1

A légkör kémiája

1. A légköri összetevők és az ózon felfedezése

2. Sugárzási folyamatok

3. A légköri „fűtési” és hűtési” viszonyok 3.1. A „fűtés” (rövidhullámú napsugárzás) 3.2. A „hűtés” [hosszúhullámú (infravörös) sugárzás]

4. A főbb üvegházgázok, mint sugárzási szempontból aktív légköri összetevők tulajdonságai (táblázat)

5. A légszennyező anyagok

5.1. Az antropogén légszennyezés forrásai 5.2. A légszennyező anyagok típusai

6. Az elsődleges légszennyező anyagok néhány forrása (táblázat)

7. Nyomgázok

7.1. A vízgőz (H2O) − az üvegházhatás szempontjából a legfontosabb és legnagyobb koncentrációjú nyomgáz a légkörben 7.1.1. Jellemzői 7.1.2. Reakciói 7.1.3. Forrásai és nyelői

2

7.2. A szén-dioxid (CO2) − a legnagyobb koncentrációban

előforduló antropogén eredetű üvegházgáz a légkörben 7.2.1. Jellemzői 7.2.2. Biokémiai és geokémiai kölcsönhatások 7.2.3. Forrásai és nyelői

7.3. Az ózon (O3) − a földi élet szempontjából a legfontosabb nyomgáz a légkörben

7.3.1. Jellemzői 7.3.2. Keletkezése

7.3.2.1. Sztratoszférikus ózon 7.3.2.2. Troposzférikus ózon

7.3.3. Trendjei 7.3.4. Forrásai és nyelői

7.4. A metán (CH4) − a legegyszerűbb és legfontosabb telített szénhidrogén a légkörben 7.4.1. Jellemzői 7.4.2. Reakciói 7.4.3. Trendjei 7.4.4. Forrásai és nyelői

7.5. A dinitrogén-oxid (N2O) – felelős a középső és alsó sztratoszféra teljes ózoncsökkenésének 30-40 %-áért 7.5.1. Jellemzői 7.5.2. Reakciói 7.5.3. Trendjei 7.5.4. Forrásai és nyelői

3

7.6. A klórfluorkarbon vegyületek (CFC-k) – a sztratoszférikus ózonréteg lebontásával a földi élet számára a legnagyobb veszélyt jelentik 7.6.1. Jellemzőik 7.6.2. Éghajlati/kémiai kölcsönhatásaik 7.6.3. Koncentrációik és trendjeik

7.6.3.1. A CFC-gázok koncentrációi és trendjei (táblázat) 7.6.4. Forrásai és nyelői

7.7. Az egyéb üvegházgázok – csekély mértékben módosítják a sugárzási energiamérleget

7.8. A szén-monoxid (CO) – zárt terekben feldúsulva veszélyes (halált okozó) nyomgáz 7.8.1. Jellemzői 7.8.2. Éghajlati/kémiai kölcsönhatásai 7.8.3. Trendjei 7.8.4. Forrásai és nyelői

7.9. A nitrogén-oxidok (NOx) – fontos üvegházgázok, emellett reakcióik módosítják a globális sugárzási mérleget 7.9.1. Jellemzői 7.9.2. Reakciói 7.9.3. Forrásai és nyelői

4

7.10. Az aeroszolok – összetett szerepet játszanak a globális sugárzási mérleg alakításában 7.10.1. Definíciója 7.10.2. Jellemzői 7.10.3. Osztályozása

7.10.3.1. Elsődleges aeroszolok 7 .10 .3 .1 .1 . A fö ld fe l s z ínrő l s zármazó por 7 . 1 0 . 3 . 1 . 2 . A t e n g e r i s ó 7 . 1 0 . 3 . 1 . 3 . A f ü s t é s k o r o m 7 . 1 0 . 3 . 1 . 4 . T r e n d j e i

7.10.3.2. Másodlagos (fotokémiai és szerves eredetű) aeroszolok 7 . 1 0 . 3 . 2 . 1 . S z u l f á t a e r o s z o l 7 . 1 0 . 3 . 2 . 2 . D i m e t i l - s z u l f i d 7 . 1 0 . 3 . 2 . 3 . N i t r á t o k 7 . 1 0 . 3 . 2 . 4 . S z e r v e s e r e d e tű a e r o s z o l o k

7.10.3.3. Vulkáni eredetű aeroszolok 7 . 1 0 . 3 . 3 . 1 . A v u l k á n i e r e d e tű

a e r o s z o l o k t u l a j d o n s á g a i ( t á b l á z a t )

7.10.4. Kémiai reakciói 7.10.4.1. Kondenzálódott anyagok fizikai kémiája és

termodinamikája 7.10.4.2. Szilárd részecskéken adszorbeálódó nyomanyagok

reakciói 7.10.4.3. Folyékony cseppekben feloldódott nyomanyagok

reakciói. 7.10.4.4. Az aeroszol részecskék felszínén végbemenő reakciók 7.10.4.5. A vizes oldatokban lejátszódó reakciók

8. A sugárzási szempontból aktív nyomgázok 2000. évi és 2100-ra várható koncentrációja, valamint a koncentráció-növekedés okozta átlagos hőmérséklet emelkedés (táblázat)

9. Egyes üvegházgázok relatív hozzájárulása a megnövekedett üvegházhatáshoz (táblázat)

5

1. A légköri összetevők és az ózon felfedezése • Az időjárás és éghajlat fontos szerepet játszik az ember életében.

• A légkör állapota és mozgása a levegő összetételétől is függ.

• A légkört alkotó gázok alapanyagot szolgáltatnak a bioszféra életéhez (a fotoszintézishez és a légzéshez).

− Ókor: nem tudták, hogy a levegő anyagi tulajdonságokkal rendelkezik.

− i.e. 450: Empedoklész egyszerű kísérlettel igazolta a levegő anyagiságát.

− 1594: Galilei (miközben egy firenzei kútból saját készítésű berendezéssel kiszivattyúzta a vizet) rájött arra, hogy a levegőnek súlya van.

− 1643: Torricelli a levegő súlyának, a légnyomásnak a kimutatására megtervezett egy kísérletet (Viviani hajtotta végre).

− 1647: Pascal kísérleti úton bizonyította, hogy a légnyomás a magassággal fölfelé haladva csökken.

− 1667: Mayot feltételezte, hogy a levegő több gáz keverékéből áll.

− 1754: Black mutatta ki elsőként a levegőből a szén-dioxidot.

− 1772: Rutherford felfedezte a nitrogént.

− 1770-es évek eleje: Schele (svéd) azonosította az oxigént. Rájött, hogy az O2 táplálja az égést és a levegő térfogatának kb. negyedét teszi ki.

− 1777: Lavoisier rájött, hogy az O2 fontos szerepet játszik a légzésben.

− 19. sz. közepe: Schönbein fölfedezte az ózont.

− 1881: Hartly föltételezte, hogy a napsugárzás spektrumából hiányzó

0,3 µm-nél rövidebb hullámhosszúságú sávot az ózon nyeli el.

− 1918: Kimutatták, hogy a talajközeli levegő ózonmennyisége (∼40 ppb) közel sem elegendő a légoszlop teljes ózontartalmának megmagyarázásához.

− 1930-as évek eleje: Götz (svájci) meghatározta a maximális ózonkoncentráció szintjét (∼22 km).

6

2. Sugárzási folyamatok • A legfontosabb gázok (a vízgőz és a szén-dioxid) aktívak a hosszúhullámú

(infravörös) spektrumban.

• A légköri vízgőz mennyiségét a hidrológiai ciklus és a biogeokémiai folyamatok során keletkező szén-dioxid szabályozza.

• A vízgőz és a szén-dioxid befolyásolja az ózon és a metán (sugárzási szempontból aktívak) mennyiségét és eloszlását.

• További kölcsönhatások: ha a sztratoszférikus ózon lebomlik ⇒ nő az ultraibolya sugárzás ⇒ ez befolyásolja a biológiai produktivitást ⇒ ami módosítja a karbon-ciklust, megváltoztatva a CO2-koncentrációt, stb.

3. A légköri „fűtési” és hűtési” viszonyok − A légkör energiamérlegének összetevői:

(1) a napsugárzás közvetlen elnyelése (2) a földfelszín és a légkör közötti folyamatos és állandó hőenergia-átvitel (3) látens hőátvitel

3.1. A „fűtés” (rövidhullámú napsugárzás)

(a) ultraibolya sugárzás – a sztratoszférikus ózon elnyeli; (b) infravöröshöz közeli sugárzás – a troposzférikus víz (a vízgőz és a

felhők), valamint a szén-dioxid (sávokban) elnyelik; (c) többi látható és infravöröshöz közeli sugárzás – a felszín nyeli el vagy

visszaverődik a világűrbe; 3.2. A „hűtés” [hosszúhullámú (infravörös) sugárzás]

(a) vízgőz-, szén-dioxid- és ózonmolekulákról, (b) a felhőkről és (c) a földfelszínről;

7

4. A főbb üvegházgázok, mint sugárzási szempontból aktív

légköri összetevők tulajdonságai

gázok H2O CO2 O3 CH4 N2O CFC-k d jelen légköri

szint (ppmv) a

∼1 % bc

∼3-6 s

370 0,01 t ∼10 s

1,75 0,31 0,0003- 0,0005

az ipari forradalom előtti szint

(ppmv)

∼1 % b

∼3-4 s 280 <0,01 t 0,8 0,29 0

a növekedés sebessége (% / év)

- ?

0,5 ∼1 t -0,2 s

0,9 0,2 ∼4

forrás (tg e/ év) c

∼1⋅1014 ∼6000 c - c 400-600 5-15 ∼1

légköri tartózkodási

idő (év)

∼0,01 >100 ∼0,1 t ∼1 s

∼10 ∼150 65-130

elnyelési sávok

rövidhullámú tartomány

(µm)

0,9; 1,1; 1,4; 1,9;

2,7

4,3 0,25 0,65

elnyelési sávok

hosszúhullámú tartomány

(µm)

6,3 >20

15 9,6 7,7 7,8 8-14 d

kémiai aktivitás

HOx termokémiai, vízkémiai

biokémiai, geokémiai

O (1D) f t O, O (1D) f

s

HOx, Ox, ClOx

biokémiai

NOx ClOx

a ppmv: milliomod térfogatrész;

1 ppmv = 103 ppbv (milliárdod térfogatrész) = 106 pptv (trilliárdod térfogatrész) b A troposzférikus vízgőztartalmat ppmv helyett százalékosan adjuk meg. A troposzférikus

vízgőz koncentrációja 0 és 4 % között ingadozik. c A forrás az összes azonosított származási helyet reprezentálja. A vízgőz legfőbb forrása az

óceánokból történő párolgás. d A CFC-k (klór-fluor-karbon vegyületek) közül a CFC-11 és a CFC-12 járulnak hozzá

legnagyobb mértékben az üvegházhatáshoz. Ebben a csoportban az egyes CFC-gázoknak infravörös sávjuk van a 8-14 µm közötti hullámhossztartományban, bár az elsősorban a 8-10 µm közötti tartományra koncentrálódik.

e tg = teragramm; 1 teragramm = 1012 gramm f Az O(1D) szimbólum az oxigénatomok 1D-vel jelölt elektromosan gerjesztett első állapotára

utal. t troposzférikus értékek s sztratoszférikus értékek

8

5. A légszennyező anyagok Elég magas koncentrációban felhalmozódva

(1) mérgezik az élő környezetet (embert, állatvilágot, növényzetet) (2) pusztítják az élettelen környzetet (épületeket, berendezési tárgyakat)

5.1. Az antropogén légszennyezés forrásai

(a) rögzített (fix) – ipari komplexumok, erőművek, lakások, hivatali épületek, stb. (b) mozgó (mobil)

– gépjárművek, hajók, repülőgépek 5.2. A légszennyező anyagok típusai

(a) elsődleges légszennyezők – – közvetlenül kerülnek a légkörbe (pl. korom, füst) (b) másodlagos légszennyezők

– akkor keletkeznek amikor egy elsődleges légszennyező és valamely légkörben található anyag (pl. vízgőz) reakcióba lép.

9

6. Az elsődleges légszennyező anyagok néhány forrása

kategória forrás légszennyező anyag természetes vulkánkitörések részecskék (=PM) (por,

hamu), gázok (SO2, CO2) erdőtüzek füst, el nem égett

hidrokarbon vegyületek (VOC-k), CO2, NOx, hamu

porviharok lebegő részecskék óceáni hullámzás sórészecskék növényzet hidrokarbon vegyületek

(VOC-k), pollenek hévforrások kénes gázok antropogén ipari papírgyárak részecskék, a kén oxidjai – szén hamu, a kén oxidjai, a

nitrogén oxidjai,

erőművek

– olaj a kén oxidjai, a nitrogén oxidjai, CO

olajfinomítók hidrokarbonok, SOx, CO gyártás kénsav SO2, SO3, H2SO4 foszfát-

műtrágya gáznemű flour

vas- és acél fémoxidok, füst, gőzök, porok, szerves és szervetlen gázok

műanyag gáznemű gyanta festék/lakk acrolein, kénvegyületek személyi gépjárművek CO, a nitrogén oxidjai,

VOC, részecskék háztartási fűtés CO, részecskék nyílt szemétégetés CO, részecskék

VOC = Volatile Organic Compounds: illó szerves vegyületek. A szerves vegyületek egy

csoportja, melyek zöme hidrokarbonát.

10

7. Nyomgázok

Koncentrációjuk csekély + térben és időben rendkívül változékony. A légcirkuláció a forrásuktól a nyelő régióikba szállítja.

7.1. A vízgőz (H2O) − az üvegházhatás szempontjából a legfontosabb és legnagyobb koncentrációjú nyomgáz a légkörben

7.1.1. Jellemzői • Sugárzási szempontból aktív nyomgáz; felelős a légköri homályosság

jelentős részéért az infravörös tartományban (legfontosabb elnyelési sávjai: λ = 2,7 µm; λ = 6,3 µm; λ > 20 µm).

• A légköri vízgőztartalom csaknem kizárólag a troposzférára korlátozódik.

• A vízgőz a legfontosabb üvegházgáz a légkörben. Az általa előidézett fűtési hatás kb. egy nagyságrenddel nagyobb, mint a második legfontosabb üvegházgázé, a szén-dioxidé.

• Mivel E = f(T), ha a hőmérséklet emelkedik, több víz párolog el, nő az üvegházhatás, így tovább melegszik a felszín.

• A vízgőz gyakori fázisváltozásai felhőképződéshez és az óceánból származó látens hő átvételéhez vezetnek.

• A felhők magasságuk, fajtáik és a bennük kondenzálódott vízgőz sajátosságai szerint eltérő módon nyelik el a rövid-, illetve hosszúhullámú sugárzást, módosítják a sugárzási mérleget.

11

7.1.2. Reakciói • A vízből származó hidrogéngyökök az ózon lebontását katalizálják a

sztratoszférában:

OH + O3 ⎯→ HO2 + O2

HO2 + O3 ⎯→ OH + 2O2 (1)

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ O3 +O3 ⎯→ 3O2

Katalitikus: a hidrogénvegyületek újraképződnek − az OH-gyökben nincs veszteség − míg az ózon kémiai úton lebomlik, az O3-ból O2 keletkezik.

⇒ Ha nő a vízgőz koncentrációja, akkor csökken a sztratoszférikus ózonszint. Az ózon hozzájárul az üvegházhatáshoz azáltal, hogy a felső troposzférában és az alsó sztratoszférában elnyeli a Föld-légkör rendszer hosszúhullámú kisugárzását.

⇒ A vízgőznek az ózonnal és a többi üvegházgázzal való kapcsolata a globális éghajlat módosításának fontos tényezője.

• A vízgőz légköri koncentrációja 0 – 4 V% közötti, mely helyről helyre nagyságrendekkel változhat.

• A vízgőz fajlagos térfogata (V’) néhány jellemző helyen a következő:

7.1.3. Forrásai és nyelői

Forrás: természetes: hidroszféra (a globális víztárolók: világóceán, szárazföldek,

krioszféra, légkör); mesterséges: (1) antropogén tevékenységek; Nyelő: u.a. + bioszféra;

;20 1;2

−Ι ⋅= kggV EOH ppmV tropopauzaOH 21.;2−=Ι;5 1

60;2−Ι ⋅= kggV

szOH o

12

7.2. A szén-dioxid (CO2) − a legnagyobb koncentrációban előforduló antropogén eredetű üvegházgáz a légkörben

7.2.1. Jellemzői • Színtelen, gyengén savanykás ízű és szagú, kémiai kölcsönhatásra nem

hajlamos gáz.

• A másodlagos légkör kialakulásától kezdve természetes módon megtalálható az atmoszférában, légkörünk egyik fő összetevője. Légköri tartózkodási ideje több mint 100 év.

• A földtörténet során légköri előfordulása lényeges változásokat mutatott, s – lévén a vízgőz után a legfontosabb üvegházgáz – a globális felszíni átlaghőmérséklet is vele párhuzamosan változott. A széndioxid légköri mennyisége a földtörténeti ókorban (ordovícium, karbon, perm) és a középkorban (triász, júra, kréta) volt a legnagyobb, s a múltban mindig meghaladta a jelenlegi légköri szintjét. ⇒ a földtörténeti múlt globális felszíni átlaghőmérséklete (millió éves időskálán) mindig nagyobb volt, mint napjainkban.

• A légköri szén-dioxid megnövekedett koncentrációja befolyásolja a fotoszintézis sebességét. Az élet szárazföldi megjelenését követően a növényvilág fejlődése és a mindenkori légköri szén-dioxid mennyiségének alakulása egymásnak tükörképe. Ok: a növények életműködésükhöz széndioxidot és vizet használnak föl, melyeket napsugárzás jelenlétében építik be szervezetükbe. Egy adott növény által életműködése és fejlődése során fölhasznált szén-dioxid akkor kerül vissza a légkörbe, ha

(*) a növény elpusztul, lebomlik, s akkor vonul ki hosszabb időre (esetleg több tízmillió évre) a Föld-légkör rendszer széndioxid körforgalmából, ha

(*) betemetődik, s fosszilizálódik (pl. szénképződés). A mindenkori globális felszíni hőmérséklettől függően a világóceán óriási mennyiségű szén-dioxidot tartalmaz oldott állapotban (alacsonyabb vízhőmérséklet esetén többet, magasabb vízhőmérsékletnél kevesebbet). A karbonátos kőzetek folyamatos képződése, a mészvázú élőlények pusztulása ugyancsak hosszabb időre von ki szenet a légkörből.

13

• A globális biológiai aktivitás évszakos változásával együtt a CO2-

koncentráció is évszakos ingadozást mutat.

• A szén-dioxid légköri koncentrációja folyamatosan nő [2002: ≈370 ppm; az ipari forradalom kezdetén (≈ 1860): ≈280 ppm]; évi növekménye: ≈1,5 ppm

• Segítségével állapítják meg a csapadékvíz standard savasságát. A légköri szén-dioxiddal egyensúlyban lévő tiszta víz savassága 5,6 pH értékű, ami jóval alacsonyabb, mint a tiszta víz semleges pH-ja (7,0). [A pH a vizes oldatok savasságának mértéke. Kiszámítása: veszik az oldat H+-ion koncentrációjának a (-log10)-szeresét.]

• Inert gáz. Semmilyen fontos reakcióban nem vesz részt sem a troposzférában sem a sztratoszférában.

• Az erdők kivágásának és égetésének fölgyorsulása fokozhatja a szén-dioxid légköri fölhalmozódását.

• A vízgőz után a legfontosabb üvegházgáz. A megnövekedett üvegházhatáshoz való hozzájárulása 55 %.

• Koncentrációjának a növekedése melegíti a felszínt és hűti a sztratoszférát. A sztratoszférát azáltal hűti, hogy a felső légkör vékonyabb rétegén át hőt sugároz ki a világűrbe.

7.2.2. Biokémiai és geokémiai kölcsönhatások • Ha a légköri CO2-koncentráció megduplázódna ⇒ a globális

felszínhőmérséklet 2-4 °C-kal emelkedne ⇒ az átlagos vízgőzkoncentráció 10-20 %-kal növekedne.

• A sztratoszférikus ózonra gyakorolt hatás: E hatása az ózonnak az NOx-ek és egyéb ózon-katalitikus anyagok által történő kémiai lebontása hőmérsékleti érzékenységéből következik. Az ide vonatkozó reakciók a következők:

NO + O3 ⎯→ NO2 + O2

NO2 + O ⎯→ NO + O2 (1) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

O + O3 ⎯→ 2O2

14

Az NO-nak az O3-al való reakciója különösen nagy aktivációs energiával rendelkezik. Így – mivel a CO2 koncentrációja növekszik – a sztratoszféra hűl ⇒ az ózonlebontás sebessége csökken ⇒ az ózon koncentrációja növekszik.

• A szén-dioxid feloldódhat (1) a felhőkben − ahol a felhőkben lévő víz pH-ját, vagy savasságát módosítja; (2) az óceánokban − ahol a szénciklust indítja el. A szén légköri/óceáni cseréje a következő folyamatokat foglalja magába:

CO2 (gáznemű) ⇐⇒

OH 2 CO2·H2O (vizes)

CO2·H2O ⇐⇒ H+ +

−3HCO (2)

−3HCO ⇐⇒ H+ +

−23CO

(⇐⇒ : reverzibilis folyamatok)

a.) A CO2 feloldódása a vízhőmérséklettől függ. Minél hidegebb a víz, annál jobban oldódik a szén-dioxid.

b.) A feloldódott szénkomponenseket (CO2·H2O, HCO3− és CO3

2− ) az óceáni fitoplanktonok fotoszintézis útján asszimilálják.

c.) A karbonátok és a bikarbonátok (a HCO3− és a CO3

2− ) be is épülhetnek pl. a kagylókba vagy egyéb szerves anyagokba, ami a karbonátos üledékek képződéséhez vezet. A mély óceánokban fölhalmozódott karbonátok és bikarbonátok a CO2 fő rövid periódusú rezervoárjai. Ennélfogva a szén-dioxid növekvő légköri mennyisége számos visszacsatolási mechanizmust indíthat el.

15

d.) A felszínhőmérséklet változásai befolyásolhatják a biológiai aktivitás mértékét és sebességét a Föld felszínén. Az az alapvető biokémiai folyamat, mely a légköri szén-dioxidot a szárazföldekkel és az óceánokkal összeköti, a növényi fotoszintézis:

fotoszintézis CO2 + H2O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 'CH2O' + O2 (3)

('CH2O': a szerves anyag egysége)

A szerves anyagból oxidációval újra szén-dioxid keletkezik, ha elégetik, vagy ha az organizmusok − mint energiaforrást − elfogyasztják:

légzés CH2O' + O2 ⎯⎯⎯→ CO2 + H2O (4) égés 7.2.3. Forrásai és nyelői

Forrás: természetes: (1) vulkánkitörések, (2) bioszféra; mesterséges: (1) a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, (2) cementgyártás

(CaCO3 → CaO + CO2), (3) papírgyártás (az erdők tarra vágása), (4) mezőgazdasági tevékenységek – pl. legelők kialakítása erdőégetéssel;

Nyelő: (1) világóceán, (2) karbonátos kőzetek, (3) mészvázú élőlények, (4) légkör, (5) növényzet;

16

7.3. Az ózon (O3) − a földi élet szempontjából a legfontosabb nyomgáz

a légkörben 7.3.1. Jellemzői • Az ózon (O3) az oxigén háromatomos módosulata ⇒ annál másfélszer

sűrűbb. Neve görög eredetű – jelentése: „szagot árasztó”.

• Színe halványkék, irritálja az orrot és a torkot, továbbá robbanásveszélyes és mérgező.

• A troposzférában és a sztratoszférában egyaránt megtalálható, rövid tartózkodási idejű nyomgáz – ún. változó gáz.

• Az ózonnak a légkörben természetes úton történő képződése és lebomlása napjainkig egyensúlyban volt. Ózon akkor keletkezik, ha az oxigén-molekulák elnyelik a 0,24 µm-nél kisebb hullámhosszúságú ultraibolya sugárzást, s akkor bomlik le, ha azok abszorbeálják a 0,29 µm-nél nagyobb hullámhosszúságú ultraibolya sugárzást. E két folyamat kombinációja egy viszonylag állandó ózonmennyiséget tart fenn a sztratoszférában, mely elnyeli a napsugárzás ultraibolya hullámhossztartományának kb. 90 %-át, elsősorban a 0,2-0,33 µm közötti tartományban.

• Sugárzási (fotokémiai) szempontból messze a legaktívabb nyomgáz ⇒ mind térben, mind időben igen nagy a változékonysága.

• Elnyeli a káros ultraibolya sugárzást → sztratoszférikus hőmérsékleti inverzió.

• A vízgőz és a szén-dioxid után a harmadik legnagyobb üvegházgáz potenciállal rendelkező nyomgáz.

• A légköri ózon 10 %-a a troposzférában, 90 %-a a sztratoszférában található, a legnagyobb ózontartalom 10-20 km magasságban fordul elő. Az ózon térfogati aránya a légkörben (sztratoszférikus érték) = VccO3 10 ppmv.

17

• Mértékegysége: Dobson (1 Dobson = 10-2 mm); azt a rétegvastagságot

jelenti, amellyel az ózon normális légköri viszonyok mellett a Föld felszínét egyenletesen beborítaná; a légkör átlagos ózontartalma 300 Dobson (trópusokon ≈ 220 Dobson; az arktikus régióban ≈ 600 Dobson

• Az Egyenlítő közelében termelődik, a légáramlások szállítják a magas szélességek felé

• A legkisebb az ózonkoncentráció az Antarktisz fölötti sztratoszférában (ózonlyuk), ahol a déli félgömbi tavasz (szeptember) idején éri el minimumát.

7.3.2. Keletkezése 7.3.2.1. Sztratoszférikus ózon • Az ózon a molekuláris oxigénből – a Napból érkező ultraibolya sugárzás

hatására – fotodisszociáció révén keletkezik. Legegyszerűbb teljes fotokémiai ciklusát a Chapman-formulák mutatják be:

O2 + hv ⎯→ O + O

O + O2 +M ⎯→ O3 + M (1) O3 + hv ⎯→ O + O2 O + O3 ⎯→ O2 + O2

[Egy bináris reakció szimbolikusan a következő módon írható föl: X + Y → V + W, ahol X és Y a reagensek, V és W a végtermékek. Az X + Y + M → V típusú hármas reakcióban a “harmadik test – harmadik molekula” azaz M szabályozza az energiát és az impulzust a reagensek és a végtermékek között.] [A hv szimbólumban h a Planck-féle állandó (h = 6,6262⋅10-34 J⋅s), v (s-1) pedig a sugárzás frekvenciája.]

Az (1) formulákban az utolsó reakció reprezentálja az ózonveszteséget (az oxigén újraképződik). Az előrejelzett ózonkoncentráció azonban túl magas ⇒ ózonszint-csökkentő folyamatokat (rekombináció) is – melyeket olyan nyomgázok, mint pl. a hidrogén, nitrogén és klór katalizálnak – figyelembe kell venni.

18

Hidrogén katalizál:

[lásd: ”A vízgőz” fejezet, (1) egyenlet]

OH + O3 ⎯→ HO2 + O2

HO2 + O3 ⎯→ OH + 2O2 (2)

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ O3 +O3 ⎯→ 3O2

és a folyamat kezdődik újra.

Nitrogén katalizál

A sztratoszférikus ózont két természetes eredetű anyag bontja: (a) nitrogén- monoxid (NO) és (b) nitrogén-dioxid (NO2).

Eredetük a talajbaktériumok által előállított N2O.

NO + O3 ⎯→ NO2 + O2

(3) NO2 + O ⎯→ NO + O2

és a folyamat kezdődik újra.

Klór katalizál

[lásd:”A klór-fluor-karbon vegyületek” fejezet, (2) egyenlet]

Cl + O3 ⎯→ ClO + O2 ClO + O ⎯→ Cl + O2 (4)

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ O + O3 ⎯→ 2⋅O2

és a folyamat kezdődik újra.

Becslések szerint egyetlen Cl-atom átlagos sztratoszférikus tartózkodási ideje alatt kb. 100.000 db O3 mulekulát bont le.

19

A klór nyelői a sztratoszférában:

(a) klórnitrát (CLONO2)

ClO + NO2 ⎯→ ClONO2 (5)

(b) sósav (HCl)

CH4 + Cl ⎯→ HCl + CH3 (6)

• Az ózon a fotokémiai reakciók sorozatán át némely üvegházgáz elbomlásához közvetlenül, másokéhoz közvetve járul hozzá. Az ózon a középső sztratoszférában közvetlenül megtámadhatja a dinitrogén-oxidot:

O3 + hv ⎯→ O(1D) + O2 (7)

O(1D) + N2O ⎯→ NO + NO

[O(1D): az oxigén atomok elektronikusan gerjesztett első állapotára (1D) utal.]

Az N2O légköri élettartama a sztratoszférában végbemenő fotolízistől függ:

N2O + hv ⎯→ N2 + O(1D) (8)

Hasonló módon történik a CFC-k lebontása is. Az N2O (és a CFC-k) O(1D) által történő lebontásával keletkező komponensek a leginkább reakcióképes légköri összetevők.

7.3.2.2. Troposzférikus ózon

A felszínközeli szennyezett levegőben az ózonképződés a következő módon történik. A 0,41 µm-nél kisebb hullámhosszúságú napsugárzás disszociálja a nitrogén-dioxidot nitrogén-monoxidra és atomos oxigénre:

NO2 + hv ⎯→ NO + O (9)

20

Ezután az atomos oxigén egyesül egy molekuláris oxigénnel egy harmadik molekula (M) jelenlétében, s ózont képez:

O2 + O + M ⎯→ O3 + M (10)

Az ózon ezt követően lebomlik, s nitrogén-dioxidot képez:

O3 + NO ⎯→ NO2 + O2 (11)

Ha van napsugárzás, az újonnan képződött nitrogén-dioxid elbomlik nitrogén-monoxidra és atomos oxigénre:

NO2 + hv ⎯→ NO + O (12)

Innen pedig a folyamat kezdődik újra.

• A troposzférában a szénhidrogének antropogén forrásai – a nitrogén-oxidok

és a szén-monoxid – elősegítik az ózon képződését. A troposzférikus ózonkoncentráció lényegesen növekszik az északi félgömbön, a déli félgömbihez képest ⇒ antropogén hatás. Az ózon keletkezése a legegyszerűbb szénhidrogénből – metánból (antropogén forrásai vannak) – magas nitrogén-monoxid (NO) koncentráció esetén (antropogén forrásai is vannak) a következő:

CH4 + OH + 9O2 ⎯→⎯NO CO2 + 1

2H2 + 2H2O + 5O3 (13)

A repülőgépek motorja által a felső troposzférába juttatott NO a (13) reakcióhoz hasonló folyamat révén ózontöbbletet eredményezhet. Növekvő sztratoszférikus ózonkoncentráció ⇔ globális felemlegedés?

21

7.3.3. Trendjei • A globális sztratoszférikus ózonmennyisg 0,2 %/év sebességgel csökken. E

csökkenés függ a földrajzi szélességtől, az évszaktól és a tszf. magasságtól. A legnagyobb ózoncsökkenés a magas szélességeken télen és tavasszal, valamint a középső és felső sztratoszférában tapasztalható.

• Az Antarktisz fölötti ózonlyuk (1) Az 1970-es évek közepe óta képződött. (2) A mért csökkenés az ózon koncentrációjában (ami a vertikálisan integrált

ózonoszlopot jelenti) elérte, sőt meghaladta az 50 %-ot a déli félgömbi tavasz idején.

(3) Az ózonlebontás a 15-25 km magasságok között a legintenzívebb. (4) Az ózonlyukat a CFC-gázokból képződött klór és a jégkristályokból álló

poláris sztratoszférikus felhők közötti heterogén kémiai kölcsönhatások hozzák létre.

(5) Az ózonlyuk az 1980-as évek során fokozatosan mélyült, s ez a folyamat azóta leállt (ami azt jelenti, hogy a további csökkenés közelítőleg a 15-25 km közötti magasságok ózonmennyiségére fog korlátozódni).

(6) A lyuk főként azon térség vertikális és horizontális kiterjedésére korlátozódik, ahol a sztratoszférikus felhők képződnek.

(7) Az északi félgömbön a legújabb téli mérések viszonylag csekély sztratoszférikus ózonlebontást jeleznek, szemben a déli félgömbivel.

(8) Az északi félgömb magas szélességeinek enyhébb téli hőmérsékletei nem kedveznek a poláris sztratoszférikus felhők folyamatos és kiterjedt képződésének, sem a poláris örvény dinamikai stabilitásának, melyek mindegyike hozzájárul az ózonszint erőteljes csökkenéséhez a déli félgömb sztratoszférájában.

• Az ózonlyuk keletkezéséhez a téli poláris örvényes cirkuláció bizonyos fokú stabilitására van szükség ⇒ kedvező feltételek a jégszemek képződéséhez. A jégszemekből álló felhők jelenléte és az ózonszint erőteljes csökkenése viszont befolyásolják az örvény sugárzási energiamérlegét, s így annak stabilitását.

22

• A troposzférikus ózon mennyisége az északi félgömbön kb. 1 %-os évi

sebességgel növekszik. Ez a növekedés az antropogén eredetű nitrogén-oxidok, metán, egyéb szénhidrogének, és a szén-monoxid kibocsátásával összefüggő fotokémiai folyamatokkal kapcsolatos. A déli félgömbön csupán egy gyenge ózontrend mutatható ki, feltehetően a kisebb mértékű antropogén eredetű légszennyezettség következményeként.

• Kiszámították a globális ózonkoncentráció lehetséges változásait a kémiai szempontból aktív üvegházgázok (CH4, N2O) és a CFC-k egyidejű növekedése esetére. Az üvegházgázok légköri mennyiségének előrejelzései a 2000-től számított 50-100 évre készültek el, azonban a CFC-kibocsátásokat a Montreáli Protokoll és a Londoni Indítvány szabályozta.

Előrejelzés: az ózonszint számottevő növekedni fog az északi félgömbi troposzférában, illetve csökken a középső és a felső sztratoszférában. A troposzférikus ózonmennyiség növekedésének oka: (1) nő a metánkibocsátás, (2) nő az ultraibolya sugárzás (a sztratoszférikus ózonlebontás miatt). A sztratoszférikus ózonmennyiség csökkenésének oka: (1) a nitrogén-oxidok és a CFC-k fölhalmozódnak. Az ózonszint változásai jelentős éghajlati visszacsatolásokat tartalmaznak az ilyen szcenáriókban.

7.3.4. Forrásai és nyelői • Forrás:

természetes: (1) villámlás, (2) egyéb elektromos kisülések, (3) vegetáció [izoprén ← lombhullató fák, terpén ← tűlevelű fák]

mesterséges: (1) fénymásológépek, (2) szolárium, Nyelő: (1) légkör;

23

7.4. A metán (CH4) − a legegyszerűbb és legfontosabb telített szénhidrogén

a légkörben

7.4.1. Jellemzői • Színtelen, szagtalan, kékes színben és kormozó lánggal égő gáz. A levegővel

robbanókeveréket, sújtóléget alkot.

• Sugárzási (fotokémiai) szempontból aktív nyomgáz.

• Koncentrációját biokémiai, geokémiai és antropokémiai folyamatok szabályozzák.

• Fontos üvegházgáz. A megnövekedett üvegházhatáshoz való hozzájárulása 15 %.

• Az infravörös (hő-) sugárzást a 8 µm hullámhosszon nyeli el, mely a légköri ablak (8-11 µm) része ⇒ módosítja a Föld-légkör rendszer energiamérlegét.

• Ha a globális felszínhőmérséklet emelkedik ⇒ nő a metánkoncentráció ⇒ ⇒ nő az üvegházhatás. Ha melegebb az éghajlat ⇒ még nagyobb mértékű a metán-felszabadulás: (1) a nagyobb hőmérséklet elősegíti a szerves anyagok gyorsabb anaerob

lebomlását, (2) a felmelegedés során egyre nagyobb mennyiségben szabadulhat fel a

földi jégtakaróba zárt metán. (A prehisztorikus metánkoncentrációk pozitívan korrelálnak a hőmérséklettel.) De: ha szárazabbá válik a klíma ⇒ csökken a vizenyős (oxigénhiányos) területek kiterjedése ⇒ mérséklődik a metánképződés ⇒ mérséklődik a felmelegedés.

24

7.4.2. Reakciói • A metán légköri koncentrációját a troposzférában a hidroxil-gyökkel (OH)

való reakciója szabályozza [lásd: „A vízgőz” fejezet, (1) egyenlet]. ⇒ adott forrás (kibocsátó) esetén a metán légköri mennyisége ugyanazon tényezőkre érzékeny, amelyek a hidroxil-gyököt befolyásolják, beleértve a troposzférikus vízgőz és az ózon koncentrációját. A vízgőz koncentrációja különösen érzékeny a felszínhőmérsékletre. A globális melegedés növeli a légköri vízgőz mennyiségét, ennélfogva a hidroxil-gyökét is, viszont csökkenti a metán koncentrációját. A metán csökkenése azonban egy mérsékelt – metán által előidézett – melegedéshez vezet (negatív visszacsatolás, becsült értéke 10 %).

• A metán lebontása vízgőz keletkezéséhez vezet [lásd: „Az ózon” fejezet, (4) egyenlet]. Míg a vízgőz ily módon történő keletkezése a troposzférában nem jelentős, addig a középső és felső sztratoszférában, valamint a mezoszférában rendkívül fontos. Miután a metán a troposzférából a sztratoszférába kerül, a következő folyamat szerint oxidálódik:

CH4 + OH + O2 ⎯→ 2H2O + 1

2H2 + CO (1)

[Itt a reakcióba lépő OH-molekula egy vízmolekula egyik felét reprezentálja, amely az O(1D) hatására bomlik el]. A metán növekvő koncentrációja következtében a felső sztratoszférában keletkező vízgőz lehet a felelős a jégkristályokból álló poláris sztratoszférikus felhők, valamint a világító felhők gyakoribb előfordulásáért [utóbbiak a víz jégkristályaiból állnak és a hideg nyári mezopauzában találhatók, ahol a hőmérséklet 130 K-re is süllyedhet. A sztratoszférikus felhők pl. az ózon vertikális eloszlásával összefüggő közvetlen sugárzási hatások és közvetett hatások révén kapcsolódnak a klímához.

• Az ózonra gyakorolt hatás: A metánnak számos – az ózonnal kapcsolatos – fotokémiai hatása van. A troposzférában a metán lebontása ózon képződéséhez vezethet [lásd: „Az ózon” fejezet, (13) egyenlet]. Egy hasonló – ózonképződéshez vezető – szmogszerű folyamat léphet föl a felső troposzférában és az alsó sztratoszférában, pl. akkor, ha a polgári légiközlekedés hatására nagy mennyiségű NOx kerül a levegőbe.

25

• A sztratoszférában a metán olyan kémiai ciklusokban vesz részt, amelyek

katalizálják az ózonlebontást. A CH4 fontos szerepet játszik a klórciklusban – mérsékli a klór ózonbontó képességét:

CH4 + Cl ⎯→ HCl + CH3 (2)

ahol a HCl a klór inert rezervoárja (azaz oly módon köti meg a klórt, hogy az közvetlenül nem lép reakcióba az ózonnal). A (2) reakció – a (3) reakciósorozaton át – valóban ózonképződéshez vezethet:

CH3 + O2 + M ⎯→ CH3O2 + M

CH3O2 + NO ⎯→ CH3O + NO2 (3) NO2 + hv ⎯→ NO + O

O +O2 + M ⎯→ O3 + M

mely egy tipikus "szmog"-reakciósorozat része. 7.4.3. Trendjei • A történelmi időktől napjainkig a metán koncentrációja folyamatosan

emelkedik. A CH4-koncentráció növekedése a népesség gyarapodásához kapcsolódik. A metán légköri mennyisége az 1800-as évek közepétől (0,8 ppm) napjainkig (1,7 ppm) kb. kétszeresére nőtt, összhangban a fokozódó antropogén tevékenységeknek tulajdonítható mintegy kétszeres metánkibocsátással. A növekedés jelenlegi üteme globális skálán kb. 1 %/év.

7.4.4. Forrásai és nyelői • Forrás:

természetes: (1) óceánok, (2) árterületi ökoszisztémák, (3) vulkánkitörések, (4) termeszek, (5) nedves talajok, (6) szerves anyagok rothadása → mocsaras vidékeken mocsárgáz képződik, (7) természetes gázszivárgások, (8) rétegvizek;

mesterséges: (1) mezőgazdasági tevékenységek (állattartás, talajművelés, rizstermesztés), (2) szerves trágya, (3) fosszilis tüzelőanyagok elégetése, (4) szénhidrogén- és szénbányászat, (5) gázvezetékek szivárgása, (6) a biomassza égetése;

Nyelő: (1) légkör, (2) talajbaktériumok;

26

7.5. A dinitrogén-oxid (N2O) – felelős a középső és alsó sztratoszféra teljes

ózoncsökkenésének kb. 30-40 %-áért 7.5.1. Jellemzői • Természetes eredetű nyomgáz a légkörben.

• Sugárzási (fotokémiai) szempontból aktív, de csak a sztratoszférában, ahol befolyásolja az ózonkoncentrációt (vele kölcsönhatásba kerülve lebomlik).

• Fontos üvegházgáz. A megnövekedett üvegházhatáshoz való hozzájárulása (az NOx révén) 6 %.

• Az infravörös (hő-) sugárzást a 8 µm körüli hullámhosszon nyeli el, mely a légköri ablak (8-11 µm) része ⇒ módosítja a Föld-légkör rendszer energiamérlegét.

• A talajban a denitrifikáló baktériumok közreműködésével keletkezik. 7.5.2. Reakciói • Sztratoszférikus ózonhatás: Az N2O főként a napsugárzás hatására fellépő

fotodisszociáció révén bomlik le a sztratoszférában [lásd: ózon, (3)]: N2O + hv ⎯→ N2 + O(1D) . (1) • Az ózon jelenlétében lebomlott N2O nitrogén-oxidokat (NOx) képez, amint a

[ózon, (2)]-ből következik: O3 + N2O + hv ⎯→ NO + NO + O2 (2)

[Az NOx-eket gyakran úgy definiálják, mint NO + NO2 , de néha az NO3-at és a többi nitrogén-oxidot is hozzáveszik. Az NOy tartalmazza az NOx-eket, továbbá a salétromsavat (HNO3), valamint az összes többi nitrogént tartalmazó savakat és nitrátokat.].

27

Az NOx egy katalitikus ciklus során reakcióba lép az ózonnal és lebontja azt. A folyamatot az “A szén-dioxid” fejezet, (1) egyenlete összegzi:

NO + O3 ⎯→ NO2 + O2

NO2 + O ⎯→ NO + O2 (3) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

O + O3 ⎯→ 2O2 • Az N2O napjainkban tapasztalt légköri koncentrációja a felelős a középső és

alsó sztratoszféra teljes ózoncsökkenésének kb. 30-40 %-áért. ⇒ az N2O-szint bármely szignifikáns változása erős visszacsatolással hat az ózon mennyiségére és eloszlására. Az ózonkoncentráció változása viszont a teljes sugárzási mérleget és az éghajlatot befolyásolja.

• A dinitrogén-oxid az anaerob környezetben történő mikrobiológiai denitrifikáció során keletkezik. Mivel az N2O befolyásolja az ózon koncentrációját, az ózon pedig módosítja a földfelszínre érkező ultraibolya sugárzás intenzitását, amely viszont hatást gyakorol a biológiai aktivitásra, egy fotokémiai/biokémiai visszacsatolási mechanizmus állhat fönn, amely úgy működik, hogy szabályozza ezen dinitrogén-oxid forrás nagyságrendjét. Az éghajlati rendszernek az N2O-koncentráció növekedésére adott elsődleges válasza a közvetlen sugárzási kényszerrel és a sztratoszférikus ózonlebontással kapcsolatos.

7.5.3. Trendjei • Az N2O-koncentráció folyamatosan növekszik. A jelenlegi növekedési ütem

csekély, mindössze ~ 0.2 %/év. Mégis, ha ez a trend folytatódik, vagy fölgyorsul a 21. században, a megnövekedett N2O-koncentráció rendkívül aggasztó lehet az ózonra és az éghajlatra nézve.

7.5.4. Forrásai és nyelői • Forrás:

természetes: (1) óceánok, (2) a természetes biomassza denitrifikációja, (3) égés;

mesterséges: (1) a műtrágyázott mezőgazdasági területek nitrogénbevitele (2) a mezőgazdasági biomassza (bizonytalan és csekély mértékű) denitrifikációja, (3) a biomassza égetése, (4) kérődző állatok tartása, (5) bizonyos ipari tevékenységek;

Nyelő: (1) légkör (az N2O egy része a sztratoszférában lebomlik a fotodisszociáció, illetve az atomos oxigénnel való kölcsönhatás során);

28

7.6. A klórfluorkarbon vegyületek (CFC-k) – a sztratoszférikus ózonréteg lebontásával a földi élet

számára a legnagyobb veszélyt jelentik

7.6.1. Jellemzőik • Kizárólag mesterséges eredetű nyomgázok a légkörben.

• A CFC-vegyületek úgy keletkeznek, hogy a metán hidrogénatomjait klór és fluor helyettesíti különböző kombinációkban. Ha a hidrogénatomok helyére bróm is beépül, akkor keletkeznek a halonok.

• Sugárzási (fotokémiai) szempontból aktív.

• A vízgőzt és a szén-dioxidot követően a harmadik legfontosabb üvegházgáz. A megnövekedett üvegházhatáshoz való hozzájárulása 25 %.

• Erős elnyelési sávjai vannak az infravörös sugárzási spektrumban, mely a légköri ablak (8-11 µm) része ⇒ módosítja a Föld-légkör rendszer energiamérlegét.

• A leggyakoribb CFC-gázok a CFC-11 (CFCl3) és a CFC-12 (CF2Cl2).

• A CFC-gázok legnagyobb része kémiai szempontból inert ⇒ légköri tartózkodási idejük hosszú, ⇒ kölcsönhatásaik a bioszférával és a geoszférával + a felhőkkel és az

aeroszolokkal figyelmen kívül hagyhatók.

• A CFC-knek az éghajlati rendszerre gyakorolt elsődleges hatásai: (1) a közvetlen sugárzási kényszer a hosszúhullámú spektrumban, (2) a nagy magasságokban felszabaduló klór által történő sztratoszférikus

ózonlebontás.

29

7.6.2. Éghajlati/kémiai kölcsönhatásaik • Üvegházhatás: A CFC-knek két olyan tulajdonságuk van, amelyek grammról

grammra a leghatékonyabb üvegházgázokká teszik őket: (1) nagyon erős elnyelési sávjaik vannak a (8; 14) µm közötti spektrális

tartományban ⇒ a CFC-k 1 ppb-s térfogati aránya szignifikáns éghajlati következményekkel bírhat.

(2) mivel a CFC-k igen stabil gázok – az egyedüli ismert szignifikáns nyelőjük a sztratoszférában végbemenő fotodisszociációjuk – légköri tartózkodási idejük hosszú.

• A sztratoszférikus ózonlebontás: A dinitrogén-oxid és a CFC-k közötti párhuzam kiterjed sorsukra és az ózonra gyakorolt hatásukra is. Mindkettőjüket főként a napsugárzásból származó ultraibolya fotodisszociáció bontja le a sztratoszférában. A CFC-k esetében a klór (Clx) alakban fölszabadul, amely kimarja az ózonréteget. Pl.:

CFCl3 + hv ⎯→ CFCl2 + Cl . (1)

Az ózon klór által történő katalízisekor a legfontosabb reakcióciklus a következő:

Cl + O3 ⎯→ ClO + O2

ClO + O ⎯→ Cl + O2 (2) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

O + O3 ⎯→ 2⋅O2

A sztratoszférában lejátszódó klórciklust jelenleg a CFC-kből felszabaduló klór uralja, bár a sztratoszférikus klórnak vannak természetes forrásai is [pl. a metil-klorid (CH3Cl), vulkánok, meteoritok)].

30

7.6.3. Koncentrációik és trendjeik • A természetes szerves halogéngázok (CH3Cl és CH3Br) légköri tartózkodási

ideje kb. 1-2 év, de az erősen fluorozott CFC-gázoké (pl. a CFC-115) több száz év is lehet. Az élettartamok a fluorozás mértékével arányosan növekednek. A hidrogéntartalmú CFC-k (HCFC-k) viszonylag rövid ideig tartózkodnak a légkörben (pl. HCFC-22: kb.15 év).

• 2000: a CFC-gázok és a velük kapcsolatos összetevők koncentrációjának növekedési üteme mérséklődik. Legnagyobb mértékben a CFC-113 mennyisége növekszik ⇒ magas éghajlatváltozási (üvegházhatás-) potenciállal rendelkezik, lévén légköri tartózkodási ideje igen hosszú.

A Montreali Protokoll (1988) és a Londoni Indítvány (1990): (1) határidőket szab számos CFC-gáz használaton kívül helyezésére (2) szabályozza a többi – velük kapcsolatos – összetevő előállítását. ⇒Ha az összes nemzet teljesíti előírásait ⇒ érezhető következmény ⇒Ha egy nemzet sem teljesíti előírásait ⇒ a légköri CFC-koncentrációk

növekedése az üvegházhatás legfontosabb tényezőjévé válhat.

• Alternatív CFC-k: 1990-es évek: megjelent a fluorozott összetevőknek egy olyan új családja, amely hidrogén-szén kötéseket tartalmaz – ezek a HCFC-k és a HFC-k

Jellemzőik: (1) A klasszikus klórfluorkarbon vegyületek számos kívánatos termodinamikai

tulajdonságával rendelkeznek. (2) Kevesebb nem kívánatos fotokémiai mellékhatásuk van. (3) A HCFC-gázoknak általában rövid a légköri tartózkodási idejük, mivel az

OH-gyök eredményesen támadja azok C-H kötéseit: CHF2Cl + OH ⎯→ CF2Cl + H2O (3)

ahol a fluorkarbon töredék kémiai szempontból instabil.

31

(4) A HFC-gázok klóratomokat nem tartalmaznak, így a CFC-gázokkal és a HCFC-kkel ellentétben nem bontják le az ózont.

(5) E szerves halogén vegyületeknek (HCFC-k és HFC-k) globálisan sokkal kisebb a sugárzási és kémiai hatásuk, mint a CFC-knek. Ha e vegyületek használata világméretekben – de különösen a fejlődő országokban – elterjed ⇒ a jövőbeli CFC-koncentráció mérséklődni fog.

7.6.3.1. A CFC-gázok koncentrációi és trendjei

CFC-gázok és halonok

a gyakorlatban használt nevük

térfogati arány, pptv*

növekedési ütem, % / év

légköri tartózkodási

idő, év CFCl3 CFC-11 280 4 65 CF2Cl2 CFC-12 484 4 130 CF3Cl CFC-13 5 400 C2F3Cl3 CFC-113 60 10 90 C2F4Cl2 CFC-114 15 200 C2F5Cl CFC-115 5 400 CCl4 szén-tetraklorid 146 1,5 50 CHF2Cl HCFC-22 122 7 15 CH3Cl metil-klorid 600 1,5 CH3CCl3 metil-kloroform 158 4 7 CF2ClBr halon-1211 1,7 12 25 CF3Br halon-1301 2,0 15 110 CH3Br metil-bromid ~10 1,5 *pptv (trilliárdod térfogatrész): 1 pptv=10-3 ppbv (milliárdod térfogatrész)=10-6 ppmv (milliomod térfogatrész) 7.6.4. Forrásai és nyelői • Forrás:

természetes: (–) mesterséges:

CFC-gázok: (1) légkondicionáló berendezések, (2) hűtőszekrények, (3) aeroszolos spray-k, (4) habosított műanyag dobozok, (4) szigetelőanyagok;

Halonok: (1) tűzoltókészülékek; Nyelő: (1) a sztratoszférában végbemenő fotodisszociációjuk;

32

7.7 Az egyéb üvegházgázok

– csekély mértékben módosítják a sugárzási energiamérleget

• Számos további közönséges légköri nyomgáznak [szén-monoxid (CO), kén-

dioxid (SO2), karbonil-szulfid (COS)] és szerves vegyületnek [pl. acetilén (C2H2), etilén (C2H4), etán (C2H6)] van infravörös elnyelési sávja, mely befolyásolhatja az energiamérleget.

• Koncentrációjuk csekély ⇒ (1) a globális fölmelegedéshez való közvetlen hozzájárulásuk jóval kisebb,

mint a legfontosabb üvegházgázoké. (2) Közvetetten hozzájárulhatnak a klímaváltozáshoz. Pl. a CO befolyásolja

a metán légköri tartózkodási idejét, a COS pedig a sugárzást visszaverő sztratoszférikus aeroszolok mennyiségét (lásd: 3.4.1b. fejezet).

• A természetes és antropogén eredetű nem-metán szénhidrogének (NMHC-k) fény hatására történő lebomlása hidrogén-gyökök és ózon képződéséhez vezet, csakúgy mint a metán fotooxidációja:

CH4 + OH + 9O2 ⎯→⎯NO CO2 + 1

2H2 + 2H2O + 5O3 (1)

[lásd: “Az ózon” fejezet, (13) egyenlet]

CH3 + O2 + M ⎯→ CH3O2 + M CH3O2 + NO ⎯→ CH3O + NO2 (2)

NO2 + hv ⎯→ NO + O O +O2 + M ⎯→ O3 + M

[lásd: “A metán” fejezet, (3) egyenlet] • A kapott különböző másodlagos összetevők, melyek – az ózonnal együtt –

szerepet játszanak az éghajlatváltozásban, nagyon érzékenyek az NOx mennyiségére.

• A kéntartalmú gázok – főként az SO2, COS és a (CH3)2S (dimetil-szulfid) –aeroszolokat hoznak létre (lásd: “Az aeroszolok” fejezet), melyek éghajlati következményekkel járnak (az aeroszolok és a felhőzet sugárzás-módosító hatása).

33

7.8. A szén-monoxid (CO) – zárt terekben feldúsulva veszélyes (halált okozó)

nyomgáz 7.8.1. Jellemzői • Színtelen, szagtalan, mérgező nyomgáz. • Széntartalmú anyagok tökéletlen égésekor keletkezik. • Légköri tartózkodási ideje kb. 100 nap. Emiatt koncentrációja térben és

időben erősen változik. A talaj mikroorganizmusai távolítják el a légkörből. • Magasabb hőmérsékleten vagy katalizátorok hatására szén-dioxiddá alakul.

7.8.2. Éghajlati/kémiai kölcsönhatásai • A CO számos reakcióval kapcsolódik a metán és az ózon kémiájához. Pl.:

CH4 + OH ⎯→ CO + egyéb végtermékek CO + OH ⎯→ CO2 + H

H + O2 + M ⎯→ HO2 + M (1) HO2 + NO ⎯→ OH + NO2

NO2 + hv ⎯→ NO + O O + O2 + M ⎯→ O3 + M

Következmény: (1) A CO reakcióba lép az OH-gyökkel, ezért csökkentheti az OH-

koncentrációt, amely viszont befolyásolja számos egyéb gáz (pl. a kén-dioxid és a metán) légköri tartózkodási idejét.

(2) A CO és NO antropogén kibocsátásai is növelik a troposzférikus ózonkoncentrációt.

7.8.3. Trendjei

(1) Az északi félgömbön nagyobbak a CO-emissziók ⇒ itt a CO-koncentráció kétszerese a déli félgömbinek.

(2) A CO mennyiségének évi növekménye az északi félgömbön kb. 1 % évente.

7.8.4. Forrásai és nyelői • Forrás:

természetes: (1) a metán (természetes és antropogén eredetű) oxidációja, az összes CO-kibocsátás 50 %-ával;

mesterséges:, (1) fosszilis tüzelőanyagok elégetése [ezen belül (1a) gépjármű közlekedés, (1b) ipari folyamatok, (1c) háztartási fűtés] + (2) a biomassza égetése (az összes CO-emisszió másik 50 %-ával);

Nyelő: (1) légkör;

34

7.9. A nitrogén-oxidok (NOx) – fontos üvegházgázok, emellett reakcióik módosítják a

globális sugárzási mérleget 7.9.1. Jellemzői: • Az NOy-ok (NOy = NOx + HNO3 + az összes többi nitrogént tartalmazó sav

és nitrát) nem kapcsolódnak szignifikánsan a sugárzási úton fellépő üvegházhatás közvetlen kényszeréhez.

• Fontos szerepet játszanak a többi üvegházgáz levegőkémiájában.

(1) A sztratoszférikus ózonra gyakorolt hatásuk: az „A szén-dioxid”, „A dinitrogén-oxid” és „Az ózon” fejezetekben;

(2) A troposzférikus ózonra gyakorolt hatásuk: az „Az ózon” és „A metán” fejezetekben (+ jelen fejezetben) találhatók.

7.9.2. Reakciói • Némely földrajzi régióban a nitrogén-oxidok is számottevően hozzájárulnak

a csapadék savasságához. Az NOx-ek a következő reakciósorozat révén kerülnek ki a troposzférából:

NO + O3 ⎯→ NO2 + O2

NO2 + OH + M ⎯→ HNO3 + M NO2 + O3 ⎯→ NO3 + O2 (1)

NO2 + NO3 + M ⎯→ N2O5 + M N2O5 + H2O felhõ⎯ →⎯⎯ 2⋅HNO3

35

E reakciósorozatban az NO-kibocsátásokból fotokémiai úton HNO3 képződik, amit már a csapadék könnyen kimos a légkörből. Az NOx-ek kimosódási ütemét az OH- és ózonkoncentrációk szabályozzák; és viszont: az NOx-ek légköri tartózkodási idejének bármely változása az ózon kémiájának a függvénye.

7.9.3. Forrásai és nyelői • Forrás:

természetes: sztratoszféra: (1) az N2O fény hatására történő elbomlása az NOx-ek

(NOx = NO + NO2 + néha NO3 és a többi nitrogén-oxid) és az NOy-ok (NOy = NOx + HNO3 + az összes többi nitrogént tartalmazó sav és nitrát) legfőbb forrása;

troposzféra: (1) villámlás, (2) egyéb elektromos kisülések, (3) savas talajtípusokban végbemenő denitrifikáció;

mesterséges: (1) gépjárművek (belső égésű motorok), (2) erőművek, (3) magas hőmérsékleten végbemenő ipari folyamatok; (4) fosszilis tüzelőanyagok elégetése, (5) a biomassza égetése, (6) szemétlerakó rendszerek;

Nyelő: (1) légkör;

36

7.10. Az aeroszolok – összetett szerepet játszanak a

globális sugárzási mérleg alakításában 7.10.1. Definíciója A levegő (vagy bármely más gáz fázisú közeg) és a benne lebegő kis méretű (10-3 – 10 µm) szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotú részecskék rendszere. 7.10.2. Jellemzői

Troposzférikus aeroszolok • A légköri tartózkodási idejük rövid (pár nap – néhány hét) és rendkívül nagy

a térbeli változékonyságuk ⇒ globális becsléseik bizonytalanok. Szratoszférikus aeroszolok

• Jobban ismertek, mint a troposzférában lévők, mert (1) A részecskéknek ott nagyobb a homogenitásuk az összetétel, térbeli

eloszlás és időbeli változékonyság terén. (2) Csak a globális sztratoszférikus aeroszol mennyiségének – műholdakra

telepített műszerekkel történő – megfigyelésére létezik tudományos program, 1979 óta.

7.10.3. Osztályozása – keletkezésük helye szerint

(1) Elsődleges aeroszolok – kívülről kerülnek be a légkörbe. (2) Másodlagos aeroszolok – a légkörben keletkeznek kémiai és mikrofizikai

folyamatok hatására. A felhőket alkotó részecskék (felhőcseppek, jégkristályok,

hidrometeorok) nem tekinthetők aeroszoloknak.

37

– méretük szerint

(1) Nagy méretű aeroszolok: 1 µm < raeroszol < 10 µm Mi történik velük? – (1a) gyorsan kihullanak a légkörből,

(1b) felhőelemekké válnak, (1c) a csapadék mossa ki őket. (2) Növekedési fázisú aeroszolok: 0,1 µm < raeroszol < 1 µm

Esési sebességük kicsi, de a csapadék hatékonyan mossa ki őket. Némely aeroszol oldódó komponenseket (szulfátokat, nitrátokat) tartalmaz ⇒ ezek kondenzációs maggá válhatnak .

(3) Magképződési fázisú aeroszolok: raeroszol < 0,1 µm Vízgőzből keletkező részecskéket is tartalmaz. Ezek a finom részecskék a koaguláció során általában eltűnnek.

• A sugárzási energiamérleg szempontjából az akkumulációs fázisú részecskék

a legfontosabbak, mivel nagy a fajlagos extinkciós (sugárzásgyengítési) együtthatójuk (azaz nagy egységnyi keresztmetszetű és egységnyi tömegű levegőn áthaladó sugárzás teljes szórása és abszorpciója).

7.10.3.1. Elsődleges aeroszolok • Természetes és antropogén folyamatok révén közvetlenül kerülnek a

légkörbe. Egyre növekvő hatást fejtenek ki a lokális és regionális energiamérlegekre.

• A legegyszerűbb elsődleges aeroszolok a troposzférában a következők: 7 . 1 0 . 3 . 1 . 1 . A f ö l d f e l s z í n rő l s z á r m a z ó p o r :

Származási helye: (1a) Az arid térségeken keresztülfújó szelek. A leghevesebb porviharok –

nappal is folyamatos esti szürkületet előidézve – Földünk legnagyobb sivatagjaihoz kapcsolódnak (pl. a szaharai porviharok, melyek által szállított por egészen a karibi régióig is eljuthat).

(1b) A száraz felszíneken haladó járművek.

38

Mérete: • nagy méretű: 1 µm < raeroszol < 10 µm; és • növekedési fázisú: 0,1 µm < raeroszol < 1 µm

Tartózkodási ideje: • nagy méretű: legfeljebb néhány óra (aztán kihull) • növekedési fázisú: néhány nap – néhány hét → több ezer km utat is

megtehet (eolikus por). (Pl. észleltek már a Góbi-sivatagból származó port Hawaii szigetén, a Mauna Loa vulkáni kúpján épült meteorológiai obszervatóriumban. A Csendes-óceán nyugati medencéjének aljzatáról származó fúrásminták is kontinentális eredetű porhullás nyomait mutatják.)

7 . 1 0 . 3 . 1 . 2 . A t e n g e r i s ó : Származási helye:

Az óceánok fölötti sópárát a szél és a hullámzás idézi elő. Nem jut 100 m-nél magasabbra, mielőtt visszahullik az óceánba. A sópára (nem tévesztendő össze az óceánok fölött gyakori a köddel vagy a sztrátusz felhőzettel) általában az óceánok szél által kisöpört régióira korlátozódik.

Mérete: • nagy méret: 1 µm < raeroszol < 10 µm;

7 . 1 0 . 3 . 1 . 3 . A f ü s t é s k o r o m : Származási helye:

A füst a biomassza elégetéséből származik, s a trópusok fölötti aeroszolok elsődleges forrása. A korom a fosszilis tüzelőanyagok tökéletlen égése során keletkezik, s az iparosodott térségek fölötti aeroszolok elsődleges forrása. A biomassza-, illetve erdőégetéshez kapcsolódó kiterjedt aeroszolfelhők, illetve az égéstermékekben található korom összefüggő szürke lepelt képez a városi térségek fölött és elsötétíti az Arktisz fölötti aeroszoltakarót, amely télen az északi félgömb arktikus területeit is beborítja. A füstrészecskék növekedési fázisú aeroszolok ⇒ viszonylag hosszú a légköri tartózkodási idejük és sugárzási szempontból aktívak.

39

7 . 1 0 . 3 . 1 . 4 . T r e n d j e i Nem ismeretesek. Kevés a mérési adat az elsődleges aeroszol emisszió mértékéről. 7.10.3.2. Másodlagos (fotokémiai és szerves eredetű) aeroszolok • Főként szulfát-, nitrát- és szerves eredetű összetevőkből állnak. A

részecskékben található kén a redukált kénes gázok természetes emisszióiból és antropogén kénkibocsátásokból (főleg SO2-emisszióból) származik.

7 . 1 0 . 3 . 2 . 1 . S z u l f á t a e r o s z o l o k az alábbi folyamatok révén keletkezik:

SO2 + OH + M ⎯→ HSO3 + M

HSO3 + O2 ⎯→ SO3 + HO2 (1) SO3 + H2O M⎯ →⎯ H2SO4

H2SO4 H O2⎯ →⎯⎯ szulfát aeroszol

A fönti utolsó folyamat a kénsavnak (és a vele kapcsolatos szulfát összetevőknek) a lebegő részecskékre történő kondenzációját, vagy a nukleáció révén történő új részecskék képződését mutatja. Hasonló folyamat megy végbe a sztratoszférában is, mely ott egy határozott szulfátréteget (a felfedezőjéről elnevezve: Junge-réteget) eredményez. Azonban ez esetben a kiindulási kénrészecske COS, mely fotolízis révén elbomlik és oxidálódik a következő reakciósorozat szerint:

COS + hv ⎯→ S + CO

S + O2 ⎯→ SO + O (2) SO + O2 ⎯→ SO2 + O

40

7 . 1 0 . 3 . 2 . 2 . D i m e t i l - s z u l f i d [(CH3)2S vagy DMS] a világóceán felszíni vizeiben élő fitoplanktonok életműködései során keletkezik. A DMS teszi ki a légköri redukált kén emisszió legnagyobb részét. A DMS fotooxidációja SO2-t és metil-szulfósavat [(MSA) (olyan kénvegyület, melyben a kénatomhoz két oxigénatom, egy hidroxilgyök és egy metilgyök kapcsolódik)] hoz létre, melyek mindegyike kondenzálódik, s aeroszolt képez az óceáni határrétegben. Ezek az aeroszolok a tengeri sórészecskékkel együtt kondenzációs magvakat képeznek, s belőlük jönnek létre az óceáni sztrátuszfelhők.

7 . 1 0 . 3 . 2 . 3 . A n i t r á t o k ugyanolyan kémiai utat követnek, mint a szulfátok [(lásd: “A nitrogén-oxidok” fejezet, (1) egyenlet].

NO + O3 ⎯→ NO2 + O2

NO2 + OH + M ⎯→ HNO3 + M NO2 + O3 ⎯→ NO3 + O2 (3)

NO2 + NO3 + M ⎯→ N2O5 + M N2O5 + H2O felhõ⎯ →⎯⎯ 2⋅HNO3

• A szulfátok és a nitrátok ammóniumsók formájában gyakran megtalálhatók a

troposzférában, mivel az ammónia – mely a biológiai folyamatok során nagy mennyiségben képződik – erősen reakcióképes a kénsavval és a salétromsavval.

7 . 1 0 . 3 . 2 . 4 . S z e r v e s e r e d e tű a e r o s z o l o k akkor képződnek, amikor valamely szerves részecske igen csekély illékonyságú (vagy gőznyomású) összetevővé oxidálódik. E folyamatra példa a növények által kibocsátott terpének (pl. némely örökzöld faj α-pinén emissziója), melyek az OH-gyökkel könnyen kondenzálódó részecskéket képeznek. Az eredmény szerves eredetű pára, ami a szmogra hasonlít.

41

7 . 1 0 . 3 . 3 . V u l k á n i e r e d e tű a e r o s z o l o k • A nagyobb vulkánkitöréseket követően kénsavcseppecskékből álló, globálisan

szétterjedő aeroszolréteg jöhet létre a sztratoszférában. Két – a 20. sz. végén lezajlott – vulkánkitörés globális következményeket vont maga után [El Chicon (Mexikó, 17°N, 1982 április 4.); Mount Pinatubo (Fülöp-szigetek, 17°N, 1991 június 15-16.)].

• A vulkáni eredetű aeroszolok gyorsan szétterjednek az egész Föld fölött, befolyásolva a globális felszíni energiamérleget.

• Akár egyetlen kitörésből származó aeroszolok több éven át tartózkodhatnak a sztratoszférában – sokkal tovább, mint amennyi ideig a troposzférában maradhatnak.

• A vulkáni aeroszoloknak nagy lehet az optikai vastagsága – jelentősen túllépheti a troposzférikus aeroszolok átlagos optikai vastagságát (regionális vagy kisebb térskálák kivételével).

• Viszonylag ritka az olyan vulkánkitörés, amely elég nagy ahhoz, hogy a globális éghajlatot befolyásolja. A történelmi újkorban a legnagyobb ilyen esemény a Tambora (Indonézia, 1815) kitörése volt, amely a nevezetes "nyár nélküli évet" produkálta. Szignifikáns erejű kitörés (vagyis olyan, ami legalább 5-10 tgS-t lövell a sztratoszférába és ott globális skálájú aeroszol réteget hoz létre – melynek optikai vastagsága a látható fény tartományában 0,1 körüli) kb. 30 évenként egy alkalommal következik be; Tambora-nagyságrendű erupció pedig (mely ∼100 tgS-t juttatott a sztratoszférába) kb. minden 300 évben egyszer történik (bár a vulkánkitörésekkel kapcsolatos statisztikák és előrejelzések bizonytalanok).

• A globális éghajlatváltozással összefüggésben a vulkáni erupciók szignifikáns "zajt" (lehűlési periódusokat) eredményeznek a hőmérsékleti följegyzésekben. Ezek a hőmérsékleti trendek elemzésével azonosíthatók.

• A vulkáni aeroszolok katalizálhatnak is bizonyos reakciókat, amik számottevő ózonlebontáshoz vezetnek a sztratoszférában (lásd: az aeroszolok kémiai reakciói c. alfejezet). Ennek a hatásnak a jelentősége növekedhet a jövőben, ha a klór légköri koncentrációja tovább növekszik.

42

7.10.3.3.1. A vulkáni eredetű aeroszolok tulajdonságai összetétel szilikátok; H2SO4 / H2O (~70 % / 30 %); nyomokban

szulfátok, nitrátok, kloridok, stb. származás vulkáni SO2-gőzök; COS, CS2 (szénkéneg); H2S;

fotokémiai oxidáció kénsavvá (H2SO4) OH-n keresztül tulajdonságok folyékony halmazállapotú és gömb alakú cseppecskék;

szilárd ásványi részecskék az uralkodóak az első hónapban; ~100 ppbm; erősen változékony; ~10 db cm-3; sugár: ~0.3 µm

eloszlás regionális (napok); zonális (hetek); hemiszférikus (hónapok); globális (év)

tömegforgalom ∼10-100 tgS; H2O, × 10; CO2, × 10-100 légköri tartózkodási idő

∼1-3 év (aeroszol megfigyelések alapján)

hatások a rövidhullámú sugárzás szórása (τ > 0.1) a felszín hűléséhez vezet; a hosszúhullámú sugárzás elnyelése melegíti a sztratoszférát; a HCl, H2O, stb. légkörbe történő kibocsátása befolyásolja a levegő kémiáját és összetételét; szulfát felszíneken történő heterogén reakciók; az ózonszint csökkenése ∆T, ∆(HCl), ∆(aeroszol), stb. révén (az ózonszint alakulására gyakorolt hatását a klór jövőbeli sztratoszférikus mennyisége is befolyásolja)

trendek szignifikáns erősségű vulkánkitörések átlagosan kb. 30 évenként; meghatározó erejű erupciók átlagosan kb. 100 évenként

* ppbm: milliárdod tömegrész

43

7.10.4. Kémiai reakciói 7.10.4.1. Kondenzálódott anyagok fizikai kémiája és termodinamikája 7.10.4.2. Szilárd részecskéken adszorbeálódó nyomanyagok reakciói

Ide tartoznak a jégkristályok felületén végbemenő reakciók is. 7.10.4.3. Folyékony cseppekben feloldódott nyomanyagok reakciói.

Ide tartoznak a felhő- és esőcseppekben végbemenő reakciók is.

Néhány aeroszolfajta – pl. a szulfát aeroszol, a talajfelszínről származó por, a vulkáni eredetű aeroszol – viszonylag jól jellemezhető összetételükkel, illetve a fizikai kémia kifejezéseivel ←⎯→ többi részecskefajta – pl. a füst és a szerves eredetű aeroszolok – alig ismert.

7.10.4.4. Az aeroszol részecskék felszínén végbemenő reakciók • Az Antarktisz fölötti ózonlyuk fölfedezése + a poláris sztratoszférikus felhők

(polar stratospheric clouds = PSC-k) ózonlebontásban játszott központi szerepének felismerése ⇒ növekvő érdeklődés az aeroszol részecskék felszínén végbemenő reakciók iránt.

• Megállapították, hogy a PSC-k (melyek jégtűkből és salétromsav-hidrátból állnak) katalizálják a következő reakciókat:

ClONO2 + HCl PSC⎯ →⎯⎯ Cl2 + HNO3 ClONO2 + H2O PSC⎯ →⎯⎯ HOCl + HNO3 (4)

N2O5 + HCl PSC⎯ →⎯⎯ ClNO2 + HNO3 N2O5 + H2O PSC⎯ →⎯⎯ 2HNO3

44

• Ezek a reakciók

(1) létrehozzák a fotokémiai szempontból aktív klórt, illetve annak vegyületeit (Cl2, HOCl és ClNO2) az inert klór-rezervoárokból (HCl és ClONO2);

(2) az aktív NOx-eket (melyek ClONO2 és N2O5 formájában találhatók meg a fönti reakciósorozatban) kevésbé reaktív összetevővé, salétromsavvá (HNO3) alakítják át. A sztratoszférában e reakciók egyike sem megy végbe a gáz fázisban. A reagensek a poláris sztratoszférikus felhők jégtűinek a felszínén kondenzálódnak; rajtuk a reagensek nagy koncentrációban csapódnak ki ⇒ csökennek az ezen reakció lefolyását gátló termodinamikus küszöbök.

7.10.4.5. A vizes oldatokban lejátszódó reakciók • Számunkra érdekes:

(1) az SO2 és az NOx szulfátokká, illetve nitrátokká történő oxidációja, majd azt követően

(2) a csapadék útján történő kiülepedésük. [A legfontosabb oxidánsok a vizes oldatokban a hidrogén-peroxid (H2O2), az ózon és bizonyos fémionok.]

• Az aeroszolokat is magukba foglaló kémiai reakciók befolyásolhatják a kémiai szempontból fontos gázok (pl. az ózon) koncentrációját és eloszlását.

• A gázok részecskékké (pl. az SO2-nek szulfát aeroszolokká) történő kémiai transzformációinak vannak direkt és indirekt éghajlati vonatkozásai: (a) direkt – mivel az aeroszolok fölhalmozódása befolyásolja a sugárzás szóródását a légkörben; (b) indirekt –mivel az aeroszolok (lévén a felhők alkotóelemei) befolyásolják a planetáris albedót.

45

8. A sugárzási szempontból aktív nyomgázok 2000. évi és 2100-ra várható koncentrációja,

valamint a koncentráció-növekedés okozta átlagos hőmérséklet emelkedés

koncentráció hőmérséklet gáz 2000 2100 (+∆T)

CO2 370 ppm 720 ppm 3,0 CH4 1,7 ppm 3 ppm 0,3 N2O 0,3 ppm 0,5 ppm 0,3

CFC–11 0,2 ppm 2,0 ppb 0,3 CFC–12 0,5 ppb 4,0 ppb 0,7

O3 (troposzféra) profil* kétszeres növekedéssel

számolva

0,8

*a földrajzi szélességek mentén átlagolt magasság szerinti eloszlás

46

9. Egyes üvegházgázok relatív hozzájárulása a megnövekedett üvegházhatáshoz

gáz a megnövekedett kibocsátások forrásai relatív hozzájárulás a megnövekedett

üvegházhatáshoz (%)

CO2 fosszilis eredetű anyagok (szén, kőolaj, földgáz) elégetése; erdősítés (beleértve a szárazanyag elégetését + a vegetáció lebomlását, rothadását)

55

CH4 mezőgazdasági tevékenységek (állattartás, a rizsparcellákon végbemenő rothadás); szerves trágya; faégetés; szénbányák; természetes gázszivárgások

15

CFC-vegyületek és halonok

CFC–gázok: légkondicionáló berendezések; hűtőszekrények; aeroszolos spray-k; habosított műanyag dobozok; szigetelőanyagok. Halon: tűzoltókészülékek

24

NOx műtrágyázás; fosszilis eredetű tüzelőanyagok égetése; robbanómotorok égéstermékei

6