A levegı Szerkesztette: Vizkievicz András A levegı a Földet körülvevı gázok keveréke. Tiszta állapotban színtelen, szagtalan. Erısen lehőtve cseppfolyósítható. A cseppfolyós levegı világoskék folyadék, hımérséklete 190 C 0 körüli. A levegı alkotja a légkört, az atmoszférát. A Föld sugara a középponttól a felszínig kb. 6370 km, e fölött helyezkedik el az ehhez képest vékony légkör. A légkör felfelé ritkulva megy át a bolygóközi térbe, külsı határát nehéz meghatározni, kb. 1000 km, az össztömege a Föld tömegének csak mintegy 1 milliomod része. A földi légkör a földtörténet során jelentıs változásokon ment keresztül. A Föld legelsı ún. ıslégköre abból a gáz és porfelhıbıl származik, amelybıl maga a bolygó is kialakult. A kialakuló Földbe 4 milliárd évvel korábban meteorok, üstökösök, bolygókezdemények csapódtak be, amelyek jelentıs mennyiségben hoztak magukkal gázokat is fagyott állapotban, amelyek rögtön elillantak és a légkörbe kerültek. A légkör anyaga folyamatosan elszökött, ami annál valószínőbb, minél kisebb a gáz molekulasúlya (hidrogén és a hélium) illetve minél nagyobb a napszél elsodró hatása. Az ún. másodlagos légkör a földfelszín lehőlése, megszilárdulása során alakult ki a kızetek gázleadása és a vulkanizmus révén kb. 3.6 milliárd évvel ezelıtt. Ez CO 2 - bıl, N 2 -bıl, H 2 bıl, SO 2 -bıl, vízgızbıl állt. Amikor a hımérséklet elérte a 100 C-ot, megkezdıdhetett a vízgız cseppfolyósodása, és a Föld felszínén megindult az óceánvizek kialakulása. A földtörténet e kezdeti szakaszában (3 milliárd éve) a szén-dioxid mennyisége jelentısen meghaladta a jelenlegi értéket (egyesek a jelenlegi tízszeresének becsülik). 1
Ezzel szemben a légkör oxigéntartalma igen csekély volt (a jelenlegi kb. 1/1000 része) A szén-dioxid koncentráció csökkenésének két alapvetı oka van: 1. az ısóceánok kialakulásával a széndioxid jelentıs része elnyelıdött, a vízben kicsapódva karbonátos kızeteket hozott létre, 2. A fotoszintézis megjelenésével az élılények a levegıbıl szén-dioxidot vettek fel. Az oxigénlégkör kialakulása Az O 2 két forrása: 1. UV sugárzás hatására a víz disszociációjából 0,1% PAL-ig Urey-szint (=present atmospheric level); itt a kialakuló ózonréteg miatt a fotodisszociáció leáll (4,4 és 3,6 milliárd év között) 10-13 m magas vízoszlop alatt megjelentek az élet elsı képviselıi 2. Az élet kialakulása után a fotoszintézis Kb. 2,7 milliárd éve. A kialakult kékmoszatok fotoszintézise tovább fokozza az oxigén mennyiségét. Az oxigénszint eléri a mai 1%-át Kb. 420 millió évvel ezelıtt /szilur/ oxigénszint eléri a mai 10%-át. Kialakul az ózonréteg, a szilur végén a halálos UV sugarak elnyelése olyan mértékő, hogy az élıvilág kiléphet a szárazföldre; elsı ismert szárazföldi növénymaradványok Devon: haraszterdık elterjedése Karbon végére: hatalmas vegetáció (mocsárerdık) nagy mennyiségő oxigén termelése A karbon végére (290-300 millió éve) a légkör oxigéntartalma elérte, sıt valószínőleg meghaladta a mai értéket Összetétel A mai légkör 78 V % nitrogénbıl, 21 V % oxigénbıl, 0.9 V% nemesgázokból (fıleg argonból) és 0,1% egyéb gázból áll. (vízgızt, szén-dioxidot, ózon, kén-dioxidot, nitrogén-oxidokat, port, stb. tartalmaz). 2
Nitrogén (78 V%) Az élılények nem tudják közvetlenül felhasználni, kivéve a nitrogénkötı baktériumokat (rhizobium fajok), akik ammóniává alakítják a nitrogént, a nitrifikáló baktériumok az ammónát nitritté (nitrosomonas) és nitráttá (nitrobacter) alakítják, a növények ezeket veszik fel, és nitrogén tartalmukat építik be szerves vegyületeikbe. A növényekbıl N-tartalmú szerves vegyületek (fehérjék) formájában kerül a nitrogén a heterotróf élılényekbe. Oxigén (21V%) A légkör oxigén tartalma fototróf szervezetekbıl származik (2,5 milliárd éve kezdték termelni ısi kékbaktériumok) a lebontó folyamatokhoz (biológiai oxidácó) szükséges (a légköri O 2 + a szerves vegyületek H 2 -tartalma vízzé oxidálódik, energiatermelés!) Egyéb CO 2 (0,03 V%) nemesgázok vízpára légszennyezı anyagok (pl. SO 2, NO 2, CO, freon, stb.) por CO 2 Növények fotoszintéziséhez szükséges (minden autotróf képes felhasználni), szerves vegyületeket állítanak elı belıle, minden élılény bocsát CO 2 -t a levegıbe (lebontó anyagcsere terméke), a légzés során keletkezik, az emberi tevékenység is termel CO 2 -t (ipar, közlekedés, háztartások), vulkánkitörtések során is kerül a levegıbe, viszonylag állandó koncentrációja fontos az üvegházhatás miatt, az üvegházhatás okozói fıleg a CO 2, CH 4, vízgız, dinitrogén-oxid, halogéntartalmú szénhidrogének. 3
SO 2 Fıleg a fosszilis energiahordozók (kıszén, szénhidrogének) égetésekor kerül a levegıbe, a levegı páratartalmával (a csapadékban oldódva) kénessavat (H 2 SO 3 ) képez, amibıl további oxidációval kénsav (H 2 SO 4 ) keletkezik,savas esık okozója, fıleg a növények klorofillját és a talajt károsítja redukáló hatású, kémhatását savas irányba tolja. Magyarországon a lucfenyı és a kocsánytalan tölgy különösen érzékeny a savas esıre. SO 2 -re érzékeny indikátor élılények a zuzmók. Nitrogén-oxidok: NO, N 2 O, NO 2, N 2 O 3 Fosszilis energiahordozók, égetésekor kerül a levegıbe, a csapadékban oldódva savakká (salétromossav, salétromsav, HNO 2, HNO 3 ) alakulnak (savas esık). Halogéntartalmú szénhidrogének Felelısek az ózonpajzs elvékonyodásáért pl. freon (CF 2 Cl 2 ). Üvegházhatású gázok. Szilárd lebegı szennyezıdések Por Mikroszkopikus mérető szemcsék (1-500 µm között), szabad szemmel nem láthatóak, 1 µm (1000 nm) alatt aeroszol (kolloid mérettartomány), nem vagy alig ülepednek ki. természetes és emberi tevékenység hatására kerül a légkörbe, felületükön káros anyagok kötıdhetnek meg, fıleg benzin-égéstermékek kátrány, aromás vegyületek (rákkeltı hatás), 4
Korom Az aeroszol mérettartományba esı, tüzelıanyagok tökéletlen égésekor visszamaradó, magas széntartalmú anyag, a füst szilárd komponense. Pernye Aeroszol mérettartományú éghetetlen hamu, amelyek fı alkotói különféle fémoxidok ill. szilikátok. Szmog Füstköd, ha a levegıben lévı légszennyezı anyagok koncentrációja elér és meghalad egy bizonyos határértéket, ezt az értéket elérve valamelyik levegı összetevı egészségkárosító hatású (légúti problémák, asztma, tüdıödéma, nyálkahártya irritáció) Két típus: 1. Téli: London-típus (redukáló szmog) Kialakulásának feltételei: szélcsendes idıjárás, magas légnyomás, magas relatív páratartalom, -3 +5 C közötti hımérséklet, fosszilis tüzelıanyagok nagymértékő felhasználásakor, CO, kén-dioxid, por, korom. 5
2. Nyári: Los Angeles-típus, fotokémiai szmog (oxidatív szmog) Kialakulásának feltételei: erıs napsugárzás (UV-sugárzás) 25-35 C o alacsony páratartalom közlekedés által kibocsátott szennyezések (NOx, szénhidrogének, CO) gyenge légmozgás UV hatására ózon, nitrogén oxidok, hidrogén-peroxid, szabadgyökök keletkeznek. Nyálkahártya irritáció, légúti gyulladás Mexikóváros, Athén, Tokió felett a kétféle típus együtt Szmogriadó Intézkedési rendszer, önkényesen megállapított határértékek, ha a káros anyagok mennyiségének az értéke közelíti, vagy eléri a megadott határértéket, hatására csökken a légszennyezı anyagok kibocsátásának mértéke, közlekedés, ipari tevékenység, főtés többlépcsıs korlátozása 6
Az ózon Az ózon (O 3 ) egy három oxigénatomból álló instabil molekula. Az ózon a légkör 20-30 km magasságában köpenyszerően veszi körül a földet, hımérséklete eléri a 60 Celsius-fokot. A földi élet számára rendkívül fontos, mert kiszőri az UV sugarak legnagyobb részét. Ultraibolya sugárzásnak nevezzük a 100 nanométer (nm) és 400 nm közé esı hullámhosszúságú sugárzásokat. (UV-C (100 nm-280 nm), UV-B (280 nm-320 nm) és UV- A (320 nm-400 nm)) Az ózon védı szerepe kettıs: egyrészt az ózonképzı folyamatokhoz UV-sugárzás kell, s emiatt e tartomány energiája felemésztıdik az "ózongyártásban". másrészt maga az ózon elnyeli (abszorbeálja) az UV-B-sugárzás döntı hányadát. A légkörben található ózon mennyisége az utóbbi néhány évtizedben helyenként eltérı mértékben folyamatosan csökken. A legnagyobb mértékő csökkenést a Délisark környezetében mérték. Az ózonréteg vékonyodását illetıen többféle elképzelés van forgalomban: Leginkább elfogadott nézet szerint, a légkörbe került halogéntartalmú szénhidrogének fıleg freonok, ill. a belılük felszabaduló klór és az abból kialakuló klór-monoxid, tehetık felelıssé. Ezek a vegyületek felhalmozódva még 50-100 évig lesznek jelen károsítva az ózonréteget. 7