A levegı Szerkesztette: Vizkievicz András
A levegı a Földet körülvevı gázok keveréke. Tiszta állapotban színtelen, szagtalan. Erısen lehőtve cseppfolyósítható. A cseppfolyós levegı világoskék folyadék, hımérséklete –190 C0 körüli. A levegı 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, külsı határát nehéz meghatározni, kb. 1000 km, az össztömege a Föld tömegének csak mintegy 1 milliomod része.
A földi légkör a földtörténet során jelentıs változásokon ment keresztül. A Föld legelsı ún. ıslégköre abból a gáz és porfelhıbıl származik, amelybıl maga a bolygó is kialakult. A kialakuló Földbe 4 milliárd évvel korábban meteorok, üstökösök, bolygókezdemények csapódtak be, amelyek jelentıs mennyiségben hoztak magukkal gázokat is fagyott állapotban, amelyek rögtön elillantak és a légkörbe kerültek. A légkör anyaga folyamatosan elszökött, ami annál valószínőbb, minél kisebb a gáz molekulasúlya (hidrogén és a hélium) illetve minél nagyobb a napszél elsodró hatása. Az ún. másodlagos légkör a földfelszín lehőlése, megszilárdulása során alakult ki a kızetek gázleadása és a vulkanizmus révén kb. 3.6 milliárd évvel ezelıtt. Ez CO2bıl, N2-bıl, H2–bıl, SO2-bıl, vízgızbıl állt. Amikor a hımérséklet elérte a 100°C-ot, megkezdıdhetett a vízgız cseppfolyósodása, és a Föld felszínén megindult az óceánvizek kialakulása. A földtörténet e kezdeti szakaszában (3 milliárd éve) a szén-dioxid mennyisége jelentısen meghaladta a jelenlegi értéket (egyesek a jelenlegi tízszeresének becsülik).
1
Ezzel szemben a légkör oxigéntartalma igen csekély volt (a jelenlegi kb. 1/1000 része) A szén-dioxid koncentráció csökkenésének két alapvetı oka van: 1. az ısóceánok kialakulásával a széndioxid jelentıs része elnyelıdött, a vízben kicsapódva karbonátos kızeteket hozott létre, 2. A fotoszintézis megjelenésével az élılények a levegıbıl szén-dioxidot vettek fel. Az oxigénlégkör kialakulása Az O2 két forrása: 1. UV sugárzás hatására a víz disszociációjából • 0,1% PAL-ig Urey-szint (=present atmospheric level); itt a kialakuló ózonréteg miatt a fotodisszociáció leáll (4,4 és 3,6 milliárd év között) • 10-13 m magas vízoszlop alatt megjelentek az élet elsı képviselıi 2. Az élet kialakulása után a fotoszintézis • Kb. 2,7 milliárd éve. A kialakult kékmoszatok fotoszintézise tovább fokozza az oxigén mennyiségét. Az oxigénszint eléri a mai 1%-át • Kb. 420 millió évvel ezelıtt /szilur/ oxigénszint eléri a mai 10%-át. Kialakul az ózonréteg, a szilur végén a halálos UV sugarak elnyelése olyan mértékő, hogy az élıvilág kiléphet a szárazföldre; elsı ismert szárazföldi növénymaradványok • Devon: haraszterdık elterjedése • Karbon végére: hatalmas vegetáció (mocsárerdık) nagy mennyiségő oxigén termelése • A karbon végére (290-300 millió éve) a légkör oxigéntartalma elérte, sıt valószínőleg meghaladta a mai értéket
Összetétel A mai légkör • 78 V % nitrogénbıl, • 21 V % oxigénbıl, • 0.9 V% nemesgázokból (fıleg argonból) és • 0,1% egyéb gázból áll. (vízgızt, szén-dioxidot, ózon, kén-dioxidot, nitrogén-oxidokat, port, stb. tartalmaz). 2
Nitrogén (78 V%) • • • •
Az élılények nem tudják közvetlenül felhasználni, kivéve a nitrogénkötı baktériumokat (rhizobium fajok), akik ammóniává alakítják a nitrogént, a nitrifikáló baktériumok az ammónát nitritté (nitrosomonas) és nitráttá (nitrobacter) alakítják, a növények ezeket veszik fel, és nitrogén tartalmukat építik be szerves vegyületeikbe. A növényekbıl N-tartalmú szerves vegyületek (fehérjék) formájában kerül a nitrogén a heterotróf élılényekbe.
Oxigén (21V%) • •
A légkör oxigén tartalma fototróf szervezetekbıl származik (2,5 milliárd éve kezdték termelni ısi kékbaktériumok) a lebontó folyamatokhoz (biológiai oxidácó) szükséges (a légköri O2 + a szerves vegyületek H2-tartalma vízzé oxidálódik, energiatermelés!)
Egyéb • • • • •
CO2 (0,03 V%) nemesgázok vízpára légszennyezı anyagok (pl. SO2, NO2, CO, freon, stb.) por
CO2 • • • • • • •
Növények fotoszintéziséhez szükséges (minden autotróf képes felhasználni), szerves vegyületeket állítanak elı belıle, minden élılény bocsát CO2-t a levegıbe (lebontó anyagcsere terméke), a légzés során keletkezik, az emberi tevékenység is termel CO2-t (ipar, közlekedés, háztartások), vulkánkitörtések során is kerül a levegıbe, viszonylag állandó koncentrációja fontos az üvegházhatás miatt, az üvegházhatás okozói fıleg a CO2, CH4, vízgız, dinitrogén-oxid, halogéntartalmú szénhidrogének.
3
SO2 • • • • •
Fıleg a fosszilis energiahordozók (kıszén, szénhidrogének) égetésekor kerül a levegıbe, a levegı páratartalmával (a csapadékban oldódva) kénessavat (H2SO3) képez, amibıl további oxidációval kénsav (H2SO4) keletkezik,savas esık okozója, fıleg a növények klorofillját és a talajt károsítja redukáló hatású, kémhatását savas irányba tolja. Magyarországon a lucfenyı és a kocsánytalan tölgy különösen érzékeny a savas esıre. SO2-re érzékeny indikátor élılények a zuzmók.
Nitrogén-oxidok: NO, N2O, NO2, N2O3 • •
Fosszilis energiahordozók, égetésekor kerül a levegıbe, a csapadékban oldódva savakká (salétromossav, salétromsav, HNO2, HNO3) alakulnak (savas esık).
Halogéntartalmú szénhidrogének • •
Felelısek az ózonpajzs elvékonyodásáért pl. freon (CF2Cl2). Üvegházhatású gázok.
Szilárd lebegı szennyezıdések Por • • • •
Mikroszkopikus mérető szemcsék (1-500 µm között), szabad szemmel nem láthatóak, 1 µm (1000 nm) alatt aeroszol (kolloid mérettartomány), nem vagy alig ülepednek ki. természetes és emberi tevékenység hatására kerül a légkörbe, felületükön káros anyagok kötıdhetnek meg, fıleg benzin-égéstermékek kátrány, aromás vegyületek (rákkeltı hatás),
4
Korom •
Az aeroszol mérettartományba esı, tüzelıanyagok tökéletlen égésekor visszamaradó, magas széntartalmú anyag, a füst szilárd komponense.
Pernye •
Aeroszol mérettartományú éghetetlen hamu, amelyek fı alkotói különféle fémoxidok ill. szilikátok.
Szmog • • •
Füstköd, ha a levegıben lévı légszennyezı anyagok koncentrációja elér és meghalad egy bizonyos határértéket, ezt az értéket elérve valamelyik levegı összetevı egészségkárosító hatású (légúti problémák, asztma, tüdıödéma, nyálkahártya irritáció)
Két típus: 1. Téli: London-típus (redukáló szmog) Kialakulásának feltételei: • szélcsendes idıjárás, • magas légnyomás, • magas relatív páratartalom, • -3 – +5 °C közötti h ımérséklet, • fosszilis tüzelıanyagok nagymértékő felhasználásakor, • CO, kén-dioxid, por, korom.
5
2. Nyári: Los Angeles-típus, fotokémiai szmog (oxidatív szmog) Kialakulásának feltételei: • erıs napsugárzás (UV-sugárzás) • 25-35 Co • alacsony páratartalom • közlekedés által kibocsátott szennyezések (NOx, szénhidrogének, CO) • gyenge légmozgás • UV hatására ózon, nitrogén oxidok, hidrogén-peroxid, szabadgyökök keletkeznek. • Nyálkahártya irritáció, légúti gyulladás
Mexikóváros, Athén, Tokió felett a kétféle típus együtt
Szmogriadó • • • • •
Intézkedési rendszer, önkényesen megállapított határértékek, ha a káros anyagok mennyiségének az értéke közelíti, vagy eléri a megadott határértéket, hatására csökken a légszennyezı anyagok kibocsátásának mértéke, közlekedés, ipari tevékenység, főtés többlépcsıs korlátozása
6
Az ózon Az ózon (O3) egy három oxigénatomból álló instabil molekula. Az ózon a légkör 2030 km magasságában köpenyszerően veszi körül a földet, hımérséklete eléri a 60 Celsius-fokot.
A földi élet számára rendkívül fontos, mert kiszőri az UV sugarak legnagyobb részét. Ultraibolya sugárzásnak nevezzük a 100 nanométer (nm) és 400 nm közé esı hullámhosszúságú sugárzásokat. (UV-C (100 nm-280 nm), UV-B (280 nm-320 nm) és UVA (320 nm-400 nm))
Az ózon védı szerepe kettıs: • egyrészt az ózonképzı folyamatokhoz UV-sugárzás kell, s emiatt e tartomány energiája felemésztıdik az "ózongyártásban". • másrészt maga az ózon elnyeli (abszorbeálja) az UV-B-sugárzás döntı hányadát. A légkörben található ózon mennyisége az utóbbi néhány évtizedben helyenként eltérı mértékben folyamatosan csökken. A legnagyobb mértékő csökkenést a Délisark környezetében mérték. Az ózonréteg vékonyodását illetıen többféle elképzelés van forgalomban: Leginkább elfogadott nézet szerint, a légkörbe került halogéntartalmú szénhidrogének fıleg freonok, ill. a belılük felszabaduló klór és az abból kialakuló klór-monoxid, tehetık felelıssé. Ezek a vegyületek felhalmozódva még 50-100 évig lesznek jelen károsítva az ózonréteget.
7
