2.cvičenie Atmosféra I
2.cv. Enviromentálna chémia- úvod
Enviromentálna chémia (ekochémia, chémia ŽP)
- skúma vplyv chemických prvkov a zlúčenín na ŽP
- sleduje negatívne účinky chémie, chemizácie a chemických procesov na živé organizmy
- zisťuje množstvá a účinky chemických látok na znečisťovanie prostredia
- hľadá metódy a prostriedky na ozdravenie ŽP a využívania odpadov ako sekundárnych zdrojov surovín
Biosféra
- tenký obal Zeme (rozhranie atmosféry, hydrosféry, litosféry) od hĺbky 10 km vo vode, resp. 30 m v pôde až do výšky 14 km v atmosfére
- prostredie života, vývoja a rozmnožovania živých organizmov
o atmosféra-> oblasť ovzdušia
o hydrosféra-> oblasť vôd
o litosféra-> oblasť pevného obalu a pôdy ( pedosféra)
Zdroje biosféry
- nevyčerpateľné
- nezmeniteľné ( slnečné žiarenie, veterná energia, vodná energia)
- poškoditeľné ( voda v rámci globálneho hydrolog.cyklu)
- nezmeniteľné ( slnečné žiarenie, veterná energia, vodná energia)
- vyčerpateľné
- udržateľné – obnoviteľné ( rastlinstvo) a neobnoviteľné
- neudržateľné- nenahraditeľné ( nerasty) a nenahraditeľné ( fosílne palivá)
- udržateľné – obnoviteľné ( rastlinstvo) a neobnoviteľné
ekologické systémy
- vzájomné pôsobenie organizmov vplyvom prostredia, ktoré ich obklopuje
sociosféra (antroposféra)
- je oblasť priamo ovplyvnená činnosťou človeka
životné prostredie
- je prostredie poskytujúce podmienky pre základné prejavy a biologické funkcie živého organizmu
životné prostredie človeka
- ohraničená oblasť sveta, s ktorou je človek vo vzájomnom pôsobení, ktorú používa, ovplyvňuje a ktorej sa prispôsobuje
Hlavné zložky ŽP a ich interakcia v systéme ŽP
umelé materiálne prostredie ( obydlia) <––––––––––> príroda, prírodné prostredie
človek- spoločnosť
sociálne prostredie
pracovné prostredie
Životné prostredie tvorí
- prírodné zložky
- zložky vytvárané človekom
- znehodnocovanie ŽP:
o znečisťovanie a ďalšie formy degradácie
o narúšanie rovnováhy ekologických systémov
o neracionálne využívanie prírodných zdrojov
- starostlivosť o ŽP:
––> procesy poznávaniam, zisťovania a analýzy:
o potrieb spoločnosti
o vplyvov pôsobenia na ŽP
o skutočného stavu a kvality ŽP
–––––> stanovenie celkovej koncepcie ( dlhodobej prognózy) ovplyvňovania a usmerňovania spoločenských aktivít s cieľom dosiahnuť požadovanú úroveň zložiek ŽP ( využívanie výsledkov vedecko- technického pokroku)
- pracovné prostredie:
o zložka ŽP- tu sa uskutočňuje spoločenské zaradenie človeka
o súhrn prírodných a vecných podmienok, ktoré obklopujú človeka
- pracovné prostredie
o vecné prostredie
o spoločenské prostredie
- vecné prostredie
o materiálne vybavenie pracoviska
o pracovný režím
o pracovné podmienky
o bezpečnostné, hygienické a sociálne zariadenia na pracovisku
- spoločenské prostredie
o človek ( jeho ciele, potreby a emócie)
o vzťahy pracovníkov na pracovisku
o spoločenská atmsoféra na pracovisku
Atmosféra
Zloženie stratosféry
- uvedené zloženie platí pre atmosféru do vzdialenosti 80 km od zemského povrchu
o N2 78,08%
o O2 20,95%
o Ar 0,93%
o CO2 0,0365%
o Ne 0,0018%
o He 0,00052%
o CH4 0,0002%
(pomer jednotlivých komponentov je prepočítaný na suchú atmosféru; obsah vody je piatym najzastúpenejším komponent, jej koncentrácia je vriabilná a pohybuje sa v rozmedzi 0,5- 3,5%)
Vrstvy atmosféry
- Ionosféra (aurora) =termosféra 85- 500 km....1200oC
- Mezosféra 50- 85 km.........-90oC
- Ozónová vsrtva
- Stratosféra 15- 50 km....-2oC
- Troposféra 0-15 km......14oC až -60oC
Chémia stratosféry
Chemické reakcie v atrmosfére
fotochemické reakcie
XY +hυ–––> XY*
absorpcia
XY*–––> X +Y
dekompozícia
(alebo XY* + iné reaktanty–––> produkty)
Jedna z najdôležitejších fotochemických reakcií v troposfére:
dekompozícia oxidu dusičného ( NO2 + hυ–––> NO+ O)
Reakcie sprevádzané vznikom voľných radikálov
NO2 + hυ –––> NO + O ( O= tripletový kyslík 3p)
O + O2 + M –––> O3 + M ( M= najčastejšie O2 alebo N2)
O3 + hυ –––> O2* + O* (O* = excitovný stav kyslíka resp. singletový kyslík 1O)
O* + H2O –––> 2• OH
dalšie reakcie
•OH + CO –––> • H + CO2
•OH + CH4–––>•CH3 + H2O
( reakcie s CO a CH tvoria 70ˇ% resp. 30% všetkých reakcií vyvolaných hydroxylovými radikálmi v znečistenej atmosféry)
Následne:
•H + O2 + M –––> HOO• + M
M- katalyzátor HOO- hydroxylový radikál
•CH3 D + O2 + M –––> CH3OO• + M ( peroxymetolový radikál)
Reakcie s toulénom
Reakcie s formaldehydom
Reakcie s etylénom
HOo + H2C = CH2 -> H2Co – CH2 – OH
H2Co – CH2 – OH + O2 -> H2C - OH
H2C – O - Oo
Cyklus oxdiov dusíka
NO + O3 –––> NO2 + O2
NO2 + O –––> NO + O2
–––––––––––––––––
O+ O3 –––> 2O2
N2 + hv ( lambda < 126 nm –––> N(4S) + N(2 D)
N (4 S) + O2–––> NO + O
N2O + O ( 1D) –––> 2NO
•NO + •OH + M –––> HNO2 + M –– jedna z príčin kyslých dažďov
Cyklus chlórového radikálu
CH3CL + hv –––>•CH3 + •Cl
- metylchlorid je čiastočne odlišný od reakcie s hydroxylovým radikálom
CH3CL + •CH –––> •CH2Cl + H2O
•Cl + O3–––> ClO• + O2
ClO• + O –––> •Cl + O2
–––––––––––––––––
O + O3 –––> 2O2
V atmosfére sú aj ďalšie katalytické reakcie a cykly, ktoré umocňujú chlórový radikál
HOO• + ClO• –––> HOCl + O2
HOCl + hυ –––> •OH + •Cl
•Cl + O3 –––> ClO + O
•OH + O2 –––> HOO• + O2
––––––––––––––––––-
2O3 –––> 3O2
BrO• + ClO• –––> •Br + •Cl + O2
•Br + O3–––> BrO• + O2
•Cl + O3 -> ClO• + O2
––––––––––––––––––
2O3 –––> 3O2
Antropogénne zdroje chlóru
Freóny
- vývoj v 30. rokoch 20. storočia
- nízka viskozita
- nízky bod varu
- chemická a biologická inertnosť
- netoxiké a nehorľavé
- CFCl3 + hυ ( lambda < 290NM) –––>•CFCl2 + •Cl
Najdôležitejšia reakcia- syntéza a rozklad ozónu
- ozón
o 15- 30km nad zemským povrchom ( ozónová vrstva)
o efektívny filter pre aborbovanie UV žiarenia 200- 315 nm
Slnko emituje žiarenie v širokom intervale vlnových dĺžok: viac ako 1000μm a menej ako 250nm. Maximálne inteniza v žltej oblasti viditeľného spektra ( 550NM). Dlhšia vlnová dĺžka-> svetlo a teplo ( globálne oteplovanie); kratšia vlnová dĺžka ( UV radiácia)-> môže byť nebezpečná pre živé organizmy
- UV-A: 315- 450 nm ( blízka oblasť k viditeľnej; 7% celkového slnečného žiarenia, pre živé porgnaizmy nie je prakticky enbezpečná
- UV-B: 280- 315 nm ( 1,5%) celkového slnečného žiarenia: môže byť nebezpečná pre rastliny aj živočíchy, najmä pri dlhšej expozícii)
- UV-C: <280nm (0,5% celkového slnečnéhp žiarenia; príčina rýchlych poškodení bioty všetkého druhu
Maximálna koncentrácia ozónu: 23 km nad zemským povrchom
O2 + hυ ( lambda <240 nm) -> O + O
pomalá reakcia: E (hυ) + 498,4 kj
O + O2 + M –––> O3 + M
rýchla reakcia: -106,5KJ
O3 + hυ ( lambda = 230- 320nm) –––> O2* + O*
Rýchla reakcia; -E ( hυ) + 386,5kj
O + O3 –––> O2 + O2
Pomalá rekacia: -391, 9kj
Cyklus radikálového radikálu
- radikály sa tvoria jedným z dvoch fotochemických procesov
O ( 1D) + H2O –––> 2 •OH
alebo
H20 + hυ –––> •.H + •OH
- môžu katalyticky rozložiť ozón podľa nasledovnej schémy
•OH + O3 –––> HOO• + O2
HOO• + O –––> •OH + O2
O + O3 –––> 2O2
Ozón v stratosfére
- ozón je vo vzdušnom obale Zeme veľmi nerovnomerne rozložený
- v stratosfére ( vo výške 10 až 50 km) sa nachádza hlavný podiel ozónu ( v dôsledku energeiticky bohatého UV žiarenie, ktoré z kyslíka tvorí ozónovú vrstvu)
- ak by sme ozón v nej maximálne skoncentrovali, vytvoril by asi trojmilimetrovú vrstvičku. A od tých 3 mm závisí náš život na Zemi.
Ozónová vrstva
- funguje ako filter
- zachytáva škodlivé ultrafialové žiarenie
- prepúšťa Zemi životodárne svetlo a teplo
- úplne absorbuje UV- C žiarenie, so smrtiacimi účinkami pre živé organizmy
- čiastočne absorbuje UV-B žiarenie, ktoré je schopné vyvolať celý rad nepriaznivých efektov; pri zvýšenom preiniku UV- B žiarenia cez ozónovú vrstvu sa zvyšuje riziko výskytu kožnej rakoviny, očné zákaly, znížený rast zelených rastlín, narušnie potravinového reťazca v oceánoch a pod.
Vlastnosti ozónu
- ozón je nestály, väzby sú podstatne slabšie ako v prípade moelkuly kyslíka
- pôsobením slnečného svetla sa opäť rozkladá, prišom absorbuje žiarenie, za milióny rokov do vzniku života na Zemi sa ustálila určitá rovnováha koncentrácie ozónu
- prirodzený proces deštrukcie ozónu v stratosfére zrýchlila a spomínanä dynamickú ronováhu narušila prítomnosť reaktívnych chemikálií, vyprodukovaných šudskou činnosťou
- rozklad ozonodféry ich pôsobením je dnes rýchljší ako preoces jej obnovovania, prišom proces rozkladu ozónu vplyvom týchto chemických reakcií procesu rozkladu ozónu
- monitoprovnanie množstva ozónu sa určuje na základe absorpcie uiltrafialového žiarenie; vyjdaruje sa v Dobsonových jednotkách (DU). Dobsonova jednotka zodpovedá pri normálnom tlaku 1013 hPa a teplote 15C vrstve čistého ozónu hrubej 0,01mm ( táto miera jovorí len o clekovom množstve ozónu nad určitým miestom na Zemi)
Ozónová diera a ľudské aktivity
- IPCC- medzivládny panel pre klimatické zmeny združuje 2500 vedcov zo 130 krajín, ktorý pôsobí pri OSN od roku 1988. vydáva každoročne spárvy o staver ŽP
- najnovšie: takmer s 90% pravdepodobnosťou je za globálnym oteplovaním človek, spolu s jeho činnosťou, ktorá zapríčiňuje zvyšovanie koncentrácie skleníkových plynov
- v 21. storočí je možné rátať s účinkami globálneho otepľovania, ktoré budú podstatne vúčšie ako tie, ktoré boli pozorované počas 20. storočia
- ,,najpriazniveší,, odhad vedcov poukazuje na nárast priemerných teplôt o 1,8- 4,0 C, čo je podstatne širšie rozpätie, ako v roku 2001 ( v 20.st. vzrástli tpeloty približne o 0,7C)
- záznamy vedené od roku 1850 poukazujú na 10 najteplejších rokov od roku 1994
- bez ohľadu na zníženie produkce skleníkových plynov, bude globálne oteplovanie a nárast hladín mora pokračovať
- správa upozorňuje na nárast hladín svetových morí o 18- 59 cm do roku 2100 ( väčšina prímorských miest bude pod hladinou mora)
Medzinárodné záväzky v ochrane ozónovej vrstvy Zeme
- Viedeń 1985- videnský dohovor o ochrane ozónovej vrstvy Zeme
- Montreal 1987- montrealský protokol o látkach, ktoré porušujú ozónovú vrstvu ( prvý vykonávací protokol dohovoru)
- Od tohto roku zasadali strany Montrealského protokolu 5 krát:
o Londýn 1990
o Kodaň 1992
o Viedeň 1995
o Montreal 1997
o Peking 1999
V roku 2000 bol prijatý zákon č. 408/2000 Z.Z., ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 76/1998 o ochrane ozónovej vsrtvy Zeme
478/2002 Zákon o ochrane ovzdušia