A levegő Szerkesztette: Vizkievicz András
A levegő a Földet körülvevő gázok keveréke. • Tiszta állapotban színtelen, szagtalan. Erősen lehűtve cseppfolyósítható. • A cseppfolyós levegő világoskék folyadék, forráspontja –190 C0 körüli. • A levegő alkotja a légkört, az atmoszférát. A Föld sugara a középponttól a felszínig kb. 6370 km, e fölött helyezkedik el az ehhez képest vékony légkör. A légkör felfelé ritkulva megy át a bolygóközi térbe, külső határát nehéz meghatározni, kb. 1000 km, az össztömege a Föld tömegének csak mintegy 1 milliomod része.
Az őslégkör A földi légkör a földtörténet során jelentős változásokon ment keresztül. 1. Elsődleges anaerob, redukáló őslégkör A Föld legelső ún. őslégköre abból a gáz és porfelhőből származik, amelyből maga a bolygó is kialakult. A kialakuló Földbe meteorok, üstökösök, bolygókezdemények csapódtak be, amelyek jelentős mennyiségben hoztak magukkal gázokat is fagyott állapotban, amelyek rögtön elillantak és a légkörbe kerültek. A légkör kis molekulasúlyú anyaga a nagy diffúziósebesség miatt folyamatosan elszökött (H2, He). 2. A másodlagos anaerob, redukáló őslégkör A földfelszín lehűlése, 4,3 milliárd évvel ezelőtti megszilárdulása során alakult ki, a kőzetek gázleadása és a vulkanizmus révén kb. 4 milliárd évvel ezelőtt. Ez CO2-ból, N2-ből, H2–ből, SO2-ból, vízgőzből, NH3-ból, HCN-ból, CH4–ból, H2S-ból állt. A földtörténet e kezdeti szakaszában a szén-dioxid mennyisége jelentősen meghaladta a jelenlegi értéket (egyesek a jelenlegi tízszeresének becsülik). Ezzel szemben a légkör oxigéntartalma igen csekély volt. A szén-dioxid koncentráció csökkenésének két alapvető oka van: 1. az ősóceánok kialakulásával a széndioxid jelentős része elnyelődött, a vízben kicsapódva karbonátos kőzeteket hozott létre. 2. A fotoszintézis megjelenésével az élőlények a levegőből szén-dioxidot vettek fel. Az oxigénlégkör kialakulása Forrás: Felföldi Tamás
Az O2 két forrása: 1. UV sugárzás hatására a víz disszociációjából származó oxigén koncentrációja 2,5 milliárd éve 0,1% PAL-ig (Present Atmospheric Level) emelkedett, majd a kialakuló ózonréteg miatt a fotodisszociáció leállt. Ezt követően majd sok primitív szervezet áttér a fermentációról a légzésre.
1
Az élet kialakulása után az oxigéntermelő fotoszintézis. • Körülbelül 2,7-3 milliárd éve a H2S helyett egy újabb, az óceánokban korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló forrás, a vízmolekulák felhasználásával az ősi kékbaktrériumok az oxigéntermelő fotoszintézis folyamatát valósították meg. Az itt keletkező melléktermék, a molekuláris oxigén aztán később egy újabb anyagcseretípus megjelenését tette lehetővé, az aerob légzést. • Kb. 2 milliárd éve az oxigénszint eléri a mai 1%át. • Kb. 1,2 milliárd évvel ezelőtt oxigénszint eléri a mai 10%-át. Az ózonréteg vastagodásának köszönhetően, a szilur végén – 400 millió éve - a halálos UV sugarak elnyelése olyan mértékű, hogy az élővilág kiléphet a szárazföldre, ekkor jöttek létre az első ismert szárazföldi növénymaradványok. • A légkör oxigéntartalmának 21%-ra emelkedése 800-600 millió évvel ezelőttre tehető. • Karbon végére, 290 millió éve hatalmas vegetáció (haraszt mocsárerdők) alakult ki, nagy mennyiségű oxigén termelődik, így a légkör oxigéntartalma valószínűleg meghaladta a mai értéket. Mai aerob légkör összetétele • • • •
78 V% nitrogénből, 21 V% oxigénből, 0.9 V% nemesgázokból (főleg argonból) és 0,1 V% egyéb gázból áll: • vízgőzt, • szén-dioxidot (0,03%), • ózont, • kén-dioxidot, nitrogén-oxidokat, halogénszármazékokat, • port, stb. tartalmaz.
Nitrogén Az élőlények többsége nem tudja közvetlenül felhasználni az elemi nitrogént, kivéve a pillangós virágúak gyökérgümőiben élő heterotróf nitrogénkötő baktériumokat (rhizobium fajok). • A nitrogénkötő baktériumok először ammóniává alakítják a nitrogént, • majd a nitrifikáló baktériumok az ammóniát nitritté (nitrosomonas) és nitráttá (nitrobacter) alakítják (oxidálják), • a növények ezeket veszik fel, és nitrogén tartalmukat építik be szerves vegyületeikbe. • A növényekből N-tartalmú szerves vegyületek (fehérjék) formájában kerül a nitrogén a heterotróf élőlényekbe. • Az elpusztult élőlények szerves anyagainak a nitrogén tartalma a lebomlás során ammónia formájában kerül vissza a talajba.
2
Oxigén • •
A légkör oxigén tartalma fototróf szervezetekből származik. A lebontó folyamatokhoz (biológiai oxidáció) szükséges (a légköri O2 + a szerves vegyületek H2-tartalma vízzé oxidálódik, energiatermelés!).
Egyéb • • • • •
CO2 (0,03%), nemesgázok, vízpára, légszennyező anyagok (pl. SO2, NO2, CO, freon, stb.), por.
CO2 • • • • • • • •
Növények fotoszintéziséhez szükséges (minden autotróf élőlény képes felhasználni), szerves vegyületeket állítanak elő belőle, minden élőlény bocsát CO2-t a levegőbe (lebontó anyagcsere terméke), a légzés során keletkezik, az emberi tevékenység is termel CO2-t (ipar, közlekedés, háztartások), vulkánkitörések során is kerül a levegőbe, a talajban a szerves anyagok bomlásakor is keletkezik. Viszonylag állandó koncentrációja fontos lenne az üvegházhatás miatt. Az üvegházhatás okozói főleg a CO2, CH4, vízgőz, dinitrogén-oxid, halogéntartalmú szénhidrogének.
SO2 • •
• • •
Főleg a fosszilis energiahordozók (kőszén, szénhidrogének) égetésekor kerül a levegőbe, a levegő páratartalmával (a csapadékban oldódva) kénessavat (H2SO3) képez, amiből további oxidációval kénsav (H2SO4) keletkezik, savas esők okozója, főleg a növények klorofillját és a talajt károsítja, a talaj kémhatását savas irányba tolja, redukáló hatású. Magyarországon a lucfenyő és a kocsánytalan tölgy különösen érzékeny a savas esőre. SO2-re érzékeny indikátor élőlények a zuzmók.
Nitrogén-oxidok NO, N2O, NO2, N2O3 • •
Fosszilis energiahordozók égetésekor kerül a levegőbe, fő forrása a közlekedés, a csapadékban oldódva savakká (salétromossav, HNO2, salétromsav, HNO3) alakulnak (savas esők). 3
Halogéntartalmú szénhidrogének • • •
Régen hűtőkben, dezodorokban használták. Felelősek az ózonpajzs elvékonyodásáért pl. freon (CF2Cl2). Üvegházhatású gázok.
Szilárd lebegő szennyeződések Por • • •
Mikroszkopikus méretű szemcsék (1-500 μm), szabad szemmel nem láthatóak, 1 μm alatt aeroszol (kolloid mérettartomány), nem, vagy alig ülepednek ki.
Természetes és emberi tevékenység hatására kerülnek a légkörbe, felületükön káros anyagok kötődhetnek meg, főleg benzinégéstermékek, kátrány, aromás vegyületek (rákkeltő hatás).
Korom •
Az aeroszol mérettartományba eső, tüzelőanyagok tökéletlen égésekor visszamaradó, magas széntartalmú anyag, a füst szilárd komponense.
Pernye •
Aeroszol mérettartományú éghetetlen hamu.
fémoxidok,
ill. szilikátok,
Szmog • • •
Füstköd, ha a levegőben lévő légszennyező anyagok koncentrációja elér és meghalad egy bizonyos határértéket, ezt az értéket elérve valamelyik levegő összetevő egészségkárosító hatású (légúti problémák, asztma, tüdőödéma, nyálkahártya irritáció).
Két típus: 1. Téli: London-típus (redukáló szmog) Kialakulásának feltételei: • szélcsendes időjárás, • magas légnyomás, • magas relatív páratartalom, • -3 – +5 °C közötti hőmérséklet, tüzelőanyagok nagymértékű • fosszilis felhasználásakor, • összetevői: CO, kén-dioxid, por, korom.
4
2. Nyári: Los Angeles-típus, fotokémiai szmog (oxidatív szmog) Kialakulásának feltételei: • erős napsugárzás (UV-sugárzás), • 25-35 Co, • alacsony páratartalom, • közlekedés által kibocsátott szennyezések (NOx, szénhidrogének, CO) gyenge légmozgás, • UV hatására ózon, nitrogén oxidok, hidrogénperoxid, szabadgyökök keletkeznek. Szmogriadó • • • • •
Intézkedési rendszer, önkényesen megállapított határértékek alapján, ha a káros anyagok mennyiségének az értéke közelíti, vagy eléri a megadott határértéket, hatására csökken a légszennyező anyagok kibocsátásának mértéke, közlekedés, ipari tevékenység, fűtés többlépcsős korlátozása.
Az ózon Az ózon O3 egy három oxigénatomból álló instabil molekula. Az ózon a légkör 20-30 km magasságában köpenyszerűen veszi körül a földet, hőmérséklete eléri a 60 Celsius-fokot. A földi élet számára rendkívül fontos, mert kiszűri az UV sugarak legnagyobb részét. Ultraibolya sugárzásnak nevezzük a 100 nanométer (nm) és 400 nm közé eső hullámhosszúságú sugárzásokat (UV-C (100 nm-280 nm), UV-B (280 nm-320 nm) és UV-A (320 nm-400 nm)).
Az ózon védő szerepe kettős: • egyrészt az ózonképző folyamatokhoz UVsugárzás kell, s emiatt e tartomány energiája felemésztődik az "ózongyártásban", • másrészt maga az ózon elnyeli (abszorbeálja) az UV-B-sugárzás döntő hányadát. A légkörben található ózon mennyisége az utóbbi néhány évtizedben helyenként eltérő mértékben folyamatosan csökken. A legnagyobb mértékű csökkenést a Déli-sark környezetében mérték. Az ózonréteg vékonyodásáért a légkörbe került halogéntartalmú szénhidrogének, főleg freonok tehetők felelőssé. Ezek a vegyületek felhalmozódva még 50-100 évig lesznek jelen, károsítva az ózonréteget.
5
A levegőszennyezéssel kapcsolatos fogalmak Emisszió, kibocsátás: valamely környezethasználatból származó zaj, rezgés, sugárzás, szennyező anyag kibocsátás. Transzmisszió: valamely levegőszennyező anyag, energia továbbterjedése, elszállítódása. Ülepedés: Azt a folyamatot, ami a kémiai alkotóelemeket a légkörből a földfelszínre viszi, ülepedésnek nevezzük. Ilyen folyamat • a csapadékhullás (nedves ülepedés, például eső vagy köd), • valamint részecske ülepedés (száraz ülepedés). • Amikor a savas alkotóelemek kerülnek ki a talajra, akkor azt savas ülepedésnek nevezzük. Határérték: A környezethasználat jogilag (egészségügyileg) elfogadható felső határa. A határértékek leggyakoribb fajtája a kibocsátási vagy emissziós határérték, melyet az érintett környezeti elem vonatkozásában a terhelő hatások, illetve szennyező anyagok fajtáira állapítanak meg (szennyvíznél pl. víz ólomtartalmára töménységben g/m3, zajhatásnál decibelben, stb.). Dízelautók emissziós határértékei az EU-ban: A savas eső • • •
pH-ja mindig kisebb, mint 7. A tiszta esővíz kémhatása a légköri szén-dioxid miatt pH 5,6 körüli értékre csökken: 2H2O + CO2 H3O+ + HCO3– a kisebb pH-jú esőt nevezik savas esőnek (4,5).
Oka: • Kén-dioxid (SO2), kis mennyiségű ként tartalmazó szén és olaj égetéséből származik, a vízzel kénessavat (H2SO3) alkot. • Nitrogén-oxidok, a belső égésű motorok gyújtásakor keletkezik a levegő nitrogénjéből, vízzel salétromsavvá alakulnak. • Halogéntartalmú (Cl) szénhidrogének égetésekor sósav képződik. Hatásai: • Talaj savasodása, • talajok fémtartalmának – Al - kioldódása a természetes vizekbe, ill. a táplálékláncba kerülése, • természetes vizek pH-jának csökkenése, plankton és az erre épülő tápláléklánc megváltozása. • Fenyőerdők, tölgyesek pusztulása. • Az épületek és szobrok károsodása. Leggyakoribb formája a mészkő mállása. CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O • Fémből készült építmények – hidak, vasutak – korróziója.
6
