Az emberi tevékenység hatása a légkörre. 4. elıadás

Az emberi tevékenység hatása a légkörre 4. elıadás

Földi szférák kölcsönhatása Hidroszféra ↔Atmoszféra: 1. Hıátadás: hidroszféra: • nagy hıkapacitás • hımérséklet-szabályzás az atmoszférában (légáramlatok, tengeráramlatok) 2. Anyagátadás: hidroszféra + atmoszféra: • víz-körfolyamat (párolgás, kondenzáció, csapadékképzıdés, elfolyás) • Csapadék, fagy: az óceán só koncentrációját befolyásolója. 3. Impulzusátadás: a tengeráramlásokat többek között az állandó jellegő szélrendszerek tartják fenn

Földi szférák kölcsönhatása Krioszféra ↔ Atmoszféra : Hıátadás : krioszféra: • fokozott EM-sugárzás-visszaverı (albedó 30-40%) • igen alacsony hıvezetı-képesség • az atmoszféra termodinamikai folyamatait befolyásolja a levegı erıs lehőlése a jég- és hófelszínek felett (légáramlások) • Stabilizáló (áramlást mérséklı) tényezı • hıfelvétel az olvadáshoz

Földi szférák kölcsönhatása • Litoszféra ↔ Atmoszféra : • Hıátadás : litoszféra • Hıelnyelı és EM-sugárzás visszaverıképesség, eltérı talajnedvességi viszonyok egyenetlen energetikai viszonyok (egyenetlen melegedés) • Anyagátadás: • pl. vulkáni tevékenység: CO2, aeroszol, gázok: üvegházhatás módosítása, kondenzációs magvak (csapadék) csapadék visszajutása a litoszférára • Impulzusátadás: szélerózió

Földi szférák kölcsönhatása • Bioszféra ↔ Atmoszféra : • Bioszféra : módosítja a litoszféra fizikai tulajdonságait, a felszín érdességét, sugárzási és párologtató képességeit, hıkapacitását, a csapadék hasznosulását • Hatást gyakorol a CO2-mérlegre, a H2O és O2 körfolyamatokra alakítója és szenvedırésze a klímának • Antropogén hatások a bioszférában állattartás, növénytermesztés, erdıirtás, erdısítés, urbanizáció, iparosodás - légszennyezés

Globális klímaváltozás • A globális klímaváltozás kérdése napjainkban mindinkább elıtérbe kerül, hisz a világmérető felmelegedéssel kapcsolatos elırejelzések már-már mindennapi tapasztalatokká válnak • Nincs olyan ember, aki ne hallott volna az idıjárásban bekövetkezett vélt, vagy valós változásokról • Az egyre melegebb és szárazabb nyarak, az évrıl évre megdılı hımérsékleti rekordok, valamint az idıjárás egyre szélsıségesebbé válása mind ezt bizonyítja • Tényleg az emberi tevékenység áll a dolgok hátterében, vagy csupán természetes folyamatról van szó? Van-e valójában változás?

Globális klímaváltozás • Globális felmelegedésnek az utóbbi évtizedek éghajlati változásait nevezzük: emelkedik az óceánok és a felszín közeli levegı hımérséklete • A folyamat várhatólag folytatódik; végállapotát még becsülni sem tudjuk. • A globális hımérséklet-növekedés – környezeti változásokhoz, – a tengerszint emelkedéséhez, – a csapadék mennyiségének és térbeli eloszlásának megváltozásához, – szélsıséges idıjárási viszonyokhoz vezet

Elméletek I. • Az éghajlat stabilitásához szükséges a sugárzási egyensúly • Természetes üvegházhatás nélkül a Föld felszínének átlaghımérséklete a mai 15°C helyett csupán −18°C lenne. • Az üvegházhatású gázok mennyiségének bármilyen változása befolyásolja a Föld-légkör rendszer energiamérlegét, megváltoztatja az éghajlatot • Az éghajlatra természetes és emberi tényezık is hatnak: • A legfontosabb természeti hatások: – a napciklus, – Föld pályaelemeinek változása – vulkáni tevékenység

• Fı ok: az üvegházhatású gázok koncentrációit növelı emberi tevékenységek

Elméletek II. • A többségi állásponttal szembefordulók szerint a globális hımérséklet növekedése természeti folyamatokra vezethetı vissza • Érvelésük szerint a környezeti változások következményei hosszú távon mutatkoznak meg • A Föld óceánjainak pufferhatása (hıtároló és hıt elvezetni képes tömeg) és más közvetítı folyamatok lassúsága miatt a Föld éghajlata mindig valamilyen korábbi egyensúlynak felel meg • Ha ez igaz, úgy még akkor is további 0,5 °C-os melegedésre kell számítanunk, ha az üvegházhatású gázok koncentrációja tovább nem emelkedik

Elméletek III. • Egy harmadik vélemény, hogy a globális felmelegedés okait nem válogathatjuk szét természetesekre és emberiekre • E gondolatmenet szerint a természetes üvegházhatást a természetben elıforduló gázok (vízpára, CO2 stb.) okozzák • Az emberi eredető üvegházhatást fıleg a CO2, a metán és a dinitrogén-oxid idézi elı • A két hatás azonban nem különíthetı el minden további (idıjárási, éghajlati) tényezı ismerete nélkül • Ráadásul az emberi tevékenységek befolyásolják a természeti folyamatokat, tehát a kétféle hatás egymásra rakódik

Globális felmelegedés következményei • Várhatóan változik a mezıgazdaság termelıképessége is, komolyan hathat a gazdaságra • Számíthatunk egyes természetes vizek kiszáradására, a gleccserek olvadására, az árvizek, hurrikánok és tájfunok gyakoribbakká, nagyobbakká, pusztítóbbakká válhatnak • Állat- és növényfajok kipusztulásának sebessége jelentısen nı, ugyanakkor bizonyos invazív fajok elszaporodása felgyorsulhat, megbontva ezzel az ökológiai egyensúlyt • Bizonyos betegségek könnyebben elterjedhetnek, több, eddig már „megfékezettnek” hitt betegség újra megjelenhet mutáns változataival együtt • A változások a Föld egyes területein különbözıek lehetnek

Közvetlen okok • Természeti okok • A légkör megnövekedett CO2 koncentrációja az üvegházhatás miatt közvetlenül felfőti a levegıt, ami magasabb hımérsékleten több vízpárát vesz fel • A tengervíz és a fölötte elhelyezkedı légrétegek felmelegedésével fokozódhat a párolgás, vagyis nıhet a légkör vízgıztartalma és ezzel együtt tovább erısödik az üvegházhatás • A vízgız a leghatékonyabb természetes üvegházgáz

Természeti okok • A légrétegek megnövekedett vízgıztartalma ugyanakkor negatív visszacsatolást is kiválthat • A felhık elnyelik az IR sugárzást és az elnyelt mennyiség arányában fejtenek ki melegítı hatást • DE: visszatükrözik a napfény egy részét (albedó), így nagy mennyiségük gátolja a felmelegedést • A vízgız okozta visszacsatolás mértékét nehéz megállapítani, mivel a vízgız ellentétben a CO2-dal, nem egyenletesen oszlik el a légkörben

Globális klímaváltozás • Az egész Földet átfogó hımérsékleti vizsgálatok alapján elmondható, hogy az elmúlt 100 év alatt a Föld átlaghımérséklete 0.6°C-kal növekedett • A piros vonal a Föld átlaghımérsékletének változására vonatkozó becslést mutatja, az elmúlt ezer évre visszamenıleg – az értékek Celsius fokban értendık az 1990-es év átlaghımérsékletéhez viszonyítva • A szürke terület a becslés bizonytalanságát mutatja •Forrás: IPCC.

Globális átlaghımérséklet eltérése (C°-ban) az elmúlt 450.000 év során az 1961-1990 közti évek átlagát véve alapul

Kibocsátási adatok 2010.02.22. 15:05

Forrás: http://www.worldometers.info/





Következmények • A globális felmelegedés regionálisan eltérı mértékben jelentkezett • Nagyobb hımérsékletemelkedés következett be a szárazföldek felett • Az Antarktiszon a hımérséklet a globális átlaghoz képest kétszer gyorsabban nıtt az 1970-es évek közepe óta • az alaszkai átlaghımérséklet is különösen gyorsan melegedett az elmúlt két évtizedben, ami drámai hatással volt a környezetre, a növényekre, állatokra és emberi társadalmakra

Következmények • A tengerszint évente 1-2 millimétert emelkedett a 20. században, fıképp az óceánok hıtágulása és a gleccserek olvadása következtében • Több növény- és állatfaj húzódott északabbra, a pólusok felé • Sok helyen a rovarok és kártevık már sokkal könnyebben áttelelnek • Európa szerte is jó néhány drámai áradásról lehetett hallani az elmúlt évtizedben • az évezred legmelegebb nyara volt 2003, amely több mint 35 ezer ember halálát okozta Európában

Következmények • A légkörben megnövekedett szén-dioxidmennyiség felmelegíti a Föld felszínét, megolvasztja a jégtömböket • A jég fehér felületként veri vissza a Nap sugarait, és ahogy olvad, helyét a hıt lényegesen jobban elnyelı tenger vagy szárazföld foglalja el • Ettıl gyorsabban olvadnak a jégfelületek, és öngerjesztı folyamat alakul ki

Következmények • A szén-dioxid koncentrációjának növekedése a talaj hıelnyelı képességére is hat • A talajban a szén igen finom egyensúlyban raktározódik, és már a hımérséklet egy kis változása is elég ahhoz, hogy a talaj elkezdje kibocsátani a korábban elnyelt szén-dioxidot • Alacsonyabb hımérsékleten lassabb a bakteriális bomlás, és az elhalt növényi részek széntartalma felhalmozódik a talajban • Ahogy a talaj felmelegszik, gyorsul a lebontás, és szén-dioxid jut vissza a légkörbe

Következmények • A szén-dioxid koncentrációjának növekedése fokozza az esıerdıkben a növények kilégzését • Amikor a növények kinyitják a leveleiken elhelyezkedı légzınyílásokat (sztómákat), elpárologtatják víztartalmuk egy részét • A sztómák kinyitásával jutnak hozzá a légköri széndioxidhoz, és ezt a „kaput” pont addig hagyják nyitva, ameddig szükséges • Ha nı a légkörben a szén-dioxid mennyisége, az esıerdık növényei az átlagosnál tovább tartják zárva sztómáikat és ezért kevesebb vízpárát lélegeznek ki, ami egyesek szerint csökkenti a csapadék mennyiségét

Következmények • Egy másik pozitív visszacsatolási folyamat során a globális felmelegedés hatására a metán-hidrátból metán szabadulhat fel • A metán-hidrát szilárd anyag, de instabil elegy, amely alacsony hımérsékleten képzıdik a tengerek mélyén, a tengervíz keltette nagy nyomás alatt • A metán-hidrát létrejöttének alapvetı feltétele a kellıen vastag üledékréteg, amelyben a metán keletkezik • Ha ez az anyag kiszabadul a tengervíz nyomása alól, közvetlenül szublimál és szétoszlik a levegıben, üvegházhatást okozva gyorsítja a globális felmelegedés folyamatát

Emberi okok • A Napról hozzávetıleg 126 ezer TW energia érkezik a Földre, és a Föld is ennyit sugároz vissza a világőrbe. • Az emberiség (világgazdaság) teljes primer energiafelhasználása 2000-ben 10,2 mrd tonna olajegyenérték volt, ami 13,6 TW-nak felel meg, • vagyis az emberi energia felszabadítás a Föld teljes energiaforgalmának alig egy tízezred része • Ebbıl világos, hogy a globális felmelegedés oka nem lehet csupán az erımővekben felszabadított energia • A sugárzási viszonyok változása mellett a légkörben megnıtt az üvegházgázok mennyisége • Ezt tartják a globális felmelegedés emberi okai közül a legfontosabbnak

Hogyan tovább? • Amit most látunk csupán az, hogy egyre szélsıségesebb az idıjárásunk • A klímakutatók szerint ez a jelenség az éghajlatváltozások kezdetén és végén van így • Amíg be nem áll a megváltozott éghajlat egyensúlyi állapota, addig jellemzı ez a szélsıséges idıjárás A Kilimandzsáró jégsapkájának visszahúzódása 1993 és 2000 között

• üvegházhatás a légkör hı megtartó tulajdonsága, ami számos dologtól függ: a Nap sugárzásától, az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjától, illetve az atmoszféra sőrőségétıl

Az úgynevezett üvegházhatás igen fontos a földi élet szempontjából, e nélkül a bolygó átlaghımérséklete csak -18°C volna szemben a tényleges +15 °C-kal, ami 33 °C többletet jelent.

Melyek azok a gázok, amik szerepet vállalnak az üvegházhatás kialakításában? Az üvegházgázok: • Az elsı és legfontosabb a vízgız Ez önmagában a jelenség körülbelül 60 %-áért felel • A szén-dioxid ugyan csak 20 %-ban felelıs érte, de a koncentrációja kb. 25 %-kal nıtt az iparosodás elıttihez képest • Jelentıs még a metán (hatásfoka 23-szor jobb a széndioxidénál), • a dinitrogén-oxid (314-szeres hatásfok), • a halogénezett szénhidrogének (CFC-k, ~9700-szoros hatásfok), • a felsı légköri ózon • Bár a szén-dioxid üvegházhatása a leggyengébb, olyan nagy a koncentrációja a légkörben, hogy nagyrészt ez a gáz határozza meg a légkör üvegházhatásának erısségét

Üvegházhatású gázok

a

GWP = global warming potential (100 évre számítva) = globális melegítı potenciál

A földi bioszféra legaktívabb széntározói az élı szárazföldi bioszféra, a légkör ill. az óceán elnyelt ill. kibocsátott CO2 mennyisége ezekben a folyamatokban közel egyensúlyban van

Szén-dioxid • Az egyensúly fokozatosan kibillen az egyre intenzívebb emberi jelenlét, az iparosodás következtében • Bár a természet körfolyamataiban kb. harmincszor annyi szén-dioxid keletkezik, mint az ember tevékenységébıl, az ember által okozott szén-dioxid emisszió eléri a 20 milliárd köbmétert. • Az emberi tevékenység során légkörbe kerülı szén-dioxidmennyiségnek csak a fele marad ott, a többi részben oldódik az óceánokban, részben a szárazföldi bioszférába kerül • A szén-dioxid a természetes módon a légkörbe kerülı üvegházhatású gázok 9–26 %-át jelenti, az emberi tevékenység miatti összes üvegházgázkibocsátásnak viszont mintegy 80 %-át adja

CO2 kibocsátás

CO2 - kibocsátások: • fosszilis tüzelıanyagok (kıolaj, földgáz, fekete- és barna kıszén, lignit) elégetése révén keletkezik( 1 t C→ 3,7 t CO2) • A kibocsátás további 15-20%-a a földterületek hasznosításában bekövetkezı változásoknak, köztük az erdıirtásnak és fakitermelésnek tulajdonítható (erdıket kivágják és fölégetik, az elraktározott szén CO2 formájában kerül vissza a levegıbe. – Az utóbbi 10-15 év során átlagosan évente 1 milliárd tonnával kerül több szén-dioxid a légkörbe. Az erdıirtás miatt keletkezett szén-dioxid mennyiségét a légkör teljes szén-dioxid mennyiségének egyharmadára becsülik • cement gyártása során (füstgáz) • Légiforgalom: 1993-ban egyedül a német légiforgalom 19 millió tonna szén-dioxidot juttatott a légkörbe, ami a teljes német közlekedés szén-dioxid kibocsátásának 10%-át tette ki.

A légköri CO2 koncentráció 1000-tıl 2008-ig

A napfoltok száma, a földfelszín hımérséklete és a légkör szén-dioxidkoncentrációja. A vörös görbe a hımérséklet változása Celsius-fokban, a sárga a napfoltok száma, a kék pedig a légkör szén-dioxid koncentrációja ppm-ben. Utóbbit a hatvanas évekig tengerszinten, majd késıbb a Mauna Loa hegyen (Hawaii) mérték.

•

A grafikonon megfigyelhetı az ún. főrészfog-effektus, aminek az északi félteke erdeiben zajló évszakos változás az oka.

• Az erdık ugyanis minden tavasszal hatalmas mennyiségő szén-dioxidot vonnak ki az atmoszférából, ami a Keeling-görbén a koncentráció visszaesésében jelenik meg. • Az ısz beköszöntével növekszik a szén-dioxid koncentráció, ami a lebomlással jár együtt.

Elsıként Charles Keeling klimatológus mérte meg a légköri szén-dioxidkoncentrációt a hawaii Mauna Loa hegy csúcsán az 1950-es években Az eredményeket grafikonon ábrázolta, amit ma Keelinggörbének neveznek. A mérések 1958 és 2000 között folytak







CO2 - Jövı: egyensúlyi állapotból történı kibillenés • • • •

Mennyi lesz a Föld lakóinak száma? Milyen energiahordozókat fogunk használni? Milyen hatékony lesz az energiafelhasználás? Meddig emelkedik a fejlıdı országok életszínvonala, s vele együtt az energiaigényük? • Szociológiai, ökológiai, technológiai, gazdasági, politikai befolyásoló tényezık • Nehéz az elırejelzés illetve a modellezés

Föld népessége 2012.02.01 13:13


Hımérséklet és szén-dioxid együttfutása az elmúlt 400 ezer évben, és szén-dioxid ma:

VAHAVA HÍRLEVÉL

Szén-dioxid számláló • Csökkentse otthonának hımérsékletét akár csak 1°C-kal, és takarítson meg akár 300 kg széndioxid kibocsátást háztartásonként és évente • Ez arra a feltételezésre alapul, hogy az összes európai üvegházhatású gáz kibocsátásának 14 %-a a főtésbıl származik (4 giga tonna CO2/év) • A főtés a háztartások energiafogyasztásának 70 %-át teszi ki, • Azt is feltételezi, hogy az energiafogyasztás 7,5 %-kal (átlagosan 5–10 %-kal) csökken a hımérsékletcsökkentés minden megtakarított 1°C mértéke után

http://www.mycarbonfootprint.com

Szén-dioxid számláló • Növelje a hőtıgépe teljesítményét azzal, hogy hővös környezetbe helyezi, és akár 150 kg széndioxid kibocsátást is megtakaríthat évente. • Ez arra a feltevésre épül, hogy a hőtıt egy 30°C hımérséklető szobából áthelyezi egy 20°C hımérséklető szobába. A számítás egyúttal olyan új hőtı és fagyasztógép figyelembe vételén alapul, amely 500 kWh-t fogyaszt évente 30°C hımérséklető környezetben • Ha régebbi hőtıje van, még nagyobb széndioxid kibocsátás megtakarítást érhet el http://www.mycarbonfootprint.com

Szén-dioxid számláló • Várja meg, amíg lehől az étel szobahımérsékletőre, s csak ekkor tegye be a hőtıbe, ezzel körülbelül 6 kg széndioxid kibocsátást takarít meg évente. • Az étel lehőléséhez szükséges energia a hıkapacitástól függ, ezt pedig az étel víztartalma határozza meg • Ez arra a feltevésre épül, hogy 1 kg levesnek ugyanannyi a hıkapacitása mint a víznek (4,18 kJ/kg,°C). A leves 80°C-ról hől le 20°C hımérsékletre • A hőtıben lévı hımérsékletet 4°C-nak vesszük. http://www.mycarbonfootprint.com

Szén-dioxid számláló • Csak akkor kapcsolja be a mosógépet, ha már megtelt, és takarítson meg kb. 45 kg széndioxid kibocsátást évente. • Ez a feltevés egy szabványos európai mosógépen alapul, amely kb. 1,24 kWh-t fogyaszt, és kb. 240szer mos egy évben • Azt is feltételezzük, hogy az évi mosások felénél töltik csak teljesen tele a mosógépet • Ez azt jelenti, hogy ugyanazt a mennyiséget lehetne mosni, és a mosások számát le lehetne csökkenteni a mainak a 75 %-ára http://www.mycarbonfootprint.com

Szén-dioxid számláló • Zárja el a vizet fogmosás közben és takarítson meg kb. 3 kg széndioxid kibocsátást évente! • Ez arra a feltevésre épül, hogy a csap percenként 1,5 liter vizet enged át • Ha 3 percig mos fogat naponta kétszer úgy, hogy közben folyik a víz, összesen 9 liter vizet fogyaszt • Ez 8 literrel több annál, mintha elzárja a csapot fogmosás közben http://www.mycarbonfootprint.com

Szén-dioxid számláló • Zárja el vagy javíttassa meg a csepegı csapokat, és takarítson meg kb. 20 kg széndioxid kibocsátást évente. • Ez azon a feltevésen alapul, hogy a csapból kifolyó csepp mennyisége 0,2 ml, és a csepegési sebessége 20 csepp percenként • A csepegı víz hımérsékletét 37°C-nak vesszük. • A széndioxid kibocsátás kiszámolásához összehasonlító elektromosságot használunk (616 g/kWh teljes üvegházhatású gázkibocsátással egyenértékő, földgázból nyert elektromosságot) http://www.mycarbonfootprint.com

Metán • A metán légköri koncentrációja napjainkban folyamatosan emelkedik • Fı kibocsátási forrása: mocsárvidékek kigızölgései, az ún. mocsárgáz • cellulózból keletkezik erjedéssel • metán és szén-dioxid keveréke, néha magától meggyullad, ezt nevezik lidércfénynek A földfelszíni (felsı ábra) és a sztratoszférabeli (alsó ábra) metánkoncentráció két számítógépes modellben

Metán • Élı növényzet is termel bizonyos mennyiségő metánt • Egyes becslések szerint a szárazföldi növények esetében ez elérheti az évi 60-240 millió tonnát is, ami az éves légköri metántermelés 10-30%-át teszi ki • A metán kis részét a talajban lévı mikroorganizmusok megkötik • Olvadó területeken a metán mellett jelentıs mennyiségő szén-dioxid is megjelenik, ezért olyan pozitív visszacsatolási folyamat alakulhat ki, amelynek egyik eleme a felmelegedést segítı gázok megnövekedése, aminek hatására újabb területek olvadhatnak meg, jelentısen növelve ezzel az üvegházhatású gázok légköri koncentrációját

Metán • emberi eredető metánforrások egymás közötti arányai a következık: energiaipar: 18%, rizstermesztés: 28%, állattenyésztés: 22%, biomassza tüzelése: 20%, hulladékdepóniák: 12%.

Széncsere • • •

Biogeokémiai ciklusokban a CO2 körforgása egyensúlyban van Viszont az emberi évente 3 mrd t-val növeli a légköri CO2 mennyiségét Hogyan hat a növekvı CO2 koncentráció a Földre? 1. Zöld növények illetve az óceánban lezajló kémiai és biológiai folyamatok CO2 felvétele a légköri koncentráció módosulásával párhuzamosan fog változni→lassíthatja a felhalmozódást 2. Önerısító visszacsatolásokat vált ki, vagyis fokozzák a légkör terhelését. Éghajlat melegedése • elhalt, szerves vegyületek bomlása → CO2 és CH4 konc. nı • Fagyott talajok felmelegedése →CH4 konc. nı

Nitrogén-oxidok •A legfontosabb nitrogén-oxidok • nitrogén-monoxid NO • nitrogén-dioxid NO2 • A nitrogén molekula (N2) a levegıben nagyon stabil, és nem könnyő oxidálni. • Néhány baktérium képes felbontani a N-N hármas kötést és oxidált vegyületet alakít ki. • A kötés hı hatására felszakad, de ez csak extrém körülmények között megy végbe, a villámlás is egy fontos forrás. •A kisülési csatornában a hımérséklet eléri a 30.000 Celsius-fokot, és itt könnyen felbomlanak a nitrogén kötései.

Nitrogén-oxidok • Nitrogén oxidok mint gázok nagyon fontosak a troposzférikus ózon kialakulásában és lebomlásában, mert a katalitikus körfolyamat résztvevıi • NO2 napfény hatására fotokémiailag elbomlik. • NO képzıdik, ami ismét NO2-dá alakul. • A dinox a légköri tartózkodási ideje nagy(150 év), fel tud kerülni a sztratoszférába, • A sztratoszférában az UV sugárzás felbontja a dinitrogén oxidot és nitrogén oxid gyök keletkezik (NO) • Ez a gyök közvetlenül részt vesz az ózonbontásban.

Dinitrogén-oxid • dinitrogén-oxid (N2O) légköri koncentrációja még a metánénál is alacsonyabb, de hatékonyan nyeli el a földfelszín infravörös sugárzását, ezért szintén fontos üvegházgáz • Legnagyobb mértékben természetes forrásból, denitrifikációból származik. • Ezt a forrást az ember felerısítette a légköri nitrogént megkötı haszonnövények termesztésénél használt nitrogéntartalmú mőtrágya alkalmazásával. • fontos források: – – – –

mőanyagipar, salétromsavgyártás, fosszilis tüzelıanyagok, ill. mezıgazdasági hulladékok égetése.

Dinox-kibocsátás • Bár a légkör magasabb részébe kerülı dinitrogén-oxid elbomlik az UV sugarak hatására, a folyamat nem képes egyensúlyozni a jelenlegi évi 16 millió tonnás emissziót.

Halogénezett szénhidrogének • Ezek közé a vegyületek közé tartoznak például a CHF3 • Ezeket a gázokat az 1930-as években kezdték gyártani, többek között hőtı és légkondicionáló berendezésekhez • Késıbb oldószerként az elektronikai iparban, • habosító anyagként • aeroszolos spray-k hajtógázaként hasznosították

Halogénezett szénhidrogének • Széleskörő használatuk magyarázata, hogy nincsenek hatással az emberi egészségre, mert ezek a gázok közömbösek, nem lépnek reakcióba semmilyen természetes vegyülettel • Ez az oka, hogy hosszú ideig tartózkodnak a légkörben: annak ellenére, hogy már kivonták a forgalomból ezeket a gázokat, még évszázadokig ott lesznek a levegıben

Ózon • Természetes úton a Nap nagy energiájú, ibolyántúli sugarainak hatására képzıdik • A légköri ózon teljes mennyisége kevesebb, mint egy milliomod térfogatrészt foglal el, és ha egy képzeletbeli kísérletben a Föld felszínén összegyőjtenénk, akkor mindössze 3 mm vastagságú összefüggı réteget alkotna • Az ózon nem csak az ultraibolya tartományban képes elnyelni a fotonokat, hanem az infravörösben is • Következésképpen fontos üvegházhatású gázként viselkedhet

Ózon • Közvetlen forrásai nincsenek, a sztratoszférában kémiai folyamatok során keletkezik oxigénbıl ultraibolya sugárzás hatására • Míg az alacsonyabb légrétegekben (troposzféra) a nitrogén-monoxid, nitrogén-dioxid, szén-monoxid és a reaktív szénhidrogének bomlástermékei által katalizált kémiai folyamatokban képzıdik • Ezeket a gázokat indirekt üvegházhatású gázoknak is nevezik

Sztratoszférikus ózon • A sztratoszférában lévı ózont ózonpajzsként is emlegetjük, mert megóvja a légkör alsóbb rétegeit az extrém energiájú ultrarövid sugaraktól (300 nm-nél rövidebb sugarak kiszőrése gyakorlatilag száz százalékos) • Mivel az igen nagy energiájú elektromágneses sugarak közvetlen roncsoló hatásúak az élılényeket alkotó sejtekre és szövetekre, légköri ózon nélkül szárazföldi élet nem létezne (és nem létezett azon földtörténeti korszakokban, amikor a légkör ózonban és oxigénben a mainál lényegesen szegényebb volt.) • Ózon keletkezése: O2 + hν → O + O ; O + O2 + M → O3 + M

Halogénezett szénhidrogének (CFC-k) és az ózonlyuk • A tavasszal felerısödı napsugárzás hatására a sarkvidék feletti jeges felhıkben található, a jégszemcsékhez tapadó klór- és brómvegyületek és az ózon reakcióba lépnek egymással. • Ehhez a folyamathoz rendkívül hideg körülményekre, - 80 ºC alatti hımérsékletre van szükség. Az ózonlyuk fejlıdése az antarktiszi tavaszon

Halogénezett szénhidrogének (CFC-k) és az ózonlyuk

CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl CF2Cl2 + hν → CF2Cl + Cl O3 + Cl → O2 + ClO ClO + O → O2 + Cl

• Az ózonlyuk története jó példa arra, hogy ártalmatlan(nak tőnı) kémiai anyagok egyes csoportjai a földi életre valós veszélyt jelenthetnek, és hogy hogyan mőködhetnek együtt a kormányok, az ipar és a civil társadalom, annak érdekében, hogy megismerjék és próbálják megoldani ezt a problémát.

• A légköri ózonmennyiség mértékegysége a Dobsonegység, jele: DU (az angol változatból: Dobson Unit). • Egy DU annak az ózonrétegnek a vastagsága századmilliméterekben, amely a földfelszíni mérési pont fölött kialakulna, ha a légoszlopban lévı összes ózon hımérséklete és nyomása a felszíni értéket venné fel.

• Az ózonlyuk az Antarktisz felett alakult ki, mert Földünkön ott a legalacsonyabb a hımérséklet • de az ózonpajzs vékonyodását az 1990-es évek közepén már az Északi sarkvidéken is észlelték, • a magas légköri örvénylés következtében az ózon Európa jó része fölött is megritkult, ezért az UV-B sugárzás is tetemesen felerısödött • 1996 februárjában Nagy-Britannia fölött 47%-kal csökkent az ózonréteg vastagsága

Hatásai • Ez azt jelenti, hogy az UV-B sugárzás erıssége ott szinte a duplájára nıtt • Ennek az emberre és más élılényekre is komoly hatása van • Az ilyen erısségő UV-B sugárzás könnyen okoz bırrákot, bırbetegségeket és káros hatással van a szemre is • A növényeknél növekedési rendellenességekhez vezethet és számos, ma még nem ismert következménye lehet az élıvilágra

Az ózonlyuk a tenger világát is veszélyezteti. A tavaszi, felerısödı UV-B sugárzás ugyanis hatással van a planktonok és a puhatestőek fejlıdésére és szaporodására. Ez a hatás továbbterjedhet a táplálkozási lánc mind magasabb szintjeire. Mivel planktonok a tengeri élet alapjai: táplálékai a tengeri rákoknak, amelyeket a halak és a tengeri emlısök fogyasztanak. Planktonnal táplálkozik a Föld legnagyobb élılénye, a bálna is. A déli félteke óceánjaiban, tengereiben az ózonréteg vékonyodása miatt 10%-kal csökkent ezeknek az egyszerő élılényeknek a mennyisége; ennek hosszú távú hatása felmérhetetlen

Tendencia • Bár az illetékesek már 1987-ben megkötött montreali egyezményben arról döntöttek, hogy fokozatosan megszőntetik az ózonpajzsra káros anyagok használatát, sajnos ezek a mérgek nagyon lassan tőnnek el a környezetbıl • A mőholdak és földi megfigyelıállomások által győjtött adatokat 20 évre visszamenıleg elemezték • Az eredmények szerint az ózonréteg felsı rétegében a korábbi 8%-os évtizedenkénti ritkulás 4%-ra csökkent. • A kirajzolódó tendencia alapján remélhetı, hogy a következı néhány év során teljesen megáll az ózonréteg tetejének pusztulása

Az emberi tevékenység hatása a légkörre LEVEGİSZENNYEZÉS • Emisszió: légszennyezı anyagok levegıbe kerülése: pontforrás (kémények, amikor a kibocsátási adatok egyértelmően rendelkezésre állnak); épületforrások; felületi források (pl. hulladéktárolók); mozgó pontforrás (jármővek). • Transzmisszió: a kibocsátott szennyezıdés a légköri folyamatok által elszállítódik, szóródik, felhígul, átalakul ill. kihullik. • Immisszió: az adott helyen kialakult légszennyezés-koncentráció.

A légszennyezés két fı forrásból származhat. Természetes légszennyezés vulkánokból, erdıtüzekbıl, óceánokból származó tengeri sókból, kozmikus porból, növényi pollenekbıl, mocsarakból és nedves, vizes területekrıl, valamint más olyan forrásokból származik, amiket az ember nem befolyásol.

Az emberi, vagy antropogén, légszennyezés a széles skálájú emberi tevékenység miatt fordul elı a mindennapi életünkben. Források közül példaként említhetjük az ipari kéményeket, autók, kibocsátását, mg.-ot, erımőveket, a bányászatot és a hulladéklerakókat.

A természetes levegıszennyezést felbonthatjuk: Kémiai tulajdonságuk szerint: -szervetlen szennyezık, például: •vulkáni kitörésekbıl származó gáz, hamu, •tengerbıl származó és szél által szállított só részecskék, •zivatarok idején a villámláskor keletkezı gázok és az •porviharban a levegıbe kerülı por, •őrbıl származó kozmikus por - szerves szennyezık, •a növényi tüzekbıl származó füst és por, •kicsi növényi részek (pl.: pollenek, gombák), •élı szervezetek (pl. baktériumok)

• Antropogén levegıszennyezést is két csoportra lehet osztani, a kibocsátás jellemzıi alapján: - ellenırzött kibocsátás, ami megalapozott szabályok szerint zajlódik, szakképzett személyzet felügyelete alatt, - véletlen kibocsátás, ami öreg épületek bontásakor, kıbányában kitermeléskor, ipari katasztrófakor keletkezik a hiányos ipari felszerelés miatt. - elsıdleges szennyezés, közvetlen módon a légkörbe kibocsátott káros anyagokat tartalmaz. - másodlagos szennyezés, olyan anyagokat tartalmaz, melyek a légkörbe való kibocsátás után károssá válnak vagy levegıvel való kémiai reakcióval válnak káros anyaggá

Aeroszolok • A szennyezık másik típusa a részecskékbıl álló anyag, amelyhez a levegıben lebegı részecskék széles skálája tartozik • A legkisebb mérettartományú finom részecskék (10 - 500 nm), aeroszolok, pornak nevezzük, ha csak szilárd részek • Diszperz rendszer, ahol gáz-halmazállapotú közegben finoman szétoszlatott (porlasztott) folyékony vagy szilárd részecskék vannak jelen. • Szilárd diszpergált anyag esetén füstrıl, ha a porlasztott (vagy kondenzálódott) anyag folyadék halmazállapotú, ködrıl is beszélhetünk. • A felhı is természetes aeroszol

Aeroszolok • Természetes eredető aeroszolok 90%-ot tesznek ki, mégis domináns lehet az antropogén forrású részecskék hatása • Természetes eredető aeroszolok forrásai: talajerózió tengeri só szemcsék vulkántevékenység

• Antropogén aeroszol források: por, korom, hamu, ipari tevékenységbıl szulfát- és nitrát tartalmú aeroszolok,

Dimetil-szulfid DMS (CH3-S-CH3) • Az egyik legfontosabb, az óceánból a légkörbe kikerülı nyomgáz a dimetil-szulfid (DMS) • Ez az egyik vegyi összetevı, ami a tengerek jellegzetes illatát adja • Ha a dimetil-szulfid (DMS) bekerül a légkörbe akkor kölcsönhatásba lép más vegyületekkel és szulfát aeroszolok képzıdnek • Visszaszórják a napfényt a világőr felé, és megindítják a felhıképzıdést • Mindkét folyamat megakadályozza, hogy a teljes napenergia elérje a földfelszínt. • Ez azt jelenti, hogy a szulfátok segítenek hőteni a Földet

Dimetil-szulfid DMS (CH3-S-CH3) • A DMS a számos fitoplankton sejtjében megtalálható, • elpusztulásuk után a DMS nagy része a vízben marad, és a baktériumok elfogyasztják ıket, vagy más vegyi anyaggá alakulnak át. • Egy részük azonban megszökik, és belép a légkörbe • Mivel a DMS biológiai folyamat során keletkezik, a DMS kibocsátás tavasszal, nyáron és ısszel fordul elı, amikor a fitoplanktonok termelıdnek

Ülepedés • Azt folyamatot, ami a kémiai alkotóelemeket a légkörbıl a földfelszínre viszi, ülepedésnek nevezzük. • Ilyen folyamat a csapadékhullás (nedves ülepedés, például esı vagy köd), • valamint részecske és gáz ülepedés (száraz ülepedés). • Amikor a savas alkotóelemek kerülnek ki a talajra, akkor azt savas ülepedésnek nevezzük.

Nedves ülepedés • vegyületeket kijuttatja a légkörbıl és esı, havas esı, hó, felhı víztartalma és köd révén kiülepíti a földfelszínre, nedves ülepedésnek nevezzük • Savas ülepedés: A kéndioxid (SO2), nitrogén-dioxid (NO2) és a nitrogén-monoxid (NO) kölcsönhatásba lép a hidroxil gyökökkel és oxigén atomokkal, és savakat képeznek. • A savrészecskék nagyon higroszkóposak, így kondenzációs magként szolgálnak és növelik a felhıképzıdést. • Végül a savas esı eléri a földfelszínt.

Száraz ülepedés • A savas ülepedés mindig elıfordul, még napos idıben is • Ez akkor játszódik le, amikor NOx és SO2, valamint az oxidációs termékeik gáz, aeroszol vagy száraz részecskeként érik el a talajt • Ezután kölcsönhatásba lépnek a talaj felszínén, talajban lévı vízzel, de károsítják a növények leveleit is, az épületek felszínét stb. • A légkörben körülbelül a savak fele száraz ülepedéssel jut vissza a földre. • A száraz ülepedés általában a kibocsátó forrás közelében fordul elı, míg a nedves ülepedés még 1000 km távolságban a forrásoktól is lezajlódhat.

Savas esı • A gyengébb hatást a szén-dioxidból létrejövı szénsav gyakorolja a környezetre. • Ez a csapadék és a hó pH-értékét 5,6-re csökkenti. • Ezt az értéket tekintik többen a savas esı határának, de másik besorolás szerint az 5-ös pH-értéket tartják annak. • Légköri kémiai folyamatok kénsavat ill. salétromsavat hoznak létre a kén-dioxidból ill. nitrogén-oxidból • A kén-dioxid és a nitrogén-oxidok forrásai: • SO2: vulkanizmus, ipari tevékenység • NOx: biológiai bomlás, a talajlakó mikroorganizmusok anyagcseréje

A kénsav és a salétromsav keletkezése a légkörben • A természetes esı pH-ját a kénsav és a salétromsav csökkenti a legnagyobb mértékben. • Az átlagos savas esıben a sav kétharmada kénsav, egyharmada salétromsav. • E két sav (pontosabban az ezeket képezı oxidok) az antropogén légszennyezés legjelentısebb komponensei. • Az ózonból keletkezı oxigénatom (O) a kén-dioxidot a kénsav anhidridjévé, kén-trioxiddá oxidálja: – SO2 + O = SO3 • Ebbıl vízfelvétellel keletkezik a kénsav: – SO3 + H2O = H2SO4 • A szabad oxigénatom a kénessavat is megtalálja: – H2SO3 + O = H2SO4

A kénsav és a salétromsav keletkezése a légkörben • A nitrogén-oxidok még többféle reakcióban vehetnek részt, köztük láncreakciókban is. • A nitrogén-dioxidot a fotolízis fölbonthatja: – NO2(hν)→NO + O

• Ha OH-gyökkel ütközik, közvetlenül salétromsavvá alakul: – NO2 + OH = HNO3

• Nitrogén-trioxiddá is alakulhat egy oxigénatommal: – NO2 + O = NO3

A kénsav és a salétromsav keletkezése a légkörben • Ez reagálhat egy másik nitrogén-dioxid molekulával: – NO3 + NO2 = N2O5

• A keletkezett nitrogén-pentoxid vízzel salétromsavat hoz létre: – N2O5 + H2O = 2 HNO3

• A salétromossav is átmehet fotolízisen: – HNO2(hν)→NO + OH

A savas esı • A savas esı jelenségét már a XVII. század végén felismerték • 1692-ben Boyle kiadta a „A levegı általános története” címő könyvét, ahol ezt a jelenséget úgy írja le, mint „nitrátos vagy sós-kénes szellem” • A savas esı problémáját nagyskálán az 1960-as években fedezték fel • Azt találták, hogy a skandináv tavak savassága növekszik, és a halpopulációk kipusztulnak • Továbbá számos erdı volt érintett mind Európában, mind Észak-Amerikában • Ez vezetett különféle tudományos, politikai és technológiai akcióhoz

• Az összes antropogén kén-dioxid fele az északi féltekén keletkezik, s ennek 80 %-a itt is csapódik le • A grönlandi jégtakaró szulfáttartalma 1900 − 2000 között a háromszorosára nıtt. • Az antropogén eredető SO2 fı forrásai: • (1) erımővek, • (2) háztartási főtés

A savasodást okozó anyagok eredet szerinti %-os megoszlása a légkörben

• A nitrát tartalom növekedése késıbb kezdıdött,de erıteljesebb: 1955 − 2000 között megháromszorozódott. • a nitrátok forrása az ipar, illetve a gépjármővek kipufogógázai • A talajból származó nitrogén-oxidok nem mind természetes eredetőek. • A helytelen mőtrágyázás is közrejátszhat keletkezésükben

A savasodást okozó anyagok eredet szerinti %-os megoszlása a légkörben

Vízi szervezetek érzékenysége a csökkenı pH-ra, édesvizekben. Igen sok állati és növényi faj már pH = 6 alatt ritkulni kezd. pH = 5 alatt már nincs "normális" élet

Savas esı helye a pH-skálán Savas esı

Károsító hatása • A károsítás lehet • (a) közvetlen − a csapadék vagy a száraz ülepedés útján érkezı szennyezıanyag áttétel nélkül fejti ki hatását, • Pl. Az épületek és szobrok károsodása. • Leggyakoribb formája a mészkı és a márvány szulfátos mállása. A • CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O reakcióban gipsz keletkezik, amely gyorsan elmállik. • (b) közvetett − az élı és élettelen környezet megváltozása károsít; • Pl. Az USA-ban az idı elıtti halálozások 1-4 %-áért a savas esı a felelıs

Közvetett hatás • • • •

A tavi élıvilágra gyakorolt hatás (1) mérgezı ionok (2) a pH-csökkenése Kísérlet során egy kis tó vizének pH-értékét 8 év alatt 6,8-rıl 5,0-re csökkentették az élıvilág szegényebbé vált. (a) 5,8-es pH értéknél kipusztultak a pisztrángok fı táplálékhalai. (b) 5,4-es pH-értéknél már egyetlen halfaj sem képes szaporodni. (c) Ha a víz pH-értéke 5,4 alá csökkent, a tóban már csak lesoványodott, elvénült halak maradtak

Savas esı rongálta szobor ill. épület

Savas esıtıl elpusztult erdı (Csehország) ill.(Szudéta-hg.) a lengyel-cseh határon.

A savas esı komplex jelenség, a légszennyezés egy részterülete. A fosszilis tüzelıanyagok felhasználásának fokozódása idézte elı, s elfogyásukkal fog végleg megszőnni.

Milyen lesz az éghajlat a jövıben? • Mennyi CO2 és más üvegházhatású gáz szabadul fel? • Mennyivel nı meg a kibocsátás következtében e gázok részaránya a légkörben? • Milyen éghajlati hatásai lesznek az így bekövetkezı felhalmozódásnak, ha • számításba vesszük a természetes és az emberi eredető gyengítı és erısítı tényezıket is?

Hogyan tudjuk megakadályozni az ember okozta éghajlatváltozást? • Égessünk kevesebb szerves üzemanyagot • Az emberek lelassíthatják akár meg is állíthatják az éghajlatváltozást, amit elindítottak. De az éghajlati rendszer lassan válaszol, viszont a csökkentı kibocsátás lassítani fogja az éghajlatváltozás sebességét. • A legfontosabb dolog, amit tehetünk az éghajlatváltozás megakadályozása érdekében, az az, hogy kevesebb szerves üzemanyagot égetünk el, így kevesebb CO2 bocsátunk ki.

Hogyan tudjuk megakadályozni az ember okozta éghajlatváltozást? • Technológiai fejlesztések új energiaforrásokat adhatnak, amik a jövıben helyettesítik a szerves üzemanyagokat. Például az autók motorbenzin helyett hidrogénnel mőködhetnek. (A hidrogén motorok nem bocsátanak ki CO2-t. Azonban a hidrogén elıállításához sok energiára van szükség. Ha az energia szénbıl, olajból vagy gázból származik, akkor a CO2 kibocsátás akkora, mintha az autók továbbra is motorbenzinnel futnának.)

Az emberi tevékenység hatása a légkörre. 4. elıadás

Recommend Documents