Az éghajlatváltozás és a légkör kémiájának kölcsönhatása Dóbé Sándor MTA Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet Légkörkémiai Csoport
„Környezetkémia és klímaváltozás” kerekasztal beszélgetés, MTA KK AKI, 2008. november 28.
Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Légkörkémiai VAHAVA A globális felmelegedés: tény (IPCC 2007)
⇒ VÁLTOZÁS: a légkör melegszik. ⇒ HATÁS: a légköri reakciók gyorsabbak és más irányúak lesznek, emiatt megváltozik a levegı összetétele. ⇒ VISSZAHATÁS: a megváltozott légköri összetétel módosítja az éghajlatot, a visszacsatolás legtöbbször pozitív, erısíti a felmelegedést. ⇒ VÁLASZ: alkalmazkodás, a hatás csökkentése, visszafordítás (!).
Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
A felmelegedés megállíthatatlan, de.. up to +6.4 oC 850 ppm: +2.8 oC 600 ppm: +1.8 oC 400 ppm CO2 : +0.6 oC
Üvegházhatás, „Jó” és „rossz” ózon, levegıminıség
Ózon a légkörben
Sugárzási terhelés (sugárzási kényszer, RF) 2005-re vonatkozó RF értékek, bázis az ipari kor elıtti 1750-es év Hasznos
Káros
Az UV-B sugárzás rákkeltı
Los Angeles, 2008. aug. 6.
„Jó ózon” – sztratoszféra: véd az UV sugárzástól. „Rossz ózon” – troposzféra: üvegház-gáz. „Csúf ózon”: városi szmog. Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
A „jó ózon” és a Freon
Az ózonréteg elvékonyodása
⇒ A CFC anyagok (Freonok), pl CFC-11 ( CFCl3) károsítják a Földet védı ózonréteget, Molina és Rowland (1974), Nobel díj: 1995.
CFCl3 + h ν → CFCl2 + Cl O3 + h ν → O + O2 Cl + O3 → ClO + O2 ClO + O → Cl + O2
Antikorreláció a klór-terheléssel
Netto: 2 O3 → 3 O2 ⇒ Korlátozás, majd a gyártás és felhasználás betiltása: Montreáli Egyezmény (1987) + újabb módosítások.
Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Ózonlyuk az Antarktiszon
A Montreáli Egyezmény hatásai Az ózonkoncentráció változása 1960-2100 (WMO 2006)
⇒ Az ózonréteg felépülése megkezdıdött. A teljes helyreállítódás 2050 körül várható, de nagy a bizonytalanság.
Itt tartunk!
⇒ Sokmillió rákos megbetegedés elmaradását mutatják a modellszámítások.
⇒ Pozitív hatás a klímaváltozásra is. ⇒ A freonok erıs üvegházhatású gázok; GWP értékek: CO2=1 és pl. CFCl3=4750. ⇒ Az ózonegyezmények 3 évvel késleltették a felmelegedést! Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Ózon a troposzférában: a „rossz ózon” ⇒ A troposzférikus ózon a szerves molekulák (és CO) foto-oxidációs lebomlása útján keletkezik: +OH
+ VOC + NOx+ O2→ → → n O3 + CO2 + H2O VOC, pl. i-oktán, izoprén, stb; NOx=NO + NO2, n = ?
NOx-korlátozott és VOCkorlátozott ózon képzıdés
⇒ Ózonképzı hatékonyság (OFP, OCP). Modellezés: reakciómechanizmus (+paraméterek) + emisszió + nyelık (boksz, 1D, 3D, CTM, CCM). Egy egyszerő paraméter (ózontermelı tényezı): OPE =
OH reakció sebessége HNO3- képzıdés sebessége
⇒ Az ózon képzıdésének visszaszorítása a troposzférában „nyerı – nyerı” stratégia: csökkenti a globális felmelegedést és a levegıminıség javulására vezet. Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Szmoghelyzet Európában 2003 nyarán (O3> 90 ppbv)
Laboratóriumi légkörkémiai kutatásaink ⇒ A kutatások tárgya: a légkörben fontos elemi kémiai és fotokémiai folyamatok vizsgálata. ⇒ Közvetlen célok: reakciókinetikai és fotokémiai paraméterek és törvényszerőségek meghatározása; származtatott jellemzık: lebomlási élettartam, ODP, GWP, OPE. ⇒ Gyakorlati felhasználás: légkörkémiai modellszámításokon keresztül. ⇒ Kísérleti módszerek, un. „direkt” technikák: Impulzus-lézer fotolízis
Gyorsáramlásos kinetikai módszer
Anal.
Anal. Gázáram
Fotol.
≈
2. Gyors-áramlásos módszer + LIF detektálás
⇒ Néhány kutatási téma: (i) Karbonil molekulák kinetikája és fotokémiája. (ii) Szabadgyökök és brómatomok reakciói. (iii) Freonhelyettesítık légköri élettartama. (iv) Bio-üzemanyagok légköri lebomlásának kinetikája és mechanizmusa. Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Az aceton légkörkémiája
CH3C(O)CH3 + h ν → CH3CO + CH3
HO + Acetone -11.6 -1 -1
-12.0
3
CH3C(O)CH3 + OH → CH3C(O)CH2 + H2O
-11.2
log k (cm molecule s )
⇒ Az aceton a harmadik legjelentısebb szerves anyag a troposzférában. Légköri reakciói:
Az OH + aceton reakció hımérsékletfüggése
-12.4
-12.8
-13.2
⇒ Megállapításaink : (i) Az OH-reakció nem követi az Arrhenius törvényt; (ii) a fotobomlás kvantumhatásfoka hımérséklet- és nyomásfüggı.
1
2
3
4
1000/T (K)
A fotobomlás hımérséklet- és nyomásfüggése λ = 308 nm , air buffer gas
0,6
this work 233 K this work 253 K this work 273 K this work 298 K this work 323 K [Gierczak 1998] 253 K [Gierczak 1998] 273 K [Gierczak 1998] 298 K
0,5
0,4
Φ1
⇒ Következmények: igen nagy hatás a légkörkémiai modellszámitásokban (SCOUT-O3) a troposzféra felsı rétegeiben az ózon- és hidroxilgyök koncentrációkra.
5
0,3
line: Blitz 0,2
0,1
0,0 0
200
400
600
P (air) / (m bar)
Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
800
1000
Gyakorlati hasznosítás Nemzetközi együttmőködés (légkörkémiai EU projektek): 1.
"Combustion Generated Pollutants in the Atmosphere" (PECO)
2.
"Atmospheric Reactions of degradation products of organic pollutants" (FP3?)
3.
„Atmospheric Fate of Carbonyl Radicals – AFCAR” (FP4)
4.
"Reduction of Tropospheric Ozone Formation in Europe by the Employement of Alternative Industrial Solvents – EUROSOLV" (FP4)
5.
„European Initiative on Alkoxy Chemistry – EUROXY” (FP5)
6.
”Stratosphere-Climate Links with Emphasis on the Upper Troposphere Lower Stratosphere –SCOUT-O3” (FP6), 2005-2009.
Összehangolt kutatások: új Labor kutatás
Modellezés
ismeretek szerzése, megértés és elırejelzés. Javaslat klímavédelmi és levegıvédelmi
Helyszini mérések Magyar Tudományos Akadémia • Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet
intézkedések meghozatalához.
