Környezetvédelem
6. Levegővédelem
2016/2017. tanév I. félév Dr. Buruzs Adrienn egyetemi adjunktus
[email protected] SZE AHJK Környezetmérnöki Tanszék 1
A légkör fejlődése • Az elsődleges légkör – Egy gázfelhőből a gravitációs vonzás hatására összetömörödtek a Naprendszer bolygói, a maradék gázok lehűltek és a bolygók körül légkör alakult ki – A Föld elsődleges légkörében csak a nehezebb gázok tudtak megmaradni (a kisebbek elérték a szökési sebességet és eltávoztak) – A Naprendszer leggyakoribb eleme a hidrogén az elsődleges légkör egyszerű hidrogénvegyületekből, metánból, ammóniából, vízgőzből, kénhidrogénből állhatott, héliumtartalma is jelentős lehetett
2
A légkör fejlődése • A másodlagos légkör – Élet előtt: a tűzhányók voltak a légköri gázok fő forrásai (vízgőz és szén-dioxid (CO2), kisebb mennyiségben kén-hidrogén (H2S), szén-monoxid (CO), hidrogén (H2), nitrogén (N2), metán (CH4), ammónia (NH3), folysav (HF), sósav (HCl) és argon (Ar)) – Oxigén gáz azonban ilyen módon nem keletkezhet, nem volt a redukáló jellegű légkörben
• A légköri oxigén eredete – A légkör az élővilággal szoros összefüggésben fejlődött a tengeri, majd szárazföldi élővilág fotoszintézise: szén-dioxidból és vízből szőlőcukrot és oxigént állítanak elő
3
A légkör összetételének alakulása
4
A légkör összetétele és fizikai jellemzői Jellemző
Élet nélkül
Valóságban
CO2
98 %
0,03 %
N2
1,9 %
78 %
O2
nyomokban
21 %
Nemesgázok, CO2
0,1 %
1%
Felszíni hőmérséklet
290 + 50 °C
14 °C
Össznyomás
6,0 MPa
0,1 MPa
5
A légkör • • • • •
A legmobilisabb szállítóközeg Emberi egészség, városi levegő: lokális hatások Savas esők: regionális probléma Üvegházhatás, ózonprobléma: globális környezeti jelenség A Földet körülvevő gázterek és plazmák → a bolygó gravitációs és mágneses tere tartja fogva
6
A légkör szerkezete Atmoszféra • A légkör a Föld gravitációs terének „engedelmeskedve” gömbhéjas szerkezetű • Alsó határa egyértelmű, néhány ezer km magasságig – –
fizikai tulajdonságok alapján Nap hőjének eloszlása és gravitáció; nincsenek éles határok vertikálisan a hőmérsékletváltozás jellege, mértéke szerint tagoljuk
7
A légkör vázlatos hőmérsékleti profilja és szférái
8
9
A légkör szerkezete Troposzféra • Átlagos vastagsága 11 km • A nyomás itt a legnagyobb • Szennyeződések dinamikus színtere
Sztratoszféra • Felső határa átlagosan 50 km magasságban (ózonréteg; 20-40 km magasságban) • Hőmérséklet: kb. -50 °C-ról 0 °C-ra emelkedik
10
A légkör szerkezete Mezoszféra • 50-90 km között • A meteorok nagy része a mezoszférába jutva ég el • A hőmérséklet felfelé csökken, a tetején van a leghidegebb az atmoszférában (akár -90°C) A termoszféra • Az alsó szférában a hőmérséklet ismét gyorsan nő, egyébként erősen függ a Nap tevékenységétől (nappal 200°C-kal melegebb, mint éjszaka, a napfolttevékenység csúcsán pedig akár 500°C-kal is forróbb lehet, mint máskor) • A magas értékek azonban félrevezetők a légkör ebben a rétegben olyan ritka, hogy a levegő molekulái alig ütköznek egymással (hagyományos értelemben nem beszélhetünk hőmérsékletről) • A nemzetközi űrállomás és számos műhold a termoszférában kering a Föld körül 11
A légkör szerkezete Exoszféra • A légkör legritkább, külső burka az exoszféra • Alsó határa: 700-1500 km körülinek vélt • Felső határa fokozatosan olvad bele a bolygóközi térbe (elméletileg: 2000 km) • Elektromágneses jelenségek
12
A légkör tömeg- és térfogatarányos összetétele
13
A levegő összetétele
14
A levegő összetétele • Aerodiszperz rendszer • Pillanatnyi összetétele nyomás-, hőmérsékletés magasság-függő – Földtörténeti és – Történelmi léptékben is módosul emberi beavatkozás növekszik üvegházhatás
• Alapgázok Gáz Nitrogén (N2) Oxigén (O2)
Térfogat % 78,10 20,93
Argon (Ar)
0,93
Szén-dioxid (CO2) Hidrogén (H2) és nemesgázok
0,03 0,01 15
A levegő összetétele • Vendéggázok – Vízgőz • Egyenlítőnél 3-4 %-ban, mérsékelt égövben kb. 1 %ban • Légkör öntisztulása
– Szennyező gázok • Biológiai, vulkanikus vagy légköri folyamatok • Metán, kénhidrogén, kén-dioxid, nitrogén-oxidok, ammónia, ózon
– Szilárd halmazállapotú és cseppfolyós részecskék 1. Föld és óceánok felszínéről, 2. Vulkanikus kitörések 3. Légköri reakciók eredménye 16
Függőlegesen és vízszintesen
A légkör gázalkotóinak megoszlása és a tartózkodási időtartam szerinti csoportjaik
0,036 0,036
17
Légszennyező anyagok • Elsődleges légszennyezők – Közvetlenül a szennyező forrásból
• Másodlagos szennyezők – Elsődleges emisszió anyagaiból kémiai reakciókkal
• A koncentráció függ – A levegőbe jutó légszennyező anyag mennyiségétől – A befogadó tér nagyságától – A légkört elhagyó szennyező anyagok mennyiségétől
18
19
A légszennyezés forrásai • Légszennyező anyag – Azok az anyagok, amelyek olyan mértékben jutnak a levegőbe, hogy azzal az embert és a környezetét kedvezőtlenül befolyásolják vagy anyagi kárt okoznak – Természetes káros szennyezőanyag-koncentrációk kialakulásához nem vezetnek – Mesterséges • Területileg koncentráltan • Korlátolt kiterjedésű térbe • Ártalmatlan szintre hígulás
20
A környezetszennyezés primer folyamatai • Emisszió – Időegység alatt a levegőbe bocsátott szennyező anyagok mennyisége (mértékegysége: kg/h, koncentrációja: g/m3)
• Transzmisszió – A légszennyező anyagok térbeli helyzete és megoszlása változik a nyílt légkörben való mozgás hatására
• Immisszió – A légszennyező anyagok talajközelbe kerülése után kialakult levegőminőség (koncentráció, pl. g/m3)
21
Pontforrás • Koncentrált paraméterű források • Egyértelműen meghatározható – A légszennyező anyagok koncentrációja – A hordozó gázok térfogatárama – A környezetbe kilépő anyagok mennyisége
22
Területi (diffúz)forrás • Általában több szennyező forrás együttes környezetterhelését jelenti • Mérések, számítások és következtetések útján meghatározható – A környezetbe kerülő anyagok mennyisége – A hordozó gáz térfogata és áramlási sebessége – A szennyező anyagokat kibocsátó felület nagysága NEM határozható meg
23
Vonalas légszennyező forrás • Meghatározható – A rajtuk áthaladó forgalom nagysága – A járműfajták egyedi kibocsátása
• Számítható – A szennyező hatás mértéke
24
A légszennyező anyagok csoportosítása • • • •
szilárd cseppfolyós gáz halmazállapotú légszennyezők koncentráció: k = mg/m3, g/m3
25
Légszennyező anyagok • fűtőanyagok elégetésének termékei • ipari • háztartási, intézményi • mezőgazdasági • katonai tevékenységek termékei
Légszennyező anyagok forrásai • lokalizálhatóság szerint – pontszerű – diffúz – vonal menti kibocsátás • eredet – ipari – települési – mezőgazdasági – közlekedési • időbeli eloszlás – időszakos – állandó 26 • kémiai összetétel
Légszennyezést okozó emberi tevékenységek • Az emisszió fajtája és mennyisége függ – – – – – –
Lakosság száma Tüzelőanyag fajtája és mennyisége Ipari termelés mértéke, korszerűsége . Légszennyező anyagok leválasztásának foka Gépjárművek száma, műszaki színvonala Éghajlat
• Emisszió – ½-e közlekedésből – ¼-e iparból – ¼-e lakossági fűtésből származik
27
A levegő öntisztulása 1. A szennyező anyag a légtérből eltávozik –
– – – –
Ülepedés: a szennyezés durva frakciója távozik az atmoszférából Kihullás: radioaktív anyagok kikerülése a légkörből Adszorpció, abszorpció: gáznemű szennyeződések megkötése Kondenzálódás: csapadékkal kihullás Kimosódás: a csapadékhullás átmossa a légréteget
2. A szennyező anyag kevésbé ártalmas anyaggá átalakul 3. A szennyező anyag koncentrációja csökken, felhígul –
Diffúzió: szelek turbulens mozgásainak hatására a szennyező anyag hígul 28
A légkör állapota és változásai Idő: a légkör pillanatnyi fizikai állapota Időjárás: a levegő pillanatnyi állapotainak sorozata
.
Éghajlat: klinein = hajlani (görög); egy földrajzi térség időjárási rendszere – általános, szabályszerű, viszonylag állandó;
29
A levegő fizikai állapothatározói • Léghőmérséklet – Napi és évi járás – Meteorológiában: napi mérések számtani középértéke a napi középhőmérséklet – Hazánk évi középhőmérséklete: 11 °C körüli .
• Légnyomás
– A kiválasztott felületegység fölötti légoszlop önsúlya, 1 Pa = 1 N/m2 – Napi és évi periodikus járás a hőmérsékletváltozás következtében
30
A levegő fizikai állapothatározói • Napsugárzás – A Földre érkező napenergia 35 m vastag jégpáncél/év – A valóságos érték függ . • • • • • •
Adott hely napsugárzási időtartama Anyaga Alakja Tájolása Hajlásszöge Színe, stb.
31
A levegő fizikai állapothatározói • Látástávolság • Szélsebesség – 36 fokozatú szélskála: meteorológia, repülés, . környezetvédelem
• Szélskála, szélirány • Felhőzet mennyisége – Leárnyékolja a talajfelszínt, zárórétegként viselkedik, a szennyező anyag alatta reked
32
A levegő fizikai állapothatározói • Levegő nedvességtartalma – – – –
Abszolút páratartalom Telített levegő Relatív páratartalom . Hőmérséklettől függően • Melegben: harmat és eső • Hidegben: dér és hó • Hirtelen lehűléskor: dara és jég
33
A Föld energiaháztartás a
34
A nagy szélrendszerek Helyi jellegű szélfajták • Parti szél (szárazföld és víz egyenlőtlen felmelegedése) • Hegy-völgyi szél (hegyoldal és völgy különböző fokú felfűtése) • Főn (olyankor keletkezik, amikor viszonylag nedves légtömegek keresztezik a hegyeket) Keletkezési helyük szerinti elnevezéssel • Hurrikánok (Karib-tenger) • Tájfunok (DK-Ázsia) forgóviharok • Mauritius-orkánok • Tornádók (mérsékelt öv)
•
A légmozgás maximális sebességű jelenségei; a természeti katasztrófa-jelenségek sorában az első helyen állnak 35
Parti szél
Főn Hegy-völgyi szél
36
Éghajlatalakító tényezők • Kozmikus és lokális jelenségek – – – – – –
A Nap sugárzása és annak veszteségei A földrajzi szélesség A földfelszín anyaga Az óceánoktól mért távolság Az óceánok áramlatától mért távolság Tengerszint feletti magasság, felszínformák, hajlásszög, növényzet – Hegyláncok légtömegmozgás-eltérítő hatása – Emberi tevékenység következményei
37
Magyarország éghajlati jellemzői • Északi mérsékelt klímaöv, éghajlata mérsékelten szárazföldi • Évi középhőmérséklet: 10-11 °C körül • Évi átlagos csapadékmennyiség: 580 mm • Havas napok száma: 15-30 • Napsütéses órák átlaga: 1700-2100 óra/év • Leggyakoribb és legerősebb az ÉNy-i szél, közepes szélsebesség
38
Égéstermékek hatása a környezetre • Szén – Tökéletlen égés: szén-monoxid – Tökéletes égés: szén-dioxid
• Kén-dioxid
.
– Savas esők – Kén-dioxid + korom, pernye londoni szmog
39
Savas esők • 1872: Robert Angus Smith brit kutató • A légköri nyomgázok rövidebb tartózkodási idejű komponenseihez kötődik (SO2, NO, HCl, NO2, NH3)
• Száraz vagy nedves ülepedéssel • Regionális probléma • Savas esők ph-ja <5 40
Savas esők • Kén-dioxid – Vízben kénessavvá oldódik, az ózon hatására kén-trioxiddá oxidálódik, vízzel egyesülve kénsavat eredményez . – 2000 km távolságban is érezteti hatását
• Nitrogén-oxidok – A nitrogén-monoxidot az ózon nitrogén-dioxiddá oxidálja, amelyből salétromsav keletkezik
• Erdőpusztulás, vízi élet és épületek károsítása 41
Savas esők hatásai • Közvetlen – Erdők és szántóföldek savasodása – Édesvizek savasodása
• Közvetett – Növénypusztulás – Embert érintő hatások – Fémek, építmények, festett üvegek, nagy értékű műemlékek, köztéri szobrok
• Védekezés lehetőségei – Olajok, szenek kéntartalmának csökkentése – Magasabb kibocsátók – Technológiai változtatások – Meszezés – Savasodást tűrő növényfajok – Speciális védőborítások alkalmazása
42
A savas esők terjedése
43
Szmog • Téli szmog (London-típusú) – – – – –
Magas légnyomás Magas relatív páratartalom (>80 %) -3 és +5 °C közötti hőmérséklet Szennyező anyagok feldúsulása Szélcsend
• Fotokémiai szmog (Los Angeles-típusú) – – – – –
25 és 35 °C közötti hőmérséklet Alacsony páratartalom Kicsi szélsebesség (<2 m/s) Autók kipufogógázai Nagy forgalom
44
Ózonlyuk • O3: színtelen, mérgező, vízben oldódó gáz, erősen oxidatív • CFC-k hatására elvékonyodott az ózonréteg – földközelben ártalmatlan, nem mérgező gázok; hűtőszekrények hűtőfolyadéka, habosított műanyagok buborékképző anyaga, spray-k hajtógázai
45
Ózonlyuk • Anomália: Antarktisz felett (1985), Arktisz felett (1992) – Gabonatermés csökkenése – Vízi ökoszisztémák sérülése – Emberi egészség károsodása
• Okai: antropogén eredetűek • 1993. július 1.: nem gyártható freon hajtógázas palack • 1993. végéig: a hűtőgépgyártás és a műanyagipar egészében kiküszöbölték a freonok használatát
46
47
Az ózonpajzs sérülése
48
Üvegházhatás • Vízgőz és szén-dioxid nélkül földi átlaghőmérséklet: -18 °C • Jelenlegi középhőmérséklet: évi +15 °C • Üvegházhatású gázok – – – – –
Vízgőz Szén-dioxid Metán Nitrogén-oxidok Freonok
49
Üvegházhatás
50
Üvegházhatás • A szén-dioxid-mennyiség növekedésének okai - Fosszilis tüzelőanyagok égetése (40e t/perc) - Trópusi erdők felégetése (700 t/ha) - Hiányzó növényzet hiányzó fotoszintézise
• A szén-dioxid-mennyiség alakulása - 100.000 éven át 180-280 ppm - Ma: 350 pp - 2030-ban: 560 ppm 2-5 °C hőmérséklet-emelkedést jelent a bolygón
51
Globális klímaváltozás • Metán: gyarapodása 200 éve közel egyenletes – egy metánmolekula 23x, tömegét tekintve 95x hatékonyabb, mint a CO2-molekula
• NOx: gépkocsi-közlekedés és energiatermelés hatása • Freonok (CFC-k): 1940-1980 rohamos növekedés • Tendencia mérése: jégbe zárt levegőbuborékok
52
Melegszik-e az éghajlat? • 140 év alatt 0,6 °C • Grönland, Antarktisz, magashegységi gleccserek: jégtakarók olvadása mérhető • A tengervíz hőmérséklete is emelkedik • Sok vagy kevés? – Jégkorszaki időszak után: 0,3-0,6 °C / 100 év – Elmúlt 100 év melegedési üteme hasonló a jégkorszaki gyors változásokhoz
• NASA – 2008. augusztus: Grönlandi gleccser gumikacsaexpedíció
53
54
55
56
57
Köszönöm a figyelmet!
58
