Fordeling og konsentrasjon (1)

Fordeling og konsentrasjon (1)

Vi har lært mye om gassene i atmosfæren, særlig i troposfæren, det laveste laget i atmosfæren. Her finner vi utallige kjemiske forbindelser. Men konsentrasjonen og fordelingen av disse gassene varierer sterkt.

Hvordan beskrive en gass i atmosfæren?

Mengde

En gass i atmosfæren kan være:

a) en hovedbestanddel av lufta (oksygen, nitrogen, argon)
b) en sporgass som forekommer i lav konsentrasjon (karbondioksid, metan, ozon, nitrogendioksid)
c) en sporgass som forekommer i ekstremt lav konsentrasjon (mange organiske gasser som butan og etanol, dessuten KFK-gasser)

Sporgasser er gasser som bare utgjør en svært liten del av lufta, ofte mindre enn ett molekyl per milliard eller til og med en billion luftmolekyler.

Klarer du å tenke deg hvor lite en ppb egentlig er?

ppb = deler per milliard (amerikansk: parts per billion)
mer korrekt: nmol/mol
1 molekyl blant 1,000,000,000

1 inder i hele India, 1 cent i 10 millioner Euro, 1 sekund i 32 år

Og 1 ppt?

ppt = deler per billion (amerikansk: parts per trillion)
mer korrekt: pmol/mol
1 molekyl blant 1,000,000,000,000

1 frimerke i hele arealet til Paris

Selv om det er så lite at vi knapt kan forestille oss det, kan den moderne vitenskapen oppdage det.

*Misforståelser når vi snakker om blandingsforholdsenhetene ppm og ppb

I mange vitenskapelige utgivelser er mengden av en forbindelse i lufta gitt i ppm (deler per million) eller ppb (deler per milliard). Vi bruker disse forkortelsene her også fordi de er så utbredte. Men de kan være svært villedende.

Tre typiske feil:

1) Ofte står det: Konsentrasjonen av CO2 i lufta er 370 ppm. Det er feil. 370 ppm er et blandingsforhold og ikke en konsentrasjon. Konsentrasjoner er for eksempel masse per volum, slik som ozonkonsentrasjonen 100 µg / m3. Dette er riktig måleenhet.

2) Blandingsforhold har egentlig ingen måleenhet, fordi man kan stryke enhetene. 370 ppm betyr bare at du har 370 molekyler blant 1,000,000 molekyler. Det er derfor riktigere å skrive: 370 µmol/mol.

3) Betegnelsene billion og trillion defineres forskjellig på forskjellige språk:
1 amerikansk billion = 1 britisk milliard (brukes sjelden) =  1 000 000 000
1 amerikansk trillion = 1 britisk billion (brukes sjelden) = 1 000 000 000 000
På norsk bruker vi de engelske betegnelsene. Derfor heter ppb (parts per billion) deler per milliard på norsk, mens ppt (parts per trillion) er deler per billion.

På mange andre språk (Fransk: milliard, Tysk: Milliarde) er betegnelsene knyttet til 1 brittisk milliard og vanligere enn den amerikanske billionen for å beskrive 109. Dette er det viktig å være oppmerksom på.

often used:

more correct:

it means:

ppm (deler per million)

µmol / mol = 10-6
(mikromol / mol)

1 av 1,000,000

ppb (deler per milliard)

nmol / mol = 10-9
(nanomol / mol)

1 av 1,000,000,000

ppt (deler per billion)

pmol / mol = 10-12
(pikomol / mol)

1 av 1,000,000,000,000

Fordeling

Avhengig av lokale og midlertidige forhold, kan en gass i atmosfæren være:

elephants & mice

1. a) Jevnt (homogent) fordelte gasser (f.eks. nitrogen, oksygen, karbondioksid)
bilde: Elmar Uherek

elephants & mice

b) Ujevnt (heterogent) fordelte gasser (f.eks. vanndamp, ozon, mange sporgasser)

At en gass er homogent fordelt betyr at vi finner sammenliknbare blandingsforhold av gassen over hele jorda også i forskjellige høyder. Dette er tilfellet for stabile gasser med lang levetid. De fjernes svært sakte fra atmosfæren og reagerer ikke, eller bare i små mengder.

Eksempel: lystgass (dinitrogenoksid)

N2O measurements

2. Fordelingen av lystgass (N2O) i atmosfæren. Målingene er foretatt over Stillehavet i forskjellige høyder og breddegrader. (Strekene viser feilmarginer).
J.E. Collins et al., J. of Geophys. Research, 101, D1 (1996) p. 1975-84

Lystgass N2O er en homogent fordelt gass. Konsentrasjonen av gassen har imidlertid vært økende i løpet av de siste 200 årene, først og fremst på grunn av menneskelig aktivitet.

increasing N2O

3. Graf: Elmar Uherek

Utvikling over tid

Mengden av de enkelte gassene kan være sterkt avhengig av sola, dersom de er involvert i kjemiske prosesser hvor fotolyse spiller en rolle. Hvis det er tilfellet, har de døgnmønstre og noen ganger også sesongbetonte mønstre.

Daglig variasjon: eksempel hydroksylradikalet OH

Mengden OH er sterkt avhengig av sollys – konsentrasjonen stiger i løpet av dagen og synker i løpet av natten.

OH daily pattern

4. Tidsprofil av OH-konsentrasjoner.
Kilde: Presentasjon J. Lelieveld MPI Mainz 2003

Sesongbetont variasjon: eksempel formaldehyd

Formaldehyd (HCHO) er en gass som dannes blant annet ved skogbrann. Observert fra det satellittbaserte GOME-instrumentet, kan man se at konsentrasjonene er høye i løpet av brannsesongene (mars i Sørøst-Asia, september i Brasil).

formaldehyde total column

5. Formaldehyd – totalmengde i luftsøyler observert av GOME fra verdensrommet.
© IUP Bremen / ESA GOME.

Noen gasser blir det mer eller mindre av i atmosfæren i det lange løp, over tiår, århundrer, årtusener eller til og med million av år. Menneskelig aktivitet har forårsaket en gjennomsnittlig økning av mange gasser over de siste 200 årene, etter at industrialiseringen begynte.

Vekstsesong og menneskeskapte effekter: eksempel karbondioksid

Karbondioksid er et godt eksempel for å studere den globale fordelingen av gasser. Gassen er ganske stabil og fordeler seg derfor utover hele jorda. Men på grunn av menneskelig aktivitet har mengden karbondioksid i atmosfæren økt kontinuerlig i mange år (se figuren til venstre).
Mesteparten av CO2 dannes på den nordlige halvkula, fordi det er der mesteparten av landmassen er, flest mennesker bor og mesteparten av energien forbrukes (tenk på Europa, USA, Kina og India).

CO2 trend Mauna Loa

6. Utvikling av CO2-konsentrasjonene fra år til år, registrert ved Mauna Loa Observatory, Hawaii
Graf: © CDIAC US Department of Energy.

Derfor øker karbondioksidmengden først på den nordlige halvkule, før den sakte finner veien sørover. Transporten over ekvator tar lang tid fordi blandingen innenfor en halvkule foregår raskere enn blandingen mellom halvkulene.
Men mønsteret til CO2-konsentrasjonene varierer også i løpet av året. Om vinteren slutter trær og planter å vokse, og tar dermed opp mindre CO2. Samtidig begynner menneskene å varme opp husene sine og slipper ut mer CO2. Derfor har vi de høyeste konsentrasjonene mot slutten av oppvarmingssesongen i mai, og rundt 5 ppm mindre CO2 etter slutten av vekstsesongen i oktober. De to grafene viser begge mønstrene tydelig.

CO2 variations

7. Global CO2-fordeling og variasjon mellom årsskiftet og midt på året.
© NOAA / CMDL

Om denne siden:
forfatter: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
vitenskapelig kvalitetssikring: Dr. Rolf Sander - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-18
oversatt og bearbeidet av Nicolai Steineger og Erik Steineger
sist oppdatert: 2004-05-24

Last modified: Wednesday, 27 May 2020, 2:50 PM