JÓTÉKONY ÉS KÁROS AEROSZOL RÉSZECSKÉK A LEVEGŐBEN SALMA Imre ELTE Kémiai Intézet URL: www.salma.elte.hu
SZENNYEZETT LEVEGŐKÖRNYEZETBEN ÉLŐ SZEMÉLYEK SZÁMA 2007. ÉVBEN
AZ AEROSZOL • a levegő kolloid rendszere: levegő + diszpergált szilárd és folyékony részecskék • effektív átmérő: ≈ 3 nm és 100 μm között • példák: por, füst, köd, pára, permet, szmog, vírusok, baktériumok, algák, spórák, virágpor • természetes forrás: felszín aprózódása, felvert por, erdőtüzek, gázok reakciói antropogén: ipar, közúti közlekedés (+reszuszpenzió), hulladékégetés, közvetlen emisszió
2
2 4 3 CH4
W
/m
CFC
CO2 O3 2
+15 -19ooC C
/m W 5 23
N 2O
H 2O
235 W/m2
AZ AEROSZOL KÖZVETLEN ÉGHAJLATI HATÁSA
KÖHLERGÖRBÉK
AZ AEROSZOL ÉS A PLANETÁRIS ALBEDÓ
A KÖHLER-MODELL
⎛ 4 M wσ ⎞ pw ( D ) ⎟⎟ = aw exp⎜⎜ 0 p ⎝ RTρ w D ⎠
⎛ Φ ν ns ⎞ ⎟⎟ aw = γ w xw = exp⎜⎜ − nw ⎠ ⎝
Kelvin-tag
Raoult-tag
ρw = Mw/Vw és ns = Vs ρs /Ms
AZ AEROSZOL VIZES EXTRAKTUMA ÉS A HUMUSSZERŰ ANYAG
A HULIS-OLDATCSEPP FELÜLETI FESZÜLTSÉGÉNEK VÁLTOZÁSA 75
Felületi feszültség [mN/m]
víz 43.7 mg/l 87.0 mg/l 177 mg/l 358 mg/l 543 mg/l 818 mg/l 1 023 mg/l
70
65
60
55
50 0
300
600
900
Idő [s]
1200
1500
1800
2100
AZ AEROSZOL KÖZVETETT ÉGHAJLATI HATÁSA
KÖHLERGÖRBÉK
ÚJ AEROSZOL RÉSZECSKÉK KÉPZŐDÉSE
AZ ÉGHAJLATI KÉNYSZER 1750. évhez viszonyítva
FUTURE CLIMATE CHANGE ΔT = +0.7 °C in 100 years GLOBAL WARMING power underestimated • • • •
GLOBAL DIMMING human impact 10x more important
climate may be more sensitive, extreme weather events aerosol and health ⇒ being brought under control uninhabitable world? sustainable development, Kyoto protocol, nuclear energy, energy production and chemical industry based on agriculture/photosynthesis
AEROSZOL A BUDAPESTI METRÓBAN
FÖLDALATTI VASÚTI MIKROKÖRNYEZET
• • • •
1896., egyik legrégebbi metró 33 km, 84% föld alatt, 40 megálló a tömegközlekedés 22%-át bonyolítja Astoria állomás, felújítva 2006-ban
MÉRŐMŰSZEREK ÉS MINTAGYŰJTŐK
A PM10 TÖMEG NAPI VÁLTOZÉKONYSÁGA 350 300 250 200 150
Napi átlag 130 μg/m3
100 50
Mass concentration measured data 1-h smoothing
HLV(24h)=50 μg/m3
Time [hh:mm]
12 :0 0
10 :0 0
08 :0 0
06 :0 0
04 :0 0
02 :0 0
00 :0 0
22 :0 0
20 :0 0
18 :0 0
16 :0 0
14 :0 0
0 12 :0 0
3
Concentration [μg/m ]
Station closed
2
0 5: 15
4 45
6
0 50
:4 23 5 22 :1 : 5 15 2 1 : 21 45 :1 5 20 :4 2 5 0: 15 1 9: 45
22
4:
8 45 6:
10 15
100 150 200
8:
15
87: 45
14
12 :1 5
45 1 74: :4 15155 15:45 16:1 :15 5 16 :4 5 17 :1 17 5 :4 5
6:
12
11 :4 13 5 :1 19 1 5 :1 1423:4 5 1 :15 1008:1 5 :445 11 5 :1 9: 5 15 9: 45 18 :1 5
5:
Number of trains [in 30 min]
JÁRATSŰRŰSÉG ÉS LEVEGŐMINŐSÉG
R = 0.800
250 300
PM10 mass concentration [μg/m ] 3
EGYEDI SZERELVÉNYEK HATÁSA: NAGY (4 s) IDŐFELBONTÁSÚ MÉRÉSEK
KÉMIAI ÖSSZETEVŐK ÉS DÚSULÁSUK Aeroszolösszetevő BC Mg Al Si S Cl K Ca Ti Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb PM (μg/m3)
PM10–2.0 frakció Konc. (ng/m3) – 296 531 2085 978 305 318 2570 47 35 310 33520 29 496 118 13 145 47 84
Kőzet EF
Beltéri EF
– 2.3 – 1.2 597 352 1.9 11 1.6 53 49 101 59 1343 245 797 51 612 13
– 1.2 – 1.5 3 2 1.7 1.8 1.3 8 20 32 20 15 2 4 5 6 4
PM2.0 frakció Konc. (ng/m3) 3084 130 93 442 828 104 127 413 25 15 148 15449 8 190 50 DL DL 21 33
Kőzet EF
Beltéri EF
35 6 – 1.4 3027 722 4 10 5 136 143 285 101 3096 661
0.4 – – 2 1.1
1975 30
1.3 2 3 27 43 11 11 2 2 1.5
EMISSZIÓS FORRÁSOK • finon/durva arány (r) a tömeg esetében: • a metróban, r = 0.39 ⇒ a durva részecskék alkotják a PM10 méretfrakció 72%-át • belvárosban, r = 0.61 (1996.) és 0.68 (2002.) ⇒ aprítás és kopás dominál • elemi szignatúrák, korrelációs analízis: pl., (Fe/Mn)PM10-2.0 = 108 ≈ 109 = (Fe/Mn)átlagos acélok ⇒ mechanikus források: • áramvezető sín és áramszedő • sín és kerék • szélerózió
EGÉSZSÉGÜGYI KÖVETKEZTETÉSEK Utazóközönség:
• átlagos PM10 koncentrációk > EU 24 h HLV = 50 μg/m3 • Európa sok városában gyakori túllépések • EPA 24 h HLV = 150 μg/m3 • az expozíció időskálája, ca. 10 min!
• a metróbeli aeroszol részecskék jelentősen különböznek
a kültéri belvárosi részecskéktől (nagyobbak, nehezebbek, főleg Fe-t és kevesebb kormot tartalmaznak) ⇒ eltérő hatások
• Cr és Ni ≈ WHO éves egészségügyi határérték!??, speciáció, további vizsgálatok
Alkalmazottak:
• 8 h MMK belélegezhető inert porra 10 000 μg/m3 • mindegyik fém esetében c < MMK
MORFOLÓGIA ÉS KÉMIAI FORMÁK
AEROSZOL KONCENTRÁCIÓK A VILÁG METRÓIBAN μg/m3 egységben
Város Peking Berlin Budapest Kairó Guangzhou Helsinki Hong Kong London Mexikóváros New York, N.Y. Prága Róma Szöul Stockholm Tajpej Tokió
PM10 méretfrakció
PM2.5 méretfrakció
Tartomány
Átlag
Tartomány
141–153 25–232 794–1096 26–123
325 147 155 983 67
23–85 500–1120 1100–1500
44 795
10–210 71–877 238–480 212–722 105–388 11–137 30–120
103 407 359 468 357 32–66 72
Átlag 113 51
23–103 21–48 270–480 8–68
82–176 105–388 220–440 7–100
44 47–60 33 246 39 62 129 258 288 27–44
ÖSSZEFOGLALÁS • légköri aeroszol: a természetes környezet része • kapcsolatrendszer: éghajlat, az elemek biogeokémiai folyamatai, víz körforgása, levegőminőség és emberi egészség, épített környezet, légköri optika, látótávolság • antropogén tevékenység: változások • kutatás: ELTE Kémiai Intézetben is • nincsenek külön-külön válaszok az emberiség nagy környezeti kérdéseire ⇒ Earth System Science
