INTRO
ATMOSFERU
dijelimo na:
1. homosferu
- sloj atmosfere do 100 km visine
- sastav zraka je konstantan
- ozonosfera – do 30km (najveća koncentracija ozona)
- mezosfera – 50-80 km visine
2. heterosferu
- sloj atmosfere iznad 100 km visine
- dolazi do gravitacijskog razdvajanja plinske smjese i upravo zbog djelovanja
zračenja
nailazimo na ionizirane čestice – zato se naziva i ionosferom
ZAGAĐENOST ZRAKA I METEOROLOŠKI PARAMETRI
sudbina zagađivala u atmosferi ovisi o:
- temperaturi zraka
- strujanju zraka
- oborinama
- sunčevom zračenju
1) TEMPERATURA ZRAKA
(temp.inverzije)
-
da li će neki plinovi ići gore ili dolje ovisi o
stupnju vertikalnog strujanja
tj. o stvarnoj promjeni
temperature zraka s visinom (topli zrak ide gore jer je manje gust i ekspandira)
NESTABILNA ATMOSFERA
-
topli zrak koji se diže sporo postiže temp. Okoline (sporo se hladi) i diže se dok se god temperature
ne izjednače
-
promjena temperature zraka s visinom manja je od 7°C / km visine
-
povoljno za rasprostiranje polutanata visoko/daleko od izvora emisije (povoljno za kvalitetu zraka)
ADIJABATSKA PROMJENA
-
pri istom tlaku zraka, topli se zrak diže iznad hladnijeg (zbog manje gustoće), ali ne izmjenjuje
toplinu sa okolinom, nego se rad stvara iz unutrašnje energije sustava
-
temperatura zraka pada za iznos = utrošenom radu
0
STABILNA ATMOSFERA
-
ako je
T > od adijabatske promjene, dolazi do smanjenja temperature zraka s porastom visine
(smanjenje je manje od 7°C/km visine)
-
zrak pri dizanju vrlo brzo postaje hladniji i gušći od okoline (pa će se nastojati vratiti na prvobitan
nivo)
-
tako je spriječeno raspršivanje polutanata (povećanje njihove koncentracije)
TEMPERATURNA INVERZIJA
-
temperatura zraka raste sa visinom - atmosfera se nalazi u ekstremno stabilnim uvjetima
-
nagomilavanje polutanata ispod inverzijskog sloja - nepovoljno i za organizme i za okoliš
2) STVARANJE INVERZIONOG SLOJA
a) stvaranje inverzije zračenjem zemljine površine tokom noći
-
po danu sunčevo zračenje zagrijava površinu zemlje, a po noći zemlja
zrači energiju natrag u svemir
-
za vedrijih noći, zbog jačeg zračenja IR zraka hlade se slojevi
neposredno uz površinu, pa inverzijski sloj brže nastaje
-
polutanti nastali tijekom noći nagomilat će se ispod inverzijskog sloja
= povećanje koncentracije polutanata pri tlu
-
inverzija temperature će općenito nestati sljedećeg dana nakon
izlaska sunca
b) stvaranje inv. sloja u kotlinama
-
zbog veće gustoće, hladniji zrak se spušta i istiskuje topli zrak koji
ide uvisi time stvara temperaturnu inverziju
-
inverzija može obuhvatiti i dostići visinu i do nekoliko stotina metara
-
ovakve inverzije i promjene temperature zraka sa visinom su važan
čimbenik pri izgradnji novog objekta
c) frontalne inverzije
-
javljaju se prilikom susreta dviju masa zraka različitih
temperatura
-
tada hladniji zrak tone ispod toplijeg na dodiru fronti
-
frontalne inverzije traju relativno dugo u odnosu na druge
tipove inverzija, odn. Dok se polutanti ne koncentriraju
ispod inverzijskog sloja
d) inverzije povezane sa anticiklonom
-
pri anticikloni, gornji (hladni) slojevi zraka spuštaju se prema dolje i zagrijavaju se
1
-
atomi O nastali disocijacijom u STRATOSFERI i MEZOSFERI sudaraju se sa mol. kisika --> nastaje
OZON
O
(g)
+ O
2(g)
-------> O
3(g)
*
(
*
= molekula ima višak E)
-
ta se molekula (O
3
) mora riješiti viška E i to jako brzo, jer bi došlo do povratne reakcije (raspadanja
O
3
na molekularni i atomarni kisik)
-
O
3
se rješava energije u sudaru sa nekom drugom molekulom zraka = najčešće O
2
ili N
2
(odnosno
M), pa ta molekula preuzima višak E na sebe
O
3(g)
*
+ M
(g)
-------> O
3(g)
+ M
(g)
*
-
koliko će O
3
nastati u pojedinim slojevima, ovisi o:
1) što je više sudara O
3
i M, manje će se molekula O
3
raspasti na O i O
2
koncentracija O
3
je veća na manjim visinama (jer broj molekula po volumena raste smanjenjem
visine)
2) većina zračenja se apsorbira u visokim slojevima atmosfere, pa se u nižim stvara manje kisika
-
konačni rezultat tih utjecaja = najviše O
3
nastaje na visinama između 20 i 30 km, ali ima ga i u
troposferi
-
nastale mol. O
3
nisu dugog vijeka jer mogu apsorbirati zračenja od cca 200-310 nm, pa i 325 i tada
se raspadaju na O
2
i O
CIKLIČKI PROCES NASTAJANJA I RASPADANJA O
3
:
nastajanje ozona:
O
2
+ H
(
<240nm)
------> 2O
O + O
2
+ M ------> O
3
+ M
raspadanje ozona:
O
3
+ H
(
<325nm)
------> O
2
+ O
O + O
3
------> 2O
2
-
REZULTAT
: štetna energija pretvara se u bezopasnu toplinu
-
pojedine vrste kao različiti klorirani radikali, hidroksilni radikali i dr. mogu kao katalizatori utjecati
na reakciju destrukcije ozona:
opća jednadžba:
O
3
+ X ------> O
2
+ XO
O + XO ------> O
2
+ X
to su reakcije u stratosferi koje smanjuju
koncentraciju O
3
ZAGAĐIVALA U TROPOSFERI
3
PODJELA POLUTANATA:
s obzirom na način kako oni ulaze u atmosferu:
primarne
nalaze se na izvoru emisije, u atmosferu ulaze direktno iz prirodnog / erupcije vulkana ili
antropogenog
izvora / ispušni plinovi na autu)
sekundarne
nastaju iz primarnog nekom od kemijskih ili fotokemijskih reakcija u atmosferi
različitim oks. procesima će iz prirodnih polutanata nastati ketoni, aldehidi, org.nitrati, org.sulfati,
ozon....
prema podrijetlu:
antropogeni
oni izvori koji su pod utjecajem ljudske aktivnosti
prirodni
virusi, bakterije, prašina iz pustinje
prema agregatnom stanju / fizikalnom obliku:
plinovi
faza koja se u normalnim uvjetima ponaša po plinskim zakonima
pare
također se ponaša po plinskim zakonima
plinovi u stanju blizu ukapljavanja - kad nisu grijani blizu vrelišta (hlape pri običnoj temp. = org.
otapala)
aerosoli
nastaju raspršivanjem sitnih, krutih i tekućih čestica u zraku
tekućina = sprej, prašina (veća kapljica = OD 1
m), magla (sitnija kapljica = DO 1
m)
90% polutanata pripada plinovima i parama, a 10% aerosoli
50% aerosoli ulazi u atmosferu direktno kao prašina, a 50% kao kemijska reakcija
prema trajanju učinka u atmosferi:
polutanti s lokalnim učinkom
kratkotrajni učinak - ne udaljuju se više od 100 km od izvora
polutanti s globalnim učinkom
promjena sastava zraka u većim područjima, čak i globalno
-
vrijeme života zagađivala u atmosferi ovisi o:
izvoru polucije
meteorološkim uvjetima
mehanizmima odvoda iz atmosfere
-
mehanizmi odvoda u troposferi:
kemijske reakcije
ispiranje oborinama (mokro taloženje)
gravitacijsko taloženje (suho)
-
mehanizmi odvoda u stratosferi:
vijek zagađivanja je dulji, manje mogućnosti odvoda
najbitniji mehanizmi su fotokemijske reakcije
SPOJEVI SUMPORA KAO POLUTANTI U ZRAKU
PRIRODNI IZVORI SO
2
:
-
vulkanske aktivnosti, biološke aktivnosti, vjetar iznad površine mora
-
biološkom razgradnjom org. tvari nastaje sumporovodik (H
2
S) koji će se relativno brzo oksidirati u
SO
2
4
1. HETEROGENA OKSIDACIJA (suho taloženje)
SO
2
se brzo oksidira i prelazi u H
2
SO
4
(sekundarni polutant) i/ili njezin anhidrid (SO
3
)
HETEROGENA OKSIDACIJA
: 2SO
2(g)
+ O
2(g)
2SO
→
3(g)
HIDROLIZA
// uz prisustvo vode: SO
3(g)
+ H
2
O
(l)
→
H
2
SO
4(aq)
REAKCIJA:
- spora na suhom i čistom zraku na temp. troposfere
- brža ako su čestice plina okružene filmom vode
- katalizirati će se čestice krutih tvari (čađe+lebdeće čestice)
2. HOMOGENA OKSIDACIJA PLINSKE FAZE (suho taloženje)
-
reakcija između hidroksilnog radikala i SO
2
-
rezultat početne reakcije: HOSO
2
O
= hidrogensulfitradikal
OH
O
+ SO
2
+ M*
→
HOSO
2
+ M
M = neka treća tvar, molekula ili površina koja preuzima energiju dobivenu nastajanjem nove veze
– stabilizira reakciju
HOSO
2
O
- dalje oksidira do H2SO4: HOSO
2
+ H
2
O
→
HOSO
2
H
◦
2
O
HOSO
2
◦
H
2
O + O
2
→
H
2
SO
4
+ HO
2
◦
HO
2
O
(peroksilni radikal) može reagirati sa NO i dati hidroksilni radikal:
HO
2
O
+ NO
→
OH
O
+ NO
2
3. HOMOGENA OKSIDACIJA U VODENOJ FAZI - mokro taloženje
razni troposferski oksidansi (peroksid, O
3
, NO
2
...) mogu transformirati u vodenom mediju SO
2
u H
2
SO
4
SO
2
se otapa u vodi:
SO
2
+ H
2
O
H
2
SO
3
......................... (sulfitna kiselina)
SO
2
reagira sa oksidansom: H2O
2
+ SO
2
H
2
SO
4
......................... (sulfatna kiselina)
reakcija je katalizirana prisustvom soli željeza ili drugih prelaznih metala
-
koji će od ovih mehanizama prevladati, ovisi o stanju atmosfere u vrijeme oksidacije (1-10% SO
2
oksidira u 1h = kratko zadržavanje u troposferi)
-
produkti SO
3
i H
2
SO
4
se mogu izdvojiti OBORINAMA = kisele kiše
-
SO
2
i oks. produkti – kratki boravak = posljedice regionalnog karaktera
-
SO
3
i SO
4
2-
- mogu biti raspršeni na velike udaljenosti ISKIŠNJAVANJEM
6
