Atmosféra a klima První Nobelovy ceny v historii za životní prost edí íjen 1995: zten ování ozónové vrstvy - chemie atmosféry Paul Crutzen: Max-Planck-Inst. Mainz (D) Mario Molina: MIT - USA F. Sherwood Rowland: U. Calif. Irvine USA
Atmosféra a klima A = plynný obal Zem (i jiných planet) Vertikální len ní (dle teploty): troposféra (cca do 8-15 km) tropopauza stratosféra (cca do 50-55 km) stratopauza mesosféra (cca do 80-90 km) mesopausa termosféra (cca do 400 km) termopauza exosféra (nad 400 km) (d lení i z jiných hledisek - podle chemických vlastností, kinetických d j atp.)
Složení atmosféry N - 78% O - 21% Ar < 1% H2O < 0.1% (v tropech více) CO2 - 0.035% (0.026%) CH4 - 0.00017% (0.00007 - 8%) N2O - 0.000031% (0.0000285%) SO2 - 0.000005% (0.00000003%) (CFC <<<) další p ím si: prach, pyly, mikrobi, spory ...
Skleníkový jev Zá ení emitované ze Zem odpovídá teplot absolutn erného t lesa 6°C. Skute nost je ale asi +15°C. Rozdíl je asi 21°C. Zá ení musí být na cest do vesmíru n kde „zachyceno“. Mezi typem zá ení a množstvím energie na Zemi dopadajícím a vyza ovaným do prostoru jsou rozdíly; Krátkovlnné sv telné zá ení Slunce vesm s prochází, dlouhovlnné tepelné zá ení Zem je vesm s pohlcováno atmosférou; Dlouhovlnné zá ení Zem pohlcují tzv. radia n aktivní (RA), neboli skleníkové plyny. Udržování teplotní rovnováhy na Zemi je velmi komplikovaný proces, který se m ní s režimem dne a noci, ro ních období a se zem pisnou polohou.
Skleníkový efekt Podíl na p irozeném skleníkovém efektu (na oh evu atmosféry): H2O (vodní pára) CO2 p ízemní ozón N2O Metan ostatní plyny -
62% 22% 7% 4% 2,5% 2,5%
Skleníkový efekt Podíl na zesílení skleníkového efektu: oxid uhli itý metan oxid dusný halogen. uhlovodíky
55% 15% 6% 24%
Klimatická zm na
Klimatická zm na - následky Zm na srážkového režimu – Sucha – Povodn Tání ledovc – Zaplavení pob ežních oblastí – Nedostatek energie (vodní el.) Ší ení infekcí a parazit St hování „národ “
N které základní zdroje informací: http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/greenhouse/ http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7h.html
OZON rozložení v atmosfé e: 90% stratosféra 10% troposféra maximum: (3/4 objemu) v 15-25km koncentrace: 5x1012 molekul/1cm3 (25km) celkový objem: vrstva 3 mm (3000 mil. t) DU - Dobsonova jednotka 100 DU = „sloupec O3 výšky 1mm“
Stratosférický ozon = ozonová „vrstva“ (o. štít Zem )
UV zá ení
typ
vln. délka (nm) škodlivost
pohlcení v atmosfé e
UV-A
320 - 400
neškodné
málo
UV-B
280 - 320
letální
siln
UV-C
180 - 280
letální
zcela
Ozon na Zemi
Fotochemické reakce Ve stratosfé e UV (C) 180-240nm
O2 O2 + O
O+O O3
UV (B) 200-320nm
O3
O2 + O
"NEBEZPE NÉ REAKCE" ve stratosfé e ClO + O2 Cl + O3 O + ClO Cl + O2 -----------------------------------O + O3 2O2
"NEBEZPE NÉ REAKCE" N2O N2 + O (97%) N2O + O 2NO (3%) NO2 + O2 NO + O3 NO2 + O NO + O2 --------------------------------2O2 O + O3
Atmosféra a klima Známé freony (F) a halony (H) a další uhlovodíky s negativními vlivy na ozonosféru Sumární vzorec ozna ení setrvání v atm. (r.) CFCl3 CFC-11 75-76,5 CF2Cl2 CFC-12 110-139 CFC-22 14-22 CHF2Cl CF2Cl-CFCl2 CFC-113 90-92 CFC-114 185 CF2CL-CF2Cl CF3-CF2Cl CFC-115 380 H-1211 12-25 CF2ClBr CF3Br H-1301 101-110 tetrachlormetan 50-67 CCl4 CCl3-CH3 metylchloroform 6,5-8,5
Stratosférický ozón: zdroje http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/index.html http://www.theozonehole.com/ozoneholehist ory.htm
Mezinárodní dohody - ozon Víde ská dohoda: 22.5. 1985 rámcová dohoda o ochran ozónové vrstvy - p istoupilo 21 stát Montrealský protokol: 16.9. 1987 stanovuje konkrétní velikost redukce výroby a spot eby halogenovaných uhlovodík - p istoupilo 24 stát . Vstupuje v platnost 1.1 1989. Londýnská konference signatá MP (27.-29.6.1990): 1990 (p ipojení SFR). Revize p ijatých opat ení. P edpokládaná redukce v užívání vzhledem k r. 1985 by m la být: CFC - 20% v 1993; 50% v 1995; 85% v r. 1997 halony - 50% v 1995 Po r. 2000 užívání pouze v p ípadech, kdy není jiná alternativa, ne déle než do r. 2040 Koda ský dodatek k MP (1992)
Zne išt ní ovzduší sekvence událostí skládající se z: emise (exhalovaná látka – SO2, NO, VOC, PAU, aerosol ...) transport (vítr, mraky) transformace (reakce v atmosfé e > imise) depozice (p da, voda, rostliny, tkán , stavby) expozice ( lov k, živo ichové, rostliny) efekt (koroze, degradace, ekotoxicita, morbidita mortalita ...) sink/propad („neutralizace“ škodliviny)
Zne iš ování ovzduší - smog •S M O G (smoke + fog) 1) reduk ní (londýnský, zimní) Vznik: inverzní situace (mlha) + spalování pevných paliv s vysokým obsahem popelovin a síry Skladba: aerosol (popílek, saze), SO2,CO Vliv na zdraví: dýchací a srde ní potíže (bronchitidy, astma, arytmie...) Vliv na p írodu: acidifikace Vliv na materiály: degradace stavebních materiál , koroze, poškozování kulturních památek
Zne iš ování ovzduší - smog 2) fotochemický (losangelský, letní) Vznik: intenzivní slune ní svit, teplé po así, UV zá ení p sobí na exhalované plyny ze spalovacích motor vozidel (NO, NO2, VOC) Skladba: NOx, O3, PAU (BaP), PAN, CO, áste ky sazí < 1 m (klí ová škodlivina - troposférický ozón) Vliv na zdraví: respira ní potíže, drážd ní sliznic, rohovky a spojivek oka, kancerogenita (benzo-a-pyren a další PAU) Vliv na vegetaci: útlum fotosyntézy, poškození tkání, (škody na úrod ) ... (ozón !) Vliv na materiály: degradace plast , oxidace kov ...
Zne iš ování ovzduší Vznik ozónu p i letním smogu NO2 + hν NO + O O3 + M O + O2 + M NO + O3 NO2 + O2 (produkce a spot eba O3 je v rovnováze)
Zne iš ování ovzduší RCH3 + OH RCH2 + H2O RCH2O2 RCH2 + O2 RCH2O2 + NO RCH2O + NO2 RCH2O + O2 RCHO + HO2 HO2 + NO OH + NO2 2NO2 + hν 2NO + 2O 2O + 2O2 2O3 RCH3 + 4O2
RCHO + 2O3 + H2O
(oxidace NO peroxidy, „konkurence“ O3)
Zne iš ování ovzduší - acidifikace Kyselá atmosférická depozice: mokrá (plyny rozp. ve srážkové vod ) suchá (plyny obsažené ve vzduchu, aerosol) Mokrá kyselá depozice = "kyselé dešt " (+ námraza, sníh, jinovatka, rosa ...) „norma“ .... pH ~ 5,6 (CO2 - 340ppm)
Zne iš ování ovzduší - acidifikace SO2 + O3 SO3 + O2 SO3 + H2O H2SO4 SO2 + 2OH. H2SO4 NO + O3 NO2 + O2 2NO2 + O3 + H2O 2HNO3 + O2 NO2 + OH. HNO3 (OH. radikál vzniká fotolýzou H2O) Oxidace NH3 : HNO3 + H2O NH3 + 2O2
Zne iš ování ovzduší - acidifikace P í iny: produkce plynných exhalací SO2 a NOx ze spalovacích proces (neodsí ené uhelné elektrárny, lokální topeništ , automobilová doprava atd.) Následky: • ohrožení les mírného pásu (Evropa, USA d íve, nyní Asie ...) • acidifikace jezer a tok (ohrožení života ryb a planktonu a dalších organism ) • degradace p dy (ohrožení edafonu, zm na chemismu) • ve m stech ohrožení památek
P ehled polutant • oxid si i itý: mikrobiální procesy, vulkanická aktivita, rozst ikování mo ské vody, spalování fosilních paliv, tavení kov , výroba kyseliny sírové • oxidy dusíku (NOx - NO, NO2, N2O): blesky, lesní požáry, vulkanická aktivita, mikrobiální procesy, spalovací procesy, pohon motor na ropné produkty, zem d lství (hnojení N) • oxid uhelnatý: p irozené požáry, spalovací procesy (nedokonalé spalování) • amoniak: mikrobiální procesy, chov dobytka •organické (t kavé) látky: lesy (vegetace), chemický pr mysl (VOC ...), doprava (VOC)
P ehled polutant • radioaktivita: Rn (emanace), Sr, Ra, Pu ... (JE, at.
zbran , výzkum léka ství)
• teplota: spalování, chlazení • mechanické vln ní: hluk, vibrace • ostatní: infek ní organismy
P ehled polutant • aerosol („prach“) - tuhé a kapalné ástice - r zného složení a p vodu: horniny, p da, pyly, mo e, vulkanická aktivita, pr mysl (PAU, t žké kovy ...), doprava (PAU, saze, pryž, resuspenze ...), spalovací procesy (popílky, saze, PAU ...) vliv na zdraví: inhalovatelné thorakální respirabilní - tracheobronchiální - alveolární
(< 20-30µm) (10 µm, PM10) (2,5 µm, PM2,5) (pod 1 µm, PM1)
Zne išt ní ovzduší uvnit - zdroje • venkovní ovzduší (pr nik aerosolu/plyn št rbinami, v tráním ...) • obyvatelé / zp sob života (pohyb, osobní hygiena, kou ení, pracovní a technologická káze ...) • innost (va ení, výroba, úklid ...) • stavební materiál (zdi, nát ry, malby, okna, p epážky, podlahy ...) • vybavení (nábytek, koberce, klimatizace, spot ebi e ...) • ostatní látky ( istící, úklidové, konzerva ní prost edky, tmely, lepidla, laky, impregnace ...)
Zne išt ní ovzduší uvnit • tabákový kou (tisíce látek, PAU – polyaromatické uhlovodíky, Cd ...) • alergeny (mikrobi, plísn , rozto i, chlupy, pe í ...) • NOx (topení, va ení, oh ev vody) • CO (topení pevnými palivy, kou ení) • Rn (emanace a stavebniny) • formaldehyd (d evovláknité desky, domácí „chemie“) • asbest (t sn ní, stavebniny) • VOC – volatile organic compounds (t kavá rozpoušt dla) • zplodiny z p ípravy pokrm • hluk (efekty: toxické, karcinogenní, mutagenní, alergenní, dráždivé, infek ní ... )
