LÉGKÖRT ÉRŐ HATÁSOK.

Az előadások a következő témára: "LÉGKÖRT ÉRŐ HATÁSOK."— Előadás másolata:

1 LÉGKÖRT ÉRŐ HATÁSOK

2 ATMOSZFÉRA - kis koncentráció, koncentráció és sűrűség  csökken
- Nap energiája  fotokémiai reakciók - oxigén jelenléte  oxidáció - troposzféra (felhőöv), km (pólusoknál 8 km, Egyenlítőnél 18 km) a hőmérséklet (T) 100 m-ként 1 ºC-kal (0.65 ºC ) csökken, a hőenergiát a Földtől kapja - sztratoszféra, T nő, kb. 50 km, a Nap UV sugárzását az ózon részben elnyeli 220 284 180 A 80 M H - mezoszféra, km magasságig, a T csökken 50 SZT 80 % - Homoszféra (H), légkör összetétele azonos 11-12 T Kº

3 A légköri viszonyok változása a magassággal

4 KONCENTRÁCIÓK MÉRŐSZÁMAI
- szilárd, cseppfolyós és gáz halmazállapotú szennyezők - térfogat/térfogat, tömeg/tömeg, tömeg/térfogat  µg/m3, ez függ a T és p-től - állandó - átszámítás V [cm3/mmol] ideális gáz moláris térfogat (1 atm  kPa  22.4 l, 20 °C) M [mg/mmol] moláris tömeg

5 LÉGKÖR ÖSSZETÉTELE Koncentráció Tartózkodási idő Hatás Elnyelés
(1) Állandó N  78 % év üvegház UV O  % év UV, V Nemes gázok % (2) Változó CO ppm év üvegház UV, IR üvegház IR CH ppm év H ppm év UV N2O ppm év O3 (tr./sztr.) ppb/1 ppm év UV,V,IR

6 Koncentráció Tartózkodási idő Hatás Elnyelés
(3) Nagyon változó CO ppm év mérgező UV,V,IR NO ppb nap savasodás SO ppb nap savasodás vízgőz ( )102 ppm nap UV,V,IR Freon (halogénezett szénhidrogén pl. CF2Cl2) év ózonlyuk

7 KIS TÖRTÉNELEM II. Edward (13 sz. vége): széntüzelés korlátozása a Parlament munkája miatt III. Richard (14-15 sz.): füstadó 17 sz. London: ipar kitelepítése, zöld övezet (javaslat) tv. az angol parlamentben a füstszennyezés korlátozására 1859 Monarchia: ipartv-ben korlátozzák a ipari szennyezést 1948 Donora ( lakos), acélmű (Pennsylvania)  súlyos szennyezés 1872 első feljegyzés savas esőről (angol kémikus) 1952 London szmog 1962 Los Angeles: fotokémiai szmog

8 Szennyező anyagok és egészségkárosító hatásaik
szén-monoxid (CO) FEJFÁJÁS, HÁNYINGER, FULLADÁS (OXIHEMOGLOBIN  KARBOXIHEMOGLOBIN) szén-dioxid (CO2) FULLADÁS (ZÁRT TÉRBEN) kén-dioxid (SO2) NYÁLKAHÁRTYÁK (ORR, GARAT, SZEM), KÖHÖGÉS, TÜDŐÖDÉMA, BRONHITISZ nitrogén-oxidok (NOx) TÜDŐ, SZEM, LÉGUTAK (A TÜDŐBEN KELETKEZIK SAV) NO: IDEGRENDSZER + METAMOGLOBÉNIA ózon (O3) FOJTÓ, RONCSOLÓ HATÁSÚ (TÜDŐ, NYÁLKAHÁRTYÁK) klór (Cl), fluoridok NYÁLKAHÁRTZÁK, LÉGUTAK, BŐR, KÖHÖGÉS nehézfémek (Cd, Pb, As, Zn) IDEGRENDSZER, KARCINOGÉN, AKKUMULÁCIÓ szilárd részecskék SZILIKÓZIS pollen ALLERGIA rostok (pl. azbeszt) TÜDŐRÁK illékony szerves vegyületek (VOC) FEJFÁJÁS, KARCINOGÉN HATÁS

9 NÖVÉNY SZILÁRD GÁZOK SAVASODÁS INDIKÁTOROK (ZUZMÓ)
ASSZIMILÁCIÓS FELÜLET CSÖKKEN - TAKARMÁNY LÉGCSERENYÍLÁS GÁZOK LÉGZŐNYÍLÁS  SEJTEK FELÜLETE + VÍZ  pl. KÉNSAV  RONCSOLÁS + FOTOSZINTÉZIS GÁTLÁSA  SZÍNVÁLTOZÁS SAVASODÁS Alumínium KIOLDÓDÁSA, MIKROORGANIZMUSOK – ERDŐK PUSZTULÁSA INDIKÁTOROK (ZUZMÓ) ÉPÜLETEK ÉS ARCHEOLÓGIAI ÉRTÉKEK

10 Források Ipar  pontforrás (ipartelep kéménye)
 felületi forrás (település-lakossági fűtés)  vonal menti forrás (utak autópálya) Ipar SO2 : fosszilis tüzelőanyag (barnaszén, olaj, gáz), kénsavgyártás, papíripar CO : tökéletlen égés (energiaipar, kohászat) NO2 : magas hőfokú égés (energiaipar, elektromos kisülés) Fluor: alumíniumkohászat, a zománcgyártás, a foszforműtrágyagyártás, a tégla- és cserépipar szilárd részecskék: minden égés során (kohászat, energiaipar)

11 Település (infrastruktúra):
Mezőgazdaság: CO, CxHy: biomassza égetés CH4 : rizstermelés, kérődző állatok NH3 : állatok vizelete N2O : talajban lévő baktériumok (denitrifikáció) szilárd részecskék: növényvédőszerek permetezése Erdőirtás: CO2 : tároló kapacitás csökkenése Település (infrastruktúra): CH4, CO2 : hulladéklerakók CO, CO2, SO2 : fűtés CO, SO2, NO, NO2: közlekedés szilárd részecskék: közlekedés (kátrány, ólom), fűtés

12 Gázkibocsátás [Tg/év]
Antropogén Természetes Antropogén % CO2-C 7 000 7 CO-C 505 75 87 CH4-C 270 120 69 SO2-S 70 35 67 NO-N 20 10 N2O-N 1 9 NH3-N 50 VOC 750 Freonok 100

13 Levegőszennyezések - a levegőbe kerülő ártalmas anyagok és forrásaik
Szennyező-csoport Szilárd+aerosol Gáz+gőz A felhasznált anyagból a szeny-nyezőanyag %-a Fosszilis tüzelőanyag elégetése por, füst, pernye SO2 NOx, CO, CO2 0,05-40 Járműmotorok füst (olajfüst) NOx ,CO, savgőzök 4-7 szénhidrogénre Petrolkémia köd, füst SOx, H2 S, NH3 szénhidrogének merkaptánok 0,25-1,5 Vegyipar pára, köd, füst, szervetlen és szerves sók SOx, CO, NH3 szerves és szervetlen savak Kohászat, fémipar por, füst, ércpor, homok SO2, CO fluoridok, szervesanyagok 0,5-2 Ásványipar, őrlők por, korom, pernye, szilikátok SO2, CO Szénbányászat, szénipar por, korom, pernye fluoridok, kátrány, fenol, SO2, H2S szénhidrogének Mezogazd. és élelmiszerip. por, köd szervesanyagok, NH3, CH4, bűzös anyagok 0,25-1

14 MI AZ AEROSZOL? cseppfolyós/szilárd részecskék 0.01-10 µm
por, füst, köd kis tartózkodási idő kondenzáció fényelnyelés GRAVITÁCIÓS KIÜLEPEDÉS TURBULENS KIÜLEPEDÉS ÜLEPEDÉSI SEBESSÉG A RÉSZECSKE MÉRET FÜGGVÉNYÉBEN

15 MI BEFOLYÁSOLJA A LÉGSZENNYEZŐ ANYAGOK TERJEDÉSÉT?
SZÁLLÍTÓ KÖZEG (LÉGKÖR) JELLEMŐI: SZÉLSEBESSÉG (URALKODÓ) SZÉLIRÁNY TURBULENS ÁRAMLÁS! LÉGKÖR STABILITÁSA: LABILIS, STABIL, INVERZIÓ FÜGG A HŐMÉRSÉKLETI GRADIENSTŐL, A HŐMÉRSÉKLET NAPSZAKOS VÁLTOZÁSÁTÓL SZENNYEZŐANYAG VISELKEDÉSE (NEM KONZERVATÍV): KIÜLEPEDÉS ADSZORPCIÓ (SZILÁRD ANYAGOKHOZ TAPADÁS) FOTOKÉMIAI REAKCIÓK SAVKÉPZŐDÉS BIOKÉMIAI ÁTALAKULÁSOK HÍGULÁS ÁTALAKULÁS

16 ELKEVEREDÉS Csóva (konvekció és diffúzió) Anyagmérleg (emisszió, reakciók stb.)

17 ÁLLAPOTVÁLTOZÁS ÉS INVERZIÓ
Hőmérsékleti gradiens alakulása (hőmérséklet változása a magassággal) Adiabatikus: 1 ºC /100 m Szuperadiabatikus: > 1 ºC /100 m Szubadiabatikus: < 1 ºC /100 m Inverzió: fordított gradiens, hőmérséklet felfelé növekszik

18 Szuperadiabatikus eset
Labilis Szubadiabatikus eset Stabil

19 A CSÓVA ALAKJA SZUPERADIABATIKUS ADIABATIKUS INVERZIÓ 1. INVERZIÓ 2.

20 HŐMÉRSÉKLETI GRADIENS NAPSZAKOS VÁLTOZÁSA
INVERZIÓ KAILAKULÁSA

21 INVERZIÓ: GÁTOLJA A SZENNYEZŐANYAGOK ELKEVEREDÉSÉT, A HÍGULÁST

22 Grafikus módszer a csóva alakjának meghatározására
Példa: 100 m kémény, 20 °C

23 CSÓVA SZÁMÍTÁSA : GAUSS ELOSZTÁS ÉS MÓDSZER
Koncentráció számítása (3 dimenzió, konzervatív anyag):

24 : Távolságtól függő szórás, függ a légkör stabilitásától
Koncentráció számítása (3 dimenzió, konzervatív anyag): : Távolságtól függő szórás, függ a légkör stabilitásától Meghatározása: - diagramm segítségével - számítással Kéményméretezés: Emisszió (M), szélsebesség (v) ismert feladat: x, y, z pontban adott határérték kémény milyen H magas legyen?

25 Légszennyezési problémák
SZMOG szmog savasodás éghajlatváltozás ózoncsökkenés

26 - SO2 (bronchitis) füst, szmog
1952 London – téli szmog - SO2 (bronchitis) füst, szmog - maximum 2 mg/m3  0.75 ppm - szinergikus hatások - inverzió halott WHO határérték: 0.18 ppm 500 µg/m3 10’ 1 óra 0.125 ppm 350 µg/m3 Hosszútáv 50 µg/m3 0.018 ppm A kitettség ideje (szennyezés tartóssága) fontos → Az egészségügyi határértékeket a tartósság függvényében adják meg!

27 SZÉN-MONOXID BELÉGZÉS HATÁSA A KONCENTRÁCIÓ
ÉS A KITETTSÉGI IDŐ FÜGGVÉNYÉBEN

28 1962 Los Angeles: nyári v. fotokémiai szmog
- gépjárműforgalom, napfény, magas nedvességtartalom - nitrogénoxidok, szénhidrogének - napfény katalizáló hatása: fotokémiai oxidáció  új vegyületek pl. ózon (mérgező, fojtó, köd, szem, orr, nyálkahártya) - elsődleges és másodlagos szennyezés - napszakosság NO2+UV+VOC+O2 NO2+O3+PAN+aldehydes

29 Légállapot a los angelesi szmog során

30 SZMOGOK KIALAKULÁSÁNAK CSÖKKENTÉSI LEGETŐSÉGEI
EMISSZIÓK SZABÁLYOZÁSA KÖZLEKEDÉSI EREDETŰ: KATALIZÁTOROK, FORGALOMSZERVEZÉS IPAR: PORLEVÁLASZTÓK, SZŰRÉS, KÉMÉNY INVERZIÓS RÉTEG FÖLÉ EMELÉSE LAKOSSÁGI: KÖZPONTI FŰTÉS ÁTSZELLŐZÉS ELŐSEGÍTÉSE VENTILLÁCIÓS FOLYOSÓK BIZTOSÍTÁSA (BEÉPÍTETTSÉG, UTAK SZÉLESSÉGE ÉS IRÁNYULTSÁGA, MAGAS ÉPÜLETEK ELHELYEZKEDÉSE, ZÖLDSÁVOK) SZMOGRIADÓ TERVEK → KÖZLEKEDÉS, FŰTÉS KORLÁTOZÁSA

31 Légszennyezési problémák
SZMOG szmog savasodás éghajlatváltozás ózoncsökkenés

32 E SO2 FOLYAMATOK: NEDVES ÜLEPEDÉS SZÁRAZ ÜLEPEDÉS EMISSZIÓK: - NOx
50-60 % közlekedés - SO2, partikulált anyag 50-60 % erőművek - CO2 Erőművek, közlekedés, fűtés - CH4 Mezőgazdaság, közlekedés

33 - 1930 - 1965 - 1992 - okok : SO2 emisszió alakulása Magyarországon
0.3 Mt/év - 1965 1.7 Mt/év - 1992 0.9 Mt/év - okok : recesszió széntüzelés csökkenése hatékonyság ? SO2 egyezményben vállaltakat teljesítettük!

34 KÉN KIÜLEPEDÉS EURÓPÁBAN (gS/m2 év, 1985, EMEP mérési hálózat)

35 CSAPADÉK pH ÉRTÉKEK AZ USA-ban (1980-1984)
ÉS ÉRZÉKENY TERÜLETEK

36 A SAVASODÁS HATÁSAI

37 Tavakra gyakorolt hatás:
eső pH: 5.5 savas eső: 2-3 pH 5 körül: halikrák nagy része elpusztul pH 5 alatt: a legtöbb élőlényre végzetes védelem: pufferkapacitás - hidrogénkarbonát HCO3- + OH- = CO32- + H2O HCO3- + H3O+ = H2CO3 + H2O

38 SZABÁLYOZÁS AKTÍV PASSZÍV EMISSZIÓ CSÖKKENTÉS:
KÉN, NITROGÉN LEVÁLASZTÁS (PONTFORRÁSOK) ALACSONY KÉNTARTALMÚ TÜZELŐANYAG KÖZLEKEDÉS: KATALIZÁTOROK NEMZETKÖZI EGYEZMÉNYEK 1983 HELSINKI: SO2 1985 SZÓFIA: NOX PASSZÍV VIZEK: PUFFERKAPACITÁS NÖVELÉSE (MESZEZÉS) ÉPÜLETEK: DURVA MÉSZKŐ  ÉDESVÍZI MÉSZKŐ VÉDŐBEVONAT

39 Légszennyezési problémák
SZMOG szmog savasodás éghajlatváltozás ózoncsökkenés

40 ELEKTROMÁGNESES SPEKTRUM
távoli infra (IR2) ultraibolya (UV) látható (V) közeli infra (IR1) rövidhullám hosszúhullám 0.2 0.38 0.76 4.0 100 µm NAP FÖLD mikrohullám röntgen Üvegház gázok: CO2, CH4, N2O, vízgőz, Freon Hosszúhullámú sugárzás elnyelése

41 - CO2: 270 ppm  350 ppm (ipari forradalom óta, égetés)
ÜVEGHÁZHATÁS BEÉRKEZŐ RÖVIDHULLÁMÚ SUGÁRZÁS: 1367 W/m2 HOSSZÚHULLÁMÚ SUGÁRZÁS ELNYELÉSE (FÖLD W/m2) A SUGÁRZÁSI EGYENSÚLY CSAK ÉVES ÁTLAGBAN ÉS A BOLYGÓ EGÉSZÉRE ÉRVÉNYES! (PL EGYENLÍTŐ: BEÉRKEZŐ> KISUGÁRZOTT HŐ) AZ ÜVEGHÁZHATÁS A FÖLDI ÉLET ALAPVETŐ FELTÉTELE! (+15 ºC → -17 º C) EMBERI TEVÉKENYSÉG HATÁSAI - CO2: 270 ppm  ppm (ipari forradalom óta, égetés) - CH4 : 0.8  ppm (rizstermesztés, állattartás (anaerob)) - N2O : 288  310 ppb (tüzelés, műtrágya (denitrifikáció)) A globális felmelegedés már megkezdődött. A megfigyelések szerint a globális átlaghőmérséklet az utóbbi 100 évben 0.6 oC-kal nőtt.

42

43 A széndioxid koncentrációjának változása az atmoszférában

44 Az átlaghőmérséklet alakulása

45 GLOBÁLIS CO2 MÉRLEG

46 FEJENKÉNTI ÜVEGHATÁSÚ GÁZ EMISSZIÓ (VILÁG ÁTLAG  1)

47 HAZAI CO2 EMISSZIÓK VÁLTOZÁSA

48 ÉGHAJLATVÁLTOZÁS HATÁSAI
ÉVTIZEDENKÉNT C GLOBÁLIS ÁTLAGHŐMÉRSÉKLET EMELKEDÉS, A HŐMÉRSÉKLET A XXI. SZÁZAD VÉGÉIG 2-3 oC-KAL EMELKEDHET (Intergovermental Panel of Climate Change, 1995) A FELMELEGEDÉS MÉRTÉKE AZ ÉSZAKI FÉLGÖMBÖN VÁRHATÓAN MEGHALADJA A GLOBÁLIS ÁTLAGOT. GLOBÁLIS TENGERSZINT EMELKEDÉS ÉVTIZEDENKÉNT 6-10 cm VÍZHÁZTARTÁS ÖVEZETES ELOSZLÁSÁNAK JELENTŐS MÓDOSULÁSA VÁRHATÓ: TRÓPUSI TERÜLETEK NEDVESSÉGELLÁTOTTSÁGA NŐ MÉRSÉKELT ÉGÖVBEN CSAPADÉKHIÁNY A HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁS VALÓSZÍNŰLEG FELGYORSUL, NÖVELVE A SZÉLSŐSÉGES ÉGHAJLATI ESEMÉNYEK GYAKORISÁGÁT: ÁRVÍZ, ASZÁLY, TRÓPUSI CIKLONOK GYAKORISÁGA NÖVEKEDHET A csapadék tér- és időbeli eloszlására, a víz körforgására és az ökológiai rendszerek válaszreakciójára ismereteink még nagyon hiányosak.

49 ÉGHAJLATVÁLTOZÁS: MAGYARORSZÁG
TALAJNEDVESSÉG TARTALOM ÉS TALAJVÍZKÉSZLET MÓDOSULÁSA +0.5 C (FÉLGÖMBI ÁTLAG)  ASZÁLYOS HÓNAPOK GYAKORISÁGA 60%-KAL NŐ

50 Légszennyezési problémák
SZMOG szmog savasodás üvegházhatás ózoncsökkenés

51 - 10 %, 1 %/év (nő) - csökkenő trend - „ózonlyuk” - anyagok:
TROPOSZFÉRA - 10 %, 1 %/év (nő) SZTRATOSZFÉRA - csökkenő trend - „ózonlyuk” CHAPMAN MODELL (1930) O + O2  O UV sugárzás (energia) O + O3  2 O katalizátor - NO, Cl, H - anyagok: NO + O3  NO2 + O2 Cl2 + O3  ClO + O2 NO2 + O  NO + O2 ClO + O  Cl + O2 CCl2F2 + UV  CClF2 + Cl2 ÓZÓNRÉTEG VÉKONYODÁSÁNAK KÖVETKEZMÉNYEI bőrrák, napozás közben gyakoribb leégés immunrendszer gyengülés gyorsabban öregszik a bőr növények károsodása műanyagok gyorsabban mennek tönkre

52 FREON II FOTODISSZOCIÁCIÓJA

53 Ózon

54 - Kezdetben azt gondolták, ártalmatlan
FREON - Kezdetben azt gondolták, ártalmatlan mérése: 1970-től - montreáli egyezmény (1987): 2000-ig meg kell szüntetni a használatát

55 Felkészítő kérdések: Légkört érő hatások
Ismertesse a légkör szerkezetét. Hogyan függ a hőmérséklet változása a magassággal? Hogyan csoportosíthatók a légkör összetevői a tartózkodási idő alapján? Mit jelent a ppm és a ppb? Sorolja fel a főbb légszennyező anyagokat és ismertesse az egészségre gyakorolt hatásaikat! Az különböző szektorok (ipar, mezőgazdaság, települések és infrastruktúra) hogyan járulnak hozzá a légszennyező anyagok emissziójának növekedéséhez (melyek a főbb szennyezők szektoronként?) Mi az aeroszol? Mi a hatása? Mi jellemző az aeroszolok ülepedésére? Ismertesse a szmogok két alaptípusának jellemzőit (mikor alakul ki, milyen szennyezők jellemzik). Mi az inverzió? Hogyan befolyásolja a légkör stabilitása a füstgázok elkeveredését? Milyen eszközökkel lehet a szmogok kialakulását csökkenteni? Hol van ezekben az építőmérnöknek szerepe? Mi okozza a savasodást? Mi a hatása az élővilágra, a talajra, a vizekre és az építményekre? Hogyan védekezhetünk ellene?