|
|
|
|
|
|
|
|
|
Troposfera
Dowiedz się więcej! |
Nadmiar ozonu w troposferze
Skąd bierze się ozon? Jakie mechanizmy rządzą tworzeniem się i rozpadem ozonu? Spróbujemy zrozumieć, dlaczego obecność ozonu w troposferze nie może być wytłumaczona w prosty sposób. |
|
|
|
|
|
Tlenki azotu i związki organiczne regulują ilość ozonu
Dowiedzieliśmy się o rozmaitych cechach ozonu w troposferze w Części 3 "Wiadomości podstawowe". Przeglądnij ponownie rozdział "smog ozonowy" i ten schemat poniżej. |
|
|
1. Jak powstaje smog ozonowy. Schemat: Elmar Uherek Kliknij na rysunek, aby otrzymać powiększenie! (100 kB)
|
Wysokie stężenia ozonu występują na obszarach miejskich i wokół nich, gdy w gorący dzień jest duży ruch uliczny i duża emisja gazów organicznych (tzw. VOC (ang. volatile organic compounds) = lotne związki organiczne). |
Obecność tlenków azotu i światła słonecznego (hv*) samo w sobie niekoniecznie prowadzi do powstania ozonu, ponieważ ozon reaguje ponownie ze świeżo powstałym NO. Konsekwencją takiego cyklu jest to, że odbywa się duża konwersja, ale bez żadnej produkcji netto, ani zużycia. Nazywamy to cyklem zerowym. Cykl taki często występuje w atmosferze, także w przypadku innych związków.
|
|
|
|
2. a) Cykl tworzenia i rozpadu ozonu. Nie ma żadnej produkcji netto, ani zużycia.
|
|
|
|
3. Izoplety ozonu - wykres pokazuje zależność między powstaniem wysokich stężeń ozonu, a idealną mieszaniną lotnych związków organicznych (VOC) i tlenków azotu (NOx). Ilustracje 2 + 3 pochodzą z wykładu Mike Hannigan, Uniw. Kolorado, Boulder
|
|
|
Na wykresie z tzw. izopletami widać czarne linie oznaczające dane stężenia ozonu. To, czy powstanie więcej czy mniej ozonu, silnie zależy od wzajemnego stosunku tlenków azotu NOx i lotnych związków organicznych VOC (= RH) w powietrzu. Jeśli w powietrzu jest dużo tlenku azotu, ale niewiele VOC, ozon nie powstanie (niebieski punkt A). Może on nawet zostać zużyty, jak to się czasem dzieje w centrum miast. Jeśli występuje wysoki poziom VOC, ale prawie nie ma NOx, poziom ozonu jest też niski (punkt B). Jedynie gdy wzajemny stosunek zawartości tych związków w powietrzu jest właściwy, i oba występują w dość dużych ilościach, wtedy poziom ozonu się powiększa (punkt C). Zawartość ozonu w powietrzu zmienia się szybko, zależnie od lokalnych warunków: pory dnia, dopływu światła słonecznego i lokalnych emisji. Obliczenie globalnego średniego stężenia, jak w przypadku metanu albo dwutlenku węgla, jest zatem trudne. |
Inne źródła ozonu
Miejski ruch uliczny nie jest jedynym źródłem ozonu, ponieważ nie jest też jedynym źródłem tlenków azotu, które odgrywają dużą rolę w tworzeniu sie ozonu. Tlenki azotu mogą pochodzić z innych procesów spalania, np. z pożarów lasów. Zdjęcie po prawej pokazuje dym (kolor biały) i wzrastające stężenia ozonu (kolory od zielonego do żółtego i czerwonego) w wyniku dużego pożaru w Indonezji w 1997 r. W następnym tekście będziesz mógł przeczytać więcej o innych procesach zachodzących w powietrzu podczas pożarów lasów. Błyskawica jest kolejnym źródłem tlenków azotu. Kiedyś zaobserwowano w Australii wysokie stężenia ozonu i badacze przypuszczali, że pochodzą one z działalności człowieka. Jednakże, po zbadaniu kierunku wiatru, stało się jasne, że powodem były burze i intensywne wyładowania nad pd. Afryką.
|
|
|
|
4. Chmura dymu z palących się lasów w Indonezji. Zdęcie: dzięki uprzejmości NASA GSFC Scientific Visualization Studio, w oparciu o dane z TOMS Kliknij na rycinę, aby uzyskać powiększenie (50kB)!
|
|
|
|
5. Tendencja zmian zawartości ozonu w powietrzu (wartości miesięczne) zmierzona w Obserwatorium Hohenpeissenberg Źródło: dzięki uprzejmości Niemieckiej Służby Meteorologicznej
|
|
|
Pomiary stężenia ozonu
Patrząc na chmurę dymu nad Indonezją i Oceanem Indyjskim, nasuwa się pytanie, skąd czerpiemy informacje o stężeniach ozonu. Zapewne nie ma w Indonezji, ani na oceanie zbyt wielu stacji pomiarowych. Zawartość ozonu w powietrzu jest mierzona z przestrzeni kosmicznej przez przyrządy zainstalowane na satelitach. Jednakże, opracowując dane z satelity, musimy wziąć pod uwagę, że z przestrzeni kosmicznej da się obserwować całą atmosferę. Popatrzmy na ryc. 5 przedstawiającą tendencje zmian zawartości ozonu, zmierzone w niemieckim Obserwatorium Hohenpeissenberg. Czy to oznacza, że poziom ozonu w Niemczech spada, chociaż wiemy, że ilość ozonu w troposferze zwiększa się prawie wszędzie? |
Nie. Tendencje zmian zawartości ozonu zależą w dużym stopniu od położenia i są bardzo zróżnicowane. Jednakże, nie możemy ocenić tych tendencji ani przy pomocy satelity dającego obraz globalny, ani pojedynczych stacji badawczych na ziemi, dających obraz lokalny. Dane po prawej, rozdzielone dla dwóch różnych wysokości, pokazują, że w tym samym miejscu występują różne tendencje w zależności od wysokości. Wiemy, że poziom ozonu w stratosferze spada, możemy się tego dowiedzieć w części "Stratosfera." Satelity obserwują jednocześnie troposferę i stratosferę. Ale rozmieszczenie ozonu jest zbyt skomplikowane, by je zrozumieć bez uprzedniego rozdzielenia na kilka osobnych zjawisk.
|
|
|
|
6. Dane o zmianach zawartości ozonu w powietrzu na wysokości 5 km w troposferze i 20 km w stratosferze, na podstawie danych z Obserwatorium Hohenpeissenberg. Wartość zero oznacza średnią wieloletnią zawartość ozonu, wykresy pokazują odchylenie od tej średniej w poszczególnych latach. Jednostka: nbar = 1 nanobar ozonu na 1 bar powietrza, czyli 1 ppb. Więcej o jednostkach na stronie: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/3qf.html Źródło: dzięki uprzejmości Niemieckiej Służby Meteorologicznej
|
|
O tej stronie:
Autor: dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy Recenzent: dr Rolf Sander - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy 2004-05-18 Ostatnia aktualizacja: 2004-05-24 Tłumaczenie na język polski: mgr Jerzy Bojan, Zespół Szkół, Proszowice; dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków |
|
|
|