Atmosféra a klima. První Nobelovy ceny v historii za životní prostedííjen 1995:

Transkript

1 Atmosféra a klima První Nobelovy ceny v historii za životní prostedííjen 1995: ztenování ozónové vrstvy - chemie atmosféry Paul Crutzen: Max-Planck-Inst. Mainz (D) Mario Molina: MIT - USA F. Sherwood Rowland: U. Calif. Irvine USA

2 Vrstvy atmosféry Atmosféra = plynný obal Zem (i jiných planet) Vertikálnílenní atm. Zem (dle teploty): troposféra (cca do 8-15 km) tropopauza stratosféra (cca do km) stratopauza mesosféra (cca do km) mesopausa termosféra (cca do 400 km) termopauza exosféra (nad 400 km) (dlení i z jiných hledisek - podle chemických vlastností, kinetických dj atp.)

3 Složení atmosféry N - 78% O - 21% Ar < 1% H 2 O < 0.1% (v tropech více) CO % (0.026%) CH % ( %) N 2 O % ( %) SO % ( %) (CFC <<<) další pímsi: prach, pyly, mikrobi, spory...

4 Skleníkový jev ásten na: ms/greenhouse/ nebo na: tals/7h.html

5 Skleníkový jev Mezi typem záení a množstvím energie na Zemi dopadajícím a vyzaovaným do prostoru jsou rozdíly; Krátkovlnné svtelné záení Slunce prochází, dlouhovlnné tepelné záení Zem je na as absobrováno atmosférou; Dlouhovlnné záení Zem pohlcují tzv. radian aktivní (RA), neboli skleníkové plyny. Udržování teplotní rovnováhy na Zemi je velmi komplikovaný proces, který se mní s režimem dne a noci, roních období a se zempisnou polohou.

6 Skleníkový jev Podíl na pirozeném skleníkovém efektu (na ohevu atmosféry): H 2 O (vodní pára) - 62% CO 2-22% pízemní ozón - 7% N 2 O - 4% Metan - 2,5% ostatní plyny - 2,5%

7 Skleníkový efekt Koncentrace skleníkových plyn vzrstá CO 2 viz nap.:

8 Skleníkový efekt Podíl na zesílení skleníkového efektu: oxid uhliitý - 55% metan - 15% oxid dusný 6% halogen. uhlovodíky 24%

9 Zmna teploty zmna klimatu Zmna srážkového režimu Sucha Povodn Tání ledovc Zaplavení pobežních oblastí Nedostatek energie (vodní el.) Šíení infekcí a parazit Sthování národ

10 Globální oteplování ásten na:

11 Tání arktického ledovce ásten na: 11/ php

12 OZON rozložení v atmosfée: 90% stratosféra 10% troposféra maximum: (3/4 objemu) v 15-25km koncentrace: 5x1012 molekul/1cm 3 (25km) celkový objem: vrstva 3 mm (3000 mil. t) DU - Dobsonova jednotka 100 DU = sloupec O 3 výšky 1mm Stratosférický ozon = ozonová vrstva (o. štít Zem)

13 UV záení typ vln. délka (nm) škodlivost pohlcení v atmosfée UV-A neškodné málo UV-B letální siln UV-C letální zcela

14 Ozon na Zemi

15 Ve stratosfée Fotochemické reakce UV (C) nm O 2 O + O O 2 + O O 3 UV (B) nm O 3 O 2 + O

16 Látky narušující ozonovou vrstvu Známé freony (F) a halony (H) a další uhlovodíky s negativními vlivy na ozonosféru Sumární vzorec oznaení setrvání v atm. (r.) CFCl 3 CFC ,5 CF 2 Cl 2 CFC CHF 2 Cl CFC CF 2 Cl-CFCl 2 CFC CF 2 CL-CF 2 Cl CFC CF 3 -CF 2 Cl CFC CF 2 ClBr H CF 3 Br H CCl 4 tetrachlormetan CCl 3 -CH 3 metylchloroform 6,5-8,5

17 "NEBEZPENÉ REAKCE" Cl + O 3 ClO + O 2 O + ClO Cl + O O + O 3 2O 2 Mén ozonu ve stratosfée: více UVB na povrch Zem

18 Ozónová díra více na:

19 Mezinárodní dohody - ozon Vídeská dohoda: rámcová dohoda o ochran ozónové vrstvy - pistoupilo 21 stát Montrealský protokol: stanovuje konkrétní velikost redukce výroby a spoteby halogenovaných uhlovodík - pistoupilo 24 stát. Vstupuje v platnost Londýnská konference signatá MP ( ): 1990 (pipojenísfr). Revize pijatých opatení. Pedpokládaná redukce v užívání vzhledem k r by mla být: CFC - 20% v 1993; 50% v 1995; 85% v r halony - 50% v 1995 Po r užívání pouze v pípadech, kdy není jiná alternativa, ne déle než do r Kodaský dodatek k MP (1992)

20 Zneištní ovzduší sekvence událostí skládající se z: emise (exhalovaná látka SO 2, NO, VOC, PAU, aerosol...) transport (vítr, mraky) transformace (reakce v atmosfée > imise) depozice (pda, voda, rostliny, tkán, stavby) expozice (lovk, živoichové, rostliny) efekt (koroze, degradace, ekotoxicita, morbidita mortalita...) sink/propad ( neutralizace škodliviny)

21 Zneišování ovzduší - smog S M O G (smoke + fog) 1) redukní (londýnský, zimní) Vznik: inverzní situace (mlha) + spalování pevných paliv s vysokým obsahem popelovin a síry Hlavní zn. látky: aerosol (popílek, saze), SO 2,CO Vliv na zdraví: dýchací a srdení potíže (bronchitidy, astma, arytmie...) Vliv na pírodu: acidifikace Vliv na materiály: degradace stavebních materiál, koroze, poškozování kulturních památek

22 Zneišování ovzduší - smog 2) fotochemický (losangelský, letní) Vznik: intenzivní slunení svit, teplé poasí, UV záení psobí na exhalované plyny ze spalovacích motor vozidel (NO, NO 2, VOC) Skladba: NOx, O 3, PAU (BaP), PAN, CO, ásteky sazí < 1m (klíová škodlivina - troposférický ozón)

23 Zneišování ovzduší Vznik oxid dusíku pi fotochemickém smogu t C N + O NO t C NO + O (2NO + O 2 ) NO 2 Pi spalovacích procesech se oxiduje vzdušný dusík vzdušným kyslíkem (vedle minimálního píspvku oxidace palivového dusíku)

24 Vznik ozonu NO 2 + hν NO + O O + O 2 + M O 3 + M NO + O 3 NO 2 + O 2 (produkce a spoteba O 3 je v rovnováze) RCH 2 O 2 + NORCH 2 O + NO 2 HO 2 + NOOH + NO 2 (oxidace NO peroxidy, konkurence O 3 )

25 Zneišování ovzduší koncentrace nemetanické uhlovodíky NO NO 2 O 3 aldehydy, aerosol, nitrosloueniny den (hod)

26 Zneišování ovzduší - smog 2) fotochemický (losangelský, letní) Vznik: intenzivní slunení svit, teplé poasí, UV záení psobí na exhalované plyny ze spalovacích motor vozidel (NO, NO 2, VOC) Skladba: NOx, O 3, PAU (BaP), PAN, CO, ásteky sazí < 1m (klíová škodlivina - troposférický ozón) Vliv na zdraví: respiraní potíže, dráždní sliznic, rohovky a spojivek oka, kancerogenita (benzo-a-pyren a další PAU) Vliv na vegetaci: útlum fotosyntézy, poškození tkání, (škody na úrod)... (ozón!) Vliv na materiály: degradace plast, oxidace kov...

27 Zneišování ovzduší - acidifikace Kyselá atmosférická depozice: mokrá (plyny rozp. ve srážkové vod) suchá (plyny obsažené ve vzduchu, aerosol) Mokrá kyselá depozice = "kyselé dešt" (+ námraza, sníh, jinovatka, rosa...) norma... ph ~ 5,6 (CO 2-340ppm)

28 Zneišování ovzduší - acidifikace SO 2 + O 3 SO 3 + O 2 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 SO 2 + 2OH. H 2 SO 4 NO + O 3 NO 2 + O 2 2NO 2 + O 3 + H 2 O 2HNO 3 + O 2 NO 2 + OH. HNO 3 (OH. radikál vzniká fotolýzou H 2 O) (SO 2 vzniká pouze oxidací S z paliva zbytk org. látek)

29 Zneišování ovzduší - acidifikace Píiny: produkce plynných exhalací SO 2 a NO x ze spalovacích proces (neodsíené uhelné elektrárny, lokální topeništ, automobilová doprava atd.) Následky: ohrožení les mírného pásu (Evropa, USA díve, nyní Asie...) acidifikace jezer a tok (ohrožení života ryb a planktonu a dalších organism) degradace pdy (ohrožení edafonu, zmna chemismu) ve mstech ohrožení památek

30 Pehled oxid siiitý: mikrobiální procesy, vulkanická aktivita, rozstikování moské vody, spalování fosilních paliv, tavení kov, výroba kyseliny sírové oxidy dusíku (NOx - NO, NO 2, N 2 O): blesky, lesní požáry, vulkanická aktivita, mikrobiální procesy, spalovací procesy, pohon motor na ropné produkty, zemdlství (hnojení N) oxid uhelnatý: pirozené požáry, spalovací procesy (nedokonalé spalování) amoniak: mikrobiální procesy, chov dobytka organické (tkavé) látky: lesy (vegetace), chemický prmysl (VOC...), doprava (VOC)

31 Atmosféra a klima radioaktivita: Rn (emanace), Sr, Ra, Pu... (JE, at. zbran, výzkum lékaství) teplota: spalování, chlazení mechanické vlnní: hluk, vibrace ostatní: infekní organismy

32 Atmosféra a klima aerosol ( prach ) - tuhé a kapalnéástice - rzného složení a pvodu: horniny, pda, pyly, moe, vulkanická aktivita, prmysl (PAU, tžké kovy...), doprava (PAU, saze, pryž, resuspenze...), topení pevnými palivy (popílky, saze, PAU...) Zdravotní následky zejména u ástic pod 10µm, (PM 10 ) A zejména u ástic po a pod 2,5µm, (PM 2,5 )

33 Zneištní ovzduší uvnit - zdroje Modernílovk tráví uvnit budov až 90% asu venkovní ovzduší (prnik látek/plyn, vtrání...) obyvatelé / zpsob života (kouení, osobní hygiena, pracovní a technologická káze...) innost (vaení, výroba, úklid...) stavební materiál (zdi, nátry, malby, okna, pepážky, podlahy...) vybavení (nábytek, koberce, klimatizace, spotebie...)

34 Zneištní ovzduší uvnit tabákový kou (tisíce látek, PAU, Cd...) alergeny (mikrobi, plísn, roztoi, chlupy, peí...) NOx (topení, vaení, ohev vody) CO (topení, kouení) Rn (emanace a stavebniny) formaldehyd (devovláknité desky, domácí chemie ) asbest (tsnní, stavebniny) TOL (tkavá rozpouštdla) zplodiny z pípravy pokrm hluk (Toxické, karcinogenní, mutagenní, alergenní, infekní... )

35 Voda 3 skupenství Zajímavé chemické a fyzikální vlastnosti Univerzální (polární) rozpouštdlo Univerzální transportní medium Souást organizm Vznik (odplynní? led komet?)

36 Množstvé vody na Zemi

37 Hydrologický cyklus více na: jpg

38 Množství vody v kolobhu oceány 1348 mil. km 3 ledovce 29 mil. km 3 podzemní voda 8 mil. km 3 jezera a eky km 3 atmosféra (páry) km 3 výpar z oceánu km 3 výpar z pevnin km 3 srážky nad oceánem km 3 srážky nad pevninami km 3 roní odtok z pevnin km 3

39 Využití vodních zdroj Srážky nad pevninou (v km 3 ) Evapotranspirace stabilní odtok Stabilní odtok (40 700): odlehlá místa nezachyceno (povodn) Geograficky a asov dostupné erpáno + užito na míst Zbývá k dalšímu využití max cca km 3

40 Využití vodních zdroj oblast podíl na odtoku (%) podíl na populaci % odtok (km 2 ) Evropa ,24 Asie 35,8 60,5 14,55 Afrika 10,6 12,5 4,32 S. a C. Amerika 15,2 8 6,20 J. Amerika 25,6 5,5 10,42 Austrálie a Oc. 4,8 0,5 1,97 celkem ,70

41 Využití vodních zdroj Zem m 3 per capita Island Ruská federace Turkmenistan Estonsko Rakousko Rumunsko 9109 Litva 6541 Albánie 6190 Itálie 2920 Španlsko 2809 R 1612 Belgie 1236 Británie 1219

42 Bilance využívání vody km 3 je roní odtok z pevnin km 3 je k dispozici globální spoteba je 4000 km 3 spoteba na osobu a rok je 670m 3 spoteba na osobu a den 1,8m 3 Se vzrstem populace klesá relativní dostupnost vody na osobu maximum spoteby vody (50-80%) je vázáno na zavlažování

43 Využití vody nap. na: withdrawal_in_agriculture_industry_and_d omestic_use

44 Ekologická katastrofa Aralského moe Pvodn cca 50% vody zek Amudarja a Syrdarja ( an-šan, Pamír) užíváno k zavlažování, 50% napájelo Aralské moe. Od cca 60 let díky odklonu ek k zavlažování pítok klesá na 3%. Hladina moe postupn klesá až o 16m Plocha se zmenšuje na cca 50%. Zvyšuje se salinita Vymírají organismy Mizí tradiní obživa (rybolov) Zhoršuje se kvalita pitné vody Je poškozováno zdraví Od r úmluva o využívání vody Od r poprvé neklesá rozloha hladiny vice nap. na: salinita na

45 Využití vody a její kvalita Kritéria pro posouzení kvality vody: Pitná voda (mikrobi, chemické látky, radioaktivita, zápach, zákal ) Zavlažování (salinita, toxicita, paraziti ) Rybáství (kyslík, toxicita, paraziti ) Rekreace (toxicita, mikrobi, zápach, zákal..) Prmysl (korozivní úinky, suspenze ) Doprava (dostatek )

46 Typy zneištní vody Patogenní organismy (mikrobiální zn.) Organické látky Netoxické Toxické Anorganické látky Toxické Živiny Atmosférická depozice (acidifikace) Salinita Suspendované látky (pevné látky.) Odpadní teplo Radioaktivita

47 Typy zneištní vody Patogenní organismy (mikrobiální zn.) Obsah: Viry, bakterie, prvoci, paraziti Pvod: Mstské splaškové vody, odpadní v. ze zemdlství, poravináského prmyslu, prsaky ze skládek TKO, septik, zvláštní provozy

48 Typy zneištní vody Organické látky (netoxické) Obsah: Cukry, bílkoviny, tuky a jejich smsi a další látky s vyšší mol. váhou, ásti tl org. Pvod: Potravináský, textilní, papírenský prmysl, zemdlství (k rozkladu teba O 2 )

49 Typy zneištní vody Organické látky (toxické) Obsah: Ropné látky, org. Rozpouštdla, PCB, PAU, pesticidy Pvod: Chemický prmysl, zpracování paliv, zemdlství

50 Typy zneištní vody Anorganické látky (rozpuštné l.) Obsah: Siln i málo rozpustné soli, kyseliny, hydroxidy, toxické kovy Pvod: Pírodní i antropogenní pvod, prmysl, tžba zpracování rud, metalurgie

51 Typy zneištní vody Živiny - EUTROFIZACE Obsah: Látky nezbytné pro rst rostlin (NO 3-, PO 4 3- ) Pvod: Smyvy z polí, rezidua hnojiv, odpadní vody sídel

52 EUTROFIZACE Písun živin (N, P, K) do vody Nárst fyto a zooplanktonu Odumírání organizm Sedimentace tl Bakteriální rozklad v sedimentu Spoteba kyslíku Anoxie Pevaha anaerobních proces Zmna chemismu, zmna spoleenstev

53 Sinice toxicita Eutrofizace Hepatotoxiny Neurotoxiny Dermatotoxiny

54 Typy zneištní vody Atmosférická depozice (acidifikace) Obsah SO 2 a NO x, reakce v amosfée na kyseliny. Pvod: Spalovací procesy fosilní paliva s obsahem síry

55 Typy zneištní vody Salinita Obsah: Rzné anorganické soli, nejastji NaCl Pvod: Zavlažování, solení komunikací, prsak slané vody

56 Typy zneištní vody Suspendované látky (pevné l.) Netoxické i toxické suspenze ásteek ve vod. Odpadní teplo Chladící i ohívací procesy v rzných zaízeních i v domácnostech. Radioaktivita Pirozená (Rn) i antropogenní radiace.

57 Nové typy zneištní vody 1) Vylouená rezidua hormonální antikoncepce 2) Smsi nkterých látek (pesticid Dieldrin, Endosulfan s PCB) (endokrinní disruptory) 3) Vylouená nemetabolizovaná (ásten metabolizovaná) rezidua lék (Ibuprofen)

58 Zneištní vody Odpadní voda 99,9% voda 0,01% odparek 50% rozp./ 50% nerozp. 70% org. látky 30% anorg. látky 65% proteiny 25% cukry soli kovy 10% tuky písek/štrk

59 Zneištní vody Samoistící schopnosti vody: hydrolýza okysliování rozklad mikroorganismy asimilace živin (asy, makrofyta)

60 ištní odpadní vody 1. stupe mechanický 2. stupe biologický 3. stupe chemický esle usazování písku odstranní živin odstranní fosforu odstranní kalu