Az éghajlatváltozás és a légkör kémiájának kölcsönhatása

Átírás

1 Az éghajlatváltozás és a légkör kémiájának kölcsönhatása Dóbé Sándor MTA Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet Légkörkémiai Csoport Környezetkémia és klímaváltozás kerekasztal beszélgetés, MTA KK AKI, november 28.

2 Légkörkémiai VAHAVA A globális felmelegedés: tény (IPCC 2007) VÁLTOZÁS: a légkör melegszik. HATÁS: a légköri reakciók gyorsabbak és más irányúak lesznek, emiatt megváltozik a levegı összetétele. VISSZAHATÁS: a megváltozott légköri összetétel módosítja az éghajlatot, a visszacsatolás legtöbbször pozitív, erısíti a felmelegedést. VÁLASZ: alkalmazkodás, a hatás csökkentése, visszafordítás (!). A felmelegedés megállíthatatlan, de.. up to +6.4 o C 850 ppm: +2.8 o C 600 ppm: +1.8 o C 400 ppm CO 2 : +0.6 o C

3 Üvegházhatás, Jó és rossz ózon, levegıminıség Ózon a légkörben Sugárzási terhelés (sugárzási kényszer, RF) 2005-re vonatkozó RF értékek, bázis az ipari kor elıtti 1750-es év Hasznos Káros Az UV-B sugárzás rákkeltı Los Angeles, aug. 6. Jó ózon sztratoszféra: véd az UV sugárzástól. Rossz ózon troposzféra: üvegház-gáz. Csúf ózon : városi szmog.

4 A jó ózon és a Freon Az ózonréteg elvékonyodása A CFC anyagok (Freonok), pl CFC-11 ( CFCl 3 ) károsítják a Földet védı ózonréteget, Molina és Rowland (1974), Nobel díj: CFCl 3 + h ν CFCl 2 + Cl O 3 + h ν O + O 2 Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O Cl + O 2 Antikorreláció a klór-terheléssel Netto: 2 O 3 3 O 2 Korlátozás, majd a gyártás és felhasználás betiltása: Montreáli Egyezmény (1987) + újabb módosítások. Ózonlyuk az Antarktiszon

5 A Montreáli Egyezmény hatásai Az ózonkoncentráció változása (WMO 2006) Itt tartunk! Az ózonréteg felépülése megkezdıdött. A teljes helyreállítódás 2050 körül várható, de nagy a bizonytalanság. Sokmillió rákos megbetegedés elmaradását mutatják a modellszámítások. Pozitív hatás a klímaváltozásra is. A freonok erıs üvegházhatású gázok; GWP értékek: CO 2 =1 és pl. CFCl 3 =4750. Az ózonegyezmények 3 évvel késleltették a felmelegedést!

6 Ózon a troposzférában: a rossz ózon A troposzférikus ózon a szerves molekulák (és CO) foto-oxidációs lebomlása útján keletkezik: +OH + VOC + NO x + O 2 n O 3 + CO 2 + H 2 O VOC, pl. i-oktán, izoprén, stb; NO x =NO + NO 2, n =? Ózonképzı hatékonyság (OFP, OCP). Modellezés: reakciómechanizmus (+paraméterek) + emisszió + nyelık (boksz, 1D, 3D, CTM, CCM). Egy egyszerő paraméter (ózontermelı tényezı): OPE = OH reakció sebessége HNO 3 - képzıdés sebessége NO x -korlátozott és VOCkorlátozott ózon képzıdés Szmoghelyzet Európában 2003 nyarán (O 3 > 90 ppbv) Az ózon képzıdésének visszaszorítása a troposzférában nyerı nyerı stratégia: csökkenti a globális felmelegedést és a levegıminıség javulására vezet.

7 Laboratóriumi légkörkémiai kutatásaink A kutatások tárgya: a légkörben fontos elemi kémiai és fotokémiai folyamatok vizsgálata. Közvetlen célok: reakciókinetikai és fotokémiai paraméterek és törvényszerőségek meghatározása; származtatott jellemzık: lebomlási élettartam, ODP, GWP, OPE. Gyakorlati felhasználás: légkörkémiai modellszámításokon keresztül. Kísérleti módszerek, un. direkt technikák: Impulzus-lézer fotolízis Gyorsáramlásos kinetikai módszer Fotol. Anal. Gázáram Anal. Néhány kutatási téma: (i) Karbonil molekulák kinetikája és fotokémiája. (ii) Szabadgyökök és brómatomok reakciói. (iii) Freonhelyettesítık légköri élettartama. (iv) Bio-üzemanyagok légköri lebomlásának kinetikája és mechanizmusa.

8 Az aceton légkörkémiája Az aceton a harmadik legjelentısebb szerves anyag a troposzférában. Légköri reakciói: CH 3 C(O)CH 3 + OH CH 3 C(O)CH 2 + H 2 O CH 3 C(O)CH 3 + h ν CH 3 CO + CH 3 log k (cm 3 molecule -1 s -1 ) Az OH + aceton reakció hımérsékletfüggése HO + Acetone Megállapításaink : (i) Az OH-reakció nem követi az Arrhenius törvényt; (ii) a fotobomlás kvantumhatásfoka hımérséklet- és nyomásfüggı. Következmények: igen nagy hatás a légkörkémiai modellszámitásokban (SCOUT-O3) a troposzféra felsı rétegeiben az ózon- és hidroxilgyök koncentrációkra. Φ ,5 0,4 0,3 0,2 1000/T (K) A fotobomlás hımérséklet- és nyomásfüggése 0,6 λ = 308 nm, air buffer gas this work 233 K this work 253 K this work 273 K this work 298 K this work 323 K [Gierczak 1998] 253 K [Gierczak 1998] 273 K [Gierczak 1998] 298 K line: Blitz 0,1 0, P (air) / (mbar)

9 Gyakorlati hasznosítás Nemzetközi együttmőködés (légkörkémiai EU projektek): 1. "Combustion Generated Pollutants in the Atmosphere" (PECO) 2. "Atmospheric Reactions of degradation products of organic pollutants" (FP3?) 3. Atmospheric Fate of Carbonyl Radicals AFCAR (FP4) 4. "Reduction of Tropospheric Ozone Formation in Europe by the Employement of Alternative Industrial Solvents EUROSOLV" (FP4) 5. European Initiative on Alkoxy Chemistry EUROXY (FP5) 6. Stratosphere-Climate Links with Emphasis on the Upper Troposphere Lower Stratosphere SCOUT-O3 (FP6), Modellezés Helyszini mérések Labor kutatás Összehangolt kutatások: új ismeretek szerzése, megértés és elırejelzés. Javaslat klímavédelmi és levegıvédelmi intézkedések meghozatalához.