A légkör jellemzői
Pethő Gergely
Rausch Péter
biológia-kémia
kémia-környezettan 1
Levegő
2
3
A Föld szerkezete • gömbhéjas szerkezet • a Föld külső burkai: • levegőburok (atmoszféra) • vízburok (hidroszféra) • kőzetburok (litoszféra) + az élővilág burka (bioszféra - Lamarck)
• légkör: a Földet körülvevő gázréteg 4
A légkör összetétele halmazállapot szerint: gázok, cseppfolyós anyagok, szilárd anyagok Egyéb: • nemesgázok: oxigén, 21%
argon 0,93 % hélium, radon • CO2
nitrogén, 78%
• vízgőz • szennyező gázok • por- és koromszemcsék 5
Makrokomponensek
tf%
ppm
Nitrogén
78,09
Oxigén
20,94
Széndioxid
0,03
365
Nemes gázok/argon
0,93
9325
Mikrokomponensek
tf%
Nemes gázok/Ne, He, Kr, Xe Hidrogén
ppm 1-10
5*10-5
0,5
1,6 *10-4
1
Kénhidrogén, kéndioxid
2*10-7
1-2
Nitrogénoxidok
3*10-5
0,5
Ózon
4 -10-6
0,02
Metán
6
A légkör alkotói • élet kialakulása – Naptól való kedvező távolság – héliumnál nehezebb elemek képződése – a vízburok és a légkör kialakulása
• élet táplálék, víz, levegő nélkül? akár 5 hét
kb. 5 nap
max. 5 perc 7
A légkör alkotói • egy felnőtt ember normális életműködéséhez naponta 15 kg (kb. 13 m3) levegő szükséges • miért van szükség levegőre? – – – –
anyagcsere-folyamatok látás hallás szaglás 8
A légkör jelentősége • ózonréteg • kisebb meteoritok elégetése, szétverése • nyersanyagok az ipar számára pl. neon és kripton → izzók, lámpaégők, fénycsövek
• légi közlekedés (sztratoszféra) • csapadékképződés → permetszerű szennyezőanyagok (sókristályok a tengerből) 9
A mai légkör kialakulása • a Föld életkora kb. 4,6 milliárd év • kezdetben H2 és He → elillantak • gázok áramlanak ki a már megszilárdult, de még forró Föld belsejéből • a légkör akkori összetétele (vulkanikus eredet!) – 75 tf % CO2 – 15 tf % vízgőz – 10 tf % N2
oxigén nélküli (redukáló) légkör! (de: vízgőz bontása UV-sugárzás hatására → kevés O2)
• kb. 4,4 milliárd évvel a Föld felszínének hőmérséklete 100 °C alá hűlt → a felszíni páraburok lecsapódott (óceánok, tengerek) 10
A mai légkör kialakulása • élet megjelenése: 4 milliárd évvel ezelőtt • tengerekben – 10 m-rel a vízfelszín alatt (UV!) • ősi baktériumok (anaerob életmód) • az elemi oxigén méreg lett volna számukra → miért?
• a légköri oxigén megjelenése: • oxigéntermelő fotoszintézis (kékbaktériumok, algák) • de: 1,5 – 2 milliárd éven át a reduktív gázok megkötik (földkéregből, vulkánokból törtek fel) • 2 milliárd évvel ezelőtt → oxigénkatasztrófa • redukáló képesség megszűnik • az oxigén elkezd felhalmozódni a légkörben
• kipusztulás vagy alkalmazkodás • tengerek, tavak, mocsarak iszapja • anaerob tevékenység → metántermelés (légkör összetétele!) 11
A mai légkör kialakulása ózonpajzs kialakulása: hν • O2 → 2 O a Napból érkező UV-sugárzás hatására • O + O 2 → O3 ózon • UV-sugárzás elnyelése • a légkör oxigéntartalma folyamatosan nőtt → 21 tf %-nál megállt kb. 1 milliárd évvel ezelőtt (szerencsére!!!) • kialakult az oxidáló légkör 12
• ha 21 tf %-nál nagyobb lenne? – a légkör oxigéntartalmának növekedésével a növények egyre gyúlékonyabbá válnak – már 25 tf % esetén a 20-25 m/m % víztartalmú növények is alacsony hőmérsékleten meggyulladnának – gyakori és kiterjedt erdő- és préritüzek – egyetlen villamáscsapás okozta tűz kontinensnyi nagyságú területek növényvilágának az elégését eredményezné
• ha 21 tf % -nál kisebb lenne? • néhány százalékkal kisebb O2-tartalom állatok: légzési zavarok
növények: csökkenő fotoszintézis hatékonyság
13
• 10 % O2 : veszélytelen • < 8 % O2 : fulladás • karbonkor – növények gyors szárazföldi térhódítása – 21 tf %-nál nagyobb O2-tartalom? → 70 cm-es szárnyfesztávolságú szitakötők (rovarok légzése!) 14
• a légkör összetétele, sűrűsége és nyomása a Földtől távolodva jelentősen változik • különböző rétegek („szférák”; hőmérséklet alapján) – – – – –
0-11 km : troposzféra 11-50 km : sztratoszféra (ózonréteg!) 50-80 km : mezoszféra 80 – 800 km : termoszféra 800 km felett : exoszféra
• a légkör tömegének 80 % - a → troposzférában! • az élővilágra főleg a két alsó réteg hat közvetlenül 15
légnyomás: a levegő súlyából származó nyomás
16
A légkör • felfelé haladva ritkul a levegő (légnyomáscsökkenés és O2-hiány) – határt szab az ember állandó megtelepedésének (kb. 4000-5000 m) – hegyi vagy magassági betegség – látásélesség csökkenés – fülzúgás – álmosság – izomgyengeség – szédülés – hányinger – érzékszervi csalódások
hegymászók: gázpalack, gázmaszk
17
Adaptáció vs. akklimatizáció • adaptáció (evolúció során, genetikailag rögzül) • akklimatizáció (egyed élete során)
Alkalmazkodás a nagy tengerszint feletti magassághoz: alacsony hőmérséklet és légköri nyomás (kevesebb O2) intenzívebb UV- és kozmikus sugárzás
Mexikói olimpia - helybeliek adaptálódtak, külföldiek akklimatizálódtak (adaptáció: sok, kicsi vörösvértest ; akklimatizáció:több, nagyobb vvt) Peru (4000-4800 m), Bolívia (3800-4000 m), Nepál (3500-4000 m) – kisebb születési súly – késik a nemi érés – alacsonyabb termékenység (Nepál,Tibet:többnejűség) – relatíve alacsonyabb, könnyebb gyerekek 18
Sarlósejtes vérszegénység - egygénes, recesszív öröklődés egy aminosav megváltozik (mutáció) → hemoglobin térszerkezete megváltozik → vörösvérsejt alakja más (sarló alak) → O2-szállító képesség befolyásolása (kisebb felület) → gyengébb oxigénellátás → belső szervek működése romlik de: heterozigóták – maláriával szembeni rezisztencia nő
19
A légkör alkotói oxigén (O2)
– színtelen, szagtalan gáz – kevéssé reakcióképes (közönséges körülmények között) – vízben kis mértékben oldódik – gyógyászati felhasználás (légzési nehézségek, gázmérgezés) – élőlények élettevékenységéhez szükséges (forrás, limitálhat) 20
Mihez kell az O2? • terminális oxidáció – redukált koenzimeken lévő hidrogének vízzé oxidálása a légzési O2 segítségével – légzési elektrontranszport lánc
• oxidatív foszforiláció – a terminális oxidációval összekapcsolt energiatermelés (ADP → ATP)
DNS kriszta mátrix riboszómák belső membrán külső membrán
21
„Mérgező” (reaktív) oxigén származékok eO2
eO2-.
eH2O2
eOH.
H2O
(vagy ROOH)
szuperoxid (10-12 sec.)
peroxid
hidroxilgyök (10-14 sec.)
22
Az oxidatív foszforiláció menete - a mitokondrium, mint „sejterőmű”
intermembrán tér
mátrix
kémiai potenciál ΔpH befelé lúgos
protonmozgató erő által hajtott ATP szintézis
elektromos potenciál Δψ befelé negatív
23
Fotoszintézis és légzés 6 CO2 + 6 H2O
fotoszintézis fényenergia megkötése
C6H12O6 + 6 O2
légzés
C6H12O6 + 6 O2 kémiai energia 6 CO2 + 6 H2O felszabadulása
a fotoszintézis nagyobb mértékű (növény = növekvő lény) légzés mindig folyik (sok szobanövény a hálószobában) 24
Fotoszintézis és légzés E
C6H12O6 + O2 fotoszintézis
légzés
növények, kékbaktériumok
növények(!), állatok, lebontó szervezetek
CO2 + H2O fényenergia beépítése kémiai kötésekbe
kémiai kötések energiájának felhasználása az életműködésekhez
25
Növények gázcseréje Fotoszintézis O2
Nappal Éjjel
termel -
CO2
Légzés O2
Gázcsere
CO2
O2
felhasznál felhasznál termel leadás -
felhasznál termel felvétel
Naponta összesen
CO2 felvétel leadás
O2 leadás, CO2 felvétel
légkör gázösszetételének megtartása!!! 26
A CO2-koncentráció hatása a fotoszintézisre • intenzívebb fotoszintézis • gyorsabb növekedés és fejlődés • több CO2 esetén → több fényt hasznosít fotoszintézis intenzitás
állandó fényerősség!!! CO2 diffúzió limitál [CO2]
fotoszintézis intenzitás sok CO2 több CO2 kevés CO2
fényerő 27
Anaerob légzés és erjedés • anaerob légzés: – anaerob körülmények – üledékes tó- és tengerfenék, mocsarak, kérődzők bendője, rizsföldek – denitrifikáló, szulfátredukáló, metántermelő baktériumok → más szervetlen anyag a H-felvevő
• erjedés: – fejlettebb élőlények → O2 hiány (anaerob) esetén – tejsavas erjesztés (tejsavbakt.-ok, izomsejtek!) – alkoholos erjesztés (élesztőgombák) 28
Erjedés O H3C
COOH O
2H
H
H3C
+ CO2
acetaldehid
OH
2H H3C
tejsav
H
COOH
H H3C
H
OH
etil-alkohol
29
A légkör alkotói nitrogén (N2) – – – –
színtelen, szagtalan nem reakcióképes (inert) → :N≡N: vízben kis mértékben oldódik nitrogénkötő baktériumok jelentősége!
30
Nitrogén-fixáció és denitrifikáció • N : kritikus limitáló tényező sok helyen • légköri nitrogén megkötése • baktériumok, kékbaktériumok, zuzmók • pl. Rhizobium fajok (szimbiózis pillangósvirágúakkal: gyökérgümők) • gyökérgümő belseje piros (leghemoglobin) → O2-t köt (alacsony O2 konc. szükséges) • denitrifikáló baktériumok: NH4+, NO2-, NO3- → légköri N2 mezőgazdaság számára káros (mélyszántás!)
gyökérgumók
31
A levegő vízgőztartalma • fontos környezeti tényező lehet – nagy páratartalom akadályozhat • növények vízfelszívása • párologtatással hűtő állatok hőszabályozása – túl száraz levegő • kisebb, kevéssé vastag vízzáró réteggel rendelkező növények és állatok kiszárítása • szobalevegő (párologtatás!)
32
A Föld légköre állandó változásban van!!! – de az elmúlt 200 évben jóval gyorsabb (emberi tevékenység!) • CH4-tartalom : négyszer nagyobb • CO2-tartalom : 25 % -kal nőtt • Pb konc. : 18-szorosára nőtt • Hg konc. : kétszer nagyobb
– 7000 (!) mesterséges anyag jelent meg a légkörben (ipar, mezőgazdaság) – öntisztulás már kevés – levegőszennyezés régen: vulkánkitörés – szélviharok régen : egész városok elpusztultak – első emberi tevékenység: széntüzelés (korom, SO2) 33
Környezetvédelmi előzmények • I. Edward (1273) – az első ”környezetvédelmi” rendelet – bizonyos szénfajta alkalmazását megtiltja
• III. Richárd (1300) – adóval sújtja a szénbányászatot (visszaszorítás)
• II. Károly (1661) – tanulmány készíttetése a London feletti felhőkről (összefüggés a felhők és több halálos betegség között) 34
A légköri szennyezőanyagok felosztása légköri szennyező anyagok
eredet
halmazállapot
természetes mesterséges szilárd cseppfolyós gáz 35
Légszennyező anyagok csoportosítása káros hatásuk alapján Káros hatás: • Üvegházhatás • Ózonpajzs károsítás • Egészségügyi hatás – Toxicitás – Karcinogenitás, mutagenitás, teratogenitás
• Savas esők, korrozivitás • Szmogképződés • Tűz- és robbanás
36
A szennyezett levegő hatása • régen csak ipari és lakóterületek • ma már mezőgazdasági, természeti területek • emberre, állatokra, növényekre gyakorolt káros hatás • növények: jóval érzékenyebbek! – indikátorok – pl. zuzmó → erősen szennyezett levegőjű városok környéke zuzmómentes övezet) – klorózis (színváltozás) • klorofill és egyéb színanyagok pusztulása miatt sárga, barna és vörös foltok jelennek meg a levélen • a levél szövete összezsugorodik, elfonnyad 37
A szennyezett levegő hatása • állatok • madárfajok elvándorlása • növényvédő szerek túlzott / helytelen felhasználása → „hasznos” ízeltlábúak, madarak, kisebb emlősök tömeges pusztulása
• ember • asztma, hörghurut, allergia, tüdőrák…
38
Angolkór • D-vitamin hiány: csontok növekedése, fejlődése elmarad (Ca, P nem épül be a csontokba) • megelőzhető: csukamájolaj → tőkehal! • Angliában volt gyakori – ködös éghajlat – füstös nagyvárosok
• 1-2 éves korban, téli hónapok (kevés napfény!)
bőrben 39
Angolkór
40
Ipari melanizmus • valamely rovarfaj ritka, sötét változatának (melanisztikus alak) iparvidékeken történő gyakoriságnövekedése • 19. század, Anglia • ~ 800-ből kb. 100 lepkefaj mutatta • nyírfaaraszoló lepke (Biston betularia) – kezdetben: fehér >> fekete – később: fekete >> fehér – ipari eredetű légszennyeződés → fehér nyírfatörzs besötétült (zuzmók eltűntek + korom) → fekete változat kedvezőbb (madarak)
41
42
43
Fő tendenciák a légszennyezettség terén • Kiemelkedő a fővárosi agglomeráció és az észak dunántúli ipari vidék terhelése • Csökken a terhelés a borsodi, közép-dunántúli és baranyai régióban • Csökkent az utóbbi években a kén- és nitrogénoxidok kibocsátása, a közlekedési kibocsátásból származó nitrogénoxid mennyisége viszont növekedett • A nagy forgalmú közutak szerepe jelentős a szennyezettség alakulásában • A nagyvárosok belterületein, forgalmas főútvonalak mentén a légzési zónában nagy a szennyezettség, helyenként növekvő gyakorisággal mérnek határértéket meghaladó koncentrációt • Csökkent az ólomszennyezettség 44 • Jelentősek a nyári felszín-közeli ózonkoncentrációk
Mennyiség vagy koncentráció? Emisszió % (kibocsátás) Természetes eredetű
SO2 75
NOx
CxHy
94 6
CO
96 4
23 77
szilárd 94
Antropogén eredetű
25
6
közlekedés
3
45
60
80
ipar
25
15
35
5
45
energia
70
40
2
2
55
biomassza
2
5
45
Az antropogén és természetes eredetű emissziók becsült részarányai Vegyület
Természetes eredet
Antropogén eredet
kén-dioxid
100
65
nitrogén-oxidok
100
70
széndioxid
100
7
radioaktivitás
100
200
szénhidrogének
100
40
metán
100
15
PAH
100
1000
0
104
arzén
100
300
kadmium
100
800
ólom
100
1800
CH/F,Cl
Antropogén források: • ipar • közlekedés • kommunális • mezőgazdaság
46
Légszennyező anyagok ózon (O3)
• • • • • •
nagy tömegben halvány kékes színű szúrós szagú, köhögésre ingerlő gáz levegőnél nehezebb vízben kevéssé oldódik (1 g / l) rendkívül erős oxidáló tulajdonság (szinte mindent eloxidál) erősen mérgező: – a molekula, illetve az általa oxidált (másodlagos) reakciótermékek is veszélyesek (PAN, gyökök, aldehidek) – már 60 ppm felére csökkenti a fotoszintézis mértékét – Nagy koncentrációja fokozott fizikai fáradtságot, köhögést, a szájban, az orrban, a torokban szárazságérzést, a szem kivörösödését, könnyezését, duzzadását válthatja ki.
• ózonpajzs (20-22 km magasságban, elnyeli az UV sugarak nagy hányadát) 47 • „ózondús levegő” – semmi köze az ózonhoz!
Légszennyező anyagok ózon (O3)
• a Los Angeles típusú szmog egyik kiváltója
– Ívkisülés – nagyfesz - esetén keletkezik (Otto motoros gépkocsi gyertyája) – lézernyomtatók, fénymásolók, hegesztőkészülékek működése közben
• Felhasználás: ideális ivóvíz-fertőtlenítésre, klórozás helyett (használatával kiküszöbölik a halogénezett szénhidrogének keletkezését az ivóvízben). • Maró hatásuk révén izgatják a szemet és a nyálkahártyát. • Tüdőbe kerülve már kis koncentráció mellett is légúti gyulladást okozhat. Emellett a tüdő kapacitásának valamint a fertőzésekkel szemben való ellenálló képesség csökkenéséért is felelős. • Növények esetében a levelek károsodásához vezethet, ezen felül gátolja a fotoszintézist és a gyökérlégzést is. Mindezek együttesen közrejátszhatnak a növény pusztulásában. 48
Légszennyező anyagok • • • • •
kén-dioxid (SO2)
színtelen gáz szúrós szagú, köhögésre ingerlő levegőnél nehezebb vízben jól oldódik, savas kémhatás erős redukálószer (szerves festékek egy részét elszínteleníti → befőzés, gyümölcsök fehér színének megőrzése) • erősen mérgező: – baktérium- és gombaölő → borászat (hordók kénezése)! – zuzmók, tűlevelű növények (nedvességben oldódik → klorofill bontása → asszimiláció gátlása
49
Légszennyező anyagok kén-dioxid (SO2)
• egészségkárosodás nélkül a következő értékek viselhetők el: – fél órán át: 0,5 mg / m3 – egy napig: 0,15 mg / m3 – egy éven át: 0,070 mg / m3
• egészségügyi hatások: nagyobb mennyiségben köhögést, görcsöt, tüdőödémát, tudatzavart és halált is okozhat 50
51
52
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
• mérgező vegyületek • magas hőmérsékleten lejátszódó égési folyamatok melléktermékei – N2 (g) + O2 (g) = 2 NO (g) – 2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g)
53
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
• nitrogén-monoxid (NO) – színtelen gáz – vízben kevéssé oldódik – reakcióképes (egyből reagál az oxigénnel) 2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g) – átlagos élettartama néhány nap – biológiai jelentőség (a sejt által termelt) • jelátviteli folyamatok (idegsejtek) • vérnyomás-szabályozás (értágító) • immunválasz (makrofágok termelik)
54
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
• nitrogén-dioxid (NO2)
vörösbarna gáz, levegőnél nehezebb, erélyes oxidálószer, átlagos élettartama néhány nap NOx kibocsátás különböző közlekedési eszközöknél
55
56
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
• • • • •
izgatja a szemet, a bőrt és a légzőszervet belégzése tüdővizenyőt okozhat nagymértékű expozíció halálhoz is vezethet genetikai károsodást is okozhat NO: hatással lehet a vérre (methemoglobin)
• a nitrogén-oxidok szennyezettség átlagos értéke évről-évre növekszik Budapesten • határérték túllépések közel fele a NagykörútMargit körút- Krisztina körút- Alkotás utcaBocskai út által határolt terület • Pest és Buda belvárosa 57
Az endogén NO biológiai hatása • az év molekulája (1992, Science) • anginás rohamok: nitroglicerin (régen) → NO szabadul fel → simaizom elernyedés → értágító hatás → vérnyomás csökken • péniszben lévő idegsejtek – NO szintézis → vérerek helyi kitágulása → merevedés (Viagra, 1998: Nobel-díj)
• bakteriális fertőzés – makrofágok: NO termelés → kémiai reakciók → •OH és NO2 keletkezik → baktériumölő hatás
58
Légszennyező anyagok ammónia (NH3)
• • • • •
színtelen gáz szúrós szagú levegőnél könnyebb vízben jól oldódik, lúgos kémhatás képződése – talajban lévő szerves anyagok bomlása (rothasztó baktériumok) – állatok vizeletének bomlása (karbamid, húgysav)
• átlagos tartózkodási idő: 1 nap (egyetlen bázis a légkörben!) 59
Légszennyező anyagok O
ammónia (NH3)
C H2N
NH3 + CO2
NH2
karbamid
H
H O
H
NH3 +
N
N
húgysav
H+ =
O
O
NH4+
N
N H
nedves ülepedéssel visszajut a Földre és redoxi átalakuláson megy át 60
Légszennyező anyagok szén-dioxid (CO2)
• színtelen, szagtalan • levegőnél nehezebb gáz • fulladást okoz (oxigénhiány miatt) must erjedése, régi kutak, barlangok…→ égő gyertya • eszméletvesztés már 10 tf % - nál • vízben oldódik, reakcióba lép vele CO2 + H2O H2CO3 • 1 millió molekula között 350 db CO2 molekula – koncentrációja: 350 ppm (parts per million)
• a légkör állandó alkotórésze! • stabilis, átlagos tartózkodási idő: 10-15 év
61
367 ppm volt 1999-ben és kb. 1,5 ppm-et emelkedik évente.
A Mauna Loa-i (Hawaii) obszervatórium mérései
62
Légszennyező anyagok szén-dioxid (CO2)
• fontos forrás (növényi élet számára; limitáló tényező lehet) • szén és széntartalmú anyagok tökéletes égésekor keletkezik • hosszú ideig egyensúlyban volt a Föld CO2 - háztartása → fotoszintézis során jelentős CO2 megkötés • 100 évvel ezelőtt 29 ppm volt a konc.-ja • trópusi esőerdők irtása: CO2 megkötés ↓ • iparosodás, közlekedés fejlődése: CO2 kibocsátás ↑ 63
CO2-konc. változása
64
65
Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)
• színtelen, szagtalan • vízben kevéssé oldódó • rendkívül mérgező!!!
gáz
:C≡O: – stabilis komplex a vér hemoglobinjával (Fe2+ ionhoz) – erősebben kötődik az oxigénnél – megakadályozza annak megkötését, szállítását → gázcsere nem működik! – fulladásos halál (kémény, fürdés)
• endogén CO: másodlagos hírvivő!!!! 66
Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)
• • • •
a légkörben néhány hónap az átlagos tartózkodási ideje tökéletlen égéskor keletkezik közlekedés!!! kipufogógáz – szénhidrogének, CO, nitrogén-oxidok – katalizátorok ( palládium, platina és ródium…)
67
68
Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)
• • • • • • • •
CO + Hem·O2 O2 + Hem·CO K = 200 → nagy érték!!! már kis [CO] is leköti a hemoglobint ha pl. a [CO] eléri az [O2] 200-ad részét, akkor a hemoglobin fele a CO-dal képez komplexet!!! ha 20 % -ban átalakul a Hem·O2 Hem·CO-dá, az már végzetes! azonnali hatás: fejfájás, rosszullét, hányás, izomgyengeség, látás- és hallásképesség csökkenés, eszméletvesztés, halál friss levegő, mesterséges lélegeztetés, szellőztetés tartós hatás: a szívizmot ellátó koszorúerek keringését csökkenti,
elősegíti a koszorúér-elmeszesedést, szűkíti a koszorúereket, növeli a szívinfarktus kockázatát. Akadályozza a vér oxigénszállító képességét. 69
70
Légszennyező anyagok mérése • folyamatos mérés 1991-től Bp. 8 pontján (kezdetben) • Óbuda, Széna tér, Csepel, Baross tér, Kosztolányi tér, Erzsébet tér, Kőbánya, Zugló
http://idokep.hu
71
Légszennyező anyagok szénhidrogének
• a „tiszta” levegőben ∼ 500 CxHy • alkánok, alkének, acetilén és aromás vegyületek • erdővel borított területek felett az izoprén és az izoprénszármazékok koncentrációja is magas! • kipufogógáz, cigarettafüst (!!!) → illékony, policiklusos és aromás szénhidrogének (közvetlen hatásuk: fejfájás, hányinger, szédülés) → rákkeltő hatás (állatkísérletek), mutagének, károsítják az immunrendszert, hormonok termelését megváltoztatják (születés körül) pl. pirének (3,4-benzpirén) 72
egészséges tüdő
bagós tüdő 73
benzpirén: egyik legveszélyesebb vegyület, a WHO szerint az I. veszélyességi kategóriába tartozik, egészségügyi határértéke lakóterületen: 1 ng/m3 (a budapesti Margit körúton már 54 ng/m3 értéket is mértek!)
3,4-benzpirén 74
R
O
P A benzpirénből származó diol-epoxid O HO és a DNS guananinjának kölcsönhatása
N O
O
R
guanin
P HO
N NH
HO R
N
O
NH
N O H RO
O
O
HO
NH
HO
N N
HO
NH2
+
O
HO HO 75
Légszennyező anyagok szénhidrogének
• metán (CH4)
– természetes forrás: szerves anyagok anaerob bomlása • vízzel elárasztott rizsföldek • szarvasmarhák
– – – – –
mesterséges forrás: bányászat, földgázkitermelés légköri átlagos tartózkodás: 5-10 év a teljes troposzférában elkeveredik CO-dá, majd CO2-dá oxidálódik visszatér a légkörből a bioszférába 76
Légszennyező anyagok
halogénezett szénhidrogének • kizárólag antropogén eredet! • kivétel: – metil-klorid – óceánok felszíni rétegében képződik – 0,4 ppm (legnagyobb konc.)
• hajtógáz, habosító anyag, hűtőközeg, oldószer • freonok és halonok • stabilis vegyületek: 80-100 év tartózkodási idő 77
Légszennyező anyagok
halogénezett szénhidrogének • a valaha gyártott mennyiség zöme még a légkörben van • bomlástermékeik károsítják az ózonpajzsot • 10 000 - szer több energiát nyel a CO2-nál → üvegházhatású gázok (15 %) • az egészségre is ártalmasak!
78
Az Antarktiszon mért teljes ózon mennyiség csökkenése 1956 és 1994 között, kis mértékű emelkedés a 2000-es évekre.
79
Légszennyező anyagok por
• finom eloszlású szilárd anyag • korom, homok, sókristályok, növényi spórák, virágpor, vulkáni hamu, meteorit • légmozgások szállítják, diszpergálják • 40 – 70 ezer porszemcse / lélegzetvétel (Budapesten) • a tüdőbe jutó por 1 % - a bent marad a tüdőhólyagocskákban • egy átl. háztartás: 1 kg por / hét 2 • egy átl. ipari nagyváros: 50 tonna por / hónap / km 80
Légszennyező anyagok por
• háztartási tüzelés, kohók, cementgyárak, hőerőművek, külszíni bányák, gépjárművek • hatékony védelem: – megfelelő szűrőberendezések – erdők!!! → 1 hektár tölgyerdő: 50-60 t por / év → 1 hektár bükkerdő: 60-70 t por / év → Bp. faállománya: 150 000 t por / év • hatás: növényi gázcsere nyílás elzárás, párologtatás gátlása, fényelzárás 81
Légszennyező anyagok por
• származás: – antropogén eredetű (az űrkutatás hulladéka is!) – vulkáni eredetű • gyorsan változik a mennyisége • számottevő, de rövid távú hatás az időjárásra • kénkibocsátás esetén → kénsavas cseppecskék → kevesebb napsugárzás → T ↓
– kozmikus eredetű (meteoritok)
• változatos méret, alak, összetétel ülepedő por > 10 µm - a szennyező forrás 100 m-es körzetében lerakódik
szálló por < 10 µm - sokáig tartózkodik a levegőben 82
Az ülepedő por nehézfémtartalma – Budapesten folyamatosan mérik – az ezredfordulóig az ólom a jelentette a legnagyobb veszélyt • forgalmas utakon a határérték felett volt! • a városi por 1,5 m/m %-a ! • közlekedés • régen: 0,5 g ólom-tetraetil / 1 liter benzin • kipufogón át: talaj, levegő, majd víz • egészséges felnőtt vérében: 0,4 ppm • mérgezés tünetei: 0,8 ppm-től • gyerekeknél agykárosodás(idegméreg) !!! • ma már ólommentes benzin • régen: ólomtartalmú festékek, ólomból készült vízvezeték 83
Belélegzett por
• orrüreg feladata:
– belélegzett levegő megtisztítása – nagyobb részecskék: orrnyílásban lévő szőrszálakon fennakadnak – apróbb részecskék: nyálkahártyához tapadnak
• légutak feladata: – szennyeződés eltávolítása (csillós hám) – köhögés, tüsszentés
• belélegzett por mennyisége: – magas hegyek: 100 ezer porszem – alföldek: 500 ezer porszem – városok • emberfejmagasság: 5 milliárd porszem • babakocsik magassága: 50 milliárd porszem
egy lélegzetvételnyi (fél liter) levegő 84
85
A Szaharából az Amazonas medencébe jutó por évi mennyiségét 13 millió tonnára becsülik. Iontartalma (K+, Fe3+, NO3-, NH4+ és P3+) igen fontos az esőerdő funkciói számára.
86
Üvegházhatás • az élet fennmaradásához szükséges • ha nem lenne CO2 a légkörben, akkor a földi hőmérséklet –15 °C lenne! • ha az élet kialakulása óta termelt valamennyi CO2 a légkörben lenne még, akkor a tengerek, óceánok vize felforrna! • CO2, NOx, CH4, O3, fluorokarbonok abszorbeálják a Föld felszíne által visszabocsátott infravörös sugárzást és magasabb hőmérsékletet tartanak fenn 87
88
FŐBB ÜVEGHÁZHATÁSÚ GÁZOK JELLEMZŐI Gáz
Koncentráció ppm
Légkörbeni élettartam (év)
Évi mennyiségbeni növekedés üteme (%/ év)
Molekulánkénti üvegházhatás
Része a hőmérséklet növekedésben (%)
Szén-dioxid
350
7
0,4
1
50
Metán
1,70
10
1
30
15-20
Dinitrogénoxid
0,31
170
0,3
160
5
CFC-k
0,28*10-3
80
(4)
20000
20
Ózon
0,03
0,1
1,5
2000
5
(Vízgőz)
1 89
Az elmúlt 100 év alatt a Föld felszíni hőmérséklete átlagosan 0,6 C fokot emelkedett. Az átlagot egyenetlen eloszlás eredményezi.
90
91
Érdekességek
92
Miért kék az ég? • a Napból jövő fehér fény (színkeverék!) szétszóródik a gázmolekulákon • az ibolya és a kék fény (rövidebb hullámhossz) többször ütközik → jobban szóródnak • a hosszabb hullámhosszú fény majdnem egyenes úton jön a szemünkbe → a Nap sárgának látszik (kiegészítő színek: vörös-zöld, narancs-kék, sárga-ibolya)
93
Mi adja az ősz haj és a fehér virág színét? • a fehér szín kialakulása nem igényel színanyagot • folyadékba vagy kristályszemcsék közé zárt gázbuborékokon visszaverődik • egyéb: felhő, felvert tojáshab, porcukor, szappanhab, hó…
94
A szél biológiai szerepe • szél: a levegő mozgása • növények: – magvak, termések terjesztése – spórák terjesztése (gombáknál, baktériumoknál is) – megporzás – ,,szél-alakzatok” (pl. zászló korona - uralkodó szélirány) • állatok: – helyváltoztatás (pl.: ökörnyál – pókfonal; repülést is segítheti) – elterjedés (pl.: afrikai gémfaj → Dél-Amerika) 95
Szélmegporzás • magyar flóra: kb. 400 faj • nagy egyedszámú, sűrűn előforduló növények pl. erdőalkotó fák, gyepalkotó füvek (sásfélék, pázsitfüvek) • virág: – – – – – – – – –
nem feltűnő nem színes nem illatos nem termel nektárt rengeteg virágpor! (allergia) takarólevelek (szirom- és csészelevelek) hiányozhatnak egyivarú vagy kétivarú nagy felületű bibe (pollen felfogása) gyakran virágzat (pl.barka)
96
Széllel terjedő termések, magok • száraz, fel nem nyíló – kaszat – lependék
• általában szárnyas vagy ernyős repítőkészülék (pongyola pitypang, mezei juhar) • ún. ördögszekér-stratégia (mezei iringó) – a termést érlelő növény elszárad – az egész hajtásrendszert görgeti a szél – a termések / magvak fokozatosan kihullanak
97
A levegő urai • sarlósfecske – repülés közben párosodik, alszik (légáramlatok!) – kicsi lábak, hegyes karom (kapaszkodás) – akár: 150 km / h
• albatrosz – 3,2 m a kiterjesztett szárnyak fesztávolsága – egyetlen év alatt többször körberepüli a Földet – minden 2. évben száll le (tojásrakás, 1 db)
• kolibri – – – –
másodpercenként 78 szárnycsapás 13 mm hosszú, 0,2 g tömegű tojások (legkisebb) testtömeg 1/3-a mellizom egy helyben lebeg, akár hátrafelé is repül („helikopter”)
98
