Chemie životního prostředí III Atmosféra (07) Ozon v atmosféře

Centre of Excellence Chemie životního prostředí III Atmosféra (07) Ozon v atmosféře Ivan Holoubek RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox. recetox.muni.cz; http://recetox.muni muni.cz

Ozonová vrstva 2

Ozon 3

Stratosférický rický ozon 4

Stratosférický rický ozon 5

Atmosféra vznik a zánik ozonu 6

Reakce a obsah ozonu v atmosféře 7

Obsah ozonu v atmosféře Množství ozonu v atmosféře vyjadřujeme také pomoci Dobsonových jednotek (Dobson Unit, DU) 100 DU odpovídá vrstvě ozónu o tloušťce 1 mm 8

Narušov ování ozonové vrstvy 9

Rozklad stratosférické ozonové vrstvy 10

Atmosférick rická chemie ozonu 11

Atmosféra ozon a katalytické cykly NO x 12

Cyklus destrukce ozonu 1 13

Cykly destrukce ozonu 2 a 3 14

Atmosféra rozklad freonů 15

Atmosféra fotochemie halogenů 16

Atmosférick rická degradace freonů a halonů 17

Freony - Chlorofluorouhlovodíky CFC (chlorofluorocarbons) Likvidace ozonové vrstvy Sherwood a Molina 1974 1974 vyprodukováno 800 000 t 1986 více než 1 000 000 t 1987 dohoda o ukončení výroby do roku 1994, rozvojové země do roku 2010 (Montrealský protokol) 1991 maximální koncentrace methylchloroformu, dále klesání 18

Atmosférick rické poločasy života a potenciály narušovan ovaní ozonové vrstvy a globáln lního oteplování vybraných látekl 19

Freony a stratosférický rický ozon 20

Freony a stratosférický rický ozon 21

Primárn rní zdroje chloru a bromu ve stratosféře e pro rok 1999 22

Úbytek stratosférick rického ozonu během b období XI/1978 XI/1987 23

Měření ozonu v atmosféře 24

Stratosférický rický ozon 30. záříz 1992 25

Pohyb ozonové díry 1980-1997 26

Teorie ozonové díry 27

Teorie ozonové díry As temperatures in the lower stratosphere cools below - 80'C, Polar Stratospheric Clouds (PSC's) start to form. In the area over Antarctica, there are stratospheric cloud ice particles that are not present at warmer latitudes. Reactions occur on the surface of the ice particles that accelerate the ozone destruction caused by stratospheric chlorine. Polar regions get a much larger variation in sunlight than anywhere else, and during the 3 months of winter spend most of time in the dark without solar radiation. Temperatures hover around or below -80'C for much of the winter and the extremely low Antarctic temperatures cause cloud formation in the relatively ''dry''stratosphere. These Polar Stratospheric Clouds (PSC's) are composed of ice crystals that provide the surface for a multitude of reactions, many of which speed the degradation of ozone molecules. This phenomenon has caused documented decreases in ozone concentrations over Antarctica. 31

Rozklad ozonu 33

Stratosférick rické plynné halogeny 34

Generalizovaný mechanismus atmosférick rické degradace pro CX 3 CYZH (X = H, Cl nebo F; Y = Cl; Z = H, Cl nebo F) CX 3 CYZH O 1 (D) hν. OH, O( 1 D) CX 3 C. ZH CX 3 C. YZ CX 3 C. ZH + Y (Y=Cl) (Y=Cl) O 2 HO 2. NO 2 CX 3 CYZOOH CX 3 CYZO 2 CX 3 CYZO 2 NO 2. OH hν NO CX 3 CYZONO NO hν hν NO CX 3 CYZO CX 3 CYZONO hν CX 3. + CYZO O 2 - Cl. (Z=Cl) CX 3 CYO + HO 2. (Z=H) 35

Měření chlorových plynů v atmosféře 38

Základní kroky rozkladu stratosférick rického ozonu 39

Satelitní pozorování ve spodní stratosféře 40

Budoucí vulkanické erupce mohou způsobovat ozonovou díru nad Arktikou 41

Ozonová vrstva a působenp sobení UV zářenz ení 42

Ochrana před p dopadajícím m slunečním m zářenz ením 43

Ochrana před p dopadajícím m slunečním m zářenz ením 44

Ozonová vrstva a působenp sobení UV zářenz ení 45

Možné vlivy UV-B B radiace na rostlinné procesy a na fytoplankton 46

Možné vlivy UV-B B radiace na rostlinné procesy a na fytoplankton 47

Možné důsledky zvýšen ené UV-B B radiace v zemědělsk lském, lesním m a lučním m ekosystému 48

Air Quality Index (AQI): Ozone Index Values Levels of Health Concern Cautionary Statements 0-50 Good None 51-100* Moderate 101-150 Unhealthy for Sensitive Groups Unusually sensitive people should consider limiting prolonged outdoor exertion. Active children and adults, and people with respiratory disease, such as asthma, should limit prolonged outdoor exertion. 151-200 Unhealthy 201-300 Very Unhealthy Active children and adults, and people with respiratory disease, such as asthma, should avoid prolonged outdoor exertion; everyone else, especially children, should limit prolonged outdoor exertion. Active children and adults, and people with respiratory disease, such as asthma, should avoid all outdoor exertion; everyone else, especially children, should limit outdoor exertion. 301-500 Hazardous Everyone should avoid all outdoor exertion. 49

Možné dopady UV radiace 50

Možné dopady UV radiace 51

Předpokládané dopady opatřen ení mezinárodn rodních protokolů 52

Efekt Montrealského protokolu 53

Minulý a budoucí význam atmosférických halogenových plynů 54

Vznik ozonu v přízemnp zemních vrstvách atmosféry V menším množství: Fotolýza kyslíku Klesání ze stratosféry (vyšší měrná hmotnost) 10 15 % celkového množství Dominantně: Fotolýza NO 2 : NO 2 + hν NO + O O + O 2 O 3 NO + O 3 NO 2 + O 2 NO 2 + O 2 NO + O 3 56

V Vznik ozonu v přízemnp zemních vrstvách atmosféry Fotolýza těkavých uhlovodíků (VOCs) C 6 alkány, aldehydy, ketony, různé estery, chlorované uhlovodíky (výfukové plyny spalovacích motorů, emise z různých chemických výrob, čistící prostředky, rozpouštědla). znik ozonu jako vedlejšího produktu při fotoaktivaci aldehydů: RCHO + hν RCHO* RCHO* + O 2 RCO 3 H RCO 3 H + O 2 RCOOH + O 3 RCHO + 2 O 2 RCOOH + O 3 57

Vznik ozonu v přízemnp zemních vrstvách atmosféry Výsledná koncentrace ozonu v přízemní vrstvě závisí na: koncentraci jednotlivých znečišťujících látek v ovzduší na vzájemném poměru jejich koncentrací fyzikálně-chemických podmínkách: - intenzita slunečního záření - teplota vzduchu - obsah vody - obsah oxiradikálů. OH a HO 2. 58

Vznik ozonu v přízemnp zemních vrstvách atmosféry Dominantní a základní krok pro vznik přízemního ozonu je uvedená fotolýza NO 2 : NO 2 + O 2 NO + O 3 Zpětná reakce oxidace NO může probíhat i pomocí dalších látek O 2, oxiradikály, organické radikály, řada VOCs. Letní smogové situace značný vzestup koncentrace O 3 a pokles koncentrace NO 2 Úbytek koncentrace NO 2 může být způsoben řadou reakcí: - reakce s oxiradikály na HNO 3 : NO 2 + OH HNO 3 59

Vznik ozonu v přízemnp zemních vrstvách atmosféry za přebytku O 3 a v přítomnosti vodní páry vzniká z NO 2 HNO 3 : 2 NO 2 + O 3 N 2 O 5 + O 2 N 2 O 5 + H 2 O 2 HNO 3 NO 2 reaguje s fotodisociovanými uhlovodíky za vzniku peroxyacylnitrátů (PANs): RCHO + hν RCO + H - fotodisociace aldehydů RCO + O 2 RC(=O)OO - tvorba peroxyacylových radikálů RC(=O)OO + NO 2 RC(=O)OONO 2 - tvorba peroacylnitrátů 60