Környezetvédelem. 6. Levegővédelem. 2016/2017. tanév I. félév Dr. Buruzs Adrienn egyetemi adjunktus SZE AHJK Környezetmérnöki Tanszék

Átírás

1 Környezetvédelem 6. Levegővédelem 2016/2017. tanév I. félév Dr. Buruzs Adrienn egyetemi adjunktus SZE AHJK Környezetmérnöki Tanszék 1

2 A légkör fejlődése Az elsődleges légkör Egy gázfelhőből a gravitációs vonzás hatására összetömörödtek a Naprendszer bolygói, a maradék gázok lehűltek és a bolygók körül légkör alakult ki A Föld elsődleges légkörében csak a nehezebb gázok tudtak megmaradni (a kisebbek elérték a szökési sebességet és eltávoztak) A Naprendszer leggyakoribb eleme a hidrogén az elsődleges légkör egyszerű hidrogénvegyületekből, metánból, ammóniából, vízgőzből, kénhidrogénből állhatott, héliumtartalma is jelentős lehetett 2

3 A légkör fejlődése A másodlagos légkör Élet előtt: a tűzhányók voltak a légköri gázok fő forrásai (vízgőz és szén-dioxid (CO 2 ), kisebb mennyiségben kén-hidrogén (H 2 S), szén-monoxid (CO), hidrogén (H 2 ), nitrogén (N 2 ), metán (CH 4 ), ammónia (NH 3 ), folysav (HF), sósav (HCl) és argon (Ar)) Oxigén gáz azonban ilyen módon nem keletkezhet, nem volt a redukáló jellegű légkörben A légköri oxigén eredete A légkör az élővilággal szoros összefüggésben fejlődött a tengeri, majd szárazföldi élővilág fotoszintézise: szén-dioxidból és vízből szőlőcukrot és oxigént állítanak elő 3

4 A légkör összetételének alakulása 4

5 A légkör összetétele és fizikai jellemzői Jellemző Élet nélkül Valóságban CO 2 98 % 0,03 % N 2 1,9 % 78 % O 2 nyomokban 21 % Nemesgázok, 0,1 % 1 % CO 2 Felszíni hőmérséklet C 14 C Össznyomás 6,0 MPa 0,1 MPa 5

6 A légkör A legmobilisabb szállítóközeg Emberi egészség, városi levegő: lokális hatások Savas esők: regionális probléma Üvegházhatás, ózonprobléma: globális környezeti jelenség A Földet körülvevő gázterek és plazmák a bolygó gravitációs és mágneses tere tartja fogva 6

7 A légkör szerkezete Atmoszféra A légkör a Föld gravitációs terének engedelmeskedve gömbhéjas szerkezetű Alsó határa egyértelmű, néhány ezer km magasságig fizikai tulajdonságok alapján Nap hőjének eloszlása és gravitáció; nincsenek éles határok vertikálisan a hőmérsékletváltozás jellege, mértéke szerint tagoljuk 7

8 A légkör vázlatos hőmérsékleti profilja és szférái 8

9 9

10 Troposzféra Átlagos vastagsága 11 km A nyomás itt a legnagyobb Szennyeződések dinamikus színtere Sztratoszféra A légkör szerkezete Felső határa átlagosan 50 km magasságban (ózonréteg; km magasságban) Hőmérséklet: kb. -50 C-ról 0 C-ra emelkedik 10

11 A légkör szerkezete Mezoszféra km között A meteorok nagy része a mezoszférába jutva ég el A hőmérséklet felfelé csökken, a tetején van a leghidegebb az atmoszférában (akár -90 C) A termoszféra Az alsó szférában a hőmérséklet ismét gyorsan nő, egyébként erősen függ a Nap tevékenységétől (nappal 200 C-kal melegebb, mint éjszaka, a napfolttevékenység csúcsán pedig akár 500 C-kal is forróbb lehet, mint máskor) A magas értékek azonban félrevezetők a légkör ebben a rétegben olyan ritka, hogy a levegő molekulái alig ütköznek egymással (hagyományos értelemben nem beszélhetünk hőmérsékletről) A nemzetközi űrállomás és számos műhold a termoszférában kering a Föld körül 11

12 A légkör szerkezete Exoszféra A légkör legritkább, külső burka az exoszféra Alsó határa: km körülinek vélt Felső határa fokozatosan olvad bele a bolygóközi térbe (elméletileg: 2000 km) Elektromágneses jelenségek 12

13 A légkör tömeg- és térfogatarányos összetétele 13

14 A levegő összetétele 14

15 emberi beavatkozás növekszik üvegházhatás A levegő összetétele Aerodiszperz rendszer Pillanatnyi összetétele nyomás-, hőmérsékletés magasság-függő Földtörténeti és Történelmi léptékben is módosul Alapgázok Gáz Térfogat % Nitrogén (N 2 ) 78,10 Oxigén (O 2 ) 20,93 Argon (Ar) 0,93 Szén-dioxid (CO 2 ) 0,03 Hidrogén (H 2 ) és nemesgázok 0,01 15

16 A levegő összetétele Vendéggázok Vízgőz Egyenlítőnél 3-4 %-ban, mérsékelt égövben kb. 1 %- ban Légkör öntisztulása Szennyező gázok Biológiai, vulkanikus vagy légköri folyamatok Metán, kénhidrogén, kén-dioxid, nitrogén-oxidok, ammónia, ózon Szilárd halmazállapotú és cseppfolyós részecskék 1. Föld és óceánok felszínéről, 2. Vulkanikus kitörések 3. Légköri reakciók eredménye 16

17 Függőlegesen és vízszintesen A légkör gázalkotóinak megoszlása és a tartózkodási időtartam szerinti csoportjaik 0,036 0,036 17

18 Légszennyező anyagok Elsődleges légszennyezők Közvetlenül a szennyező forrásból Másodlagos szennyezők Elsődleges emisszió anyagaiból kémiai reakciókkal A koncentráció függ A levegőbe jutó légszennyező anyag mennyiségétől A befogadó tér nagyságától A légkört elhagyó szennyező anyagok mennyiségétől 18

19 19

20 A légszennyezés forrásai Légszennyező anyag Azok az anyagok, amelyek olyan mértékben jutnak a levegőbe, hogy azzal az embert és a környezetét kedvezőtlenül befolyásolják vagy anyagi kárt okoznak Természetes káros szennyezőanyag-koncentrációk kialakulásához nem vezetnek Mesterséges Területileg koncentráltan Korlátolt kiterjedésű térbe Ártalmatlan szintre hígulás 20

21 A környezetszennyezés primer Emisszió folyamatai Időegység alatt a levegőbe bocsátott szennyező anyagok mennyisége (mértékegysége: kg/h, koncentrációja: g/m 3 ) Transzmisszió A légszennyező anyagok térbeli helyzete és megoszlása változik a nyílt légkörben való mozgás hatására Immisszió A légszennyező anyagok talajközelbe kerülése után kialakult levegőminőség (koncentráció, pl. g/m 3 ) 21

22 Pontforrás Koncentrált paraméterű források Egyértelműen meghatározható A légszennyező anyagok koncentrációja A hordozó gázok térfogatárama A környezetbe kilépő anyagok mennyisége 22

23 Területi (diffúz)forrás Általában több szennyező forrás együttes környezetterhelését jelenti Mérések, számítások és következtetések útján meghatározható A környezetbe kerülő anyagok mennyisége A hordozó gáz térfogata és áramlási sebessége A szennyező anyagokat kibocsátó felület nagysága NEM határozható meg 23

24 Vonalas légszennyező forrás Meghatározható A rajtuk áthaladó forgalom nagysága A járműfajták egyedi kibocsátása Számítható A szennyező hatás mértéke 24

25 A légszennyező anyagok csoportosítása szilárd cseppfolyós gáz halmazállapotú légszennyezők koncentráció: k = mg/m 3, g/m 3 25

26 Légszennyező anyagok Légszennyező anyagok forrásai fűtőanyagok elégetésének termékei ipari háztartási, intézményi mezőgazdasági katonai tevékenységek termékei lokalizálhatóság szerint pontszerű diffúz vonal menti kibocsátás eredet ipari települési mezőgazdasági közlekedési időbeli eloszlás időszakos állandó kémiai összetétel 26

27 Légszennyezést okozó emberi tevékenységek Az emisszió fajtája és mennyisége függ Lakosság száma Tüzelőanyag fajtája és mennyisége Ipari termelés mértéke, korszerűsége. Légszennyező anyagok leválasztásának foka Gépjárművek száma, műszaki színvonala Éghajlat Emisszió ½-e közlekedésből ¼-e iparból ¼-e lakossági fűtésből származik 27

28 A levegő öntisztulása 1. A szennyező anyag a légtérből eltávozik Ülepedés: a szennyezés durva frakciója távozik az atmoszférából Kihullás: radioaktív anyagok kikerülése a légkörből Adszorpció, abszorpció: gáznemű szennyeződések megkötése Kondenzálódás: csapadékkal kihullás Kimosódás: a csapadékhullás átmossa a légréteget 2. A szennyező anyag kevésbé ártalmas anyaggá átalakul 3. A szennyező anyag koncentrációja csökken, felhígul Diffúzió: szelek turbulens mozgásainak hatására a szennyező anyag hígul 28

29 A légkör állapota és változásai Idő: a légkör pillanatnyi fizikai állapota Időjárás: a levegő pillanatnyi állapotainak. sorozata Éghajlat: klinein = hajlani (görög); egy földrajzi térség időjárási rendszere általános, szabályszerű, viszonylag állandó; 29

30 A levegő fizikai állapothatározói Léghőmérséklet Napi és évi járás Meteorológiában: napi mérések számtani középértéke a napi középhőmérséklet Hazánk évi középhőmérséklete:. 11 C körüli Légnyomás A kiválasztott felületegység fölötti légoszlop önsúlya, 1 Pa = 1 N/m2 Napi és évi periodikus járás a hőmérsékletváltozás következtében 30

31 A levegő fizikai állapothatározói Napsugárzás A Földre érkező napenergia 35 m vastag jégpáncél/év A valóságos érték függ. Adott hely napsugárzási időtartama Anyaga Alakja Tájolása Hajlásszöge Színe, stb. 31

32 A levegő fizikai állapothatározói Látástávolság Szélsebesség 36 fokozatú szélskála: meteorológia, repülés, környezetvédelem. Szélskála, szélirány Felhőzet mennyisége Leárnyékolja a talajfelszínt, zárórétegként viselkedik, a szennyező anyag alatta reked 32

33 A levegő fizikai állapothatározói Levegő nedvességtartalma Abszolút páratartalom Telített levegő Relatív páratartalom. Hőmérséklettől függően Melegben: harmat és eső Hidegben: dér és hó Hirtelen lehűléskor: dara és jég 33

34 A Föld energiaháztartás a 34

35 A nagy szélrendszerek Helyi jellegű szélfajták Parti szél (szárazföld és víz egyenlőtlen felmelegedése) Hegy-völgyi szél (hegyoldal és völgy különböző fokú felfűtése) Főn (olyankor keletkezik, amikor viszonylag nedves légtömegek keresztezik a hegyeket) Keletkezési helyük szerinti elnevezéssel Hurrikánok (Karib-tenger) Tájfunok (DK-Ázsia) Mauritius-orkánok Tornádók (mérsékelt öv) forgóviharok A légmozgás maximális sebességű jelenségei; a természeti katasztrófa-jelenségek sorában az első helyen állnak 35

36 Parti szél Hegy-völgyi szél Főn 36

37 Éghajlatalakító tényezők Kozmikus és lokális jelenségek A Nap sugárzása és annak veszteségei A földrajzi szélesség A földfelszín anyaga Az óceánoktól mért távolság Az óceánok áramlatától mért távolság Tengerszint feletti magasság, felszínformák, hajlásszög, növényzet Hegyláncok légtömegmozgás-eltérítő hatása Emberi tevékenység következményei 37

38 Magyarország éghajlati jellemzői Északi mérsékelt klímaöv, éghajlata mérsékelten szárazföldi Évi középhőmérséklet: C körül Évi átlagos csapadékmennyiség: 580 mm Havas napok száma: Napsütéses órák átlaga: óra/év Leggyakoribb és legerősebb az ÉNy-i szél, közepes szélsebesség 38

39 Égéstermékek hatása a környezetre Szén Tökéletlen égés: szén-monoxid Tökéletes égés: szén-dioxid Kén-dioxid. Savas esők Kén-dioxid + korom, pernye londoni szmog 39

40 Savas esők 1872: Robert Angus Smith brit kutató A légköri nyomgázok rövidebb tartózkodási idejű komponenseihez kötődik (SO 2, NO, HCl, NO 2, NH 3 ) Száraz vagy nedves ülepedéssel Regionális probléma Savas esők ph-ja <5 40

41 Kén-dioxid Vízben kénessavvá oldódik, az ózon hatására kén-trioxiddá oxidálódik, vízzel egyesülve kénsavat eredményez Savas esők 2000 km távolságban is érezteti hatását Nitrogén-oxidok A nitrogén-monoxidot az ózon nitrogén-dioxiddá oxidálja, amelyből salétromsav keletkezik Erdőpusztulás, vízi élet és épületek károsítása. 41

42 Savas esők hatásai Közvetlen Erdők és szántóföldek savasodása Édesvizek savasodása Közvetett Növénypusztulás Embert érintő hatások Fémek, építmények, festett üvegek, nagy értékű műemlékek, köztéri szobrok Védekezés lehetőségei Olajok, szenek kéntartalmának csökkentése Magasabb kibocsátók Technológiai változtatások Meszezés Savasodást tűrő növényfajok Speciális védőborítások alkalmazása 42

43 A savas esők terjedése 43

44 Szmog Téli szmog (London-típusú) Magas légnyomás Magas relatív páratartalom (>80 %) -3 és +5 C közötti hőmérséklet Szennyező anyagok feldúsulása Szélcsend Fotokémiai szmog (Los Angeles-típusú) 25 és 35 C közötti hőmérséklet Alacsony páratartalom Kicsi szélsebesség (<2 m/s) Autók kipufogógázai Nagy forgalom 44

45 Ózonlyuk O 3 : színtelen, mérgező, vízben oldódó gáz, erősen oxidatív CFC-k hatására elvékonyodott az ózonréteg földközelben ártalmatlan, nem mérgező gázok; hűtőszekrények hűtőfolyadéka, habosított műanyagok buborékképző anyaga, spray-k hajtógázai 45

46 Ózonlyuk Anomália: Antarktisz felett (1985), Arktisz felett (1992) Gabonatermés csökkenése Vízi ökoszisztémák sérülése Emberi egészség károsodása Okai: antropogén eredetűek július 1.: nem gyártható freon hajtógázas palack végéig: a hűtőgépgyártás és a műanyagipar egészében kiküszöbölték a freonok használatát 46

47 47

48 Az ózonpajzs sérülése 48

49 Üvegházhatás Vízgőz és szén-dioxid nélkül földi átlaghőmérséklet: -18 C Jelenlegi középhőmérséklet: évi +15 C Üvegházhatású gázok Vízgőz Szén-dioxid Metán Nitrogén-oxidok Freonok 49

50 Üvegházhatás 50

51 Üvegházhatás A szén-dioxid-mennyiség növekedésének okai - Fosszilis tüzelőanyagok égetése (40e t/perc) - Trópusi erdők felégetése (700 t/ha) - Hiányzó növényzet hiányzó fotoszintézise A szén-dioxid-mennyiség alakulása éven át ppm - Ma: 350 pp ban: 560 ppm 2-5 C hőmérséklet-emelkedést jelent a bolygón 51

52 Globális klímaváltozás Metán: gyarapodása 200 éve közel egyenletes egy metánmolekula 23x, tömegét tekintve 95x hatékonyabb, mint a CO 2 -molekula NO x : gépkocsi-közlekedés és energiatermelés hatása Freonok (CFC-k): rohamos növekedés Tendencia mérése: jégbe zárt levegőbuborékok 52

53 Melegszik-e az éghajlat? 140 év alatt 0,6 C Grönland, Antarktisz, magashegységi gleccserek: jégtakarók olvadása mérhető A tengervíz hőmérséklete is emelkedik Sok vagy kevés? Jégkorszaki időszak után: 0,3-0,6 C / 100 év Elmúlt 100 év melegedési üteme hasonló a jégkorszaki gyors változásokhoz NASA augusztus: Grönlandi gleccser gumikacsaexpedíció 53

54 54

55 55

56 56

57 57

58 Köszönöm a figyelmet! 58