Chemie životního prostředí III Atmosféra (07) Ozon v atmosféře

Centre of Excellence

Chemie životního prostředí III Atmosféra (07) Ozon v atmosféře Ivan Holoubek

RECETOX, Masaryk University, Brno, CR [email protected]; http://recetox.muni.cz

Ozonová vrstva

Research Centre for Environmental Chemistry and Ecotoxicology http://recetox.muni.cz

2

Ozon


3

Stratosférický ozon


4

Stratosférický ozon


5

Atmosféra – vznik a zánik ozonu


6

Reakce a obsah ozonu v atmosféře


7

Obsah ozonu v atmosféře Množství ozonu v atmosféře vyjadřujeme také pomoci Dobsonových jednotek (Dobson Unit, DU) – 100 DU odpovídá vrstvě ozónu o tloušťce 1 mm


8

Narušování ozonové vrstvy


9

Rozklad stratosférické ozonové vrstvy


10

Atmosférická chemie ozonu


11

Atmosféra – ozon a katalytické cykly NOx


12

Cyklus destrukce ozonu 1


13

Cykly destrukce ozonu 2 a 3


14

Atmosféra – rozklad freonů


15

Atmosféra – fotochemie halogenů


16

Atmosférická degradace freonů a halonů


17

Freony - Chlorofluorouhlovodíky – CFC (chlorofluorocarbons) Likvidace ozonové vrstvy – Sherwood a Molina 1974 1974 vyprodukováno 800 000 t 1986 více než 1 000 000 t 1987 – dohoda o ukončení výroby do roku 1994, rozvojové země do roku 2010 (Montrealský protokol) 1991 – maximální koncentrace methylchloroformu, dále klesání


18

Atmosférické poločasy života a potenciály narušovaní ozonové vrstvy a globálního oteplování vybraných látek


19

Freony a stratosférický ozon


20

Freony a stratosférický ozon


21

Primární zdroje chloru a bromu ve stratosféře pro rok 1999


22

Úbytek stratosférického ozonu během období XI/1978 – XI/1987


23

Měření ozonu v atmosféře


24

Stratosférický ozon 30. září 1992


25

Pohyb ozonové díry 1980 - 1997


26

Teorie ozonové díry


27



28



29



30

Teorie ozonové díry As temperatures in the lower stratosphere cools below 80'C, Polar Stratospheric Clouds (PSC's) start to form. In the area over Antarctica, there are stratospheric cloud ice particles that are not present at warmer latitudes. Reactions occur on the surface of the ice particles that accelerate the ozone destruction caused by stratospheric chlorine. Polar regions get a much larger variation in sunlight than anywhere else, and during the 3 months of winter spend most of time in the dark without solar radiation. Temperatures hover around or below -80'C for much of the winter and the extremely low Antarctic temperatures cause cloud formation in the relatively ''dry''stratosphere. These Polar Stratospheric Clouds (PSC's) are composed of ice crystals that provide the surface for a multitude of reactions, many of which speed the degradation of ozone molecules. This phenomenon has caused documented decreases in ozone concentrations over Antarctica. Research Centre for Environmental Chemistry and Ecotoxicology http://recetox.muni.cz

31



32

Rozklad ozonu


33

Stratosférické plynné halogeny


34

Generalizovaný mechanismus atmosférické degradace pro CX3CYZH (X = H, Cl nebo F; Y = Cl; Z = H, Cl nebo F) CX3CYZH hν

O1(D) .

OH, O(1D)

CX3C.ZH (Y=Cl)

CX3C.YZ

CX3C.ZH + Y (Y=Cl)

O2 HO2.

CX3CYZOOH

NO2

CX3CYZO2

.

CX3CYZO2NO2

OH

hν NO

CX3CYZONO

NO

hν

hν

NO

CX3CYZO

CX3CYZONO hν

CX3. + CYZO

O2

- Cl. (Z=Cl)

CX3CYO + HO2. (Z=H)


35



36



37

Měření chlorových plynů v atmosféře


38

Základní kroky rozkladu stratosférického ozonu


39

Satelitní pozorování ve spodní stratosféře


40

Budoucí vulkanické erupce mohou způsobovat ozonovou díru nad Arktikou


41

Ozonová vrstva a působení UV záření


42

Ochrana před dopadajícím slunečním zářením


43

Ochrana před dopadajícím slunečním zářením


44

Ozonová vrstva a působení UV záření


45

Možné vlivy UV-B radiace na rostlinné procesy a na fytoplankton


46

Možné vlivy UV-B radiace na rostlinné procesy a na fytoplankton


47

Možné důsledky zvýšené UV-B radiace v zemědělském, lesním a lučním ekosystému


48

Air Quality Index (AQI): Ozone Index Values

Levels of Health Concern

Cautionary Statements

0-50

Good

None

51-100*

Moderate

Unusually sensitive people should consider limiting prolonged outdoor exertion.

Unhealthy for Sensitive Groups

Active children and adults, and people with respiratory disease, such as asthma, should limit prolonged outdoor exertion.

Unhealthy

Active children and adults, and people with respiratory disease, such as asthma, should avoid prolonged outdoor exertion; everyone else, especially children, should limit prolonged outdoor exertion.

201 - 300

Very Unhealthy

Active children and adults, and people with respiratory disease, such as asthma, should avoid all outdoor exertion; everyone else, especially children, should limit outdoor exertion.

301 - 500

Hazardous

Everyone should avoid all outdoor exertion.

101-150

151-200


49

Možné dopady UV radiace


50

Možné dopady UV radiace


51

Předpokládané dopady opatření mezinárodních protokolů


52

Efekt Montrealského protokolu


53

Minulý a budoucí význam atmosférických halogenových plynů


54


55

Vznik ozonu v přízemních vrstvách atmosféry V menším množství: ª

Fotolýza kyslíku

ª

Klesání ze stratosféry (vyšší měrná hmotnost) – 10 – 15 % celkového množství

Dominantně: ª

Fotolýza NO2: NO2 + hν → NO + O O

+ O 2 → O3

NO + O3 → NO2 + O2 NO2 + O2 ' NO + O3 Research Centre for Environmental Chemistry and Ecotoxicology http://recetox.muni.cz

56

Vznik ozonu v přízemních vrstvách atmosféry ª

Fotolýza těkavých uhlovodíků (VOCs) – C6 alkány, aldehydy, ketony, různé estery, chlorované uhlovodíky (výfukové plyny spalovacích motorů, emise z různých chemických výrob, čistící prostředky, rozpouštědla).

V znik ozonu jako vedlejšího produktu při fotoaktivaci aldehydů: RCHO + hν → RCHO* RCHO* + O2 → RCO3H RCO3H + O2 → RCOOH + O3 RCHO + 2 O2 → RCOOH + O3 Research Centre for Environmental Chemistry and Ecotoxicology http://recetox.muni.cz

57

Vznik ozonu v přízemních vrstvách atmosféry Výsledná koncentrace ozonu v přízemní vrstvě závisí na: ª

koncentraci jednotlivých znečišťujících látek v ovzduší

ª

na vzájemném poměru jejich koncentrací

ª

fyzikálně-chemických podmínkách: - intenzita slunečního záření - teplota vzduchu - obsah vody - obsah oxiradikálů .OH a HO2.


58

Vznik ozonu v přízemních vrstvách atmosféry Dominantní a základní krok pro vznik přízemního ozonu je uvedená fotolýza NO2: NO2 + O2 ' NO + O3 Zpětná reakce – oxidace NO může probíhat i pomocí dalších látek – O2, oxiradikály, organické radikály, řada VOCs. Letní smogové situace – značný vzestup koncentrace O3 a pokles koncentrace NO2y Úbytek koncentrace NO2 může být způsoben řadou reakcí: -

reakce s oxiradikály na HNO3: NO2 + OHy → HNO3 Research Centre for Environmental Chemistry and Ecotoxicology http://recetox.muni.cz

59

Vznik ozonu v přízemních vrstvách atmosféry ª

za přebytku O3 a v přítomnosti vodní páry vzniká z NO2 HNO3: 2 NO2 + O3 → N2O5 + O2 N2O5 + H2O → 2 HNO3

ª

NO2 reaguje s fotodisociovanými uhlovodíky za vzniku peroxyacylnitrátů (PANs): RCHO + hν → RCOy + Hy - fotodisociace aldehydů

RCOy + O2 → RC(=O)OOy - tvorba peroxyacylových radikálů RC(=O)OOy + NO2 → RC(=O)OONO2 - tvorba peroacylnitrátů Research Centre for Environmental Chemistry and Ecotoxicology http://recetox.muni.cz

60

Chemie životního prostředí III Atmosféra (07) Ozon v atmosféře

Recommend Documents