Alsó légkör - Alap

ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH

Alsó légkör: Alap

1. A troposzféra bemutatása
A troposzféra - változás a magassággal és a hõmérséklet
Különbözõ tájak - vízszintes kiterjedés
Mibõl áll a troposzférikus levegõ?
Munkalap 1.1
Munkalap 1.2

2. Üvegházhatás, napsugárzás és a bioszféra
Üvegházhatás és a napsugárzás
Üvegházgázok és hatásaik
Bioszféra kibocsátása
A növénytakaró égése
Munkalap 2.1
Munkalap 2.2
Munkalap 2.3

3. Ózon és nitrogén oxidok, mint kulcsvegyületek
Troposzférikus ózon
Nitrogén oxidok - Kialakulásuk és fontosságuk
Ózon szmog
Munkalap 3.1
Munkalap 3.2

Nemcsak üvegházgázok vannak, amik a légkörbe kerülnek, hanem ezer más kémiai anyag. Sok közülük szerves és a bioszféra (fák, az óceán planktonjai és más növények) bocsátják ki õket. Globálisan a bioszféra ezekbõl az anyagokból többet bocsát ki, mint az emberek.

A szén egy fontos elem az élõvilágban. Azokat a vegyianyagokat, amelyek szenet, hidrogént, gyakran oxigént, és néha más elemeket is tartalmaznak (nitrogén, foszfor, kén), szerves anyagoknak nevezzük. Az ember sokat kibocsát közülük, mint az oldószerek, az autók kipufogógázai révén, és vegyipari folyamatok során, mint például az olajfinomítás. Mivel legtöbbünk városban, vagy falun él, nehéz elhinni, hogy nem az ember a fõ kibocsátó. De globális skálán vannak még ritkán lakott erdõs területek, szavannák és természetesen az óceánok, ahol a természetes kibocsátás nagy.

Mit bocsát ki a bioszféra?

Ha átmész egy erdõn, vagy egy füves területen, számos szerves gázról szerezhetsz benyomást a szaglásod révén, melyeket fák, füvek, virágok bocsátanak ki. Világszerte évente több mint 1000 millió tonnát bocsátanak ki. Ezen összetevõk közül a szerves anyagok nagy része izoprén (körülbelül 500 millió tonna évente), és monoterpének (130 millió tonna évente). Összehasonlításként az ember körülbelül 200 millió tonna szerves anyagot bocsát ki évente (a metánon kívül).
Szagold meg a fenyõ tûleveleit, és ilyen monoterpéneket fogsz érezni. Növények termelik és bocsátják ki õket a leveleken keresztül, különösen valamilyen stresszhatásra reagálva (például: hõ, aszály, sérülés …), de normális életük során is.

1. Rizsföld - Bali, Indonesia
fotó: STRINGER/INDONESIA Reutersnek

Körülbelül 200 millió tonna/év metánnak származik természetes forrásból. Az ember nagyjából ugyan akkora részben járul hozzá a kibocsátáshoz, kérõdzõk tartásával és rizsföldek mûvelésével.
Azt is figyelembe kell vennünk, hogy a földfelszín 71 %-át óceán borítja, és sok élõ szervezet található a vízben (pl. algák). Itt is játszódnak le kémiai folyamatok, aminek az eredményeként szerves gázok kerülnek a légkörbe például 45 millió tonna dimetil-szulfid évente. Ez a szerves kén vegyület kénsavvá oxidálódik a légkörben, ami tengeri felhõk kialakulásához vezet.
Az éghajlati rendszerünk és a légköri folyamatok megértése nemcsak annak a megfigyelését jelenti, hogy az ember a kibocsátásokat hogyan változtatja meg, de az is fontos, hogy a növények milyen módon vesznek részt a globális körfolyamatban, és hogyan változhatnak meg ezek a hozzájárulások. Nézzünk meg három különbözõ példát, hogy megértsük a bioszféra kibocsátásának fontosságát.

2. Izoprének és monoterpének globális kibocsátásának becslése. Izoprének és a monoterpének szerves anyagok, melyeket nagy mennyiségben bocsátanak ki a fák és más növények. Majd a szerves kémia keretein belül megismered, hogy hogyan néz ki ezen molekulák szerkezete. A kép a sárga körökben az izoprén és a pirén (az egyik leggyakoribb monoterpén) molekulák szerkezeti képletét mutatja meg, és hogy mennyit bocsátanak ki belõlük.

Monoterpének

A monoterpének hozzájárulnak számos növény illatához, például a tûlevelek illatához az erdõben, vagy a narancs, citrom gyümölcsének illatához. A monoterpének szerves vegyületek, szenet, hidrogént és néha oxigén atomokat tartalmaznak. Jól hangzó nevük van, mint limonén vagy pinén. Fák és más növények termelik õket, legintenzívebben meleg reggeli napokon, az elsõ napsugarak hatására. A növények eltárolhatják ezeket, vagy közvetlenül bocsátják ki a légkörbe. Ha a növények stresszes állapotban kerülnek, például hõség, aszály vagy sérülés miatt, akkor megnövekszik a termelésük.

3. A Nagy Füstölgõ hegyek (USA) a kékes színben, amit a feltételezések szerint a biogén részecskéknek köszönhetõ.

4. Bal oldalon láthatod egy monoterpénnek, a béta-pirénnek (balra), és az egyik legfontosabb természetes szerves anyagnak az izoprénnek (jobb) a szerkezeti képletét. Mind a kettõ vegyület telítetlen. Ez azt jelenti, hogy C=C kettõs kötésük van, ami piros karikával van kiemelve. Azért, hogy a bonyolult szerves molekulák szerkezete átláthatóbb legyen, a vegyészek nem rajzolják fel a C és H atomokat. Az izoprént láthatjuk mind a két formában, C és H atomok nélkül fent, és velük együtt az alsó képen.

Növényi kibocsátás hatása a légkörben

A légkörbe kibocsátott anyagok, mint a terpének, kölcsönhatásba lépnek oxidáns anyagokkal (például OH vagy ózon). A végeredmény más vegyületek, melyek kondenzálódni tudnak a levegõben, és részecskék képzõdnek, vagy a már meglévõ részecskék méretét növelik. Ezek a részecskék, melyeket aeroszoloknak is nevezünk, a levegõben lebegnek, és szükségesek ahhoz, hogy felhõk alakuljanak ki. Mivel az aeroszolok különbözõ vegyi anyagai különbözõ felhõképzõ folyamatokban vesznek részt, mind a növényi, mind az ipari kibocsátás erõs hatást gyakorol a felhõk kialakulására. Az aeroszol képzõdés még látható is lehet: Olykor ezt kék páraként látod az erdõk felett (3. kép), de ezt szimuláltuk is tûlevelekkel laboratóriumban (5. kép).

5. A kék pára szimulációja a laboratóriumban (kivitelezve: MPI Mainz).
Egy erõs lámpa fénysugara segít, hogy láthatóvá tegyük a párát a dobozban, amikor az ózon reakcióba lép a tûlevélbõl származó monoterpénnel.
A nagyításhoz kattints a képre! (60 K)

Dinitrogén oxid N2O

A nitrogén fontos elem az élõvilágban. Része olyan fontos biomolekuláknak, mint a proteinek, aminosavak, a DNS, vagy az energiaszállító molekuláknak, melyek kulcsszerepet játszanak minden élõ szervezetben. A növények a nitrogént a talajban lévõ nitrátból, vagy ammóniából veszik fel, ahova a baktériumok révén kerül a légköri nitrogén megkötésével. A baktériumok a nitrátot dinitrogén-oxiddá is bontják, ami gáz, és kibocsátódik a légkörbe. Mivel a dinitrogén-oxidok rendkívül stabilak, a troposzférában nem bomlanak szét, a sztratoszféra legfontosabb nitrogén-oxid forrásai. Ott azokban a reakciókban szerepelnek, melyek bontják az ózont, és végül visszajutnak a talajra, mint salétromsav. A nitrogén oxid kibocsátás a növekvõ mûtrágyázás hatására növekszik. Nagyjából 15 millió tonnát bocsátanak ki évente világszerte.

6. Lucerna (Medicago varia)
A mezõgazdaságban a nitrogén levegõbõl való felvételére használják.
Fotó: Patrick Knopf, botanikus, Ruhr-Universität Bochum

Dimetil szulfid

A kénsav és a víz kis láthatatlan részecskéi alakítják ki a felhõket az óceánok fölött. De honnan származik a kénsav? A kénösszetevõk nagyon fontosak, különösen a tengeri bioszféra anyagcseréjében, mivel a szulfátok mindenhol megtalálhatók az óceánokban. Az algáknak speciális kénvegyületekre van szükségük, például a víznyomásuk szabályozására, lebomlásuk esetén gáz, szerves kénvegyület, a dimetil szulfid kerül a légkörbe. Itt kéndioxiddá oxidálódik, és végül kénsavvá, mely a felhõképzõdéshez szükséges.
Az 'Óceánok' témakörben az alap rész harmadik fejezetében több részletet találsz a fitoplanktonok óceánokban betöltött fontos szerepérõl.

7. A fitoplanktonokból származó klorofill megjelenítése.
A mûholdképen az Atlanti-óceánt és Kanada keleti részét látjuk, de nemcsak víz van a tengerben. Az animációban a tengerekben lévõ fitoplanktonok válnak láthatóvá (kékbõl a piros felé növekszik a koncentrációjuk), melyek nagy mennyiségû dimetil szulfidot bocsátanak a légkörbe.
Forrás: SEAWIFS Project

A néhány példa elképzelést nyújt arról, hogy milyen összetett és zárt a kapcsolat a bioszférából történõ kibocsátás és az éghajlati folyamatok között.

Kapcsolódó oldalak:

A fitoplanktonokból származó kéngázok szerepének magyarázata:
Óceánok - Alap - 3. Fejezet - Kén gázok

Az oldalról:

szerzõ: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
pedagógiai lektor: Michael Seesing - Duisburgi Egyetem - 2003-07-02
1. tudományos lektor: Prof. Jürgen Kesselmeier - MPI for chemistry, Mainz - 2003-07-15
2. tudományos lektor: Dr. Pascal Guyon - MPI for chemistry, Mainz - 2004-05-10
utolsó frissítés: 2004-05-16