Atmosféra a klima První Nobelovy ceny v historii za životní prost edí íjen 1995: zten ování ozónové vrstvy - chemie atmosféry Paul Crutzen: Max-Planck-Inst. Mainz (D) Mario Molina: MIT - USA F. Sherwood Rowland: U. Calif. Irvine USA
Vrstvy atmosféry Atmosféra = plynný obal Zem (i jiných planet) Vertikální len ní atm. Zem (dle teploty): troposféra (cca do 8-15 km) tropopauza stratosféra (cca do 50-55 km) stratopauza mesosféra (cca do 80-90 km) mesopausa termosféra (cca do 400 km) termopauza exosféra (nad 400 km) (d lení i z jiných hledisek - podle chemických vlastností, kinetických d j atp.)
Složení atmosféry N - 78% O - 21% Ar < 1% H2O < 0.1% (v tropech více) CO2 - 0.035% (0.026%) CH4 - 0.00017% (0.00007 - 8%) N2O - 0.000031% (0.0000285%) SO2 - 0.000005% (0.00000003%) (CFC <<<) další p ím si: prach, pyly, mikrobi, spory ...
Skleníkový jev áste n na: http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagra ms/greenhouse/ nebo na: http://www.physicalgeography.net/fundamen tals/7h.html
Skleníkový jev Mezi typem zá ení a množstvím energie na Zemi dopadajícím a vyza ovaným do prostoru jsou rozdíly; Krátkovlnné sv telné zá ení Slunce prochází, dlouhovlnné tepelné zá ení Zem je na as absobrováno atmosférou; Dlouhovlnné zá ení Zem pohlcují tzv. radia n aktivní (RA), neboli skleníkové plyny. Udržování teplotní rovnováhy na Zemi je velmi komplikovaný proces, který se m ní s režimem dne a noci, ro ních období a se zem pisnou polohou.
Skleníkový jev Podíl na p irozeném skleníkovém efektu (na oh evu atmosféry): H2O (vodní pára) CO2 p ízemní ozón N2O Metan ostatní plyny -
62% 22% 7% 4% 2,5% 2,5%
Skleníkový efekt Koncentrace skleníkových plyn vzr stá CO2 viz nap .: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
Skleníkový efekt Podíl na zesílení skleníkového efektu: oxid uhli itý metan oxid dusný halogen. uhlovodíky
55% 15% 6% 24%
Zm na teploty – zm na klimatu Zm na srážkového režimu – Sucha – Povodn Tání ledovc – Zaplavení pob ežních oblastí – Nedostatek energie (vodní el.) Ší ení infekcí a parazit St hování „národ “
Globální oteplování áste n na: http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming
Tání arktického ledovce áste n na: http://www.indybay.org/newsitems/2007/10/ 11/18453403.php
OZON rozložení v atmosfé e:
90% stratosféra 10% troposféra
maximum: (3/4 objemu) v 15-25km koncentrace: 5x1012 molekul/1cm3 (25km) celkový objem: vrstva 3 mm (3000 mil. t) DU - Dobsonova jednotka 100 DU = „sloupec O3 výšky 1mm“
Stratosférický ozon = ozonová „vrstva“ (o. štít Zem )
UV zá ení
typ
vln. délka (nm) škodlivost
pohlcení v atmosfé e
UV-A
320 - 400
neškodné
málo
UV-B
280 - 320
letální
siln
UV-C
180 - 280
letální
zcela
Ozon na Zemi
Fotochemické reakce Ve stratosfé e UV (C) 180-240nm
O2 O2 + O
O+O O3
UV (B) 200-320nm
O3
O2 + O
Látky narušující ozonovou vrstvu Známé freony (F) a halony (H) a další uhlovodíky s negativními vlivy na ozonosféru Sumární vzorec ozna ení setrvání v atm. (r.) CFCl3 CFC-11 75-76,5 CF2Cl2 CFC-12 110-139 CFC-22 14-22 CHF2Cl CF2Cl-CFCl2 CFC-113 90-92 CFC-114 185 CF2CL-CF2Cl CF3-CF2Cl CFC-115 380 H-1211 12-25 CF2ClBr CF3Br H-1301 101-110 tetrachlormetan 50-67 CCl4 CCl3-CH3 metylchloroform 6,5-8,5
"NEBEZPE NÉ REAKCE"
Cl + O3 ClO + O2 O + ClO Cl + O2 -----------------------------------O + O3 2O2 Mén ozonu ve stratosfé e: více UVB na povrch Zem
Ozónová díra 27.10.08 více na: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/ http://www.theozonehole.com/ozoneholehistory.htm
Mezinárodní dohody - ozon Víde ská dohoda: 22.5. 1985 rámcová dohoda o ochran ozónové vrstvy - p istoupilo 21 stát Montrealský protokol: 16.9. 1987 stanovuje konkrétní velikost redukce výroby a spot eby halogenovaných uhlovodík - p istoupilo 24 stát . Vstupuje v platnost 1.1 1989. Londýnská konference signatá MP (27.-29.6.1990): 1990 (p ipojení SFR). Revize p ijatých opat ení. P edpokládaná redukce v užívání vzhledem k r. 1985 by m la být: CFC - 20% v 1993; 50% v 1995; 85% v r. 1997 halony - 50% v 1995 Po r. 2000 užívání pouze v p ípadech, kdy není jiná alternativa, ne déle než do r. 2040 Koda ský dodatek k MP (1992)
Zne išt ní ovzduší sekvence událostí skládající se z: emise (exhalovaná látka – SO2, NO, VOC, PAU, aerosol ...) transport (vítr, mraky) transformace (reakce v atmosfé e > imise) depozice (p da, voda, rostliny, tkán , stavby) expozice ( lov k, živo ichové, rostliny) efekt (koroze, degradace, ekotoxicita, morbidita mortalita ...) sink/propad („neutralizace“ škodliviny)
Zne iš ování ovzduší - smog S M O G (smoke + fog) 1) reduk ní (londýnský, zimní) Vznik: inverzní situace (mlha) + spalování pevných paliv s vysokým obsahem popelovin a síry Hlavní zn. látky: aerosol (popílek, saze), SO2,CO Vliv na zdraví: dýchací a srde ní potíže (bronchitidy, astma, arytmie...) Vliv na p írodu: acidifikace Vliv na materiály: degradace stavebních materiál , koroze, poškozování kulturních památek
Zne iš ování ovzduší - smog 2) fotochemický (losangelský, letní) Vznik: intenzivní slune ní svit, teplé po así, UV zá ení p sobí na exhalované plyny ze spalovacích motor vozidel (NO, NO2, VOC) Skladba: NOx, O3, PAU (BaP), PAN, CO, áste ky sazí < 1 m (klí ová škodlivina - troposférický ozón)
Zne iš ování ovzduší Vznik oxid dusíku p i fotochemickém smogu t°C
N+O
NO t°C
NO + O (2NO + O2)
NO2
P i spalovacích procesech se oxiduje vzdušný dusík vzdušným kyslíkem (vedle minimálního p ísp vku oxidace palivového dusíku)
Vznik ozonu NO2 + hν ν NO + O O3 + M O + O2 + M NO + O3 NO2 + O2 (produkce a spot eba O3 je v rovnováze) RCH2O2 + NO HO2 + NO
RCH2O + NO2 OH + NO2
(oxidace NO peroxidy, „konkurence“ O3)
Zne iš ování ovzduší koncentrace
nemetanické uhlovodíky NO2 NO
0
1
2 3
4
5 6
7
O3
aldehydy, aerosol, nitroslou eniny
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
den (hod)
Zne iš ování ovzduší - smog 2) fotochemický (losangelský, letní) Vznik: intenzivní slune ní svit, teplé po así, UV zá ení p sobí na exhalované plyny ze spalovacích motor vozidel (NO, NO2, VOC) Skladba: NOx, O3, PAU (BaP), PAN, CO, áste ky sazí < 1 m (klí ová škodlivina - troposférický ozón) Vliv na zdraví: respira ní potíže, drážd ní sliznic, rohovky a spojivek oka, kancerogenita (benzo-a-pyren a další PAU) Vliv na vegetaci: útlum fotosyntézy, poškození tkání, (škody na úrod ) ... (ozón !) Vliv na materiály: degradace plast , oxidace kov ...
Zne iš ování ovzduší - acidifikace Kyselá atmosférická depozice: mokrá (plyny rozp. ve srážkové vod ) suchá (plyny obsažené ve vzduchu, aerosol) Mokrá kyselá depozice = "kyselé dešt " (+ námraza, sníh, jinovatka, rosa ...) „norma“ .... pH ~ 5,6 (CO2 - 340ppm)
Zne iš ování ovzduší - acidifikace SO2 + O3 SO3 + O2 SO3 + H2O H2SO4 SO2 + 2OH. H2SO4 NO + O3 NO2 + O2 2NO2 + O3 + H2O 2HNO3 + O2 NO2 + OH. HNO3
(OH. radikál vzniká fotolýzou H2O) (SO2 vzniká pouze oxidací S z paliva – zbytk org. látek)
Zne iš ování ovzduší - acidifikace P í iny: produkce plynných exhalací SO2 a NOx ze spalovacích proces (neodsí ené uhelné elektrárny, lokální topeništ , automobilová doprava atd.) Následky: • ohrožení les mírného pásu (Evropa, USA d íve, nyní Asie ...) • acidifikace jezer a tok (ohrožení života ryb a planktonu a dalších organism ) • degradace p dy (ohrožení edafonu, zm na chemismu) • ve m stech ohrožení památek
P ehled • oxid si i itý: mikrobiální procesy, vulkanická aktivita, rozst ikování mo ské vody, spalování fosilních paliv, tavení kov , výroba kyseliny sírové • oxidy dusíku (NOx - NO, NO2, N2O): blesky, lesní požáry, vulkanická aktivita, mikrobiální procesy, spalovací procesy, pohon motor na ropné produkty, zem d lství (hnojení N) • oxid uhelnatý: p irozené požáry, spalovací procesy (nedokonalé spalování) • amoniak: mikrobiální procesy, chov dobytka •organické (t kavé) látky: lesy (vegetace), chemický pr mysl (VOC ...), doprava (VOC)
Atmosféra a klima • radioaktivita: Rn (emanace), Sr, Ra, Pu ... (JE, at.
zbran , výzkum léka ství)
• teplota: spalování, chlazení • mechanické vln ní: hluk, vibrace • ostatní: infek ní organismy
Atmosféra a klima • aerosol („prach“) - tuhé a kapalné ástice - r zného složení a p vodu: horniny, p da, pyly, mo e, vulkanická aktivita, pr mysl (PAU, t žké kovy ...), doprava (PAU, saze, pryž, resuspenze ...), topení pevnými palivy (popílky, saze, PAU ...)
Zdravotní následky zejména u ástic pod 10µ µm, (PM10) A zejména u ástic po a pod 2,5µ µm, (PM2,5)
Zne išt ní ovzduší uvnit - zdroje Moderní lov k tráví uvnit budov až 90% asu
•venkovní ovzduší (pr nik látek/plyn , v trání ...) • obyvatelé / zp sob života (kou ení, osobní hygiena, pracovní a technologická káze ...) • innost (va ení, výroba, úklid ...) • stavební materiál (zdi, nát ry, malby, okna, p epážky, podlahy ...) • vybavení (nábytek, koberce, klimatizace, spot ebi e ...)
Zne išt ní ovzduší uvnit • tabákový kou (tisíce látek, PAU, Cd ...) • alergeny (mikrobi, plísn , rozto i, chlupy, pe í ...) • NOx (topení, va ení, oh ev vody) • CO (topení, kou ení) • Rn (emanace a stavebniny) • formaldehyd (d evovláknité desky, domácí „chemie“) • asbest (t sn ní, stavebniny) • TOL (t kavá rozpoušt dla) • zplodiny z p ípravy pokrm • hluk (Toxické, karcinogenní, mutagenní, alergenní, infek ní ... )
Voda • 3 skupenství • Zajímavé chemické a fyzikální vlastnosti • Univerzální (polární) rozpoušt dlo • Univerzální transportní medium • Sou ást organizm • Vznik (odplyn ní? led komet?)
Množstvé vody na Zemi
Hydrologický cyklus více na: http://www.tiimes.ucar.edu/highlights/fy06/images/hydrological%20cycle. jpg
Množství vody v kolob hu oceány
1348 mil. km3
ledovce
29 mil. km3
podzemní voda
8 mil. km3
jezera a eky
200 000 km3
atmosféra (páry)
13 000 km3
výpar z oceánu
430 000 km3
výpar z pevnin
70 000 km3
srážky nad oceánem
390 000 km3
srážky nad pevninami
110 000 km3
ro ní odtok z pevnin
40 000 km3
Využití vodních zdroj Srážky nad pevninou 110 300 (v km3) Evapotranspirace 69 600 + stabilní odtok 40 700 Stabilní odtok (40 700): odlehlá místa
7 700
nezachyceno (povodn )
20 500
Geograficky a asov dostupné 12 500 erpáno + užito „na míst “
4 400 + 2 300
„Zbývá“ k dalšímu využití max cca 6 000 km3
Využití vodních zdroj oblast
Evropa
podíl na odtoku (%)
odtok (km2)
podíl na populaci %
8
13
3,24
Asie
35,8
60,5
14,55
Afrika
10,6
12,5
4,32
S. a C. Amerika
15,2
8
6,20
J. Amerika
25,6
5,5
10,42
Austrálie a Oc.
4,8
0,5
1,97
celkem
100
100
40,70
Využití vodních zdroj Zem Island
m3 per capita 624535
Ruská federace
30599
Turkmenistan
17573
Estonsko
11490
Rakousko
11333
Rumunsko
9109
Litva
6541
Albánie
6190
Itálie
2920
Špan lsko
2809
R
1612
Belgie
1236
Británie
1219
Bilance využívání vody 40000 km3 je ro ní odtok z pevnin 12000 km3 je k dispozici globální spot eba je 4000 km3 spot eba na osobu a rok je 670m3 spot eba na osobu a den 1,8m3 Se vzr stem populace klesá relativní dostupnost vody na osobu maximum spot eby vody (50-80%) je vázáno na zavlažování
Využití vody nap . na: http://maps.grida.no/go/graphic/freshwater_ withdrawal_in_agriculture_industry_and_d omestic_use
Ekologická katastrofa Aralského mo e P vodn cca 50% vody z ek Amudarja a Syrdarja ( an-Šan, Pamír) užíváno k zavlažování, 50% napájelo Aralské mo e. Od cca 60 let díky odklonu ek k zavlažování p ítok klesá na 3%. • Hladina mo e postupn klesá až o 16m • Plocha se zmenšuje na cca 50%. • Zvyšuje se salinita • Vymírají organismy • Mizí tradi ní obživa (rybolov) • Zhoršuje se kvalita pitné vody • Je poškozováno zdraví • Od r. 1992 úmluva o využívání vody • Od r. 1994 poprvé neklesá rozloha hladiny
vice nap . na: http://na.unep.net/digital_atlas2/webatlas.php?id=11 salinita na http://www.unep.org/Geo/geo1/fig/fig2-2_1.htm
Využití vody a její kvalita Kritéria pro posouzení kvality vody: Pitná voda (mikrobi, chemické látky, radioaktivita, zápach, zákal …) Zavlažování (salinita, toxicita, paraziti …) Rybá ství (kyslík, toxicita, paraziti …) Rekreace (toxicita, mikrobi, zápach, zákal ..) Pr mysl (korozivní ú inky, suspenze …) Doprava (dostatek …)
Typy zne išt ní vody • Patogenní organismy (mikrobiální zn.) • Organické látky – Netoxické – Toxické • Anorganické látky – Toxické – Živiny – Atmosférická depozice (acidifikace) – Salinita • Suspendované látky (pevné látky.) • Odpadní teplo • Radioaktivita
Typy zne išt ní vody • Patogenní organismy (mikrobiální zn.) Obsah: Viry, bakterie, prvoci, paraziti … P vod: M stské splaškové vody, odpadní v. ze zem d lství, poraviná ského pr myslu, pr saky ze skládek TKO, septik , zvláštní provozy…
Typy zne išt ní vody • Organické látky (netoxické) Obsah: Cukry, bílkoviny, tuky a jejich sm si a další látky s vyšší mol. váhou …, ásti t l org. P vod: Potraviná ský, textilní, papírenský pr mysl, zem d lství (k rozkladu t eba O2)
Typy zne išt ní vody • Organické látky (toxické) Obsah: Ropné látky, org. Rozpoušt dla, PCB, PAU, pesticidy … P vod: Chemický pr mysl, zpracování paliv, zem d lství …
Typy zne išt ní vody • Anorganické látky (rozpušt né l.) Obsah: Siln i málo rozpustné soli, kyseliny, hydroxidy, toxické kovy P vod: P írodní i antropogenní p vod, pr mysl, t žba zpracování rud, metalurgie …
Typy zne išt ní vody • Živiny - EUTROFIZACE Obsah: Látky nezbytné pro r st rostlin (NO3-, PO43-) P vod: Smyvy z polí, rezidua hnojiv, odpadní vody sídel …
EUTROFIZACE P ísun živin (N, P, K) do vody Nár st fyto a zooplanktonu Odumírání organizm Sedimentace t l Bakteriální rozklad v sedimentu Spot eba kyslíku Anoxie P evaha anaerobních proces Zm na chemismu, zm na spole enstev
Eutrofizace
Sinice – toxicita • Hepatotoxiny • Neurotoxiny • Dermatotoxiny
Typy zne išt ní vody • Atmosférická depozice (acidifikace) Obsah SO2 a NOx, reakce v amosfé e na kyseliny. P vod: Spalovací procesy – fosilní paliva s obsahem síry
Typy zne išt ní vody • Salinita Obsah: R zné anorganické soli, nej ast ji NaCl P vod: Zavlažování, solení komunikací, pr sak slané vody
Typy zne išt ní vody • Suspendované látky (pevné l.) Netoxické i toxické suspenze áste ek ve vod . • Odpadní teplo Chladící i oh ívací procesy v r zných za ízeních i v domácnostech. • Radioaktivita P irozená (Rn) i antropogenní radiace.
Nové typy zne išt ní vody 1) Vylou ená rezidua hormonální antikoncepce 2) Sm si n kterých látek (pesticid – Dieldrin, Endosulfan s PCB) (endokrinní disruptory) 3) Vylou ená nemetabolizovaná ( áste n metabolizovaná) rezidua lék (Ibuprofen)
Zne išt ní vody Odpadní voda 99,9% voda
0,01% odparek
50% rozp./ 50% nerozp.
70% org. látky 65% proteiny
25% cukry
30% anorg. látky soli
kovy písek/št rk
10% tuky
Zne išt ní vody Samo istící schopnosti vody: • hydrolýza • okysli ování • rozklad mikroorganismy • asimilace živin ( asy, makrofyta)
išt ní odpadní vody 1. stupe mechanický
esle
usazování písku
odstran ní kalu
2. stupe biologický
odstran ní živin
3. stupe chemický
odstran ní fosforu
