panderosa
Populus spp.
Badania modelowe tytoniu jako wskaźnika ozonu
Zalety: specyficzna reakcja; wysoka wrażliwość; objawy uszkodzenia są funkcja czasu ekspozycji
kolejne uszkodzenia mogą być rozróżnione w czasie trwania pomiaru
różnicowanie objawów dzięki odmianom o różnej wrażliwości, a także dzięki EDU (etylenodiurea) substancji tłumiącej występowanie objawów uszkodzeń
Symptomy uszkodzeń przez ozon organów asymilacyjnych roślin są charakterystyczne i niepodobne do wywoływanych przez inne gazy.
Typowym symptomem działania na komórki mezofilu jest destrukcja komórek miękiszu palisadowego, co objawia się w postaci nekroz, przeważnie punktowych, na zewnętrznej powierzchni liści.
U roślin liściastych klasycznymi symptomami są nekrotyczne punkty plamki, tworzące charakterystyczne "nakrapianie".
Na skutek działania stosunkowo dużych dawek ozonu, cała górna powierzchnia liścia może przybrać wybieloną postać. W innych przypadkach komórki palisadowe mogą akumulować ciemny, barwny alkaloid z wytworzeniem czarnych plamek.
Rozszerzenie się nekroz do komórek miękiszu gąbczastego prowadzi do wytworzenia głębokich zapadniętych nekroz.
liść tytoniu po ekspozycji
Metan - CH4
źródła emisji:• rozkład martwej materii organicznej w warunkach
beztlenowych• eksploatacja złóż paliw kopalnych, ich transportu i
niepełnego spalania• układy trawienne zwierząt przeżuwających (krowy,
kozy, owce, antylopy) oraz termitów• wysypiska odpadów
czas przebywania w atmosferze ~ 12 lat
• podstawowy gaz cieplarniany;
• udział w niszczeniu warstwy ozonowej (źródło atomu wodoru);
Stężenie gazów cieplarnianych w troposferze
związek przed 1750 obecnie udział w ociepleniu
dwutlenek węgla 280 ppmv 378 ppmv 1,46
metan 0,70 ppmv 1,78 ppmv 0,48
tlenek azotu (1) 0,27 ppmv 0,32 ppmv 0,18
ozon 0,025 ppmv 0,034 ppmv 0,35
CFC, HCFC, HFC
0 pptv 3-544 pptv 0,34
fluorek siarki (F6S) 0 pptv 4,8 pptv 0,002
Właściwości gazów cieplarnianychgaz czas
przebywania/latawzmocnienie
ocieplenia
CO2 50-200 1
CH4 12 43
N2O 115 250
CFC-11 45 15 000
CFC-12 102 19 000
HCFC-22 12 13 000
CCl4 35
C2F6 10 000
SF6 3 200