Alsó légkör - Haladó

Sokat tanultunk a légkörben lévõ gázokról, különösen troposzférában, a légkör legalacsonyabb rétegében lévõkrõl. Itt számtalan kémiai vegyületet találsz. De a koncentrációjuk és az eloszlásuk erõsen változik.

Hogyan írjunk le egy gázt a légkörben?

Mennyiség

Egy légkörben lévõ gáz lehet:

a) a levegõ fõ összetevõje (oxigén, nitrogén, argon)
b) fõ nyomgáz (széndioxid, metán, ózon, nitrogén-dioxid, ...)
c) kisebb nyomgáz (számos szerves gáz, például a bután, etanol, de a CFC-k is, ...)

A nyomgázok azok a gázok, melyek kis részét képezik a levegõnek, ez lehet kevesebb, mint 1 molekula 1 milliárd vagy egy trilliárd molekulából.

*A félreértett keverési arány egységei: ppm és ppb

Számos tudományos cikkben, a levegõben lévõ összetevõnek az arányát ppm (millió egy része) vagy a ppb (része a milliárdnak) mennyiségben adják meg. Mi is ezt a rövidítést használjuk, mert ez az elterjedt, és mindenhol ezt találod. De ez félrevezetõ.

Három tipikus hiba:

1) Gyakran ezt írják: A levegõben lévõ CO2 koncentráció 370 ppm. Ez helytelen. A 370 ppm egy keverési arány és nem koncentráció. Koncentráció például a tömeg per térfogat, mint az ózon koncentráció 100 µg / m3. Ennek valódi mértékegysége van.

2) A keverési aránynak nincsen mértékegysége. Mivel dimenzió nélküli szám, eltüntettük a mértékegységet. Csak azt írja le, hogy 1,000,000 molekulából 370 molekulánk van, ha 370 ppm-ünk van. Helyesebben így írhatod: 370 µmol/mol.

3) Az egyes országokban a milliárd és a trilliárd különbözõképpen lehet definiálva:
1 amerikai billió = 1 brit milliárd (ritkán használt) = 1,000,000,000
(Magyarországon is ez a milliárd jelentése)
1 amerikai trilliárd = 1 Brit billió (ritkán használt) = 1,000,000,000,000

Más nyelvekben (Francia: milliard, Németország: Milliarde) kifejezések kapcsolatban vannak a brit milliárd-al, ami sokkal megszokottabb, mint az amerikai billió, azaz a 109. Ezért ne keverd õket össze!

gyakran használt:	helyesebb:	ez azt jelenti:
ppm (milliomod rész)	µmol / mol = 10-6  (micromol / mol)	1 az 1,000,000-ból
ppb (milliárdod rész) American	nmol / mol = 10-9  (nanomol / mol)	1 az 1,000,000,000-ból
ppt (trilliárdod rész) American	pmol / mol = 10-12  (pikomol / mol)	1 a 1,000,000,000,000-ból

Eloszlás

A helyi és idõbeli feltételektõl függõen a légkörben lévõ gáz lehet:

1. a) homogén módon elosztva
(pl. nitrogén, oxigén, széndioxid)
Kép: Elmar Uherek

b) inhomogén módon elosztva
(pl. vízgõz, ózon, sok kisebb nyomgáz)

A homogén módon azt jelenti, hogy a gáz keverési aránya a Földön mindenhol, a változó magassággal is, összehasonlítható mértékû. Ez a stabil, hosszú élettartamú gázok esete. Csak lassan kerülnek ki a légkörbõl, és nem lépnek kölcsönhatásba, vagy csak nagyon kis mennyiségben.

Példa: Dinitrogén-oxid N2O

2. A dinitrogén-oxid eloszlása a légkörben. A Csendes-ócen fölött különbözõ magasságokban és szélességeken végzett mérések eredményi. A hibát is láthatjuk.
J.E. Collins et al., J. of Geophys. Research, 101, D1 (1996) p. 1975-84

A dinitrogén-oxid (N2O) egy homogén eloszlású gáz. Azonban koncentrációja az elmúlt 200 évben növekszik, fõleg az emberi tevékenységnek köszönhetõen.

3. ábra: Elmar Uherek

Idõbeli változás

A gázok mennyisége erõsen függ a Naptól, ha olyan kémiai folyamatban vesznek részt, ahol a fotolízis játssza a fõ szerepet. Ebben az esetben napi és gyakran évszakos menetük is van.

Napi változás: például az OH gyöké

Az OH gyök mennyisége például függ a napfénytõl, napközben mennyisége emelkedik, éjszaka csökken, amirõl az Oxidációs fejezetben olvashatsz.

4. Az OH koncentráció idõbeli változása.
forrás: J. Lelieveld MPI Mainz 2003 bemutatója

Évszakos változás: példa: formaldehid

A formaldehid (HCHO) egy gáz, ami például az erdõtüzekben képzõdik. Megfigyelték a mûholdon elhelyezett GOME mûszerrel. Látható, hogy koncentrációja magas a tûzesetes idõszak alatt (Délkelet-Ázsiában március, Brazíliában szeptember).

5. Formaldehid – teljes mennyiség a légoszlopban. Megfigyelés a GOME mûszerrel az ûrbõl.
© IUP Bremen / ESA - GOME
A nagyításhoz kattints a képre! (110 K)

Néhány gáz mennyisége hosszú idõt (évtizedeket, évszázadokat, évezredeket, vagy évmilliókat) tekintve növekszik, vagy csökken. Az emberi tevékenység számos gáz átlagos értékének növekedését okozta az elmúlt 200 évben az iparosodás kezdetétõl, ahogyan a N2O mutatja.

Növekvõ évszakos, és emberi hatás: például a széndioxid (CO2)

A széndioxid egy kiváló példa arra, hogy egy gáz globális eloszlását tanulmányozzuk. Ez meglehetõsen stabil gáz, így az egész Földön elterjedt. De tudjuk: az emberi tevékenységnek köszönhetõen a széndioxid mennyisége folyamatosan növekszik, ahogy a bal oldali ábra is mutatja.
A legtöbb CO2 az északi féltekén képzõdik, mert itt van a legtöbb szárazföld és sokkal több ember él itt, illetve több energiát fogyaszt el (gondoljunk Európára, USA-ra, Kínára és Indiára).

6. Trend a CO2 koncentrációban a Mauna Loa Observatory, Hawaii mérése alapján
ábra: © CDIAC US Department of Energy
A nagyításhoz kattints a képre! (70 K)

Ezért a széndioxid elõször az északi féltekén növekszik, majd ezután lassan ezt figyelhetjük meg a déli féltekén is. Az egyenlítõn való átvitelhez idõ kell, mivel egy félgömbön a keveredés gyorsabb, mint a féltekék között.De mi megfigyelünk valamit: A CO2 éves menete változik. Télen a fák és más növények növekedése megáll, így kevesebb CO2 –t vesznek fel. Ugyanakkor az emberek elkezdik fûteni házaikat, és több CO2-t bocsátanak ki. Következésképpen a fûtési periódus végére (május) a legmagasabb a koncentráció, és körülbelül 5 ppm-el alacsonyabb a CO2 a tenyészidõszak végére, októberre. A két grafikon tisztán mutatja mindkét formát.

7. A CO2 globális eloszlása, éves és éven belüli változékonysága
© NOAA / CMDL
A nagyításhoz kattints a képre! (90 K)

Az oldalról:

szerzõ: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
tudományos lektor: Dr. Rolf Sander - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-18
utolsó módosítás: 2004-05-24