Fordeling & konsentrasjon (2)

Hvis vi vil vite noe om konsentrasjonene av ustabile forbindelser i lufta, holder det ikke å vite et tall på et tilfeldig valgt tidspunkt. Konsentrasjonene avhenger i stor grad av de kjemiske forholdene i lufta.

Vertikal profil

Det er ikke bare den horisontale profilen som kan variere, avhengig av kilder for gassutslipp, gassopptak og forskjellige fysiske faktorer (antall timer solskinn, temperatur, nedbør, vind). De fleste gasser har også en vertikal profil, og viser ofte svakt synkende blandingsforhold etter hvert som høyden øker. Dette gjelder spesielt over tropopausen og i de første to kilometerne fra det planetariske grenselaget (påvirket av jordas overflate) til den frie troposfæren. Et unntak er ozon, som har det høyeste blandingsforholdet i ozonlaget i stratosfæren. Men mesteparten av kjemien finner sted i grenselaget nærmest bakken, hvor de kjemiske forbindelsene slippes ut.

Blandingsforholdene til forskjellige forbindelser i løpet av natten ved bakkenivå. Disse forholdene har ikke blitt målt, men er resultatet av en modell som gjør det mulig å se på hvordan blandingsforhold endrer seg over tid.
Forfattere: Andreas Geyer, Shuihui Wang og Jochen Stutz.

I grafene nedenfor ser du vertikale troposfæriske profiler av forskjellige organiske og uorganiske sporgasser, målt fra et forskningsfly. Bortsett fra karbondioksid, ozon og metan, er typiske blandingsforhold et par hundre ppt eller et par ppb. Men de gassene du kan se her er bare de viktigste sporgassene. Det er hundrevis av andre organiske gasser som har lavere blandingsforhold på bare et par ppt.

Målte forbindelser:

CH₄ = metan
CO = karbonmonoksid
CH₃OH = metanol
CH₃COCH₃ = aceton
HCHO = formaldehyd

O₃ = ozon
NO = nitrogenoksid
NO_y = oksiderte nitrogenforbindelser utenom NO, NO₂
PAN = peroksyacetylnitrat
CN = kondensasjonskjerner (partikler)

C₂H₆ = etan
C₂H₂ = acetylen = etyn
C₃H₈ = propan
C₆H₆ = benzen
CH₃Cl = metylklorid

2. (a-c) Vertikale profiler av forskjellige organiske gasser og noen uorganiske gasser. Verdiene ble målt fra et forskningsfly over Middelhavet i august 2001. De tykke svarte linjene viser de midlere vertikale profilene; de tynnere svarte linjene viser standardavviket. De grå firkantene viser verdier fra oppsamling i blikkbokser. Røde stiplete linjer og røde firkanter er fra en annen flytur og gir en idé om hvordan verdiene varierer over et par dager.

Data og figurer fra J. Lelieveld m.fl.

Gasser i troposfæren

Å gi en oversikt over sporgassene i troposfæren og deres konsentrasjoner er nesten umulig. Den samme forbindelsen kan være tilstede i ekstremt lave konsentrasjoner for eksempel over havet og i svært høye konsentrasjoner i et urbant område. I tillegg kan flere dusin gasser anses som viktige. Derfor er tabellen under bare en liste med eksempler, som gir et inntrykk av blandingsforholdene (vanligvis målt ved bakken) til noen ofte målte forbindelser.

Viktige gasser i atmosfæren:

*gasser som har økende konsentrasjon på grunn av menneskelig aktivitet, og som er relativt jevnt fordelt over jorda. Data fra 2001-2003.

Blandingsforhold, konsentrasjoner og forskjellige måleenheter

Mengden av forskjellige gasser oppgis ofte i forskjellige måleenheter:

Konsentrasjoner: molekyler/cm³ eller µg/m³
Eller blandingsforhold: ppt (pmol/mol), ppb (nmol/mol), ppm (µmol/mol), % (10 mmol/mol)

Blandingsforhold er ofte mer nyttige enn konsentrasjoner for forskere, fordi lufta utvider seg når den stiger. Dermed vokser volumet og konsentrasjonene endrer seg. Blandingsforholdet derimot (forholdet mellom gassene) forblir det samme.
Omregning fra den ene enheten til den andre avhenger av trykket ( = høyden) og molekylenes vekt. Hvis vi gjør omregningen for jordas overflate med normalt trykk på omlag 1 bar, kan vi uttrykke de totale molekylene per volum luft på følgende måte:

1 mol = 22.4 L = 6x10²³ molekyler =>
1 cm³ = 2.7x10¹⁹ molekyler
1 dm³ = 1 L = 2.7x10²² molekyler
1 m³ = 2.7x10²⁵ molekyler

Eksempel for et grovt overslag:

2 µg/m³ = 2x10^-6 g/m³ NO₂ er en typisk verdi for nitrogendioksid i et ikke-urbant område.
Molekylærvekten for NO₂ = 46 g/mol
Det vil si at: 2x10^-6 g/m³ = 4.3x10^-8 mol/m³ = 2.6x10¹⁶ molekyler/m³

Blandingsforholdet er derfor omlag 2.7x10¹⁶ / 2.7x10²⁵ = 10^-9 = 1 ppb

Fordi ozon har en liknende molekylærvekt, 48 g/mol, kan vi også si at grovt regnet er; 2 µg/m³ ozon = 1 ppb. Denne utregningen gjelder bare ved jordas overflate.

Under tilfeller av ozonsmog i urbane områder kan vi nå regne ut:
120 µg/m³ = 60 ppb -> høye nivåer
240 µg/m³ = 120 ppb -> svært høye nivåer, ingen idrett, farlig for helsen
360 µg/m³ = 180 ppb -> ekstremt høye nivåer, svært skadelig for lungene, bli hjemme!

Relaterte sider

Mer om konsentrasjoner og blandingsforhold:
Øvre atmosfære – Innføring – En introduksjon til troposfæren – Sammensetning

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: 2004-04-06