AZ ATMOSZFÉRA KÉMIÁJA (LEVEGŐKÉMIA)

Az előadások a következő témára: "AZ ATMOSZFÉRA KÉMIÁJA (LEVEGŐKÉMIA)"— Előadás másolata:

1 AZ ATMOSZFÉRA KÉMIÁJA (LEVEGŐKÉMIA)
A légkör evolúciója A légkör összetétele és szerkezete A levegő szennyeződése a szennyeződés forrásai szennyező anyagok: C, S, N, halogén vegy-ek kolloid szennyeződések: füst, köd, szmog A levegőszennyezettség mérése A levegő öntisztulása A levegőtisztaság védelme (megelőzések) A szennyeződés hatása az élővilágra

2 A LÉGKÖR ÖSSZETÉTELE ÉS SZERKEZETE:
állandó komponensek: N2 : 78 % O2 : 21 % Ar : 0,934 % CO2 : 0,03 % változó komponensek:

3 változó komponensek (nyomgázok):
vegyület térfogat% tartózkodási idő H2O 0,004 – 4 ∼ 10 nap O3 (0 – 5) × ∼ 2 év CO × – 20 év CO (1 – 20) × ∼ 0,3 év N2O (2 – 6) × ∼ 4 év NO2 (0 – 3) × ∼ 3 nap NH3 (0 – 2) × ∼ 7 nap SO2 (0 – 20) × ∼ 5 nap H2S (2 – 20) × ∼ 40 nap

4 AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE:
vastagsága az Egyenlítőnél ∼ km addig tart, míg ET,kin ∼ Egrav felfelé ritkul: barometrikus nyomásformula homoszféra: a Föld feletti ∼85 km-es réteg troposzféra sztratoszféra mezoszféra termoszféra heteroszféra: a homoszféra fölötti „vastag”, de igen ritka réteg (sugárzások alakítják)

5 A légkör szerkezete

6

7 troposzféra – (majd tropopauza) a T felfelé csökken: 6,5 oC/km földfelszíntől az E-nél ∼18, pólusokon ∼8 km melegét a földfelszíntől kapja főleg vízszintes légmozgás révén keveredik és ezzel összetétele homogenizálódik sztratoszféra – (majd sztratopauza) a T itt felfelé nő: ∼0 oC-ig ∼50 km-ig terjed mezoszféra – (majd mezopauza) itt a T ismét csökken ∼ –80 oC-ig (50 – 85 km) termoszféra ebben a T nő, ez egyúttal ionoszféra

8 A fő légköralkotók kémiája és funkciója ismert
N2: inert, fontos „hígító” gáz – problémamentes O2: életfontosságú gáz, egyúttal O3 forrás Ar: nincs sem környezeti, sem élettani funkciója CO2: kardinális környezetkémiai vegyület - a növényi szénhidrátszintézis forrása - az állati/emberi életműködés terméke - a C körforgalom fontos résztvevője - az üvegházhatás, a globális felmelegedés okozója (+ CH4, freonok, N2O) - technikai CO2 emisszió növekedése kritikus H2O: körforgásáról, fizikai és kémiai szerepéről majd külön beszélünk

9

10

11 A CO2 koncentráció növekedése

12 Földfelszín feletti átlag-hőmérsékletek – havi eltérések (1961–2002)

13 Paul Crutzen Mario Molina Sherwood Rowland
Az Évi Nobel-díjasok Paul Crutzen Mario Molina Sherwood Rowland A légkörkémiában, különösen az ózon keletkezése és fogyása értelmezésében elért eredményeikért

14 O3: kulcsfontosságát nemrég ismerték fel
- az „ózondús” levegő tévedés: a felszíni ózon élettanilag káros! - a sztratoszférában keletkező ózon UV-C (200–320 nm) elnyelő hatása miatt fontos! szintézise: O2 + hv → O + O O2 + O + M → O3 + M (3. test) bomlása: O3 + hv → O2 + O O3 + O → 2 O2 ózonréteg: 1 atm-n 3 mm vastag lenne ózonlyuk probléma: NOx és a CFCl katalizálja a az ózon bomlását, ezért a déli sark fölött (?) az ózon ritkul, majd regenerálódik

15 Az ózon két funkciója a légkörben

16 Az ózon keletkezése a sztratoszférában

17 Az ózon bomlás folyamata

18 Az ózonlyuk

19 A LÉGKÖR SZENNYEZŐ ELEMEI
A szennyeződés forrásai: természetes és mesterséges Szennyező vegyületek: C, S, N, halogén vegy-ek Kyoto-i hatos „greenhouse gases” kosár: [CO2, CH4, NOx, HFcarbons, perfFcarbons, SF6] Kolloid szennyeződések: , por, köd, füst, szmog A levegőszennyezettség mérése A levegő öntisztulása A levegőtisztaság védelme (megelőzések) A szennyeződés hatása az élővilágra

20 CO: - nem állandó alkotó; reaktív, elreagál
- természetes forrás: vulkánok - mesterséges: gépkocsik, tüzelőszerkezetek - erősen mérgező

21 A CO mérgezés tünetei különböző mértékű hemoglobin-CO képződéskor

22 SOx: SO2, SO3, [H2S, COS, CS2, (CH3)2S]
- term. forrás: vulkánok, bioszféra bomlása - mest: hőerőművek, gépkocsik, vegyipar - [a 4 vegyület] SO2-vé oxidálódik - SO2 → SO3 → H2SO4 → savas eső (köd) „Levegőkémia”: a) SO2 + hν → SO2* SO2* + O2 → SO4. SO4. + O2 → SO3 + O3 b) SO2 + O → SO3 c) heterogén: köd, füst cseppek felületén Hatás: növényeken, talajokban, műszaki fémeken

23 NOx: toxikus, veszélyes a NO, a NO2 és az NO3
NOx: toxikus, veszélyes a NO, a NO2 és az NO3. van: N2O, N2O3, N2O5, NH3, NH4+, NO3- … - term. f: élő és holt szervezetek, villámlás, … - mest. f.: erőmű, gépkocsi, jet, vegyipar, … - NO: irreverz. a vér hemoglobinjára kötődik - NO2: savassága révén tüdőkárosító „Levegőkémia”: oda: NO + O3 → NO2 + O2 NO + H2O → NO2 + HO vissza: NO2 + hν → NO + O – egyensúly! végül: NO2 + OH → HNO NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

24 - savképződés révén műszakilag károsak
[NOx:] - egyes növények (zuzmók, mohák) különösen érzékenyek: indikátorként alkalmazhatók - savképződés révén műszakilag károsak - NOx-k emissziója korszerű módszerekkel eredményesen csökkenthető (gk. katalizátor, ad- és abszorpciós eljárások, stb.) SAVAS ESŐK: az esővíz pH-ja 〜5,5 (CO2) NOx és SOx hatására: 〜4,5, sőt 2,25 (Kína)! Hatás: talajok, növények, halak, ipari fémek, műemlékek erodálódnak

25 Az NOx emisszió forrásai

26 Az EU teljes NOx emisziójának alakulása

27 Savas esőt okozó emisszió csökkenése 1990 óta a 15 EU országban és az 2010-es célok

28 A halogénezett szénhidrogének (CFCl) - hűtőgépek, spray-ek hajtógázai
- közvetlen káros hatásuk nincs, stabilisak - a sztratoszférában UV sugárzásra bomlanak: a keletkező Cl, F ózonbontó katalizátor (katalizátor a NO és NO2 is) A CFCl emisszió az utóbbi évtizedekben világszerte jelentősen csökkent.

29 Az EU teljes üvegház-gáz kibocsájtása (CO2, CH4, NOx, fluorozott gázok) 

30 - por: kolloid méretű szilárd anyag a levegőben
Légköri aeroszolok - por: kolloid méretű szilárd anyag a levegőben - köd: kolloid m. cseppfolyós anyag a levegőben - füst: kolloid m. szilárd és cseppfolyós együtt szmog (smoke+fog): tömény, városméretű füst Mint kolloidok instabilis rendszerek, állandóan keletkez-nek és megszűnnek (koagulálnak vagy diszpergálódnak), ill. kiülepednek, kimosódnak. Nagyság szerinti osztályozás: r < 0,1 µm Aitken-féle részecskék 0,1 < r < 1 µm nagy részecskék 1 µm < r óriás részecskék Egyszerűbben: kihulló, ill. lebegő részecskék

31 - felhőképződésben fontosak
[Légköri aeroszolok:] főleg természetes úton keletkeznek, de antropogén úton is: a légszennyezők (pl. nyomgázok) segítik képződésüket. Szerepük: - egészség károsítók - felhőképződésben fontosak - sugárzás elnyelők, visszaverők: energiamérleg! Az antropogén aeroszólok keletkezését megfelelő technológiával jelentősen csökkenteni lehet.

32 A levegő porszennyeződésének forrásai
Fajta Összetétel energia-termelés pernye, korom SiO2, 2CaO•SiO2, CaCO3, C, Ca-aluminátok, szénfel-dolgozás szénpor C fém-kohászat szálló por fémek, fém-oxidok, ércpor, adalékanyagok kémiai iparok ipari porok oxidok, szulfátok, foszfátok, kloridok, kokszpor, műanyagszemcsék építő-anyagipar szállópor cement, mész, salakrészecskék üvegipar kvarc, szilikátok, fém és nemesfémoxidok közle-kedés olaj, korom, gumimaradványok, szénhidrogének, ólomvegyületek fafeldo-lgozás fűrészpor cellulóz textilipar a szálanyagok pora pamut, műanyag mező-gazdaság műtrágya, termény és tapanyag szállópora műtrágya, növényvédőszerek

33 A porkibocsátás csökkenése a 15 EU országban
[szén helyett gáz, gk. katalizátorok]

34 A Dina ciklon Magadaszkárnál és a Maurutius szigetnél

35 Vulkánkitörés okozta légszennyeződés Popocatepetl (Mexikó)

36 Köd, füst és hajónyomok California partjainál

37 Légszennyeződés a Nagy tavak és az USA keleti partjai fölött

38 Dél-Franciaország és Észak-Olaszország

39 A LEVEGŐ ÖNTISZTULÁSA száraz kihullás: óriás részecskék: gravitációsan kisebbek: légköri turbulens diffúzió talajon ad-, vizekben adszorbeálódnak nedves kihullás (kimosódás): felhőben vagy felhő alatt tapadnak a csapadékelemekhez (esőcsepp, hópehely) hígulás révén – légmozgásokkal (szél, konvekció)

40 A LEVEGŐTISZTASÁG (és magunk) VÉDELME
Legfontosabb, „legolcsóbb” a megelőzés: a technológia megváltoztatásával pl. porszén helyett granulátum égetése „tiszta” nyersanyagok alkalmazásával pl. N, S szegény szenek, kőolajok égetése tisztító (szűrő) berendezésekkel pl. portalanítók, szűrők, ülepítők, ciklonok, nedves, elektrosztatikus leválasztók, Miskolci kriptongyár, FORTE! elégetéssel, katalitikus utóégetéssel pl. gépkocsikban magas kémények alkalmazásával (nem az igazi !!!) egyéni (munkahelyi) védőfelszerelések

41 A SZENNYEZŐDÉS HATÁSA AZ ÉLŐVILÁGRA
Akut egyéni egészségügyi problémák – viszketésről, fejfájástól – a „halálig” Munkahelyi ártalmak – kiküszöbölésük Tömeges egészségkárosodások pl. a szmog, pernye (Ajka), … Genetikus, több generációs hatások Egyéni/csoportos védelmek: - légkondicionálás (T, szűrés, szárítás) (épületekben, gépkocsikban) - gázálarcok, maszkok

42 Az ózon-koncentráció átlagot erősen meghaladó napok száma az EU országaiban

43 Observed global and European annual mean temperature deviations 1856-1999 

44 A CO2 körforgása