Salma Imre ELTE Kémiai Intézet, Analitikai Kémiai Tsz. URL:

Átírás

1 NANOMÉTER MÉRETŰ AEROSZOL RÉSZECSKÉK KELETKEZÉSE ÉS NÖVEKEDÉSE A LÉGKÖRBEN Salma Imre ELTE Kémiai Intézet, Analitikai Kémiai Tsz. URL: Az ELTE TTK Anyagfizikai Tsz. és a TTK Nagyműszeres Kari Kutató és Műszer Centrum közös szemináriuma, április 24. A LÉGKÖRI AEROSZOL RÉSZECSKÉK MÉTETELOSZLÁSAI BUDAPESTEN

2 AZ ÉGHAJLATI KÉNYSZER AEROSZOL RÉSZECSKÉK ÉS AZ ÉGHAJLAT

3 EMBER ÉS A LEVEGŐKÖRNYEZET légzőszervek (150 m 2 ), bőr tiszta levegő: a részecskék száma és mérete közepes fizikai aktivitás, 1 nap alatt kb liter levegőt lélegzünk be 100 milliárd aeroszol részecske lerakódás a légutak és a léghólyagok felületén, tisztulási mechanizmusok a nanorészecskék átjutnak a sejtfalon többlet egészségügyi kockázat KOROM AEROSZOL RÉSZECSKÉK A TÜDŐBEN

4 AZ ULTRAFINOM AEROSZOL RÉSZECSKÉK KELETKEZÉSE közvetlen emisszió magashőmérsékletű folyamatokból: gépjármű emisszió, fűtés és égetés, ipari tevékenység légköri nukleáció nanotechnológia és termékei A LÉGKÖRI NUKLEÁCIÓ elsőrendű fázisátalakulás, itt: gázhalmazállapotból folyadék vagy szilárd (aeroszol) fázis túltelítettség, gőzök a levegőben: H 2 O, egyéb elővegyületek: SO 2, NH 3, szerves gázok (VOC) mechanizmus: levegőkémiai reakció főleg OH-gyökkel (fotokémia) termékek kevésbe illékonyak együttes gócképződés növekedés cloud condensation nuclei, CCN banángörbe

5 NUKLEÁCIÓS ELMÉLETEK homogén homomolekuláris nukleáció ΔG = πr p L kt ln S + 4πR pσ < 0 v homogén bináris nukleáció S > 1 homogén ternális nukleáció: H 2 SO 4 -H 2 O-NH 3 ion indukált nukleáció (kozmikus sugárzás hatása) kinetikai (semleges) nukleáció CERN: CLOUD KÍSÉRLET Aminok (NHR 1 R 2 ) és VOC-k szerepe, J :

6 AZ ULTRAFINOM RÉSZECSKÉK MÉRÉSI MÓDSZEREI differenciális mobilitás részecske szeparátor (DMPS): neutralizáló ( 241 Am) mobilitás analizátor (DMA) kondenzációs részecskeszámláló (CPC) mérési tartomány: nm átmérőfelbontás: 30 csatorna időfelbontás: ca. 10 min ( naponta kb. 139 spektrum) MŰKÖDÉSI ELVEK DMA CPC

7 A VÁROSI KÖRNYEZET TíPUSAI Városi háttér Alagút Utcakanyon Belváros ULTRAFINOM RÉSZECSKÉK NAPI KONCENTRÁCIÓJA ( 10 3 cm -3 ) Városi háttér Belváros Utcakanyon Alagút Minimum 1,25 2,7 4,9 3,7 Maximum 10, Medián 3,6 9, Legnagyobb mért érték UF járulék 76% 79% 86% 85%

8 TOTAL AND ULTRAFINE PARTICLE CONCENTRATIONS 30 Concentration x 10-3 [cm -3 ] Daily median, nm Yearly median, nm Daily median, nm Yearly median, nm 1 Nov 1 Dec 1 Jan 1 Feb1 Mar 1 Apr 1 May 1 Jun 1 Jul 1 Aug 1 Sep 1 Oct 1 Nov Date [d MMM] DIURNAL VARIATION OF PARTICLE NUMBER CONCENTRATIONS Concentration 10-3 [cm -3 ] N for non-event days N for non-event days N for event days N for event days :00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 24:00 Time [hh:mm]

9 AITKEN AND ACCUMULATON MODES január 22. 4:28 15:55 dn/dlog(d p ) [1000 cm -3 ] Inverted data Aitken mode Accumulation mode Sum of modes D=30.1 nm σ=2.06 N=1574 cm 3 D=116 nm σ=1.81 N=3789 cm 3 dn/dlog(d p ) [1000 cm 3 ] Inverted data data Aitken mode Accumulation mode Sum of modes D=26.0 nm σ=1.85 N=6786 cm 3 D=96.9 nm σ=1.89 N=6231 cm Mobility diameter [nm] Mobility diameter [nm] DIRECT EMISSIONS Friday, 27 Feb 2009

10 DIRECT EMISSIONS WITH PHOTOCHEMICAL GROWTH Wednesday, 3 Jun 2009 DIRECT EMISSIONS AND NEW PARTICLE FORMATION AND GROWTH Tuesday, 28 Apr 2009

11 18 NUMBER SIZE DISTRIBUTION FOR 10:00 ON 8 MAY 2009 dn/dlogd x 10-3 [cm -3 nm -1 ] Nucleation/N prev =2.3±1.1 N=8487 cm -3 NMMD=7.3 nm GSD=1.60 N=5760 cm -3 NMMD=45 nm GSD=1.68 Inverted data Nucleation mode Aitken mode Accumulation mode Sum of the modes N=947 cm -3 NMMD=154 nm GSD= Diameter [nm] NEW PARTICLE FORMATION AND GROWTH Saturday, 8 Nov 2008

12 BANANA CURVES IN NEAR CITY BACKGROUND , hétfő kedd KÜLÖNLEGES BANÁNGÖRBÉK városi háttér, utcakanyon, utcakanyon,

13 EVENT STATISTICS Winter Spring Summer Autumn Year Total days Days with missing data Undefined days Days with nucleation Days with no nucleation f nucl =7% 44% 27% NEW PARTICLE FORMATION FREQUENCY 60 Nucleation frequency [%] Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Month of year

14 MAJOR SOURCE AND SINK TERMS FOR H 2 SO 4 AND ITS POXY Season Period SO 2 Radiation CS 10 3 Proxy 10 3 [μg m 3 ] [W m 2 ] [s 1 ] [μg m 5 Ws] Winter Event days Non-event days Spring Event days Non-event days Summer Event days Non-event days Autumn Event days Non-event days Year Event days Non-event days FORMATION RATE FOR 6-nm-PARTICLES Formation rate [cm -3 s -1 ] Individual data Monthly mean Yearly mean 0 Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Month of year

15 PARTICLE GROWTH RATE AT 6 nm Growth rate [nm h -1 ] Individual data Monthly mean Yearly mean 2 Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Month of year CONCLUSIONS nucleation frequency in central Budapest: 27% on a yearly scale seasonal dependency: winter 7.3% vs. spring 44% controlled by H 2 SO 4 production from SO 2 and its sinks mainly by condensation affected by condensation sink and solar radiation not sensitive to SO 2, the precursor gas is in excess (yearly mean 6.7 μg m 3 ) formation and growth rates in more closed spaces (street canyons): role of micrometeorology

16 MEGHÍVÓ az ELTE Természettudományi Kara, az MTA Környezeti Kémiai Munkabizottsága és a MKE Magyar Aeroszol Társaság szakmai előadói ülésére az ELTE tiszteletbeli doktor és professzor címének adományozása alkalmából, amelyet Markku KULMALA tart Atmospheric aerosol particles: from molecular clustering to global climate címmel. Ortvay- (0.81 számú) terem, május 10-én, csütörtökön 15:00