Levegő - Rausch Péter honlapjarexades.web.elte.hu/diakjaimnak/lev.pdf · 1 Pethő Gergely...

1

Pethő Gergely biológia-kémia

Rausch Péter kémia-környezettan

A légkör jellemzői

2

Levegő

3

4

A Föld szerkezete

• gömbhéjas szerkezet • a Föld külső burkai:

• levegőburok (atmoszféra) • vízburok (hidroszféra) • kőzetburok (litoszféra) + az élővilág burka (bioszféra - Lamarck)

• légkör: a Földet körülvevő gázréteg

5

A légkör összetétele halmazállapot szerint: gázok, cseppfolyós anyagok, szilárd anyagok

Egyéb:

• nemesgázok:

argon 0,93 %

hélium, radon

• CO2

• vízgőz

• szennyező gázok

• por- és koromszemcsék

nitrogén, 78%

oxigén, 21%

6

Makrokomponensek tf% ppm

Nitrogén 78,09

Oxigén 20,94

Széndioxid 0,03 365

Nemes gázok/argon 0,93 9325

Mikrokomponensek tf% ppm

Nemes gázok/Ne, He, Kr, Xe 1-10

Hidrogén 5*10-5 0,5

Metán 1,6 *10-4 1

Kénhidrogén, kéndioxid 2*10-7 1-2

Nitrogénoxidok 3*10-5 0,5

Ózon 4 -10-6 0,02

7

A légkör alkotói

• élet kialakulása – Naptól való kedvező távolság – héliumnál nehezebb elemek képződése – a vízburok és a légkör kialakulása

• élet táplálék, víz, levegő nélkül?

akár 5 hét kb. 5 nap max. 5 perc

8

A légkör alkotói

• egy felnőtt ember normális életműködéséhez naponta 15 kg (kb. 13 m3) levegő szükséges

• miért van szükség levegőre? – anyagcsere-folyamatok – látás – hallás – szaglás

9

A légkör jelentősége

• ózonréteg • kisebb meteoritok elégetése, szétverése • nyersanyagok az ipar számára

pl. neon és kripton → izzók, lámpaégők, fénycsövek

• légi közlekedés (sztratoszféra) • csapadékképződés → permetszerű szennyezőanyagok (sókristályok a tengerből)

10

A mai légkör kialakulása • a Föld életkora kb. 4,6 milliárd év • kezdetben H2 és He → elillantak • gázok áramlanak ki a már megszilárdult, de még forró

Föld belsejéből • a légkör akkori összetétele (vulkanikus eredet!)

– 75 tf % CO2 – 15 tf % vízgőz – 10 tf % N2

• kb. 4,4 milliárd évvel a Föld felszínének hőmérséklete 100 °C alá hűlt

→ a felszíni páraburok lecsapódott (óceánok, tengerek)

oxigén nélküli (redukáló) légkör! (de: vízgőz bontása UV-sugárzás hatására → kevés O2)

11

• élet megjelenése: 4 milliárd évvel ezelőtt

• tengerekben – 10 m-rel a vízfelszín alatt (UV!) • ősi baktériumok (anaerob életmód) • az elemi oxigén méreg lett volna számukra → miért?

• a légköri oxigén megjelenése: • oxigéntermelő fotoszintézis (kékbaktériumok, algák) • de: 1,5 – 2 milliárd éven át a reduktív gázok megkötik (földkéregből, vulkánokból törtek fel) • 2 milliárd évvel ezelőtt → oxigénkatasztrófa

• redukáló képesség megszűnik • az oxigén elkezd felhalmozódni a légkörben

• kipusztulás vagy alkalmazkodás • tengerek, tavak, mocsarak iszapja • anaerob tevékenység → metántermelés (légkör összetétele!)

A mai légkör kialakulása

12

ózonpajzs kialakulása: • O2 → 2 O a Napból érkező UV-sugárzás hatására • O + O2 → O3

ózon • UV-sugárzás elnyelése • a légkör oxigéntartalma folyamatosan nőtt → 21 tf %-nál megállt kb. 1 milliárd évvel ezelőtt

(szerencsére!!!) • kialakult az oxidáló légkör

hν

A mai légkör kialakulása

13

• ha 21 tf %-nál nagyobb lenne? – a légkör oxigéntartalmának növekedésével

a növények egyre gyúlékonyabbá válnak – már 25 tf % esetén a 20-25 m/m %

víztartalmú növények is alacsony hőmérsékleten meggyulladnának

– gyakori és kiterjedt erdő- és préritüzek – egyetlen villamáscsapás okozta tűz

kontinensnyi nagyságú területek növényvilágának az elégését eredményezné

• ha 21 tf % -nál kisebb lenne? • néhány százalékkal kisebb O2-tartalom

állatok: légzési

zavarok növények: csökkenő

fotoszintézis hatékonyság

14

• 10 % O2 : veszélytelen • < 8 % O2 : fulladás • karbonkor

– növények gyors szárazföldi térhódítása – 21 tf %-nál nagyobb O2-tartalom? → 70 cm-es szárnyfesztávolságú szitakötők (rovarok légzése!)

15

• a légkör összetétele, sűrűsége és nyomása a Földtől távolodva jelentősen változik

• különböző rétegek („szférák”; hőmérséklet alapján) – 0-11 km : troposzféra – 11-50 km : sztratoszféra (ózonréteg!) – 50-80 km : mezoszféra – 80 – 800 km : termoszféra – 800 km felett : exoszféra

• a légkör tömegének 80 % - a → troposzférában! • az élővilágra főleg a két alsó réteg hat közvetlenül

16

légnyomás: a levegő súlyából származó nyomás

17

A légkör • felfelé haladva ritkul a levegő (légnyomáscsökkenés és

O2-hiány) – határt szab az ember állandó megtelepedésének (kb. 4000-5000 m) – hegyi vagy magassági betegség

– látásélesség csökkenés – fülzúgás – álmosság – izomgyengeség – szédülés – hányinger – érzékszervi csalódások

hegymászók: gázpalack, gázmaszk

18

Adaptáció vs. akklimatizáció • adaptáció (evolúció során, genetikailag rögzül) • akklimatizáció (egyed élete során) Alkalmazkodás a nagy tengerszint feletti magassághoz: alacsony hőmérséklet és légköri nyomás (kevesebb O2) intenzívebb UV- és kozmikus sugárzás Mexikói olimpia - helybeliek adaptálódtak, külföldiek akklimatizálódtak (adaptáció: sok, kicsi vörösvértest ; akklimatizáció:több, nagyobb vvt) Peru (4000-4800 m), Bolívia (3800-4000 m), Nepál (3500-4000 m)

– kisebb születési súly – késik a nemi érés – alacsonyabb termékenység (Nepál,Tibet:többnejűség) – relatíve alacsonyabb, könnyebb gyerekek

19

Sarlósejtes vérszegénység - egygénes, recesszív öröklődés egy aminosav megváltozik (mutáció) → hemoglobin térszerkezete megváltozik → vörösvérsejt alakja más (sarló alak) → O2-szállító képesség befolyásolása (kisebb felület) → gyengébb oxigénellátás → belső szervek működése romlik

de: heterozigóták – maláriával szembeni rezisztencia nő

20

A légkör alkotói

oxigén (O2) – színtelen, szagtalan gáz – kevéssé reakcióképes (közönséges körülmények

között) – vízben kis mértékben oldódik – gyógyászati felhasználás

(légzési nehézségek, gázmérgezés) – élőlények élettevékenységéhez szükséges

(forrás, limitálhat)

21

Mihez kell az O2?

• terminális oxidáció – redukált koenzimeken lévő

hidrogének vízzé oxidálása a légzési O2 segítségével

– légzési elektrontranszport lánc

• oxidatív foszforiláció – a terminális oxidációval

összekapcsolt energiatermelés (ADP → ATP)

DNS kriszta

mátrix

riboszómák

belső membrán

külső membrán

22

O2 O2-. H2O2 H2O OH.

e- e- e- e-

(vagy ROOH)

szuperoxid (10-12 sec.)

peroxid hidroxilgyök (10-14 sec.)

„Mérgező” (reaktív) oxigén származékok

23

Az oxidatív foszforiláció menete - a mitokondrium, mint „sejterőmű”

intermembrán tér

mátrix

kémiai potenciál

ΔpH befelé lúgos

elektromos potenciál

Δψ befelé

negatív

protonmozgató erő által hajtott ATP

szintézis

24

Fotoszintézis és légzés

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O a fotoszintézis nagyobb mértékű (növény = növekvő lény) légzés mindig folyik (sok szobanövény a hálószobában)

fotoszintézis

fényenergia megkötése

légzés

kémiai energia felszabadulása

25

C6H12O6 + O2 E

CO2 + H2O

fotoszintézis

növények, kékbaktériumok

légzés

növények(!), állatok, lebontó szervezetek

fényenergia beépítése kémiai kötésekbe

kémiai kötések energiájának felhasználása

az életműködésekhez

Fotoszintézis és légzés

26

Növények gázcseréje

Fotoszintézis O2 CO2

Légzés

O2 CO2

Gázcsere O2 CO2

Naponta összesen

Nappal termel felhasznál felhasznál termel leadás felvétel O2 leadás, CO2 felvétel

Éjjel - - felhasznál termel felvétel leadás

légkör gázösszetételének megtartása!!!

27

A CO2-koncentráció hatása a fotoszintézisre

• intenzívebb fotoszintézis • gyorsabb növekedés és fejlődés • több CO2 esetén → több fényt hasznosít

[CO2]

fotoszintézis intenzitás

állandó fényerősség!!!

sok CO2

kevés CO2 több CO2

fényerő

fotoszintézis intenzitás

CO2 diffúzió limitál

28

Anaerob légzés és erjedés

• anaerob légzés: – anaerob körülmények – üledékes tó- és tengerfenék, mocsarak, kérődzők

bendője, rizsföldek – denitrifikáló, szulfátredukáló, metántermelő

baktériumok → más szervetlen anyag a H-felvevő

• erjedés: – fejlettebb élőlények → O2 hiány (anaerob) esetén – tejsavas erjesztés (tejsavbakt.-ok, izomsejtek!) – alkoholos erjesztés (élesztőgombák)

29

Erjedés

CH3

O

COOH

tejsav

etil-alkohol

CH3

O

H+ CO2

acetaldehid

CH3

H

OHH

CH3

OH

COOHH

2 H

2 H

30

A légkör alkotói

nitrogén (N2) – színtelen, szagtalan – nem reakcióképes (inert) → :N≡N: – vízben kis mértékben oldódik – nitrogénkötő baktériumok jelentősége!

31

Nitrogén-fixáció és denitrifikáció • N : kritikus limitáló tényező sok helyen • légköri nitrogén megkötése • baktériumok, kékbaktériumok,

zuzmók • pl. Rhizobium fajok (szimbiózis

pillangósvirágúakkal: gyökérgümők) • gyökérgümő belseje piros

(leghemoglobin) → O2-t köt (alacsony O2 konc. szükséges)

• denitrifikáló baktériumok: NH4

+, NO2-, NO3

- → légköri N2

mezőgazdaság számára káros (mélyszántás!)

gyökérgumók

32

A levegő vízgőztartalma

• fontos környezeti tényező lehet – nagy páratartalom akadályozhat

• növények vízfelszívása • párologtatással hűtő állatok hőszabályozása

– túl száraz levegő • kisebb, kevéssé vastag vízzáró réteggel rendelkező

növények és állatok kiszárítása • szobalevegő (párologtatás!)

33

A Föld légköre állandó változásban van!!! – de az elmúlt 200 évben jóval gyorsabb (emberi tevékenység!)

• CH4-tartalom : négyszer nagyobb • CO2-tartalom : 25 % -kal nőtt • Pb konc. : 18-szorosára nőtt • Hg konc. : kétszer nagyobb

– 7000 (!) mesterséges anyag jelent meg a légkörben (ipar, mezőgazdaság)

– öntisztulás már kevés – levegőszennyezés régen: vulkánkitörés – szélviharok régen : egész városok elpusztultak – első emberi tevékenység: széntüzelés (korom, SO2)

34

• I. Edward (1273) – az első ”környezetvédelmi” rendelet – bizonyos szénfajta alkalmazását megtiltja

• III. Richárd (1300) – adóval sújtja a szénbányászatot (visszaszorítás)

• II. Károly (1661) – tanulmány készíttetése a London feletti

felhőkről (összefüggés a felhők és több halálos betegség

között)

Környezetvédelmi előzmények

35

légköri szennyező anyagok

eredet

mesterséges természetes

halmazállapot

szilárd cseppfolyós gáz

A légköri szennyezőanyagok felosztása

36

Légszennyező anyagok csoportosítása káros hatásuk alapján

Káros hatás: • Üvegházhatás • Ózonpajzs károsítás • Egészségügyi hatás

– Toxicitás – Karcinogenitás, mutagenitás, teratogenitás

• Savas esők, korrozivitás • Szmogképződés • Tűz- és robbanás

37

A szennyezett levegő hatása • régen csak ipari és lakóterületek • ma már mezőgazdasági, természeti területek • emberre, állatokra, növényekre gyakorolt káros

hatás • növények: jóval érzékenyebbek!

– indikátorok – pl. zuzmó → erősen szennyezett levegőjű városok környéke zuzmómentes övezet)

– klorózis (színváltozás) • klorofill és egyéb színanyagok pusztulása miatt sárga, barna és

vörös foltok jelennek meg a levélen • a levél szövete összezsugorodik, elfonnyad

38

• állatok • madárfajok elvándorlása

• növényvédő szerek túlzott / helytelen felhasználása → „hasznos” ízeltlábúak, madarak, kisebb emlősök tömeges pusztulása

• ember • asztma, hörghurut, allergia, tüdőrák…

A szennyezett levegő hatása

39

Angolkór • D-vitamin hiány: csontok növekedése, fejlődése

elmarad (Ca, P nem épül be a csontokba) • megelőzhető: csukamájolaj → tőkehal! • Angliában volt gyakori

– ködös éghajlat – füstös nagyvárosok

• 1-2 éves korban, téli hónapok (kevés napfény!)

bőrben

40

Angolkór

41

Ipari melanizmus • valamely rovarfaj ritka, sötét változatának

(melanisztikus alak) iparvidékeken történő gyakoriság-növekedése

• 19. század, Anglia • ~ 800-ből kb. 100 lepkefaj mutatta • nyírfaaraszoló lepke (Biston betularia)

– kezdetben: fehér >> fekete – később: fekete >> fehér – ipari eredetű légszennyeződés → fehér nyírfatörzs

besötétült (zuzmók eltűntek + korom) → fekete változat kedvezőbb (madarak)

42

43

44

Fő tendenciák a légszennyezettség terén

• Kiemelkedő a fővárosi agglomeráció és az észak dunántúli ipari vidék terhelése

• Csökken a terhelés a borsodi, közép-dunántúli és baranyai régióban

• Csökkent az utóbbi években a kén- és nitrogénoxidok kibocsátása, a közlekedési kibocsátásból származó nitrogénoxid mennyisége viszont növekedett

• A nagy forgalmú közutak szerepe jelentős a szennyezettség alakulásában

• A nagyvárosok belterületein, forgalmas főútvonalak mentén a légzési zónában nagy a szennyezettség, helyenként növekvő gyakorisággal mérnek határértéket meghaladó koncentrációt

• Csökkent az ólomszennyezettség • Jelentősek a nyári felszín-közeli ózonkoncentrációk

45

Emisszió % (kibocsátás) SO2 NOx CxHy CO szilárd

Természetes eredetű 75 94 96 23 94

Antropogén eredetű 25 6 4 77 6

közlekedés 3 45 60 80

ipar 25 15 35 5 45

energia 70 40 2 2 55

biomassza 2 5

Mennyiség vagy koncentráció?

46

Vegyület Természetes eredet

Antropogén eredet

kén-dioxid 100 65

nitrogén-oxidok 100 70

széndioxid 100 7

radioaktivitás 100 200

szénhidrogének 100 40

metán 100 15

PAH 100 1000

CH/F,Cl 0 104

arzén 100 300

kadmium 100 800

ólom 100 1800

Az antropogén és természetes eredetű emissziók becsült részarányai

Antropogén források:

• ipar

• közlekedés

• kommunális

• mezőgazdaság

47

Légszennyező anyagok ózon (O3)

• nagy tömegben halvány kékes színű • szúrós szagú, köhögésre ingerlő • levegőnél nehezebb • vízben kevéssé oldódik (1 g / l) • rendkívül erős oxidáló tulajdonság (szinte mindent eloxidál) • erősen mérgező:

– a molekula, illetve az általa oxidált (másodlagos) reakciótermékek is veszélyesek (PAN, gyökök, aldehidek)

– már 60 ppm felére csökkenti a fotoszintézis mértékét – Nagy koncentrációja fokozott fizikai fáradtságot, köhögést, a szájban, az

orrban, a torokban szárazságérzést, a szem kivörösödését, könnyezését, duzzadását válthatja ki.

• ózonpajzs (20-22 km magasságban, elnyeli az UV sugarak nagy hányadát)

• „ózondús levegő” – semmi köze az ózonhoz!

gáz

48

Légszennyező anyagok ózon (O3)

• a Los Angeles típusú szmog egyik kiváltója – Ívkisülés – nagyfesz - esetén keletkezik (Otto motoros gépkocsi gyertyája) – lézernyomtatók, fénymásolók, hegesztőkészülékek működése közben

• Felhasználás: ideális ivóvíz-fertőtlenítésre, klórozás helyett (használatával kiküszöbölik a halogénezett szénhidrogének keletkezését az ivóvízben).

• Maró hatásuk révén izgatják a szemet és a nyálkahártyát. • Tüdőbe kerülve már kis koncentráció mellett is légúti

gyulladást okozhat. Emellett a tüdő kapacitásának valamint a fertőzésekkel szemben való ellenálló képesség csökkenéséért is felelős.

• Növények esetében a levelek károsodásához vezethet, ezen felül gátolja a fotoszintézist és a gyökérlégzést is. Mindezek együttesen közrejátszhatnak a növény pusztulásában.

49

Légszennyező anyagok kén-dioxid (SO2)

• színtelen • szúrós szagú, köhögésre ingerlő • levegőnél nehezebb • vízben jól oldódik, savas kémhatás • erős redukálószer (szerves festékek egy részét

elszínteleníti → befőzés, gyümölcsök fehér színének megőrzése)

• erősen mérgező: – baktérium- és gombaölő →

borászat (hordók kénezése)! – zuzmók, tűlevelű növények

(nedvességben oldódik → klorofill bontása → asszimiláció gátlása

gáz

50

• egészségkárosodás nélkül a következő értékek viselhetők el: – fél órán át: 0,5 mg / m3

– egy napig: 0,15 mg / m3

– egy éven át: 0,070 mg / m3

• egészségügyi hatások: nagyobb mennyiségben köhögést, görcsöt, tüdőödémát, tudatzavart és halált is okozhat

Légszennyező anyagok kén-dioxid (SO2)

51

52

53

• mérgező vegyületek • magas hőmérsékleten lejátszódó égési

folyamatok melléktermékei – N2 (g) + O2 (g) = 2 NO (g) – 2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g)

Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)

54

• nitrogén-monoxid (NO) – színtelen gáz – vízben kevéssé oldódik – reakcióképes (egyből reagál az oxigénnel)

2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g) – átlagos élettartama néhány nap – biológiai jelentőség (a sejt által termelt)

• jelátviteli folyamatok (idegsejtek) • vérnyomás-szabályozás (értágító) • immunválasz (makrofágok termelik)

Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)

55

• nitrogén-dioxid (NO2) vörösbarna gáz, levegőnél nehezebb, erélyes oxidálószer, átlagos élettartama néhány nap

Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)

NOx kibocsátás különböző közlekedési eszközöknél

56

57

• izgatja a szemet, a bőrt és a légzőszervet • belégzése tüdővizenyőt okozhat • nagymértékű expozíció halálhoz is vezethet • genetikai károsodást is okozhat • NO: hatással lehet a vérre (methemoglobin) • a nitrogén-oxidok szennyezettség átlagos értéke

évről-évre növekszik Budapesten • határérték túllépések közel fele a Nagykörút-

Margit körút- Krisztina körút- Alkotás utca- Bocskai út által határolt terület

• Pest és Buda belvárosa

Légszennyező anyagok nitrogén-oxidok (NO, NO2)

58

Az endogén NO biológiai hatása • az év molekulája (1992, Science) • anginás rohamok: nitroglicerin

(régen) → NO szabadul fel → simaizom

elernyedés → értágító hatás → vérnyomás csökken

• péniszben lévő idegsejtek – NO szintézis → vérerek helyi kitágulása → merevedés (Viagra, 1998: Nobel-díj)

• bakteriális fertőzés – makrofágok: NO termelés → kémiai

reakciók → •OH és NO2 keletkezik → baktériumölő hatás

59

Légszennyező anyagok ammónia (NH3)

• színtelen • szúrós szagú • levegőnél könnyebb • vízben jól oldódik, lúgos kémhatás • képződése

– talajban lévő szerves anyagok bomlása (rothasztó baktériumok)

– állatok vizeletének bomlása (karbamid, húgysav) • átlagos tartózkodási idő: 1 nap (egyetlen bázis a

légkörben!)

gáz

60

Légszennyező anyagok ammónia (NH3)

NH3 + H+ = NH4+

nedves ülepedéssel visszajut a Földre és redoxi

átalakuláson megy át

C

O

NH2NH2NH3 + CO2

N

N

O

O

NH

H

H

N

OH

húgysav

karbamid

61

• színtelen, szagtalan • levegőnél nehezebb • fulladást okoz (oxigénhiány miatt) must erjedése, régi kutak, barlangok…→ égő gyertya • eszméletvesztés már 10 tf % - nál • vízben oldódik, reakcióba lép vele CO2 + H2O H2CO3 • 1 millió molekula között 350 db CO2 molekula

– koncentrációja: 350 ppm (parts per million) • a légkör állandó alkotórésze! • stabilis, átlagos tartózkodási idő: 10-15 év

Légszennyező anyagok szén-dioxid (CO2)

gáz

62

367 ppm volt 1999-ben és kb. 1,5 ppm-et emelkedik évente.

A Mauna Loa-i (Hawaii) obszervatórium mérései

63

Légszennyező anyagok szén-dioxid (CO2)

• fontos forrás (növényi élet számára; limitáló tényező lehet)

• szén és széntartalmú anyagok tökéletes égésekor keletkezik

• hosszú ideig egyensúlyban volt a Föld CO2 - háztartása → fotoszintézis során jelentős CO2 megkötés • 100 évvel ezelőtt 29 ppm volt a konc.-ja • trópusi esőerdők irtása: CO2 megkötés ↓ • iparosodás, közlekedés fejlődése: CO2 kibocsátás ↑

64

CO2-konc. változása

65

66

Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)

• színtelen, szagtalan • vízben kevéssé oldódó • rendkívül mérgező!!!

:C≡O: – stabilis komplex a vér hemoglobinjával (Fe2+ ionhoz) – erősebben kötődik az oxigénnél – megakadályozza annak megkötését, szállítását → gázcsere nem működik! – fulladásos halál (kémény, fürdés)

• endogén CO: másodlagos hírvivő!!!!

gáz

67

• a légkörben néhány hónap az átlagos tartózkodási ideje • tökéletlen égéskor keletkezik • közlekedés!!! • kipufogógáz

– szénhidrogének, CO, nitrogén-oxidok – katalizátorok ( palládium, platina és ródium…)

Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)

68

69

• CO + Hem·O2 O2 + Hem·CO • K = 200 → nagy érték!!! • már kis [CO] is leköti a hemoglobint • ha pl. a [CO] eléri az [O2] 200-ad részét, akkor a

hemoglobin fele a CO-dal képez komplexet!!! • ha 20 % -ban átalakul a Hem·O2 Hem·CO-dá, az már

végzetes! • azonnali hatás: fejfájás, rosszullét, hányás,

izomgyengeség, látás- és hallásképesség csökkenés, eszméletvesztés, halál

• friss levegő, mesterséges lélegeztetés, szellőztetés • tartós hatás: a szívizmot ellátó koszorúerek keringését csökkenti,

elősegíti a koszorúér-elmeszesedést, szűkíti a koszorúereket, növeli a szívinfarktus kockázatát. Akadályozza a vér oxigénszállító képességét.

Légszennyező anyagok szén-monoxid (CO)

70

71

Légszennyező anyagok mérése • folyamatos mérés

1991-től Bp. 8 pontján (kezdetben)

• Óbuda, Széna tér, Csepel, Baross tér, Kosztolányi tér, Erzsébet tér, Kőbánya, Zugló

http://idokep.hu

72

• a „tiszta” levegőben ∼ 500 CxHy

• alkánok, alkének, acetilén és aromás vegyületek • erdővel borított területek felett az izoprén és az

izoprénszármazékok koncentrációja is magas! • kipufogógáz, cigarettafüst (!!!) → illékony, policiklusos és aromás szénhidrogének (közvetlen hatásuk: fejfájás, hányinger, szédülés) → rákkeltő hatás (állatkísérletek), mutagének, károsítják az

immunrendszert, hormonok termelését megváltoztatják (születés körül)

pl. pirének (3,4-benzpirén)

Légszennyező anyagok szénhidrogének

73

egészséges tüdő bagós tüdő

74

benzpirén: egyik legveszélyesebb vegyület, a WHO szerint az I. veszélyességi kategóriába tartozik, egészségügyi határértéke lakóterületen: 1 ng/m3 (a budapesti Margit körúton már 54 ng/m3 értéket is mértek!)

3,4-benzpirén

75

NO

O

OH

R

OH

OP

NNH

N

NH2

O

OHOH

O

guanin

OHOH

OH

NO

O

OH

R

OH

OP

NNH

N

NH

O

+

A benzpirénből származó diol-epoxid és a DNS guananinjának kölcsönhatása

R

R

76

• metán (CH4) – természetes forrás: szerves anyagok anaerob bomlása

• vízzel elárasztott rizsföldek • szarvasmarhák

– mesterséges forrás: bányászat, földgázkitermelés – légköri átlagos tartózkodás: 5-10 év – a teljes troposzférában elkeveredik – CO-dá, majd CO2-dá oxidálódik – visszatér a légkörből a bioszférába

Légszennyező anyagok szénhidrogének

77

Légszennyező anyagok halogénezett szénhidrogének

• kizárólag antropogén eredet! • kivétel:

– metil-klorid – óceánok felszíni rétegében képződik – 0,4 ppm (legnagyobb konc.)

• hajtógáz, habosító anyag, hűtőközeg, oldószer • freonok és halonok • stabilis vegyületek: 80-100 év tartózkodási idő

78

• a valaha gyártott mennyiség zöme még a légkörben van

• bomlástermékeik károsítják az ózonpajzsot • 10 000 - szer több energiát nyel a CO2-nál → üvegházhatású gázok (15 %) • az egészségre is ártalmasak!

Légszennyező anyagok halogénezett szénhidrogének

79

Az Antarktiszon mért teljes ózon mennyiség csökkenése 1956 és 1994 között, kis mértékű emelkedés a 2000-es évekre.

80

• finom eloszlású szilárd anyag • korom, homok, sókristályok, növényi spórák,

virágpor, vulkáni hamu, meteorit • légmozgások szállítják, diszpergálják • 40 – 70 ezer porszemcse / lélegzetvétel (Budapesten) • a tüdőbe jutó por 1 % - a bent marad a

tüdőhólyagocskákban • egy átl. háztartás: 1 kg por / hét • egy átl. ipari nagyváros: 50 tonna por / hónap / km2

Légszennyező anyagok por

81

• háztartási tüzelés, kohók, cementgyárak, hőerőművek, külszíni bányák, gépjárművek

• hatékony védelem: – megfelelő szűrőberendezések – erdők!!! → 1 hektár tölgyerdő: 50-60 t por / év → 1 hektár bükkerdő: 60-70 t por / év → Bp. faállománya: 150 000 t por / év

• hatás: növényi gázcsere nyílás elzárás, párologtatás gátlása, fényelzárás

Légszennyező anyagok por

82

• származás: – antropogén eredetű (az űrkutatás hulladéka is!) – vulkáni eredetű

• gyorsan változik a mennyisége • számottevő, de rövid távú hatás az időjárásra • kénkibocsátás esetén → kénsavas cseppecskék →

kevesebb napsugárzás → T ↓

– kozmikus eredetű (meteoritok)

• változatos méret, alak, összetétel

Légszennyező anyagok por

ülepedő por > 10 µm - a szennyező forrás 100 m-es körzetében lerakódik

szálló por < 10 µm - sokáig tartózkodik a levegőben

83

Az ülepedő por nehézfémtartalma

– Budapesten folyamatosan mérik – az ezredfordulóig az ólom a jelentette a legnagyobb veszélyt

• forgalmas utakon a határérték felett volt! • a városi por 1,5 m/m %-a ! • közlekedés • régen: 0,5 g ólom-tetraetil / 1 liter benzin • kipufogón át: talaj, levegő, majd víz • egészséges felnőtt vérében: 0,4 ppm • mérgezés tünetei: 0,8 ppm-től • gyerekeknél agykárosodás(idegméreg) !!! • ma már ólommentes benzin • régen: ólomtartalmú festékek, ólomból készült vízvezeték

84

Belélegzett por • orrüreg feladata:

– belélegzett levegő megtisztítása – nagyobb részecskék: orrnyílásban lévő szőrszálakon

fennakadnak – apróbb részecskék: nyálkahártyához tapadnak

• légutak feladata: – szennyeződés eltávolítása (csillós hám) – köhögés, tüsszentés

• belélegzett por mennyisége: – magas hegyek: 100 ezer porszem – alföldek: 500 ezer porszem – városok

• emberfejmagasság: 5 milliárd porszem • babakocsik magassága: 50 milliárd porszem

egy lélegzetvételnyi (fél liter) levegő

85

86

A Szaharából az Amazonas medencébe jutó por évi mennyiségét 13 millió tonnára becsülik. Iontartalma (K+, Fe3+, NO3

-, NH4+ és P3+)

igen fontos az esőerdő funkciói számára.

87

Üvegházhatás

• az élet fennmaradásához szükséges • ha nem lenne CO2 a légkörben, akkor a földi

hőmérséklet –15 °C lenne! • ha az élet kialakulása óta termelt valamennyi CO2

a légkörben lenne még, akkor a tengerek, óceánok vize felforrna!

• CO2, NOx, CH4, O3, fluorokarbonok abszorbeálják a Föld felszíne által visszabocsátott infravörös sugárzást és magasabb hőmérsékletet tartanak fenn

88

89

FŐBB ÜVEGHÁZHATÁSÚ GÁZOK JELLEMZŐI Gáz Koncentráció

ppm Légkörbeni élettartam

(év)

Évi mennyi-ségbeni

növekedés üteme (%/ év)

Molekulán-kénti

üvegházhatás

Része a hőmérsék-

let növekedés-

ben (%)

Szén-dioxid 350 7 0,4 1 50

Metán 1,70 10 1 30 15-20

Dinitrogén-oxid

0,31 170 0,3 160 5

CFC-k 0,28*10-3 80 (4) 20000 20

Ózon 0,03 0,1 1,5 2000 5

(Vízgőz) 1

90

Az elmúlt 100 év alatt a Föld felszíni hőmérséklete átlagosan 0,6 C fokot emelkedett.

Az átlagot egyenetlen eloszlás eredményezi.

91

92

Érdekességek

93

Miért kék az ég? • a Napból jövő fehér fény (színkeverék!) szétszóródik a

gázmolekulákon • az ibolya és a kék fény (rövidebb hullámhossz) többször

ütközik → jobban szóródnak • a hosszabb hullámhosszú fény majdnem egyenes úton jön

a szemünkbe → a Nap sárgának látszik

(kiegészítő színek: vörös-zöld, narancs-kék, sárga-ibolya)

94

Mi adja az ősz haj és a fehér virág színét?

• a fehér szín kialakulása nem igényel színanyagot

• folyadékba vagy kristályszemcsék közé zárt gázbuborékokon visszaverődik

• egyéb: felhő, felvert tojáshab, porcukor, szappanhab, hó…

95

A szél biológiai szerepe • szél: a levegő mozgása • növények:

– magvak, termések terjesztése – spórák terjesztése (gombáknál,

baktériumoknál is) – megporzás – ,,szél-alakzatok” (pl. zászló

korona - uralkodó szélirány) • állatok:

– helyváltoztatás (pl.: ökörnyál – pókfonal; repülést is segítheti)

– elterjedés (pl.: afrikai gémfaj → Dél-Amerika)

96

Szélmegporzás • magyar flóra: kb. 400 faj • nagy egyedszámú, sűrűn előforduló növények pl. erdőalkotó fák, gyepalkotó füvek (sásfélék, pázsitfüvek) • virág:

– nem feltűnő – nem színes – nem illatos – nem termel nektárt – rengeteg virágpor! (allergia) – takarólevelek (szirom- és csészelevelek) hiányozhatnak – egyivarú vagy kétivarú – nagy felületű bibe (pollen felfogása) – gyakran virágzat (pl.barka)

97

Széllel terjedő termések, magok • száraz, fel nem nyíló

– kaszat – lependék

• általában szárnyas vagy ernyős repítőkészülék (pongyola pitypang, mezei juhar) • ún. ördögszekér-stratégia (mezei iringó)

– a termést érlelő növény elszárad – az egész hajtásrendszert görgeti a szél – a termések / magvak fokozatosan kihullanak

98

A levegő urai • sarlósfecske

– repülés közben párosodik, alszik (légáramlatok!) – kicsi lábak, hegyes karom (kapaszkodás) – akár: 150 km / h

• albatrosz – 3,2 m a kiterjesztett szárnyak fesztávolsága – egyetlen év alatt többször körberepüli a Földet – minden 2. évben száll le (tojásrakás, 1 db)

• kolibri – másodpercenként 78 szárnycsapás – 13 mm hosszú, 0,2 g tömegű tojások (legkisebb) – testtömeg 1/3-a mellizom – egy helyben lebeg, akár hátrafelé is repül („helikopter”)