ekoloska zastita
TRANSCRIPT
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 1/30
EKOLOŠKA ZAŠTITAITK
2. predavanje
Teme:
Atmosfera – kompozicija i svojstva
Efekt staklenika
Globalna energetska bilanca
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 2/30
Ukupni globalni okoliš se sastoji od četiri
velike sfere:
• plinovita atmosfera,
• tekuća hidrosfera,
• kruta litosfera i
• živuća biosfera.
Okoliš
BIOSFERA – svi slojevi Zemlje nastanjeni organizmima, danas se često
koristi izraz EKOSFERA . Najobuhvatniji pojam za cjelokupni
prostor na kojem žive organizmi našeg planeta. Obuhvaća
hidrosferu, pedosferu i donji sloj atmosfere.
HIDROSFERA – sveukupni vodeni pokrivač Zemlje. Obuhvaća vodu u
atmosferi i litosferi, u oceanima, morima, jezerima, rijekamai močvarama te vječni snijeg i led (ukupna količina vode na
Zemlji 1386 106 km3 hidrološki ciklus).
LITOSFERA – vanjski kruti sloj Zemlje, debljine oko 100 km.
PEDOSFERA – gornji sloj tla, nastanjen živim organizmima. Pedosfera je
gornji tanki sloj litosfere, u koji penetrira atmosfera i
hidrosfera.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 3/30
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 4/30
Atmosfera se dijeli na četiri različita sloja, na temelju termalnihkarakteristika, kemijskog sastava, strujanja i gustoće.
Fred Hoyle: “Space isn't remote at all. It's only an hour's drive away ifyour car could go straight upwards.”
TroposferaU troposferi se događaju sve vremenske prilike. Troposfera sadrži približno80% mase cijele atmosfere i gotovo svu vodenu paru. Troposfera jenestabilna sa čestim pojavama brzog konvektivnog gibanja zračnih masa.Tlak zraka na vrhu troposfere je svega 10% tlaka na površini mora ( 0,1
atm). Tropopauza odvaja troposferu od sljedećeg sloja atmosfere.Tropopauza i troposfera se nazivaju i niža atmosfera.
StratosferaIznad troposfere je stratosfera , gdje je strujanje zraka uglavnomhorizontalno. Tanki sloj bogat ozonom nalazi se u gornjem slojustratosfere. Stratosferski sloj apsorbira štetno Sunčevo UV zračenje.
Troposfera i stratosfera zajedno sadrže 99,9% ukupne mase atmosfere istoga su najzanimljivija područ ja iz perspektive zaštite okoliša.
Slojevi ATMOSFERE
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 5/30
Egzosfera je rijedak sloj iznad 400 km visine u kojem tlak
opada do pravog vakuuma. Ovaj se sloj može smatratiprijelazom između Zemljine i Sunčeve atmosfere.
Iza atmosfere
Mezosfera i Termosfera (Ionosfera)
Iznad stratosfere je mezosfera, a potom i termosfera, ukojima su atomi uglavnom ionizirani jer se apsorbiranajsnažnije dolazno zračenje (fotoni) sa Sunca.
Termosfera je vrlo rijetka i u njoj se opaža polarna svjetlost.
dušik
78,084%
kisik
20,946%ugljik-dioksid
0,033%
ostali0,0027%
argon
0,9340%
Kemijski sastav zraka
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 6/30
Copyright R. R. Dickerson 2011
N2
O2
Ar
O3
Inert gasesCO2
H2
←SO2, NO2,
CFC’s, itd.
PM
COCH4
N2O
Sastav Zemljine troposfere
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 7/30
PlinProsječna
koncentracija, ppm
Aproksimativno
vrijeme boravka u
atmosferi
Izvor / porijeklo
N2
O2
780.840,0
209.460,0
106 god.
10 god.
biološki i mikrobiološki
Ar
NeHe
Kr
Xe
9.340,0
18,05,2
1,1
0,09
-
--
-
-
akumulacija tijekom
nastanka Zemlje
CH4
CO2
CO
H2
N2O
1,65
332,0
0,05-0,2*
0,58
0,33
7 god.
15 god.
65 dana
10 god.
10 god.
biogeni i kemijski
antropogeni i biogeni
antropogeni i kemijski
biogeni i kemijski
biogeni i kemijski
SO2
NH3NOx(NO+NO2)
O3
HNO3
H2O
10-5-10-4*
10-4-10-3*
10-6-10-2*
10-2-10-1*
10-5-10-3*
varijabilna (do 4%)
40 dana
20 dana
1 dan
-
1 dan
10 dana
antropogeni i kemijski
antropogeni i kemijski
antropogeni, fotokemijski
kemijski (fotokemijski)
kemijski, kiša
fizikalno-kemijski
1. ATMOSPHERA i temperaturni profil
Atmosfera je podijeljena upodruč ja na temelju profilatemperature kao funkcije visine.
TROPOSFERA
je najniži sloj, grijan površinomZemlje (apsorbirana Sunčevaenergija). Stoga, temperaturaopada s visinom – uz gradijentod približno -10 K/km.Ovaj negativni gradijentomogućuje izrazitu nestabilnosts obzirom na vertikalnomiješanje.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 8/30
STRATOSFERA je sloj atmosfere u područ ju od oko
12 do 50 km od površine Zemlje.Temperatura se povećavapovećanjem visine, zbog apsorpcijesolarnog ultraljubičastog i vidljivogzračenja.Ovaj pozitivni temperaturni gradijentčini stratosferu izrazito stabilnom upogledu vertikalnog miješanja.Rezidualna vremena molekula i
čestica mjere se u godinama.
TROPOPAUZA je stabilno granično područ je između TROPOSFERE i STRATOSFERE. Važno: promjena iz negativnog u pozitivni temperaturni gradijent.
STRATOSFERA - nastavak
U stratosferi se događamaksimalna apsorpcija UVzračenja (Chapmanovciklus).
O2 2O
O2 + O
Step 1
Step 2
Step 3 O3
O3 + OStep 4
slow process 2O2
h
h
STRATOPAUZAKod visina iznad ~50 km, efekt grijanja apsorpcijom UV svjetla je preslab za kompeticiju s procesima radiativnog ohlađivanja,te temperatura počinje ponovo padati.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 9/30
MEZOSFERAU Mezosferi, koja pokriva područ je visina od50 to 85 km, bilježi se negativnitemperaturni gradijent od -2,75 K/km. Potermodinamičkom karakteru je ovajgradijent je subadiabatski te je stabilnost upogledu vertikalnog miješanja održana.
Najniža temperatura u cijeloj atmosferi jeupravo u mezosferi.
TERMOSFERATermosfera započinje kod visina od 85 km inastavlja se bez jasne granice više stotinakilometara. Sadrži mnogo iona i slobodnihelektrona (plazma), generiranih apsorpcijomsnažnog vakuumskog UV svjetla. Ove specije
pune su kinetičke energije, što se o
čitujepovećanjem temperature. U ovoj vrlo rijetkoj
atmosferi važno je spoznati da se radi otermodinamičkoj temperaturi.
HIPSOMETRIJSKA JEDNADŽBA (gr č. hypsos, visina)
p = po exp(-z/H), H 8 km, za T = 273 K
H visinska skala (engl. scale height)
Svakih 8 km visine tlak pada e puta!
IZVOD!
Adijabatska promjena temperature s visinom (dT /dz)
d = dT/dz = - g/cp -9,8 K/km
U troposferi temperatura se smanjuje linearno s visinom z; opada
približno 10 K po svakom kilometru! Razlog za ovaj progresivni pad je
povećanje udaljenost od Suncem zagrijane Zemlje.
IZVOD!
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 10/30
Atmosferska stabilnost
Čestica zraka (engl. air parcel ) = infinitezimalni djelić zraka konstantnogbroja molekula koji se slabo miješa s okolnim zrakom. Izmjena toplineizmeđu čestice i njezine okoline je minimalna, a temperatura unutar čestice
je općenito uniformna. Analogija: zrak u balonu!Prilikom uzdizanja čestice zraka pretpostavljamo adijabatsku ekspanzijuna račun promjene unutarnje energije, pri kojoj dolazi do hlađenja česticezraka (dU = cv dT). Za suhi zrak, čestica se hladi brzinom definiranomsuhoadijabatskim gradijentom temperature, tj. -9,8 K/km. Jednako tako,čestica suhog zraka koja tone zagrijava se brzinom +9,8 K/km.
Suhoadijabatski temperaturni gradijent (dT /dz ) fiksna je promjenatemperature s visinom i u potpunosti je neovisan o inicijalnoj temperaturi i
temperaturi okolnog zraka, stoga je temelj za definiciju atmosferskestabilnosti.
Suhoadijabatskitemperaturni gradijentprikazan je crtkanimlinijama koje započinju prirazličitim temperaturamaduž horizontalne osi.
Nagib linija jekonstantan i ne ovisi opočetnoj temperaturi!
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 11/30
Čestica zraka hladi se premasuhoadijabatskomtemperaturnom gradijentusve dok se ne postignerosište. U tom trenutku
vodena para kondenzira pričemu se oslobađa latentnatoplina koja snizujevrijednost temp. gradijenta(dT/dz). Vlažnoadijabatskigradijent temperature nijekonstantan jer ovisi otemperaturi i tlaku. U
srednjoj troposferi njegovapribližna vrijednost kreće seizmeđu -6 K/km i -7 K/km.
Stvarni temperaturniprofil okolnog zrakanazivamoatmosferskimtemperaturnimgradijentom iposljedica je složenih
interakcija brojnihmeteoroloških faktora.
Određuje u kojoj mjeriće se čestica zrakavertikalno dizati,odnosno spuštati.
Atmosferski profil
temperature možeznatno varirati s visinom.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 12/30
Svaki balon (A, B i C) ispunjen je na razini tla zrakom
temperature 20C te jepodignut, npr. vjetrom, na
visinu od 1 km. Zrak u balonuekspandira i ohladi se natemperaturu od približno 10 C(d -9,8 K/km).
O temperaturi i gustoćiokolnog zraka (na z = 1 km)ovisi hoće li se balon uzdizati
ili padati.
Čestica zraka kojazapočinje podizanje hladise prema suhoadij. temp.gradijentu (s.g.t.) dotemperature rosištanakon koje se dalje hladiu skladu svlažnoadijabatskimgradijentom. Ako je dT/dzokolne atmosfere veći ods.g.t. (hlađenje pri višeod -9,8 K/km), česticazraka koje se diže stalno
je toplija od okolnogzraka. Za atmosferu u
ovim uvjetima kažemo da je nestabilna.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 13/30
Kad je atmosferskigradijent temperature
jednak s.g.t., atmosfera je
u stanju neutralnestabilnosti. Tadavertikalna strujanja zrakanisu poticana nitisprječavana. Neutralnostanje predstavljarazdjelnicu izmeđustabilnih i nestabilnih
uvjeta.
Kad je atmosferskitemperaturni gradijentmanji od s.g.t. (hladi se primanjoj vrijednosti od -9,8K/km), zrak je stabilan i
odupire se vertikalnomgibanju. Ovo jesubadijabatskitemperaturni gradijent.
Zrak koji se podigaovertikalno ostaje hladniji igušći od okolnog zraka. Ponestanku uzgonske sile,
čestica zraka vraća se uprvobitni položaj.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 14/30
Promotrimo prvo amosferski temp. gradijentprikazan krivuljom A. Ako se čestica zraka iztočke O pomakne naviše, njezina temperaturasmanjivat će se u skladu sa suhoadijabatskimgradijentom temperature te će zbog toga biti višaod okolne temperature. Budući da pri istom tlaku(na nekoj visini z iznad točke O) čestica ima višutemperaturu, njezina gustoća mora biti manja odgustoće okolnog zraka, stoga će čestica poddjelovanjem uzgonske sile ubrzavati prema gore.Isto tako, ako se čestica zraka pomakne iz točke Onadolje, postaje hladnija i gušća od okolnoogzraka i nastavlja tonuti. Za atmosferu u timuvjetima kažemo da je nestabilna.
Nasuprot tome, u slučaju atmosferskog gradijentatemperature prikazanog krivuljom B, pomakčestice zraka iz točke O prema gore rezultirat ćenižom temperaturom čestice od okolnog zraka atime i njezinom većom gustoćom. Jednako tako,pomak čestice zraka iz točke O prema dolje dovestće do porasta njezine temperature i niže gustoćeod okolnog zraka. U oba slučaja na česticu zraka
djeluju sile koje nastoječesticu vratiti do to
čke Ona dijagramu. Za vertikalne stupce zraka s
temperaturnim profilima sličnima krivulji B kažemoda su stabilni.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 15/30
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 16/30
O3 + h (220 nm –330 nm ) = O2 + O
O2+, NO+
[O]=[O2]
[O] [O2]
Spektralna gustoća dozračene snage Sunca
m
E W
/ ( m 2 m )
2000
1500
1000
500
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
ekstraterestičko zračenje
ozračenje na površini
Zemlje
spektar crnog tijela (5760 K)
UV dio Sunčeva zračenja na
površini Zemlje (UV A + UV B)
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 17/30
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 18/30
Globalna toplinska ravnoteža “Efekt staklenika”
Zahvaljujući prirodnom fenomenu “efekt staklenika” oko 84% energijeodzračene s površine Zemlje biva apsorbirano i reemitirano atmosferom.Ova pojava počiva na činjenici da tro i višeatomni plinovi propuštajuzračenje nižih valnih dužina, a apsorbiraju dugovalno infracrveno zračenje.
REZULTAT: srednja temperatura na površini Zemlje je oko 15 °C štoizuzetno pogoduje životu – između ledišta i vrelišta vode. Da nema togdjelovanja srednja temperatura bila bi oko -18 °C.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 19/30
EFEKT STAKLENIKA
Moglo bi se tumačiti kako je pogodna srednja temperatura na površiniZemlje rezultat najpovoljnije udaljenosti Zemlje od Sunca. Međutim to nije
jedini razlog, što pokazuju podaci o temperaturama na susjednimplanetima Veneri i Marsu. Atmosfera Venere izrazito je debela i vrlobogata s CO2, dok je atmosfera Marsa vrlo tanka.
Razlike u ovim temperaturama tumače se s obzirom na različiti sastavatmosfera i tlakove.
Globalna energetska bilanca
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 20/30
Srednja godišnja energetska bilanca Zemlje ( Kiehl JK and Trenberth KE (1997) Earth’s annual global
mean energy budget. Bulletin of American Meteorological Society 78: 197–208. )
Efekt staklenika
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 21/30
oko 1800.g. Jean Baptiste Joseph Fourier (Fr) prvi iznosi tezu daatmosferski plinovi imaju utjecaja na energetsku bilancu Zemlje. Prviupotrebljava termin – metaforu staklenik.
1861. god. John Tyndall (GB) eksperimentalno demonstrira da vodenapara i ugljični dioksid propuštaju svjetlost ali ne i toplinsko zračenje.Postavlja tezu da globalna temperatura ovisi o količini CO2 u atmosferi.
Povijesni pregled
oko 1800.g. Jean-Baptiste Joseph Fourier (Fr) prvi iznosi tezu da atmosferskiplinovi imaju utjecaja na energetsku bilancu Zemlje. Prvi upotrebljavatermin – metaforu staklenik.
1861. god. John Tyndall (GB) eksperimentalno demonstrira da vodena para iugljični dioksid propuštaju svjetlost ali ne i toplinsko zračenje. Postavlja
tezu da globalna temperatura ovisi o količini CO2 u atmosferi.
1896. god. T. C. Chamberlin (US) i S. Arrhenius (S) također su utvrdili da CO2 uatmosferi utječe na temperaturu na zemlji. Arrhenius je procijenio dabi dvostruko povećanje koncentracije CO2 u atmosferi uzrokovaloporast temperature za cca 6 C.
1938. god. G. S. Callendar (GB) upozorio na čovjekov utjecaj na porastkoncentracije CO2 u atmosferi, a time i na klimu. Tvrdi da CO2
propušta kratkovalno sunčevo zračenje, a dugovalno apsorbira ireemitira.
1900. Mjerenja do danas pokazuju da se koncentracije CO2 u atmosferipovećala za 10-14%, 24% od 1860. godine
Povijesni pregled
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 22/30
Klimatski aktivni plinovi Značajna antropogena izvorišta
CO2 – ugljični dioksid Fosilna goriva (uključen promet)
CH4 – metan (močvarni plin) Obrada fosilnih goriva,odlagališta otpada, rižina polja,
stočarstvo, izgaranje biomase
O3 – ozon donjih slojevaatmosfere
Indirektno iz NO2 i CO2 iugljikovodika fotosintezom uatmosferi (fosilna goriva,promet, industrija)
Halogenirani ugljikovodici,klorofluorougljici CFC,hidrogenklorofluorougljici HCFC,hidrogenfluorougljici HFC, fluoriranispojevi, organska otapala i ostali
Plinovi u sprejevima, rashladnasredstva, punila u industriji
polimera, sredstva začišćenje,procesni plinovi,..
N2O – dušik-oksidul Umjetna gnojiva, poljoprivreda,izgaranje fosilnih goriva.organska industrija, izg. biomase
Potencijal globalnog zatopljavanja –Global Warming Potential GWP
GWP je indeks ili mjera kojom se opisuje utjecaj
jedinične mase pojedinog plina na globalnozatopljivanje, a u odnosu na istu količinu ugljičnog
dioksida. Pritom se uzima u obzir fizikalno-kemijskaosobina spoja i procijenjeni životni vijek spoja uatmosferi.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 23/30
Plin
Procjenjeniživotni vijek u
atmosferi(god.)
Koncentracijau atmosferi
1995.g (ppm)
Potencijalglobalnog
zatopljavanjaGWP (engl.
Global Warming Potential)
CO2 50-200 360 1
CH4 12 1,7 21
N2O 114 0,31 310
CFC-11CFC-12HCFC-22HFC-23SF6
CF4
5511612
2603200
50000
0,003 (Cl) 340071001600
12000222005700
Gotovo eksponencijalni porastkoncentracije CO2 u atmosferi. Nastavi lise ovaj trend porasta, do kraja stoljećaprocjenjuje se razina CO2 od 600 ppm.
400 ppm!!!Dana 9. svibnja 2013., dnevna srednjakoncentracija CO 2 u atmosferi (MaunaLoa, Havaji) premašila je 400 ppmv po prvi put od 1958. godine kad su zapo č etamjerenja.
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 24/30
The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)Međuvladin panel o promjeni klime
h
t t p : / / w w w . i p
c c . c
h /
Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRLDr. Ralph Keeling, Scripps Institution of Oceanography
Keeling Curve
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 25/30
Promjene koncentracije CO2 - iz izvještaja IPCC
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 26/30
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 27/30
Opaženi trendovi promjene temperature
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 28/30
Gg1000
Tgx))x(GWPGHGof (GgEqCOTg ii2
Trenutni doprinos globalnom zatopljavanju
CO2
64%
CH4
19%
N2O
6%
CFC
11%
Računanje emisije stakleničkih plinova,izraženo kao ekv. CO2
GHGi godišnja emisija stakleničkog plina (Greenhouse gas ), GgGWPi potencijal globalnog zatopljavanja (Global Warming Potential )
Struktura emisije stakleničkih plinova
(a) Global annual emissions of anthropogenic GHGs from 1970 to 2004.[5] (b) Share of differentanthropogenic GHGs in total emissions in 2004 in terms of CO2-eq. (c) Share of different sectors in totalanthropogenic GHG emissions in 2004 in terms of CO2-eq. (Forestry includes deforestation.)
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 29/30
Nedavni trendovi, procjena ljudskog utjecaja natrendove, i projekcije za ekstremne vremenske prilike
Porast
atmosferskihstaklenickih
plinova
Porast
prosjecneglobalne
temperature
Klimatskepromjene
Suše
Ucestalost kiša i oluja
Podizanje razine mora
Gubitakbioraznovrsnosti
Ljudskeaktivnosti
Prirodniprocesi
8/18/2019 Ekoloska zastita
http://slidepdf.com/reader/full/ekoloska-zastita 30/30