dinamika atmosfere i mora - unizg.hr · prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno...

34
DINAMIKA ATMOSFERE I MORA Maja Telišman Prtenjak Geofizički odsjek PMF-a [email protected] 2013/2014 Meteorološki dio: Izv. prof. dr. sc. Maja Telišman Prtenjak ([email protected]) Oceanografski dio: Akademik dr. sc. Mirko Orlić ([email protected])

Upload: others

Post on 24-Feb-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

DINAMIKA ATMOSFERE I MORA

Maja Telišman Prtenjak

Geofizički odsjek PMF-a

[email protected]

2013/2014

Meteorološki dio:Izv. prof. dr. sc. Maja Telišman Prtenjak ([email protected])

Oceanografski dio:Akademik dr. sc. Mirko Orlić ([email protected])

Page 2: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

2

Teme iz atmosfere:

(1) Podjela atmosfere i neka svojstva; električna (ionosfera) i

geomagnetska svojstva

(2) Osnovni termodinamički elementi; Sunčevo i Zemljino

zračenja, temperatura zraka, vodena para u atmosferi, mjere

vlažnosti zraka, stvaranje oblaka i oborine. Povezanost

meteoroloških uvjeta i biosfere (agroklimatski indeksi).

(3) Polje tlaka, plinska jednadžba, hidrostatička ravnoteža,

jednadžba gibanja. Vjetar, opća cirkulacija atmosfere i

sinoptički sustavi, razni klimatološki indeksi.

(4) Vrsta meteoroloških mjerenja, WMO, i način razmjene

podataka.

(5) Osnove prognoze vremena, numerički atmosferski modeli.

DINAMIKA ATMOSFERE I MORA

Page 3: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

3

• Ahrens, C.D. 2011: Essential of Meteorology; Cengage Learning, 6th edition, USA, 528 str.

• Lalić Branislava, Eitzinger Josef, Dalla Marta Anna, OrlandiniSimone, Firanj Sremec Ana, Pacher Bernhard, 2018:

• Agricultural Meteorology and Climatology. Firenze University Press. Firenze, Italy. 354 str.

• -----------------------------------------------------------------------------------------------• Ratcliffe, J.A. 1972: An Introduction to the Ionosphere and

Magnetosphere; Cambridge University Press.• Penzar, I., Penzar, B., 1989: Agroklimatologija. Školska knjiga,

Zagreb, 274 str.• Penzar B., i suradnici, 1996: Meteorologija za korisnike. Školska

knjiga, Zagreb, 274 str. • http://jadran.gfz.hr/• Volarić, B. (2011): Grmljavinski oblak Cumulonimbus (Cb) –

Električni generator. Hrvatski meteorološki časopis, 44/45, 47-61• http://eskola.hfd.hr/clanci/atmosferski_elektr/Grom2006a.htm• Wikipedia, The Free Encyklopedia (http://en.wikipedia.org)

Literatura:

Page 4: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

4

Meteorološke veličine

Tlak zraka -> sila koja pritišće površinu (1 m2); [p]=hPa

Gustoća zraka; [ρ]=kg/m3, g/cm3

Temperatura zraka; [T,t]=K, °C, °F

Kada govorimo o atmosferi -> VRIJEME i KLIMA

Klima je prosječno stanje atmosfere za dulje vremenskorazdoblje (obično za razdoblje od 30 godina). Uključujei ekstreme i njihovu učestalost.

Vrijeme je trenutno stanje atmosfere opisanometeorološkim veličinama:

Vlažnost zraka; -> najpoznatija relativna vlažnost [rh]=%

Naoblaka; -> u desetinama/osminama

Oborina; [r]=mm

Vidljivost; [km]

Smjer i brzina vjetra; [V]=m/s

!!!Vrijeme određuje odabirodjeće za daj dan, a klimaodređuje kakvu ćemo odjećukupiti.!!!

Page 5: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

5

• Atmosfera je posljedica ravnotežnog stanja parametara:1) udaljenosti Zemlje od Sunca2) veličine naše planete3) brzine rotacije oko osi i oko Sunca.

• Predstavlja smjesu plinova koja obavija Zemlju.

• Uobičajena je podjela atmosfere na temelju promjene temperature svisinom (troposfera, stratosfera, mezosfera i termosfera)

• Atmosferu s obzirom na sastav dijelimo na homosferu i heterosferu

• drugo: ozonosfera, magnetosfera, ionosfera...

Struktura atmosfere

Page 6: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

6

Page 7: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

7

Strukturaatmosfere

Za razliku od tlaka i gustoće, razdioba potemperaturi-kompleksna

troposferatropopauza “donja” atmosfera

-----------------------stratosferastratopauzamezosferamezopauzatermosfera “gornja” atmosfera

(aeronomija)termopauzaegzosfera

5 km ~ 50 % mase cijele atmosfere,10 km (< 1% RZ)~ 75 % - 80% mase cijele atmosfere,20 km ~ 90 % mase cijele atmosfere,50 km ~ 99.9 % mase cijele atmosfere

“srednja”atmosfera

temp. min uatm.~-90°C

Page 8: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

8

Razdioba po temperaturi

Troposfera: od latinske riječi trope što znači prevrtanjeT, p, ρ opadaju visinom

Temp. u troposferi naglo pada s visinom ( u prosjeku oko 0.65°C/100 m).

Prosječna temp. na vrhu troposfere je ~ -55°C.

Najniži sloj troposfere naziva se atmosferski granični sloj (debljine od nekoliko stotinametara noću ili zimi, do 3 km danju, a karakterizira ga intenzivna turbulencija).Atmosferski granični sloj je u direktnom dodiru sa Zemljinom površinom, koja na njegautječe1) evapotranspiracijom,2) emisijom onečišćujućih tvari,3) antropogenom emisijom topline,4) trenjem,5) modificiranjem strujanja zbog postojeće

topografije.

Vrlo brzo reagira na utjecaj Zemljine površine(~ 1 h).

Ostatak troposfere (slobodna troposfera)također reagira na utjecaje Zemljine površine,ali je njegova reakcija puno sporija (~ 1 dan).

Page 9: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

Tropopauza

Tropopauza

Tropopauza-50 Co

-57 Co

-75 Co

30 C o 15 C o 2 C o

Polovi Umjerene širine

Tropi

Temperatura

20

15

10

5

0

Tropopauza

Visin

a (km)

Visina:ovisna o geografskoj širini

� niža na polovima� viša na ekvatoru� umjerene širine:na visinama 11-12 km

Temperatura:~ konstanta visinom;najtoplija je nad polovima(do -40 °C),a najhladnija je nad ekvatorom(do -70 °C);

često je u blizini mlazna struja

Page 10: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

10

Razdioba po temperaturi

U stratosferi (od grč. riječi strata=sloj) i donjoj mezosferi(od grč. riječi meso = sredina)

važna uloga fotokemijskih procesa izazvani Sunčevim UV zračenjem. do zagrijavanja u stratosferi dovodi pretežno apsorpcija Sunčeva zračenja od strane ozona

temperaturni maks. u stratopauzi

Prigušena vertikalna gibanja → onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni,čestice vulkanskih erupcija) koje uđe ostaje vrlo dugo

U srednjoj atmosferi na dva se mjesta javljaju oblaci od smrznutih kristalića:

na 20-30 km u mezopauzi NOĆU (samo ljeti tijekomsedefasti oblaci godišnjeg temperaturnog minimuma

svijetleći (srebrnasti) oblaci

Iznad stratopauze bitnu ulogu imaju atomsko-molekularni procesi: molekularna difuzija, sudarna ionizacija, rekombinacija, molekulske reakcije.

Iznad stratopauze u mezosferi (od 50-80 km) oko 0.1% mase atmosfere.Temp. ponovo pada zbog male količine ozona, kisika i dušika; sastojci ionizirani

Page 11: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

11

Razdioba po temperaturi

Na 70-120 km javljaju se meteori

Termosfera: � T raste na 1500 K-2000 K do 400 km� rijetki plinovi potpuno apsorbiraju Sunčevo UV zračenje vrlo kratkihvalnih duljina.� Sastoji se od mnogo ioniziranih atoma i molekula

U donjem sloju termosfere: Ionizirana komponenta zraka pokazuje povećanje gustoće na nekimvisinama, tj. slojevitost -> D, E, F slojeviorbitalni meteorološki sateliti (na ~ 800 km-2000 km). •Vrh termosfere, termopauza nije dobro definiran; procjena ~ na visinamaizmeđu 500 i 1000 km

Egzosfera (vanjski sloj atmosfere, koji se nadovezuje na termopauzu i gubise u prostranstvu svemira): Atomi plinova su potpuno ionizirani i gibaju se kaotično. Iz gornjeg dijela termosfere (500-700 km) molekule mogu napustitiatmosferu, jer je učestalost sudara mala tj. srednji slobodni put molekulausporediv s dimenzijom Zemlje. Temp i do 4000ºC. - geostacionirani meteorološki sateliti (na ~ 36 000 km).

Page 12: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

12

Visoka se atmosfera ispituje i izravno i posredno

izravno• do 30 km radio-sondama • raketama, radarima i satelitima (koji se gibaju u egzosferi)

posredno•na temelju širenja zvučnih valova, •svjetlosnim, a posebno laserskim snopovima, •radio valovima, posebno mikrovalovima•optičkim spektrima noćnog neba i polarne svjetlosti •opažanjem meteorskih tragova•mjerenjem električnih struja, električnog i magnetskog polja

Radiovalovi se reflektiraju od ionizirang sredstva na visinama od 60-600 km, a tim su načinom ionski slojevi i otkriveni (E-sloj, F2-sloj).

Page 13: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

13

Razdioba po sastavuzbog gravitacije ->masa i sastojci vertikalno raspodjeljeni

homosfera (0-100 km) ⇒ 78% N2, 21% O2, 0.9% Ar,ostalo 0.1%

sastojci dobro izmiješani ⇒ prevladava turbulentnadifuzija

turbopauzaheterosfera ⇒ prevladava molekularna difuzija

Fizikalne veličine za iskazivanje sastava:

� masa (m)� volumen (V)� broj jedinki (N)� množina tvari (n)

Sastav uzorka iskazuje se kvalitativnim kemijskim formulama,a kvantitativno kao:

� Omjer (maseni omjer = omjer 2 sastojka mB/mA)� Udjel (maseni udio = masa sastojka/zbroj mase svih sastojka u smjesi)� Koncentracija (masena koncentracija=omjeri mase sastojka i ukupnog volumena

uzorka

m

m

m

mw i

ii

ii ==∑

V

mii =ρ

Page 14: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

14

Razdioba po sastavu

Sastojci u homosferiglavni i stalni sastojci ⇒ gotovo konstantnog volumnog udjelamanjinski i stalni sastojci τ > 103 godina

Plin Molekularna masa

Volumni udio (%)

Maseni udio (%)

Boravak u atmosferi (τ)

O2 kisik 32.00 20.95 23.1 5·103 god

N2 dušk 28.01 78.09 75.5 106 god

Ar argon 39.95 0.93 1.3

Ne neon 20.18 1.8•10-3 1.3·10-3

He helij 4.01 5.2•10-4 7.2·10-5 107 god

Kr kripton 83.80 1.1•10-4 3.3·10-4

Xe ksenon 131.30 8.6•10-6 3.9·10-5

Rn radon 222.00 6.0•10-18

•plemeniti plinovi mogu se smatrati stalnim ⇒ nemaju ni izvora ni ponora•vrijeme boravka dulje od tisuću godina

•glavni sastojci određuju osnovno fizičko stanje atmosfere, odnosno agregatno stanje sredstva

Vrijeme boravka (τ) = vrijeme koje molekula sastojka provede u atmosferi nepromijenjena.

τ =proces izvora/proces ponora

Što je vrijeme boravka dugotrajnije, vremenska promjenljivost plina je manja.

Page 15: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

15

Razdioba po sastavu

Dušik (N)

•Najviše u obliku molekula i atoma; kao neutralne ili nabijene čestice i kao sastavni dio dušičnih spojeva NOx• dušik je inertan plin• više hipoteza o porijeklu:1) iz 70-tih ⇒ N se u atmosferi akumulirao tijekom razvojne faze kaoposljedica snažnih vulkanskih erupcija. 2) Sav N porijeklom iz zemljine biosfere. Iako u donjoj troposferi postoji prirodni N ciklus vođen biološkimprocesima, danas se zna da postoji i antropogeni (nebiološki) ciklus.

•U slučaju nestanka biosfere N2 bi u kratkom vremenu nestao pod utjecajem kozmičkog zračenja i električnog pražnjenja u atmosferi.

•Ponor: •Električno pražnjenje izaziva oksidaciju N2.•Dospijećem u vodu (ocean) dušični oksidi se brzo rastvaraju tvoreći ione nitrata

Page 16: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

16

Razdioba po sastavu

Kisik (O)

•u obliku molekula i atoma; kao neutralne ili ionizirane čestice i kao sastavni dio mnogih spojeva• sadržaj kisika rastao tijekom geološkog razvoja Zemlje •Izvor O2 biološkog porijeka-proces fotosinteze:

2H2O + CO2 + hν → CH2O + H2O +O2

• iz atomarnog O nastaje molekula O2•Procesi razgradnje - brojni•Proces stvaranja ozona (fotodisocijacija)•Mnogobrojni procesi oksidacije-željezni oksidi....

Rezultat ⇒ stalna količina O u homosferi

Antropogeno djelovanje - procesima izgaranja oštećuje se flora sposobna za fotosintezu

Page 17: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

17

Razdioba po sastavu

Plemeniti plinovi

•Argon(Ar)sadržaj Ar u atm. je znatno manji nego u fazi njenog nastankavećina Ar kao izotop

Helij(He) jedini ima svoj ciklus izvora i ponora

Izvor:Iz prizemnih izvora 98% atmosferskog He (uglavnom kao izotop)Prilikom nastanka dva izotopa urana i torija u Zemljinoj kori i u jezgri

Ponor:Neprekidno odlaženje He iz egzosfere

Page 18: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

18

Razdioba po sastavu

Sastojci u homosferi: manjinski i nestalni sastojci⇒ promjenjivog volumnog udjela

•Bez manjinskih i nestalnih sastojaka, unatoč njihovih malih udjela, ne bismo imali bitne klimatske pojave!

Plin Molekularna masa

Volumni udio (%)

Maseni udio (%)

Boravak u atmosferi

CO2 ugljikov (IV) oksid

44.01 3.6•10-2 4.6·10-2 5-6 god.

CH4 metan 16.04 1.4•10-4 7.8·10-5 4-7 god.

H2 vodik 2.01 5•10-5 3.5·10-6 6-8 god.

N2O dušikov (I) oksid

44.01 1•10-7 3.1·10-7 25 god.

O3 ozon 48.00 2•10-6 6·10-6 10 god.

Page 19: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

19

• bez mirisa, neotrovan plin teži od suhog zraka

• u našoj atmosferi ga ima oko 0.036 % (volumno oko 360 ppm); u atmosferama Marsa i Venere glavni sastojak

Ugljikov (IV) oksid (CO2)

•uz vodenu paru jedan od najvažnijih atm. apsorbera Zemljinog dugovalnog zračenja

•Prema nekim proračunima, kada u atmosferine bi bilo CO2, prosječna temperatura Zemljinepovršine bi s 15°C pala na -10°C.

•Koncentracija CO2 najveća je u gradovima, a kako•je CO2 teži od zraka, to mu je koncentracija najveća pri tlu.

• jedan od uzroka globalnog zatopljenja, globalni prirast od 1 ppm/god zbog antropogene djelatnosti.

•Danas u atmosferi ima gotovo 30% više CO2 nego prije 200 godinaIPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

• Porast mase ugljičnog dioksida utječe na:� zatopljenje troposfere,� otapanje glečera i povišenje morske razine,� promjene u globalnoj atmosferskoj i oceanskoj cirkulaciji,� promjene u naoblaci.

Najduži niz direktnih mjerenja CO2 u atm.-mjesečni srednjaci, od sredine 50-ihcrna krivulja - sezonski ispravljeni podaci

The undisturbed air, remote location, and minimal influences of vegetation and human activity at MLO are ideal for monitoring constituents in the atmosphere that can cause climate change

Page 20: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

20

Prirodni izvori:•disanje, •raspad organskih tvari, •oslobađanje iz oceana, •požari•vulkanske erupcije....

INDUSTRIJA 5 Gt + IZGARANJE 2 Gt100 Gt

104 Gt

SADRŽAJ OCEANA36 000 Gt = 36 Tt

SADRŽAJ ATMOSFERE 735 Gt

100 Gt

100 Gt

BIOMASA 560 Gt

SADRŽAJ TLA 1 500 Gt = 1,5 TtFOSILNA ENERGIJA 7 500 Gt = 1,5 Tt

Sadržaj ugljikovog (IV) oksida i godišnje izmjene; godišnji neto-unos u atmosferu je 3 Gt.

Antropogeni izvori su:•izgaranje fosilnih goriva (ugljena, nafte, prirodnog plina) •procesi prisutni u iskorištavanju tla, •spaljivanje šuma

Procesi razgradnje: • apsorpcija oceanskom površinom (~60%), - sposobnost apsorpcije ograničena.• fotosinteza• formiranje CaCO3 tj. karbonatnih stijena, što je Zemlju učinilo različitom od Venere.

Ugljikov (IV) oksid (CO2) Prirodni ciklus CO2 izmeđuatmosfere i oceana te biosfere

Biosfera sakuplja CO2 ljeti, aoslobađa ga zimi. Izmjena mase oko100 Gt.

Page 21: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

21

• Od grčke riječi methane• Opisni mu je naziv - močvarni plin jer se razvija u baramagdje trunu organske tvari

• Globalni udio iznosi 1,7 ppm(v)• Veće koncentarcije na NH u višim φ• Metan je vrlo snažan staklenički plin.

• U usporedbi s CO2 snažniji staklenički plin

∆t = 20 godina, ∆t = 100 godina, CH4: CO2 = 72:1 puta jači CH4: CO2 = 25:1 puta jači.

U atmosferi traje oko 7 godina, a nakon toga se razlaže na CO2 i vodu. Metan isto utječe na razlaganje ozonskog omotača.

• Koncentracija CH4 ima izraziti godišnji hodmax u proljeće, a min u jesen.

Postoji i opća promjena (trend) povećanja u posljednjih 10 god.

Količina CH4 u ranijim razdobljima određuje se pomoću mjehurića zraka zarobljenog u ledenim slojevima Arktika i Antarktike.

Metan (CH4)

Page 22: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

22

Metan (CH4)

•Izvorni proces je truljenje (anaerobna fermentacija organskih tvari).

•Izvorni proces je truljenje : močvare, poplavljeni tereni, tropi, polja s uzgojem riže, stočarski tereni, spalionice biomase, peći na lignit, proizvodnja plina i ulja.

•Proces razgradnje: oksidacija s radikalom OH, tepokretanje lanca drugihreakcija u kojima nastaju CO, CO2, H2.

Page 23: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

23

• u visinama od oko 10 do 50 km – ozonosfera• u višoj atmosferi nastaje u dva koraka:

Ozon (O3)

1) O2 apsorbira UV Sunčevo zračenje (λ < 240 nm; 1 nm = 10-9 m) ⇒fotodisocira:

O2 + hν → O + Ohν - energija fotona UV zračenjah - Planckova konstanta h = 6.625·10-34 J sν - frekvencija zračenja (s-1)

2) sudar (kolizija) atoma i molekule kisika uz prisustvo trećeg tijela M:O2 + O + M → O3 + M.

najčešće na visinama do oko 50 km (tu još uvijek ima dovoljno molekularnog kisika)

Istovremeno, ozon se i raspada fotodisocijacijom: O3 + hν → O2 + O

ali uz λ = 200 do 300 nm

Page 24: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

24

•Najviše ozona u tropima na visinama > 25 km. •Ozon se atmosferskim gibanjima prenosi premapolovima.

•Nad polovima maksimum je na 18 km visine.

•Premda je količina ozona u atm. mala njegovoznačenje ogromno u apsorpciji UV zračenja u rasponu od 240 do 290 nm;

•Problem ozonskih rupa: sredinom 70-tih nadAntarktikom je u ozonosferi uočeno velikosmanjenje koncentracije ozona s obzirom na ranijarazdoblja uslijed antropogenog djelovanjaispuštanjem CFC spojeva (freona)

Ozon (O3)

•Najveće smanjenje uočeno je na visinama od 14-19 km nad tlom.

•Zaustavljeno smanjenje ozona -> rezultat je ili povećanja stratosferskih temperatura ili smanjenje udjela destruktivnih spojeva

https://svs.gsfc.nasa.gov/Gallery/OzoneHole.htmlhttps://earthobservatory.nasa.gov/world-of-change/Ozone

Page 25: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

25

Polarni stratosferski oblaci= sedefasti oblaci

male količine H2O u stratosferi, od 4-6 ppm no značajna uloga u toplinskoj ravnoteži (apsorpciji i reemitiranju infracrvenog zračenja)

na visini od 15-25km, i do 2 sata nakon što padne mrak ili pred zoru.

Sedefasti jer njihova površina svijetli sedefastim sjajem

posljedica refleksije sunčeve svjetlosti s druge strane planeta, ispod našeg horizonta na kristalićima leda u oblaku, Najčešće u polarnim područjima (φ >60°) zimi zbog temp ~ -78°C

njihova pojava utječe na uništavanje ozona i na stvaranje ozonskih rupa.

Page 26: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

26

Prema kemijskom sastavu 3 tipa polarnih stratosferskih oblaka:Tip Ia (sadrže kristale dušične kiseline i vode), Tip Ib (sadrže kristale dušične kiseline, vode i kapljice sumporne kiseline), Tip II (sadrže samo kristale vode)

Page 27: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

27

•Pri tlu ozon nepoželjan jer iritiraočnu sluznicu, grlo nos i dišne putove.

•Pri tlu ozon nastajefotokemijskim reakcijama u urbanojatmosferi bogatoj NOx(kao posljedica prometa)+VOC (lakohlapljivih ugljikovodika)

•Stoga se u velikim gradovima s gustim prometom, koji obilujuSunčevim zračenjem, a nalaze se u toplim i suhim klimama (poput npr. Rima, Tokija, Atene i Los Angelesa), javlja onečišćenje zraka poznato pod nazivom fotokemijski smog.

•Kod nas čest u Rijeci

Ozon (O3)

Smog u New Yorku 1988. godine

!!!Nastao od riječi smoke and fog!!!

Page 28: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

28

Razdioba po sastavu

Sastojci u homosferi: manjinski i nestalni sastojci⇒ jako promjenjivog volumnog udjela

Plin Molekularna masa

Volumni udio (%)

Maseni udio (%)

Boravak u atmosferi

H2O vodena para

18.02 ≤ 4.0 10 dana

CO ugljikov (II) oksid 28.01 1·10-5 2·10-5 0.2-0.5 god.

NO2 dušikov (IV) oksid

46.01 2.3-3.5·10-5 8-10 dana

NH3 amonijak 17.03 1·10-6 1·10-6 5 dana

SO2 sumporov (IV) oksid

64.06 2·10-8 9·10-8 2 dana

H2S sumporovodik 34.08 ≤ 0.6·10-7 0.5 dana

organski ugljik 2 dana

•Ti sastojci uvjetuju:� stvaranje oblaka i oborina� toplinsku ravnotežu u sustavu tlo/more - atmosfera� optička svojstva atmosfere� dinamičku reakciju atmosfere na periodična zračenja i utjecaje svemira.

Page 29: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

29

Razdioba po sastavu

Izvori manjinskih sastojaka su:

� vulkanska aktivnost� geološka aktivnost� biološki i kemijski procesi� industrijska i ostala antropogena aktivnost

Ponori manjinskih sastojaka su:

� gravitacijsko taloženje u troposferi, hidrosferi i litosferi� difuzija u više slojeve atmosfere� odlaženje u međuplanetarni prostor� kemijske reakcije i ispiranje oborinama

Page 30: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

30

Vodena tvar (H2O)

Jedan od najvažnijih sastojaka atmosfere; ⇒ u atmosferi u sva tri agregatna stanja: plinovito, tekuće i kruto

volumno u atmosferi najviše 4%

ρ(H2O) mijenja se s faktorom 10, ovisno o mjestu i vremenu.

srednja ρ(H2O)Ekvator > 4-5 x srednja ρ(H2O)Pol.

Izvori:1) evapotranspiracija;2) antropogeni unos H2O u troposferu je malen i nevažan, iako se navodnjavanjem lokalni uvjeti mogu značajno promijeniti.

koncentracija vodene pare opada visinom;

vrlo efikasno apsorbira toplinsko zračenje ⇒ i sama zrači dugovalno ⇒ bitna za toplinsku ravnotežu sustava Zemlja-atmosfera (poput O3i CO2).

Para ≠ plin

Page 31: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

31

Aerosol= tekuća ili kruta čestica suspendirana u zrakuVeća je od 1 molekule, a dovoljno mala da ostajeraspršena u zraku dugo vremena.

Prikaz masenog omjera aerosola, H2O, CO2,O3 i CO

Razlikuju se:koloidi - krute čestice u plinovitoj fazi (npr. dim) hidrosol - krute čestice u kapljicama. Nalaze se i u oblacima i u zraku.

Atmosferski onečišćivači (polutanti) = aerosolsa štetnim djelovanjem na okoliš.

Mogu biti primarni (ispušni plinovi automobilskih motora) ili sekundarni (nastaju kemijskim odnosnofotokemijskim reakcijama u atmosferi), npr., smog i fotosmog.

Aerosol ima važnu ulogu u atmosferskim procesima do ~ 50 km:• u nastanku oblaka i oborine,• atmosferskom elektricitetu i atmosferskoj kemiji• slabljenje vidljivosti i bilanci zračenja.

Oko cijele Zemlje, čestice (NH4)2SO4 veličine 0.1-2µm, izvor:proces fotooksidacije SO2

Page 32: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

32

Aerosol se razvrstavaprema porijeklu:� maritimni ili kontinentalnicm~ 2·108/m3 << ck ~ 2·1010/m3

� ljudski ili prirodni

prema prebivanju:� troposferski� stratosferski� mezosferski

Veličinom se čestice svrstavaju u rasponu od (0,01 – 3) µm; životni vijek od nekolikodana do nekoliko tjedana

prema veličini:� nukleoidni mod (“nuclei mode”)� akumulacijski mod (“accumulation mode”)� grubi mod (“coarse mode”)

Sastav i građa veoma su složeni;poprimaju oblik od kugle, zbijenog tijela,do najrahlijeg tijela nalik fraktalnom obliku.

Zbijeni oblik Fraktalni oblik

Page 33: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

33

Aerosol

•postoji znatna razlika u brojnostičestica nekog moda,površini čestica i volumenu.

•Najbrojniji nukleoidni mod

•Najveća površina otpada naakumulacijski mod,

•Volumen pokazuje dva maksimuma:prvi u akumulacijskom modu,drugi u modu grubih čestica.

Razlog: raznorodan nastanak aerosola:linearni izvori - prometni pravci;točkasti izvori - vulkani i dimnjaci;površinski izvori - oceani;volumni izvori - kemijski i fotokemijski procesi u otvorenoj atmosferi.

Na nekom mjestu i u nekom vremenu dana ili sezone razlike su ogromne

Page 34: DINAMIKA ATMOSFERE I MORA - unizg.hr · Prigušena vertikalna gibanja →onemogućeno vertikalno miješanje → onečišćenje (freoni, česticevulkanskiherupcija)kojeuđeostajevrlodugo

34

•Sastojci u heterosferi (odgovara termosferi) iznadturbopauze volumni odnosi atmosferskihplinova variraju uslijed UV(fotodisocijacija molekularnog kisika) irendgenskog Sunčevog zračenja ->molekularna difuzija

•Koncentracija O2 opada, a O raste visinom (iznad 400 km sav kisik je u atomskomobliku). Čestice moraju preći velik put dok se ne sudare s nekom drugom česticom.

•Molekularni dušik se teže disocira

•Visinsko razdvajanje čestica po masi -> s visinom sve lakši sastojci

•Oko Zemlje -> helijev ovoj,vodikov ovoj -> vodikova korona ili protonosloj

Iz gornjeg dijela termosfere molekule mogu napustiti atmosferu (=egzosfera)

Pitanje: Kako utječe visoka temperatura u termosferi na objekte?!!! Iako je T u termosferi izuzetno visoka, osoba zaštićena od Suncane bi trebala osjećati vrućinu. Razlog leži u izrazito malom brojumolekula i malom broju njihovih sudara (s izloženom kožom) tedrastično malom prijenosu topline.!!!

Razdioba po sastavu