A troposzférikus ózon és a fotokémiai szmog Sarkadi Noémi Kereszturi Csaba Takács Péter Sámson Gergely

Az ózon Az ózon (O3) három oxigénatomból áll Instabil molekula Christian Friedrich Schönbein fedezte fel 1840-ben Neve a görög „ozein” = „rossz szagot árasztó” szóból származik.

Tulajdonságai Nagy tömegben világoskék, szúrós szagú, mérgező gáz. -112 °C alatt sötétkék folyadék, -193 °C alatt sötétkék kristály. Az egyik legerősebb oxidálószer. Instabil: közönséges oxigénmolekulára (O2) és egyatomos, rendkívül reagens egy atomos, úgynevezett naszcensz oxigénre bomlik. Ha oxidálható anyagokkal érintkezik, a bomlás már kis hőmérsékleten is robbanásszerű. Rendkívül mérgező. Toxikus hatását elsősorban a telítetlen zsírsavak oxidatív bontása okozza, ami különösen E-vitamin hiány esetén erőteljes. Szagát – ami még 500 ezerszeres hígításban is érezhető – rendszerint a klóréhoz hasonlónak találják, de koncentrációjától függően változhat (pl. szegfű, széna, kén-dioxid…).

A troposzférikus ózon A troposzférikus ózon jelenlétét az 1960-as években mutatták ki. A troposzféra ózon háztartásának két forrása van: az egyik a sztartoszférából diffundáló ózon, a másik az atmoszféra szennyeződéséből adódó, amely a CO és a NOx vegyületek jelenlétével magyarázható. Ezek a szennyező anyagok a mezőgazdaságban hasznosított műtrágyákból, a repülőgépekből és járművekből kibocsátott gázokból származnak. A sztratoszférikus és a troposzférikus ózon koncentrációjának környezeti hatása ellentétes. A sztratoszférikus ózon elvékonyodása okoz környezeti problémát, míg a troposzférikusnak a megnövekedett koncentrációja

A szmog A környezetszennyezésnek globális és lokális hatásai is vannak. Lokális hatásra a legjobb példa a szmog, magyarul füstköd. A szót az angol smoke és fog szavak egyesítéséből hozta létre Harold Des Voeux fizikus 1911 körül. A földrajzi és időjárási körülmények, valamint a levegőben található szennyezőanyagok függvényében két fajtáját különböztetjük meg: a redukáló, más néven London-típusú szmogot, illetőleg az oxidáló, Los Angeles-típusú szmogot. Ez utóbbit szokták kialakulása alapján fotokémiai szmognak is nevezni.

Fotokémiai, Los Angeles típusú szmog A szmognak ezt a fajtáját az 1940-es években észlelték először. Az troposzférikus ózon koncentrációja általában nem haladja meg a 0,04 ppm-et {80 μg/m3} (a sztratoszférában ~12 ppm). A fotokémiai szmog kialakulása erősen időjárásfüggő, a mérések, modellezések szempontjából elengedhetetlen a meteorológiai előrejelzések figyelembe vétele. Az oxidáló szmog kialakulásához leginkább nitrogén-oxidok szükségesek, de szénhidrogének és a szénmonoxid is szerepet játszanak benne. Ezek leginkább a közlekedés melléktermékei.

A szemmel látható fotokémiai szennyezés…

Fotokémiai szmog Környezeti feltételek: gyenge (maximum 3 m/s) légmozgás 24-32 °C-os hőmérséklet 70 % alatti páratartalom erős ultraibolya sugárzás hőmérsékleti inverzió Ilyen típusú szmogot először 1985-ben észleltek Magyarországon.

A fotokémiai oxidáció A szennyező anyagok az UV-sugárzás hatására fotokémiai reakciókat indítanak el, amelyek során NO2, ózon (O3), majd szabadgyökök, hidrogén-peroxid és PAN (peroxi-acetil-nitrát) keletkezik. Ha a PAN koncentrációja tartósan magas (>0,02 ppm), az rövid idő alatt a vegetáció, egészség károsodásához, valamint korrózióhoz vezet.

A fotokémiai oxidáció A fotokémiai szmog kialakulásáért felelős legfontosabb anyagok: Nitrogén-monoxid (NO) Nitrogén-dioxid (NO2) Szén-monoxid (CO) Szénhidrogének

A fotokémiai oxidáció Nitrogén vegyületek ( NxOy) származása: magas hőmérsékleten oxigén és nitrogén reakciójából (NO); nitrogéntartalmú vegyületek elégetésekor; ipari tevékenység, biomassza-égetés. Szén-monoxid elsősorban a szénvegyületek tökéletlen égetésekor keletkezik, szén-dioxid helyett. A szénhidrogének forrásai nagyrészt a gépkocsik belsőégésű motorjai.

A fotokémiai oxidáció Az ózon kialakulását nitrogén-monoxidból (NO) fény hatására különböző szénhidrogénekből (R) három kémiai egyenlettel lehet leírni: NO + RO2 ---> NO2 + RO NO2 + hv ---> NO + O O + O2 ---> O3 A CO által kiváltott ózonképződést hidroxil-gyökök (OH) katalizálják. A folyamatot összegezve: egy szén-monoxid molekulából (CO) és két oxigén molekulából (O2) keletkezik fény hatására egy szén-dioxid (CO2) és egy ózon (O3) molekula.

A fotokémiai oxidáció Körfolyamat: NO2+ hv → NO + O O2+ O + M → O3 + M O3+ NO → NO2+ O2 Ezekkel párhuzamosan a NO2-ból rendkívül mérgező PAN, illetve salétromsav (HNO3) keletkezik. A nitrogén-oxidok, és a szén-dioxid elősegítik a troposzférában az ózon keletkezését. Az ózon keletkezése a legegyszerűbb szénhidrogénből – metánból, magas nitrogén-monoxid (NO) koncentráció esetén a következő: CH4 + OH + 9O2 NO→ CO2 + 12H2 + 2H2O + 5O3

A fotokémiai oxidáció A teljes ózon oxidációs ciklus

Riasztás Az ózon (O3) és a szénmonoxid (CO)  határértékei 8 órás átlagos koncentrációként vannak megadva. Ezek a gázok kis mennyiségben és rövid kitettségi időszak alatt is nagyon mérgezőek az emberekre. Riasztási szint A NO2, a SO2 és az O3-nak,  a határértéken kívül is van riasztási értéke. Ezek 1 órás átlagos koncentrációértékek. Ha ezeket az értékeket meghaladja a mért érték, a helyi hatóságnak először tájékoztatni kell a nyilvánosságot erről, és utána végrehajtani egy olyan cselekvési tervet, amely révén csökken a levegőben lévő szennyezőanyagok koncentrációja, például a közlekedés korlátozása a városban, az ipari termelés csökkentése stb. Az EU országokban az O3 és a CO határértékei (8 órás átlagos koncentráció). Szerzõ: Pawel Jezioro Az EU országaiban a NO2, SO2 és az O3 riasztási (1 órás átlagos koncentráció) határértékei. Szerzõ: Pawel Jezioro

Csak baj van a troposzférikus ózonnal?? Az nem igaz, hogy egyáltalán nem akarunk ózont a környezetünkbe. Egy kicsi szükséges azért, hogy OH képződjön. OH nélkül a légkör nem tisztítja magát. Azonban, ha az ózon mennyisége növekszik, ez a gáz káros az egészségünkre és károsítja a növényeket. Fertőtlenítésre is használják (pl. úszómedencékben).

Egészségügyi hatások Az ózon a tüdőben található zsírsavakkal könnyen reakcióba lép, hozzákapcsolódik a kettős kötésekhez, felbontja azokat, és agresszív szabadgyököket képez, melyek további oxidációhoz vezetnek. Következménye a tüdőgyulladás, ami különösen veszélyes az asztmás embereknek. A tüdõnkben a léghólyagokat az ózon megtámadja © emphysem-info

Érdekesség A bükk és az erdeifenyő a legellenállóbb Kísérletek során különböző fafajtákat ózondús levegő hatásának tettek ki éveken keresztül. „Az idősebb bükkök és az erdeifenyők viszonylag ellenállónak mutatkoztak, viszont óvatosan kell bánni az eredményekkel, hiszen nem lehet általánosítani, mert a fa faja és kora is jelentősen befolyásolja az ellenálló képességet” „A brit kutatók eredménye igen elgondolkodtató, ugyanis valóban vannak olyan fafajok, amelyek nagyon érzékenyek a magas ózonkoncentrációra” (National Geographic Online)

Felhasznált irodalom http ://www.wikipedia.hu http://www.atmosphere.mpg.de/enid/3hl.html http://www.geographic.hu http://www.freefoto.com http://www.meteo21.hu http://www.tiszta.levego.hu http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidj/0/3537/legvaros.htm http://zoldelet.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=46&Itemid=56

Búcsúzóul: egy gyönyörű kép a fotokémiai szmogban úszó Denverről… Köszönöm a figyelmet!