levegő - rausch péter honlapjarexades.web.elte.hu/diakjaimnak/lev.pdf · 1 pethő gergely...
TRANSCRIPT
1
Pethő Gergely biológia-kémia
Rausch Péter kémia-környezettan
A légkör jellemzői
2
Levegő
3
4
A Föld szerkezete
• gömbhéjas szerkezet • a Föld külső burkai:
• levegőburok (atmoszféra) • vízburok (hidroszféra) • kőzetburok (litoszféra) + az élővilág burka (bioszféra - Lamarck)
• légkör: a Földet körülvevő gázréteg
5
A légkör összetétele halmazállapot szerint: gázok, cseppfolyós anyagok, szilárd anyagok
Egyéb:
• nemesgázok:
argon 0,93 %
hélium, radon
• CO2
• vízgőz
• szennyező gázok
• por- és koromszemcsék
nitrogén, 78%
oxigén, 21%
6
Makrokomponensek tf% ppm
Nitrogén 78,09
Oxigén 20,94
Széndioxid 0,03 365
Nemes gázok/argon 0,93 9325
Mikrokomponensek tf% ppm
Nemes gázok/Ne, He, Kr, Xe 1-10
Hidrogén 5*10-5 0,5
Metán 1,6 *10-4 1
Kénhidrogén, kéndioxid 2*10-7 1-2
Nitrogénoxidok 3*10-5 0,5
Ózon 4 -10-6 0,02
7
A légkör alkotói
• élet kialakulása – Naptól való kedvező távolság – héliumnál nehezebb elemek képződése – a vízburok és a légkör kialakulása
• élet táplálék, víz, levegő nélkül?
akár 5 hét kb. 5 nap max. 5 perc
8
A légkör alkotói
• egy felnőtt ember normális életműködéséhez naponta 15 kg (kb. 13 m3) levegő szükséges
• miért van szükség levegőre? – anyagcsere-folyamatok – látás – hallás – szaglás
9
A légkör jelentősége
• ózonréteg • kisebb meteoritok elégetése, szétverése • nyersanyagok az ipar számára
pl. neon és kripton → izzók, lámpaégők, fénycsövek
• légi közlekedés (sztratoszféra) • csapadékképződés → permetszerű szennyezőanyagok (sókristályok a tengerből)
10
A mai légkör kialakulása • a Föld életkora kb. 4,6 milliárd év • kezdetben H2 és He → elillantak • gázok áramlanak ki a már megszilárdult, de még forró
Föld belsejéből • a légkör akkori összetétele (vulkanikus eredet!)
– 75 tf % CO2 – 15 tf % vízgőz – 10 tf % N2
• kb. 4,4 milliárd évvel a Föld felszínének hőmérséklete 100 °C alá hűlt
→ a felszíni páraburok lecsapódott (óceánok, tengerek)
oxigén nélküli (redukáló) légkör! (de: vízgőz bontása UV-sugárzás hatására → kevés O2)
11
• élet megjelenése: 4 milliárd évvel ezelőtt
• tengerekben – 10 m-rel a vízfelszín alatt (UV!) • ősi baktériumok (anaerob életmód) • az elemi oxigén méreg lett volna számukra → miért?
• a légköri oxigén megjelenése: • oxigéntermelő fotoszintézis (kékbaktériumok, algák) • de: 1,5 – 2 milliárd éven át a reduktív gázok megkötik (földkéregből, vulkánokból törtek fel) • 2 milliárd évvel ezelőtt → oxigénkatasztrófa
• redukáló képesség megszűnik • az oxigén elkezd felhalmozódni a légkörben
• kipusztulás vagy alkalmazkodás • tengerek, tavak, mocsarak iszapja • anaerob tevékenység → metántermelés (légkör összetétele!)
A mai légkör kialakulása
12
ózonpajzs kialakulása: • O2 → 2 O a Napból érkező UV-sugárzás hatására • O + O2 → O3
ózon • UV-sugárzás elnyelése • a légkör oxigéntartalma folyamatosan nőtt → 21 tf %-nál megállt kb. 1 milliárd évvel ezelőtt
(szerencsére!!!) • kialakult az oxidáló légkör
hν
A mai légkör kialakulása
13
• ha 21 tf %-nál nagyobb lenne? – a légkör oxigéntartalmának növekedésével
a növények egyre gyúlékonyabbá válnak – már 25 tf % esetén a 20-25 m/m %
víztartalmú növények is alacsony hőmérsékleten meggyulladnának
– gyakori és kiterjedt erdő- és préritüzek – egyetlen villamáscsapás okozta tűz
kontinensnyi nagyságú területek növényvilágának az elégését eredményezné
• ha 21 tf % -nál kisebb lenne? • néhány százalékkal kisebb O2-tartalom
állatok: légzési
zavarok növények: csökkenő
fotoszintézis hatékonyság
14
• 10 % O2 : veszélytelen • < 8 % O2 : fulladás • karbonkor
– növények gyors szárazföldi térhódítása – 21 tf %-nál nagyobb O2-tartalom? → 70 cm-es szárnyfesztávolságú szitakötők (rovarok légzése!)
15
• a légkör összetétele, sűrűsége és nyomása a Földtől távolodva jelentősen változik
• különböző rétegek („szférák”; hőmérséklet alapján) – 0-11 km : troposzféra – 11-50 km : sztratoszféra (ózonréteg!) – 50-80 km : mezoszféra – 80 – 800 km : termoszféra – 800 km felett : exoszféra
• a légkör tömegének 80 % - a → troposzférában! • az élővilágra főleg a két alsó réteg hat közvetlenül
16
légnyomás: a levegő súlyából származó nyomás
17
A légkör • felfelé haladva ritkul a levegő (légnyomáscsökkenés és
O2-hiány) – határt szab az ember állandó megtelepedésének (kb. 4000-5000 m) – hegyi vagy magassági betegség
– látásélesség csökkenés – fülzúgás – álmosság – izomgyengeség – szédülés – hányinger – érzékszervi csalódások
hegymászók: gázpalack, gázmaszk
18
Adaptáció vs. akklimatizáció • adaptáció (evolúció során, genetikailag rögzül) • akklimatizáció (egyed élete során) Alkalmazkodás a nagy tengerszint feletti magassághoz: alacsony hőmérséklet és légköri nyomás (kevesebb O2) intenzívebb UV- és kozmikus sugárzás Mexikói olimpia - helybeliek adaptálódtak, külföldiek akklimatizálódtak (adaptáció: sok, kicsi vörösvértest ; akklimatizáció:több, nagyobb vvt) Peru (4000-4800 m), Bolívia (3800-4000 m), Nepál (3500-4000 m)
– kisebb születési súly – késik a nemi érés – alacsonyabb termékenység (Nepál,Tibet:többnejűség) – relatíve alacsonyabb, könnyebb gyerekek
19
Sarlósejtes vérszegénység - egygénes, recesszív öröklődés egy aminosav megváltozik (mutáció) → hemoglobin térszerkezete megváltozik → vörösvérsejt alakja más (sarló alak) → O2-szállító képesség befolyásolása (kisebb felület) → gyengébb oxigénellátás → belső szervek működése romlik
de: heterozigóták – maláriával szembeni rezisztencia nő
20
A légkör alkotói
oxigén (O2) – színtelen, szagtalan gáz – kevéssé reakcióképes (közönséges körülmények
között) – vízben kis mértékben oldódik – gyógyászati felhasználás
(légzési nehézségek, gázmérgezés) – élőlények élettevékenységéhez szükséges
(forrás, limitálhat)
21
Mihez kell az O2?
• terminális oxidáció – redukált koenzimeken lévő
hidrogének vízzé oxidálása a légzési O2 segítségével
– légzési elektrontranszport lánc
• oxidatív foszforiláció – a terminális oxidációval
összekapcsolt energiatermelés (ADP → ATP)
DNS kriszta
mátrix
riboszómák
belső membrán
külső membrán
22
O2 O2-. H2O2 H2O OH.
e- e- e- e-
(vagy ROOH)
szuperoxid (10-12 sec.)
peroxid hidroxilgyök (10-14 sec.)
„Mérgező” (reaktív) oxigén származékok
23
Az oxidatív foszforiláció menete - a mitokondrium, mint „sejterőmű”
intermembrán tér
mátrix
kémiai potenciál
ΔpH befelé lúgos
elektromos potenciál
Δψ befelé
negatív
protonmozgató erő által hajtott ATP
szintézis
24
Fotoszintézis és légzés
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O a fotoszintézis nagyobb mértékű (növény = növekvő lény) légzés mindig folyik (sok szobanövény a hálószobában)
fotoszintézis
fényenergia megkötése
légzés
kémiai energia felszabadulása
25
C6H12O6 + O2 E
CO2 + H2O
fotoszintézis
növények, kékbaktériumok
légzés
növények(!), állatok, lebontó szervezetek
fényenergia beépítése kémiai kötésekbe
kémiai kötések energiájának felhasználása
az életműködésekhez
Fotoszintézis és légzés
26
Növények gázcseréje
Fotoszintézis O2 CO2
Légzés
O2 CO2
Gázcsere O2 CO2
Naponta összesen
Nappal termel felhasznál felhasznál termel leadás felvétel O2 leadás, CO2 felvétel
Éjjel - - felhasznál termel felvétel leadás
légkör gázösszetételének megtartása!!!
27
A CO2-koncentráció hatása a fotoszintézisre
• intenzívebb fotoszintézis • gyorsabb növekedés és fejlődés • több CO2 esetén → több fényt hasznosít
[CO2]
fotoszintézis intenzitás
állandó fényerősség!!!
sok CO2
kevés CO2 több CO2
fényerő
fotoszintézis intenzitás
CO2 diffúzió limitál
28
Anaerob légzés és erjedés
• anaerob légzés: – anaerob körülmények – üledékes tó- és tengerfenék, mocsarak, kérődzők
bendője, rizsföldek – denitrifikáló, szulfátredukáló, metántermelő
baktériumok → más szervetlen anyag a H-felvevő
• erjedés: – fejlettebb élőlények → O2 hiány (anaerob) esetén – tejsavas erjesztés (tejsavbakt.-ok, izomsejtek!) – alkoholos erjesztés (élesztőgombák)
29
Erjedés
CH3
O
COOH
tejsav
etil-alkohol
CH3
O
H+ CO2
acetaldehid
CH3
H
OHH
CH3
OH
COOHH
2 H
2 H
30
A légkör alkotói
nitrogén (N2) – színtelen, szagtalan – nem reakcióképes (inert) → :N≡N: – vízben kis mértékben oldódik – nitrogénkötő baktériumok jelentősége!
31
Nitrogén-fixáció és denitrifikáció • N : kritikus limitáló tényező sok helyen • légköri nitrogén megkötése • baktériumok, kékbaktériumok,
zuzmók • pl. Rhizobium fajok (szimbiózis
pillangósvirágúakkal: gyökérgümők) • gyökérgümő belseje piros
(leghemoglobin) → O2-t köt (alacsony O2 konc. szükséges)
• denitrifikáló baktériumok: NH4
+, NO2-, NO3
- → légköri N2
mezőgazdaság számára káros (mélyszántás!)
gyökérgumók
32
A levegő vízgőztartalma
• fontos környezeti tényező lehet – nagy páratartalom akadályozhat
• növények vízfelszívása • párologtatással hűtő állatok hőszabályozása
– túl száraz levegő • kisebb, kevéssé vastag vízzáró réteggel rendelkező
növények és állatok kiszárítása • szobalevegő (párologtatás!)
33
A Föld légköre állandó változásban van!!! – de az elmúlt 200 évben jóval gyorsabb (emberi tevékenység!)
• CH4-tartalom : négyszer nagyobb • CO2-tartalom : 25 % -kal nőtt • Pb konc. : 18-szorosára nőtt • Hg konc. : kétszer nagyobb
– 7000 (!) mesterséges anyag jelent meg a légkörben (ipar, mezőgazdaság)
– öntisztulás már kevés – levegőszennyezés régen: vulkánkitörés – szélviharok régen : egész városok elpusztultak – első emberi tevékenység: széntüzelés (korom, SO2)
34
• I. Edward (1273) – az első ”környezetvédelmi” rendelet – bizonyos szénfajta alkalmazását megtiltja
• III. Richárd (1300) – adóval sújtja a szénbányászatot (visszaszorítás)
• II. Károly (1661) – tanulmány készíttetése a London feletti
felhőkről (összefüggés a felhők és több halálos betegség
között)
Környezetvédelmi előzmények
35
légköri szennyező anyagok
eredet
mesterséges természetes
halmazállapot
szilárd cseppfolyós gáz
A légköri szennyezőanyagok felosztása
36
Légszennyező anyagok csoportosítása káros hatásuk alapján
Káros hatás: • Üvegházhatás • Ózonpajzs károsítás • Egészségügyi hatás
– Toxicitás – Karcinogenitás, mutagenitás, teratogenitás
• Savas esők, korrozivitás • Szmogképződés • Tűz- és robbanás
37
A szennyezett levegő hatása • régen csak ipari és lakóterületek • ma már mezőgazdasági, természeti területek • emberre, állatokra, növényekre gyakorolt káros
hatás • növények: jóval érzékenyebbek!
– indikátorok – pl. zuzmó → erősen szennyezett levegőjű városok környéke zuzmómentes övezet)
– klorózis (színváltozás) • klorofill és egyéb színanyagok pusztulása miatt sárga, barna és
vörös foltok jelennek meg a levélen • a levél szövete összezsugorodik, elfonnyad
38
• állatok • madárfajok elvándorlása
• növényvédő szerek túlzott / helytelen felhasználása → „hasznos” ízeltlábúak, madarak, kisebb emlősök tömeges pusztulása
• ember • asztma, hörghurut, allergia, tüdőrák…
A szennyezett levegő hatása
39
Angolkór • D-vitamin hiány: csontok növekedése, fejlődése
elmarad (Ca, P nem épül be a csontokba) • megelőzhető: csukamájolaj → tőkehal! • Angliában volt gyakori
– ködös éghajlat – füstös nagyvárosok
• 1-2 éves korban, téli hónapok (kevés napfény!)
bőrben
40
Angolkór
41
Ipari melanizmus • valamely rovarfaj ritka, sötét változatának
(melanisztikus alak) iparvidékeken történő gyakoriság-növekedése
• 19. század, Anglia • ~ 800-ből kb. 100 lepkefaj mutatta • nyírfaaraszoló lepke (Biston betularia)
– kezdetben: fehér >> fekete – később: fekete >> fehér – ipari eredetű légszennyeződés → fehér nyírfatörzs
besötétült (zuzmók eltűntek + korom) → fekete változat kedvezőbb (madarak)
42
43
44
Fő tendenciák a légszennyezettség terén
• Kiemelkedő a fővárosi agglomeráció és az észak dunántúli ipari vidék terhelése
• Csökken a terhelés a borsodi, közép-dunántúli és baranyai régióban
• Csökkent az utóbbi években a kén- és nitrogénoxidok kibocsátása, a közlekedési kibocsátásból származó nitrogénoxid mennyisége viszont növekedett
• A nagy forgalmú közutak szerepe jelentős a szennyezettség alakulásában
• A nagyvárosok belterületein, forgalmas főútvonalak mentén a légzési zónában nagy a szennyezettség, helyenként növekvő gyakorisággal mérnek határértéket meghaladó koncentrációt
• Csökkent az ólomszennyezettség • Jelentősek a nyári felszín-közeli ózonkoncentrációk
45
Emisszió % (kibocsátás) SO2 NOx CxHy CO szilárd
Természetes eredetű 75 94 96 23 94
Antropogén eredetű 25 6 4 77 6
közlekedés 3 45 60 80
ipar 25 15 35 5 45
energia 70 40 2 2 55
biomassza 2 5
Mennyiség vagy koncentráció?
46
Vegyület Természetes eredet
Antropogén eredet
kén-dioxid 100 65
nitrogén-oxidok 100 70
széndioxid 100 7
radioaktivitás 100 200
szénhidrogének 100 40
metán 100 15
PAH 100 1000
CH/F,Cl 0 104
arzén 100 300
kadmium 100 800
ólom 100 1800
Az antropogén és természetes eredetű emissziók becsült részarányai
Antropogén források:
• ipar
• közlekedés
• kommunális
• mezőgazdaság
47
Légszennyező anyagok ózon (O3)
• nagy tömegben halvány kékes színű • szúrós szagú, köhögésre ingerlő • levegőnél nehezebb • vízben kevéssé oldódik (1 g / l) • rendkívül erős oxidáló tulajdonság (szinte mindent eloxidál) • erősen mérgező:
– a molekula, illetve az általa oxidált (másodlagos) reakciótermékek is veszélyesek (PAN, gyökök, aldehidek)
– már 60 ppm felére csökkenti a fotoszintézis mértékét – Nagy koncentrációja fokozott fizikai fáradtságot, köhögést, a szájban, az
orrban, a torokban szárazságérzést, a szem kivörösödését, könnyezését, duzzadását válthatja ki.
• ózonpajzs (20-22 km magasságban, elnyeli az UV sugarak nagy hányadát)
• „ózondús levegő” – semmi köze az ózonhoz!
gáz
48
Légszennyező anyagok ózon (O3)
• a Los Angeles típusú szmog egyik kiváltója – Ívkisülés – nagyfesz - esetén keletkezik (Otto motoros gépkocsi gyertyája) – lézernyomtatók, fénymásolók, hegesztőkészülékek működése közben
• Felhasználás: ideális ivóvíz-fertőtlenítésre, klórozás helyett (használatával kiküszöbölik a halogénezett szénhidrogének keletkezését az ivóvízben).
• Maró hatásuk révén izgatják a szemet és a nyálkahártyát. • Tüdőbe kerülve már kis koncentráció mellett is légúti
gyulladást okozhat. Emellett a tüdő kapacitásának valamint a fertőzésekkel szemben való ellenálló képesség csökkenéséért is felelős.
• Növények esetében a levelek károsodásához vezethet, ezen felül gátolja a fotoszintézist és a gyökérlégzést is. Mindezek együttesen közrejátszhatnak a növény pusztulásában.
49
Légszennyező anyagok kén-dioxid (SO2)
• színtelen • szúrós szagú, köhögésre ingerlő • levegőnél nehezebb • vízben jól oldódik, savas kémhatás • erős redukálószer (szerves festékek egy részét
elszínteleníti → befőzés, gyümölcsök fehér színének megőrzése)
• erősen mérgező: – baktérium- és gombaölő →
borászat (hordók kénezése)! – zuzmók, tűlevelű növények
(nedvességben oldódik → klorofill bontása → asszimiláció gátlása
gáz
50
• egészségkárosodás nélkül a következő értékek viselhetők el: – fél órán át: 0,5 mg / m3
– egy napig: 0,15 mg / m3
– egy éven át: 0,070 mg / m3
• egészségügyi hatások: nagyobb mennyiségben köhögést, görcsöt, tüdőödémát, tudatzavart és halált is okozhat
Légszennyező anyagok kén-dioxid (SO2)
51
52
53
• mérgező vegyületek • magas hőmérsékleten lejátszódó égési
folyamatok melléktermékei – N2 (g) + O2 (g) = 2 NO (g) – 2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g)
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
54
• nitrogén-monoxid (NO) – színtelen gáz – vízben kevéssé oldódik – reakcióképes (egyből reagál az oxigénnel)
2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g) – átlagos élettartama néhány nap – biológiai jelentőség (a sejt által termelt)
• jelátviteli folyamatok (idegsejtek) • vérnyomás-szabályozás (értágító) • immunválasz (makrofágok termelik)
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
55
• nitrogén-dioxid (NO2) vörösbarna gáz, levegőnél nehezebb, erélyes oxidálószer, átlagos élettartama néhány nap
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
NOx kibocsátás különböző közlekedési eszközöknél
56
57
• izgatja a szemet, a bőrt és a légzőszervet • belégzése tüdővizenyőt okozhat • nagymértékű expozíció halálhoz is vezethet • genetikai károsodást is okozhat • NO: hatással lehet a vérre (methemoglobin) • a nitrogén-oxidok szennyezettség átlagos értéke
évről-évre növekszik Budapesten • határérték túllépések közel fele a Nagykörút-
Margit körút- Krisztina körút- Alkotás utca- Bocskai út által határolt terület
• Pest és Buda belvárosa
Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)
58
Az endogén NO biológiai hatása • az év molekulája (1992, Science) • anginás rohamok: nitroglicerin
(régen) → NO szabadul fel → simaizom
elernyedés → értágító hatás → vérnyomás csökken
• péniszben lévő idegsejtek – NO szintézis → vérerek helyi kitágulása → merevedés (Viagra, 1998: Nobel-díj)
• bakteriális fertőzés – makrofágok: NO termelés → kémiai
reakciók → •OH és NO2 keletkezik → baktériumölő hatás
59
Légszennyező anyagok ammónia (NH3)
• színtelen • szúrós szagú • levegőnél könnyebb • vízben jól oldódik, lúgos kémhatás • képződése
– talajban lévő szerves anyagok bomlása (rothasztó baktériumok)
– állatok vizeletének bomlása (karbamid, húgysav) • átlagos tartózkodási idő: 1 nap (egyetlen bázis a
légkörben!)
gáz
60
Légszennyező anyagok ammónia (NH3)
NH3 + H+ = NH4+
nedves ülepedéssel visszajut a Földre és redoxi
átalakuláson megy át
C
O
NH2NH2NH3 + CO2
N
N
O
O
NH
H
H
N
OH
húgysav
karbamid
61
• színtelen, szagtalan • levegőnél nehezebb • fulladást okoz (oxigénhiány miatt) must erjedése, régi kutak, barlangok…→ égő gyertya • eszméletvesztés már 10 tf % - nál • vízben oldódik, reakcióba lép vele CO2 + H2O H2CO3 • 1 millió molekula között 350 db CO2 molekula
– koncentrációja: 350 ppm (parts per million) • a légkör állandó alkotórésze! • stabilis, átlagos tartózkodási idő: 10-15 év
Légszennyező anyagok szén-dioxid (CO2)
gáz
62
367 ppm volt 1999-ben és kb. 1,5 ppm-et emelkedik évente.
A Mauna Loa-i (Hawaii) obszervatórium mérései
63
Légszennyező anyagok szén-dioxid (CO2)
• fontos forrás (növényi élet számára; limitáló tényező lehet)
• szén és széntartalmú anyagok tökéletes égésekor keletkezik
• hosszú ideig egyensúlyban volt a Föld CO2 - háztartása → fotoszintézis során jelentős CO2 megkötés • 100 évvel ezelőtt 29 ppm volt a konc.-ja • trópusi esőerdők irtása: CO2 megkötés ↓ • iparosodás, közlekedés fejlődése: CO2 kibocsátás ↑
64
CO2-konc. változása
65
66
Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)
• színtelen, szagtalan • vízben kevéssé oldódó • rendkívül mérgező!!!
:C≡O: – stabilis komplex a vér hemoglobinjával (Fe2+ ionhoz) – erősebben kötődik az oxigénnél – megakadályozza annak megkötését, szállítását → gázcsere nem működik! – fulladásos halál (kémény, fürdés)
• endogén CO: másodlagos hírvivő!!!!
gáz
67
• a légkörben néhány hónap az átlagos tartózkodási ideje • tökéletlen égéskor keletkezik • közlekedés!!! • kipufogógáz
– szénhidrogének, CO, nitrogén-oxidok – katalizátorok ( palládium, platina és ródium…)
Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)
68
69
• CO + Hem·O2 O2 + Hem·CO • K = 200 → nagy érték!!! • már kis [CO] is leköti a hemoglobint • ha pl. a [CO] eléri az [O2] 200-ad részét, akkor a
hemoglobin fele a CO-dal képez komplexet!!! • ha 20 % -ban átalakul a Hem·O2 Hem·CO-dá, az már
végzetes! • azonnali hatás: fejfájás, rosszullét, hányás,
izomgyengeség, látás- és hallásképesség csökkenés, eszméletvesztés, halál
• friss levegő, mesterséges lélegeztetés, szellőztetés • tartós hatás: a szívizmot ellátó koszorúerek keringését csökkenti,
elősegíti a koszorúér-elmeszesedést, szűkíti a koszorúereket, növeli a szívinfarktus kockázatát. Akadályozza a vér oxigénszállító képességét.
Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)
70
71
Légszennyező anyagok mérése • folyamatos mérés
1991-től Bp. 8 pontján (kezdetben)
• Óbuda, Széna tér, Csepel, Baross tér, Kosztolányi tér, Erzsébet tér, Kőbánya, Zugló
http://idokep.hu
72
• a „tiszta” levegőben ∼ 500 CxHy
• alkánok, alkének, acetilén és aromás vegyületek • erdővel borított területek felett az izoprén és az
izoprénszármazékok koncentrációja is magas! • kipufogógáz, cigarettafüst (!!!) → illékony, policiklusos és aromás szénhidrogének (közvetlen hatásuk: fejfájás, hányinger, szédülés) → rákkeltő hatás (állatkísérletek), mutagének, károsítják az
immunrendszert, hormonok termelését megváltoztatják (születés körül)
pl. pirének (3,4-benzpirén)
Légszennyező anyagok szénhidrogének
73
egészséges tüdő bagós tüdő
74
benzpirén: egyik legveszélyesebb vegyület, a WHO szerint az I. veszélyességi kategóriába tartozik, egészségügyi határértéke lakóterületen: 1 ng/m3 (a budapesti Margit körúton már 54 ng/m3 értéket is mértek!)
3,4-benzpirén
75
NO
O
OH
R
OH
OP
NNH
N
NH2
O
OHOH
O
guanin
OHOH
OH
NO
O
OH
R
OH
OP
NNH
N
NH
O
+
A benzpirénből származó diol-epoxid és a DNS guananinjának kölcsönhatása
R
R
76
• metán (CH4) – természetes forrás: szerves anyagok anaerob bomlása
• vízzel elárasztott rizsföldek • szarvasmarhák
– mesterséges forrás: bányászat, földgázkitermelés – légköri átlagos tartózkodás: 5-10 év – a teljes troposzférában elkeveredik – CO-dá, majd CO2-dá oxidálódik – visszatér a légkörből a bioszférába
Légszennyező anyagok szénhidrogének
77
Légszennyező anyagok halogénezett szénhidrogének
• kizárólag antropogén eredet! • kivétel:
– metil-klorid – óceánok felszíni rétegében képződik – 0,4 ppm (legnagyobb konc.)
• hajtógáz, habosító anyag, hűtőközeg, oldószer • freonok és halonok • stabilis vegyületek: 80-100 év tartózkodási idő
78
• a valaha gyártott mennyiség zöme még a légkörben van
• bomlástermékeik károsítják az ózonpajzsot • 10 000 - szer több energiát nyel a CO2-nál → üvegházhatású gázok (15 %) • az egészségre is ártalmasak!
Légszennyező anyagok halogénezett szénhidrogének
79
Az Antarktiszon mért teljes ózon mennyiség csökkenése 1956 és 1994 között, kis mértékű emelkedés a 2000-es évekre.
80
• finom eloszlású szilárd anyag • korom, homok, sókristályok, növényi spórák,
virágpor, vulkáni hamu, meteorit • légmozgások szállítják, diszpergálják • 40 – 70 ezer porszemcse / lélegzetvétel (Budapesten) • a tüdőbe jutó por 1 % - a bent marad a
tüdőhólyagocskákban • egy átl. háztartás: 1 kg por / hét • egy átl. ipari nagyváros: 50 tonna por / hónap / km2
Légszennyező anyagok por
81
• háztartási tüzelés, kohók, cementgyárak, hőerőművek, külszíni bányák, gépjárművek
• hatékony védelem: – megfelelő szűrőberendezések – erdők!!! → 1 hektár tölgyerdő: 50-60 t por / év → 1 hektár bükkerdő: 60-70 t por / év → Bp. faállománya: 150 000 t por / év
• hatás: növényi gázcsere nyílás elzárás, párologtatás gátlása, fényelzárás
Légszennyező anyagok por
82
• származás: – antropogén eredetű (az űrkutatás hulladéka is!) – vulkáni eredetű
• gyorsan változik a mennyisége • számottevő, de rövid távú hatás az időjárásra • kénkibocsátás esetén → kénsavas cseppecskék →
kevesebb napsugárzás → T ↓
– kozmikus eredetű (meteoritok)
• változatos méret, alak, összetétel
Légszennyező anyagok por
ülepedő por > 10 µm - a szennyező forrás 100 m-es körzetében lerakódik
szálló por < 10 µm - sokáig tartózkodik a levegőben
83
Az ülepedő por nehézfémtartalma
– Budapesten folyamatosan mérik – az ezredfordulóig az ólom a jelentette a legnagyobb veszélyt
• forgalmas utakon a határérték felett volt! • a városi por 1,5 m/m %-a ! • közlekedés • régen: 0,5 g ólom-tetraetil / 1 liter benzin • kipufogón át: talaj, levegő, majd víz • egészséges felnőtt vérében: 0,4 ppm • mérgezés tünetei: 0,8 ppm-től • gyerekeknél agykárosodás(idegméreg) !!! • ma már ólommentes benzin • régen: ólomtartalmú festékek, ólomból készült vízvezeték
84
Belélegzett por • orrüreg feladata:
– belélegzett levegő megtisztítása – nagyobb részecskék: orrnyílásban lévő szőrszálakon
fennakadnak – apróbb részecskék: nyálkahártyához tapadnak
• légutak feladata: – szennyeződés eltávolítása (csillós hám) – köhögés, tüsszentés
• belélegzett por mennyisége: – magas hegyek: 100 ezer porszem – alföldek: 500 ezer porszem – városok
• emberfejmagasság: 5 milliárd porszem • babakocsik magassága: 50 milliárd porszem
egy lélegzetvételnyi (fél liter) levegő
85
86
A Szaharából az Amazonas medencébe jutó por évi mennyiségét 13 millió tonnára becsülik. Iontartalma (K+, Fe3+, NO3
-, NH4+ és P3+)
igen fontos az esőerdő funkciói számára.
87
Üvegházhatás
• az élet fennmaradásához szükséges • ha nem lenne CO2 a légkörben, akkor a földi
hőmérséklet –15 °C lenne! • ha az élet kialakulása óta termelt valamennyi CO2
a légkörben lenne még, akkor a tengerek, óceánok vize felforrna!
• CO2, NOx, CH4, O3, fluorokarbonok abszorbeálják a Föld felszíne által visszabocsátott infravörös sugárzást és magasabb hőmérsékletet tartanak fenn
88
89
FŐBB ÜVEGHÁZHATÁSÚ GÁZOK JELLEMZŐI Gáz Koncentráció
ppm Légkörbeni élettartam
(év)
Évi mennyi-ségbeni
növekedés üteme (%/ év)
Molekulán-kénti
üvegházhatás
Része a hőmérsék-
let növekedés-
ben (%)
Szén-dioxid 350 7 0,4 1 50
Metán 1,70 10 1 30 15-20
Dinitrogén-oxid
0,31 170 0,3 160 5
CFC-k 0,28*10-3 80 (4) 20000 20
Ózon 0,03 0,1 1,5 2000 5
(Vízgőz) 1
90
Az elmúlt 100 év alatt a Föld felszíni hőmérséklete átlagosan 0,6 C fokot emelkedett.
Az átlagot egyenetlen eloszlás eredményezi.
91
92
Érdekességek
93
Miért kék az ég? • a Napból jövő fehér fény (színkeverék!) szétszóródik a
gázmolekulákon • az ibolya és a kék fény (rövidebb hullámhossz) többször
ütközik → jobban szóródnak • a hosszabb hullámhosszú fény majdnem egyenes úton jön
a szemünkbe → a Nap sárgának látszik
(kiegészítő színek: vörös-zöld, narancs-kék, sárga-ibolya)
94
Mi adja az ősz haj és a fehér virág színét?
• a fehér szín kialakulása nem igényel színanyagot
• folyadékba vagy kristályszemcsék közé zárt gázbuborékokon visszaverődik
• egyéb: felhő, felvert tojáshab, porcukor, szappanhab, hó…
95
A szél biológiai szerepe • szél: a levegő mozgása • növények:
– magvak, termések terjesztése – spórák terjesztése (gombáknál,
baktériumoknál is) – megporzás – ,,szél-alakzatok” (pl. zászló
korona - uralkodó szélirány) • állatok:
– helyváltoztatás (pl.: ökörnyál – pókfonal; repülést is segítheti)
– elterjedés (pl.: afrikai gémfaj → Dél-Amerika)
96
Szélmegporzás • magyar flóra: kb. 400 faj • nagy egyedszámú, sűrűn előforduló növények pl. erdőalkotó fák, gyepalkotó füvek (sásfélék, pázsitfüvek) • virág:
– nem feltűnő – nem színes – nem illatos – nem termel nektárt – rengeteg virágpor! (allergia) – takarólevelek (szirom- és csészelevelek) hiányozhatnak – egyivarú vagy kétivarú – nagy felületű bibe (pollen felfogása) – gyakran virágzat (pl.barka)
97
Széllel terjedő termések, magok • száraz, fel nem nyíló
– kaszat – lependék
• általában szárnyas vagy ernyős repítőkészülék (pongyola pitypang, mezei juhar) • ún. ördögszekér-stratégia (mezei iringó)
– a termést érlelő növény elszárad – az egész hajtásrendszert görgeti a szél – a termések / magvak fokozatosan kihullanak
98
A levegő urai • sarlósfecske
– repülés közben párosodik, alszik (légáramlatok!) – kicsi lábak, hegyes karom (kapaszkodás) – akár: 150 km / h
• albatrosz – 3,2 m a kiterjesztett szárnyak fesztávolsága – egyetlen év alatt többször körberepüli a Földet – minden 2. évben száll le (tojásrakás, 1 db)
• kolibri – másodpercenként 78 szárnycsapás – 13 mm hosszú, 0,2 g tömegű tojások (legkisebb) – testtömeg 1/3-a mellizom – egy helyben lebeg, akár hátrafelé is repül („helikopter”)