A KÉNVEGYÜLETEK LÉGKÖRI KÖRFORGALMA

Átírás

1 A KÉNVEGYÜLETEK LÉGKÖRI KÖRFORGALMA

2 Kénvegyületek jelentősége: szulfát részecskék képződése pl. NH 3 (NH 4 ) 2 SO 4 Szulfát részecskék: kondenzációs magvak felhő- és csapadékképződés környezetsavasodás légkör optikai tulajdonságai (rövidhullámú sugárzás visszaverése [hűtés], látástávolság csökkenése)

3 Kénvegyületek forrásai: S-tartalmú szerves anyagok bomlása redukált/részlegesen oxidált S-vegyületek vulkáni tevékenység redukált/oxidált S-vegyületek biológiai tevékenység szerves S-vegyületek biomassza égés/égetés oxidált/részlegesen oxidált S-vegyületek S-tartalmú fosszilis tüzelőanyagok égetése oxidált S-vegyületek tengeri só közvetlen szulfát-bevitel a légkörbe (pl. CaSO 4, MgSO 4 )

4 a kén 2, 4 és 6 vegyértékkel alkot stabil molekulákat az oxidatív légkörben a redukált, részben oxidált kénvegyületek egyre magasabb szinten oxidált vegyületekké válnak az oxidáltsági szint növekedésével a reaktivitás általában csökken, oldhatóság nő, illékonyság csökken: redukált vegyületek: gáz legmagasabb szinten oxidált vegyületek [pl. H 2 SO 4, (NH 4 ) 2 SO 4 ]: cseppfolyós, szilárd

5 Kén-hidrogén (H 2 S) S-tartalmú szerves anyagok anaerob bomlása Források: mocsaras, lápos területek ~ 1 Tg S/év vulkáni tevékenység 0,5-1,5 Tg S/év talaj, árapály területek, óceáni növényzet ~ 1 Tg S/év antropogén források ~ 1 Tg S/év (hulladék- és szennyvízkezelés, ipari folyamatok) Összesen ~ 4 Tg S/év

6 Kén-hidrogén (H 2 S) Nyelő: kémiai (oxidáció) részleteiben nem teljesen ismert gyors reakciók τ 4 nap H 2 S + OH HS + H 2 O HS + O 2 SO + OH HS + OH S + H 2 O S + O 2 SO + O SO + O 2 SO 2 + O mocsaras, lápos területek kontinentális háttér óceánok 0,5 1 ppb ppt ~ 5 ppt

7 1970-es évek: a kén-körforgalom kutatás virágkora Probléma: az ismert H 2 S + SO 2 kibocsátás kevesebb, mint a mért kén ülepedés Óceáni kén-mérleg: több a bevitel (légkör+folyók), mint a kibocsátás KUTATÁSOK Jelentős mennyiségű redukált/részlegesen oxidált kénvegyület kerül az óceánokból a légkörbe Leglényegesebb: dimetil-szulfid (1977) [(CH 3 ) 2 S, CH 3 SCH 3, DMS] Tg S/év Több, kisebb fluxusú kénvegyületet is felfedeznek H H H C S C H H H

8 Dimetil-szulfid (DMS) Forrás: algák, planktonok lebomlása szárazföldi források jelentéktelenek Nyelő: kémiai (oxidáció) részleteiben alig ismert

9 CH 3 SCH 3 + OH CH 3 S(OH)CH 3 H 2 O + CH 3 SCH 2? CH 3 S(OH)CH 3 + O 2 CH 3 + CH 3 SO 3 H (metánszulfon-sav [MSA]) szulfát CH 3 OH + SCH 3, SCH 3 + O 2 SO 2 + CH 3 DMS 50% MSA szulfát 25% SO 2 (25-50%?) 25%? (előbb-utóbb ez is SO 2 /szulfát lesz) DMS + OH reakció nagyon gyors τ 1 nap tropopauza MSA OH, NO 3, O 2 H 2 S DMS SO 2 SO 4

10 Szén-diszulfid (CS 2 ) Forrás: ~ 1 Tg S/év óceáni, szárazföldi mikrobiológiai tevékenység, növényzet kémiájáról alig tudunk valamit, OH-val oxidálódik (COS, SO 2 ) tropopauza MSA COS OH OH, NO 3, O 2 OH, H 2 O CS 2 H 2 S DMS SO 2 SO 4

11 Karbonil-szulfid (COS, OCS) Forrás: ~ 1 Tg S/év COS 20% közvetlen óceáni eredetű (algák, planktonok) 50% CS 2 oxidációs terméke 20% biomassza égetés 10% egyéb (nedves, S-tartalmú trópusi talajok mikrobiol.akt.) tropopauza MSA COS OH CS 2 OH, NO 3, O 2 OH, H 2 O H 2 S DMS SO 2 SO 4

12 Nyelő: kémiai (oxidáció) COS + OH CO 2 + HS SO 2 COS + O CO + SO 2 feljut a sztratoszférába COS + hν CO +S, S SO 2 SO 4 nagyon lassú τ = 7-40 év [COS] glob 0,5 ppb (λ < 250 nm) száraz ülepedés COS hν, O OH, H 2 O SO 2 SO 4 tropopauza MSA COS OH CS 2 OH, NO 3, O 2 OH, H 2 O H 2 S DMS SO 2 SO 4

13 Az oxidációs folyamat egyik stabil terméke a kén-dioxid (SO 2 ) Redukált vegyületek oxidációja 12 Tg S/év Vulkáni tevékenység 10 Tg S/év (átlagban) Biomassza égés 3 Tg S/év Összes természetes forrás 25 Tg S/év Antropogén források Tg S/év (fossz. tüzelőanyagok égetése) hν, O OH, H 2 O COS SO 2 SO 4 tropopauza MSA COS OH CS 2 OH, NO 3, O 2 OH, H 2 O H 2 S DMS SO 2 SO 4 ipari tevék.

14 SO 2 nyelői: oxidáció: SO 2 + OH + M HSO 3 + M HSO 3 + O 2 HO 2 + SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 kénsav, kondenzálódhat H 2 SO NH 3 (NH 4 ) 2 SO 4 kondenzálódik, szilárd részecske sztratoszférában kevés NH 3, maradhat cseppfolyós H 2 SO 4 SO 2, (NH 4 ) 2 SO 4 vízben jól oldódik száraz és nedves ülepedés troposzférában τ SO2 = 2 3 nap, τ SO4 = 4 6 nap (magasság függő) sztratoszférában több hónap

15 Szulfát részecskék (H 2 SO 4 SO 4 ) Források: SO 2 oxidációja Tg S/év vulkáni tevékenység ~ 3 Tg S/év talaj+növényzet 2 4 Tg S/év antropogén bevitel 2 3 Tg S/év tengeri só részecskék Tg S/év Nyelők: száraz ülepedés nedves ülepedés (vízben jól oldódik) hν, O OH, H 2 O COS SO 2 SO 4 tropopauza MSA COS OH CS 2 OH, NO 3, O 2 OH, H 2 O H 2 S DMS SO 2 SO 4 ipari tevék. ülepedés ülepedés

16 Az ember lényegesen beavatkozott a globális kénkörforgalomba A kibocsátás 70-80%-a antropogén D.I. Stern: Global Environmental Change (2006)

17 Mylona, 1993: Trends of sulphur dioxide emissions, air concentrations and depositions of sulphur in Europe since EMEP/MSC-W Report 2/93

18 Mylona, 1993: Trends of sulphur dioxide emissions, air concentrations and depositions of sulphur in Europe since EMEP/MSC-W Report 2/93

19 Kén-dioxid kibocsátás növekedése H 2 SO 4, SO 4 részecskék mennyiségének növekedése légköri albedó növekedése (hűtő hatás/éghajlati hatás) látástávolság csökkenése kondenzációs mag képződés változása (felhőés csapadékképződés) környezet-savasodás (erdő- és halpusztulás, korróziós károk) egészségügyi kockázat τ = 6 nap regionális környezeti probléma nemzetközi egyezmények szükségesek

20 Nemzetközi egyezmények Európában: 1985, Helsinki: az SO 2 kibocsátás 30%-os csökkentése az 1980-as szinthez képest 1993-ig 1994, Oslo: az SO 2 kibocsátás területileg differenciált csökkentése (kritikus terhelés koncepció) 1999, Göteborg: a savasodást, eutrofizációt és a felszínközeli ózonkoncentrációt növelő anyagok kibocsátásának csökkentése - az SO 2 kibocsátás területileg differenciált csökkentése Máig 50-80%-os csökkenés az 1980-as szinthez képest Amerikai Egyesült Államok, Kanada: törvényi szabályozás az SO 2 kibocsátásra Kritikus terület: DK-Ázsia, Kína, India az európaihoz hasonló szabályzás szükséges

21 Mt S/év Magyarország Csehország Németország 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% = 100% Magyarország Csehország Németország -30%

22

23