Környezeti kémia II. A légkör kémiája

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Környezeti kémia II. A légkör kémiája"

Judit Papp
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Környezeti kémia II. A légkör kémiája

2 A légkör felépítése Troposzféra: ~0-15 km Sztratoszféra: ~15-50 km Mezoszféra: ~50-85 km Termoszféra: ~ km felső határ: ~1000 km definiálható nehezen Hőmérséklet eloszlás: egyes részecskék és a napenergia közötti kölcsönhatás határozza meg Nyomás változása az alsóbb rétegekben: ph p e 0 Mgh RT Koncentráció!!! következmények

3 A légkör tulajdonságai

4 Összetétel Összetevő Keveredési arány (%) Nitrogén Oxigén Argon 0.93 Szén-dioxid nyomelemek ~0.002 tf% M= g/mol Kb 80 km-ig állandó összetétel Afölött a fotokémiai folyamatok miatt változik az összetétel (N 2, O 2 disszociál) időben és térben való változás: természeti folyamatok (vulkáni tevékenység, természeti katasztófák) antropogén emissziók (energiaelőállítás, ipari tevékenység) pl: CO tf%-ról tf%-ra egy évszázad alatt

5 Termoszféra 100 km magasságban ~0,025 Pa nyomás koncentráció 4 milliomod része a felszínközeli levegőnek (101325Pa/0,025Pa) Nagy energiájú sugárzás E=hν= hc/λ h: Planck-áll.(6.6x10-34 Js) c:fényseb.(3x10 8 m/s) 100nm-es elektromágneses sugárzás energiája? N 2, O 2 bomlása : N, O, NO képződhet pl: 120km-en c O =c O 2 csökkenti a napsugárzás fluktuációjának hatását az éghajlatra ionizáció: N 2 + hν (λ 126nm) 2N ΔH 945 kj mol -1 O 2 + hν (λ 240nm) 2O ΔH 498 kj mol -1 ionoszféra elnevezés (mezopauza felett) N 2 + hν (λ 80nm) N e- ΔH 1500 kj mol -1 O + hν (λ 91nm) O + + e - ΔH 1310 kj mol -1 bizonyos mértékben reverz e- befogó reakciók hőm. nő a termoszférában kinetikus energia

6 Mezoszféra O 3 már jelen van alacsonyabb energiájú sugárzást abszorbeál mint ami a stabilabb részecskék disszociációjához és ionizációjához szükséges lefelé haladva nő a hőmérséklet O 3 + hν (λ 325nm) O 2 * + O * Sztratoszféra Lefelé haladva csökken a hőmérséklet : az O 3 által abszorbeált energiatartományú sugárzás hiányzik az alsóbb rétegekből Sztratopauzáig nő a hőmérséklet, a sűrűség csökken, így kicsi a konvekció és stabil az összetétel Troposzféra A felszínt elérő sugárzás részben abszorbeálódik alacsony energiájú IR Ez részben abszorbeálódik a troposzférában: H 2 O, CO 2 Üvegházhatás

7 A troposzféra -50 C Hideg csapda, tropopauza meleg levegő nem emelkedik tovább, víz kifagy Szabad légkör +15 C Boundary layer (BL) = Planetáris határréteg (PHR) súrlódás, hőtranszport, evaporáció, légszennyezés lényeges változást okozhat FELSZÍN HATÁSA!!!! néhány száz métertől kb.2 km-ig levegő összekeveredése a délelőtti erős besugárzás hatására fölemelkedő levegő miatt

8 A troposzféra összetétele Vízgőz: 0,1 % - 4 %, Aeroszol Nyomgázok éghajlattól, hőmérséklettől függően Tartózkodási idő: SO 2, NO x : kicsi, savas esővel kiülepszik CH 4, N 2 O, CFC: nagy Légkör tömegének %-a

9 Légköri transzport folyamatok 1. Anyagforgalom: τ = M/F= M/R Stacionárius állapotban: M: anyag tömege F: forrás intenzitása R: nyelő intenzitása az időegység alatt levegőbe kerülő anyagmennyiség = kihulló anyagmennyiség τ tartózkodási idő: az az idő, amíg a légkörben levő teljes anyagmennyiség megkötődik ill. ugyanannyi a forrásból újraképződik Állandó: N 2, O 2, nemesgázok Változó: CO 2, CH 4, H 2, N 2 O, O 3 (évek) Gyorsan változó: H 2 O, CO, NO 2, NH 3, SO 2, H 2 S Emberi tevékenység hatása (napok)

10 Légköri transzport folyamatok 2. Adiabatikus lehűlés: felszínközeli levegő melegszik könnyebb melegebb levegő felfelé (alacsonyabb nyomású helyre) kitágulás gázmolekulák munkát végeznek kinetikus energiájuk csökken T csökken (~ 1 C/100m) Konvekciós keveredés: egy a felszínen kibocsátott molekula 1-2 nap alatt eléri a tropopauzát a vízszintes áramlás kisebb mértékű térbeli keveredés ~1 hónap hosszú tartózkodási idő homogén eloszlás a troposzférában kis τ (reaktív molekulák pl:víz) lokális koncentrációváltozások Hely Óceánok Szárazföld Városi régió Száraz trópusok Nedves trópusok Sarkvidék Légköri tulajdonság Tengeri só aeroszol (Na +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, SO 2-4, ) Por (talaj, pollen, stb) Szennyezők (füst, por, elsődleges és másodlagos szmog összetevők) Kevés csapadék, intenzív napsugárzás Sok csapadék, természetes VOC, intenzív napsugárzás Periódikus napsugárzás, sarki köd (szulfát aeroszol, korom, fémek)

11 Popocatepetl (Mexico) okozta légszennyezés füst és korom, több mint 9km magasságig Sarkvidéki köd: mérsékelt övi légszennyződés fémtartalmú aeroszol, kohókból, szénégetésből (ipari forr.)

12 Légköri nyomás Az atmoszféra tömege p 0 Matmg 2 4 r p 0 = Pa tengerszinten g = 9.81m 2 s -1 gravitációs gyorsulás r = 6.37x 10 6 m Föld sugara Nyomás h magasságban: barometrikus magasságformula ph p e 0 Mgh RT h : magasság M = kg mol-1 átlagos molekulatömeg

13 Reakciók a légkörben Termodinamikai számítások Kinetikai számítások Fotokémiai reakciók Szabad gyökös reakciók

Hasonló dokumentumok

A LÉGKÖR SZERKEZETE ÉS ÖSSZETÉTELE. Környezetmérnök BSc

A LÉGKÖR SZERKEZETE ÉS ÖSSZETÉTELE Környezetmérnök BSc A LÉGKÖR SZERKEZETE A légkör szerkezete kémiai szempontból Homoszféra, turboszféra -kb. 100 km-ig -turbulens áramlás -azonos összetétel Turbopauza